TWI393808B - 可分割共軛纖維、其集合體與由可分割共軛纖維製成的纖維成形體 - Google Patents

可分割共軛纖維、其集合體與由可分割共軛纖維製成的纖維成形體 Download PDF

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Minoru Miyauchi
Kazuyuki Sakamoto
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Es Fiber Visions Co Ltd
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Description

可分割共軛纖維、其集合體與由可分割共軛纖維製成的纖維成形體
本發明是有關於一種可分割共軛纖維，其包括聚酯(polyester)及聚烯烴(polyolefin)，其具有極佳的與聚烯烴基(polyolefin-based)黏合劑纖維或其類似物之熱可黏合性(thermal bondability)、可分割性(splittability)以及生產性(productivity)；可分割共軛纖維之集合體；以及由可分割共軛纖維製成之纖維成形體。
使用海島型(sea-island type)或分割型(split type)共軛纖維通常被認為是獲得微纖維(microfiber)之技術。
一種獲得海島型共軛纖維之方法為紡絲兩種或兩種以上成分之組合。藉由溶解移除所得海島型共軛纖維之一種組分產生微纖維。雖然所述技術可得到極細纖維，但其並不經濟，因為是藉由溶解來移除一種組分。
另一方面，獲得可分割共軛纖維之方法為紡絲兩種或兩種以上樹脂之組合。藉由向所獲得之可分割共軛纖維施加物理應力(physical stress)或利用例如樹脂之間的化學物質之收縮差異將其分割成許多纖維。從而獲得微纖維。
已知之可分割共軛纖維包含彼等包括兩種不同聚烯烴之共軛纖維，諸如專利文獻1中所揭露者。所述公開案揭露一種包括至少兩種聚烯烴組分且橫截面組態中在纖維中心處具有中空之共軛纖維，其中組分徑向且交替排列，其中中空之中空比率為5至40%，且個別片段之纖維外弧之平均長度W與中空至外緣之平均長度L的比率(W/L)為0.25至2.5。所述公開案描述可分割共軛纖維具有極佳可分割性。然而，聚烯烴通常具有低熔點，以致聚烯烴共軛纖維很難在160℃或高於160℃下加工及使用。
專利文獻2揭露一種可分割共軛纖維，其中聚酯及聚烯烴在橫截面組態中徑向且交替排列成8個或多於8個片段，其可容易地分割成微纖維，從而提供具有極佳柔軟度及紋理的非織物。包括聚酯及聚烯烴之可分割共軛纖維易於在160℃或高於160℃下加工及使用。然而，當所述可分割共軛纖維之鬆散集合體(稱為網(web))經受諸如通常用於分割如公開案中所述之可分割纖維之高壓水噴射流的物理衝擊時，纖維容易在衝擊點周圍分裂，從而導致易形成洞及非織物紋理不良。
為解決所述問題，已開發一種方法，例如當非織物是使用可分割共軛纖維由氣流成網法(air-laid web method)製成時，在施加物理衝擊以分割之前，將可分割共軛纖維與作為黏合劑纖維之普通烯烴基纖維摻合以經由黏合劑纖維熱黏合(固定)可分割纖維。
[專利文獻1]：日本專利3309181
[專利文獻2]：JP-A-2000-110031
然而，包括聚酯及聚烯烴之可分割共軛纖維，較包括聚烯烴基可分割共軛纖維及聚烯烴基黏合劑纖維之非織物而言，在纖維之間的熱黏合強度小，因為與聚烯烴基黏合劑纖維具有低相容性之聚酯暴露在纖維外緣處。因此，可分割共軛纖維網不夠強韌，以致可分割纖維容易因諸如水噴射流之衝擊而彼此解除黏合。仍然很難避免形成洞及所得非織物紋理不良。
除以上問題外，聚酯與聚烯烴之間的不良相容性已造成不良的共軛可紡性(conjugate spinnability)，因為在使共軛熔融紡絲中的纖維狀態保持穩定方面碰到了困難。自生產性之角度看，此已成為問題。
本發明之目的為解決上述問題且提供包括聚酯及聚烯烴之可分割共軛纖維，其具有極佳的可分割性、與聚烯烴基黏合劑纖維之熱可黏合性以及生產性(例如，可紡性)；可分割共軛纖維之集合體；以及由可分割共軛纖維製成之具有極佳紋理之纖維成形體(例如，非織物)。
經由廣泛研究，本發明之發明者已發現以上問題可如下解決：提供包括聚酯片段及聚烯烴片段之可分割共軛纖維，其中可分割共軛纖維在垂直於其縱向之橫截面組態中包括多個部分的自纖維中心向纖維外緣延伸之聚酯片段，其中自纖維中心向纖維外緣延伸之聚酯片段之一個部分暴露在纖維外緣處，且自纖維中心向纖維外緣延伸之聚酯片段之另一個部分未暴露在纖維外緣處；及提供包括適當比例之所述可分割共軛纖維之集合體。本發明基於所述發現完成。
亦即，本發明包含以下組成部分。
(1)包括聚酯片段及聚烯烴片段之可分割共軛纖維，其中可分割共軛纖維在垂直於其縱向之橫截面組態中包括兩個或兩個以上部分的自纖維中心向纖維外緣延伸之聚酯片段，其中所述兩個或兩個以上部分的自纖維中心向纖維外緣延伸之聚酯片段中之至少一個部分暴露在纖維外緣處，且所述兩個或兩個以上部分的自纖維中心向纖維外緣延伸之聚酯片段中之至少一個部分未暴露在纖維外緣處。
(2)根據(1)之可分割共軛纖維，其具有中空。
(3)根據(1)或(2)之可分割共軛纖維，其具有0.1至0.4之W/R值，
其中W表示聚酯片段之弧長且R表示纖維之圓周長。
(4)包括聚酯及聚烯烴之可分割共軛纖維之集合體，其包括以集合體中所含之可分割共軛纖維之總數計，至少25%比例的根據(1)至(3)中任一項之可分割共軛纖維。
(5)纖維成形體，其包括分割後平均單紗細度(single-yarn fineness)為0.6分特克斯(dtex)或小於0.6分特克斯之微纖維，其中纖維成形體是藉由分割根據(1)至(3)中任一項之可分割共軛纖維或根據(4)之可分割共軛纖維集合體中所含之纖維所獲得。
本發明之包括聚酯及聚烯烴之可分割共軛纖維及其集合體顯示與聚烯烴基黏合劑纖維之高熱可黏合性以及良好可分割性，且因此易於分割纖維以提供具有高緻密度及良好紋理之纖維成形體。
本發明將參考其較佳實施例進行詳細描述。
本發明之可分割共軛纖維包括如上所述之兩種組分，亦即，聚酯及聚烯烴。
較佳可用於本發明中之聚酯之實例包含聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate；PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate)、聚對苯二甲酸己二酯(polyhexylene terephthalate)、聚對苯二甲酸丙二酯(polytrimethylene terephthalate)以及聚乳酸(polylactic acid)。就生產成本、機械性質以及分割纖維中之可加工性而言，聚對苯二甲酸乙二酯尤其較佳。
可用於本發明中之聚烯烴之實例包含聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯-1、聚辛烯-1、乙烯-丙烯共聚物以及聚甲基戊烯共聚物。就生產成本、熱性質以及分割纖維中之可加工性而言，聚丙烯較佳。就可紡性及拉伸性(stretchability)而言，Q值(質量平均分子量/數量平均分子量)為2至5之聚丙烯更佳。
在生產聚酯及聚烯烴中，出於改質之目的，例如為改進可分割性或熱可黏合性，可共聚合其他成分。此外，可混合多種其他類型之聚合物，或可在其中併入多種類型之添加劑。舉例而言，出於著色之目的，可併入無機顏料，諸如碳黑(carbon black)、鉻黃(chrome yellow)、鎘黃(cadmium yellow)或氧化鐵(iron oxide)；或有機顏料，諸如雙偶氮顏料(disazo pigment)、蒽顏料(anthracene pigment)或酞菁顏料(phthalocyanine pigment)。
圖1代表顯示本發明之可分割共軛纖維之一實例之橫截面視圖。可分割共軛纖維在垂直於其縱向之橫截面組態中具有兩個或兩個以上部分的自纖維中心向纖維外緣延伸之聚酯片段(1及1')(下文稱為“凸出部分(convex portion)”)。所述聚酯片段部分在纖維中心處彼此互連以形成整體聚酯片段。各聚酯片段可能在纖維中心處不互連而彼此獨立，或者一些聚酯片段可能彼此互連而其他可能是獨立的。就可紡性及拉伸性以及可分割性而言，凸出部分之數目應為2或大於2，且較佳為4至16。至少一個凸出部分暴露在纖維表面之外緣處(由1表示)，而至少一個凸出部分不暴露在纖維表面之外緣處(由1'表示)。由凸出部分隔離之區及由纖維之表面和聚酯之凸出部分之邊緣隔離之區是包括聚烯烴之聚烯烴片段(2)。至少一個部分之暴露在纖維外緣處之聚酯片段的存在確保可分割共軛纖維之可分割性，從而在受到機械力時產生良好的可分割性。另一方面，至少一個部分之未暴露在纖維外緣處之聚酯片段的存在意謂在纖維表面處存在聚烯烴片段，從而確保與聚烯烴基黏合劑纖維之熱可黏合性且提供改進之熱黏合強度。
本發明之可分割共軛纖維之集合體較佳包括以集合體中所含之可分割共軛纖維之總數計，至少25%比例的上述本發明之可分割共軛纖維。在存在25%或高於25%之上述本發明之可分割共軛纖維之情況下，很容易滿足可分割性及與黏合劑纖維之熱可黏合性。為了更確實地在纖維集合體中反映由本發明之可分割共軛纖維所帶來的上述效果，集合體中本發明之可分割共軛纖維的比例更佳為40%或高於40%，且甚至更佳為50%或高於50%。
本發明之可分割共軛纖維之集合體可含有其他可分割共軛纖維，諸如所有聚酯片段凸出部分均暴露在纖維外緣處之共軛纖維及所有聚酯片段凸出部分均未暴露在纖維外緣處之共軛纖維。
就可分割性及熱可黏合性而言，本發明之可分割共軛纖維之集合體較佳使得其任意選擇之10根纖維具有0.75至0.99、尤其較佳0.85至0.99之r/d平均值，其中r代表未暴露在纖維外緣處之聚酯片段凸出部分之邊緣與纖維中心之間的距離，且d代表纖維中心與纖維外緣之間的距離。
為按需要保證可分割性及熱可黏合性，本發明之可分割共軛纖維之集合體較佳使得其任意選擇之10根纖維具有0.1至0.4、更佳0.2至0.4之W/R平均值，其中W代表聚酯片段之弧之平均長度，且R代表纖維之圓周長度，且W/R表示聚酯片段之暴露比率(exposure ratio)。
就可分割性及熱可黏合性而言，本發明之可分割共軛纖維之集合體較佳使得其任意選擇之10根纖維具有10%至90%、較佳10%至60%的邊緣未暴露在纖維外緣處之聚酯片段之凸出部分的數目與聚酯片段之凸出部分之總數的平均比率，將所述比率稱為聚酯片段未暴露比率(unexposure ratio)。
可分割共軛纖維之可紡性及拉伸性、依賴於聚酯片段之暴露比率之可分割性，以及與聚烯烴基黏合劑纖維之熱可黏合性，可藉由控制垂直於纖維縱向之橫截面中聚酯片段之面積比(Z)、聚烯烴之熔體流動速率(MFR)、紡絲溫度以及熔融樹脂之凝固特性(solidification behavior)等來調節。
Z較佳為0.3至0.6。當Z為0.3或大於0.3時，聚酯片段之量相對增加，從而使得聚酯片段易於暴露在纖維之外緣處且有效保證改進之可分割性。當Z為0.6或小於0.6時，聚酯片段之量相對減小，從而使得聚酯片段之過度暴露得以控制。亦即，聚烯烴片段之量相對增加，從而使得容易地確保改進之與聚烯烴黏合劑纖維之熱可黏合性。Z為0.6或小於0.6的有利之處亦在於，纖維被適當冷卻且從而防止紡絲期間出問題，諸如纖維斷裂。
當聚烯烴之MFR降低時，聚酯片段之暴露傾向於增加。當聚烯烴之MFR增加時，聚酯片段之暴露傾向於減小。為實現本發明之目的，較佳使用MFR為10至80公克/10分鐘、更佳15至40公克/10分鐘之聚烯烴。就減少紡絲期間之問題(諸如纖維斷裂)及拉伸期間纖維之斷裂而言，當聚烯烴具有10至80公克/10分鐘之MFR時是較佳的。
熔融樹脂之凝固特性可藉由調節紡絲後即刻冷卻熔融樹脂時之冷卻空氣速度(cooling air velocity)等來控制。當冷卻太強時，不能充分保證用聚烯烴覆蓋自紡絲噴嘴流出之熔融樹脂中之聚酯片段所需的時間。此後傾向於導致所得纖維具有高聚酯片段暴露比率。當冷卻太弱時，可紡性易於受損。出於所述考慮，熔融樹脂較佳藉由施用溫度為10至30℃、速度為1至2公尺/秒之冷卻空氣來冷卻。
在本發明中，就熱可黏合性而言，Z較佳大於W/R。Z及W/R更佳是相關的，使得2.1×(W/R)>Z>1.1×(W/R)。聚酯片段之凸出部分之形狀不受特別限制，且可為菊花瓣形(daisy petal)、喇叭形(trumpet)、楔形(wedge)或其類似形狀。單一纖維可具有凸出部分之所述形狀之組合。
凸出部分之數目應為2或大於2。較佳為4至16，更佳為6至10，以保證可分割性及分割後獲得細纖維。
本發明之可分割共軛纖維較佳具有1至15分特克斯(decitex，dtex)之單紗細度(single yard fineness)。當單紗細度為1分特克斯或大於1分特克斯時，容易地獲得目標橫截面狀態，且自紡絲噴嘴之單孔流出之熔融樹脂之量足以避免所流出之熔融樹脂流之不穩定性並保證良好的可紡性及拉伸性。只要單紗細度為15分特克斯或小於15分特克斯，自紡絲噴嘴之單孔流出之熔融樹脂的量就不會太大而導致長絲之不充分冷卻及產生拉引共振(draw resonance)。因此，可紡性及拉伸性不易減小。
可分割共軛纖維可具有圓形或橢圓形橫截面或改進橫截面，諸如多邊形(例如，三角形至八角形)。分割後之平均單紗細度較佳為0.6分特克斯或小於0.6分特克斯，更佳為0.5分特克斯或小於0.5分特克斯。當分割後之平均單紗細度為0.6分特克斯或小於0.6分特克斯時，藉由分割纖維獲得具有均勻且令人滿意之紋理的纖維成形體，所述紋理是可分割共軛纖維中之最大特徵。
本發明之可分割共軛纖維之可分割性藉由(理想地在其中心)具有中空來改進。圖2代表本發明中使用之具有中空之可分割共軛纖維的說明性實施例橫截面視圖。中空之形狀可為圓形、橢圓形、三角形、四邊形以及其他形狀中之任一種。中空之比例較佳為1至40%，更佳為5至30%。當其比例為1%或大於1%時，纖維中心側上鄰接凸出部分之間的接觸及接觸之面積減少且此使得當利用物理應力分割纖維時未分割之纖維能夠容易地被破碎。在此情況下，低能量足以在兩個組分之間的接觸界面處分離所述兩個組分。亦即，中空之存在傾向於產生改進可分割性之效應。40%或小於40%之中空比例更佳，因為可紡性得以維持，且可實現高生產性同時維持減少之接觸及減少之鄰接凸出部分之間的接觸面積，且維持合乎需要的利用物理應力分割纖維之水準。
為獲得分割後具有均勻纖維直徑的可分割共軛纖維，較佳地，至少一個未暴露在纖維外緣處之凸出部分與另一為在反方向上自纖維中心向纖維外緣延伸之片段的一部分的凸出部分配對。更佳地，在片段之所有凸出部分中，一個未暴露在纖維外緣處之凸出部分與另一為在反方向上自纖維中心向位於纖維外緣內之點延伸之片段的一部分且未暴露在纖維表面處的凸出部分配對。所述橫截面組態藉由控制紡絲噴嘴中之樹脂流獲得。
隨後描述一種製造包括聚對苯二甲酸乙二酯樹脂與聚丙烯樹脂之組合之可分割共軛纖維的可分割共軛纖維集合體的方法，作為包括本發明之可分割共軛纖維的可分割共軛纖維集合體的一個實施例。在製造所述可分割共軛纖維過程中，使用已知的熔融共軛紡絲方法(melt conjugate spinning process)紡絲樹脂。利用已知冷卻器進行諸如側吹氣(lateral blowing)或循環吹氣(circular blowing)等吹氣(blowing air)來冷卻所得長絲。此後，向冷卻長絲施加界面活性劑以經由牽引輥(draw-off roller)獲得未拉伸紗。
可使用用於已知可分割共軛纖維之紡絲噴嘴。自優化纖維橫截面形狀及聚酯片段之暴露程度之角度看，紡絲溫度尤其重要。詳言之，紡絲溫度較佳為200至330℃，更佳為220至260℃。牽引輥之速度較佳為500至2000公尺/分鐘。捆紮兩根或兩根以上由此獲得之未拉伸紗且使其經受圓周速度(peripheral speed)不同之輥之間的已知拉伸機之拉伸。根據需要可進行多級拉伸。拉伸比(stretch ratio)可在通常約2至5之範圍內。接著，根據需要用推進式捲曲機(push-in type crimper)捲曲拉伸束，且隨後切割成給定纖維長度以獲得短纖維。以上所示之製程步驟是產生短纖維之製程步驟。然而，在不切割之情況下，可用例如分紗導紗器(yarn-dividing guide)處理長纖維束以獲得網。此後，根據需要使纖維經受高階(higher-order)加工步驟，且隨後根據多種應用中之任一種形成纖維成形體。亦有可能使用一種方法，其中捲起經由紡絲及拉伸所獲得之長絲作為長絲紗，且針織或梭織所述紗以獲得呈針織或梭織物件之纖維成形體。或者，可使用一種方法，其中使短纖維形成紡紗，且針織或梭織所述紗以獲得呈針織或梭織物件之纖維成形體。
如本文中所使用之術語“纖維成形體”意欲包含織物之任何形式，諸如梭織物、針織物、非織物及非織纖維集合體。另外，可由諸如纖維摻合(fiber blending)、混紡(mix spinning)、長絲組合(filament combination)、併撚(co-twisting)、聯合針織(union knitting)、聯合梭織(union weaving)或其類似技術等技術使纖維形成織物。非織纖維集合體之實例包含由梳理法(carding process)、氣流成網法(airlaying process)、造紙法(papermaking process)或其類似方法所獲得之網狀成形體均勻產品(web-form even products)，及藉由向所述網狀成形體產品層壓一或多個梭織物、針織物以及非織物所獲得之多層產品(multilayered products)。
在以上述方式藉由紡絲獲得構成可分割共軛纖維集合體的本發明之可分割共軛纖維後，出於靜電保護(static protection)纖維或賦予表面平滑度(surface smoothness)以改進加工性能等目的，可在其上黏著界面活性劑。界面活性劑之種類及濃度可根據應用適當加以調節。對於黏著方法，可使用輥法(roller method)、浸漬法(immersion method)、浸軋-烘乾法(padding-and-drying method)或其類似方法。黏著不限於上述紡絲步驟，且可在拉伸步驟或捲曲步驟之任一步驟中進行黏著。此外，無論纖維是短纖維或長纖維，均可在除紡絲步驟、拉伸步驟以及捲曲步驟以外的階段(諸如形成纖維成形體之後)在其上黏著界面活性劑。
本發明之可分割共軛纖維之纖維長度不受特別限制。然而，在使用梳理機製造網之情況下，通常使用20至76毫米之纖維。在造紙法或氣流成網法之情況下，通常較佳使用20毫米或小於20毫米之纖維。在使用梳理機之情況下，遠超出76毫米之纖維很難形成均勻網且亦很難形成具有良好紋理之網。
本發明之可分割共軛纖維適用於多種纖維成形體製造方法，包含氣流成網法。以實例顯示製造非織物之方法。舉例而言，藉由梳理法、氣流成網法或造紙法使用由上述可分割共軛纖維獲得之短纖維製造具有必需的基重(basis weight)之網。或者，可藉由熔噴法(melt-blowing process)、紡黏法(spun-bonding process)或其類似方法直接製造網。可使由上述方法製造之網經受諸如針軋法(needle punching)或高壓液體噴射流處理等已知方法而纖維分割為微纖維，從而可獲得纖維成形體。亦有可能用熱空氣或加熱輥由已知加工技術處理所述纖維成形體。
儘管如上述本發明之可分割共軛纖維可根據多種應用加工成纖維成形體，但其在氣流成網法或造紙法中之纖維纏結(entanglement)或彼此施加之類似力(like force)太弱而不能有助於保持網之形狀的情況下，尤其有效。當使由極短纖維經氣流成網法或造紙法形成之網經受諸如針軋法或高壓液體噴射流處理等已知纖維分割操作時，纖維不僅被分割，而且被所施加之物理應力移動，從而導致形成洞或網之不良紋理。纖維纏結不足亦導致當網形成後轉移時網失去其形狀或翻轉。為避免所述問題，此後通常操作為摻合可分割共軛纖維與黏合劑纖維，所述黏合劑纖維可在比構成可分割共軛纖維之樹脂之熔點低的溫度下熔融。除可分割纖維外亦包括黏合劑纖維之網一旦經熱處理即暫時使可分割纖維與黏合劑纖維黏合，且隨後轉至分割步驟，在分割步驟中可分割纖維例如藉由高壓液體噴射流處理被分割為細纖維。因為可分割共軛纖維在分割操作之前經由黏合劑纖維暫時固定，所以所得非織物與由習知聚酯/聚烯烴可分割共軛纖維獲得之非織物相比，具有更好的紋理。此外，藉由使用本發明之可分割共軛纖維改進了製造包括微纖維之非織物之步驟中的轉移穩定性(transfer stability)。本發明之可分割共軛纖維的尤其有利之處在於，因為其顯示與通常具有低熔點且因此可在低溫下熔融之聚烯烴基黏合劑纖維之高熱可黏合性，所以可由低熱能實現暫時性固定。例如，在本發明之可分割共軛纖維之聚烯烴組分為聚丙烯之情況下，可使用熔點低於聚丙烯之高密度聚乙烯基黏合劑纖維作為黏合劑纖維。可藉由在比黏合劑纖維之樹脂之熔點高且比構成可分割共軛纖維之聚烯烴組分之熔點低的溫度下熱處理來進行可分割共軛纖維之暫時性固定。可不借助黏合劑纖維，藉由在構成可分割共軛纖維之樹脂組分中之任一者的熔點或熔點以上加熱可分割共軛纖維以引起所述組分軟化及熔融來暫時性固定本發明之可分割共軛纖維。然而在此情況下，可分割共軛纖維在其所述樹脂組分軟化並熔融而彼此黏著後很難維持其初始成形體。在使用黏合劑纖維時之情況下，因為在僅黏合劑纖維軟化並熔融之溫度下加熱網且因此可分割共軛纖維經由軟化並熔融之黏合劑纖維固定，所以可分割共軛纖維即使在暫時性固定後仍維持其初始纖維成形體。亦即，彼此暫時性固定之可分割共軛纖維保持初始設計時之可分割性而不損失。在本發明中，較佳將可分割共軛纖維與黏合劑纖維摻合。待使用之黏合劑纖維較佳包括熔點比可分割共軛纖維之聚烯烴組分之熔點低至少20℃、更佳30至100℃的樹脂組分。當使用聚烯烴纖維作為黏合劑纖維時，本發明之效果表現最明顯。然而，此並不意謂排除使用其他黏合劑纖維。其他可使用之黏合劑纖維之實例包含高密度聚乙烯(high-density polyethylene)、低密度聚乙烯(low-density polyethylene)、乙烯共聚合聚丙烯(ethylene copolymerized polypropylene)、乙烯丁烯-1共聚合聚丙烯(ethylene butene-1 copolymerized polypropy1ene)、聚苯乙烯以及聚戊烯，其限制條件為其熔點較佳比可分割共軛纖維之聚烯烴組分之熔點低至少20℃。黏合劑纖維可為具有鞘芯(sheath core)、海島(sea island)、多層(multilayered)或類似組態之共軛纖維。作為黏合劑纖維之較佳共軛纖維之實例為聚丙烯/高密度聚乙烯基鞘-芯型共軛纖維(polypropylene/high-density polyethylene-based sheath-core type conjugate fiber)、聚丙烯/乙烯共聚合聚丙烯基鞘-芯型共軛纖維(polypropylene/ethylene coplymerized polypropylene-based sheath-core type conjugate fiber)、聚丙烯/乙烯-丁烯-1共聚合聚丙烯基鞘-芯型共軛纖維(polypropylene/ethylene-butene-1 coplymerized polypropylene-based sheath-core type conjugate fiber)以及聚酯/高密度聚乙烯基鞘-芯型共軛纖維(polyester/high-density polyethylene-based sheath-core type conjugate fiber)。
本發明之纖維成形體之基重不受特別限制。然而，可適宜地使用具有10至200公克/平方公尺之基重之纖維成形體。當纖維成形體具有小於10公克/平方公尺之基重時，在經受諸如高壓液體噴射流等物理應力之分割纖維操作後可能形成具有不良紋理之非織物。當纖維成形體具有大於200公克/平方公尺之基重時，歸因於高基重，需要增加之液體噴射流壓力，傾向於產生不均勻分割從而僅提供具有不良紋理之非織物。
根據需要，本發明之纖維成形體可為本發明之可分割共軛纖維與其他纖維及粉末之混合物，只要如此不降低本發明之效果。所述可選纖維之實例包含合成纖維，諸如聚醯胺、聚酯、聚烯烴以及丙烯酸系合成纖維；天然纖維，諸如棉花、羊毛以及大麻；再生纖維，諸如人造纖維(rayon)、銅氨纖維(cupra)以及醋酸纖維(acetate)；以及半合成纖維。粉末之實例包含天然來源之物質，諸如紙漿粉(pulverized pulp)、皮革粉(leather powder)、竹炭粉(bamboo charcoal powder)、木炭粉(wood charcoal powder)以及瓊脂粉(agar powder)；合成聚合物，諸如吸水聚合物(water-absorbing polymer)；以及無機物質，諸如鐵粉及二氧化鈦。
分割本發明之可分割共軛纖維之方法不受特別限制。其實例包含諸如針軋法及高壓液體噴射流處理等方法。此處以實例之方式解釋由高壓液體噴射流處理分割之方法。作為用於高壓液體噴射流處理之設備，可使用具有許多噴射孔之設備，噴射孔直徑為例如0.05至1.5毫米、尤其為0.1至0.5毫米，以0.1至1.5毫米為間隔排列成一或多列。藉由在高水壓下自噴射孔噴射液體而獲得之高壓液體噴射流撞擊置於多孔支撐構件上之網或非織物。由此，本發明之未分割之可分割共軛纖維纏結在一起且同時由高壓液體噴射流分割成較細纖維。各列噴射孔是沿垂直於網行進方向之列排列。作為高壓液體噴射流，可使用普通溫度之液體或溫水或任何其他合乎需要之液體。噴射孔陣列與網或非織物之間的距離較佳為10至150毫米。當距離小於10毫米時，存在所述處理產生具有無序紋理(disordered texture)之纖維成形體之情況。另一方面，當距離超過150毫米時，存在液體噴射流對網或非織物之物理衝擊較弱且不足以經歷纏結及纖維分割成較細纖維之情況。所述高壓液體噴射流處理之壓力根據製造方法及纖維成形體所需之效能調節。然而，通常較佳噴射壓力為2至20兆帕(MPa)之高壓液體噴射流。可使用一種方法，其中以高壓液體噴射流之壓力在上述處理壓力範圍內自低水壓力逐步增加至高水壓力之方式處理網或非織物，但所述範圍視所處理之基重等而定。所述方法較不容易擾亂網或非織物之紋理且可獲得纏結並分割成較細纖維。在以高壓液體噴射流處理中用來置放網或非織物之多孔支撐構件不受特別限制，只要其使得高壓液體噴射流能夠穿過網或非織物。舉例而言，可使用50至200目之金屬或合成樹脂網篩，或穿孔板。附帶地，可使用一種方法，其包括自一側使網或非織物經受高壓液體噴射流處理，接著反轉纏結網或非織物並使其經受高壓液體噴射流處理。所述方法可產生正面與背面均緻密且具有令人滿意的紋理之纖維成形體。高壓液體噴射流處理後，自處理後所獲得之纖維成形體移除水。對於所述水移除，可採用已知方法。舉例而言，使用壓榨機(squeezer)(諸如軋液機(mangle))在一定程度上移除水，且隨後使用乾燥設備(諸如循環熱空氣乾燥設備)徹底移除水，從而可獲得本發明之纖維成形體。
必要時，本發明之可分割共軛纖維之集合體可包括另一纖維，只要不破壞本發明之效果。另一纖維之實例包含(但不限於)除本發明之可分割共軛纖維以外的可分割共軛纖維、基於聚丙烯/高密度聚乙烯之熱可黏合共軛纖維、基於聚丙烯/乙烯共聚合聚丙烯之熱可黏合共軛纖維、基於聚丙烯/乙烯-丁烯-1共聚合聚丙烯之熱可黏合共軛纖維、基於聚酯/高密度聚乙烯之熱可黏合複合纖維、聚酯纖維、聚烯烴纖維以及人造纖維。
藉由分割本發明之可分割共軛纖維獲得之網或非織物具有良好的紋理、高強度以及極佳的可分割性，且非常適合用作多種過濾器、電池隔板、人造革、衛生用品組件以及其類似物。
[實例]
下文將參考實例詳細地解釋本發明。然而，本發明不應受其限制。用於測定實例中所示之特性值之方法或特性之定義顯示如下。
(1)單紗細度
根據JIS-L-1015進行量測。
(2)單紗強度及伸長率
用Shimadzu Corp.製造之Autograph AGS 500D，根據JIS-L-1017，在樣品長度為100毫米且拉伸速率為100毫米/分鐘之條件下進行量測。
(3)熔體流動速率(Melt flow rate，MFR)
根據JIS-K-7210進行量測。原材料聚丙烯樹脂：條件14。
(4)極限黏度(Limiting viscosity，LV)
在20℃下用Ubbellohde黏度計進行量測(在苯酚與四氯乙烷之1:1(質量比)混合溶劑中)。
(5)可紡性
以如下根據發生長絲斷裂之數目表示的四個等級評估熔融紡絲時之絲黏性(stringiness)。
A：未發生長絲斷裂且操作令人滿意。
B：每小時發生一或兩根長絲斷裂。
C：每小時發生三或四根長絲斷裂。
D：每小時發生五根或五根以上纖維斷裂，此對紡絲操作而言成問題。
(6)拉伸比
使用如下等式計算拉伸比。
拉伸比=[牽引輥速度(公尺/分鐘)]/[進料輥速度(公尺/分鐘)]
(7)用高壓液體噴射流處理
將在輥梳理機、氣流成網機、造紙機或其類似機器上形成之網置放在80目(mesh)平紋梭織傳送帶上且使之在直徑為0.1毫米且間距為1毫米之噴嘴下穿過並在高壓下噴射水。傳送帶之運行速度為20公尺/分鐘。高壓水噴射流處理由作為預處理之壓力為3兆帕之水噴射流的兩個階段、接著給定水壓力下之四個階段組成。隨後反轉網且使其經受相同水壓力下之水噴射流四個階段處理。
(8)可分割性(透氣性(Air permeability))
用高壓液體噴射流處理由氣流成網機形成之網並在25℃下乾燥48小時。根據JIS-L-1096方法6.27 A量測網之透氣性。在網之基重及處理時間相同之情況下，將網的較低透氣性視為指示可分割共軛纖維之極佳可分割性。
(9)紋理
10位小組成員檢查已經歷纖維分割為較細纖維之非織物(1平方公尺)。目測織物之纖維分佈不均勻性，且基於以下標準判斷結果。
A：至少7位小組成員覺得織物具有極小不均勻性且無通孔。
B：4至6位小組成員覺得織物具有極小不均勻性且無通孔。
C：覺得織物具有極小不均勻性之小組成員之數目為3位或更少。
(10)未暴露比率(%)
檢查任意選自可分割共軛纖維之集合體之10根可分割共軛纖維之聚酯片段，且根據以下等式以10根纖維之平均值計算聚酯片段之凸出部分之比率。
未暴露比率(%)=(邊緣未暴露在纖維外緣處之聚酯片段之凸出部分之數目/聚酯片段之凸出部分之總數)×100
[實例1及2]
在280℃之紡絲溫度下經由用於可分割共軛纖維之噴嘴紡絲作為聚酯組分之熔點為260℃之聚對苯二甲酸乙二酯及作為聚烯烴組分之實例1中之熔點為160℃且MFR為16的聚丙烯或實例2中之熔點為160℃且MFR為30的聚丙烯。用25℃之冷卻空氣在1.7公尺/秒之風速下冷卻自紡絲噴嘴流出之樹脂以獲得可分割共軛纖維之集合體。可分割共軛纖維之集合體具有50/50之聚酯/聚烯烴體積比及5.4分特克斯之單紗細度。可分割共軛纖維之集合體包括比例為70%(實例1)或比例為80%(實例2)之橫截面組態如圖2中所代表性說明的可分割共軛纖維，其中聚酯片段之至少一個凸出部分暴露在纖維外緣處且聚酯片段之至少一個凸出部分未暴露在纖維之外緣處。在牽引步驟中使烷基磷酸鉀鹽黏著於纖維上。在90℃下以1.8之比率拉伸所獲得之未拉伸紗，且在其上黏著造紙用分散劑。隨後將紗切割成5毫米之長度。聚酯片段之凸出部分之總數為8，且在實例1中，r/d為0.95，或在實例2中，r/d為0.96。未暴露在纖維外緣處之聚酯片段之凸出部分以20%之比例(實例1)或33%之比例(實例2)與聚酯片段之在反方向上自纖維中心向纖維外緣延伸之部分配對。
以70:30之質量比摻合所獲得之短纖維與黏合劑纖維。黏合劑纖維為以熔點為130℃之高密度聚乙烯作為鞘且以熔點為160℃之聚丙烯作為芯(體積比為50:50)的鞘/芯型共軛纖維。使摻合纖維經受氣流成網機以形成網，且將網在熱風黏合系統(through-air bonding system)中在138℃下熱處理0.3分鐘，從而暫時性黏合以形成非織物。隨後以上述方式用高壓液體噴射流處理非織物以獲得本發明之纖維成形體。纖維及纖維成形體之物理性質如表1所示。
[實例3]
在280℃之紡絲溫度下經由用於可分割共軛纖維之噴嘴紡絲作為聚酯組分之熔點為260℃的聚對苯二甲酸乙二酯及作為聚烯烴組分之熔點為160℃之聚丙烯。用25℃之冷卻空氣在1.7公尺/秒之風速下冷卻自紡絲噴嘴流出之樹脂以獲得可分割共軛纖維之集合體。可分割共軛纖維之集合體具有50/50之聚酯/聚烯烴體積比及5.4分特克斯之單紗細度。可分割共軛纖維之集合體包括比例為80%之橫截面組態如圖2中所代表性說明之可分割共軛纖維，其中聚酯片段之至少一個凸出部分暴露在纖維外緣處且聚酯片段之至少一個凸出部分未暴露在纖維之外緣處。聚丙烯之MFR為36。在牽引步驟中使烷基磷酸鉀鹽黏著於纖維上。在90℃下以1.8之比率拉伸所獲得之未拉伸紗，且在其上黏著造紙用分散劑。隨後將紗切割成5毫米之長度。聚酯片段之凸出部分之總數為8且r/d為0.94。未暴露在纖維外緣處之聚酯片段之凸出部分以44%之比例與聚酯片段之在反方向上自纖維中心向纖維外緣延伸之部分配對。
使所獲得之短纖維經受與實例1及2中相同的分割處理以獲得本發明之纖維成形體。纖維及纖維成形體之物理性質如表1所示。
[實例4]
在280℃之紡絲溫度下經由用於可分割共軛纖維之噴嘴紡絲作為聚酯組分之熔點為260℃的聚對苯二甲酸乙二酯及作為聚烯烴組分之熔點為160℃之聚丙烯。用25℃之冷卻空氣在1.7公尺/秒之風速下冷卻自紡絲噴嘴流出之樹脂以獲得可分割共軛纖維之集合體。可分割共軛纖維之集合體具有40/60之聚酯/聚烯烴體積比及5.4分特克斯之單紗細度。可分割共軛纖維之集合體包括比例為95%之橫截面組態如圖2中所代表性說明之可分割共軛纖維，其中聚酯片段之至少一個凸出部分暴露在纖維外緣處且聚酯片段之至少一個凸出部分未暴露在纖維之外緣處。聚丙烯之MFR為30。在牽引步驟中使烷基磷酸鉀鹽黏著於纖維上。在90℃下以1.8之比率拉伸所獲得之未拉伸紗，且在其上黏著造紙用分散劑。隨後將紗切割成5毫米之長度。聚酯片段之凸出部分之總數為8且r/d為0.91。未暴露在纖維外緣處之聚酯片段之凸出部分以76%之比例與聚酯片段之在反方向上自纖維中心向纖維外緣延伸之部分配對。
使所獲得之短纖維經受與實例1及2中相同的分割處理以獲得本發明之纖維成形體。纖維及纖維成形體之物理性質如表1所示。
[實例5]
在280℃之紡絲溫度下經由用於可分割共軛纖維之噴嘴紡絲作為聚酯組分之熔點為260℃的聚對苯二甲酸乙二酯及作為聚烯烴組分之熔點為160℃之聚丙烯。用25℃之冷卻空氣在1.7公尺/秒之風速下冷卻自紡絲噴嘴流出之樹脂以獲得可分割共軛纖維之集合體。可分割共軛纖維之集合體具有60/40之聚酯/聚烯烴體積比及5.4分特克斯之單紗細度。可分割共軛纖維之集合體包括比例為60%之橫截面組態如圖2中所代表性說明之可分割共軛纖維，其中聚酯片段之至少一個凸出部分暴露在纖維外緣處且聚酯片段之至少一個凸出部分未暴露在纖維之外緣處。但不同於圖2，一對聚酯片段之凸出部分在纖維之橫截面中並不總是關於纖維中心對稱：在一對各凸出部分在反方向上自纖維中心向纖維外緣延伸之聚酯片段之凸出部分中，至少一個凸出部分通常暴露在纖維外緣處。聚丙烯之MFR為30。在牽引步驟中使烷基磷酸鉀鹽黏著於纖維上。在90℃下以1.8之比率拉伸所獲得之未拉伸紗，且在其上黏著造紙用分散劑。隨後將紗切割成5毫米之長度。聚酯片段之凸出部分之總數為8且r/d為0.97。
使所獲得之短纖維經受與實例1及2中相同的分割處理以獲得本發明之纖維成形體。纖維及纖維成形體之物理性質如表1所示。
[實例6]
在280℃之紡絲溫度下經由用於可分割共軛纖維之噴嘴紡絲作為聚酯組分之熔點為260℃的聚對苯二甲酸乙二酯及作為聚烯烴組分之熔點為160℃之聚丙烯。可分割共軛纖維之集合體具有50/50之聚酯/聚烯烴體積比及5.4分特克斯之單紗細度。可分割共軛纖維之集合體包括比例為20%之橫截面組態如圖2中所代表性說明之可分割共軛纖維，其中聚酯片段之至少一個凸出部分暴露在纖維外緣處且聚酯片段之至少一個凸出部分未暴露在纖維之外緣處。藉由用空氣以相對於實例1增加34%之速度冷卻來控制熔融樹脂之凝固特性，由此聚酯片段之未暴露比率減小至9%，而橫截面組態與圖2一致。發生纖維斷裂，考慮此可歸因於低熔融張力(melt tension)，但並不十分明確。亦即，與實例1至5相比，可紡性傾向於降低。在90℃下以1.8之比率拉伸所獲得之未拉伸紗，且在其上黏著造紙用分散劑。隨後將紗切割成5毫米之長度。歸因於可紡性降低之傾向，所獲得之纖維之量少於實例1至5。聚酯片段之凸出部分之總數為8且r/d為0.99。未暴露在纖維外緣處之聚酯片段之凸出部分以57%之比例與聚酯片段之在反方向上自纖維中心向纖維外緣延伸之部分配對。
使所獲得之短纖維經受與實例1及2中相同的分割處理以獲得本發明之纖維成形體。纖維及纖維成形體之物理性質如表1所示。
因為具有至少一個聚酯片段延伸至纖維外緣且至少一個聚酯片段延伸至位於纖維外緣內之點的橫截面組態之可分割共軛纖維比例較小(20%)，所以暫時可固定性或多或少稍差，且分割後所獲得之非織物與實例1至　中所獲得之非織物相比，紋理較差(亦即，可紡性為“C”)。
[比較實例1]
在280℃之紡絲溫度下經由用於可分割共軛纖維之噴嘴紡絲熔點為160℃之聚丙烯及熔點為130℃之高密度聚乙烯，且用25℃之冷卻空氣以1.7公尺/秒之風速冷卻以獲得不包括聚酯之可分割共軛纖維之集合體。可分割共軛纖維之集合體具有50/50之聚丙烯/聚乙烯體積比及5.4分特克斯之單紗細度。可分割共軛纖維之集合體包括比例為60%之橫截面組態如圖2中所代表性說明之可分割共軛纖維，其中聚丙烯片段之至少一個凸出部分暴露在纖維外緣處且聚丙烯片段之至少一個凸出部分未暴露在纖維之外緣處。但不同於圖2，一對聚丙烯片段之凸出部分在纖維之橫截面中並不總是關於纖維中心對稱：在一對各凸出部分在反方向上自纖維中心向纖維外緣延伸之聚丙烯片段之凸出部分中，至少一個凸出部分通常暴露在纖維外緣處。在90℃下以4.3之比率拉伸所獲得之未拉伸紗，且在其上黏著造紙用分散劑。隨後將紗切割成5毫米之長度。
使所獲得之短纖維經受與實例1及2中相同的分割處理以獲得本發明之纖維成形體。其凸出部分之總數為8且r/d為0.99。
纖維及纖維成形體之物理性質如表1所示。可紡性良好且織物成形體之紋理良好。然而，織物成形體具有高透氣性，證明可分割性不良。
注：
*纖維集合體中具有至少一個聚酯片段延伸至纖維外緣且至少一個聚酯片段延伸至位於纖維外緣內之點的橫截面組態之可分割共軛纖維的比例。
**樣品量小，圓括號中之數字僅作參考。
在實例1至6中，因為本發明之可分割共軛纖維可與聚烯烴基黏合劑纖維高度熱黏合，所以分割後其紋理如同包括比較實例1中所使用之兩種聚烯烴之可分割共軛纖維一樣好。如所得纖維成形體之較低透氣性所證明，本發明之可分割共軛纖維(實例1至6)在相同分割條件下具有優於比較實例1之可分割共軛纖維之可分割性。換言之，本發明之可分割共軛纖維易分割成微纖維，而無需通常使用之嚴格條件。因此，即使在基重相對較低之非織物中，亦可實現纖維之分割而不引起紋理紊亂。此使得大大節約分割操作(諸如用高壓液體噴射流處理)之時間及成本。
實例1至5之可分割共軛纖維之集合體因極佳可紡性而優於實例6之集合體。
本申請案基於2007年5月24日申請之日本專利申請案第2007-137994號，且其內容以引用之方式併入本文中。
 [工業適用性]
本發明提供一種可分割共軛纖維，其包括聚酯及聚烯烴，其具有極佳的與聚烯烴基黏合劑纖維或其類似物之熱可黏合性、可分割性以及生產性；可分割共軛纖維之集合體；以及由可分割共軛纖維製成之纖維成形體。本發明之包括聚酯及聚烯烴之可分割共軛纖維及其集合體顯示與聚烯烴基黏合劑纖維之高熱可黏合性以及良好可分割性，且因此易於分割纖維以提供具有高緻密度及良好紋理之纖維成形體。
1．．．暴露在纖維外緣處之聚酯片段的一部分
1'．．．暴露在位於纖維外緣內之點處之聚酯片段的一部分
2．．．聚烯烴片段
3．．．可分割共軛纖維之中空
d．．．纖維中心與纖維外緣之間的距離
r．．．纖維中心與未暴露在纖維外緣處之聚酯片段之外緣之間的距離
圖1是根據本發明之可分割共軛纖維之一實施例的橫截面示意圖。
圖2是根據本發明之為具有中空之纖維的可分割共軛纖維之另一實施例的橫截面示意圖。
1．．．暴露在纖維外緣處之聚酯片段的一部分
1'．．．暴露在位於纖維外緣內之點處之聚酯片段的一部分
2．．．聚烯烴片段
3．．．可分割共軛纖維之中空

Claims (5)

  1. 一種可分割共軛纖維，其包括聚酯片段及聚烯烴片段，其中所述可分割共軛纖維在垂直於其縱向之橫截面組態中包括兩個或兩個以上部分的自所述纖維中心向所述纖維外緣延伸之所述聚酯片段，其中所述兩個或兩個以上部分的自所述纖維中心向所述纖維外緣延伸之所述聚酯片段中之至少一個部分暴露在所述纖維外緣處，且所述兩種或兩種以上部分的自所述纖維中心向所述纖維外緣延伸之所述聚酯片段中之至少一個部分未暴露在所述纖維外緣處。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之可分割共軛纖維，其具有中空。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之可分割共軛纖維，其具有0.1至0.4之W/R值，其中W表示所述聚酯片段之弧長且R表示所述纖維之圓周長。
  4. 一種可分割共軛纖維之集合體，其包括聚酯及聚烯烴，其包括以所述集合體中所含之可分割共軛纖維之總數計，至少25%比例的如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之可分割共軛纖維。
  5. 一種纖維成形體，其包括分割後平均單紗細度為0.6分特克斯或小於0.6分特克斯之微纖維，其中所述纖維成形體是藉由分割如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之可分割共軛纖維或如申請專利範圍第4項所述之可分割共軛纖維之集合體中所含之纖維而獲得。
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