CN1777710A - 具有高自身卷曲性能的聚酯复合纱线及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚酯复合纱线，包括具有大固有粘度差以进行双组分纺纱的两类聚合物，使得纵向地布置在并排的截面结构中，其中，两类聚合物是作为第一聚合物的固有粘度为0.45～0.65的聚对苯二甲酸乙二酯和作为第二聚合物的固有粘度为0.90～1.10的聚对苯二甲酸丙二酯。所述聚酯复合纱线在较高的可纺性和高整齐度指数方面具有优势。另外，所述聚酯复合纱线能经过染色和染整加工的松弛热处理显示出高的自身卷曲性能，同样，由于聚对苯二甲酸丙二酯的固有特性，适用于制造具有触觉柔软、颜色美丽和高悬垂性及整体性质的机织物/针织物。

Description

具有高自身卷曲性能的聚酯复合纱线及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种聚酯复合纱线，包括进行双组分纺纱的两种不同类型的聚合物，使得纵向地布置在并排的截面结构中，还涉及一种制造该聚酯复合纱线的方法。
背景技术
通常，公知的是，传统的并排类型复合纱线包括两种类型的具有自身卷曲性能的聚合物，因此，在染色和染整加工的松弛过程中，通过松弛热处理显示出均匀的螺旋卷曲趋势，就像具有两种不同热膨胀系数金属的双金属那样。
直到现在，为了制造具有自身卷曲性能的复合纱线，已经使用了利用淬火空气速度的变化用一个类型聚合物的单纺纱方法，和用两种不同类型聚合物的双组分纺纱方法。在这种情况下，使用淬火的单纺纱方法的卷曲性能比双组分纺纱方法的差。同样，单纺纱难以安装在大尺寸制造设备中。因此，使用两种类型聚合物的双组分纺纱方法是当前商业上所使用的。
在这一点上，选择聚合物对的实例包括仅固有粘度不同的相同聚合物，如作为第一成分的I.V.0.65常规聚酯和作为第二成分I.V.0.46常规聚酯，和具有不同收缩性能的同种聚合物，如作为第一成分的普通聚酯和作为第二成分具有高收缩率的共聚聚酯。然而，使用物理性能通常低的共聚物会导致复合纱线的低可纺性和降低的卷曲性能。另外，在使用相同聚合物的固有粘度的差的情形下，需要特定的喷丝头，而且难以大批量生产复合纱线。
另一方面，使用两种不同收缩性能不同的聚合物制备的纱线，即由许多专利中公开的传统方法得到的纱线显示了高卷曲性能和高弹性，但是其缺点在于：聚合物要经过两个阶段，如，慢速(1000～1500m/min)或快速(2500m/min或更快)纺纱，然后使用第一导丝辊为80～120℃、热固部分为180～250℃的抽拉线机抽伸，藉此在染色和染整加工中使用干热或湿热通过松弛热处理产生聚合物之间的热收缩差，从而形成卷曲。
发明内容
本发明人为了避免现有技术中遇到的问题并解决这些缺陷，如由于聚合物之间固有粘度的差别而产生的喷嘴表面弯曲或僵块，在并排的复合纱线上实施了透彻的研究，产生了能够实现不同特性粘度聚合物对的双组分纺纱过程的特殊喷丝头的发展，从而得到了本发明。另外，为了使得聚合物之间的固有粘度差别最大化，使用了聚对苯二甲酸丙二酯，其具有较高的可纺性和弹性，并在低温下显示了良好的可染性和触摸的柔软感，与聚对苯二甲酸乙二酯相比，其具有更高的固有粘度。因此，用聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丙二酯进行并排的双组分纺纱，从而获得了具有圆形截面的高自身卷曲的理想聚酯复合纱线。同样地，尽管复合纱线不是通过包括纺纱和抽伸的传统两阶段方法而是通过本发明的单阶段纺丝拉伸方法制造的，但是，其能在染色和染整加工的松弛热处理上显示出高的自身卷曲性能。同样，聚对苯二甲酸丙二酯的固有特性能导致机织物/针织物产品触摸时的最柔软感、美丽的颜色和较好的悬垂性和整体性质。而且聚酯复合纱线能具有高的可纺性和整齐度指数。
因此，本发明的一个目的是提供一种并排类型的聚酯复合纱线。
本发明的另一个目的是提供一种制造这种聚酯复合纱线的方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种制造聚酯复合纱线的方法，包括：通过使用倾斜的圆形喷丝头以纺丝拉伸方式对具有大固有粘度差的两类聚合物进行双组分纺纱，以促使聚合物具有并排的截面结构，这两类聚合物是作为第一聚合物的固有粘度为0.45～0.65的聚对苯二甲酸乙二酯，和作为第二聚合物的固有粘度为0.90～1.10的聚对苯二甲酸丙二酯，其中，聚酯复合纱线具有满足下列等式1和2的剖面：
等式1
0≤(界面比＝线CD的长度÷线AB的长度)≤0.6
等式2
1≤(形状比＝线EF的长度÷线GH的长度)≤1.4
其中，
线AB：高粘度聚合物和低粘度聚合物之间界面长轴的长度；
线CD：高粘度聚合物和低粘度聚合物之间界面短轴的长度/2；
线EF：纱线横截面长轴的最大长度；
线GH：纱线横截面短轴的最大长度；
此外，本发明提供了一种聚酯复合纱线，其包括具有大固有粘度差的两类聚合物，其通过使用倾斜的圆形喷丝头以纺丝拉伸方式进行双组分纺纱，以促使聚合物具有并排的截面结构，这两类聚合物是作为第一聚合物的固有粘度为0.45～0.65的聚对苯二甲酸乙二酯，和作为第二聚合物的固有粘度为0.90～1.10的聚对苯二甲酸丙二酯，其中，聚酯复合纱线具有不低于20％的卷曲度和满足下列等式1和2的圆形横截面：
等式1
0≤(界面比＝线CD的长度÷线AB的长度)≤0.6
等式2
1≤(形状比＝线EF的长度÷线GH的长度)≤1.4
其中，线AB：高粘度聚合物和低粘度聚合物之间界面长轴的长度；
线CD：高粘度聚合物和低粘度聚合物之间界面短轴的长度/2；
线EF：纱线横截面长轴的最大长度；
线GH：纱线横截面短轴的最大长度；
附图说明
本发明的上述和其它目的、特征及其它优点将通过下面与附图有关的详细说明变得更清楚，其中：
图1是用于本发明制造方法的纺纱机器示意图；
图2是用于本发明的双组分纺纺纱组合件示意图；
图3是传统的直式喷丝头示意图；
图4是由本发明制造的聚酯复合纱线的横截面示意图；和
图5是根据本发明制造状况下聚酯复合纱线横截面改进的示意图。
优选实施方式
对本发明并排类型的双组分纺纱方法有利的是，作为第一聚合物的聚对苯二甲酸乙二酯(在后简称为“PET”)具有0.45～0.65的固有粘度，而作为第二聚合物的聚对苯二甲酸丙二酯(在后简称为“PTT”)具有0.90～1.10的固有粘度。同样，优选上述两类聚合物在固有粘度上具有较大地差异。另一方面，当一般的圆形直式喷丝头(图3)应用于纺纱组合件时，由于纺纱过程中喷嘴正下方固有粘度的差别，熔融粘度也变得不同。因此，纱线向具有高熔融粘度的聚合物方向弯曲，从而产生了弯曲或僵块现象，其对可纺性和批量生产产生了负面影响。因此，由本发明人开发的倾斜的圆形喷丝头(图2)应用于图1的复合纺纱组合件3中，以弥补熔融粘度差，并稳定的可纺性，不产生纱线的弯曲。
根据本发明，具有低固有粘度和高流速的第一聚合物通过倾斜圆形喷丝头的表面A而纺成，具有高固有粘度和低流速的第二聚合物通过倾斜圆形喷丝头的表面B而纺成。因此，通过使用上述倾斜圆形喷丝头，具有较大固有粘度差的聚合物能在不产生聚合物弯曲的情况下稳定地纺成。以这种情形下，重要的是两类聚合物要具有1500泊或更多的熔融粘度差。粘度差别越大，对纺纱过程越有利。然而，如果粘度差超过2500泊，纱线会向高粘度聚合物严重地弯曲，从而不能完成纺纱过程。同时，熔融粘度差小于1500泊会导致向具有高流速的表面A强烈弯曲的聚合物，从而降低了可纺性。
作为第一聚合物的PET包括对苯二酸和作为第一成分单体的乙二醇，而作为第二聚合物的PTT包括对苯二酸和作为第二成分单体的丙二醇，其中得到的聚酯不含有共聚的第三功能性成分。两种聚合物之间的熔融粘度差受到根据各聚合物成分在图1所示挤压机1和1-1的不同温度条件下各熔融聚合物的热滞后变化的控制。为了使两种聚合物的熔融粘度差适当地维持在纺纱之上1500～2500泊的水平，纺纱温度优选在265～290℃的范围内调节。因此，优选PET的挤压机1在275～295℃的温度范围内，而PTT的挤压机1-1在250～270℃的温度范围内。流经各挤压机的熔融聚合物通过齿轮泵2和2-2供入到纺纱组合件3中。
由具有熔融粘度差的聚合物纺成的纱线具有如图4和5所示的圆形横截面，其中，由于高粘度聚合物和低粘度聚合物之间的熔融粘度差，二者之间的界面也形成为圆形。同样，高粘度聚合物在截面上具有凸出的界面，而低粘度聚合物在截面上具有凹陷的界面。界面的形状由熔融粘度差在满足等式1的范围内变化：
等式1
0≤(界面比＝线CD的长度÷线AB的长度)≤0.6
其中，
线AB：高粘度聚合物和低粘度聚合物之间界面长轴的长度；
线CD：高粘度聚合物和低粘度聚合物之间界面短轴的长度/2；
另外，基于聚酯复合纱线的总重量，PET构成了总重量30～70wt％，PTT构成了总重量70～30wt％。另外，纱线的横截面形状根据不同产量比在满足等式2的范围内变化：
等式2
1≤(形状比＝线EF的长度÷线GH的长度)≤1.4
其中，
线EF：纱线横截面长轴的最大长度；
线GH：纱线横截面短轴的最大长度。
在本发明中，提升速度6达到3000～5500m/min，但并不特别限制。借助于单阶段纺丝拉伸方法的纺纱上，第一导丝辊4的速度设定为2000m/min或更大，第二导丝辊5的速度设定为4000m/min或更大，借此提高可纺性和卷曲性能。当第一导丝辊的抽伸温度太低时，就会在染色过程中产生不匀性。另一方面，如果上述抽伸温度太高，导丝辊的纱线经过是不稳定的，因此工艺性能差。因此，第一导丝辊优选在70～100℃的温度范围。另外，如果第二导丝辊温度太低，纱线的可定形性变差，因此，当通过染色和染整加工成为机织物/针织物产品时，生成的纱线具有许多缺陷。同时，第二导丝辊过高的温度会导致经过导丝辊上的纱线不稳定，这对纺纱过程有负面影响。因此，第二导丝辊优选设定在100～140℃之间的范围内。
本发明的复合纱线具有2.0～3.3克/旦尼尔的强度，和20～40％的伸长率。当纱线的强度小于2.0克/旦尼尔时，在纺纱过程中纱线断头现象的增加，降低了机织物/针织物产品上的工艺性能。最终，机织物/针织物具有低的撕裂强度。然而，当强度超过3.3克/旦尼尔时，制造的机织物触感不好。另外，由于在纺纱过程中纱线经过的不稳定，小于20％的伸长率导致在纱线卷装中容易产生软毛，而伸长率超过40％会产生低的整齐度指数(U％)。
在本发明中，具有高自身卷曲性能的聚酯复合纱线包括作为第一聚合物的聚对苯二甲酸乙二酯，和作为第二聚合物的聚对苯二甲酸丙二酯，并具有20％或更大的卷曲度。同样，上述复合纱线具有圆形横截面，其满足以下等式(图4和5)：
等式1
0≤(界面比＝线CD的长度÷线AB的长度)≤0.6
等式2
1≤(形状比＝线EF的长度÷线GH的长度)≤1.4
其中，
线AB：高粘度聚合物和低粘度聚合物之间界面长轴的长度；
线CD：高粘度聚合物和低粘度聚合物之间界面短轴的长度/2；
线EF：纱线横截面长轴的最大长度；
线GH：纱线横截面短轴的最大长度；
此外，对本发明复合纱线来说，由后面将陈述的程序测量得到的卷曲度优选至少为20％。也就是说，当PET和PTT的并排类型复合纱线具有20％或更大的卷曲度时，能适用于具有理想弹性的机织物/针织物的生产。如果卷曲度小于20％，机织物/针织物的弹性会降低。同样，与非圆形横截面的其它复合纱线相比，具有自身卷曲性能且能满足上述等式的圆形横截面的复合纱线具有较大的界面，两种类型的聚合物在界面处彼此接触。因此，通过染色和染整加工的松弛热处理，圆形复合纱线在单位长度上具有大量的卷边，这导致机织物/针织物的弹性增大。同样，当这种具有圆形横截面纱线制造成机织物/针织物时，其圆形横截面成为柔软舒适耐穿的原因。
本发明更好的理解可以通过以下实施例而获得，这些实施例是用来阐明本发明，但是不能解释为是对本发明的限制。
实施例1～6
倾斜圆形喷丝头用于具有最大固有粘度差的PET和PTT的并排型双组分纺纱过程。作为聚合物A，特性粘度分别为0.460、0.550和0.635的PET得到使用，固有粘度为1.00的PTT用作聚合物B，如下表1所示。另外，在表1所示纺纱温度条件270～290℃和不同生产量比的条件下，复合纱线通过使用倾斜圆形喷丝头由单阶段方法制造出来。位于喷嘴正下方5～120cm处的23℃冷却空气以0.35m/sec进行供应，0.5～1.1wt％的纺纱油也得到使用。生成的纱线以经纬线方向制造成100g/m2的机织物，然后在120℃处进行染色。
                                           表1
样品 聚合物A 聚合物B   纺纱温度(℃)   粘度差(泊)   生产量比   界面比   形状比 方法
  1   PET0.635   PTT1.00   290   1700   5∶5   0.20   1.03   单阶段
  2   PET0.550   PTT1.00   278   2120   5∶5   0.24   1.04   单阶段
  3   PET0.550   PTT1.00   285   2000   6∶4   0.25   1.06   单阶段
  4   PET0.550   PTT1.00   288   1960   4∶6   0.52   1.08   单阶段
  5   PET0.460   PTT1.00   275   2800   5∶5   0.35   1.07   单阶段
  6   PET0.460   PTT1.00   290   2100   5∶5   0.37   1.08   单阶段
机织物的性能根据下面的程序进行测量。结果总结在下面的表2中。
-固有粘度(I.V.)：各聚合物充分溶解在120℃的邻氯苯酚中，以具有1％的浓度，然后在30℃的恒温器中使用乌别罗德粘度计进行测量。
-熔融粘度(M.V.)：聚合物在160℃下使用真空箱充分干燥，然后在280℃使用毛细管类型流变仪进行测量。
-卷曲度(Tc，％)：在施加50mg/denier的张力状态下3000旦尼尔的纱线样本在沸水(i00℃)中以0.5mg/denier至样品各零件不会纠缠的负载条件下处理20分钟。此后，样本在没有负载的条件下保持24小时以自然干燥。随后，在样本受到2mg/denier负载之后的1分钟测量L1的长度。另外，在对2mg/denier负载的样本进一步施加200mg/denier负载之后的1分钟测量L2的长度。测量值引入到下面的等式3中以确定卷曲度：
等式3
Tc(％)＝(L2-L1)/L2×100
-30％伸长率弹性复元(FR30，％)：具有5.5×30cm尺寸的三个机织物制备出来，然后安装到张力试验仪的5cm宽度以允许样本在低于预载的条件下给出。样本得到伸长，以根据低速伸长测量(JIS L 1018-70)具有以100％/min的30％的伸长率，之后，其以相同速率在与伸长方向相反的方向上缩短。同样地，伸长率(ε)是当应力为应力-伸长曲线中的预载时测量得到的，并在经纬线方向进行平均，然后引入下面的等式4中。
等式4
FR30(％)＝(30ε)/30×100
                                     表2
样品 可纺性 强度(克/旦尼尔)   伸长率(％)   卷曲比(％) FR30(％)
  1   ◎   3.30   23   42   86
  2   ◎   2.65   29   65   97
  3   ◎   2.49   35   60   93
  4   ◎   2.78   23   68   95
  5   ×   1.90   35   75   95
  6   ◎   1.63   37   70   97
注：可纺性，◎：极好，○：好；△：正常；×：差
从上表显而易见，当粘度差为2500泊或更大时，会产生僵块现象，从而降低了纺纱的加工性能。另外，由于PET和PTT之间的固有粘度差，可以制造出具有高卷边性能的纱线。与使用仅固有粘度差的常规聚合物的双组分纺纱方法不同，使用PET和PTT的单阶段纺丝拉伸方法能比下面提到的对比实施例的两阶段方法显示出更高的卷曲性能，并且能适用于制造具有高卷曲性能的复合纱线。在使用具有0.46的低固有粘度PET聚合物的情形下，难以设置纺纱条件，并且制造的纱线强度低。因此，当这种纱线经过染色和染整加工制成机织物时，机织物撕裂强度低。
对照实施例1～4
为了弥补图1所示纺丝机的挤压机中两种类型聚合物之间的固有粘度差，使用了倾斜圆形喷丝头。聚合物A例如是具有不同固有粘度的PET，聚合物B例如是固有粘度为0.635的PET和固有粘度为0.990的PTT，如下表3所示。聚合物A的50％和聚合物B的50％通过单阶段方法或两阶段方法在280～290℃的纺纱温度下纺成复合纱线。位于喷嘴正下方5～120cm处的23℃冷却空气以0.35m/sec进行供应，0.5～1.1wt％的纺纱油也得到使用。制备的纱线以经纬线方向获得成100g/m2的机织物，然后在120℃处进行染色。机织物测量其性能作为上述实施例。结果如下表4中所示。
                                 表3
  对照样品 聚合物A 聚合物B   纺纱温度(℃)   粘度差(泊)   生产量比   界面比 形状比 方法
  1   PET0.550   PET0.630   290   1200   5∶5   0.21   1.04   两阶段
  2   PET0.460   PET0.635   285   1800   5∶5   0.30   1.05   两阶段
  3   PET0.550   PET0.99   280   2100   5∶5   0.25   1.02   两阶段
  4   PET0.460   PET0.635   280   2000   5∶5   0.34   1.03   两阶段
                                        表4
  对照样品 可纺性 强度(克/旦尼尔) 伸长率(％)   卷曲比(％) FR30(％)
  1   △   3.84   30   18   63.5
  2   ◎   2.90   30   35   91.4
  3   ◎   2.55   25   45   85
  4   ◎   3.01   28   20   74.9
从上述结果可以看出，1500泊或更小的粘度差导致低的可纺性。同样，两类聚合物之间的固有粘度差越大，制造出具有高卷曲性能的复合纱线的可能性就越高。同时，上表中注明了单阶段纺丝拉伸方法的卷曲度低于包括纺纱和抽伸的两阶段方法的卷曲度。
(对照实施例2和4)
工业实用性
如上所述，本发明提供了一种聚酯复合纱线及其制造方法。具有圆形横截面的聚酯复合纱线甚至能通过使用倾斜圆形喷丝头的单阶段方法制造出来，其在较高的自身卷曲性能方面具有优势。另外，由于作为其组成成分的聚对苯二甲酸丙二酯的固有特性，复合纱线能适用于制造显示出触觉柔软、颜色美丽、高悬垂性和整体性质的机织物/针织物。此外，聚酯复合纱线能具有高可纺性、无僵块及改进的整齐度指数。
尽管本发明的优选实施例出于示意性目的已经公开了，但是应当理解，本领域技术人员在不脱离随后权利要求公开的本发明范围和精神的情况下，能够做出多种改进、增补和替换。

Claims (8)

1、一种制造聚酯复合纱线的方法，包括：
通过使用倾斜的圆形喷丝头以纺丝拉伸方式对具有大固有粘度差的两类聚合物进行双组分纺纱，以促使所述聚合物具有并排的截面结构，所述两类聚合物是作为第一聚合物的固有粘度为0.45～0.65的聚对苯二甲酸乙二酯，和作为第二聚合物的固有粘度为0.90～1.10的聚对苯二甲酸丙二酯，
其中，所述聚酯复合纱线具有满足下列等式1和2的横截面：
等式1
0≤(界面比＝线CD的长度÷线AB的长度)≤0.6
等式2
1≤(形状比＝线EF的长度÷线GH的长度)≤1.4
其中，
线AB：高粘度聚合物和低粘度聚合物之间界面长轴的长度；
线CD：高粘度聚合物和低粘度聚合物之间界面短轴的长度/2；
线EF：纱线横截面长轴的最大长度；
线GH：纱线横截面短轴的最大长度。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，当进行双组分纺纱时，所述两类聚合物具有熔融粘度差至多为2500泊。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述作为第一聚合物的聚对苯二甲酸乙二酯包括对苯二酸和作为成分单体的乙二醇，和所述作为第二聚合物的聚对苯二甲酸丙二酯包括对苯二酸和作为成分单体的丙二醇，且所述第一和第二聚合物不会具有要共聚的另一个功能性成分。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述聚酯复合纱线的总重量，所述作为第一聚合物的聚对苯二甲酸乙二酯构成了总重量的30～70wt％，所述作为第二聚合物的聚对苯二甲酸丙二酯构成了总重量70～30wt％。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双组分纺纱使用单阶段纺丝拉伸方法，其中第一导丝辊设定为2000m/min或更大的速率，和第二导丝辊设定为4000m/min或更大速率。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚酯复合纱线具有2.0～3.3克/旦尼尔的强度，和20～40％的伸长率。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚酯复合纱线的卷曲度至少为20％。
8、一种聚酯复合纱线，包括具有大固有粘度差以进行双组分纺纱的两类聚合物，以促使所述聚合物具有并排的截面结构，所述两类聚合物是作为第一聚合物的固有粘度为0.45～0.65的聚对苯二甲酸乙二酯，和作为第二聚合物的固有粘度为0.90～1.10的聚对苯二甲酸丙二酯，
其中，所述聚酯复合纱线具有至少20％的卷曲度和满足下列等式1和2的圆形横截面：
等式1
0≤(界面比＝线CD的长度÷线AB的长度)≤0.6
等式2
1≤(形状比＝线EF的长度÷线GH的长度)≤1.4
其中，
线AB：高粘度聚合物和低粘度聚合物之间界面长轴的长度；
线CD：高粘度聚合物和低粘度聚合物之间界面短轴的长度/2；
线EF：纱线横截面长轴的最大长度；
线GH：纱线横截面短轴的最大长度。
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