CN109137099A - 7d多孔中空纤维及其制备方法和应用 - Google Patents

7d多孔中空纤维及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种7D多孔中空纤维及其制备方法和应用。该制备方法包括将粘度为0.70～0.78dl/g的熔体从4孔中空喷丝板的喷丝孔喷出，获得初生纤维，采用环吹风冷却方式进行冷却，冷却点高度为6.5～7.5cm，在冷却风管中通入粒径≤100μm的水雾，环吹风风温为22～24℃，且纤维迎风面的温度低于背风面的温度3～4℃，环吹风相对湿度为90±10％，风速为(7.0～8.0)m/s；将冷却得到的初生纤维进行卷绕、集束、水浴牵伸和蒸汽牵伸；将蒸汽牵伸后的纤维进行卷曲处理。本发明可制得具有较高蓬松度、回弹性、卷曲数、卷曲率和保暖性的多孔中空纤维，适用于家用纺织品领域。

Description

7D多孔中空纤维及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于聚酯短纤维技术领域，尤其涉及一种7D多孔中空纤维及其制备方法和应用。
背景技术
纺织品是人们生活的必须品，随着时代的发展，已经发展成为家用纺织品与服装用纺织品、产业用纺织品三大类型。其中，家用纺织品主要有床品、布艺、绣品、毛巾、植绒、毯类等。而多孔中空三维卷曲纤维具有中空度高、蓬松性好、回弹性优异、保暖性更强、手感滑爽、具有永久卷曲性等诸多优点，是家纺产品如枕芯、软体玩具、靠垫等的优良絮填材料，同时还可用于装饰布、地毯、仿毛产品、过滤材料等，产品附加值很高，市场销路良好。
中空短纤维因为减少了纤维的重量并且能包含大量静止空气，具有更加丰厚糯滑的舒适手感，干爽透湿。因此对于中空短纤维的需求日益增加。现有技术中公开了很多制备中空短纤维的方法，尤其是通过回收聚酯瓶片制备中空短纤维的方法。例如申请号为201410313696.3的发明专利公开—种采用回收聚酯瓶片纺制十字多孔中空短纤维的方法，将回收聚酯瓶片送入真空转鼓干燥器中进行干燥后，喂入熔融纺丝设备，熔融的纺丝原料经纺丝箱体的螺杆挤压机进行挤压，再经十字多孔中空喷丝板挤出，冷却成型得到初生纤维，之后经卷绕、集束、牵伸、卷曲、上油、松弛热定型、切断等工序，制得纤度为6.67～14.44旦尼尔的十字多孔中空短纤维。该方法制备得到的中空聚酯短纤维无法给出如何能够使得多孔中空短纤维为满足中空纤维的性能，在卷曲数和卷曲率方面的最佳范围，以保证中空短纤维的应用效果。
申请号为201410779373.3的发明专利公开一种再生聚酯瓶片纺制六叶多孔中空短纤维的制备方法，其步骤依次为：将再生聚酯瓶片送入真空转鼓干燥器进行干燥，干燥后的物料喂入熔融纺丝设备进行熔融纺丝，熔融的纺丝原料经螺杆挤压机挤压进入纺丝箱体，从六叶多孔中空喷丝板的喷丝孔喷出，得到初生纤维；之后通过环吹风装置对初生纤维进行冷却成型，再经卷绕、集束、牵伸、卷曲、上油、松弛热定型、切断工序，制得六叶多孔中空短纤维。该方法并没有为实现最佳的中空短纤维性能的卷曲率和卷曲数调整相应的制备条件，其仅仅为制备获得中空短纤维，并没有解决中空短纤维性能最佳且性能最稳定的问题。
TWI377271B一种类方形四孔中空短纤维，其特征在于该纤维符合下列关系式：1.10≦断面异型度(A/B)≦1.414，16％≦4x单孔中空率≦35％，其中A为断面对角线长之1/2，B为断面宽度之1/2，且该短纤维之压缩回复率大于约90％。该专利公开的中空短纤维及其技术只是解决了普遍性的问题，针对特定粗细的聚酯中空短纤维并没有解决其最佳性能的问题，该专利没有研究出在4孔聚酯短纤维产品方面，为获得最佳膨松度和最佳弹性所所需要确定的卷曲数和卷曲率。
但是目前公开的技术所制备的中空短纤维并没有体现出其最佳性能，尤其是针对不同粗细、不同孔数的中空纤维其所要求的三维卷曲结构特征不清楚，导致虽然短纤维性能满足行业要求，但是其使用效果并不是最佳的，往往导致性能方面的缺失。
发明内容
本发明的目的在于提供一种7D多孔中空纤维及其制备方法，旨在解决现有中空短纤维存在的卷曲数、卷曲率不佳而导致纤维性能不能满足行业需求等问题。
进一步地，本发明还提供该7D多孔中空纤维在家用纺织品中的应用。
本发明是这样实现的：
一种7D多孔中空纤维的制备方法，将纺丝原料进行熔融挤出处理，获得粘度为0.70dl/g～0.78dl/g的熔体；
将所述熔体从4孔中空喷丝板的喷丝孔喷出，获得初生纤维，采用环吹风冷却方式对所述初生纤维进行环吹风冷却，冷却时冷却点高度为6.5cm～7.5cm，环吹风冷却时在冷却风管中通入粒径≤100μm的水雾，环吹风温度为22℃～24℃，且纤维在迎风面的温度低于背风面的温度3℃～4℃，环吹风相对湿度为90±10％，风速为(7.0～8.0)m/s；
将经所述环吹风冷却得到的初生纤维进行卷绕、集束、水浴牵伸和蒸汽牵伸，所述水浴牵伸倍数为2.7～2.8，温度为77～79℃；所述蒸汽牵伸倍数为1.05～1.10，温度为95～105℃；
将所述蒸汽牵伸后的纤维进行卷曲处理，使其平均卷曲数达到5.0～7.3个/25mm。
相应地，一种7D多孔中空纤维，所述7D多孔中空纤维为聚酯纤维，呈三维卷曲状，平均卷曲数为5.0～7.3个/25mm，其内部具有多个相互隔离的中空通道，纤维平均粗细为5.2～7.8旦尼尔；所述7D多孔中空纤维采用如上所述的制备方法制备得到。
以及，一种家用纺织品，所述家用纺织品含有如上所述的7D多孔中空纤维。
本发明的有益效果如下：
相对于现有技术，本发明提供的7D多孔中空纤维的制备方法，采用较高粘度的再生聚酯熔体进行纺丝，在冷却过程中提高冷却点，使多孔纤维可以更好的成型并且不易破孔，还能提高初生纤维的卷曲势能，在环吹风冷却时随风送入微纳米级的水雾，借助冷风和水雾对初生纤维进行冷却，提高初生纤维的集束性，结合冷却点的设计从而使得纤维成孔接近方形，并且厚薄均匀，最终获得具有较高蓬松度、回弹性、卷曲数、卷曲率和保暖性的多孔中空纤维。
本发明7D多孔中空纤维，其平均卷曲数达到5.0～7.3个/25mm，平均卷曲率达到23～25％，蓬松度V1达到270cm3/g左右、蓬松度V2达到65cm3/g左右、蓬松度V3达到230cm3/g左右，且压缩回弹达到70％左右，具有优异的性能，能够满足纺织业对多孔中空纤维的要求。
本发明提供的家用纺织品，由于含有本发明的7D多孔中空纤维，其具有良好的卷曲数和卷曲率，使得这些家用纺织品具有优异的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的4孔喷丝板主视示意图；
图2是本发明提供的4孔喷丝板后视示意图；
图3是本发明图1沿A-A线的剖视示意图；
图4是本发明提供的喷丝板的喷孔示意图；
图5是用电子显微镜拍摄的本发明提供的7D多孔中空纤维横截面图；
图6是本发明提供的喷丝板在环吹风过程中的风向示意图；
图7是本发明提供的喷丝板在环吹风工艺中，某初生纤维在环吹风作用下迎风面和被风面示意图；
其中，1-4孔喷丝板，11-进料口，12-出料口。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中提到的无物理接触，指的是两个物体不相互靠近，在空间上有间隔。
本发明提供一种7D多孔中空纤维的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤S01.将纺丝原料进行熔融挤出处理，获得粘度为0.70dl/g～0.78dl/g的熔体；
步骤S02.将所述熔体从4孔中空喷丝板的喷丝孔喷出，获得初生纤维，采用环吹风冷却方式对所述初生纤维进行环吹风冷却，冷却时冷却点的高度为6.5cm～7.5cm，环吹风冷却时在冷却风管中通入粒径≤100μm的水雾，环吹风温度为22℃～24℃，且纤维在迎风面的温度低于背风面的温度3℃～4℃，环吹风相对湿度为90±10％，风速为(7.0～8.0)m/s；
步骤S03.将经所述环吹风冷却得到的初生纤维进行卷绕、集束、水浴牵伸和蒸汽牵伸，所述水浴牵伸倍数为2.7～2.8，温度为77～79℃；所述蒸汽牵伸倍数为1.05～1.10，温度为95～105℃；
步骤S04.将所述蒸汽牵伸后的纤维进行卷曲处理，使其平均卷曲数达到5.0～7.3个/25mm。
下面对该制备方法做更加详细的解释说明。
本发明使用的纺丝原料来源于聚酯类(如PET)瓶片，对聚酯瓶片处理，使其变成适用于进行熔融挤出的纺丝原料，在熔融挤出前，需要控制纺丝原料的水分含量≤80ppm，如果水分含量过高，纺丝获得的初生纤维容易出现气孔等缺陷而导致纤维性能变差。由此获得的纤维为再生涤纶短纤维。
优选地，上述熔融挤出处理时，温度控制为一区305±2℃，二区305±2℃，三区300±2℃，四区300±2℃，五区298±2℃，六区293±2℃，七区288±2℃，热媒温度控制为272±2℃，熔体温度控制为282±2℃，纺丝压力控制为6～7MPa。在该温度控制条件下，获得的原丝粘度集中在0.70dl/g～0.78dl/g范围内，有利于进一步加工处理。
请参阅图1～3，本发明所使用的4孔中空喷丝板结构如图1～3所示。
4孔中空喷丝板为一圆形结构，其具有进料口11和出料口12，进料口11是熔体进料的端口，而出料口12则是初生纤维的出口端。在生产过程中，4孔中空喷丝板板面直径328mm，板面上有若干通孔，形成6圈孔群分布状态，每个圈上的孔数量为122个。当然，本发明的4孔中空喷丝板并不局限于这样的喷丝板结构，也可以是其他结构的喷丝板。
本发明4孔中空喷丝板的出料口12设计成沿着板面逆时针旋转的形式，一方面延长初生纤维的路径，有利于其成型，而且可以决定获得的纤维的中空度，保证其具有均匀壁厚，喷丝板的出料口12的具体结构可以参考图4，所述4孔喷丝板的喷丝孔形是由4个呈逆时针旋转的C形出料管道组成，C形出料管道的缺口指向孔分布周围的切向方向，且均呈逆时针旋转，其四个缺口所在的平面垂直于所述4孔喷丝板的板面。喷丝孔形状由四段形状相同、长度相等的“C”字型圆弧狭缝组成，各段圆弧狭缝的端点互不相连接，且均有一个端点紧靠中心点。采用这种喷丝板生产的四孔中空纤维具有中空度几乎呈方形，而四个中空的纤维结合呈“田”字型，整个纤维粗细度比较均衡而且丹尼尔数分布集中，丝条规整形性好，经变形加工后保持较高中空率等优点。
本发明中，通过提高环吹风的冷却点，使其达到6.5cm以上，可以使得初生纤维更好的成型，不至于破孔，而且还能使得初生纤维的卷曲势能更大，获得的中空形态近似方形。环吹风中通入粒径不大于100μm的水雾，水雾在其中能够提高初生纤维冷却环境的湿度，从而降低静电，提高初生纤维的集束性，并且保证纤维粗细均衡，而如果水雾粒径大于100μm，容易受冷不均而导致的纤维表面粗细差异大，结合冷却点，使得获得的多孔中空纤维的多孔截面形态和中空度达到理想状态，最终使得产品的蓬松度、回弹性和保暖性较高。
本发明环吹风过程可以参考图6、图7。其中，图6表示4孔喷丝板四周环吹风的风向，风吹向4孔喷丝板，而图7则为环吹风中某一初生纤维被环吹风吹的示意图，由此形成了在初生纤维表面的迎风面和背风面，其迎风面处纤维表面的温度与背风面处纤维表面的温度，具体来说纤维在迎风面的温度低于背风面的温度3～4℃，在该温度差异下，迎风面的纤维冷却速率低于背风面的纤维，由此产生适合的应变力，在同一高度的纤维两侧扭曲，确保获得的多孔中空纤维其纤维受力发生扭曲，从而保证获得的多孔中空纤维呈三维螺旋状，在该温度差下，获得的多孔中空纤维不但呈三维螺旋状，还进一步改善中空部位横截面形貌，使其横截面几乎呈现方形孔。
步骤S03中，卷绕的速度为1100～1200m/min，并且在卷绕过程中同时对其进行上油处理，卷绕速度过快上油效果差，而卷绕过快，上油量过高，不利于后纺工序。优选地，上油处理采用的油液中，含有抗静电剂，抗静电剂的质量浓度为0.1～0.2％，上油处理是采用油轮进行双面上油的方式。
步骤S03的水浴牵伸和蒸汽牵伸，使得初生纤维得到充分的牵伸，又不会被牵伸至断裂，因此能够使获得的纤维具有良好的物理性能。
优选地，水浴牵伸过程中，还向水浴槽内添加抗静电剂，使得水浴槽内抗静电剂的浓度达到1‰左右，以避免牵伸过程中，纤维与滚筒表面摩擦，提高后续卷曲形态，得到理想的卷曲数。
步骤S04的卷曲过程，采用卷曲机进行卷曲，经过卷曲机使平均卷曲数达到5.0～7.3个/25mm。
本发明在上述卷曲处理后，还进一步包括对卷曲处理后的纤维进行上油、切断、松弛热定型处理，而且切断和松弛热定型处理两者可以前后互换，对结果没有影响。
优选地，所述松弛热定型处理控制的温度为一区145～155℃、二区160～165℃、三区165～175℃、四区170～180℃、五区175～185℃、六区175～185℃、七区170～180℃。
至此，本发明制备达到7D多孔中空纤维，借助本发明的制备工艺，使得较高粘度的再生聚酯熔体可以制成4孔中空结构的纤维，并且中空部位近似方形，而且纤维壁厚薄均匀性良好，有较高的蓬松度、回弹性、卷曲数、卷曲率和保暖特性，其卷曲数达到5.0～7.3个/25mm，平均卷曲率达到23～25％，蓬松度V1达到270cm3/g左右、蓬松度V2达到65cm3/g左右、蓬松度V3达到230cm3/g左右，且压缩回弹达到70％左右，具有优异的性能，能够满足纺织业对多孔中空纤维的要求。
由此，本发明还进一步提供采用上述制备方法获得的7D多孔中空纤维。
相应地，本发明还提供一种家用纺织品，这种家用纺织品含有本发明的7D多孔中空纤维，因而具有良好的卷曲数和卷曲率。具体可以是床品、布艺、绣品、毛巾、植绒、毛毯、卫生材料中的任一种。其作为家纺产品的填充材料或直接用于制作产品，产品弹性好、保暖性好，舒适性佳。是家纺产品如枕芯、防寒服、软体玩具、靠垫等的优良絮填材料，同时还可用于装饰布、地毯、仿毛产品、过滤材料等的原料。
为了更好的说明本发明的技术方案，下面结合具体实施例进行说明。
实施例1～26
为节约篇幅，将实施例1～26的制备方法所涉及的参数列于表1中，其具体制备过程按照说明书的说明进行制备，原料为再生聚酯瓶片，熔体的粘度为0.70dl/g～0.78dl/g。
表1实施例1～26制备工艺参数(水雾粒径≤100μm)
对实施例1～26获得的聚酯短纤维的平均粗细、平均卷曲数、平均卷曲率和平均中空率进行测量，每一批次的测量是通过在生产中的前期、中期、后期分别取样20、50、20个进行分别测量，然后测量90个抽样测量数值的平均值，并测量其膨松度V1、膨松度V2、膨松度V3和压缩弹性回复率，结果如表2所示，前述检测项目参考FZ/T 50002-2013、FZ/T50009.1-1998、FZ/T 52010-2014的测试标准。
表2实施例1～26获得的短纤维的参数
由实施例1～10可知，对于4孔中空短纤维来说，当卷曲数为5.0～7.2个/25mm，卷曲率为23～25％的情况下，其产品的膨松度V1、膨松度V2、和膨松度V3及压缩弹性回复率均达到最佳性能，尤其实施例6，其纤维横截面如图5所示，横截面的中空部位呈正方形，平均中空率达到32.4％，同时还能保证蓬松度V1达到315.20cm3/g、蓬松度V2达到73.63cm3/g、蓬松度V3达到254.40cm3/g，压缩弹性回复率达到78.97％。
而由实施例11～15，当卷曲数过于7.2个/25mm或者低于5个/25mm的时候，膨松度V1、和膨松度V3降低至少10个以上的单位，膨松度V2和压缩弹性回复率也下降。而且从实施例13可知，在没有水雾处理下，其压缩弹性回复率非常低，实施例15则看出，当其有水雾处理，但是由于冷却点高度仅为5.5cm，其压缩弹性回复率依旧无法提升。
同样的原理，进行对比试验的实施例16～20，通过调整卷曲率高于25％或低于23％，会导致聚酯短纤维在性能测试中，其膨松度V1、膨松度V2、和膨松度V3及压缩弹性回复率下降到产品无法接受的指标。
同样，进行对比试验的实施例21～26，制备过程中因为调整牵伸倍数，使得纤维的粗细在5.2旦尼尔以下或者是在7.3旦尼尔以上的时候，即使保证卷曲数和卷曲率的合理值，也无法校正其膨松度V1、膨松度V2、和膨松度V3及压缩弹性回复率达到产品要求的指标。
由此可看出，对于4孔中空纤维，在粗细为7D的情况下，也就是聚酯短纤维在制备过程中，保证其粗细范围为5.2～7.3旦尼尔范围内，同时调整卷曲数为5.0～7.3个/25mm，卷曲率为23～25％能够使得产品满足其膨松度V1、膨松度V2、膨松度V3及压缩弹性回复率的性能指标要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种7D多孔中空纤维的制备方法，其特征在于，将纺丝原料进行熔融挤出处理，获得粘度为0.70dl/g～0.78dl/g的熔体；
将所述熔体从4孔中空喷丝板的喷丝孔喷出，获得初生纤维，采用环吹风冷却方式对所述初生纤维进行环吹风冷却，冷却时冷却点高度为6.5cm～7.5cm，环吹风冷却时在冷却风管中通入粒径≤100μm的水雾，环吹风温度为22℃～24℃，且纤维在迎风面表面的温度低于背风面表面的温度3℃～4℃，环吹风相对湿度为90±10％，风速为(7.0～8.0)m/s；
将经所述环吹风冷却得到的初生纤维进行卷绕、集束、水浴牵伸和蒸汽牵伸，所述水浴牵伸倍数为2.7～2.8，温度为77～79℃；所述蒸汽牵伸倍数为1.05～1.10，温度为95～105℃；
将所述蒸汽牵伸后的纤维进行卷曲处理，使其平均卷曲数达到5.0～7.3个/25mm。
2.如权利要求1所述的7D多孔中空纤维的制备方法，其特征在于，所述4孔喷丝板的喷丝孔均呈逆时针旋转。
3.如权利要求1或2所述的7D多孔中空纤维的制备方法，其特征在于，还包括对卷曲处理后的纤维进行上油、切断、松弛热定型处理，所述松弛热定型处理控制的温度为一区145～155℃、二区160～165℃、三区165～175℃、四区170～180℃、五区175～185℃、六区175～185℃、七区170～180℃。
4.如权利要求1所述的7D多孔中空纤维的制备方法，其特征在于，所述熔融挤出的温度控制为一区305±2℃、二区305±2℃、三区300±2℃、四区300±2℃、五区298±2℃、六区293±2℃、七区288±2℃，热媒温度控制为272±2℃，熔体温度控制为282±2℃，纺丝压力控制为6～7MPa。
5.如权利要求3所述的7D多孔中空纤维的制备方法，其特征在于，所述上油处理的油液含有抗静电剂，所述抗静电剂在所述油液中的质量浓度为0.1～0.2％；所述上油处理为采用双面上油。
6.如权利要求1所述的7D多孔中空纤维的制备方法，其特征在于，所述卷绕速度为1100～1200m/min。
7.一种7D多孔中空纤维，其特征在于，所述7D多孔中空纤维为聚酯纤维，呈三维卷曲状，平均卷曲数为5.0～7.3个/25mm，其内部具有多个相互隔离的中空通道，纤维平均粗细为5.2～7.8旦尼尔；所述7D多孔中空纤维采用如权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到。
8.如权利要求6所述的7D多孔中空纤维，其特征在于，所述7D多孔中空纤维内部具有4个相互隔离的中空通道，所述相互隔离的中空通道的横截面面积占所述纤维横截面面积的百分比为25～30％，所述纤维横截面呈“田”字型。
9.一种家用纺织品，其特征在于，所述家用纺织品含有如权利要求7～8任一项所述的7D多孔中空纤维。
10.如权利要求9所述的家用纺织品，其特征在于，所述家用纺织品为床品、布艺、绣品、毛巾、植绒、毛毯、卫生材料中的任一种。
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