TW201714958A - 耐磨纖維的母粒及其製造方法以及使用其所製成的耐磨纖維 - Google Patents

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Abstract

一種耐磨纖維的母粒，其包括約83.5至98.4重量份的耐隆主體、約1.5至15重量份的固態耐磨改質劑以及約0.1至2重量份的偶聯劑。所述固態耐磨改質劑包括聚二甲基矽氧烷或其衍生物。另提供一種母粒的製造方法以及使用所述母粒所製成的耐磨纖維。

Description

耐磨纖維的母粒及其製造方法以及使用其所製成的耐磨纖維
本發明是有關於一種紡織材料，且特別是有關於一種經固態耐磨改質劑所改質的母粒及其製造方法，以及使用所述母粒製成的耐磨纖維。
在全球化的趨勢下，紡織產業正面臨強大的競爭壓力，紡織業者必須不斷地研發新的技術與多元化的產品，才能面對全世界的競爭。現代社會越來越多人挑戰登山、攀岩、滑雪等運動，為了提升於戶外活動用品及袋包箱面料的耐用功能，其耐用性也越來越講究，因此，耐磨織物的研發已經成為業者亟待研究的課題。
本發明提供一種耐磨纖維的母粒及其製造方法以及使用其所製成的耐磨纖維，所述耐磨纖維經固態耐磨改質劑所改質，具有高可染性以及高耐磨特性。
本發明提供一種耐磨纖維的母粒，其包括約83.5至98.4重量份的耐隆主體、約1.5至15重量份的固態耐磨改質劑以及約0.1至2重量份的偶聯劑。所述固態耐磨改質劑包括聚二甲基矽氧烷或其衍生物。
在本發明的一實施例中，上述偶聯劑包括鈦酸酯、環氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基矽烷、丙烯醯氧基矽烷、氨基矽烷、異氰酸基矽烷或其組合。
在本發明的一實施例中，上述固態耐磨改質劑的重量平均分子量大於等於約50萬。
在本發明的一實施例中，上述固態耐磨改質劑的重量平均分子量介於約50萬至200萬的範圍內。
在本發明的一實施例中，上述耐隆主體包括耐隆6、耐隆6,6、耐隆6,10、耐隆6,12、耐隆10,10、耐隆11、耐隆12或其組合。
本發明另提供一種耐磨纖維，其使用上述耐磨纖維的母粒所製成。
在本發明的一實施例中，上述耐磨纖維的每根纖維細度（Denier per Filament，D.P.F.）為約4.5或低於約4.5。
在本發明的一實施例中，上述耐磨纖維包括單組份纖維或雙組份芯鞘型複合纖維。
在本發明的一實施例中，上述耐磨纖維製成之布料於ASTMD3884測試下之耐磨耗次數至少為約800至3000個循環。
本發明又提供一種耐磨纖維母粒的製造方法。將約83.5至98.4重量份的耐隆主體、約1.5至15重量份的固態耐磨改質劑以及約0.1至2重量份的偶聯劑供給至押出機中進行混練製程，以形成所述耐磨纖維母粒，其中混練溫度為約200℃至285℃的範圍內。
在本發明的一實施例中，上述混練溫度由入料端至出料端的溫度變化為分段升溫、階段升溫或連續升溫。
在本發明的一實施例中，上述耐隆主體、所述固態耐磨改質劑以及所述偶聯劑為同時加入至所述押出機中。
在本發明的一實施例中，先以上述偶聯劑對所述固態耐磨改質劑進行處理，再將經處理的所述固態耐磨改質劑與所述耐隆主體加入至所述押出機中。
在本發明的一實施例中，上述押出機包括單軸押出機或雙軸押出機。
在本發明的一實施例中，上述固態耐磨改質劑包括聚二甲基矽氧烷（PDMS）或其衍生物。
在本發明的一實施例中，上述偶聯劑包括鈦酸酯、環氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基矽烷、丙烯醯氧基矽烷、氨基矽烷、異氰酸基矽烷或其組合。
在本發明的一實施例中，上述固態耐磨改質劑的重量平均分子量大於等於約50萬。
在本發明的一實施例中，上述固態耐磨改質劑的重量平均分子量介於約50萬至200萬的範圍內。
在本發明的一實施例中，上述耐隆主體包括耐隆6、耐隆6,6、耐隆6,10、耐隆6,12、耐隆10,10、耐隆11、耐隆12或其組合。
基於上述，本發明採用高效能混練加工以及偶聯劑修飾技術，來將固態耐磨改質劑有效分散於耐隆主體中，並製備成紡絲級的自潤型改質耐隆母粒進行應用。本發明的耐磨纖維可作為產業用纖維，其較習知的纖維更細更強韌、可染性更佳、且應用層面更廣。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本發明提出一種耐磨纖維的母粒（或稱改質母粒），其利用固態耐磨改質劑來修飾耐隆主體，並配合添加適當的偶聯劑使其相容，以製備出改質耐隆母粒。利用此改質耐隆母粒，可製造出具有高強力耐磨特性的纖維。
圖1是依照本發明的一實施例所繪示的一種耐磨纖維的母粒的立體示意圖。
請參照圖1，本發明之耐磨纖維的母粒10包括約83.5至98.4重量份的耐隆主體100、約1.5至15重量份的固態耐磨改質劑102以及約0.1至2重量份的偶聯劑104。
上述耐隆主體100可包括（但不限於）耐隆6、耐隆6,6、耐隆6,10、耐隆6,12、耐隆10,10、耐隆11、耐隆12或其組合。耐隆主體100可為單一成分或多種成分之混合物。
上述固態耐磨改質劑102為聚矽氧烷（polysiloxane）型改質劑。在一實施例中，固態耐磨改質劑102可包括（但不限於）聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）或其衍生物。固態耐磨改質劑102的重量平均分子量大於等於約50萬。在一實施例中，固態耐磨改質劑102的重量平均分子量介於約50萬至200萬的範圍內。更具體地說，固態耐磨改質劑102的重量平均分子量可為約50萬、60萬、70萬、80萬、90萬、100萬、110萬、120萬、130萬、140萬、150萬、160萬、170萬、180萬、190萬或200萬，或上述任意兩數值中的任意數值。
偶聯劑104可使耐隆主體100與固態耐磨改質劑102彼此相容，進而使得後續製作的耐磨纖維可進一步地被細化。在一實施例中，偶聯劑104與耐隆主體100與固態耐磨改質劑102中的每一者均產生化學鍵結。偶聯劑104可包括鈦酸酯、環氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基矽烷、丙烯醯氧基矽烷、氨基矽烷、異氰酸基矽烷或其組合。
特別要注意的是，本發明是使用固態改質劑，而非習知的液態改質劑，故可避免後續加工步驟中可染性不均勻的問題。更具體地說，習知的母粒中，低分子量的液態改質劑會移動（migrate）到母粒的表面，使母粒的染色均勻度下降。然而，本發明的改質劑為高的固體改質劑，其藉由偶聯劑均勻分散於母粒中，故不會發生因液態改質劑的移動而導致的染色均勻度不佳的問題。
此外，以100重量份的母粒計，本發明的固態改質劑的含量在約1.5至15重量份的範圍內，因此可兼顧成本與耐磨品質。具體地說，若固態改質劑的含量太高，會使得成本增加，且可染性下降。若固態改質劑的含量太低，則製得的耐磨纖維的耐磨力不足。以100重量份的母粒計，本發明的固態改質劑的含量可例如為約1.5、2、 3、4、5、6、7、 8、9、10、11、 12、13、14或15重量份，或上述任意兩數值中的任意數值。
本發明另提出一種耐磨纖維母粒的製造方法，其包括將耐隆主體、固態耐磨改質劑以及偶聯劑供給至押出機中進行混練製程，以形成耐磨纖維母粒（如圖1的母粒10所示）。上述押出機可為單軸押出機或雙軸押出機。
在一實施例中，上述混練溫度為200℃至285℃（例如220℃至265℃）的範圍內。在一實施例中，上述混練溫度由入料端至出料端的溫度變化為分段升溫。例如，加工溫度可分為九個加熱段，分別是約220℃（入料端溫度）、235℃、240℃、250℃、250℃、255℃、260℃、260℃以及265℃（出料端溫度）。然而，本發明並不以此為限。在另一實施例中，上述混練溫度由入料端至出料端的溫度變化也可為階段升溫、連續升溫或任何合適的溫度控制變化。此外，上述押出機長徑比（L/D）為約30~50（例如約40），且螺桿轉速為約100~400 rpm（例如約300 rpm）。
在一實施例中，耐隆主體、固態耐磨改質劑以及偶聯劑為同時加入至上述押出機中。在另一實施例中，先以偶聯劑對固態耐磨改質劑進行處理，再將經處理的固態耐磨改質劑與耐隆主體加入至所述押出機中。特別要注意的是，本發明並不對上述耐隆主體、固態耐磨改質劑以及偶聯劑的添加順序作限制，只要能充分混合上述成分以製作成分均勻的改質母粒即可。
本發明又提出一種使用上述母粒所製成的耐磨纖維。在一實施例中，本發明的耐磨纖維為單組份纖維200，如圖2所示。單組份纖維200實質上由如圖1的母粒10經紡絲製程而獲得。
在另一實施例中，本發明的耐磨纖維為雙組份芯鞘型複合纖維300，如圖3所示。雙組份芯鞘型複合纖維300包括芯302以及鞘304。鞘304用以包覆芯302。芯302的材料可包括耐隆6、耐隆6,6、耐隆6,10、耐隆6,12、耐隆10,10、耐隆11、耐隆12或其組合。芯302的材料可為單一成分或多種成分之混合物。鞘304實質上是藉由如圖1的母粒10所製成，故可使製備出的耐磨纖維具有高強力耐磨特性。
本發明的耐磨纖維的製備方法例如是將本發明的改質母粒進行熔融紡絲製程，而獲得半延伸絲，再利用加熱的熱輥延伸機將此半延伸絲束進行延伸，以製備改質耐隆纖維。然而，本發明不限於此，亦可使用本發明的改質母粒直接進行具有大延伸比的熔融紡絲製程，而獲得全延伸絲（FDY）之改質耐隆纖維。舉例而言，在上述熔融紡絲製程中，加工溫度為約260℃至280℃，且捲取機速度為大於等於約3000米/分鐘。
特別要注意的是，本發明的耐磨纖維的每根纖維細度（Denier per Filament，D.P.F.）為約4.5或低於約4.5。在一實施例中，本發明的耐磨纖維製成之布料於ASTMD3884測試下之耐磨耗次數為至少約800至3000個循環。換言之，本發明的耐磨纖維相較習知的纖維更細更強韌，應用層面更廣。
以下，將列舉一個比較例以及多個實例來驗證本發明的功效。
依表一的不同母粒配方1~3以及表二的實驗參數，於織布機中織出實例1~3的織物，而後進行耐磨耗測試。比較例1則是使用市售常規的PP袋包用布來進行耐磨耗測試。   表一 表二 註: 「耐磨耗測試次數」是指以ASTMD3884條件測試下的耐磨耗次數
如表二所示，使用本發明的耐磨纖維製得之織物於ASTMD3884測試下之耐磨耗次數均超過約900次，顯示耐磨效果佳。此外，隨著固態耐磨改質劑的用量增加，耐磨耗次數也會隨之增加。如實例2~3的結果顯示，當耐磨纖維的固態耐磨改質劑超過5重量份時，耐磨耗次數會超過約2500次。相反地，僅使用一般常規PP製得之織物於ASTMD3884測試下之耐磨耗次數僅有516次。另外，本發明的耐磨纖維的每根纖維細度（D.P.F.）低於4.5，而習知的耐磨纖維的每根纖維細度（D.P.F.）高達6.5以上，故本發明的耐磨纖維相較習知的纖維可進一步被細化，應用層面更廣。
綜上所述，本發明使用的固態耐磨改質劑為聚矽氧烷（polysiloxane）型改質劑，例如為超高分子量聚二甲基矽氧烷（PDMS），其為固態粉體狀，因此可採用高效能混練加工以及偶聯劑修飾技術，來將固態耐磨改質劑有效分散於耐隆主體中，並製備成紡絲級（spinning grade）的自潤型改質耐磨耐隆母粒進行應用。本發明的耐磨纖維可作為產業用纖維，其較習知的纖維更細更強韌，可染性更佳，且應用層面更廣。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧母粒
100‧‧‧耐隆主體
102‧‧‧固態耐磨改質劑
104‧‧‧偶聯劑
200‧‧‧單組份纖維
300‧‧‧雙組份芯鞘型複合纖維
302‧‧‧芯
304‧‧‧鞘
圖1是依照本發明的一實施例所繪示的一種耐磨纖維的母粒的立體示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例所繪示的一種耐磨纖維的立體示意圖。 圖3是依照本發明的另一實施例所繪示的一種耐磨纖維的立體示意圖。
10‧‧‧母粒
100‧‧‧耐隆主體
102‧‧‧固態耐磨改質劑
104‧‧‧偶聯劑

Claims (19)

  1. 一種耐磨纖維的母粒，包括： 83.5至98.4重量份的耐隆主體； 1.5至15重量份的固態耐磨改質劑，其包括聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）或其衍生物；以及 0.1至2重量份的偶聯劑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之耐磨纖維的母粒，其中所述偶聯劑包括鈦酸酯、環氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基矽烷、丙烯醯氧基矽烷、氨基矽烷、異氰酸基矽烷或其組合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之耐磨纖維的母粒，其中所述固態耐磨改質劑的重量平均分子量大於等於50萬。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之耐磨纖維的母粒，其中所述固態耐磨改質劑的重量平均分子量介於50萬至200萬的範圍內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之耐磨纖維的母粒，其中所述耐隆主體包括耐隆6、耐隆6,6、耐隆6,10、耐隆6,12、耐隆10,10、耐隆11、耐隆12或其組合。
  6. 一種耐磨纖維，其使用申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之耐磨纖維的母粒所製成。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之耐磨纖維，其中所述耐磨纖維的每根纖維細度（Denier per Filament，D.P.F.）為4.5或低於4.5。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之耐磨纖維，其中所述耐磨纖維包括單組份纖維或雙組份芯鞘型複合纖維。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之耐磨纖維，其中所述耐磨纖維製成之布料於ASTMD3884測試下之耐磨耗次數至少為800至3000個循環。
  10. 一種耐磨纖維母粒的製造方法，包括： 將83.5至98.4重量份的耐隆主體、1.5至15重量份的固態耐磨改質劑以及0.1至2重量份的偶聯劑供給至押出機中進行混練製程，以形成所述耐磨纖維母粒，其中混練溫度為200℃至285℃的範圍內。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之耐磨纖維母粒的製造方法，其中所述混練溫度由入料端至出料端的溫度變化為分段升溫、階段升溫或連續升溫。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之耐磨纖維母粒的製造方法，其中所述耐隆主體、所述固態耐磨改質劑以及所述偶聯劑為同時加入至所述押出機中。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之耐磨纖維母粒的製造方法，其中先以所述偶聯劑對所述固態耐磨改質劑進行處理，再將經處理的所述固態耐磨改質劑與所述耐隆主體加入至所述押出機中。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之耐磨纖維母粒的製造方法，其中所述押出機包括單軸押出機或雙軸押出機。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之耐磨纖維母粒的製造方法，其中所述固態耐磨改質劑包括聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）或其衍生物。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之耐磨纖維母粒的製造方法，其中所述偶聯劑包括鈦酸酯、環氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基矽烷、丙烯醯氧基矽烷、氨基矽烷、異氰酸基矽烷或其組合。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之耐磨纖維母粒的製造方法，其中所述固態耐磨改質劑的重量平均分子量大於等於50萬。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之耐磨纖維母粒的製造方法，其中所述固態耐磨改質劑的重量平均分子量介於50萬至200萬的範圍內。
  19. 如申請專利範圍第10項所述之耐磨纖維母粒的製造方法，其中所述耐隆主體包括耐隆6、耐隆6,6、耐隆6,10、耐隆6,12、耐隆10,10、耐隆11、耐隆12或其組合。
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