CN110972484B - 包含聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续纤丝的簇绒地毯 - Google Patents

包含聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续纤丝的簇绒地毯 Download PDF

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Abstract

汽车用簇绒地毯包含：包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膨体连续纤丝(BCF)的绒层；和至少一个背衬层，且所述膨体连续纤丝的卷曲率为14％以上且截面修正比为1.9至3.4。

Description

包含聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续纤丝的簇绒地毯
技术领域
本发明涉及适合用于汽车中的聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续纤丝以及包含该纤丝的簇绒地毯。
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纤丝(BCF)的合成纤维材料。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，由于聚丙烯因其低耐热性而不适合用在高温成型的汽车地毯中，因此往往使用品质低但价格低廉的针刺无纺织物。然而，由于针刺无纺织物具有外观品质比簇绒地毯低且耐磨性差的缺点，故需要开发价廉的簇绒地毯材料。
近年来，为了解决上述问题，已试图采用BCF作为汽车用地毯，通过使用就经济性而言相比其他材料具有优异特性且具有高耐热性的聚对苯二甲酸乙二醇酯材料制成BCF，但聚对苯二甲酸乙二醇酯相对于尼龙重量高，因此其就价格而言具有劣势，因为为了产生相同的外观必须增加每单位面积植入的纱重。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而体量感降低的问题。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供具有改善的卷曲率且适合用作汽车地毯的聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续纤丝以及用于制备该纤丝的方法。
本发明的另一目的在于提供包含聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续纤丝的簇绒地毯，其在外观体量感和耐磨性品质方面得到改善。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种汽车用簇绒地毯，所述簇绒地毯包含：包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膨体连续纤丝(BCF)的绒层；和至少一个背衬层，其中，所述膨体连续纤丝的卷曲率为14％以上且截面修正比为1.9至3.4。
本文中，膨体连续纤丝的直径可以为6dpf至20dpf，且所述膨体连续纤丝的细度可以为700旦至1500旦。
此外，其中绒层可重180gsm至700gsm。
此外，根据MS343-15标准的耐磨性水平可以为3级以上。
有利效果
在本发明的实例的聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续纤丝的制造方法中，纤丝通过变形喷嘴以使纤丝骤冷，由此降低纤丝的热收缩率，从而与常规水平相比改善了卷曲率。
此外，通过将纤丝的截面特征调节至特定范围，可以增加纤丝的体量感，且应用了这种纤丝的簇绒地毯还可以改善外观体量感和耐磨性品质。
附图说明
图1是根据本发明的实例生产聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续纤丝的设备的示意图。
图2是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，且在以下说明中描述了具体的实例。然而，应该理解，本发明不应当受所公开的特定形式的限制，相反地，应当涵盖落入本发明的主旨和范围内的所有变形、等同形式和另选方案。
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、整数、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“之上”时，这不仅包括其“直接地”在另一部分“之上”的情形，也包括于其间存在另一个部分的情形。相比之下，当诸如层、膜、区域或板等部分被称为处于另一部分“之下”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生产聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续纤丝的方法。图1是根据本发明的实例生产聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续纤丝的设备的示意图。
根据实例生产聚对苯二甲酸乙二醇酯膨体连续纤丝的方法可以包括对聚对苯二甲酸乙二醇酯薄片进行熔融纺丝。
聚对苯二甲酸乙二醇酯薄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，温度在4至6小时内从235℃升至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薄片在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90mol％的对苯二甲酸乙二酯重复单元。
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的单元以及作为共聚物单元的一种或多种成酯成分。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、联苯甲酸、己二酸、癸二酸和壬二酸等二羧酸。
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，织物绒的垂直度在形成地毯时降低，导致耐磨性、成型恢复性和外观差，而当纱线的细度大于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差。
其后，可以进行冷却经纺丝的聚对苯二甲酸乙二醇酯纱线的步骤。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℃，且如果冷却温度小于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，这将导致纺纱加工性方面的问题，且因此优选冷却空气速度为0.2m/sec至1.0m/sec。
冷却后，进行了执行上油的纺纱整理步骤。在整理敷料器4中，通过使用无水型(neat type)乳液或水溶性乳液将油初次和二次润滑，由此增加纱线的滚动速度、润滑性和光滑性。
其后，将纤丝在进料辊5上以300m/min至1,200m/min、优选500m/min至800m/min的速度进料至拉伸辊6。此时，拉伸辊6以2.0倍至5.0倍(优选2.5倍至4.5倍)于进料辊5的速度拉伸。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。
已通过拉伸辊6的纤丝通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℃的加热液以3kg/cm2至10kg/cm2的压力在变形单元7中喷洒，由此导致纤丝在三个维度不规则地卷曲。
在此情形中，加热液的温度优选为150℃至250℃，且当温度低于150℃时，变形效果降低。如果温度超过250℃，纤丝受到损伤。另外，加热液的压力优选为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则纤丝受到损伤。
另一方面，卷曲率优选为14％以上，且更优选为16％以上。聚对苯二甲酸乙二醇酯具有高比重，这导致每单位面积的地毯的纱重变得比通常用作BCF材料的尼龙更高的问题。为了解决该问题，本发明将聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF纱线的卷曲率从现有的10％水平增加至14％以上，更优选16％以上，由此改善体量感。另外，当BCF纱线的卷曲率增加，纱线自身的膨松性增加，从而纱线即使具有小的纱重也可以具有丰盈外观和体量感。
然而，由于该聚合物与尼龙相比较硬，聚对苯二甲酸乙二醇酯存在难以增加卷曲率的问题。
如上所述，已通过高速的拉伸辊6的纱线经赋予卷曲度的变形喷嘴通过下文将描述的松弛辊9卷绕在终卷绕机上。此时，拉伸辊的速度V1和松弛辊的速度V2之间的差异被称为超喂率(over feed rate)。该超喂率是卷曲度的来源并且可以表达为：
[式]
超喂率(％)＝(V1-V2)/V1*100＝热收缩率+卷曲率
如上所述，从拉伸辊供给至变形喷嘴的纱线被高温高压空气软化并压缩而在变形喷嘴的出口处具有正弦卷曲形状。因此，为了增加卷曲率，空气的温度和压力必须高，并且特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯具有比尼龙高的熔点(Tm)，因此需要更高的温度。如果超喂率增加，可以增加卷曲率。然而，如果超喂率增加，则发生截断且加工性变差。因此，增加超喂率来增加卷曲率并不优选。为了在超喂率相同的水平上增加卷曲率，应该降低热收缩率。由于其温度通过行经变形单元而得以升高的纱线持续收缩直到充分冷却，应该尽可能快地进行冷却以便降低热收缩率。
因此，本发明的特征在于在变形喷嘴出口处通过冷却水或冷却空气骤冷或者通过位于变形喷嘴下端的冷却鼓抽吸空气来使纱线的热收缩率降低以便增加卷曲率。
更具体地，已通过变形单元7的纤丝经冷却段冷却。冷却段是其中行经变形单元的纤丝被冷却水或冷却空气骤冷的工段。此时，冷却水和冷却空气的温度优选为5℃至10℃，且压力优选为3kgf至10kgf，并且在上述范围内能够获得所需的骤冷效果，由此降低纱线的热收缩率，从而将卷曲率增加至14％以上。
同时，冷却段可以是设置在变形喷嘴下端的冷却鼓8，并且可以为抽吸空气来使空气骤冷的工段。此时，优选的是将冷却鼓8设置于与变形喷嘴分隔开不足1cm。在此情形中，可以获得所需的骤冷效应，由此降低纱线的热收缩率并将卷曲率增加至14％以上。
冷却的纱线以0.65倍至0.95倍于拉伸辊速度的速度通过松弛辊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。通过了松弛辊9的纱线通过整理机10。在这部分中，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的纱线被卷绕在终卷绕机11中。
卷绕机的速度优选经调节来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。
另一方面，为了通过使用小重量的纱线改善地毯覆盖性，纱线的截面被制成三叶型(Y形截面)，且该截面形状也是重要的。评估截面形状的指数是修正比(modificationratio)，外接圆(Y2)与内接圆(Y2)之比，即Y2/Y1。如果修正比过高，则耐磨性不良。相反地，如果修正比低，则纱线的体量感将变低。因此，应该设定适当程度的修正比。截面的修正比优选为1.9至3.4。
上述方法涉及仅由聚对苯二甲酸乙二醇酯生产的BCF，且在根据地毯用途生产纺前染色的纱线的情形中的分步工艺与上述工艺相同。然而，也可以在通过将一定量的着色剂进料至原材料供给中的基础薄片输入量并对其纺纱来制造纺前染色的纱线。
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2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支持的面纱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，且优选具有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，地毯经历二次涂层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织物。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重，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(2-羟乙基)对苯二甲酸酯。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。通常在固相聚合工艺期间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型截面的喷丝板产生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被冷却空气于20℃以0.5m/s冷却，然后通过乳液进料器。已施涂乳液的纱线以598m/min的速度通过维持在90℃温度的进料辊，然后以2,840m/min的速度于190℃在拉伸辊上拉伸。通过了拉伸辊的纱线通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用冷却空气以下表1中所示的温度和压力使纱线快速冷却，并在以2250m/min通过松弛辊后松弛约21％。在以4.0kg/m2的压力交织后，将其卷绕于卷绕机中。
[实施例2和3]
通过与实施例1相同的程序制备聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF纱线，不同在于在变形喷嘴的出口处用冷却空气或冷却水以下表1中所示的温度和压力使纱线快速冷却。
[实施例4]
通过与实施例1相同的程序制备聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF纱线，不同在于通过安置在变形喷嘴略下方1cm以内的冷却鼓抽吸空气以使空气骤冷来冷却纱线，而不是在变形喷嘴出口处用冷却空气冷却纱线。
[比较例1]
以与实施例1相同的方式制备聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF纱线，不同在于在变形喷嘴的出口处用冷却空气以下表1中所示的温度和压力使纱线冷却。
[比较例2]
以与实施例1相同的方式制备尼龙BCF纱线，不同在于使用尼龙代替聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物，并在变形喷嘴的出口处用冷却空气以下表1中所示的温度和压力使纱线冷却。
[实验例1]
通过以下方法测定实施例1至4和比较例1和2中制备的聚对苯二甲酸乙二醇酯及尼龙BCF的卷曲率，且结果如下表1所示。
通过将纱线沿圆周1m的卷筒卷绕1次来制备绞纱。
接着，将纱线浸入100℃的沸水中5分钟，然后在将纱线从烘箱中取出后将纱线调理20分钟。其后，在悬挂额外载重的重量(旦*0.1g)后60秒测定长度L0，然后在移除额外载重后悬挂旧载重重量(旦*0.01g)，并在60秒后测定长度L1，然后通过下式计算卷曲率(％)。
卷曲率(％)＝{(L0-L1)/L0}×100
[表1]
材料 旦/纤丝 冷却方法 温度(℃) 压力(kgf) 卷曲率(％)
实施例1 PET 1200/128 冷却空气 10 3 18.2
实施例2 PET 1200/128 冷却空气 10 5 19.4
实施例3 PET 1200/128 冷却水 5 3 21.3
实施例4 PET 1200/128 抽吸空气 - - 21.6
比较例1 PET 1200/128 空气 25 3 10.5
比较例2 尼龙 1200/128 空气 25 3 11.7
参见表1，可以看出使具有高温的纱线尽可能快地通过变形单元来冷却，由此降低了纱线的热收缩率并改善了卷曲率，从而制造了根据实施例生产的聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF。此外，由于卷曲率得到改善，纱线自身的膨松性增加，从而纱线即使具有小的纱重也可以具有丰盈的外观感受和体量感。
另一方面，在根据比较例生产的BCF的情形中，通过变形单元的纱线未快速冷却，收缩持续进行直到温度高至足以冷却，且卷曲率因热收缩率增加而降低。
[实施例5至7和比较例3至4]
通过与实施例1相同的程序获得聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF纱线，不同在于如表2中分别调节纱线的修正比(外接圆(Y2)与内接圆(Y2)之比Y2/Y1)，由此制备簇绒地毯。制备的每种簇绒地毯的耐磨性如下测定，且结果如下表2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
1)磨损轮：H-18
2)旋转速度：70次/分钟
3)载重：1000g
4)转数：1000
5)评估方法：外观评估1级至5级(Hyundai Motor Company的MS343-15的通过级别3以上(3、4、5级))
6)评估标准：5级，未观察到磨损；4级，磨损轻微可见或几乎不显眼；3级，磨损可见；2级，磨损略微严重；1级，磨损相当严重。
[表2]
修正比 纱重(g/m<sup>2</sup>) 外观体量感 磨损(等级)
实施例5 2.0 305 良好 3
实施例6 2.5 305 良好 3
实施例7 3.0 305 良好 3
比较例3 1.6 305 不良 3
比较例4 3.5 305 良好 2
参见表2，可以看出当根据本发明将截面修正比控制在1.9至3.4时(实施例5至7)，外观的体量感和耐磨性优异。另一方面，在截面修正比低于上述范围的情形中(比较例3)，纱线的体量感下降，而当其高出上述范围时(比较例4)，耐磨性降低。
因此，当根据本发明使用聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF生产地毯时，即使采用具有与尼龙相同重量的纱线，外观的体量感和耐磨性品质也能得到改善。
虽然已参照其示例性实施方式对本发明进行了具体呈现和描述，本领域技术人员应该理解，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受到说明书的具体实施方式中所描述的内容的限制，而应被权利要求所限定。
符号说明
1:喷丝板 2:纤丝
3:冷却区 4:整理敷料器
5:进料辊 6:拉伸辊
7:变形单元 8:冷却鼓
9:松弛辊 10:整理机
11:终卷绕机 12:面纱(BCF)
13:第一基底箔 14:涂层
15:第二涂层

Claims (4)

1.一种汽车用簇绒地毯，所述簇绒地毯包含：
包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膨体连续纤丝(BCF)的绒层；和
至少一个背衬层，
其中，所述膨体连续纤丝的卷曲率为14％至21.6％且截面修正比为1.9至3.4，
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，所述膨体连续纤丝的直径为6dpf至20dpf。
3.如权利要求1所述的簇绒地毯，其中，所述膨体连续纤丝的细度为700旦至1500旦。
4.如权利要求1所述的簇绒地毯，其中，所述绒层重180gsm至700gsm。
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