CN108239792A - 一种聚烯烃中空长纤维 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚烯烃中空长纤维，其横截面中空度为20%～45%，所述长纤维在自然状态下为三维立体的卷曲形状，且卷曲形状的曲率半径为10mm～50mm。使用该聚烯烃中空长纤维加工得到的蓬松性加工丝，蓬松度高，手感柔软，适合当作填充长棉进行使用。

Description

一种聚烯烃中空长纤维
技术领域
本发明涉及一种中空卷曲形状的聚烯烃长纤维，适用于制作填充用长棉。
背景技术
在纺织业内通常将水禽类的羽毛羽绒，例如鹅绒、鸭绒等填充在羽绒被、睡袋和各种防寒保暖的制品中。世界范围内出现的禽流感导致羽绒的产量急剧下降，从而引起价格的上涨。同时消费者对羽绒的安全性也存在疑虑，天然的羽毛如果洗涤不充分则会导致恶臭，因此需要事先将导致恶臭的污物除去，保持羽毛的洁净度。而且羽毛被褥、羽毛夹克等羽毛内填制品还存在着难以洗涤的问题。
为此，业内人士致力于研究利用合成纤维代替填充用动物羽绒。中国专利CN186187A公开了一种短纤维型的仿羽绒棉，但是短纤维填充棉的蓬松度不高，做成的保温材料的触摸时存在颗粒感，同时短纤维型仿羽绒棉洗涤时容易发生偏移。因此，迫切需要开发一种新型的填充材料来代替羽绒。聚烯烃纤维便于生产同时具有价格低廉的优点，开发聚烯烃系的填充材料具有很好的市场前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有三维立体的卷曲形状的聚烯烃中空长纤维，适用于制作填充用长棉。
本发明的聚烯烃中空长纤维，其横截面的中空度为20%～45%，该聚烯烃中空长纤维在自然状态下为三维立体的卷曲形状，且卷曲形状的曲率半径为10mm～50mm。
本发明的聚烯烃中空长纤维，其单丝纤度优选为4.0dtex～15.0dtex，更优选为5.0dtex～10.0dtex。
本发明的聚烯烃中空长纤维，经过140℃×3min干热处理后仍为三维立体的卷曲形状，且卷曲状态的曲率半径为3.5mm～10mm。
本发明的聚烯烃中空长纤维，其聚合物原料优选为聚丙烯或者改型聚丙烯。
发明的聚烯烃中空长纤维是通过熔融纺丝的工艺制得，具有生产简单、成本低的优势、且具有三维立体的卷曲结构，适用于加工成可当作填充长棉进行使用的蓬松加工丝束。
附图说明
图1为聚烯烃中空长纤维的三角形中空横截面形状图。
图2为聚烯烃中空长纤维的四边形中空横截面形状图。
图3为聚烯烃中空长纤维在自然状态下的三维立体的卷曲形状图。
具体实施方式
为了开发一种可以替代羽绒的填充物，本发明提供了一种适合加工成蓬松加工丝束的聚烯烃中空长纤维，由于该中空纤维具有三维立体的卷曲形状的结构特征，加工所得的蓬松加工丝束的鞘纤维也具有三维立体结构，因此蓬松丝束的排除体积就大，能得到蓬松性优异的蓬松加工丝束。在能成纤的聚合物中，聚烯烃纤维的密度相对而言是属于小的，所以等重量的蓬松加工丝束的排除体积也具有优势，但是聚烯烃纤维的杨氏模量与普通聚酯纤维相比偏小，存在不耐压的缺点。不过正是由于杨氏模量低，蓬松加工丝束的柔软性要比普通聚酯纤维好。同时聚烯烃纤维的热传导系数比普通聚酯小，所以保温性能更好。
本发明的聚烯烃中空长纤维是通过熔融纺丝技术制得的中空纤维。熔融的聚烯烃切片通过异型中空喷丝板吐出，然后经侧吹风冷却后卷取制得。在熔融纺丝过程中通过调整侧吹风的位置改变冷却距离，调整侧吹风的风速，纺丝速度等条件来控制中空纤维的中空度在20%～45%范围内，同时三维立体卷曲形状的曲率半径在10mm～50mm范围内。相同纤维直径的中空纤维与中实纤维相比，中空度越高轻量感越明显。同时使用高中空度纤维制的的蓬松加工丝束的蓬松度越高。所述中空纤维的曲率半径为太小的话，纤维单丝间的抱合性高，在蓬松丝加工过程中纤维不易开纤，而且纤维所形成的圆环的直径偏小，影响加工丝的蓬松性；反之，鞘纤维的卷曲半径太大的话，加工成蓬松加工丝束后鞘纤维形成的圆环直径过大，会减弱或者无法体现鞘纤维原本的三维立体效果，也会影响加工丝的蓬松性
根据中空喷丝板吐出孔形状，排列的不同，以及生产工艺的变更，所得到的中空纤维的断面也有略有不同，中空部分的形状有圆形，近似三角形，近似正方形，近似五边形等不同的形状，同时中空断面上的孔数并不只限于一个孔。
本发明的中空聚烯烃纤维的单丝纤度度范围优选为4.0dtex～15.0dtex，作为蓬松加工丝束用的原料纤维，纤维单丝纤度越高，纤维的刚性越好，制成的蓬松丝束的蓬松度会越好，同时耐压性、回复性也会越好。但是单丝纤维直径过度粗的话，纺丝时冷却以及纤维的均一性有所下降，同时制成的蓬松丝束手感会偏硬。所以更优选范围为5.0dtex～10.0dtex。
本发明的中空聚烯烃长纤维的原料主要为普通的聚烯烃，例如聚丙烯、聚乙烯等，为了赋予蓬松加工丝特殊的机能，也可以使用上述改性的聚合物。从加工性以及耐热性的角度来说，优选丙烯及其改性聚丙烯。
中空聚烯烃长纤维作为制作填充用蓬松加工丝束的原料之一，可以是直接N根合并形成蓬松加工丝束直接用作填充长棉，也可以是跟其他的原料合并使用，比如可以跟熔点稍高的纤维制成混纤丝，然后用作填充长棉；或者更进一步地将混纤丝再跟中空聚酯长纤维进行芯鞘复合再进行部分融着处理制得更优异的蓬松加工丝束，然后用作填充长棉。
本发明的中空聚烯烃长纤维经过140℃×3min干热处理后仍卷曲为三维立体形状，且卷曲状态的卷曲半径为3.5mm～10mm。这样的话，即便是经过后道的加工处理，中空聚烯烃长纤维仍然能保持蓬松的三维立体卷曲形状，手感、蓬松性、保温性等性能优异。
本发明所述长纤维聚烯烃中空长纤维可以通过如下方法制备得到，但不限于该方法：
原料聚烯烃切片通过一般的熔融纺丝的方式进行纺丝。经过螺杆或者热板把切片熔融后通过配管进入方式箱体，经过计量泵精确计量后熔体聚合物进入到纺丝组件，纺丝组件中使用的喷丝板为中空纤维纺丝专用的喷丝板。从喷丝板吐出的聚合物经过冷却、上油后进行卷取。为了得到具有微卷曲的中空纤维，纺丝过程中对冷却距离（喷丝板下沿到冷却用侧吹风上沿的距离）有较严格的要求，同时为了使中空纤维两侧的构造形成差异，侧吹风的风速风速也是有要求的，根据纤维品种（总纤度及单丝数）不同，一般控制在30m/min~90m/min的范围内。本纺丝工艺主要采用一步法纺丝工艺，即纺丝/拉伸同时完成，即俗称的FDY。但是也可以通过两步法制得，即首先值得预取向的纤维（俗称POY），然后再经过延伸机进行牵伸工艺，即俗称的DT。
本发明所述的聚烯烃中空长纤维具有三维卷曲结构，同时纤维单丝比较粗，用该中空长纤维制得蓬松加工丝束具有高的排除体积，及具有高的蓬松度，同时手感柔软和保温性好的特性。
由于是长纤维构成的蓬松丝，制成的衣服、被子等保温制品相比于短纤维或其他天然羽绒等，漏绒、钻绒等问题得到很大的改善。
本发明涉及的测试方法如下：
（1）总纤度及单丝纤度的测试方法
总纤度的测试根据JIS L 1013:2010标准测试，单丝纤度是通过总纤度和单丝数来进行计算。
（2）中空率
将中空长纤维沿纵向切断成薄片(即纤维横截面)，在普通光学显微镜下放大到合适的倍率进行拍照，根据照片计算出中空部分的面积S1和纤维整体的面积S2(包括中空部)，然后计算：
中空率＝（S1/S2）×100%。
（3）曲率半径测试方法
自然状态的曲率半径：将待测试样品在恒温恒湿环境（20℃×65%RH）放置8h或以上使其状态稳定（如图3），然后选取弯曲部分进行半径测量，选取20个不同地方测量后取平均。所得数据即为曲率半径。
干热处理处理后曲率半径：将纱线通过检尺机（纤度测定用）将样品卷曲10圈，然后放入干燥机中进行热处理，处理条件为140℃×3min，然后将样品在恒温恒湿环境放置4h以上，最后选取弯曲部分进行半径测量，选取20个不同地方测量后取平均。所得数据即为曲率半径。
（4）蓬松度
根据IDFB方法进行测试：
①首先将待测试样放置在20℃×65%RH的环境中调试8小时或8小时以上，使得待测试样稳定；
②称取试样30g，手动将其抖动到蓬松状态后将其放入测量桶内并盖上盖子；
③将重量盘向下移动至接触试样的最高点，然后放开重量盘使其自由下落，放开重量盘的同时计时，稳定1分钟后读出高度并记录；
④打开盖子取出试样，再次将其抖动至蓬松状态，放入测量桶内盖上盖子，按照步骤③再次测量，同样的方法测试5次；
⑤算出5次的平均高度后通过计算得出蓬松度。
以下通过实施例来说明本发明的内容，但是本发明并不局限于实施例所列内容。
实施例1：
原料使用聚丙烯切片，切片通过螺杆熔融挤压后经配管输送到计量泵，经过计量泵精确计量后的聚合物输送至纺丝组件，纺丝组件的喷丝板为中空专用喷丝板，热却距离为65mm，侧吹风的风速为25m/min，经过DSD高速纺丝工艺后制得中空聚酯纤维。中空纤维的特性如下：纤维品种为300T-20f，中空断面为三角中空，中空度为20.0%，单丝纤度为15.0dtex，热处理前的曲率半径为50.0mm，经过160℃×3min干热处理后的曲率半径为10.0mm。选用该纤维作为鞘纤维和芯纤维的原料，以鞘丝喂入速度/芯丝喂入速度为20倍的超喂进行喂入，加工成芯鞘型蓬松丝，并6根合丝，得到蓬松性加工丝束，测试蓬松加工丝束的蓬松度为370inch3/30g。具体见表1。
实施例2：
原料使用聚丙烯切片，切片通过螺杆熔融挤压后经配管输送到计量泵，经过计量泵精确计量后的聚合物输送至纺丝组件，纺丝组件的喷丝板为中空专用喷丝板，热却距离为65mm，侧吹风的风速为40m/min，经过DSD高速纺丝工艺后制得中空聚酯纤维。中空纤维的特性如下：纤维品种为150T-10f，中空断面为三角中空，中空度为30%，单丝纤度为15.0dtex，热处理前的曲率半径为42.0mm，经过160℃×3min干热处理后的曲率半径为8.5mm。选用该纤维作为鞘纤维和芯纤维的原料，以鞘丝喂入速度/芯丝喂入速度为20倍的超喂进行喂入，加工成芯鞘型蓬松丝，并6根合丝，得到蓬松性加工丝束，测试蓬松加工丝束的蓬松度为580inch3/30g。具体见表1。
实施例3：
原料使用聚丙烯切片，切片通过螺杆熔融挤压后经配管输送到计量泵，经过计量泵精确计量后的聚合物输送至纺丝组件，纺丝组件的喷丝板为中空专用喷丝板，热却距离为65mm，侧吹风的风速为40m/min，经过DSD高速纺丝工艺后制得中空聚酯纤维。中空纤维的特性如下：纤维品种为60T-4f，中空断面为三角中空，中空度为45.0%，单丝纤度为15.0dtex，热处理前的曲率半径为37.0mm，经过160℃×3min干热处理后的曲率半径为7.0mm。选用该纤维作为鞘纤维和芯纤维的原料，以鞘丝喂入速度/芯丝喂入速度为20倍的超喂进行喂入，加工成芯鞘型蓬松丝，并6根合丝，得到蓬松性加工丝束，测试蓬松加工丝束的蓬松度为780inch3/30g。具体见表1。
实施例4：
原料使用聚丙烯切片，切片通过螺杆熔融挤压后经配管输送到计量泵，经过计量泵精确计量后的聚合物输送至纺丝组件，纺丝组件的喷丝板为中空专用喷丝板，热却距离为65mm，侧吹风的风速为35m/min，经过DSD高速纺丝工艺后制得中空聚酯纤维。中空纤维的特性如下：纤维品种为100T-10f，中空断面为三角中空，中空度为30.0%，单丝纤度为10.0dtex，热处理前的曲率半径为40.0mm，经过160℃×3min干热处理后的曲率半径为7.8mm。选用该纤维作为鞘纤维和芯纤维的原料，以鞘丝喂入速度/芯丝喂入速度为20倍的超喂进行喂入，加工成芯鞘型蓬松丝，并6根合丝，得到蓬松性加工丝束，测试蓬松加工丝束的蓬松度为630inch3/30g。具体见表1。
实施例5：
原料使用聚丙烯切片，切片通过螺杆熔融挤压后经配管输送到计量泵，经过计量泵精确计量后的聚合物输送至纺丝组件，纺丝组件的喷丝板为中空专用喷丝板，热却距离为65mm，侧吹风的风速为50m/min，经过DSD高速纺丝工艺后制得中空聚酯纤维。中空纤维的特性如下：纤维品种为100T-20f，中空断面为三角中空，中空度为30.0%，单丝纤度为5.0dtex，热处理前的曲率半径为35.0mm，经过160℃×3min干热处理后的曲率半径为6.5mm。选用该纤维作为鞘纤维和芯纤维的原料，以鞘丝喂入速度/芯丝喂入速度为20倍的超喂进行喂入，加工成芯鞘型蓬松丝，并6根合丝，得到蓬松性加工丝束，测试蓬松加工丝束的蓬松度为590inch3/30g。具体见表2。
实施例6：
原料使用聚丙烯切片，切片通过螺杆熔融挤压后经配管输送到计量泵，经过计量泵精确计量后的聚合物输送至纺丝组件，纺丝组件的喷丝板为中空专用喷丝板，热却距离为65mm，侧吹风的风速为75m/min，经过DSD高速纺丝工艺后制得中空聚酯纤维。中空纤维的特性如下：纤维品种为60T-15f，中空断面为三角中空，中空度为45%，单丝纤度为4.0dtex，热处理前的曲率半径为10.0mm，经过160℃×3min干热处理后的曲率半径为3.5mm。选用该纤维作为鞘纤维和芯纤维的原料，以鞘丝喂入速度/芯丝喂入速度为20倍的超喂进行喂入，加工成芯鞘型蓬松丝，并6根合丝，得到蓬松性加工丝束，测试蓬松加工丝束的蓬松度为460inch3/30g。具体见表2。
实施例7：
原料使用聚丙烯切片，切片通过螺杆熔融挤压后经配管输送到计量泵，经过计量泵精确计量后的聚合物输送至纺丝组件，纺丝组件的喷丝板为中空专用喷丝板，热却距离为65mm，侧吹风的风速为70m/min，经过DSD高速纺丝工艺后制得中空聚酯纤维。中空纤维的特性如下：纤维品种为65T-10f，中空断面为三角中空，中空度为30.0%，单丝纤度为6.5dtex，热处理前的曲率半径为30.0mm，经过160℃×3min干热处理后的曲率半径为6.0mm。选用该纤维作为鞘纤维和芯纤维的原料，以鞘丝喂入速度/芯丝喂入速度为20倍的超喂进行喂入，加工成芯鞘型蓬松丝，并6根合丝，得到蓬松性加工丝束，测试蓬松加工丝束的蓬松度为560inch3/30g。具体见表2。
实施例8：
原料使用聚丙烯切片，切片通过螺杆熔融挤压后经配管输送到计量泵，经过计量泵精确计量后的聚合物输送至纺丝组件，纺丝组件的喷丝板为中空专用喷丝板，热却距离为65mm，侧吹风的风速为70m/min，经过DSD高速纺丝工艺后制得中空聚酯纤维。中空纤维的特性如下：纤维品种为50T-10f，中空断面为三角中空，中空度为30.0%，单丝纤度为5.0dtex，热处理前的曲率半径为20.0mm，经过160℃×3min干热处理后的曲率半径为4.5mm。选用该纤维作为鞘纤维和芯纤维的原料，以鞘丝喂入速度/芯丝喂入速度为20倍的超喂进行喂入，加工成芯鞘型蓬松丝，并6根合丝，得到蓬松性加工丝束，测试蓬松加工丝束的蓬松度为500inch3/30g。具体见表2。
实施例9：
原料使用聚丙烯切片，切片通过螺杆熔融挤压后经配管输送到计量泵，经过计量泵精确计量后的聚合物输送至纺丝组件，纺丝组件的喷丝板为中空专用喷丝板，热却距离为65mm，侧吹风的风速为25m/min，经过DSD高速纺丝工艺后制得中空聚酯纤维。中空纤维的特性如下：纤维品种为60T-4f，中空断面为四角中空，中空度为45.0%，单丝纤度为15.0dtex，热处理前的曲率半径为42.0mm，经过160℃×3min干热处理后的曲率半径为8.1mm。选用该纤维作为鞘纤维和芯纤维的原料，以鞘丝喂入速度/芯丝喂入速度为20倍的超喂进行喂入，加工成芯鞘型蓬松丝，并6根合丝，得到蓬松性加工丝束，测试蓬松加工丝束的蓬松度为740inch3/30g。具体见表3。
实施例10：
原料使用聚丙烯切片，切片通过螺杆熔融挤压后经配管输送到计量泵，经过计量泵精确计量后的聚合物输送至纺丝组件，纺丝组件的喷丝板为中空专用喷丝板，热却距离为65mm，侧吹风的风速为35m/min，经过DSD高速纺丝工艺后制得中空聚酯纤维。中空纤维的特性如下：纤维品种为100T-10f，中空断面为三角中空，中空度为30.0%，单丝纤度为10.0dtex，热处理前的曲率半径为38.0mm，经过160℃×3min干热处理后的曲率半径为7.5mm。选用该纤维作为鞘纤维和芯纤维的原料，以鞘丝喂入速度/芯丝喂入速度为20倍的超喂进行喂入，加工成芯鞘型蓬松丝，并6根合丝，得到蓬松性加工丝束，测试蓬松加工丝束的蓬松度为610inch3/30g。具体见表3。
比较例1：
原料使用半消光的聚酯切片（东丽纤维合成纤维有限公司生产的T200N），将该聚酯切片通过预结晶除湿干燥机进行干燥，干燥后水分率为39ppm。干燥后的切片通过螺杆熔融挤压后经配管输送到计量泵，经过计量泵精确计量后的聚合物输送至纺丝组件，纺丝组件的喷丝板为普通圆孔喷丝板，热却距离为65mm，侧吹风的风速为25m/min，经过DSD高速纺丝工艺后制得聚酯纤维。纤维的特性如下：纤维品种为56T-24f，断面为实心圆形，单丝纤度为2.3dtex，热处理前后都没有卷曲特性。选用该纤维作为鞘纤维和芯纤维的原料，以鞘丝喂入速度/芯丝喂入速度为20倍的超喂进行喂入，加工成芯鞘型蓬松丝，并6根合丝，得到蓬松性加工丝束，测试蓬松加工丝束的蓬松度为230inch3/30g。具体见表3。
表1
表2
表3

Claims (5)

1.一种聚烯烃中空长纤维，其特征在于：所述长纤维的横截面中空度为20%～45%，所述长纤维在自然状态下为三维立体的卷曲形状，且卷曲形状的曲率半径为10mm～50mm。
2.根据权利要求1所述的聚烯烃中空长纤维，其特征在于：所述长纤维的单丝纤度为4.0dtex～15.0dtex。
3.根据权利要求2所述的聚烯烃中空长纤维，其特征在于：所述长纤维的单丝纤度为5.0dtex～10.0dtex。
4.根据权利要求1或2所述的聚烯烃中空长纤维，其特征在于：所述长纤维经过140℃×3min干热处理后仍卷曲为三维立体形状，且卷曲形状的曲率半径为3.5mm～10mm。
5.根据权利要求1或2所述的聚烯烃中空长纤维，其特征在于：所述聚烯烃为聚丙烯或者改性聚丙烯。
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