CN109563646B - 包含聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续长丝的簇绒地毯 - Google Patents
包含聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续长丝的簇绒地毯 Download PDFInfo
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Abstract
聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续长丝(BCF)的单丝在1.0g/d的初期应力下的伸长率为5％以上，在3.0g/d的中期应力下的伸长率为25％至35％，拉伸强度为4.0至6.0g/d，且伸长率为40％至60％。
Description
技术领域
本发明涉及适合用作汽车地毯的聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续长丝以及包含该长丝的地毯。
背景技术
通常，尼龙6、尼龙66、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯等被用作作为簇绒地毯的材料的膨体连续长丝(BCF)的合成材料。其中，尼龙是最合适的地毯用材料，但其具有价格高的缺点，因此价廉的聚丙烯被用作替代品。
然而，由于聚丙烯的耐热性差并且不适合用于在高温下成型的汽车地毯，因此广泛使用尼龙材料，但由于尼龙材料昂贵，因此在许多情况下使用针刺无纺布。另一方面，针刺无纺布的缺点在于外观品质低并且耐磨性比簇绒地毯差。
近年来，为了解决上述问题，已试图采用聚对苯二甲酸乙二醇酯材料制造BCF，该材料在经济性方面相比于其他材料具有优异特性并且具有高耐热性，从而用于汽车用地毯，但由于聚对苯二甲酸乙二醇酯具有高于尼龙材料的比重，为了产生相同的外观应增加纱线的重量，这在成本方面具有劣势。另外，由于纱线的膨体稳定性比尼龙低，因此存在纱线在成型后受压且体积感降低的问题。
此外，当使用聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF生产地毯时，BCF纱线本身必须具有拉伸强度和抗外力的强度性质，以改善地毯的耐磨性。为了增加长丝的拉伸强度，必须在BCF制造过程中的拉伸步骤中以高比率拉伸纤维。然而，当拉伸比较高时，发生长丝纱线断裂并且作业变得困难。在严重的情况下，拉伸强度降低。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续长丝，其通过包含具有改善的强度和伸长率的单丝而适合用作汽车地毯。
本发明的另一目的是提供一种地毯，其通过包含聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续长丝而在外观体积感和耐磨性品质方面得到改善。
技术方案
本发明的实施方式的汽车用簇绒地毯包括：包含聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体加工连续长丝(BCF)的绒层，所述膨体加工连续长丝通过将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)聚合物熔融纺丝制备；和至少一个背衬层，其中，所述BCF的单丝在1.0g/d的初期应力下的伸长率可为5％以上，在3.0g/d的中期应力下的伸长率可为25％至35％，拉伸强度可为4.0至6.0g/d，且伸长率可为40至60％。
此处，在所述聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物中未形成聚合物的3至7的低聚物的低分子量物质的含量可为1.0重量％以下，且所述长丝中的所述低分子量物质的含量可为1.3重量％以下。
此外，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物的重均分子量可为50,000至70,000。
此外，所述连续长丝可由单丝的50至300个的聚集体的复丝形成。
此外，所述膨体加工连续长丝的总细度可为700至1500旦。
此外，根据MS343-15标准的耐磨性水平可为3级以上。
有利效果
本发明的实施方式的聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续长丝包含具有改善的强度和伸长率的单丝，使得包含所述长丝的地毯也具有改善的外观体积感和耐磨性品质。
附图说明
图1是根据本发明的实例的聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续长丝的生产设备的示意图。
图2是示出本发明的一个实施方式的聚对苯二甲酸乙二醇酯单丝的应力-应变曲线的图。
图3是根据本发明的实例的簇绒地毯的示意图。
具体实施方式
本发明能够具有各种变形和各种形式，且在以下说明中详细描述了具体的实例。然而，应该理解，本发明不应局限于所公开的具体形式，相反地，应当涵盖落入本发明的主旨和范围内的所有修改、等同物和替代物。
在本申请中，术语“包括”或“具有”等被用于指明存在说明书中陈述的特征、图形、步骤、操作、要素、部分或其组合，但不应解读为排除了一个或多个其它特征、数字、步骤、操作、成分、部分或其组合的存在或加入。此外，当诸如层、膜、区域或板等部分被称为处于另一部分“上”时，这不仅包括其“直接地”在另一部分“之上”的情形，也包括其间存在另一个部分的情形。相反，当诸如层、膜、区域或板等部分被称为处于另一部分“下”时，其不仅包括其“直接地”在另一部分“之下”的情形，也包括在中间存在另一个部分的情形。
下文将详细描述本发明的实例。
下文中，将参照附图描述根据本发明的实例的聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续长丝的生产方法。图1是根据本发明的实例的聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续长丝的生产设备的示意图。
根据实例的聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续长丝的生产方法可以包括对聚对苯二甲酸乙二醇酯切片进行熔融纺丝。
聚对苯二甲酸乙二醇酯切片优选通过液相聚合或固相聚合制备。此时，优选使用用于固相聚合的分批或连续聚合法，但本发明不限于该实例。更具体地，固相聚合在100℃至170℃于真空条件下进行4至6小时以除去水分，用4至6小时升温至235℃至255℃，且固相聚合时间优选为20至30小时。
如上所述，经液相聚合或固相聚合的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片在245℃至335℃进行熔融纺丝，并经过喷丝板1。
作为本发明的基础的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂优选含有至少90摩尔％的对苯二甲酸乙二醇酯重复单元。
作为另选，聚对苯二甲酸乙二醇酯可以包含少量的源自乙二醇和对苯二甲酸或其衍生物以及一种或多种成酯成分的单元作为共聚物单元。可与聚对苯二甲酸乙二醇酯单元共聚的其它成酯成分的实例包括如1,3-丙二醇、1,4-丁二醇和1,6-己二醇等二醇以及诸如对苯二甲酸、间苯二甲酸、六氢对苯二甲酸、芪二甲酸、联苯二甲酸、己二酸、癸二酸和壬二酸等二羧酸。
此时，聚合物的分子量非常重要，以便在纱线生产中在合适的拉伸比下具有高水平的拉伸强度。在本发明中，聚对苯二甲酸乙二醇酯的重均分子量优选为50,000以上，更优选为50,000至70,000。当重均分子量小于上述范围时，特别是当聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维的重均分子量在35,000至45,000的范围内时，拉伸比应该在分子量范围内增加到非常高的水平，因此不能确保稳定的工艺可操作性。
另一方面，在聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物中未形成聚合物的诸如低聚物数目(n)为3至7的低聚物这样的低分子量物质的含量非常重要。此时，低分子量物质的重均分子量可以为550至1,500。这种低分子量物质在聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物中的含量优选为1.0重量％以下，更优选为0.8重量％以下。如果含量超过1.0重量％，由于在纺丝喷嘴附近发生熔体破裂而可能产生异物，从而缩短了擦拭周期并导致长丝纱线断裂。结果，拉伸强度和伸长率等可能变差。
此外，在将聚合物熔融纺丝的过程中，由于高温挤出机中的热和摩擦而发生热氧化分解，从而产生低分子量物质。此时，卷绕后的长丝中的低分子量物质优选为1.3重量％以下，更优选为1.0重量％以下。另一方面，在长丝中的低分子量物质超过1.3重量％的情形下，当地毯织物通过热和压力最终成型时，其被转化为碳化或异物，并且BCF长丝难以适当地形成，结果，难以表现出绒层的体积感。
此外，聚对苯二甲酸乙二醇酯切片的含水量优选为40ppm以下。聚对苯二甲酸乙二醇酯非常容易受潮，因此通过将切片的含水量控制在上述范围内，可以防止由于水解引起的分子量下降。另一方面，当含水量超过40ppm时，发生水解引起的粘度降低，并且单丝的拉伸强度降低。
由此生产的聚对苯二甲酸乙二醇酯纱线的细度优选为700旦至1500旦，且更优选为850旦至1350旦。聚对苯二甲酸乙二醇酯纱线的直径优选为6dpf至20dpf，更优选为10dpf至15dpf。
当纱线的细度小于700旦且直径小于6dpf时，在形成地毯时织物绒的直立度降低，导致耐磨性、成型恢复性和外观较差，而当细度大于1500旦或直径超过20dpf时，地毯织物的密度降低，导致耐磨性和恢复力较差。
其后，可以进行将纺丝的聚对苯二甲酸乙二醇酯纱线冷却的步骤。此时，冷却步骤可以是在冷却区3用空气以0.2m/sec至1.0m/sec的速度冷却纱线的步骤。冷却温度优选调节为10℃至30℃，如果冷却温度小于10℃，从经济角度而言是不利的。如果冷却空气速度小于0.2m/sec，冷却效果不足。如果冷却空气速度大于1.0m/sec，纱线抖动过大，这将导致纺丝加工性方面的问题，因此优选冷却空气速度为0.2m/sec至1.0m/sec。
冷却后，实施进行上油的纺丝整理步骤。在整理施涂器4中，通过使用无水(neat)型乳液或水溶性乳液对油进行一次和二次润滑，由此增加纱线的滚动速度、润滑性和光滑性。
其后，将长丝在供给辊5上以300m/min至1,200m/min、优选500m/min至800m/min的速度供给至拉伸辊6。此时，拉伸辊6以供给辊5的速度的2.0倍至5.0倍(优选2.5倍至4.5倍)拉伸。如果拉伸速度小于2.0倍，拉伸不能充分进行。如果拉伸速度大于5.0倍，聚对苯二甲酸乙二醇酯由于材料性质而可能无法拉伸。
已穿过拉伸辊6的长丝穿过具有变形喷嘴的变形单元7以赋予膨体性质。此时，将150℃至270℃的加热流体以3kg/cm2至10kg/cm2的压力在变形单元7中喷洒，由此导致长丝在三维上不规则地卷曲。
在此情形中，加热流体的温度优选为150℃至250℃，当温度低于150℃时，变形效果降低。如果温度超过250℃，长丝受到损伤。另外，加热流体的压力优选为3kg/cm2至10kg/cm2，如果小于3kg/cm2则变形效果降低，而如果超过10kg/cm2则长丝受到损伤。
已穿过变形单元7的长丝经设置在变形喷嘴下端的冷却鼓8冷却。冷却的纱线以拉伸辊速度的0.65倍至0.95倍的速度通过松弛辊9，以得到5％至35％的超喂率。此时，如果松弛辊的速度小于拉伸辊速度的0.65倍，则纸未被卷绕。如果速度超过0.95倍，则膨松性降低，纱线的收缩显著增加，并导致高张力，由此干扰工作。已穿过松弛辊9的纱线通过整理机10。在这个部分中，以2.0kg/m2至8.0kg/m2的压力进行轻微扭曲和捆扎，以便改善纱线的滚动速度，其以0至40次/m、优选10次/m至25次/m进行。在交织超过40次的情况下，即使在染色和后处理之后，仍保持交织状态，且地毯的外观受损。经过整理机10的纱线被卷绕在最终卷绕机11中。
卷绕机的速度优选被调节为使得纱线的张力通常在50g至350g的范围内。此时，如果卷绕机中的张力小于50g，则无法进行卷绕，而如果其超过350g，膨松性下降，且极大地导致纱线收缩并产生高张力。
上述方法涉及仅由聚对苯二甲酸乙二醇酯生产的BCF，并且在根据地毯用途生产原液染色的纱线的情形中，分步工艺与上述工艺相同。然而，也可以通过将一定量的着色剂供给至原材料供给中的基础切片输入量并对其纺丝来制造原液染色的纱线。
另一方面，当使用如上所述生产的聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF生产地毯时，BCF纱线本身需要具有对抗外力的物理性质以便改善地毯的耐磨性。为了对抗外力，纱线的拉伸强度应当较高。一般而言，拉伸强度高的纱线也是高度耐磨的。然而，对簇绒地毯的耐磨性有贡献的拉伸强度的物理性质不是BCF纱线束的拉伸强度，而是每条长丝的拉伸强度，即单丝的拉伸强度。通常，耐磨性分析在Taber磨耗试验机中根据ASTM D3384进行，其中，单丝的拉伸强度比整束(即复丝)的物理性质更重要，因为每条长丝都接触砂轮。
根据本发明制备的聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续单丝可具有4.0至6.0g/d的拉伸强度和40％至60％的伸长率(应变)。此外，如图2所示，单丝优选在1.0g/d的初期应力下伸长5％以上，在3.0g/d的中期应力下伸长25％至35％，优选的是具有直至由4.0g/d的应力切断纱线时伸长5％以上的应力-应变曲线。当应力在上述范围内时，可以确保相同重量的尼龙水平的耐磨性。
聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续复丝可由50至300条单丝(更优选60至200条单丝)的聚集体形成。
如上所述，通过后处理将根据本发明制备的聚对苯二甲酸乙二醇酯复丝制造为汽车用地毯。由本发明的BCF纱线制成的地毯可以以本领域技术人员已知的任何方式来制造。图3显示了本发明的汽车用簇绒地毯的具体实例。地毯具有由第一基底箔13承载的面纱12。此时，第一基底箔13称为背衬层，而面纱12所形成的层称为绒层。作为消费者通过眼睛感知视觉感受的最外层的面纱12由BCF纱线形成。第一基底箔13由聚酯或聚烯烃制成，优选具有90gsm至150gsm的纺粘或织物形状。此外，包含面纱12的绒层优选具有180gsm至700gsm的重量。与第一基底箔13相邻的是固定面纱12的涂层14，其为本领域常规采用的适当材料，例如乳胶或丙烯酸类。最后，地毯经历二次涂布15以提供隔音或吸音性能，以便确保汽车中的安静。还可以施加300gsm至5000gsm的PE或EVA或者贴附吸音性无纺布。当使用本发明的聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF生产地毯时，即使采用与尼龙簇绒地毯相同的面纱的纱线重量，仍展示出与尼龙相同的外观，并且根据MS343-15标准的耐磨性不小于3级，因此耐磨性可以得到改善。
下文将参照实例详细描述本发明。然而，以下实施例仅说明本发明，且本发明不受以下实施例的限制。
[实施例1]
将50重量份乙二醇和100重量份对苯二甲酸混合制备的浆料加入酯化反应器并于250℃在0.5托的压力下加压4小时，以使水从反应器流出并使酯化反应得以进行，由此制备对苯二甲酸(2-羟乙基)酯。此时，在酯化反应结束时添加300ppm的磷热稳定剂。在酯化反应后，在缩聚反应开始时添加300ppm的锑催化剂作为聚合催化剂，并将温度以60℃/hr从250℃升高至285℃，且压力降至0.5托。进行固相聚合以增加液体聚合物的粘度。通常在固相聚合过程中使用分批固相聚合器以在真空条件下于140℃干燥4小时。用4小时至6小时将温度从235℃升高至245℃，直至达到最终目标粘度。
通过具有128个孔和Y型截面的喷丝板生产的聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物在290℃熔融纺丝。离开喷丝板的聚合物在喷嘴底部由20℃的冷却空气以0.5m/s冷却，然后穿过乳液供给器。已施涂乳液的纱线以598m/min的速度穿过维持在90℃温度的供给辊，然后以2,840m/min的速度于190℃在拉伸辊上拉伸。穿过拉伸辊的纱线穿过变形喷嘴并被赋予卷曲度。此时，热空气温度为200℃，压力为7kg/cm2，且背压为5kg/cm2。其后，在变形喷嘴的出口处冷却纱线，并在以2250m/min穿过松弛辊后松弛约21％。在以4.0kg/m2的压力交织20次/m后，将其卷绕于卷绕机中。
使用由此制备的聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续长丝来制备地毯。
[实施例2至3和比较例1]
聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF纱线和地毯通过与实施例1相同的程序制备，不同之处在于如下表1所示调整聚合物的分子量和低分子量物质的含量。
[实验例]
1)单丝的强度和伸长率
从在25℃的温度和65RH％的相对湿度下单独放置24小时的纱线(复丝)抽取10条单丝。使用Lenzing Co.制造的单丝拉伸试验机Vibrojet 2000，在Vibroiet中施加每旦尼尔规定的载荷(大约1旦×60(mg))，然后在20mm的样品长度和20mm/min的拉伸速度下进行测量。排除10个测量值中的最大值和最小值，使用剩余的8个值的平均值测量单丝性质。初期模量表示屈服点之前的图的斜率。
2)地毯的耐磨性
如下评估地毯的耐磨性，且结果如下表1所示。
相关测试方法规格：ASTM D3884
测试方法：Hyundai Motor MS300-35
测试设备：Taber磨耗试验机
样品尺寸：130mm直径圆形样品
检验条件
-磨耗轮：H-18
-旋转速度：70次/分钟
-载荷：1000g
-转数：1000
-评估方法：外观评估1级至5级(通过Hyundai Motor Company的MS343-15的3级以上(3、4、5级))
-评估标准：5级：未观察到磨损；4级：磨损轻微可见或几乎不可见；3级：磨损可见；2级：磨损略微严重；1级：磨损相当严重。
3)低分子量物质的含量
采用高效液相色谱(HPLC)分析PET聚合物和长丝中的低分子量物质的含量。此时，作为预处理，将约0.1g样品溶于5ml的HFIP(六氟-2-丙醇)/CH2Cl2＝1/3(v/v)，利用10ml乙腈再沉淀，然后注入UPLC。详细HPLC分析的条件如下。
-所用仪器：Waters UPLC
-柱：X-bridge C18 5μm(4.6*250mm)
-洗脱剂：A/B＝90/10→A/B＝0/100→A/B＝90/10，A：0.3％H3PO4，B：CH3CN
-流速：1.0ml/min(5.0μL注射，运行时间：40min)
-检测：UV检测器，242nm
表1
如表1所示，在实施方式的情形中，当聚合物和长丝中的低分子量物质的含量为1.0重量％以下和1.3重量％以下时，生产的构成聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF的单丝的强度为4.0至6.0g/d，伸长率为40至60％，拉伸强度和伸长率通过具有如上所述的应力-应变曲线而改善。随着单丝的拉伸强度和伸长率得到改善，抗外力的物理性质得到改善，地毯的耐磨性也得到改善。
虽然已参照其示例性实施方式对本发明进行了具体展示和描述，本领域技术人员应理解，在不背离所附权利要求所限定的本发明的主旨和范围的情况下，可以进行各种变化和改变。本领域技术人员应该理解，在不背离本发明的主旨和范围的情况下，可以在其中进行各种形式和细节上的变化。
因此，本发明的技术范围不应局限于说明书的具体实施方式中所描述的内容，而应被权利要求所限定。
符号说明
1：喷丝板 2：长丝
3：冷却区 4：整理施涂器
5：供给辊 6：拉伸辊
7：变形单元 8：冷却鼓
9：松弛辊 10：整理机
11：最终卷绕机 12：面纱(BCF)
13：第一基底箔 14：涂层
15：第二涂层
Claims (3)
1.一种汽车用簇绒地毯，所述簇绒地毯包括：
包含聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体加工连续长丝(BCF)的绒层，所述膨体加工连续长丝通过将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)聚合物熔融纺丝而制备；和
至少一个背衬层，
其中，在所述聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物中未形成聚合物的3至7低聚物的低分子量物质的含量为1.0重量％以下，且所述长丝中的所述低分子量物质的含量为1.3重量％以下，
其中，所述BCF的单丝在1.0g/d的初期应力下的伸长率为5％以上，在3.0g/d的中期应力下的伸长率为25％至30％，拉伸强度为4.0至6.0g/d，且伸长率为40％至60％，
其中，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物的重均分子量为50,000至70,000，并且
其中，根据MS343-15标准的耐磨性水平为3级以上。
2.如权利要求1所述的簇绒地毯，其中，所述连续长丝由单丝的50至300个的聚集体的复丝形成。
3.如权利要求1所述的簇绒地毯，其中，所述膨体加工连续长丝的总细度为700至1500旦。
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