CN1703543A - 拉伸聚酯和丙烯腈类短纤纱 - Google Patents

拉伸聚酯和丙烯腈类短纤纱 Download PDF

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G·D·希特帕斯
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Abstract

本发明提供包括聚酯双组分短纤维和丙烯腈类短纤维的短纤纱。本发明进一步提供制备短纤纱和织物的方法。本发明的短纤纱包括至少30wt％丙烯腈类短纤维和17－45wt％聚酯双组分短纤维，该聚酯双组分短纤维包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)，基于纱的总重量。

Description

拉伸聚酯和丙烯腈类短纤纱
发明背景
发明领域
本发明涉及包括聚酯短纤维和丙烯腈类短纤维的短纤纱，更特别地这样的纱，其中聚酯短纤维是向纱赋予高拉伸性能的双组分。
背景技术的讨论
双组分纤维是已知的，例如，在美国专利3,671,379和5,922,433中所述和在国际公开专利申请WO2000-73552中所述。然而，从这样纤维制备的纱可能缺乏有用弹性纱要求的拉伸和恢复作用，或可要求比采用其它弹性纤维正常要求的更高比例的这样纤维，以达到所需的纱弹性水平。
仍然需要具有高拉伸的聚酯双组分短纤维和丙烯腈类纤维的经济短纤纱。
发明概述
本发明提供包括至少约30wt％丙烯腈类短纤维和聚酯双组分短纤维的短纤纱，该聚酯双组分短纤维包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)，其中聚酯双组分纤维存在约17-约45wt％，基于纱的总重量。在优选的实施方案中，本发明的纱包含至少约50wt％丙烯腈类纤维，基于纱的总重量。纱内容物的余量可以是任何常规短纤维。例如，本发明的短纤纱可包含常规聚(对苯二甲酸乙二醇酯)短纤维。
本发明也提供制备这样短纤纱的方法，该方法包括如下步骤：提供双组分短纤维；提供丙烯腈类短纤维；通过紧密共混而结合丙烯腈类短纤维和双组分短纤维使得获得的混合物包含约17wt％-约45wt％聚酯双组分短纤维和至少约30wt％丙烯腈类短纤维，基于纱的总重量；梳理共混的纤维以形成粗梳条子；拉伸粗梳条子；并线和再拉伸粗梳条子；转化拉伸的梳条子成粗纱；和将粗纱环锭纺纱短纤纱以形成短纤纱。
本发明进一步提供一种织物，该织物选自编织物和机织物，包括由这样方法制备的短纤纱。
附图简述
附图显示用于制备双组分聚酯纤维丝束的纺丝板组合件的简要横截面。
发明详述
已经发现包括丙烯腈类短纤维和某些比例双组分短纤维的短纤纱，该双组分短纤维包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)，具有不可预料高的拉伸特性，甚至当双组分短纤维含量有限时。短纤纱可用于衣服织物，例如用于毛衣等，用于工艺纱，和用于室外织物，例如用于雨蓬、帐蓬、油布、甲板和草坪椅等。织物可以是编织物或机织物。
在此使用的”双组分纤维″表示纤维，其中两种聚合物处于并排或偏心皮-芯关系和包括自发卷曲纤维和具有潜在自发卷曲的纤维两者，该潜在自发卷曲还没有实现。
″紧密共混″表示在将混合物送到梳理机之前在开放室(例如具有重物盘的料斗进料机)中按重量和充分混合不同纤维或在梳理机上的双进料滑槽中混合纤维的工艺，和区别于拉伸-框共混。
在此使用的″丙烯腈类纤维″表示制造的纤维，其中纤维形成物质是包括丙烯腈单元的长链合成聚合物和在它的意义内包括丙烯腈类纤维(至少85wt％的丙烯腈单元)、变性丙烯腈类纤维(小于85wt％但至少35wt％的丙烯腈单元)、及其纤维共混物。
本发明的短纤纱包括至少约30wt％，优选至少约50wt％的丙烯腈类短纤维以及聚酯双组分短纤维，该聚酯双组分短纤维包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(″2G-T″)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)(″3G-T″)，其中聚酯双组分纤维存在至少约17wt％和不大于约45wt％，优选至少约25wt％和不大于约40wt％，基于纱的总重量。当聚酯双组分含量低于约17wt％时，如由总沸溶收缩(boil-off shrinkage)指示的纱拉伸性能可能不适当，和当聚酯双组分含量高于约45wt％时，这样的性能中存在较少的进一步改进，指示纱的拉伸性能并不遵循关于纱组成的混合物规则，它是不可预料的。纱的总沸溶收缩可以是至少约32％，当在退浆(boil-off)之后向纱施加0.045g/旦(0.04dN/特)负荷时，它相应于约30％伸长率。优选总沸溶收缩是至少约40％。本发明的短纤纱也显示比常规丙烯腈类短纤纱高的松密度。短纤纱也可包含常规短纤维如常规聚(对苯二甲酸乙二醇酯)短纤维。
双组分短纤维的卷曲展现(″CD″)值可以为至少约35％和卷曲指数(″CI″)值可以为至少约10％，当基本没有交织时优选至少约20％，和不高于约45％，优选不高于约30％。当CD值低于约35％时，短纤纱可具有太小的总沸溶收缩而不能在从其制备的织物中提供良好的拉伸。当CI值低于约10％时，对于令人满意的梳理和纺丝可能必须机械卷曲。当CI值高于约45％时，双组分短纤维可具有太大的卷曲而不容易梳理，甚至当与丙烯腈类短纤维共混时。
当双组分短纤维的CI在可接受数值范围中低时，可以使用更高比例的聚酯双组分短纤维而不损害梳理性。当CD在可接受数值范围中高时，可以在共混物纱中使用更低比例的双组分短纤维而不损害总沸溶收缩。特别地，由于纤维共混物水平，CI和梳理性相互关联，甚至采用高CI值(例如高至约45％)保持令人满意的梳理性，如果共混物中双组分纤维的数量低(例如低至约17wt％，基于短纤纱的总重量)。相似地，由于纤维共混物水平，CD，和总沸溶收缩相互关联，令人满意的总沸溶收缩甚至可以在约17wt％双组分纤维下保持，基于短纤纱的总重量，如果CD高，例如在约55％或更大。
棉系统上或在精纺丝框上可以将共混的纤维环锭纺丝以形成纱。双组分短纤维和丙烯腈类纤维的长度可以为约至少约2.5cm和不长于约10cm。当纤维短于约2.5cm或长于约5.7cm时，它们可难以在棉纺丝系统上纺丝，和当它们短于约5cm或长于约10cm时，它们可难以在精纺丝系统上纺丝。
双组分纤维的线密度可以为至少约0.7分特和优选至少约0.9分特每根纤维和不大于约3.0分特每根纤维，优选小于约2.5分特每根纤维。
当双组分短纤维的线密度大于约3.0分特每根纤维时，纱可具有粗糙手感，和可能难以与丙烯腈类纤维共混。当它的线密度小于约0.7分特每根纤维时，可能难以梳理。
双组分短纤维的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)对聚(对苯二甲酸亚丙基酯)的重量比可以为约30∶70-70∶30，优选40∶60-60∶40。包括双组分纤维的聚酯的一种或两种可以是共聚酯，和″聚(对苯二甲酸乙二醇酯)″和″聚(对苯二甲酸亚丙基酯)″在它们的意义内包括这样的共聚酯。例如，可以使用共聚(对苯二甲酸乙二醇酯)，其中用于制备共聚酯的共聚单体选自含有4-12个碳原子的线性、环状、和支化脂族二羧酸(例如丁二酸、戊二酸、己二酸、十二烷二酸、和1,4-环己烷二羧酸)；除对苯二甲酸以外和含有8-12个碳原子的芳族二羧酸(例如间苯二甲酸和2，6-萘二羧酸)；含有3-8个碳原子的线性、环状、和支化脂族二醇(例如1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、，3-甲基-1，5-戊二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、和1，4-环己烷二醇)；和含有4-10个碳原子的脂族和芳脂族醚二醇(例如，对苯二酚双(2-羟乙基)醚、或分子量低于约460的聚(亚乙基醚)二醇，包括二亚乙基醚二醇)。共聚单体的存在程度可以使得它不损害本发明的益处，例如在约0.5-15摩尔％的水平下，基于总聚合物成分。间苯二甲酸、戊二酸、己二酸、1，3-丙二醇和1，4-丁二醇是优选的共聚单体。
也可以采用少量其它的共聚单体制备共聚酯，条件是这样的共聚单体对本发明的益处不具有不利的效果。这样的其它共聚单体包括磺基间苯二甲酸5-钠、3-(2-磺乙基)己二酸的钠盐和其二烷基酯，它们可以在约0.2-4摩尔％下引入，基于总聚酯。为了改进的酸染色性，(共)聚酯也可以与聚合物仲胺添加剂，例如聚(6，6′-亚氨基-双六亚甲基对苯二甲酰胺)和及与六亚甲基二胺的共聚酰胺，优选磷酸及其亚磷酸盐混合。
对双组分纤维的外部横截面没有特别的限制，它可以是圆形、椭圆形、三角形、′雪人形′等。″雪人形″横截面可以描述为并排横截面，该并排横截面含有长轴，短轴和当对长轴作图时在短轴长度中至少两个最大值。在一个实施方案中，本发明的短纤纱包括丙烯腈类短纤维和双组分短纤维，该双组分短纤维包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)和在其表面上含有多个纵向凹槽。这样的双组分短纤维可以考虑为具有″扇贝椭圆形″横截面，它可改进聚酯双组分的芯吸性能。
本发明短纤纱中的聚酯双组分短纤维也可包括常规添加剂如抗静电剂、抗氧剂、抗菌剂、阻燃剂、染料、光稳定剂、和消光剂如二氧化钛，条件是它们不减损本发明的益处。
本发明短纤纱从其构成的双组分短纤维的断裂韧度为至少约4dN/特和不高于约5.5dN/特。当韧度太低时，梳理和纺丝可能困难，和当它太高时，从本发明短纤纱制备的织物可显示不所需的起球。短纤纱的线密度可以为约100-700旦(111-778分特)。
可以从本发明的短纤纱制备编织物(例如经编针织物和纬编针织物，包括圆筒形针织物和平针织物)和机织物(例如平纹机织物和斜纹织物)拉伸织物。
本发明的方法包括通过紧密共混丙烯腈类短纤维与聚酯双组分短纤维而混合的步骤，其中双组分短纤维的存在水平为至少约17wt％和不大于约45wt％，优选至少约25wt％和不大于约40wt％，基于共混纤维的总重量。
由于相信这样的短纤维由于它的更低CI水平改进梳理，优选是在方法中显示″校仿前者(follow-the-leader)″卷曲的双组分短纤维的使用。相应地，优选在短纤维的丝束前体中的双组分纤维是与彼此的′定位(in register)′和不是′解定位的′。
可以由如下方式进一步加工共混的纤维：梳理共混的纤维以形成粗梳条子，拉伸粗梳条子，并线和再拉伸粗梳条子至多3次，转化拉伸的梳条子成粗纱，  和将粗纱环锭纺纱，优选具有3-5.5的捻系数以形成短纤纱，它的总沸溶收缩可以为至少约32％。
聚酯的特性粘度(″IV″)采用Viscotek Forced Flow粘度计型号Y-900在0.4％浓度下在19℃下和根据ASTM D-4603-96测量，但在50/50wt％三氟乙酸/二氯甲烷中代替规定的60/40wt％苯酚/1，1，2，2-四氯乙烷。然后将测量的粘度与在60/40wt％苯酚/1，1，2，2-四氯乙烷中的标准粘度相关联以达到报导的特性粘度值。
使用测量双组分纤维的丝束卷曲展现和丝束卷曲指数的如下方法。为测量丝束卷曲指数(″C.1.″)，将聚酯双组分丝束的1.1米样品称重，和计算它的旦数；丝束尺寸典型地为约38,000-60,000旦(42,000-66,700分特)。在丝束的每端打结间隔25mm的两个结。由如下方式对垂直样品施加张力：在第一端的内部结施加第一夹具和在第二端的结之间悬挂40mg/旦(0.035dN/特)的重物。通过提起和缓慢下降重物运动样品三次。然后在从第一端内部结以下的100cm处施加第二夹具，同时重物位于第二端的结之间，从第二端除去0.035dN/特重物，和反转样品同时保持张力使得第一端在底部。1.5mg/旦(0.0013dN/特)重物悬挂在第一端的结处，从第一端除去第一夹具，允许样品对抗0.0013dN/特重物缩回，和将从夹具到第一端内部结的(缩回)长度以cm测量和识别为Lr。C.I.根据公式I计算。为测量丝束展现(″C.D.″)，进行相同的过程，区别在于将1.1米样品无限制地放入沸水中1分钟和在施加40mg/旦(0.035dN/特)重物之前允许该样品完全干燥。
C.I.和C.D.(％)＝100×(100cm-Lr)/100cm    (I)
为测定短纤纱的总沸溶收缩，将纱变成在标准丝球卷绕机上的25绕的丝球。在将样品在卷绕机上保持拉紧的同时，采用染料标记物在样品上标记10英寸(25.4cm)长度(″Lo″)。将丝球从卷绕机取下，放入沸水中1分钟而没有约束，从水取出，和允许在室温下干燥。将干燥丝球平放，和再次测量在染料标记之间的距离(″Lbo″)。总沸溶收缩从公式II计算：
总B.O.S.(％)＝100×(Lbo-Lo)/Lo    (II)
实施例1A
在连续聚合中从对苯二甲酸和乙二醇，在两步骤工艺中在第二步骤中使用锑酯交换催化剂，制备0.56IV的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)。加入TiO2(0.3wt％，基于聚合物的重量)，将聚合物在285℃下转移和由计量泵送到保持在280℃下的790孔预聚并双组分纤维纺丝板组合件。将聚(对苯二甲酸亚丙基酯)(1.04IV Sorona，E.I.Du Pont deNemours and Company的注册商标)干燥，在258℃下熔体挤出，和单独计量到纺丝板组合件。
图1显示使用的纺丝板组合件的横截面。熔融聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)在孔1a和1b进入分布板2，通过相应的环形槽道3a和3b径向分布，和首先在分布板5中的沟槽4中彼此接触。两种聚酯通过计量板7中的孔6，通过纺丝板9中的埋头孔8，和通过毛细管10离开纺丝板。孔6和毛细管10的内径基本相同。
将纤维在0.5-1.0g/min每个毛细管和50/50 2G-T//3G-T的重量比下纺丝入在142-200标准立方英尺每分钟(4.0-5.6立方米每分钟)下提供的径向空气流中，使得空气∶聚合物的质量比是9∶1-13∶1。骤冷腔基本与美国专利5219506中公开的相同，该文献在此引入作为参考，但使用具有相似尺寸穿孔的有孔骤冷气体分布圆筒体，使得它提供‘恒定’空气流。采用在美国公开专利申请US2002-0051880A1中公开的锥形施加器，在基于纤维重量的0.07wt％-0.09wt％下向纤维施加纺丝整理剂，该文献在此引入作为参考，和然后在1700米/min下将它们卷绕到包装物上。
将获得的并排，圆形横截面纤维的约48个包装结合以制备约130,000旦(144,400分特)的丝束和由如下方式在两个阶段拉伸2.63倍：将进料辊周围的丝束送到第一拉伸辊(在室温水浴中拉伸2.37倍)，将它通过在85℃-90℃和50码/分钟(46m/min)下操作的第二拉伸辊(1.11倍拉伸)和向其提供热水喷淋，由与在170℃下操作的六个辊接触而热处理，过度进料10％到拉动辊和，在施加常规纺织品整理剂之后，通过在小于35℃下操作的连续，强制对流干燥器。丝束的线密度为1.3旦/长丝(1.4分特/长丝)，它的韧度是4.8g/den(4.3dN/特)，它的CI是34，和它的CD是53。
然后将丝束在基本没有张力下收集入箱子和切割成1.5英寸(3.8cm)短纤维用于与实施例1B的丙烯腈类纤维共混。不对双组分短纤维施加机械卷曲。
实施例1B
将来自实施例1A的聚酯双组分短纤维和半无光，0.9旦每个长丝(1.0分特每个长丝)，11/16英寸(2.7cm)长丙烯腈类短纤维(T-V111H，Sterling Fibers，Inc.)打开和紧密共混以获得两种纤维的各种wt％。将纤维装入双进料滑槽进料机，它在70磅/hr(32kg/hr)下加入Trutzschler Corp.短纤维梳条子。观察到不能梳理聚酯双组分纤维为100wt％的样品。将环境条件保持在76°F(24℃)，和56％相对湿度。获得的粗梳条子是75格令/码(约5.25克/米)。将粗梳条子的六个端收集和在Reiter(RSB)拉伸架上牵伸到70格令/码(4.90克/米)。将一次拉伸70格令/码梳条子的六个端经历相同的工艺以得到两次拉伸的70格令/码(约48,500分特)梳条子，它然后在常规粗纱架上转化成0.75亨克(7795分特)粗纱。粗纱工艺中的总牵伸是6.3倍，和捻系数是0.7。将粗纱在Roberts环锭纺丝架上纺丝以得到捻系数为4.0的12/1英制棉纱支数(492分特)短纤纱。纺丝步骤的总牵伸是16.0。
获得的短纤纱的总沸溶收缩(″B.O.S.″)值见表I，其中″Comp.″指示不是本发明的对比样品。
表I
   样品     Wt％双组分短纤维     B.O.S.，％
  Comp.1     0     13
  Comp.2     15     30
  1     30     40
  Comp.3     55     43
表I中数据的内插显示当双组分短纤维构成短纤纱的约17wt％时，获得32％的所需最小总沸溶收缩和大于约45wt％，观察到较小的进一步改进。

Claims (10)

1.短纤纱，包括至少约30wt％丙烯腈类短纤维和约17-45wt％聚酯双组分短纤维，该聚酯双组分短纤维包括聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)，基于纱的总重量。
2.权利要求1的短纤纱，包含至少约50wt％丙烯腈类短纤维和约25-约40wt％聚酯双组分纤维，基于纱的总重量。
3.权利要求1的短纤纱，具有至少约32％的总沸溶收缩和其中丙烯腈类短纤维是至少85wt％的丙烯腈单元。
4.权利要求1的短纤纱，其中双组分纤维的卷曲展现值为至少约35％和卷曲指数值为约10％-约45％。
5.权利要求1的短纤纱，其中双组分纤维的卷曲指数值为约20％-约30％。
6.制备权利要求1的短纤纱的方法，包括如下步骤：
a)提供双组分短纤维；
b)提供丙烯腈类短纤维；
c)通过紧密共混而结合丙烯腈类短纤维和双组分短纤维使得获得的混合物包含约17wt％-约45wt％双组分短纤维和至少约30wt％丙烯腈类短纤维，基于纱的总重量；
d)梳理共混的纤维以形成粗梳条子；
e)拉伸粗梳条子；
f)并线和再拉伸粗梳条子；
g)转化拉伸的梳条子成粗纱；和
h)将粗纱环锭纺纱以形成短纤纱。
7.权利要求6的方法，其中混合物包含约25wt％-约40wt％双组分短纤维，基于纱的总重量。
8.权利要求6的方法，其中环锭纺纱提供约3-5.5的捻系数，聚酯双组分短纤维的总沸溶收缩为至少约32％，和丙烯腈类短纤维是至少85wt％的丙烯腈单元。
9.权利要求6的方法，其中双组分纤维的卷曲指数值为至少约10％，双组分纤维的卷曲指数值不高于约45％，和双组分纤维的卷曲展现值为至少约35％。
10.织物，选自编织物和机织物和包括由权利要求6的方法制备的短纤纱。
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