CN114657654A - 芯鞘复合纤维及其应用、异形纤维 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种芯鞘复合纤维以及由其形成的异形纤维和织物。该芯鞘复合纤维的鞘成分为易溶出聚酯，单纤维横截面上，芯成分为带有一个开口的环形，所述开口角度为10°～60°，芯成分与鞘成分的接触处呈波浪线形；由该芯鞘复合纤维减量形成的异形纤维的外表面分布有沿纤维轴向连续分布的沟槽。本发明芯鞘复合纤维可用于制备织物，减量后具有优异的蓬松性、轻量性和吸水防水特性。

Description

芯鞘复合纤维及其应用、异形纤维
技术领域
本发明涉及一种减量后蓬松性、轻量性效果佳，并可应用于防水、吸水面料的芯鞘复合纤维，以及由该芯鞘复合纤维形成的异形纤维。
背景技术
随着科学技术的高速发展和人们生活水平的不断提高，人们对服装实用功能的要求已不仅仅是蔽体御寒，而是多方面的：从舒适到保健，从安全到卫生，从便于保存和处理到能适合不同的气候和环境，从适合现代人生活节奏到适应现代人的生活方式。特别是近几年来，气候变化无常，气温的日差较大，人们往往因更换服装不及时，而导致诸多疾病的频繁发作，这就对服装的保温和调温功能及穿着舒适度等都提出了更高的要求。
由于冬季服装大多采用较厚的面料，穿着时有较为强烈的沉重感，不便于人体的活动。近年来，轻量化一直是纺织品研发的方向之一，以复合纺丝开发多孔中空纤维，中空率高达40%以上，且纤维不变形。轻量织物的强劲需求还促进了多孔中空纤维朝高中空率的轻量织物方向发展。使用水溶聚合物以合金复合纺丝方式，将水可溶聚合物置于芯中，然后加工时溶出芯成分，形成蜂巢结构的多孔中空纤维，可达轻量和增加韧性的效果，但这种多孔中空纤维的制造成本较高。
中国专利CN101748512A、CN103572399A、CN 105431578 A公开了一种皮芯型复合纤维及其生产方法，皮层聚合物为聚酯或者聚酰胺，芯层聚合物为碱易溶共聚酯，所述皮层的横截面呈C字形，所述芯层从皮层的一侧向外部露出，减量后得到C形纤维。但是，由前述皮芯复合纤维减量后得到的C形纤维没有蓬松的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减量后蓬松性、轻量性、吸湿排汗性好的芯鞘复合纤维，以及由该纤维减量得到的异形纤维。本发明的芯鞘复合纤维可用于织物。
本发明的技术解决方案为：
芯鞘复合纤维，鞘成分为易溶出聚酯。单纤维横截面上，芯成分为带有一个开口的环形，所述开口角度为10°～60°，优选15°～40°；芯成分与鞘成分的接触处呈等状波浪线形。
所述芯成分和鞘成分的重量比优选80/20～40/60。
分布在所述芯成分环形内的鞘成分和分布在芯成分环形外的鞘成分的比率优选80/20～50/50。
单纤维横截面上，所述芯成分环形优选圆形或多边形。
异形纤维，由上述芯鞘复合纤维经减量去除鞘成分后得到。所述异形纤维的外表面有沿纤维轴向等状连续分布的沟槽，所述沟槽宽度优选0.2～4.0μm，深度优选0.5～4.0μm。所述异形纤维的外表面上，优选均匀排布有24～48个沟槽。
本发明的芯鞘复合纤维中，C型的芯成分被鞘成分完全包覆，能够利用既有的设备进行生产，且高次加工性良好。另外，由于所述芯鞘复合纤维的单纤维横截面上，芯成分与鞘成分的接触处呈等状波浪线形，使得减量后得到的异形纤维表面具有沟槽，获得了更好的吸水性和防水性。本发明的芯鞘复合纤维可广泛应用于织物中，减量后的织物穿着舒适性好，特别适宜运动服面料。
附图说明
图1为本发明芯鞘复合纤维横截断面示意图，1表示芯，2表示鞘。
图2为本发明芯鞘复合纤维经减量处理后的异形纤维截面照片。
图3为本发明织物维减量前芯鞘复合纤纤维排布的截面示意图。
图4为本发明织物维减量后异形纤维的排布的截面示意图。
图5为比较例3的织物减量前芯鞘复合纤纤维排布的截面示意图，其中3表示鞘，4表示芯。
图6为比较例3的织物减量前后异形纤维的排布的截面示意图。
具体实施方式
本发明的芯鞘复合纤维的单纤维横截面如图1所示，芯成分为带有一个开口的环形，鞘成分将芯成分完全包覆。使用该芯鞘复合纤维制得织物，经减量后得到的异形纤维不仅自身具有中空孔隙，各个异形纤维中间还存在由原来的鞘成分形成的孔隙。因此，与普通方法制得的C型纤维织物相比，本发明的织物具有更好的蓬松性和轻量性。另外，本发明的芯鞘复合纤维鞘成分外层没有芯成分露出，易于控制形态、进行加工处理。
所述鞘成分聚合物为易溶出型聚酯，可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚乙二醇的共聚物，或者以对苯二甲酸乙二醇酯和聚乙二醇为第一第二组份、间苯型磺酸盐为第三组分的共聚物。从减量性和减量后的芯纤维的开纤性的观点，优选共聚了3mol％～20mol％间苯二甲酸5-磺酸钠的聚酯，或者除了前述间苯二甲酸5-磺酸钠以外还共聚了5wt％～15wt％聚乙二醇（分子量500～3000g/mol）的聚酯。上述优选的易溶出型聚酯，能够保持结晶性，同时能够在制丝工序中不妨碍芯成分的变形，形成高取向纤维结构。
所述芯成分聚合物为热塑性聚合物，可以是聚酯、聚酰胺、聚乙烯，聚丙烯、聚乳酸等能够熔融成型的聚合物和他们的共聚体。熔点在165℃的聚合物的耐热性良好，因此优选。此外，也可以使用改性热塑性聚合物，比如在聚合物中添加氧化钛、二氧化硅、氧化钡等无机物、炭黑、染料、颜料等着色剂、阻燃剂、荧光增白剂、抗氧化剂、或紫外线吸收剂等各种添加剂。
本发明的芯鞘复合纤维的单纤维横截面上，芯成分为带有一个开口的环形，所述开口角度为10°～60°。当所述开口角度小于10°时，易造成芯成分内层鞘成分减量不充分，影响异形纤维的轻量性，或者减量所需时间过长，造成生产成本上升；当所述开口角度大于60°时，减量后易造成异形纤维中空塌陷和互相缠结，导致织物的蓬松性和轻量性变差。本发明优选所述开口角度为15°～40°。
本发明的芯鞘复合纤维中，芯成分比率太大的话，难以形成较好的开口，易造成芯成分开口闭合；芯成分比率太小的话，容易造成纤维机械物性降低，纺丝性能下降。本发明优选所述芯成分和鞘成分的重量比为80/20～40/60。
本发明的芯鞘复合纤维中，所述环形芯成分的内外都分布有鞘成分，分布在环形芯成分内的鞘成分减量后使芯成分形成中空的异形纤维，部分在环形芯成分外的鞘成分减量后可以进一步提高织物的蓬松性。使用本发明的芯鞘复合纤维制成织物时，织物中芯鞘复合纤维紧密排列，由于相邻的芯鞘复合纤维中的芯成分外层都有鞘成分，减量后易溶出的鞘成分被去除，因此织物中异形纤维（原芯鞘复合纤维的芯成分）之间存在孔隙，使得织物获得了较好的蓬松性。
当分布在所述芯成分环形内的鞘成分占整体鞘成分的比例太大时，易造成环形芯成分外层鞘成分成型不良，且制成的织物减量后异形纤维间的空隙降低，影响织物的蓬松性；当分布在所述芯成分环形内的鞘成分占整体鞘成分的比例太小时，易造成芯成分内部空间狭小，导致减量后的异形纤维的轻量性差。本发明优选分布在所述芯成分环形内的鞘成分和分布在芯成分环形外的鞘成分的比率为80/20～50/50。
本发明的芯鞘复合纤维中, 单纤维横截面上，所述芯成分环形优选圆形或多边形。所述多边形可以是三角形、四边形、五边形等直线边的多边形，也可以是由不规则边形成的多边形。本发明所述芯鞘复合纤维是指复合纤维束，在复合纤维束中有多根单纤维。一束复合纤维束中的各单纤维横截面上芯成分的形状可以相同也可以不同。即在一束复合纤维束中，可以存在所有单纤维横截面上芯成分为圆形或者多边形的情况，也可以存在一部分单纤维横截面上芯成分为圆形和一部分单纤维横截面上芯成分为多边形并存的情况。当织物中所用复合纤维束中的芯成分均为多边形或者圆形/多边形并用时，减量后，织物中的异形纤维之间易产生较大空隙，可增大织物的蓬松性和轻量性。
本发明的芯鞘复合纤维中，单纤维横截面上，芯成分与鞘成分的接触处呈波浪线形（如图1所示）。所述波浪线成等状连续分布，即各个波浪的形状、大小以及波浪间距无明显偏差。
将本发明的芯鞘复合纤维中的鞘成分减量去除后，获得的异形纤维外表面有沿纤维轴向连续分布的沟槽（如图2所示）。所述沟槽的形状与复合纤维上波浪线的形状相对应。
所述沟槽为细小的缝隙状沟槽，具有较普通纤维更好的防水性和吸水性。当沟槽宽度和深度过小时，在防水加工和吸水加工后无明显优势；当沟槽宽度和深度过大时，容易造成纤维破裂，中空塌陷，降低织物的轻量蓬松特性。本发明优选所述沟槽宽度为0.2～4.0μm，深度为0.5～4.0μm。其中沟槽排布优选为在纤维外表面均匀地排布有24～48个沟槽。所述均匀排布是指沟槽之间的距离大致相同，不需要做到完全一致。在该范围内，纤维表现出良好的防水性和吸水性。当表面沟槽排布个数过少时，防水性和吸水性性能效果较差。当表面沟槽排布个数过大时，易产生纤维表面沟槽崩坏，影响纤维牢度。
对所述防水加工和吸水加工不做特别限定，优选采用浸轧加工，然后在温度80～200℃的条件下热处理1～20分钟或在温度80～150℃的条件下干燥，最后在130～200℃的条件下进行定型整理。
配制加工液的方法举例如下：首先将各成分进行软水稀释处理，依次添加架桥剂、拒水剂（或吸水剂）、渗透剂进行调配，在调配的过程中应该不断的进行搅拌，但搅拌速度不宜过快，以免破乳；在配制加工液时应不断的注意加工液的状态。当然，也应根据待加工纺织品的不同及时进行加工方法、调液方法的局部调整，并相应地选择不同的加工剂及使用量。
本发明的芯鞘复合纤维，鉴于生产性和设备的简易性，优选通过熔融纺丝来实施，但是溶液纺丝等使用溶剂的纺丝方法，也能够制造本发明的芯鞘复合纤维，这是毋庸置疑的。
本发明中的纺丝温度，以聚合物的熔点作为标准，设定在熔点+60℃以下即可，在纺丝头或纺丝模块内聚合物不会发生热分解等，分子量降低得到抑制，能够良好地制造本发明的芯鞘复合纤维。
本发明中聚合物的排出量，需要考虑到排出稳定性和排出孔中的压力损失。所述压力损失，优选以0.1GPa～40GPa为标准。根据聚合物的熔融粘度、排出孔径、排出孔长，排出量优选每个排出孔为0.1g/min/孔～20.0g/min/孔。
从排出孔熔融排出的丝条，通过冷却固化，赋予油剂等而集结成束，被规定了拉取速度的辊拉取。这里的拉取速度是由排出量和目标纤维径来确定的。本发明中，从能够稳定制造芯鞘复合纤维的观点来看，优选拉取速度为100m/min～7000m/min。从提高热稳定性、力学特性的观点来看，所得芯鞘复合纤维优选进行拉伸，既可以将纺丝得到的芯鞘复合纤维在临时卷取后进行拉伸，也可以不临时卷取直接拉伸。
所述拉伸可以在由一对以上的辊组成的拉伸机中进行。如果芯鞘复合纤维由通常能够进行熔融纺丝的热塑性聚合物构成，则通过设定第1辊的温度在玻璃化转变温度以上、熔点以下，第2辊的温度相当于结晶化温度，使纤维轴方向不被过度拉伸、且能够被热定型而被卷取。如果芯鞘复合纤维由不显示玻璃化转变的聚合物构成，只要进行芯鞘复合纤维的动态粘弹性测定(tanδ)，将所得的tanδ的高温侧的峰值温度以上的温度作为预热温度即可。从提高拉伸倍率、力学物性的观点来看，也可优选将该拉伸工序分多阶段实施。
上面是基于通常的熔融纺丝法对本发明所述芯鞘复合纤维的制造方法进行了说明，也可以通过熔喷法和纺粘法进行制造，进而也可以通过湿式和干湿式等的溶液纺丝法等来制造。
从本发明的芯鞘复合纤维生产异形纤维，只要将复合纤维浸渍在易溶解成分能够溶解的溶剂等中，除去易溶解的鞘成分即可。所述溶剂可以使用氢氧化钠水溶液等碱性水溶液。作为将本发明的复合纤维在碱性水溶液中处理的方法，可以列举出例如，在制成复合纤维或由其构成纤维结构体之后，浸渍在碱性水溶液中。此时，如果将碱性水溶液加热到50℃以上，则能够加速水解进行，所以优选。此外，如果使用流体染色机等，则能够一次性进行大量处理，所以从生产性也好、工业的观点来看优选。
本发明的芯鞘复合纤维的单纤维中，芯成分被鞘成分被覆。因此，与通常的芯成分有部分露出在外面的C型芯鞘复合纤维相比，本发明的芯鞘复合纤维能够利用既有的设备，以高生产性制造品质优异的高功能纤维材料，且复合纤维的后续高次加工性良好。同时，利用本发明的芯鞘复合纤维，能够制造内外层表面具有细小沟槽的C型异形纤维，该异形纤维具有较小的开口，纤维间不易缠结。且由于芯鞘复合纤维中，纤维与纤维之间具有一定程度的空隙。
本发明涉及的测试方法如下：
（1）纤维强度、伸度
对海岛复合纤维和极细混纤纤维使用インテック社制拉伸试验机“Tensilon”，在试料长20cm、拉伸速度100％/min的条件下测定应力-变形曲线。读取破断时的负荷，将该负荷除以初始纤度，从而计算出强度，读取破断时的变形，将其除以试料长，将所得的值乘以100倍，算出破断伸长率。这些所有的值，都是将该操作用同一标准反复进行5次，求出所得到的结果的简单平均值，强度是将小数点后第2位四舍五入而得的值，伸度是将小数点以后四舍五入而得的值。
（2）蓬松性
分别根据标准JIS L 1096 8.4测试布帛的厚度，标准JIS L 1096 8.3测试布帛的克重，蓬松度(cm3/g)=[厚度(mm)／克重(g/m2)]×1000。
（3）芯鞘纤维断面形态
通过SEM照片，观测纤维断面形态。
（4）防水性
根据标准TRS071A-1法：JISL092进行测试并等级判定。
（5）吸水性
根据标准JIS L 1907:2010法测定芯吸高度。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步详细的说明。以下实施例只为说明本发明的技术构思及特点，应当指出，对于本技术领域的普技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可以做出改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。
实施例1
将50%聚酯（PET）作为芯成分、50%易溶出聚酯切片作为鞘成分，分别进行预结晶、干燥至水分50ppm以下，分别投入料仓中，在一定的温度下进入芯鞘复合纺丝组件，通过设计喷丝板，单纤维横截面上，所述芯成分环形为圆形，芯成分开口角度为25°，环形内层鞘、外层鞘比率为60：40。冷却成型给油集束后的纤维通过甬道，然后通过罗拉将纤维引入卷取机卷曲成丝卷（POY）。
将POY丝经过高温热箱，再进行假捻，得到芯鞘型DTY丝，其伸度在30%左右。通过喷丝板设计和纤维纤度控制，使得芯成分和鞘成分的接触处呈波浪线形，芯成分上开口的角度为25°。
全部使用上述得到芯鞘DTY复合丝，制备得到织物，织物厚度为0.10mm。将织物通过碱液减量处理，脱鞘后织物的减量率为50%～55%，之后经过热处理、染色定型得到成品织物。通过SEM断面测定异形纤维外表面沟槽个数为36个，沟槽宽度为1.0μm，沟槽深度为2.0μm。测试减量后织物的厚度、克重，计算出蓬松度。将成品织物利用大金公司防水剂（非氟）XF5001和架桥剂，渗透剂进行浸轧加工，然后干燥（130℃×2min）和热定型（170℃×2min），得到防水织物，并测定该防水织物的防水性。另外取成品织物利用日华公司吸水剂NR9000架桥剂，渗透剂进行浸轧加工，然后干燥（130℃×2min）和热定型（170℃×2min），得到吸水织物，并测定该吸水织物的的吸水性。具体参数见表1。
实施例2～5
通过改变喷丝板设计，改变芯成分的开口角度为10°（实施例2）、60°（实施例3）、15°（实施例4）和40°（实施例5），其他同实施例1得到芯鞘复合纤维。
全部使用上述得到芯鞘DTY复合丝，制备得到织物，织物厚度为0.10mm，同实施例1的后加工条件进行处理，得到的成品织物具有一定的蓬松轻量效果。该织物在进行防水加工和吸水加工后，体现优良的防水性和吸水性，具体参数见表1。
实施例6～9
将芯成分聚酯（PET）、和鞘成分易溶出聚酯切片比率调整为芯/鞘=80/20（实施例6）、芯/鞘=40/60（实施例7）、芯/鞘=90/10（实施例8）、芯/鞘=30/70（实施例9），其他同实施例1得到芯鞘复合纤维。
全部使用上述得到芯鞘DTY复合丝，制备得到织物，织物厚度在JIS标准下测试为0.10mm，同实施例1后加工条件进行处理，得到的成品织物具有一定的蓬松轻量效果。该织物在进行防水加工和吸水加工后，体现优良的防水性和吸水性。具体参数见表1。
实施例10～13
变更喷丝板设计，将芯成分环形内的鞘成分和芯成分环形外的鞘成分比率调整为80/20（实施例10）、50/50（实施例11）、90/10（实施例12）、40/60（实施例13），其他同实施例1得到芯鞘复合纤维。
全部使用上述得到芯鞘DTY复合丝，制备得到织物，织物厚度为0.10mm，同实施例1后加工条件进行处理，得到的成品织物具有一定的蓬松轻量效果。该织物在进行防水加工和吸水加工后，体现优良的防水性和吸水性。具体参数见表1。
实施例14～17
变更喷丝板设计和纤维纤度控制，使得减量去除鞘成分后的异形纤维外表面沟槽宽度分别为0.2μm（实施例14）、4.0μm（实施例15）、0.1μm（实施例16）、5.0μm（实施例17），得到的成品织物具有较好的蓬松轻量效果。该织物在进行防水加工和吸水加工后，体现一定的防水性和吸水性。其他同实施例1。
全部使用上述得到芯鞘DTY复合丝，制备得到织物，织物厚度为0.10mm，同实施例1后加工条件进行处理，得到的成品织物具有一定的蓬松轻量效果。该织物在进行防水加工和吸水加工后，体现一定的防水性和吸水性。具体参数见表1和表2。
实施例18～21
变更喷丝板设计和纤维纤度控制，使得减量去除鞘成分后的异形纤维外表面沟槽深度分别为0.5μm（实施例18）、4.0μm（实施例19）、0.3μm（实施例20）、5.0μm（实施例21）。其他同实施例1。
全部使用上述得到芯鞘DTY复合丝，制备得到织物，织物厚度为0.10mm，同实施例1后加工条件进行处理，得到的成品织物具有一定的蓬松轻量效果。该织物在进行防水加工和吸水加工后，体现一定的防水性和吸水性。具体参数见表2。
实施例22～23
变更芯成分为N6（实施例22）和PP（实施例23），其他同实施例1。
全部使用上述得到芯鞘DTY复合丝，制备得到织物，织物厚度为0.10mm，同实施例1后加工条件进行处理，得到的成品织物具有一定的蓬松轻量效果。该织物在进行防水加工和吸水加工后，体现较好的防水性和吸水性，具体参数见表2。
实施例24
变更喷丝板设计，使纤维束中，单纤维横截面上，所述芯成分环形既有圆形又有多边形（见图3），其他同实施例1得到芯鞘复合纤维。
全部使用上述得到芯鞘DTY复合丝，制备得到织物，织物厚度为0.10mm，同实施例1后加工条件进行处理，得到的成品织物具有更好的蓬松轻量效果。该织物在进行防水加工和吸水加工后，体现较好的防水性和吸水性，具体参数见表2。
实施例25～26
变更喷丝板设计，使得减量去除鞘后所得异形纤维外表面排布的沟槽个数为22个（实施例25）和50个（实施例26），其他同实施例1。
全部使用上述得到芯鞘DTY复合丝，制备得到织物，织物厚度为0.10mm，同实施例1后加工条件进行处理，得到的成品织物具有一定的蓬松轻量效果。该织物在进行防水加工和吸水加工后，体现一定的防水性和吸水性。具体参数见表2。
比较例1
变更开口角度为5°，其他同实施例1，具体参数见表3。
由于开口角度较小，易造成芯成分内层鞘成分减量不充分，或者减量所需时间较长，导致岛成分也被减量，降低纤维机械物性。
比较例2
变更开口角度为70°，其他同实施例1，具体参数见表3。
由于开口角度较大，芯成分开口较大易造成中空塌陷和芯成分互相缠结，使得蓬松性和轻量性较差。
比较例3
变更喷丝板设计，为普通C型喷丝板，喷丝板设计为鞘成分带25°角开口的芯鞘喷丝板，鞘成分为聚酯（PET），芯成分为易溶出聚酯，纤维截面如图5所示。其他同实施例1，具体参数见表3。
由于使用普通C型喷丝板，得到的织物减量后蓬松性较差。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE006

Claims (9)

1.芯鞘复合纤维，鞘成分为易溶出聚酯，其特征是：单纤维横截面上，芯成分为带有一个开口的环形，所述开口角度为10°～60°，芯成分与鞘成分的接触处呈波浪线形。
2.根据权利要求1所述芯鞘复合纤维，其特征是：所述开口角度为15°～40°。
3.根据权利要求1或2所述芯鞘复合纤维，其特征是：所述芯成分和鞘成分的重量比为80/20～40/60。
4.根据权利要求1或2所述芯鞘复合纤维，其特征是：分布在所述芯成分环形内的鞘成分和分布在芯成分环形外的鞘成分的比率为80/20～50/50。
5.根据权利要求1或2所述芯鞘复合纤维，其特征是：单纤维横截面上，所述芯成分环形为圆形或多边形。
6.权利要求1所述芯鞘复合纤维在织物中的应用。
7.异形纤维，由权利要求1所述芯鞘复合纤维经减量去除鞘成分后得到。
8.根据权利要求7所述异形纤维，其特征是：纤维外表面有沿纤维轴向连续分布的沟槽，所述沟槽宽度为0.2～4.0μm，深度为0.5～4.0μm。
9.根据权利要求7或8所述异形纤维，其特征是：所述异形纤维的外表面上，均匀排布有24～48个沟槽。
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CN115074845A (zh) * 2022-06-29 2022-09-20 厦门安踏体育用品有限公司 一种微多孔防水纤维、其制备方法和应用

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