CN113862820A - 一种三维卷曲聚酯纤维、面料及其在枕头、被子或床垫填充料中的应用 - Google Patents

一种三维卷曲聚酯纤维、面料及其在枕头、被子或床垫填充料中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三维卷曲聚酯纤维、面料及其在枕头、被子或床垫填充料中的应用。所述三维卷曲聚酯纤维的生产方法包括：将聚酯纤维原料和4，4'‑双马来酰亚胺二苯甲烷混合得到混合物；将混合物进行熔融纺丝，得到初生纤维；将苯乙烯溶于溶剂得到苯乙烯溶液，将初生纤维置于苯乙烯溶液中，于惰性气体气氛下进行电子束辐照，随后取出纤维进行热处理，即得所述三维卷曲聚酯纤维。通过以上处理，能够使4，4'‑双马来酰亚胺二苯甲烷产生自身交联反应，形成交联网状结构，当纤维燃烧时，该交联网状结构能够包覆形成的“熔滴”，从而防止“熔滴”的进一步扩大和生成，从而赋予聚酯纤维抗熔性能。本发明的聚酯纤维抗熔性能好，且手感柔软，舒适性好。

Description

一种三维卷曲聚酯纤维、面料及其在枕头、被子或床垫填充料 中的应用
技术领域
本发明属于家用纺织品技术领域，具体涉及一种三维卷曲聚酯纤维、面料及其在枕头、被子或床垫填充料中的应用。
背景技术
上世纪40年代，人们首次制得了聚对苯二甲酸乙二酯纤维，随后逐渐实现商业化生产。聚酯纤维是由大分子链中的各个链段通过酯基连成的成纤聚合物纺制而成的合成纤维。与纤维素纤维相比，聚酯纤维具有以下优势：韧性好，强度高，加工成的面料尺寸稳定性好，耐光，耐热，耐磨，耐化学试剂，抗变形。此外，聚酯纤维还具有耐微生物，耐虫蛀，回弹性好，热定型效果好，易于保存等优点。
为改善聚酯纤维的保暖性，人们尝试将聚酯纤维加工成具有三维卷曲结构的化学纤维。这种三维卷曲结构赋予纤维蓬松性、保暖性和手感舒适性，从而提高了聚酯纤维的柔软性和保暖性。
现阶段，三维卷曲纤维的成型方法主要有：(1)复合纤维法，该方法利用两种聚合物收缩率的差异性，使二者在轴向产生收缩差，使一种组分围绕另一组分发生扭曲，从而得到三维卷曲纤维；(2)均聚物纺丝不均匀冷却法，该方法通过改变冷却条件，造成中空熔体细流壁厚薄不匀的冷却，使丝条截面上产生不均匀的超分子结构，这种超分子结构的存在，造成了初生纤维两侧收缩性能的差异性，从而形成三维卷曲结构；(3)非均匀结构聚合物纺制法，该方法利用聚合物结构的不均匀性，使纤维分子结构呈现不均匀性，这种不均匀性造成了纤维各处收缩性能的差异性，从而形成三维卷曲结构；(4)拉伸工艺法，该方法通过特殊的卷绕和拉伸工艺处理，赋予纤维卷曲性能；(5)后加工法，该方法通过面料的后加工使丝线中的单丝形成卷曲结构，如假捻变形法、填塞箱变形法、空气变形法。
然而，以上方法制得的三维卷曲聚酯纤维的抗熔性较差，加工成的面料接触到烟灰火星、电焊花、钢花等热源物质时，易形成孔洞，不仅影响了聚酯纤维的服用性能，同时也带来了极大的安全隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三维卷曲聚酯纤维、面料及其在枕头、被子或床垫填充料中的应用，该三维卷曲聚酯纤维的抗熔性能优异。
为解决以上问题，本发明的技术方案为：
本发明的第一目的在于提供一种生产三维卷曲聚酯纤维的方法，所述方法包括以下步骤：
S1.预处理：将聚酯纤维原料和4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷混合得到混合物；
S2.纺丝：将混合物进行熔融纺丝，得到初生纤维；
S3.交联：将苯乙烯溶于溶剂得到苯乙烯溶液，将初生纤维置于苯乙烯溶液中，于惰性气体气氛下进行电子束辐照，随后取出纤维进行热处理，即得所述三维卷曲聚酯纤维。
进一步，步骤S1中，所述聚酯纤维原料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。
进一步，步骤S1中，聚酯纤维原料与4，4'-双马来酰亚胺的质量比为5-10：1，优选为5-8：1。
进一步，与聚对苯二甲酸乙二醇酯混合前，用纳米二氧化硅对4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷进行改性处理；所述改性处理方法为：将纳米二氧化硅、4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷和脂肪酸盐加入氯仿中，随后搅拌、过滤、用氯仿洗涤、干燥，得到改性4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷。
进一步，所述纳米二氧化硅的粒径为50-100nm，优选50-80nm。
进一步，纳米二氧化硅与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为1-5：100，优选3-5：100。
进一步，脂肪酸盐与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比0.3-0.8：100，优选0.5-0.8：100。
进一步，所述脂肪酸盐为硬脂酸盐或月硅酸盐。
进一步，苯乙烯与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为15-25：100，优选20-25：100。
进一步，4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷与氯仿的质量比为10-20：100，优选10-15：100。
进一步，所述干燥的温度为55-70℃，优选60-70℃；干燥的时间为15-25min，优选20-25min。
进一步，步骤S2中，所述熔融纺丝的温度为260-280℃，优选270-280℃；冷却开始距离为105-130mm，优选115-125mm；卷绕速度为2600-3500m/min，优选3000-3500m/min；加工方式为假捻加工；牵伸温度为100-115℃，优选110-115℃；牵伸的倍数为1-3倍，优选2-3倍。
进一步，步骤S3中，所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺。进一步，所述苯乙烯溶液中，苯乙烯的浓度为15wt％-25wt％，优选15wt％-20wt％。
进一步，所述苯乙烯溶液中还添加有N，N’-二苯基联苯二胺。
进一步，N，N’-二苯基联苯二胺的浓度为0.2wt％-0.5wt％，优选0.3wt％-0.4wt％。
本发明中，N，N’-二苯基联苯二胺能够加快交联反应进度，提高交联度，进一步改善聚酯纤维的抗熔性能。
进一步，步骤S3中，所述电子束辐照的剂量为70-120kGy，优选100-120kGy。
进一步，步骤S3中，所述热处理的温度为150-165℃，优选155-165℃；热处理的时间为2-3h，优选2.5-3h。
本发明的第二目的在于提供如上所述方法制得的三维卷曲聚酯纤维。
本发明的目的还在于提供如上所述三维卷曲聚酯纤维制得的面料。
本发明的目的还在于提供如上所述三维卷曲聚酯纤维在枕头、被子或床垫填充料中的应用。
如上所述，本发明提供的三维卷曲聚酯纤维、面料及其在枕头、被子或床垫填充料中的应用，具有以下有益效果：
1、本发明中，在聚酯纤维原料中添加4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷，经熔融纺丝后进行电子束辐照，电子束辐照能够诱导4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷分子主链中的亚甲基电离产生自由基，进而引发4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的自身交联反应，形成交联网状结构，这种交联网状结构贯穿于纤维内部；由于4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷能够耐高温，当纤维燃烧时，该交联网状结构能够包覆形成的“熔滴”，防止“熔滴”的进一步扩大和生成，从而赋予聚酯纤维抗熔性能。
2、本发明中，在进行电子束辐照前，先用苯乙烯处理初生纤维，苯乙烯能够降低4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的粘度，改善4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的流动性，从而提高交联度，进一步改善聚酯纤维的抗熔性能。
3、本发明中，纳米二氧化硅能够降低4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的活化能，进一步促进交联反应的进行，提高交联度，从而进一步改善聚酯纤维的抗熔性能。
4、本发明中，脂肪酸盐能够改善纳米二氧化硅和4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的相容性，进而提高4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的改性量，从而进一步改善聚酯纤维的抗熔性能。
5、本发明通过假捻加工，使聚酯纤维产生内应力，经热处理后，结构被定型、内应力消除，从而使聚酯纤维呈三维卷曲结构，改善了聚酯纤维的蓬松性、保暖性和柔软性。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例对本发明进行进一步的说明，但需要指出的是本发明的实施例中所描述的具体的物料配比、工艺条件及结果等仅用于说明本发明，并不能以此限制本发明的保护范围，凡是根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围内。需要注意的是，如无特别说明，本文中描述所示的“wt％”是指“质量分数”。
本发明提供了一种生产三维卷曲聚酯纤维的方法，所述方法包括以下步骤：
S1.预处理：将聚酯纤维原料和4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷混合得到混合物；
其中，聚酯纤维原料与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为5-10：1，优选5-8：1；
在本发明的一个实施例中，所述聚酯纤维原料为聚对苯二甲酸乙二醇酯；
在本发明的另一个实施例中，所述聚酯纤维原料为聚对苯二甲酸丁二醇酯；
S2.纺丝：将混合物进行熔融纺丝，得到初生纤维；
其中，熔融纺丝的温度为260-280℃，优选270-280℃；冷却开始距离为105-130mm，优选115-125mm；卷绕速度为2600-3500m/min，优选3000-3500m/min；加工方式为假捻加工；牵伸温度为100-115℃，优选110-115℃；牵伸的倍数为1-3倍，优选2-3倍；
S3.交联：将苯乙烯溶于溶剂得到苯乙烯溶液，将初生纤维置于苯乙烯溶液中，于惰性气体气氛下进行电子束辐照，随后取出纤维进行热处理，即得所述三维卷曲聚酯纤维；
其中，苯乙烯溶液中，苯乙烯的浓度为15wt％-25wt％，优选15wt％-20wt％；
苯乙烯与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为15-25：100，优选20-25：100；
在本发明的一个实施例中，所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺；
在本发明的一个实施例中，所述溶剂为N，N-二甲基乙酰胺；
电子束辐照的剂量为70-120kGy，优选100-120kGy；
热处理的温度为150-165℃，优选155-165℃；热处理的时间为2-3h，优选2.5-3h；
在本发明的另一个实施例中，与聚对苯二甲酸乙二醇酯混合前，用纳米二氧化硅对4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷进行改性处理；所述改性处理方法为：将纳米二氧化硅、4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷和脂肪酸盐加入氯仿中，随后搅拌、过滤、用氯仿洗涤、干燥，得到改性4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷。纳米二氧化硅的粒径为50-100nm，优选50-80nm；纳米二氧化硅与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为1-5：100，优选3-5：100；脂肪酸盐与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比0.3-0.8：100，优选0.5-0.8：100；4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷与氯仿的质量比为10-20：100，优选10-15：100；干燥的温度为50-70℃，优选60-70℃；干燥的时间为15-25min，优选20-25min。
在本发明的另一个实施例中，所述苯乙烯溶液中还添加有N，N’-二苯基联苯二胺，N，N’-二苯基联苯二胺的浓度为0.2wt％-0.5wt％，优选0.3wt％-0.4wt％。
实施例1
一种生产三维卷曲聚酯纤维的方法，具体步骤为：
S1.预处理：将聚对苯二甲酸乙二醇酯和4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷按照质量比10：1混合，得到混合物；
S2.纺丝：将混合物加入纺丝机中，于纺丝温度为270℃条件下经喷丝板挤出成型，随后于冷却开始距离为125mm、卷绕速度为3000m/min条件下卷取，得到卷取丝，接着对卷取丝进行假捻加工，然后在温度为115℃、倍数为3倍条件下进行牵伸，得到初生纤维；
S3.交联：将初生纤维置于浓度为20wt％的苯乙烯/N，N-二甲基甲酰胺溶液中，于氮气气氛、剂量为120kGy条件下进行电子束辐照，随后取出纤维于温度为155℃条件下热处理2.5h，即得所述三维卷曲聚酯纤维；
其中，苯乙烯与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为20：100。
实施例2
一种生产三维卷曲聚酯纤维的方法，具体步骤为：
S1.预处理：将聚对苯二甲酸丁二醇酯和4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷按照质量比8：1混合，得到混合物；
S2.纺丝：将混合物加入纺丝机中，于纺丝温度为280℃条件下经喷丝板挤出成型，随后于冷却开始距离为115mm、卷绕速度为3500m/min条件下卷取，得到卷取丝，接着对卷取丝进行假捻加工，然后在温度为110℃、倍数为2倍条件下进行牵伸，得到初生纤维；
S3.交联：将初生纤维置于浓度为25wt％的苯乙烯/N，N-二甲基乙酰胺溶液中，于氮气气氛、剂量为100kGy条件下进行电子束辐照，随后取出纤维于温度为165℃条件下热处理2h，即得所述三维卷曲聚酯纤维；
其中，苯乙烯与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为25：100。
实施例3
一种生产三维卷曲聚酯纤维的方法，具体步骤为：
S1.预处理：将聚对苯二甲酸乙二醇酯和4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷按照质量比5：1混合，得到混合物；
S2.纺丝：将混合物加入纺丝机中，于纺丝温度为260℃条件下经喷丝板挤出成型，随后于冷却开始距离为130mm、卷绕速度为2600m/min条件下卷取，得到卷取丝，接着对卷取丝进行假捻加工，然后于接着温度为100℃、倍数为1.5倍条件下进行牵伸，得到初生纤维；
S3.交联：将初生纤维置于浓度为15wt％的苯乙烯/N，N-二甲基甲酰胺溶液中，于氮气气氛、剂量为70kGy条件下进行电子束辐照，随后取出纤维于温度为150℃条件下热处理3h，即得所述三维卷曲聚酯纤维；
其中，苯乙烯与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为15：100。
实施例4
除以下条件不同外，以与实施例1相同的方式生产三维卷曲聚酯纤维：
S1.预处理：将纳米二氧化硅(粒径为50nm)、4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷和硬脂酸钠加入氯仿中，随后搅拌、过滤、用氯仿洗涤3次、于温度为70℃条件下干燥20min，得到改性4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷，接着将聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷按照质量比10：1混合，得到混合物；纳米二氧化硅与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为5：100；
硬脂酸钠与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比0.8：100；
4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷与氯仿的质量比为10：100。
实施例5
除以下条件不同外，以与实施例1相同的方式生产三维卷曲聚酯纤维：
S1.预处理：将纳米二氧化硅(粒径为100nm)、4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷和月桂酸钠加入氯仿中，随后搅拌、过滤、用氯仿洗涤2次、于温度为50℃条件下干燥25min，得到改性4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷，接着将聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷按照质量比10：1混合，得到混合物；
纳米二氧化硅与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为3：100；
月桂酸钠与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比0.3：100；
4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷与氯仿的质量比为15：100。
实施例6
除以下条件不同外，以与实施例4相同的方式生产三维卷曲聚酯纤维：
S3.交联：将初生纤维置于苯乙烯浓度为20wt％、N，N’-二苯基联苯二胺浓度为0.5wt％的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，于氮气气氛、剂量为120kGy条件下进行电子束辐照，随后取出纤维于温度为155℃条件下热处理2.5h，即得所述三维卷曲聚酯纤维；
其中，苯乙烯与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为20：100。
实施例7
除以下条件不同外，以与实施例4相同的方式生产三维卷曲聚酯纤维：
S3.交联：将初生纤维置于苯乙烯浓度为20wt％、N，N’-二苯基联苯二胺浓度为0.2wt％的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，于氮气气氛、剂量为120kGy条件下进行电子束辐照，随后取出纤维于温度为155℃条件下热处理2.5h，即得所述三维卷曲聚酯纤维；
其中，苯乙烯与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为20：100。
实施例8
除以下条件不同外，以与实施例4相同的方式生产三维卷曲聚酯纤维：
S1.预处理：将纳米二氧化硅(粒径为50nm)和4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷加入氯仿中，随后搅拌、过滤、用氯仿洗涤3次、于温度为70℃条件下干燥20min，得到改性4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷，接着将聚对苯二甲酸乙二醇酯和改性4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷按照质量比10：1混合，得到混合物；
其中，纳米二氧化硅与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为5：100；4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷与氯仿的质量比为10：100。
对比例1
除以下条件不同外，以与实施例1相同的方式生产三维卷曲聚酯纤维：
S3.交联：将初生纤维置于N，N-二甲基甲酰胺中，于氮气气氛、剂量为120kGy条件下进行电子束辐照，随后取出纤维于温度为155℃条件下热处理2.5h，即得所述三维卷曲聚酯纤维；
其中，N，N-二甲基甲酰胺与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为80：100。
性能检测
将实施例1-8及对比例1制得的纤维，分别取50根纤维集成束，用同一火源点燃，观察纤维束在1min内产生的熔滴数量，结果如表1所示。
表1性能测试结果
来源 熔滴数量/滴
实施例1 16
实施例2 18
实施例3 19
实施例4 13
实施例5 14
实施例6 11
实施例7 12
实施例8 15
对比例1 25
由表1可知，与对比例1相比，实施例1-8的纤维的熔滴数量显著降低，这表明实施例1-8的聚酯纤维的抗熔性能更好。
与对比例1相比，实施例1的纤维的熔滴数量降低了36％，这表明实施例1的聚酯纤维的抗熔性能更好。
与实施例1相比，实施例4和实施例5的纤维的熔滴数量分别下降了19％左右和13％左右，这表明实施例4和5的聚酯纤维的抗熔性能更好。
与实施例8相比，实施例4的熔滴数量下降了13％左右，这表明实施例4的聚酯纤维的抗熔性能更好。
与实施例4相比，实施例6和实施例7的纤维的熔滴数量分别下降了15％左右和8％左右，这表明实施例6和7的聚酯纤维的抗熔性能更好。
综上，本发明显著改善了聚酯纤维的抗熔性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种生产三维卷曲聚酯纤维的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.预处理：将聚酯纤维原料和4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷混合得到混合物；
S2.纺丝：将混合物进行熔融纺丝，得到初生纤维；
S3.交联：将苯乙烯溶于溶剂得到苯乙烯溶液，将初生纤维置于苯乙烯溶液中，于惰性气体气氛下进行电子束辐照，随后取出纤维进行热处理，即得所述三维卷曲聚酯纤维。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述聚酯纤维原料为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯；
和/或，步骤S1中，聚酯纤维原料与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为5-10：1。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，与聚酯纤维原料混合前，用纳米二氧化硅对4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷进行改性处理；所述改性处理方法为：将纳米二氧化硅、4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷和脂肪酸盐加入氯仿中，随后搅拌、过滤、用氯仿洗涤、干燥，得到改性4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，纳米二氧化硅的粒径为50-100nm；
和/或，纳米二氧化硅与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为1-5：100；
和/或，脂肪酸盐与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比0.3-0.8：100；
和/或，所述脂肪酸盐为硬脂酸盐或月硅酸盐；
和/或，苯乙烯与4，4'-双马来酰亚胺二苯甲烷的质量比为15-25：100；
和/或，所述干燥的温度为55-70℃，干燥的时间为15-25min。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述熔融纺丝的温度为260-280℃，冷却开始距离为105-130mm，卷绕速度为2600-3500m/min，加工方式为假捻加工，牵伸温度为100-115℃，牵伸倍数为1-3倍；
和/或，步骤S3中，所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺；
和/或，步骤S3中，所述电子束辐照的剂量为70-120kGy；
和/或，步骤S3中，所述热处理的温度为150-165℃，热处理的时间为2-3h；
和/或，步骤S3所述苯乙烯溶液中，苯乙烯的浓度为15wt％-25wt％。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3所述苯乙烯溶液中还添加有N，N’-二苯基联苯二胺。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，N，N’-二苯基联苯二胺的浓度为0.2wt％-0.5wt％。
8.权利要求1-7任一项所述方法制得的三维卷曲聚酯纤维。
9.权利要求8所述三维卷曲聚酯纤维制得的面料。
10.权利要求8所述三维卷曲聚酯纤维在枕头、被子或床垫填充料中的应用。
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