CN113166978A

CN113166978A - 高精细高目数过滤器用芯鞘复合聚酯单纤丝

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Publication number: CN113166978A
Application number: CN202080006711.3A
Authority: CN
Inventors: 筿川恒; 向阪俊祐; 市川智之
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2040-02-21
Also published as: EP3896199A1; JPWO2020175370A1; JP7456383B2; CN113166978B; WO2020175370A1; EP3896199B1; EP3896199A4

Abstract

一种高精细高目数过滤器用芯鞘复合聚酯单纤丝，其特征在于，单纤丝的纤维纵长方向100万米中存在的、相对于纤维直径发生1.0μm以上的纤维直径变化的发生数量为1.0个以下，单纤丝的纤度为3.0～6.0dtex，残留伸长率为30～45％，单纤丝横断面积的芯鞘比率为芯成分:鞘成分＝60:40～95:5的范围。本发明的单纤丝是细纤度且纤维直径均匀的芯鞘复合单纤丝，提供网眼均匀的高目数的纱织物作为高精细高目数过滤器用途。

Description

高精细高目数过滤器用芯鞘复合聚酯单纤丝

技术领域

本发明涉及一种高精细高目数过滤器用的芯鞘复合高强度聚酯单纤丝。进一步详细而言，涉及一种适合于获得音响过滤器、燃料过滤器等要求高度兼顾过滤性能和穿透性能的高目数的单纤丝。

背景技术

近年来，单纤丝编织而成的纱织物在持续急速成长的电子工学领域，以印刷电路基板的丝网印刷用丝网纱为代表，使用于汽车、家电等的成形过滤器用途等中。作为单纤丝编织而成的纱织物的具体的用途，例如在丝网印刷的用途中，可列举出T恤或长条旗、广告牌、自动贩卖机牌、车的面板、室外·室内标识物、圆珠笔、各种卡类、名牌、便签薄(scratch)、盲文(点字)、CD·DVD、印刷基板、等离子显示器、液晶显示器等。另外，在过滤器用途，可列举出防止洗衣水中的脏物再附着的线头过滤器(lintfilter)、安装于空调中的除去室内的粉尘·灰尘的过滤器、安装于吸尘器中的除去粉尘·灰尘·垃圾的成形过滤器、在医疗领域中除去气泡等的输血器具或人工透析电路用过滤器、汽车领域中燃料泵、燃料喷射装置之类的燃料的流路、ABS、刹车器、变速器、动力转向装置等，进而即使在电子稳定控制器(Electronic Stability Control)或作为用于提高燃油效率·提升输出功率的最新机构的VVT之类的油压电路中，也起到防止向电磁阀中混入垃圾或异物、并且过滤净化这样重要的作用。

其中，近年来持续急速成长的电子工学领域和汽车领域中，过滤器的高精细化在进展。例如音响过滤器伴随便携末端的小型化，要求过滤器小型化、并且高度地兼顾防尘性能和音响穿透性，在维持过滤器的网眼均匀性的状态下，网眼的细线径化，高目数化得到进展。因此，作为单纤丝，在维持高强力、高模数、纵长方向的纤维直径的均匀性的状态下，需要进行细纤度化。另外，汽车领域中，要求面向减轻环境负荷的性能提高，作为燃料过滤器要求兼顾粒子的捕集性能和压力损失。

为了获得高精细的音响过滤器、燃料过滤器，需要得到与丝网印刷用纱相比具有高的残留伸长率的、细纤度且纤维直径均匀的单纤丝。关于过滤器用单纤丝，为了获得作为过滤器的耐久性和加工性，而需要与丝网纱用途相比较高地设定残留伸长率。另外，为了提高过滤器的音响穿透性能、过滤性能、防尘性能等，需要使用细纤维直径的单纤丝，利用细纤度单纤丝，能够加大织物的开口率，同时能够扩展编织方法的变化。作为获得细纤度单纤丝的方法，虽然专利文献1中是丝网纱用单纤丝，但通过进行芯鞘复合化且适用1工序法的设备条件，从而得到至3dtex的细纤度聚酯单纤丝。另外，专利文献2中，利用聚合物通过熔融纺丝用组件之际的热历程差，实现所产生的粘度不匀的均质化，实现抑制细纤度丝的断线。作为产业资材过滤器用单纤丝的例子，在专利文献3中使用聚萘二甲酸乙二酯聚合物来实现耐热性、耐化学药品性提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2010-180484号公报

专利文献2:日本特开2017-66560号公报

专利文献3:日本特开2011-1657号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的是获得高精细高目数过滤器用途中网眼均匀的高目数纱织物，并且提供细纤度且纤维直径均匀的单纤丝。为了获得与丝网纱用途相比具有高残留伸长率的高精细过滤器用细纤度单纤丝，而需要与丝网纱用单纤丝的制造方法相比降低拉伸倍率。另外，由于是细纤度，所以需要制成耐磨耗性优异的芯鞘复合单纤丝，且与单成分相比，各成分的流出量降低。这样一来，如果将聚合物流出量下降至以往未有的水平，则在纺丝组件内容易产生聚合物滞留部，由部分性的粘度降低所致的流出弯曲(抖动(ピクツキ))明显化。由于抖动造成局部的纤维直径产生变化，所以若将该单纤丝制成织物，则在抖动发生的部分网孔发生变化，作为织物整体会产生不匀。该不匀使最终制品外观的品质降低，同时会引起过滤器性能的降低，因此需要抑制抖动。

用于解决课题的手段

本发明是一种高精细高目数过滤器用芯鞘复合聚酯单纤丝，其特征在于，满足下述条件A～D。

A.单纤丝的纤维纵长方向100万米中存在的、相对于纤维直径发生1.0μm以上的纤维直径变化的发生数量为1.0个以下

B.单纤丝的纤度为3.0～6.0dtex

C.单纤丝的残留伸长率为30～45％

D.单纤丝横断面积的芯鞘比率为芯成分:鞘成分＝60:40～95:5的范围。

发明效果

本发明的单纤丝是细纤度且纤维直径均匀的，可以制成网眼均匀的高精细高目数过滤器用织物。

附图说明

图1是用于说明本发明中的纤维直径变化的形态的图。

具体实施方式

对于本发明的单纤丝进行说明。

本发明的单纤丝是高精细高目数过滤器用途。例如面向智能手机的小型扬声器的过滤器虽然为了扬声器的防尘而设置，但由于扬声器是小型的，所以对于使用粗丝的网而言开口率变小，声音会不流畅。另一方面，为了克服声音的不流畅，若扩大网格间隔而使网的开口率加大，则粉尘侵入至扬声器内，成为故障的原因。这样一来，在高精细高目数过滤器用途需求兼顾音响或压力的穿透性和防尘性，期望在加大网开口率的状态下制成196根/cm以上的高目数织物。制成这样的高目数织物时，由于网格间隔非常狭小，所以即便是小的纤维直径变化也会使网孔眼变形。进而，由于粘网的部位小，所以对于粘上的部位而言1个网孔眼的占有率增大，即便网的1个孔眼发生变形时，过滤器性能也会大大降低。因此，本发明的高精细高目数过滤器用单纤丝重要的是细纤度且纤维直径均匀，纤维纵长方向100万米中存在的、相对于纤维直径发生1.0μm以上的纤维直径变化的发生数量为1.0个以下。为了抑制网格间隔不均，发生的数量优选为0.8个/100万米以下，更优选为0.5个/100万米以下。

此处纤维直径变化的具体方式可以用下式表示。

纤维直径的变化幅度(μm)/变化幅度发生部的丝长(m)＝0.004～0.250

如图1所示的短间距的纤维直径变化因流出弯曲(抖动)而产生。作为抑制抖动的方法，有减小组件内的滞留部的方法。由于本发明的单纤丝使聚合物流出量下降至以往未有的水平，所以除了以往的滞留抑制方法之外，可以通过抑制聚合物滤层出的滞留来抑制抖动的发生。例如供给到组件部的聚合物由于过滤杂质，所以经过用微细沙粒和过滤器构成的滤层部，通过多孔板，暂时聚集在聚合物积存处后，导出到喷丝头。此处，通过聚合物积存处的直径与多孔板排出口的配置直径之差低于2mm，从而能够抑制抖动。该原理推定为:通过不产生滞留在聚合物积存处的端部的微量的聚合物，从而抑制起因于因滞留而熔融粘度降低了的微量聚合物的混入所导致的流出线速度的瞬间的增加而发生的流出时的弯曲(抖动)。

本发明的单纤丝在增大网开口率的状态下，制成196根/cm以上的高目数织物，因此单纤丝的纤度为3.0～6.0dtex。丝越细越能够抑制声音和压力的损失，因此优选纤度为3.0～5.0dtex，更优选为3.0～4.0dtex。为了获得作为过滤器的耐久性、加工性，本发明的单纤丝的残留伸长率为30～45％。从制丝稳定性的观点出发，优选残留伸长率为30～42％，更优选为30～40％。

本发明的单纤丝是芯成分被鞘成分覆盖，以芯成分未露出于表面的方式进行配置的芯鞘型复合聚酯单纤丝。为了兼顾高目数织造时的浮渣(SCUM)抑制效果与由芯成分带来的高强度化，芯成分:鞘成分的芯鞘比率为60:40～95:5的范围。更优选为芯成分:鞘成分＝70:30～90:10的范围。此处，本发明定义的芯鞘比率由聚酯单纤丝的横截面照片中构成聚酯单纤丝的2种聚酯的横截面积求出。

对于本发明中所用的聚酯进行说明。

此处，关于本发明的聚酯单纤丝，从获得良好的耐浮渣性的观点出发，优选鞘成分中使用的聚酯的特性粘度低于芯成分聚酯的特性粘度，优选特性粘度之差为0.20～0.45。通过特性粘度之差为0.20以上而能够抑制鞘成分的聚酯、即聚酯单纤丝表面的取向度和结晶化度，能够得到良好的耐浮渣性。另外，由于鞘成分负担熔融纺丝的喷丝头喷出孔内壁面中的剪切应力，因此芯成分受到的剪切力变小。由此芯成分的分子链取向度低，且以均匀的状态纺出，因此最终得到的聚酯单纤丝的强度提高。另一方面，为了聚酯单纤丝具有高强度而也适度需要鞘成分的取向，因此若特性粘度之差大于0.45，则不能得到满意的原纱强度。更优选的聚酯的特性粘度之差为0.20～0.40。

本发明中的聚酯的特性粘度在芯成分的聚酯中优选0.70～0.85的范围。通过将特性粘度设为0.70以上，从而能够制造兼具充分的强度和残留伸长率的聚酯单纤丝。芯成分的特性粘度更优选0.75以上。另外，从熔融挤出等的成形的容易度出发，特性粘度的上限优选0.85以下。进而若考虑制造成本和由于工艺途中的热和剪切力引起的分子链切断所致的分子量降低的影响，则芯成分的特性粘度更优选0.80以下。

可通过使鞘成分的特性粘度为0.40以上而得到稳定的缫丝性。更优选的鞘成分的特性粘度为0.45以上。另外，为了得到良好的耐磨耗性、即耐浮渣性，鞘成分的特性粘度优选为0.55以下。

此处，作为本发明的聚酯单纤丝的聚酯，可使用以聚对苯二甲酸乙二醇酯(以下称为PET)为主要成分的聚酯。作为本发明中使用的PET，可以使用以对苯二甲酸为主要的酸成分，乙二醇为主要的二醇成分，90摩尔％以上由对苯二甲酸乙二醇酯的重复单元构成的聚酯。其中，也可以以低于10摩尔％的比例包含能够形成其它的酯键的共聚成分。作为这样的共聚成分，可列举出例如间苯二甲酸、邻苯二甲酸、二溴对苯二甲酸、萘二甲酸、邻乙氧基苯甲酸之类的二官能性芳香族羧酸、癸二酸、草酸、己二酸、二聚酸之类的二官能性脂肪族羧酸、环己烷二羧酸等二羧酸类作为酸性成分，另外，可列举出例如乙二醇、二乙二醇、丙二醇、丁二醇、新戊二醇、双酚A、或环己烷二甲醇、聚乙二醇或聚丙二醇等聚氧亚烷基二醇等作为二醇成分，但并不限定于这些。

另外，可以将作为消光剂的二氧化钛、作为滑剂的二氧化硅或氧化铝的微粒、作为抗氧化剂的受阻酚衍生物、进而阻燃剂、抗静电剂、紫外线吸收剂和着色颜料根据需要添加到PET中。

另外，芯成分的PET由于主要是负担聚酯单纤丝的强度，所以通常聚酯纤维中所添加的二氧化钛为代表的无机粒子的添加物优选低于0.6wt％。另一方面，鞘成分的PET由于主要负担聚酯单纤丝的耐磨耗性，所以优选添加氧化钛为代表的无机粒子0.1wt％～0.6wt％左右。

对于本发明的聚酯单纤丝的物性进行说明。

为了抑制织造性的降低和作为过滤器使用时的尺寸稳定性的降低等的发生，所以优选强度为5.0～6.0cN/dtex。强度为5.0dtex以上时能保持过滤器的强度，能抑制网孔错位，因此能具有优异的过滤性能和防止过滤器受损。6.0cN/dtex以下时能够防止高目数织造时由杼所致的削平。强度更优选为5.2～5.8cN/dtex。

为了获得尺寸稳定性，伸长5％时的强度优选为2.7～3.8cN/dtex。2.7cN/dtex以上时，能够保持过滤器的尺寸稳定性，能抑制网眼错位，因此具有优异的过滤性能，能够防止部分堵塞。在3.8cN/dtex以下时，能够防止织造时的杼所致的削平。伸长5％时的强度优选为2.8～3.5cN/dtex。

由于织造后的热定形所带来的尺寸稳定化和进行网眼格子间隔的调整，所以沸水所致的纤维收缩率(沸水收缩率)优选为7.0～10.0％。7.0％以上时表现适度的收缩，能够得到目标的网眼格子间隔。另一方面，10.0％以下时，织造时的尺寸稳定性良好。沸水收缩率更优选7.5～9.5％。

以下对本发明的聚酯单纤丝的优选的制造方法进行说明。

本发明中，为了抑制因熔融聚合物在到达组件滤层部之前所受到的热历程差所引起的粘度不匀，能够使用在多孔板的聚合物排出口面中通过使不同的热历程的聚合物从邻接的排出口排出，由此将排出后的聚合物在从聚合物积存处至喷丝头导入口之间使聚合物均匀混合的熔融纺丝用组件。所使用的熔融纺丝用组件依次配置滤层、过滤器、多孔板、和喷丝头而构成。多孔板具有通过聚合物的多个贯通孔，并且该贯通孔在聚合物导入口侧从导入口面的中心起n个(n≥2)同心圆A1、A2、A3、…、An的圆周上分别配设多个，且在聚合物排出口侧，从排出口面的中心起m个(m≥1)同心圆B1、B2、B3、…、Bm的圆周上分别配设多个，配设于聚合物排出口面的一个圆周上的邻接的贯通孔在聚合物导入口面的不同圆周上通过，通过该贯通孔后的聚合物在多孔板正下方的聚合物积存处被排出，然后被运送至喷丝头。将聚合物从导入口面不同的圆周上的列流出至以与排出口面的一个圆周上相邻的方式配设的排出口后，在聚合物积存处合流，导入到喷丝头从而强制混合熔融聚合物，能够将因热历程差而产生的粘度不匀通过该混合而减轻。为了进一步提高混合度，多孔板的导入口面的同心圆数(n)与排出口面的同心圆数(m)优选为n>m，多孔板的排出口面的同心圆数(m)更优选为1。

关于本发明的单纤丝，可以通过将使用上述聚酯、上述熔融纺丝组件、公知的纺丝喷丝头进行熔融纺丝而得到的单纤丝持续实施拉伸而具有上述物性。作为与纺丝工序直接相接而进行拉伸的工序，纺丝速度为700～1200m/分钟，作为拉伸倍率优选为3.4～4.6倍。通过以如此低速进行纺丝、并拉伸至高倍率，从而能够得到目标强度的纤维。作为拉伸时的预热温度，优选在未拉伸丝的玻璃化转变温度以上且为{结晶化开始温度-20℃}以下的温度下进行，本发明中，优选80～110℃的范围。拉伸时的热定形温度优选为单纤丝的熔点以下，本发明中优选为120～180℃的范围。虽然也可以在纺丝工序中暂时作为未拉伸丝进行卷绕，再供给至拉伸工序，但优选进行与纺丝工序直接关联的拉伸。

实施例

利用以下实施例对本发明进行具体说明。予以说明，实施例中的单纤丝的纤维直径变化的发生数量、纤度、残留伸长率、强度、伸长5％时的强度、沸水收缩率、聚酯的特性粘度、网眼的纬丝根数用以下所述的方法进行测定。

A.单纤丝的纤维直径变化的发生数量

(1)在粗纱架上安装24个卷装。

(2)以750m/分钟的速度对丝进行解舒并通过光学式检查仪器(sensoptic社制PSD-200)。

(3)以丝长2.66m间隔测定纤维直径。测定进行了20分钟。

(4)测定结束后，将安装到粗纱架的24个卷装更换为其它的24个卷装。

(5)重复32次(2)～(4)。测定合计丝长达768万米。

(6)由测定结果数出相对于纤维直径发生1.0μm以上的纤维直径变化的个数。

(7)算出每100万米的纤维直径变化的发生数量。

B.纤度(dtex)

绞取单纤丝500m，将对绞纱的质量(g)乘以20而得的值设为纤度。

C.残留伸长率(％)、强度(cN/dtex)、伸长5％时的强度(模量)(cN/dtex)

根据JIS L1013(1999)，使用オリエンテック制Tensilon UCT-100(单纱强力试验机)进行测定。

D.沸水收缩率(％)

(1)使用1周1米的绞取机，制作卷绕10次的绞纱。

(2)将绞纱的一端挂在钩子上，在另一端挂吊上荷重4.44g/dtex的重物，测定处理前的绞纱长度。

(3)将绞纱在沸水中浸渍15分钟后，在冷水中浸渍1分钟。

(4)风干后，进行(2)，测定处理后的绞纱长度。

(5)利用下式求出纤维收缩率(％)。

纤维收缩率(％)＝(1-处理后的绞纱长度/处理前的绞纱长度)×100。

E.聚酯的特性粘度

对于定义式的ηr，在25℃的温度的纯度98％以上的邻氯苯酚(以下简写为OCP。)10mL中溶解0.8g试样，在25℃的温度下使用奥斯特瓦尔德粘度计，利用下式求出相对粘度ηr，算出特性粘度(IV)。

ηr＝η/η₀＝(t×d)/(t₀×d₀)

特性粘度(IV)＝0.0242ηr+0.2634

此处，η:聚合物溶液的粘度、η₀:OCP的粘度、t:溶液的落下时间(秒)、d:溶液的密度(g/cm³)、t₀:OCP的落下时间(秒)、d₀:OCP的密度(g/cm³)。

F.网的纬纱根数

为了评价本发明的单纤丝的网孔均匀性，用以下的方法制作网并进行评价：经纱使用本发明的6dtex的单纤丝，纬纱使用本发明的各实施例和各比较例的单纤丝。

(1)利用织机(Sulzer制P7100)织造宽2.0m、长50m、经纱和纬纱密度222根/cm的网。

(2)在所得到的网上于经纱和纬纱不同的三处以横5cm×纵5cm标出标记。

(3)将标出标记的范围用光学显微镜放大至100倍以上，数出纬纱根数，算出每1cm的纬纱根数。

(4)从测定的三处的每1cm的纬纱根数求出差(最大值-最小值)。纤维直径变化数量越少、变化幅度越小，差(最大值-最小值)越小。差(最大值-最小值)优选2.7以下。

(实施例1)

使用挤压机将作为芯成分的特性粘度为0.78的PET和作为鞘成分的特性粘度为0.51的PET分别在295℃的温度下进行熔融后，在聚合物温度283℃以芯鞘比率为芯成分:鞘成分＝80:20的方式进行泵计量，使其流入到熔融纺丝用组件中。所用的熔融纺丝组件由直径为45.0mm的过滤部、无纺布过滤器、多孔板、喷丝头构成。关于多孔板，配设有多孔板的导入口的圆周的数量是3，其最接近中心的第1列的直径9mm的圆周上配有8个导入口，第2列的直径17mm的圆周上配有8个导入口，第3列的直径33mm的圆周上配有16个导入口，并且配设有排出口的圆周的数量是1，在直径27mm的圆周上依次配有通向导入口的第1列的排出口、通向第3列的排出口、通向第2列的排出口、通向第3列的排出口合计32个排出口。也就是说，排出口以自圆周列不同的导入口出来的聚合物为彼此相邻的方式进行贯通孔配置。另外，贯通孔的直径为1.8mm、多孔板的材质为SUS420J2。喷丝头的聚合物积存处的直径为28mm、厚度为1.5mm，使其流入成为芯鞘型的公知的复合喷丝头，从直径0.49mm的喷出孔喷出。从喷丝头喷出的单纤丝按照纺丝喷丝头正下方的氛围温度为300℃的方式，进行主动加热保温，然后利用丝条冷却送风装置进行冷却，施与纺丝油剂，同时以735m/分钟的速度向非加热的第1导丝辊牵引。该未拉伸丝的玻璃化转变温度为80℃。暂时不进行卷绕而以742m/分钟的速度拉绕于被加热至90℃的温度的第1加热辊、以2385m/分钟的速度被拉绕于加热至90℃的温度的第2加热辊、以3373m/分钟的速度被拉绕于加热至130℃的温度的第3加热辊，进行拉伸、热定形。此时的拉伸倍率为4.59倍。进一步以3375m/分钟的速度拉绕于2个表面粗度为0.8S、非加热的导丝辊后，按照卷绕张力为0.425g/dtex的方式控制纺锤转速卷绕成卷装，得到3.0dtex的聚酯单纤丝。该聚酯单纤丝的特性如表1，显示出作为高精细高目数过滤器用途的优异的纤维直径均匀性、丝物性、网的纬纱根数的均匀性。

(实施例2～4)

变更实施例1中的流出量和拉伸倍率，得到纤度4.0～6.0dtex的聚酯单纤丝。这些聚酯单纤丝的特性如表1，均表示优异的纤维直径均匀性、纤维丝物性、网的纬纱根数的均匀性。

表1

(实施例5～8、比较例1～2)

除了变更聚酯单纤丝的芯鞘比率以外，与实施例2同样得到单纤丝。将该聚酯单纤丝的特性示于表2。

(实施例9～10、比较例3)

实施例2中，除了变更配设有多孔板排出口的圆周直径以外，与实施例2同样地得到了单纤丝。将该聚酯单纤丝的特性示于表3。

表3

Claims

1.一种高精细高目数过滤器用芯鞘复合聚酯单纤丝，其特征在于，满足下述条件A～D:

B.单纤丝的纤度为3.0～6.0dtex

C.单纤丝的残留伸长率为30～45％

2.根据权利要求1所述的高精细高目数过滤器用芯鞘复合聚酯单纤丝，其特征在于，满足下述条件E～G:

E.单纤丝的强度为5.0～6.0cN/dtex

F.单纤丝伸长5％时的强度为2.7～3.8cN/dtex

G.单纤丝的沸水收缩率为7.0～10.0％。

3.根据权利要求1或2所述的高精细高目数过滤器用芯鞘复合聚酯单纤丝，其特征在于，

构成芯成分的高粘度聚酯的特性粘度为0.70～0.85，构成鞘成分的低粘度聚酯的特性粘度为0.40～0.55，进而芯成分聚酯与鞘成分聚酯的特性粘度差为0.20～0.45。

4.权利要求1～3中任一项所述的高精细高目数过滤器用芯鞘复合聚酯单纤丝的制造方法，其特征在于，

在依次配置滤层、过滤器、多孔板、和喷丝头而成的熔融纺丝用组件中，多孔板排出部的聚合物积存处的直径与多孔板排出口的配置直径之差低于2mm。