TW202124797A

TW202124797A - 聚乙烯紗線、製造該聚乙烯紗線的方法、及包含該聚乙烯紗線的皮膚冷感布

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Publication number: TW202124797A
Application number: TW108148145A
Authority: TW
Inventors: 金宰亨; 金基雄; 金成龍; 李相牧; 李信鎬; 李英洙
Original assignee: 南韓商可隆工業股份有限公司
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-07-01
Also published as: TWI727576B

Abstract

本發明揭露一種聚乙烯紗線，其能製造出具有優異的尺寸安定性的皮膚冷感布，並具有提高的可織性，且其能製造出能夠為使用者提供柔軟觸感和冷感的皮膚冷感布、一種製造該聚乙烯紗線的方法、以及一種包含該聚乙烯紗線的皮膚冷感布。該聚乙烯紗線在70℃和100℃的收縮應力分別為0.005g/d至0.075g/d。此外，該聚乙烯紗線「在70℃的乾熱收縮率」為0.1%至0.5%，「在100℃的乾熱收縮率」為0.5%至1.5%，以及「在100℃的濕熱收縮率」為0.1%至1%。

Description

聚乙烯紗線、製造該聚乙烯紗線的方法、及包含該聚乙烯紗線的皮膚冷感布

本發明係關於一種聚乙烯紗線、一種製造該聚乙烯紗線的方法、及一種包含該聚乙烯紗線的皮膚冷感布。特別地，本發明係關於一種能製造出具有優異的尺寸安定性的皮膚冷感布並具有提高的可織性(weavability)且能為使用者提供柔軟觸感(soft tactile sensation)和涼感(cooling feeling)或冷感(cooling sensation)的聚乙烯紗線、一種製造該聚乙烯紗線的方法、以及一種包含該聚乙烯紗線的皮膚冷感布。

隨著地球溫暖化，能夠用於克服炎熱的布的必要性日益增大。就能夠用於克服炎熱的布的開發而言，可考慮的因素包含(i)炎熱因素的去除、和(ii)從使用者皮膚去除熱。

已提出：聚焦於去除炎熱因素的方法、藉由在纖維表面添加無機化合物來反射光的方法(例如，參照JP4227837B)、以及藉由在纖維內部和表面分散無機微粒來散射光的方法(例如，參照JP2004-292982A)等。但是阻止這些外部因素只能防止進一步的炎熱，對於已經感到炎熱的使用者而言，有著不僅不能成為有效的解決方法，還會降低布的觸感的限制。

另一方面，作為能夠從使用者皮膚上去除熱的方法，已提出：為了利用汗水的蒸發熱而提高布吸濕性的方法(例如，參照JP2002-266206A)、以及為了增加從皮膚到布的熱傳遞而增加皮膚與布接觸面積的方法(例如，參照JP2009-24272A)等。

然而，就利用汗水的蒸發熱的方法而言，布的功能主要依賴濕度、使用者的體質等外部因素，因此有著無法保障其一致性的問題。就增加皮膚與布接觸面積的方法而言，接觸面積越大，布的通氣性越低，因此無法獲得許多使用者想要的冷卻效果(cooling effect)。

從而，可能希望的是藉由改善布本身的熱傳導性來增加從皮膚到布的熱傳遞。為此，在JP2010-236130A中建議了利用具有高熱傳導性的超高強度聚乙烯纖維(Dyneema® SK60)來製造布。

但是，在JP2010-236130A中所使用的Dyneema® SK60纖維是具有600,000g/mol以上重量平均分子量的超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)，其雖然表現高熱傳導性，但由於UHMWPE的高熔融黏度(melt viscosity)而只能由凝膠紡絲方法製造，因此存在著誘發環境問題以及有機溶劑的回收需要巨額費用的問題。而且，Dyneema® SK60纖維具有28g/d以上的高強度、759g/d以上的高拉力模數、以及3%~4%的低斷裂伸長率，從而其可織性不好。此外，Dyneema® SK60纖維剛性(stiffness)過高，因此不適合用於以與使用者皮膚接觸為前提之皮膚冷感布的製造。

即使相比於UHMWPE，皮膚冷感布用紗線係由具有相對低的重量平均分子量的聚乙烯製造，高溫下之過高的收縮應力、乾熱收縮率及濕熱收縮率可能在布的染色製程和熱定型製程中以及最終產品的洗滌過程中導致布的變形。

因此，本發明的目的在於提供一種能防止相關技術的限制和缺點所引起之一個或更多個問題的聚乙烯紗線、一種製造該聚乙烯紗線的方法、以及一種包含該聚乙烯紗線的皮膚冷感布。

在本發明的一態樣，提供一種能為使用者提供柔軟觸感及涼感或冷感且具有提高的可織性的聚乙烯紗線，該聚乙烯紗線能製造出具有優異的尺寸安定性的皮膚冷感布。

在本發明的另一態樣，提供一種製造能為使用者提供柔軟觸感及涼感或冷感且具有提高的可織性的聚乙烯紗線的方法，該聚乙烯紗線能製造出具有優異的尺寸安定性的皮膚冷感布。

在本發明的又一態樣，提供一種能為使用者提供柔軟觸感及涼感或冷感且具有優異的尺寸安定性的布。

本發明的其他優點、目標及特徵，一部分將在隨後的說明書內容中提供，一部分對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言通過檢視下列內容將顯而易見，或者可從對於本發明的實現中習得。

根據本發明如上所述的一個態樣，提供一種聚乙烯紗線，其中，

(i)在0.1g/d的初始荷重及2.5℃/sec的升溫速度條件下得到之顯示由溫度增加所產生的收縮應力的圖表中，在70℃的收縮應力及在100℃的收縮應力分別為0.005g/d至0.075g/d，

(ii)在施加0.1g/d荷重的狀態下，在70℃的空氣中放置15分鐘後，乾熱收縮率為0.1%至0.5%，

(iii)在施加0.1g/d荷重的狀態下，在100℃的空氣中放置15分鐘後，乾熱收縮率為0.5%至1.5%，以及

(iv)在100℃熱水中浸漬30分鐘後，濕熱收縮率為0.1%至1%。

該聚乙烯紗線可以具有10ea/m至40ea/m的交織數。

該聚乙烯紗線的油份(Oil Pick-Up,OPU)可以為1wt%至4wt%。

該聚乙烯紗線可以是在Z方向上具有50TPM至300TPM(Twist Per Meter，每米的撚數)撚數的撚絲(twisted yarn)。

該聚乙烯紗線可以具有大於4g/d且小於等於6g/d的抗拉強度、15g/d至80g/d的拉力模數、14%至55%的斷裂伸長率、以及60%至85%的結晶度。

該聚乙烯紗線可以具有50,000g/mol至99,000g/mol的重量平均分子量(Mw)。

該聚乙烯紗線可以具有75丹尼至450丹尼的總纖度，該聚乙烯紗線可以包含每一條都具有1丹尼至5丹尼的單絲丹尼數(Denier Per Filament,DPF)的複數條絲。

該聚乙烯紗線可以具有圓形截面。

根據本發明的另一態樣，提供一種皮膚冷感布，包括聚乙烯紗線作為經絲和緯絲，其中，

(i)在腔室中以70℃熱處理15分鐘後，在經向和緯向上的乾熱收縮率分別為0.1%至1.0%，

(ii)在腔室中以100℃熱處理15分鐘後，在經向和緯向上的乾熱收縮率分別為0.3%至1.2%，以及

(iii)在100℃熱水中浸漬30分鐘後，在經向和緯向上的濕熱收縮率分別為0.2%至1.0%。

該乾熱收縮率和該濕熱收縮率根據ASTM D 1776方法測定。

該皮膚冷感布在20℃下可以具有：0.0001W/cm．℃的厚度方向熱傳導率、0.001W/cm²．℃的厚度方向熱傳遞係數、以及0.1W/cm²以上的接觸冷感(Q_max)。

該皮膚冷感布的面密度可以是75g/m²至800g/m²。

根據本發明的又一態樣，提供一種製造聚乙烯紗線的方法，包括下列步驟：

熔融具有0.941g/cm³至0.965g/cm³的密度、50,000g/mol至99,000g/mol的重量平均分子量(Mw)、以及6g/10min至21g/10min的熔融指數(melt index,MI)(在190℃)的聚乙烯；

透過具有紡絲的複數個孔的紡嘴擠出該熔融的聚乙烯；

冷卻在該熔融的聚乙烯從該紡嘴的該些孔吐出時所形成的複數條絲；

利用包含一系列導絲輥的多段拉伸部拉伸由冷卻的該些絲所組成的複絲；以及

用卷線機捲曲該拉伸的複絲，

其中，由以下式1定義的超喂率(over feed rate)為6%至10%，

[式1]OFR(%)=100-[(V₁/V₂)×100]

在式1中，OFR是超喂率，V₁是該多段拉伸部的最後一個導絲輥的速度，以及V₂是該卷線機的速度。

如上所述對本發明的概述僅僅是為了例示或說明本發明，本發明的範圍並不限於此。

本發明的皮膚冷感布用聚乙烯紗線具有高熱傳導率、調整為適當範圍的收縮特性、以及優異的可織性，並且可以在不會引發環境問題的情況下以低廉費用容易地製造。

此外，從本發明的聚乙烯紗線織造的皮膚冷感布，(i)可以一致地為使用者提供冷感，無論諸如濕度等外部因素如何；(ii)可以持續地為使用者提供充分的冷感，無需犧牲通氣性；(iii)可以為使用者提供柔軟的觸感；以及(iv)不會引起由於諸如染色、熱定型等後加工及最終產品洗滌所導致的變形。

10:複絲

11:絲

21:底板

22a:T-Box

22b:BT-Box

23:布樣品

100:擠壓機

200:紡嘴

300:驟冷部

400:集束部

500:多段拉伸部

600:卷線機

GR1:第一個導絲輥

GRn:最後一個導絲輥

OR:輥

所附圖式包含在本發明中以提供對於本發明進一步的理解，並被納入且構成本發明的一部分，所附圖式繪示本發明的實施例，並與本發明的詳細說明一同用來說明本發明的原理。

圖1是示意性地顯示根據本發明一實施例之用於製造聚乙烯紗線的裝置的視圖；

圖2是示意性地顯示用於測量皮膚冷感布的接觸冷感(Q_max)的裝置的視圖；

圖3是示意性地顯示用於測量在皮膚冷感布的厚度方向上的熱傳導率和熱傳導係數的裝置的視圖。

下面參照所附圖式詳細說明本發明的實施例。但是下面將要說明的實施例僅用於幫助明確理解本發明而以示例目的提出，並不用來限定本發明的範圍。

為了使得使用者能夠感覺到充分的冷感，在製造皮膚冷感布中所使用的紗線較佳為具有高熱傳導率的高分子紗線。

對於固體而言，通常透過自由電子的移動和稱為聲子(phonon)的晶格振動(lattice vibration)來導熱。對於金屬而言，主要透過自由電子的移動在固體內導熱。反之，就例如高分子的非金屬物質而言，主要透過固體內的聲子(phonon)來導熱(尤其是向著經由共價鍵連接的分子鏈方向)。

為了提高布的熱傳導率使得使用者能夠感覺到冷感的程度，需要藉由將高分子紗線的結晶度提高至60%以上，來加強透過高分子紗線的聲子的熱傳遞能力。

根據本發明，為了製造具有如此高結晶度的高分子紗線，使用高密度聚乙烯(HDPE)。這是因為相比由具有0.910g/cm³至0.925g/cm³的密度的低密度聚乙烯(LDPE)製造的紗線和具有0.915g/cm³至0.930g/cm³的密度的線性低密度聚乙烯(LLDPE)製造的紗線，具有0.941g/cm³至0.965g/cm³的密度的高密度聚乙烯(HDPE)製造的紗線具有相對高的結晶度。

同時，高密度聚乙烯(HDPE)紗線根據其重量平均分子量(Mw)可以分為超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)紗線、和高分子量聚乙烯(High Molecular Weight Polyethylene,HMWPE)紗線。UHMWPE通常指稱具有600,000g/mol以上的重量平均分子量(Mw)的線性聚乙烯，而HMWPE通常指稱具有20,000g/mol至250,000g/mol的重量平均分子量(Mw)的線性聚乙烯。

如上所述，因為由於UHMWPE的高熔融黏度，只能透過凝膠紡絲製造諸如Dyneema®的UHMWPE紗線，因此可能會導致環境問題和需要巨額費用回收有機溶劑。

由於與UHMWPE相比，HMWPE具有相對低的熔融黏度，因此可以進行熔融紡絲，結果，能夠解決與UHMWPE相關聯之環境問題和高費用問題。因此本發明的皮膚冷感布用聚乙烯紗線是由HMWPE所形成的紗線。

本發明的聚乙烯紗線具有以下的收縮特性：

(i)在0.1g/d的初始荷重及2.5℃/sec的升溫速度條件下得到之顯示由溫度增加所產生的收縮應力的圖表中，在70℃的收縮應力及在100℃的收縮應力分別為0.005g/d至0.075g/d；

(ii)在施加0.1g/d荷重的狀態下，在70℃的空氣中放置15分鐘後，乾熱收縮率為0.1%至0.5%；

(iii)在施加0.1g/d荷重的狀態下，在100℃的空氣中放置15分鐘後，乾熱收縮率為0.5%至1.5%；以及

(iv)在100℃熱水中浸漬30分鐘後，濕熱收縮率為0.1%至1%。

如果聚乙烯紗線在70℃的收縮應力和在100℃的收縮應力過小時，紗線的結晶度和取向度由於在拉伸步驟中的低拉伸比而降低，因而由紗線製造的布無法具有充分的冷感。因此，聚乙烯紗線在70℃的收縮應力和在100℃的收縮應力分別較佳為0.005g/d以上。

然而，如果在70℃的收縮應力和在100℃的收縮應力過大時，紗線由於在拉伸步驟中的高拉伸比而具有過高的強度，因而使得可織性降低，且最終布的可剪裁性也會降低。因此，聚乙烯紗線在70℃的收縮應力和在100℃的收縮應力分別較佳為0.075g/d以下。

具體地，聚乙烯紗線在70℃的收縮應力可以為0.005g/d至0.075g/d，或0.005g/d至0.050g/d，或0.007g/d至0.025g/d，或0.007g/d至0.015g/d。聚乙烯紗線在100℃的收縮應力可以為0.005g/d至0.075g/d，或0.015g/d至0.060g/d，或0.025g/d至0.050g/d，或0.030g/d至0.045g/d。

如果聚乙烯紗線在70℃的乾熱收縮率過低時，由於熱引起的收縮過小，並且在由紗線織造的布的情況下，經絲和緯絲的交叉點之間的間隙(即，空隙)太大，空氣容易通過，這減少了布的冷感性。因此，聚乙烯紗線在70℃的乾熱收縮率較佳為0.1%以上。

但是，如果在70℃的乾熱收縮率過高時，在布製程中的熱處理步驟或染色後的熱處理步驟中，會發生由於熱導致的過渡收縮，使得布變得硬挺，而最終布的觸感降低。因此，聚乙烯紗線在70℃的乾熱收縮率較佳為0.5%以下。

具體地，聚乙烯紗線在70℃的乾熱收縮率可以為0.10%至0.50%，或0.20%至0.50%，或0.20%至0.40%，或0.20%至0.35%。

因為聚乙烯紗線在100℃的乾熱收縮率越低，在尺寸安定性方面越有利。然而，由於熱引起的收縮不足，因而導致最終布的拉伸強度和撕裂強度變得不足，結果發生了布容易撕裂的現象。因此，聚乙烯紗線在100℃的乾熱收縮率較佳為0.5%以上。

但是，如果在100℃的乾熱收縮率過高，在布製程中的熱處理步驟或染色後的熱處理步驟中，會發生由於熱導致的過渡收縮，使得布變得硬挺，而最終布的觸感降低。此外，難以精確地與所要設計之最終的布密度和布寬度匹配。因此，聚乙烯紗線在100℃的乾熱收縮率較佳為1.5%以下。

具體地，聚乙烯紗線在100℃的乾熱收縮率可以為0.50%至1.50%，或0.75%至1.50%，或0.75%至1.25%，或0.80%至1.00%。

因為聚乙烯紗線在100℃的濕熱收縮率越低，在尺寸安定性方面越有利。然而，由於熱引起的收縮不足，因而導致最終布的拉伸強度和撕裂強度變得不足，結果會發生布容易撕裂的現象。因此，聚乙烯紗線在100℃的濕熱收縮率較佳為0.1%以上。

然而，如果在100℃的濕熱收縮率過高，不僅在進行染色後熱處理步驟時因為紗線過渡收縮而導致布的尺寸縮水或布變得硬挺，還會在最終消費者對布進行洗滌時導致布的變形。因此，聚乙烯紗線在100℃的濕熱收縮率較佳為1%以下。

具體地，聚乙烯紗線在100℃的濕熱收縮率可以為0.10%至1.00%，或0.50%至1.00%，或0.50%至0.90%，或0.70%至0.85%。

根據本發明的一實施例，聚乙烯紗線可以具有10ea/m至40ea/m的交織數。

交織是為了強化形成紗線的絲之間的集束而進行。絲之間的集束性越好紗線的可織性越高。但是，就具有相對高的強度和相對低的伸度的傳統聚乙烯紗線而言，因為交織過程中發生起球(pills)或斷絲的風險比較大，因此交織數為3ea/m至5ea/m的程度。

反之，本發明的聚乙烯紗線具有相對低的強度和相對高的伸度，因此在不發生起球或斷絲的條件下，可以賦予高程度(即，10ea/m以上)的交織。但是，即使是在本發明的聚乙烯紗線情況下，如果交織數超過40ea/m時，也會存在著起球或斷絲的風險。

在傳統的聚乙烯紗線中，即使在具有5ea/m以下的低交織數的情況下，為了滿足所需集束性仍需要額外進行撚絲步驟。反之，根據本發明一實施例的聚乙烯紗線因為10ea/m以上的高交織數，而無需額外的撚絲步驟，也可以滿足所需的集束性，從而能夠提高紗線的生產性。

但是，本發明的聚乙烯紗線並不限定為未撚絲(untwisted yarn)，且為了進一步提高絲的集束性，也可以為撚絲(twisted yarn)。例如，本發明的聚乙烯紗線可以是在Z方向上具有50TPM至300TPM(Twist Per Meter，每米的撚數)撚數的撚絲。如果撚數少於50TPM時，無法獲得滿意的集束性強化效果。反之，如果撚數超過300TPM時，不僅最終布變得硬挺，且布表面的平滑性降低，不利於冷感性。

根據本發明的一實施例，聚乙烯紗線的油份(Oil Pick-Up,OPU)可以為1wt%~4wt%。

附著到形成紗線的絲上的乳化液(emulsion)是為了提高紗線的可織性。如果OPU少於1wt%時，由於在織造過程中發生起球或斷絲，無法實現連續的織造。反之，如果OPU超過4wt%時，在用紗線織造布時過量的乳化液會導致油持續地附著到織機主體上，造成可織性上發生問題。在精煉和染色步驟中，無法適當地去除乳化液，或存在著為了完全去除乳化液必須進行多次洗滌步驟的負擔。

根據本發明一實施例的聚乙烯紗線具有大於等於4g/d且小於等於6g/d的抗拉強度、15g/d至80g/d的拉力模數、14%至55%的斷裂伸長率、以及60%至85%的結晶度。較佳地，聚乙烯紗線具有4.5g/d至5.5g/d的抗拉強度、40g/d至60g/d的拉力模數、20%至35%的斷裂伸長率、以及70%至80%的結晶度。

如果抗拉強度超過6g/d，拉力模數超過80g/d時，或斷裂伸長率小於14%，不僅聚乙烯紗線的可織性不好，而且利用該紗線製造的布過分硬挺，可能令使用者感到不適。反之，如果拉伸強度為4g/d以下，拉力模數小於15g/d，或斷裂伸長率超過55%，當使用者持續使用由這些聚乙烯紗線織造的布時，可能會在布上產生起球(pill)，甚至可能會導致布破損。

如果聚乙烯紗線的結晶度小於60%時，其熱傳導率低，所以由此製造的布無法為使用者提供充分的冷感。即，由於聚乙烯紗線具有60%至85%的結晶度，利用此製造的皮膚冷感布可以在20℃下具有於厚度方向上0.0001W/cm．℃以上的熱傳導率、於厚度方向上0.001W/cm²．℃以上的熱傳導係數、以及0.1W/cm²以上之接觸冷感(Q_max)。

根據本發明一實施例的聚乙烯紗線具有50,000g/mol至99,000g/mol的重量平均分子量(Mw)。聚乙烯紗線的重量平均分子量(Mw)與用作原料的聚乙烯的物理特性有密切關聯。

本發明的聚乙烯紗線可以具有1至5的DPF(Denier Per Filament)。即，該聚乙烯紗線可以包含分別具有1丹尼至5丹尼纖度的複數條絲。此外，本發明的聚乙烯紗線可以具有75丹尼至450丹尼的總纖度。

在具有預定的總纖度的聚乙烯紗線中，如果各條絲的纖度超過5丹尼時，由聚乙烯紗線製造的布的平滑性變得不足，且與身體的接觸面積變小，由此不能對使用者提供充分的冷感。通常，DPF可以透過紡嘴的各孔的吐出量(以下稱為「單孔吐出量」)和拉伸比來調節。

本發明的聚乙烯紗線可以具有圓形(circular)截面或非圓形(non-circular)截面，但考慮到能為使用者提供均一的冷感這一點，理想的是具有圓形截面。

由上述的聚乙烯紗線製造之本發明的皮膚冷感布可以是具有75g/m²至800g/m²的單位面積重量(即面密度)的織物(woven fabric)或編物(knitted fabric)。如果布的面密度小於75g/m²時，布的稠密度不足，且布中存在很多空隙。這些空隙降低布的冷感。反之，如果布的面密度超過800g/m²時，由於過度稠密的布結構，導致布非常硬挺，造成使用者所感受到之在觸感方面的問題，且由於高重量而導致使用上的問題。

根據本發明的一實施例，本發明的皮膚冷感布包括本發明上述的聚乙烯紗線作為經絲和緯絲，並可以是具有根據以下式2定義之400至2000的織物覆蓋係數(cover factor)的布。

[式2]CF=(W_D*W_T ^1/2)+(F_D*F_T ^1/2)式2中，CF是織物覆蓋係數，W_D是經絲密度(ea/inch)，W_T是經絲纖度(denier)，F_D是緯絲密度(ea/inch)，以及F_T是緯絲纖度(denier)。

如果織物覆蓋係數小於400時，存在著布的稠密度不足的問題，且因為布中存在太多空隙，而降低布的冷感。反之，如果織物覆蓋係數超過2000時，布結構過度稠密，布的觸感變壞，且由於高重量而誘發使用上的問題。

本發明的皮膚冷感布具有下列特徵：

(i)在腔室中以70℃熱處理15分鐘後，在經向和緯向上的乾熱收縮率分別為0.1%至1.0%，或0.2%至0.8%，或0.25%至0.45%；

(ii)在腔室中以100℃熱處理15分鐘後，在經向和緯向上的乾熱收縮率分別為0.3%至1.2%，或0.5%至1.0%，或0.75%至0.95%；以及

(iii)在100℃熱水中浸漬30分鐘後，在經向和緯向上的濕熱收縮率分別為0.2%至1.0%，或0.5%至1.0%，或0.65%至0.85%。

該乾熱收縮率和該濕熱收縮率根據ASTM D 1776方法測定。

根據本發明一實施例的皮膚冷感布具有：在20℃下，

(i)於厚度方向上0.0001W/cm．℃以上，或0.0003W/cm．℃至0.0005W/cm．℃的熱傳導率；

(ii)於厚度方向上0.001W/cm²．℃以上，或0.01W/cm²．℃至0.02W/cm²．℃的熱傳導係數；以及

(iii)0.1W/cm²以上，或0.1W/cm²至0.3W/cm²，或0.1W/cm²至0.2W/cm²的接觸冷感(Q_max)。

該布的熱傳導率、熱傳導係數及接觸冷感(Q_max)的測定方法將於後述。

為了製造具有前述的收縮特性、抗拉強度、拉力模數、斷裂伸長率及結晶度的聚乙烯紗線，不僅應精確地控制諸如(i)紡絲溫度、(ii)紡嘴的L/D、(iii)熔融的聚乙烯從紡嘴的吐出線速度、(iv)從紡嘴至多段拉伸部(具體地，多段拉伸部的第一個導絲輥部)的距離、(v)冷卻條件、以及(vi)紡絲速度等製程因數，還需選擇具有適合本發明的物理特性的原料。

下面，參照圖1詳細說明本發明之製造皮膚冷感布用聚乙烯紗線的方法。

首先，將片(chip)狀的聚乙烯投入擠壓機(extruder)100中並進行熔融。

用作製造本發明的聚乙烯紗線的原料的聚乙烯具有0.941g/cm³至0.965g/cm³的密度、50,000g/mol至99,000g/mol的重量平均分子量(Mw)、以及6g/10min至21g/10min的熔融指數(MI)(在190℃)。

為了製造提供高冷感的布，聚乙烯紗線需要具有60%至85%的高結晶度，且為了製造具有如此高結晶度的聚乙烯紗線，必須使用具有0.941g/cm³至0.965g/cm³的密度的高密度聚乙烯(HDPE)。

當用作原料的聚乙烯的重量平均分子量(Mw)小於50,000g/mol時，最終得到的聚乙烯紗線難以表現出4g/d以上的強度及15g/d以上的拉力模數，結果，可能會在布上產生起球。反之，當聚乙烯的重量平均分子量(Mw) 超過99,000g/mol時，由於過高的強度和拉力模數，聚乙烯紗線的可織性不好，剛性過高，且不適合用於製造以與使用者皮膚接觸為前提的皮膚冷感布。

當用作原料的聚乙烯的熔融指數(MI)小於6g/10min時，由於熔融聚乙烯的高黏度和低流動性，難以確保在擠壓機100內的順暢流動，且擠出物的均勻性和加工性降低，因此增加紡絲製程中斷絲發生的風險。反之，如果聚乙烯熔融指數(MI)超過21g/10min時，在擠壓機100內的流動變得相對順暢，但最終得到的聚乙烯紗線可能難以具有超過4g/d的強度和15g/d以上的的拉力模數。

可選地，可以將氟系聚合物添加到聚乙烯中。

作為添加氟系聚合物的方法可以提到：(i)一種將含有聚乙烯和氟系聚合物的母料(master batch)與聚乙烯片一同投入擠壓機100中，接著在其內熔融它們的方法，或(ii)一種將聚乙烯片投入擠壓機100的同時通過側進料器(side feeder)將氟系聚合物投入擠壓機100中，然後一同熔融它們的方法。

藉由將聚乙烯添加至氟系聚合物中，可以進一步抑制紡絲製程和多段拉伸製程中的斷絲發生，且因此可以進一步提高生產性。作為非限定性的一例，添加至聚乙烯中的氟系聚合物可以是四氟乙烯共聚物。該氟系聚合物可以以使在最終所製造的紗線中氟(fluorine)的含量為50ppm至2500ppm的量添加到聚乙烯中。

在具有前述的物理特性的聚乙烯投入到擠出機100中並進行熔融之後，熔融的聚乙烯透過擠壓機100內的螺桿(圖未示出)運送至紡嘴200，並透過形成在紡嘴200中的複數個孔擠出。

紡嘴200的孔數可以根據所製造的紗線的DPF和總纖度決定。例如，當製造具有75丹尼的總纖度的紗線時，紡嘴200可以具有20至75個孔。另外，當製造具有450丹尼總纖度的紗線時，紡嘴200可以具有90至450個孔，較佳具有100至400個孔。

在擠出機100內的熔融步驟及通過紡嘴200的擠出步驟較佳在150℃至315℃，再較佳在250℃至315℃，更佳在265℃至310℃進行。即，擠出機100和紡嘴200較佳維持在150℃至315℃，再較佳250℃至315℃，更佳265℃至310℃。

當紡絲溫度小於150℃時，由於紡絲溫度低，可能無法均勻熔融聚乙烯，因此紡絲可能有困難。反之，當紡絲溫度超過315℃時，可能引起聚乙烯的熱分解，並可能難以表現出想要的強度。

紡嘴200的孔長度(L)對孔直徑(D)的比例L/D可以為3至40。當L/D小於3時，熔融擠出時發生模頭膨脹(die swell)現象，且聚乙烯的彈性行為變得難以控制，因此造成紡絲性不好。另外，當L/D超過40時，可能會由於由通過紡嘴200之熔融聚乙烯的頸縮(necking)現象所引起的斷絲及壓降而發生一擠出不均勻現象。

隨著熔融的聚乙烯從紡嘴200的孔擠出，由於紡絲溫度與室溫之間的差異，聚乙烯開始固化，且同時形成半固化狀態的絲11。在本說明書中，將半固化狀態的絲和完全固化的絲統稱為「絲」。

複數條絲11在驟冷部(quenching zone)300冷卻而完全固化。絲11的冷卻可以透過空氣冷卻方法進行。

在驟冷部300中，絲11的冷卻較佳利用具有0.2m/sec至1m/sec的風速的冷卻空氣進行，以冷卻至15℃至40℃。當冷卻溫度小於15℃時，由於過冷卻可能導致伸度不足，其可能在拉伸過程中導致斷絲。當冷卻溫度超過40℃時，由於固化不均勻而導致絲11間纖度偏差變大，其可能在拉伸過程中引起斷絲。

接著，冷卻且完全固化的絲11被集束部400集束，以形成複絲10。

如圖1中所示，本發明的方法還可以包括：在形成複絲10之前，利用油輥OR或噴油嘴(oil jet)將該些冷卻的絲11塗敷乳化液的步驟。該乳化液塗敷步驟可以透過計量加油(Metered Oiling,MO)方法進行。

可選地，透過集束部400形成複絲10的步驟和乳化液塗敷的步驟可以同時進行。

可以依照為二段式系統的雙輥(dual roller)系統，將乳化液塗敷到絲11上。採用該系統時，可以藉由將旋轉數設定為5rpm至20rpm來調整油份(OPU)為1wt%至4wt%。

如圖1所示，本發明的聚乙烯紗線可以透過直接紡絲拉伸(direct spinning drawing,DSD)製程來製造。即，複絲10直接傳遞到包含複數個導絲輥部GR1...GRn的多段拉伸部500，以2.5至8.5，較佳3.5至7.5的總拉伸比多段拉伸，然後捲曲到卷線機600上。

作為替代方案，在先將複絲10捲曲為未拉伸絲之後，再將該未拉伸絲拉伸，從而製造本發明的聚乙烯紗線。本發明的聚乙烯紗線可以透過先將聚乙烯熔融紡絲以製造未拉伸絲，再將該未拉伸絲進行拉伸的二步驟製程來製造。

如果拉伸製程中應用的總拉伸比小於3.5時，特別是小於2.5時，(i)最終得到的聚乙烯紗線無法具有60%以上的結晶度，因此由該紗線製造的布不能向使用者提供充分的冷感，且(ii)聚乙烯紗線無法具有4g/d以上的強度和15g/d以上的拉力模數及55%以下的斷裂伸長率，結果在由該紗線製造的布上可能產生起球。

反之，當拉伸比超過7.5時，特別是超過8.5時，最終得到的聚乙烯紗線無法具有6g/d以下的強度、80g/d以下的拉力模數、以及14%以上的斷裂伸長率。因此，聚乙烯紗線的可織性不好，而且利用該紗線製造的布變得過分硬挺，導致使用者感到不適。

如果確定本發明的熔融紡絲的紡絲速度的第一導絲輥部(GR1)的線速度被決定，可以適當地決定其餘導絲輥部的線速度，使得在多段拉伸部500中，能施加2.5至8.5，較佳3.5至7.5的總拉伸比於複絲10。

根據本發明的一實施例，藉由適當地設定多段拉伸部500的導絲輥部(GR1...GRn)的溫度在40℃至140℃的範圍內，可以透過多段拉伸部500進行聚乙烯紗線的熱定型(heat-setting)。

例如，第一個導絲輥部(GR1)的溫度可以為40℃至80℃，最後一個導絲輥部(GRn)的溫度可以為110℃至140℃。除了第一個和最後一個導絲輥部(GR1、GRn)以外的其餘導絲輥部各自的溫度可以設定為相同或較高於其前一個導絲輥部的溫度。最後一個導絲輥部(GRn)的溫度可以設定為相同或較高於其前一個導絲輥部的溫度相同或較高，但也可以設定為比其溫度較低一些。

可以對已通過多段拉伸部500的複絲10進行交織(interlacing)。在這種情況下，調節交織裝置的噴嘴壓力，使得交織數可以為10ea/m至40ea/m。

在交織步驟之後，複絲10捲曲到卷線機600上，從而完成本發明的皮膚冷感布用聚乙烯紗線的製造。

如前所述，以10ea/m至40ea/m的高交織數進行交織步驟時，無需額外的撚絲製程就能夠滿足所需集束性，但為了進一步提高絲的集束性，在交織步驟之外還可以進行將聚乙烯紗線撚為在Z方向上具有50TPM至300TPM(Twist Per Meter)的撚數的撚絲步驟。

為了確保本發明聚乙烯紗線的低收縮率，控制多段拉伸部500的最後一個導絲輥(GRn)與卷線機600之間的張力是很重要的。根據本發明，由以下式1定義的超喂率(Over Feed Ratio)為6%至10%。

[式1]OFR(%)=100-[(V₁/V₂)×100]上式1中，OFR為超喂率，V₁為最後一個導絲輥(GRn)的速度，以及V₂為卷線機600的速度。

下面通過具體實施例進一步詳細說明本發明。但，下列實施例僅是為了幫助理解本發明，本發明的範圍並不限於此。

實施例1

利用圖1所示的裝置，製造了包含200條絲且總纖度為400丹尼的聚乙烯紗線。具體地，將具有0.961g/cm³的密度、87,660g/mol的重量平均分子量(Mw)、6.4的多分散指數(PDI)(重量平均分子量(Mw)比數量平均分子量(Mn),Mw/Mn)、以及11.9g/10min的熔融指數(在190℃的MI)的聚乙烯片投入擠壓機100中並進行熔融。將熔融的聚乙烯透過具有200個孔的紡嘴200擠出。紡嘴200的孔長度(L)對孔直徑(D)比L/D為5.0。紡嘴溫度為270℃。

在從紡嘴200擠出時所形成的絲11在驟冷部300中由0.5m/sec風速的冷卻空氣最終冷卻至25℃，且透過集束機400集束為複絲10，並移動至多段拉伸部500。與該集束步驟同時進行透過計量加油(Metered Oiling,MO)方法的乳化液塗敷步驟。

多段拉伸部500共由五段導絲輥部構成，導絲輥部的溫度設定為80℃至125℃，且後段的導絲輥部的溫度設定為相同或較高於其前一個導絲輥部溫度。

在複絲10透過多段拉伸部500以總拉伸比7.5進行拉伸之後，製造出20ea/m交織，以6.5%的超喂率捲曲到卷線機600上，從而得到具有OPU為3wt%的聚乙烯紗線。

實施例2

除了使用具有0.958g/cm³的密度、98,290g/mol的重量平均分子量(Mw)、8.4的多分散指數(PDI)、以及6.1g/10min的熔融指數(在190℃的MI)的聚乙烯片，紡嘴溫度為275℃，且超喂率為7.5%之外，以與實施例1相同的方法進行，得到聚乙烯紗線。

實施例3

除了使用具有0.948g/cm³的密度、78,620g/mol的重量平均分子量(Mw)、8.2的多分散指數(PDI)、以及15.5g/10min的熔融指數(在190℃的MI)的聚乙烯片，紡嘴溫度為260℃，且總拉伸比為7.0之外，以與實施例1相同方法的進行，得到聚乙烯紗線。

比較例1

除了使用具有0.962g/cm³的密度、98,550g/mol的重量平均分子量(Mw)、4.9的多分散指數(PDI)、以及6.1g/10min的熔融指數(在190℃的MI)的聚乙烯片，紡嘴溫度為280℃，且超喂率為2.0%之外，以與實施例1相同方法的進行，得到聚乙烯紗線。

比較例2

除了使用具有0.961g/cm³的密度、98,230g/mol的重量平均分子量(Mw)、7.0的多分散指數(PDI)、以及2.9g/10min的熔融指數(在190℃的MI)的聚乙烯片，紡嘴溫度為295℃，總拉伸比為8.2，且超喂率為3.0%之外，以與實施例1相同的方法進行，得到聚乙烯紗線。

比較例3

除了使用具有0.961g/cm³的密度、180,550g/mol的重量平均分子量(Mw)、6.4的多分散指數(PDI)、以及0.6g/10min的熔融指數(190℃的MI)的聚乙烯片，紡嘴溫度為295℃，透過由總共八段的導絲輥構成的多段拉伸部500以總拉伸比為14拉伸，導絲輥部的溫度為70℃至130℃，且超喂率為2.5%之外，以與實施例1相同的方法進行，得到聚乙烯紗線。

測試例1

對由實施例1至3和比較例1至3分別製備的聚乙烯紗線的收縮特性、抗拉強度、拉力模數、斷裂伸長率、和結晶度進行如下的測定，測定結果示於以下表1和表2。

(1)聚乙烯紗線的收縮應力(shrinkage stress)

將聚乙烯紗線裁剪以準備1,000mm長度的樣品。利用熱應力試驗儀(Thermal Stress Tester)(Kanebo Eng.公司，KE-2)，得到隨著溫度增加顯示該樣品的收縮應力的圖表。初始荷重為0.1g/d，且升溫速度為2.5℃/sec。從該圖得到分別在70℃和100℃的收縮應力。

(2)聚乙烯紗線的乾熱收縮率(dry thermal shrinkage)

利用特力公司(Testrite Ltd.)的Testrite MK-V測定聚乙烯紗線的乾熱收縮率。具體地，將聚乙烯紗線裁剪以準備長度(L₀)為1,000mm的樣品。該樣品在施加0.1g/d荷重的狀態下，在70℃(或100℃)空氣中放置15分鐘，然後取出在室溫放置10分鐘。接著，測定該樣品的長度(即，收縮後長度L₁)，並根據以下式3算出在70℃(或100℃)的乾熱收縮率。

[式3]在70℃(或100℃)的乾熱收縮率(%)=[(L₀-L₁)/L₀]×100式中，L₀為收縮前長度，以及L₁為收縮後長度。

(3)聚乙烯紗線的濕熱收縮率(wet thermal shrinkage)

將聚乙烯紗線裁剪以準備長度(L₀)為1000mm的樣品。該樣品在施加0.1g/d荷重的狀態下，在100℃熱水中完全浸漬30分鐘，然後取出在室溫放置120分鐘。接著，測定該樣品的長度(即，收縮後長度L₁)，並根據以下式4算出濕熱收縮率。

[式4]在100℃的濕熱收縮率(%)=[(L₀-L₁)/L₀]×100式中，L₀為收縮前長度，以及L₁為收縮後長度。

(4)聚乙烯紗線的抗拉強度、拉力模數、斷裂伸長率

按照ASTM D885方法，使用英斯特朗公司(Instron Engineering Corp,Canton,Mass)的萬能拉伸試驗機得到聚乙烯紗線的抗拉強度、拉力模數、斷裂伸長率(樣品長度：250mm，拉伸速度：300mm/min，初始負荷(load)：0.05g/d)。

(5)聚乙烯紗線的結晶度

利用XRD儀器(X光繞射儀)(製造商：PANalytical公司，型號：EMPYREAN)測定聚乙烯紗線的結晶度。具體地，將聚乙烯紗線剪切以準備2.5cm長度的樣品，將該樣品固定於樣品架(holder)，然後在下列條件下進行測定。

-光源(X光光源)：Cu-Kα輻射

-電力(Power)：45KV x 25mA

-模式：連續掃描模式

-掃描角度範圍：10°~40°

-掃描速度：0.1°/sec

【表1】

【表2】

實施例4

使用實施例1的聚乙烯紗線作為經絲和緯絲進行平織，從而製造具有經絲密度為30ea/inch、緯絲密度為30ea/inch的布。

實施例5

除了使用實施例2的聚乙烯紗線代替實施例1的聚乙烯紗線之外，以與上述實施例4相同的方法製造布。

實施例6

除了使用實施例3的聚乙烯紗線代替實施例1的聚乙烯紗線之外，以與上述實施例4相同的方法製造布。

比較例4

除了使用比較例1的聚乙烯紗線代替實施例1的聚乙烯紗線之外，以與上述實施例4相同的方法製造布。

比較例5

除了使用比較例2的聚乙烯紗線代替實施例1的聚乙烯紗線之外，以與上述實施例4相同的方法製造布。

比較例6

除了使用比較例3的聚乙烯紗線代替實施例1的聚乙烯紗線之外，以與上述實施例4相同的方法製造布。

測試例2

按照下列方法測定分別由實施例4至6和比較例4至6製造的布的接觸冷感(Q_max)、熱傳導率(厚度方向)、熱傳導係數(厚度方向)、剛性、乾熱收縮率(在70℃和100℃)、以及濕熱收縮率(在100℃)，將其結果示於以下表3和表4。

(1)布的接觸冷感(Q_max)

準備具有20cm×20cm尺寸的布樣品，然後在20±2℃的溫度及65±2%的RH條件下放置24小時。接著，在20±2℃溫度和65±2%的RH測試環境下，利用KES-F7 THERMO LABO Ⅱ(Kato Tech Co.,LTD.)裝置測定該布的接觸冷感(Q_max)。

具體地，如圖2所示，將布樣品23放置在維持20℃的底板(也稱為「冷板(Water-Box)」)21上，且將加熱至30℃的熱板(T-Box)22a(接觸面積：3cm×3cm)放置在布樣品23上僅1秒鐘。即，一面與底板21接觸的布樣品23的另一面與T-Box 22a瞬間接觸。透過T-Box 22a向布樣品23施加的接觸壓力為6gf/cm²。接著，記錄顯示在連接到該裝置的顯示器(圖未示出)上的Q_max值。上述的測試重複10次，算出所得到的Q_max值的算術平均值。

(2)布的熱傳導率及熱傳導係數

準備具有20cm×20cm尺寸的布樣品後，然後在20±2℃的溫度及65±2%的RH條件下放置24小時。接著，在20±2℃溫度和65±2%的RH測試環境下，利用KES-F7 THERMO LABO Ⅱ(Kato Tech Co.,LTD.)裝置測定該布的熱傳導率及熱傳導係數。

具體地，如圖3所示，將布樣品23放置在維持20℃的底板21上，將加熱至30℃的熱源台(BT-Box)22b(接觸面積：5cm×5cm)放置在布樣品23上1分鐘。即使在BT-Box 22b接觸布樣品23的期間，持續向BT-Box 22b供熱以使其溫度能維持在30℃。為了維持BT-Box 22b溫度而供給的熱量(即，熱流損失(heat flow loss))顯示在連接到該裝置的顯示器(圖未示出)上。如上所述的測試重複5次，算出所得到的熱流損失值的算術平均值。接著，利用下列式5和式6算出該布的熱傳導率和熱傳導係數。

[式5]K=(W*D)/(A*△T)

[式6]k=K/D其中，K是熱傳導率(W/cm．℃)，D是布樣品23的厚度(cm)，A是與BT-Box 22b的接觸面積(=25cm²)，△T是布樣品23的兩面的溫度差(=10℃)，W是熱流損失(Watt)，以及k是熱傳導係數(W/cm²．℃)。

(3)布的剛性(stiffness)

根據ASTM D 4032，利用剛性測定裝置，按照圓形彎曲(Circular Bend)法測定該布的剛性。剛性(kgf)越低，布越柔軟。

(4)布的乾熱收縮率：

將布裁剪以準備具有20cm×20cm(經向長度×緯向長度)尺寸的樣品。在該樣品上分別標記具有經向和緯向20cm長度(即，「收縮前長度」，L₀)的線。該樣品在70℃(或100℃)的腔室中放置15分鐘進行熱處理，然後取出在室溫下放置10分鐘。接著，分別測定顯示在該樣品上的線的長度(即，「收縮後長度」，L₁)，並根據以下式7分別算出經向和緯向在70℃(或100℃)的乾熱收縮率。

[式7]在70℃(或100℃)的乾熱收縮率(%)=[(L₀-L₁)/L₀]×100式中，L₀為「收縮前長度」(即20cm)，以及L₁為「收縮後長度」。

(5)布的濕熱收縮率

將布裁剪以準備具有20cm×20cm(經向長度×緯向長度)尺寸的樣品。在該樣品上分別標記具有經向和緯向20cm長度(即，「收縮前長度」，L₀)的線。利用IR染色機，將該樣品在100℃進行熱水處理30分鐘，然後在室溫下放置120分鐘。接著，分別測定顯示在該樣品上的線的長度(即，「收縮後長度」，L₁)，並根據以下式8分別算出經向和緯向的濕熱收縮率。

[式8]在100℃的濕熱收縮率(%)=[(L₀-L₁)/L₀]×100式中，L₀為「收縮前長度」(即20cm)，以及L₁為「收縮後長度」。

【表3】

【表4】

10:複絲

11:絲

100:擠壓機

200:紡嘴

300:驟冷部

400:集束部

500:多段拉伸部

600:卷線機

GR1:第一個導絲輥部

GRn:最後一個導絲輥部

OR:油輥

Claims

一種聚乙烯紗線，其中，

(i)在0.1g/d的初始荷重及2.5℃/sec的升溫速度條件下得到之顯示由溫度增加所產生的收縮應力的圖表中，在70℃的收縮應力及在100℃的收縮應力分別為0.005g/d至0.075g/d，

(ii)在施加0.1g/d荷重的狀態下，在70℃的空氣中放置15分鐘後，乾熱收縮率為0.1%至0.5%，

(iii)在施加0.1g/d荷重的狀態下，在100℃的空氣中放置15分鐘後，乾熱收縮率為0.5%至1.5%，以及

(iv)在100℃熱水中浸漬30分鐘後，濕熱收縮率為0.1%至1%。
如請求項1之聚乙烯紗線，其中，該聚乙烯紗線具有10ea/m至40ea/m的交織數。
如請求項1之聚乙烯紗線，其中，該聚乙烯紗線的油份(Oil Pick-Up,OPU)為1wt%至4wt%。
如請求項1之聚乙烯紗線，其中，該聚乙烯紗線是在Z方向上具有50TPM至300TPM撚數的撚絲(twisted yarn)。
如請求項1之聚乙烯紗線，其中，該聚乙烯紗線具有大於4g/d且小於等於6g/d的抗拉強度、15g/d至80g/d的拉力模數、14%至55%的斷裂伸長率及60%至85%的結晶度。
如請求項1之聚乙烯紗線，其中，該聚乙烯紗線具有50,000g/mol至99,000g/mol的重量平均分子量(Mw)。
如請求項1之聚乙烯紗線，其中，

該聚乙烯紗線具有75丹尼至450丹尼的總纖度，

該聚乙烯紗線包括分別具有1丹尼至5丹尼的單絲丹尼數的複數條絲。
如請求項1之聚乙烯紗線，其中，該聚乙烯紗線具有圓形截面。
一種皮膚冷感布，包括如請求項1至8中任一項之聚乙烯紗線作為經絲和緯絲，其中，

在腔室中以70℃熱處理15分鐘後，在經向和緯向上的乾熱收縮率分別為0.1%至1.0%，

在腔室中以100℃熱處理15分鐘後，在經向和緯向上的乾熱收縮率分別為0.3%至1.2%，以及

在100℃熱水中浸漬30分鐘後，在經向和緯向上的濕熱收縮率分別為0.2%至1.0%。
如請求項9之皮膚冷感布，其中，該皮膚冷感布在20℃下具有：0.0001W/cm．℃的厚度方向熱傳導率、0.001W/cm²．℃的厚度方向熱傳導係數、以及0.1W/cm²以上的接觸冷感(Q_max)。
如請求項9之皮膚冷感布，其中，該皮膚冷感布的面密度是75g/m²至800g/m²。
一種製造聚乙烯紗線的方法，包括以下步驟：

熔融具有0.941g/cm³至0.965g/cm³的密度、50,000g/mol至99,000g/mol的重量平均分子量(Mw)及6g/10min至21g/10min的熔融指數(melt index,MI)(在190℃)的聚乙烯；

透過具有紡絲的複數個孔的紡嘴擠出該熔融的聚乙烯；

冷卻在該熔融的聚乙烯從該紡嘴的該些孔吐出時所形成的複數條絲；

利用包含一系列導絲輥的多段拉伸部拉伸由冷卻的該些絲所組成的複絲；以及

用卷線機捲曲該拉伸的複絲，

其中，由以下式1定義的超喂率為6%至10%，

[式1]OFR(%)=100-[(V₁/V₂)×100]

在式1中，OFR是超喂率，V₁是該多段拉伸部的最後一個導絲輥的速度，V₂是該卷線機的速度。