CN110453298B - 熔喷芯鞘型纤维及使用其的熔喷不织布 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种熔喷芯鞘型纤维及使用其的熔喷不织布，该熔喷芯鞘型纤维具有螺旋结构，其中所述熔喷芯鞘型纤维每长度100微米(μm)具有等于或大于5个的螺旋数，以及所述熔喷芯鞘型纤维的平均纤维细度介于1微米至20微米之间。

Description

熔喷芯鞘型纤维及使用其的熔喷不织布
技术领域
本发明涉及一种纤维及不织布，尤其涉及一种熔喷芯鞘型纤维及使用其的熔喷不织布。
背景技术
不织布是纺织品的一种产品，其未经过梭织或针织等传统编织方式制成。随着纺织产业的进步，已开发出通过熔喷制程制备出的不织布，其可应用于纸尿裤、擦拭布、医疗卫材、运动服饰及羽绒服等用途。目前，一般熔喷制程制备出的不织布的纤维结构呈现直条状，且当纤维的密度越高时，会使得孔洞率降低，进而使热绝缘效果降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种熔喷芯鞘型纤维及使用其的熔喷不织布，其具有螺旋结构，且具有良好的保温性、弹性回复率、机械性质、柔软度及手感。
本发明的熔喷芯鞘型纤维具有螺旋结构，其中熔喷芯鞘型纤维每长度100微米(μm)具有等于或大于5个的螺旋数，以及熔喷芯鞘型纤维的平均纤维细度介于1微米至20微米之间。
在本发明的一实施方式中，上述的熔喷芯鞘型纤维的芯部的材料包括聚氨酯，以及鞘部的材料包括高密度聚乙烯，其中高密度聚乙烯的密度介于0.95克/立方厘米到0.96克/立方厘米之间。
在本发明的一实施方式中，上述的聚氨酯的冷结晶温度(Tc)高于高密度聚乙烯的冷结晶温度(Tc)。
在本发明的一实施方式中，上述的鞘部与芯部的截面积比介于1：1至1：9之间。
在本发明的一实施方式中，上述的熔喷芯鞘型纤维为同心芯鞘型纤维或偏心芯鞘型纤维。
本发明的熔喷不织布包括：彼此粘附的多条熔喷芯鞘型纤维，其中多条熔喷芯鞘型纤维中的每一者具有螺旋结构，多条熔喷芯鞘型纤维中的每一者每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数，以及多条熔喷芯鞘型纤维中的每一者的平均纤维细度介于1微米至20微米之间。
在本发明的一实施方式中，上述的多条熔喷芯鞘型纤维中的每一者的芯部的材料包括聚氨酯，以及鞘部的材料包括高密度聚乙烯，其中高密度聚乙烯的密度介于0.95克/立方厘米到0.96克/立方厘米之间。
在本发明的一实施方式中，上述的聚氨酯的冷结晶温度(Tc)高于高密度聚乙烯的冷结晶温度(Tc)。
在本发明的一实施方式中，上述的鞘部与芯部的截面积比介于1：1至1：9之间。
在本发明的一实施方式中，上述的多条熔喷芯鞘型纤维中的每一者为同心芯鞘型纤维或偏心芯鞘型纤维。
基于上述，本发明的熔喷芯鞘型纤维通过具有螺旋结构，每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数，且平均纤维细度介于1微米至20微米之间，使得包括本发明的熔喷芯鞘型纤维的熔喷不织布具有良好的保温性、弹性回复率、机械性质、柔软度及手感。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施方式，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明的一实施方式的熔喷芯鞘型纤维的局部示意图。
图2是依照本发明的一实施方式的熔喷不织布的局部示意图。
附图标记说明：
10：熔喷芯鞘型纤维
100：熔喷不织布
具体实施方式
在本文中，由“一数值至另一数值”表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。
为了制备出具有螺旋结构，且具有良好的保温性、弹性回复率、机械性质、柔软度及手感的熔喷芯鞘型纤维，本发明提出一种熔喷芯鞘型纤维，其可达到上述优点。以下，特举实施方式作为本发明确实能够据以实施的范例。
图1是依照本发明的一实施方式的熔喷芯鞘型纤维的剖面示意图。请参照图1，熔喷芯鞘型纤维10具有螺旋结构。在本实施方式中，熔喷芯鞘型纤维10具有螺旋结构，藉此可提升包括熔喷芯鞘型纤维10的熔喷不织布100(相关描述将于下文中说明)的孔洞率，进一步增加熔喷不织布100的保温性及热绝缘性。在本实施方式中，熔喷芯鞘型纤维10可为同心芯鞘型纤维或偏心芯鞘型纤维。值得一提的是，偏心芯鞘型纤维相较于同心芯鞘型纤维具有制程较简单以及螺旋结构较紧密数的优势。换句话说，与同心芯鞘型纤维相比，单位长度下偏心芯鞘型纤维可具有较多螺旋数。
在本实施方式中，熔喷芯鞘型纤维10每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数，以及熔喷芯鞘型纤维10的平均纤维细度介于1微米(μm)至20微米之间。在一实施方式中，熔喷芯鞘型纤维10在平均纤维细度为6微米及平均纤维长度为50微米的情况下可具有9个的螺旋数，藉此相较于一般的熔喷纤维，可大幅提升后续使用熔喷芯鞘型纤维10来制造的熔喷不织布100的伸长率与柔软度。此外，当熔喷芯鞘型纤维10的平均纤维细度越小，则每长度100微米具有的螺旋数越大。另一方面，若熔喷芯鞘型纤维10的平均纤维细度低于1微米，则熔喷芯鞘型纤维10的强度及膨松度会降低，而无法制备出良好的熔喷不织布；若熔喷芯鞘型纤维10的平均纤维细度高于20微米，则所制备出的熔喷不织布将过于厚重，且可能会因为螺旋数降低而降低熔喷不织布的保暖性。
在本实施方式中，熔喷芯鞘型纤维10的芯部的材料可包括聚氨酯，以及鞘部的材料可包括高密度聚乙烯(HDPE)。换句话说，在本实施方式中，熔喷芯鞘型纤维10的芯部的材料为弹性材料，而鞘部的材料为非弹性材料。从另一观点而言，在本实施方式中，熔喷芯鞘型纤维10为双组份复合纤维。在一实施方式中，聚氨酯例如是热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane，TPU)。在一实施方式中，高密度聚乙烯的密度可介于0.95克/立方厘米到0.96克/立方厘米之间。
在本实施方式中，熔喷芯鞘型纤维10的芯部的材料的冷结晶温度(Tc)高于熔喷芯鞘型纤维10的鞘部的材料的冷结晶温度(Tc)。也就是说，在本实施方式中，用以形成熔喷芯鞘型纤维10的芯部的聚氨酯的冷结晶温度高于用以形成熔喷芯鞘型纤维10的鞘部的高密度聚乙烯的冷结晶温度。如此一来，在熔喷芯鞘型纤维10的制备过程中，熔喷芯鞘型纤维10的芯部与鞘部之间会因为芯部的材料的冷结晶温度高于鞘部的材料的冷结晶温度而存在应力变化，进而自然地形成螺旋结构。
在本实施方式中，熔喷芯鞘型纤维10的制备方法例如包括以下步骤。首先，在熔喷设备中，将用以形成芯部的材料与用以形成鞘部的材料熔融。接着，通过押出机将芯部的材料与鞘部的材料经由熔喷纺嘴挤出后进行牵伸，以制得熔喷芯鞘型纤维10。详细而言，自熔喷纺嘴喷出的材料在距离熔喷纺嘴约5厘米至10厘米的距离内会因接触环境空气而冷却固化成型。在一实施方式中，高温气流牵伸压力例如是小于或等于50kg/m2，且较佳为20kg/m2；高温气流的温度例如是介于100℃～350℃之间，且较佳为230℃；高温气流量例如是小于或等于20m3/min，且较佳为9m3/min。
值得一提的是，在本实施方式中，由于芯部的材料的冷结晶温度高于鞘部的材料的冷结晶温度，在材料自熔喷纺嘴喷出而冷却固化成熔喷芯鞘型纤维10的过程中，芯部的材料会较鞘部的材料先固化，藉此两者间会存在应力变化而形成具有螺旋结构的熔喷芯鞘型纤维10。从另一观点而言，在本实施方式中，通过芯部的材料为弹性材料而鞘部的材料为非弹性材料，使得在芯部的材料较鞘部的材料先固化的过程中，两者间会产生明显的剪切效应。
在一实施方式中，当芯部的材料为热塑性聚氨酯，鞘部的材料为高密度聚乙烯(密度为0.955克/立方厘米)，且热塑性聚氨酯的冷结晶温度高于高密度聚乙烯的冷结晶温度时，在材料从熔喷纺嘴喷出而冷却固化成熔喷芯鞘型纤维10的过程中，高密度聚乙烯会在热塑性聚氨酯已冷却固化而尚未定型的时候瞬间冷却固化成型，藉此使得芯部与鞘部间存在明显的应力变化而形成具有螺旋结构的熔喷芯鞘型纤维10。
在本实施方式中，如前文所述，由于熔喷芯鞘型纤维10的平均纤维细度越小，则每长度100微米具有的螺旋数越大，通过气流的压力及材料吐出量可控制熔喷芯鞘型纤维10的平均纤维细度与螺旋结构的均匀性。详细而言，当气流的压力越大，熔喷芯鞘型纤维10的平均纤维细度越小；当材料吐出量越大，熔喷芯鞘型纤维10的平均纤维细度越大。另一方面，在本实施方式中，通过材料吐出量可控制熔喷芯鞘型纤维10的芯鞘比。在一实施方式中，芯部的材料的吐出量例如是介于0.05g～0.5g之间，鞘部的材料的吐出量例如是介于0.05g～0.5g之间，以控制熔喷芯鞘型纤维10的鞘部与芯部的截面积比可介于1：1至1：9之间。
值得说明的是，在本实施方式中，熔喷芯鞘型纤维10通过具有螺旋结构，以及每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数，从而可制得具有良好的保温性、弹性回复率、机械性质、柔软度及手感的熔喷不织布。另一方面，在本实施方式中，熔喷芯鞘型纤维10的平均纤维细度介于1微米至20微米之间，藉此使得熔喷芯鞘型纤维10的平均纤维细度较一般熔纺纤维低，而得以达成每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数。
另外，当存在多条熔喷芯鞘型纤维10时，这些熔喷芯鞘型纤维10会在熔喷制程中经过例如是加热及压合程序而彼此相互粘附而形成熔喷不织布。
图2是依照本发明的一实施方式的熔喷不织布的局部示意图。请参照图2，熔喷不织布100包括彼此粘附的多条熔喷芯鞘型纤维10。详细而言，多条熔喷芯鞘型纤维10彼此之间是相互任意交错的。熔喷芯鞘型纤维10的相关描述已在前述实施方式中进行详尽地说明，故在此不再赘述。
值得说明的是，在本实施方式中，由于熔喷芯鞘型纤维10具有螺旋结构，且每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数，故多条熔喷芯鞘型纤维10彼此相互粘附时，其间会形成多个孔洞，藉此使得熔喷不织布100能够具有良好的保温性、弹性回复率、机械性质、柔软度及手感。
下文将根据实施例1及比较例1至比较例3更具体地描述本发明的特征。虽然描述了以下实施例，但是在不逾越本发明范畴的情况下，可适当地改变所用材料、其量及比例、处理细节以及处理流程等等。因此，不应由下文所述的实施例对本发明作出限制性地解释。
制备实施例1及比较例1至比较例2的熔喷芯鞘型纤维及熔喷不织布所使用的主要材料及设备的信息，如下所示。
实施例1：
芯部的材料：热塑性聚氨酯，三晃公司制造的TPU300。
鞘部的材料：高密度聚乙烯，台化公司制造的HDPE7200F，其中密度为0.955克/立方厘米。
比较例1：热塑性聚氨酯，三晃公司制造的TPU。
比较例2：
芯部的材料：热塑性聚氨酯，三晃公司制造的kuotane300。
鞘部的材料：聚对苯二甲酸丁二酯(Polybutylene terephthalate，PBT)，长春公司制造。
熔喷设备：由BIAX公司制造，型号为15〞MELT-BLOWN PILOT LINE。
实施例1
使用熔喷设备将用以形成芯部的热塑性聚氨酯与用以形成鞘部的高密度聚乙烯的两种母粒进行熔喷制程来制造实施例1的熔喷芯鞘型纤维及熔喷不织布，其中熔喷的制程条件如下：制程温度约为190℃至205℃，纺嘴孔径为0.5mm、热塑性聚氨酯之纺嘴吐出量为0.3g/hole/min、高密度聚乙烯之纺嘴吐出量为0.2g/hole/min、高温气流的温度为230℃、高温气流量为9m3/min、高温气流牵伸压力为20kg/m2。实施例1的熔喷不织布中的多条熔喷芯鞘型纤维具有如图2所示的结构，实施例1的熔喷芯鞘型纤维每长度100微米平均具有6个的螺旋数、平均纤维细度为10微米、且鞘部与芯部的截面积比为1：3。
比较例1
使用熔喷设备将热塑性聚氨酯的母粒进行熔喷制程来制造比较例1的熔喷纤维及熔喷不织布，其中熔喷的制程条件如下：制程温度约为200℃，纺嘴孔径为0.5mm、单孔纺嘴吐出量为0.45g/hole/min、高温气流的温度为205℃、高温气流量为6.2m3/min、高温气流牵伸压力为13.5kg/m2。比较例1的熔喷纤维呈现直条状，且其平均纤维细度为9微米。
比较例2
使用熔喷设备将用以形成芯部的热塑性聚氨酯与用以形成鞘部的聚对苯二甲酸丁二酯的两种母粒进行熔喷制程来制造比较例2的熔喷芯鞘型纤维及熔喷不织布，其中熔喷的制程条件如下：制程温度约为190℃至270℃，纺嘴孔径为0.5mm、热塑性聚氨酯之纺嘴吐出量为0.3g/hole/min、聚对苯二甲酸丁二酯之纺嘴吐出量为0.2g/hole/min、高温气流的温度为260℃、高温气流量为6.1m3/min、高温气流牵伸压力为13.3kg/m2。比较例2的熔喷芯鞘型纤维呈现直条状，平均纤维细度为10微米，且鞘部与芯部的截面积比为1：3。
比较例3
与实施例1、比较例1～2不同的是，比较例3直接使用市售商品新雪丽TM双层不织布CDS型(购自新雪丽公司)。
之后，分别对实施例1及比较例1至比较例2的熔喷不织布进行以下评估1至评估4，以及分别对实施例1及比较例3的熔喷不织布进行以下评估5至评估6。
评估1：柔软度的测量
依据CNS12915【一般织物试验法】第6.19节【刚软度试验】中的【45°悬臂法】，使用刻度识别，在熔喷不织布的基重设定为200g/m2的情况下，分别对5个实施例1的熔喷不织布进行柔软度的测量，并计算平均值；分别对5个比较例1的熔喷不织布进行柔软度的测量，并计算平均值；及分别对5个比较例2的熔喷不织布进行柔软度的测量，并计算平均值。测量结果显示在下方表1中。对产业界而言，柔软度至少需要达到6.0cm以下，且数值越小，表示熔喷不织布的柔软度越佳。
表1
Figure BDA0001702678380000071
由表1可知，与比较例1至比较例2的熔喷不织布相比，实施例1的熔喷不织布具有较佳的柔软度。此结果证实，本发明的熔喷不织布通过包括多条熔喷芯鞘型纤维，每一熔喷芯鞘型纤维具有螺旋结构且每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数，得以提升柔软性。
评估2：厚度减少率的测量
首先，分别在5个实施例1的熔喷不织布上施加4.14KPa的压力；分别在5个比较例1的熔喷不织布上施加4.14KPa的压力；及分别在5个比较例2的熔喷不织布上施加4.14KPa的压力。经过30分钟之后，分别测量前述各样品的被压缩后的厚度，并以压缩后的厚度与初始厚度的差值占初始厚度的百分比定义为厚度减少率(％)；也即，厚度减少率(％)＝(初始厚度–压缩后的厚度)/初始厚度x100(％)。测量结果显示在下方表2中。在表2中，数值越大，表示熔喷不织布的手感越Q弹。
表2
实施例1 比较例1 比较例2
样品1 28.8％ 7.7％ 4.2％
样品2 27.3％ 7.2％ 4.1％
样品3 26.2％ 6.1％ 4.1％
样品4 23.3％ 6.8％ 4.3％
样品5 27.4％ 6.9％ 4.0％
平均值 26.6％ 6.9％ 4.1％
由上述表2可知，实施例1的熔喷不织布的厚度减少率大于比较例1至比较例2的熔喷不织布的厚度减少率。此结果证实，本发明的熔喷不织布通过包括多条熔喷芯鞘型纤维，每一熔喷芯鞘型纤维具有螺旋结构且每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数，使得手感的Q弹度得以提升。换句话说，本发明的熔喷不织布相较于一般的不织布具有较佳的手感。
评估3：抗拉强度及伸长率的测量
首先，将5个实施例1的熔喷不织布、5个比较例1的熔喷不织布及5个比较例2的熔喷不织布分别制作成长宽尺寸为150mm×25mm且呈哑铃状或是狗骨头状的膜材样品。接着，依据ASTM D5035，使用拉力试验机(型号GT-7001-MC10，高铁检测仪器公司制造)来量测沿机械方向(Machine Direction，MD)上，该些膜材样品的抗拉强度(kgf)及伸长率(％)，其中拉伸速率为300mm/min。测量结果显示在下方表3中。在表3中，数值越大，表示熔喷不织布的机械性质越佳。
表3
Figure BDA0001702678380000091
由表3可知，与比较例1至比较例2的熔喷不织布相比，实施例1的熔喷不织布在抗拉强度及伸长率的方面上均具有较佳表现。此结果证实，本发明的熔喷不织布通过包括多条熔喷芯鞘型纤维，每一熔喷芯鞘型纤维具有螺旋结构且每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数，得以提升机械性质。
评估4：弹性回复率的测量
首先，将5个实施例1的熔喷不织布、5个比较例1的熔喷不织布及5个比较例2的熔喷不织布分别制作成长宽尺寸为350mm×50mm的试片。接着，依据CNS13752，使用500克的荷重将该试片分别拉伸再量测其记号的拉伸形变。之后，在移除作用力后，分别测量该些膜材样品经拉伸后的长度，并以经拉伸后的长度占初始长度的百分比定义为弹性回复率(％)；也即，弹性回复率(％)＝经拉伸后的长度/初始长度x100(％)。测量结果显示在下方表4中。在表4中，数值越大，表示熔喷不织布的回弹性越佳。
表4
实施例1 比较例1 比较例2
1 62.6％ 52.6％ 45.2％
2 62.3％ 51.5％ 46.2％
3 62.1％ 51.1％ 47.0％
4 63.0％ 52.9％ 46.1％
平均 62.5％ 52.0％ 46.1％
由上述表4可知，与比较例1至比较例2的熔喷不织布相比，实施例1的熔喷不织布具有较佳的弹性回复率。此结果证实，本发明的熔喷不织布通过包括多条熔喷芯鞘型纤维，每一熔喷芯鞘型纤维具有螺旋结构且每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数，得以提升回弹性。如此一来，本发明的熔喷不织布有利于应用在伸缩绷带、尿布粘扣带等产品。
评估5：保温性的测量
首先，将实施例1的熔喷不织布及比较例3的熔喷不织布分别制作成厚度为0.2mm、0.3mm、0.5mm及0.7mm的膜材样品。接着，依据ASTM D1518，使用防护热板(Guard HotPlate)系统分析仪(型号8455-06，西北科学股份有限公司(Northwest Scientific Inc.)制造)，分别测量该些膜材样品的特性保温值(characteristic heat-isolated value，CLO)。特性保温值是英美国家用来表示织物保温性能的计算单位，其定义为在21℃室温、相对湿度50％、气流10cm/s的环境下，穿着者感觉舒适、并保持其体表温度为33℃时，此穿着服装的保暖量为1CLO。测量结果显示在下方表5中。在表5中，当CLO的值越大，表示熔喷不织布的保温性越佳。
评估6：热阻值的测量
首先，将实施例1的熔喷不织布及比较例3的熔喷不织布分别制作成厚度为0.2mm、0.3mm、0.5mm及0.7mm的膜材样品。接着，依据ASTM D1518，使用防护热板系统分析仪(型号8455-06，西北科学股份有限公司制造)，分别测量该些膜材样品的热阻值。测量结果显示在下方表5中。对产业界而言，热阻值越大，表示熔喷不织布的热绝缘性越佳。
表5
Figure BDA0001702678380000111
由上述表5可知，与比较例3的熔喷不织布相比，实施例1的熔喷不织布在保温性及热阻值的方面上均具有较佳表现。此结果证实，本发明的熔喷不织布通过包括多条熔喷芯鞘型纤维，每一熔喷芯鞘型纤维具有螺旋结构且每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数，得以提升保温性及热绝缘性。如此一来，本发明的熔喷不织布有利于应用在抗寒睡袋、睡垫、保暖衣等产品。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (6)

1.一种熔喷芯鞘型纤维，其特征在于，具有螺旋结构，其中所述熔喷芯鞘型纤维每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数，以及所述熔喷芯鞘型纤维的平均纤维细度介于1微米至20微米之间，其中所述熔喷芯鞘型纤维的芯部的材料包括聚氨酯，以及鞘部的材料包括高密度聚乙烯，其中所述高密度聚乙烯的密度介于0.95克/立方厘米到0.96克/立方厘米之间，且所述聚氨酯的冷结晶温度高于所述高密度聚乙烯的冷结晶温度。
2.根据权利要求1所述的熔喷芯鞘型纤维，其中所述鞘部与所述芯部的截面积比介于1：1至1：9之间。
3.根据权利要求1所述的熔喷芯鞘型纤维，其中所述熔喷芯鞘型纤维为同心芯鞘型纤维或偏心芯鞘型纤维。
4.一种熔喷不织布，其特征在于，包括：
彼此粘附的多条熔喷芯鞘型纤维，其中所述多条熔喷芯鞘型纤维中的每一者具有螺旋结构，所述多条熔喷芯鞘型纤维中的每一者每长度100微米具有等于或大于5个的螺旋数，以及所述多条熔喷芯鞘型纤维中的每一者的平均纤维细度介于1微米至20微米之间，其中所述多条熔喷芯鞘型纤维中的每一者的芯部的材料包括聚氨酯，以及鞘部的材料包括高密度聚乙烯，其中所述高密度聚乙烯的密度介于0.95克/立方厘米到0.96克/立方厘米之间，且所述聚氨酯的冷结晶温度高于所述高密度聚乙烯的冷结晶温度。
5.根据权利要求4所述的熔喷不织布，其中所述鞘部与所述芯部的截面积比介于1：1至1：9之间。
6.根据权利要求4所述的熔喷不织布，其中所述多条熔喷芯鞘型纤维中的每一者为同心芯鞘型纤维或偏心芯鞘型纤维。
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