TWI537440B - 彈性多成份纖維及其製造方法 - Google Patents

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Description

彈性多成份纖維及其製造方法
本發明包含一種藉由溶液紡絲方法製得之彈性纖維，諸如包含聚胺基甲酸酯脲組合物之彈性纖維，其具有一包含具可界定邊界之至少兩個分開區域的橫截面，其中至少一個由該橫截面之邊界所界定之區域包含聚胺基甲酸酯脲組合物。
歷史上，已自諸如熱塑性聚胺基甲酸酯(TPU)、聚酯、聚烯烴、及聚醯胺之可熔化加工之聚合物中搜尋具高功能性之彈性多種成份(多成份)纖維。然而，該等結構物缺乏足夠的恢復力，耐熱性低，或當伸長超過某程度時會產生大的永久變形。一種具有優良恢復力、耐熱性、及低變形度之較佳且熟知之聚合物種類為基於聚胺基甲酸酯脲之系統，其通常被歸類為彈性纖維或彈力纖維。然而，由於強力的分子間鍵合，該類纖維必須自經擠出的聚合物溶液形成，並使用熱惰性氣體於回收溶劑。
現今於大量產品中使用諸如彈性纖維(亦稱為彈力纖維)之具彈性的纖維。實例尤其包含襪子、泳衣、衣服、衛生用品(諸如尿布)。用於製備彈性纖維之聚胺基甲酸酯脲組合物具有一些限制，其業已導致修飾，尤其諸如包含添加劑或改變聚合物組成，以防止降解與加強可染性。
美國專利案第5,626,960號包含碳鈣鎂礦與水菱鎂礦添加劑，其降低由於暴露於氯氣所致之隨時間的降解。
美國專利申請公開案第2005/0165200A1號提供一種特定之聚胺基甲酸酯脲組合物，其包含增加之胺基末端數量，增加了彈性纖維之可染性。
美國專利案第6,403,682號提供一種聚胺基甲酸酯脲組合物，其包含作為添加劑之四級胺，其增加彈性纖維之可染性。
雖然各該等彈性纖維組合物為纖維提供附加功能，但其可能係犧牲纖維之有利特性而得。例如，改變彈性纖維組合物或包含添加劑可能減少纖維之彈性，或使纖維在加工期間斷裂之可能性增加，或產生一些其他副作用。
因此，需要一種新穎之彈性纖維，其可保持纖維的諸如彈性之有利特性，同時亦提供可增加纖維功能性，特定言之於諸如衣服、泳衣、及襪子之終端用途產品中的其他益處。
本發明係關於一種具有增強功能性的多成份彈性纖維產品及其製造方法。
在一些實施例中為包含一橫截面之彈性多成份纖維，其中至少該橫截面之一第一區域包含聚胺基甲酸酯脲組合物；且該橫截面包含一第二區域。在一些實施例中，該第一區域與第二區域包含不同組合物。
在一些實施例中為由彈性多種成份經溶液紡絲之纖維，其包含一橫截面，其中至少該橫截面之一第一區域包含聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物；且該橫截面包含一第二區域。
在一些實施例中為包含一鞘芯橫截面之彈性雙成份纖維，一芯區域包含聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物且一鞘區域包含聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物，其中該芯區域與該鞘區域之組成上不同。
在一些實施例中為包含彈性多成份纖維之物件，該纖維包含一橫截面，其中至少該橫截面之一個區域包含聚胺基甲酸酯脲組合物。
在一些實施例中為製備多成份纖維之方法。一種方法包含：(a)提供至少兩種聚合物組合物，其中至少一種組合物包含聚胺基甲酸酯脲溶液；(b)透過分佈板與孔口組合該等組合物，形成具有一橫截面之長絲；(c)經由一常用毛細管擠出該等長絲；及(d)自該等長絲移除溶劑；其中該橫截面包含一介於該等聚合物組合物之間之邊界。
本發明亦包含具有一橫截面之彈性多成份纖維，其中至少該橫截面之一個區域包含聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物，且該纖維之至少一個區域係經溶液紡絲。
在另一實施例中為包含一並列式橫截面之彈性雙成份纖維，其具有分別包含組成上不同之聚胺基甲酸酯脲之第一區域與第二區域。
定義
如文中所用，術語「多成份纖維」意指具有至少兩個不同組合物之分開的不同區域及一可辨識邊界之纖維，亦即兩個或兩個以上不同組合物的區域沿著纖維長度方向連續。其與聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲之摻合物相反，後者為多於一種組合物經組合形成沿纖維長度方向上無清晰及連續邊界之纖維。術語「多種成份纖維」與「多成份纖維」同義且於文中可相互交換地使用。
術語「組成上不同」係經定義為包含不同聚合物、共聚物或摻合物之兩種或兩種以上組合物，或具有一種或多種不同添加劑之兩種或兩種以上組合物，其中包含於組合物中之聚合物可為相同或不同。若兩種比較組合物包含不同聚合物與不同添加劑，則其亦為「組成上不同」。
術語「邊界」、及「邊界區域」係用於闡述多成份纖維橫截面之不同區域之間的接觸點。若於兩個區域的組合物之間存在最少量或不存在重疊，則該接觸點係「清晰界定」。若於兩個區域之間確實存在重疊，則該邊界區域將包含兩個區域之摻合。該摻合區域可為分開的均勻摻合部份，其於摻合邊界區域與另外兩區域之每一者之間具有分開的邊界。或者，該邊界區域可包含靠近第一區域為更高濃度之第一區域組合物至靠近第二區域為更高濃度之第二區域組合物的梯度。
如文中所用，「溶劑」意指諸如二甲基乙醯胺(DMAC)、二甲基甲醯胺(DMF)與N-甲基吡咯啶酮之有機溶劑。
如文中所用，術語「溶液紡絲」包含自溶液製備纖維，其可為濕式紡絲或乾式紡絲方法，其二者皆為生產纖維之常用技術。
在本發明之一些實施例中為包含經溶液紡絲之聚胺基甲酸酯脲組合物之多成份、或雙成份纖維，其亦可稱為彈性纖維或彈力纖維。多成份纖維之不同區域之組合物包含不同的聚胺基甲酸酯脲組合物，其為聚合物不同、添加劑不同、或聚合物與添加劑皆不同。藉由提供一多成份纖維，可實現大量不同優點。例如，由於僅在纖維之一個區域中使用添加劑或較昂貴之聚胺基甲酸酯脲組合物，故成本降低，同時仍保持相當的性質。此外，可藉由引入與習知單成份彈性纖維紗不相容之新穎添加劑或透過組合兩種組合物之協同效應而實現改善的纖維性質。
為有助於確保彈性纖維對紗加工、織物製造之適宜性、與當包含於衣物時之消費者滿意度，可調整許多其他性質。彈性纖維組合物已於技術中熟知，且可包含大量變體，諸如彼等揭示於Monroe Couper. Handbook of Fiber Science and Technology：第III卷,High Technology Fibers Part A. Marcel Dekker,INC:1985，第51-85頁中者。彼等之一些實例已列於文中。
彈性纖維可包含濃度為0.01-6重量%之諸如TiO2之去光劑，或具有與基質纖維聚合物不同折射率之另一種其他粒子。當需要明亮或光亮外觀時，較低濃度亦為適宜。當濃度增加時，會改變紗之表面摩擦，其會影響加工期間於纖維接觸表面處之摩擦。
取決於分子量及/或紡絲條件，可將以使每單位丹尼爾(denier)斷裂之力之克數測量的纖維斷裂強度(以克/丹尼爾表示之韌度)調整為0.7至1.2克/丹尼爾。
基於所需的織物結構可產生5至2000丹尼爾之纖維。5至30丹尼爾之彈性纖維紗可具有1至5之長絲數，且30至2000丹尼爾之紗可具有20至200之長絲數。取決於織物之所需終端用途，可用於任何種類織物(不織布、經編針織物、或緯編針織物)之該纖維的含量為0.5%至100%。
如FTC(聯邦貿易委員會(Federal Trade Commission))所認可，可單獨使用該彈性纖維紗或可將其與諸如彼等適用於服裝終端用途之任何其他紗並股、加撚、共插入、或混合。其包含，但不限於，自尼龍、聚酯、多成份聚酯或尼龍、棉、羊毛、黃麻、劍麻、大麻、亞麻、竹、聚丙烯、聚乙烯、聚氟碳化物、嫘縈、任何種類之纖維素製得之纖維、及丙烯酸系纖維。
於製造期間可對該彈性纖維施加潤滑劑或油劑，以改善纖維之下游製程。可施加之油劑量為0.5至10重量%。
該彈性纖維可包含添加劑，以調整彈性纖維之最初顏色或防止或遮蓋在暴露至諸如氯、煙、UV、NOx、或燃燒氣體之可引發聚合物降解之因素後的黃化效應。可製成「CIE」白度在40至160範圍內之彈性纖維。
聚胺基甲酸酯脲及聚胺基甲酸酯組合物
適用於製備纖維或長鏈合成聚合物之聚胺基甲酸酯脲組合物包含至少85重量%之嵌段聚胺基甲酸酯。其通常包含聚合二元醇或多元醇，其與二異氰酸酯反應形成以NCO-封端之預聚物(「經封端之二元醇」)，其隨後溶解於諸如二甲基乙醯胺、二甲基甲醯胺、或N-甲基吡咯啶酮之適宜溶劑中，且隨後與雙官能鏈延長劑反應。當鏈延長劑為二元醇時形成聚胺基甲酸酯(且可在無溶劑之情況下製得)。當鏈延長劑為二胺時形成聚胺基甲酸酯脲(一種聚胺基甲酸酯之亞類)。在製備可紡絲成彈性纖維之聚胺基甲酸酯脲聚合物時，藉由羥基端基與二異氰酸酯及一或多種二胺之連續反應將二元醇延長。在每一情形下，二元醇必需經歷鏈延長，以提供具有所需性能(包含黏度)之聚合物。若需要，可使用二月桂酸二丁基錫、辛酸亞錫、礦物酸、諸如三乙胺之第三胺、N,N'-二甲基哌嗪等、及其他已知之催化劑於協助封端步驟。
適宜的多元醇成份包含數量平均分子量為約600至約3,500之聚醚二元醇、聚碳酸酯二元醇、及聚酯二元醇。可包含兩種或兩種以上之多元醇或共聚物之混合物。
可使用之聚醚多元醇之實例包含彼等二元醇：具有兩個或兩個以上羥基，衍生自環氧乙烷、環氧丙烷、1,3-環氧丙烷、四氫呋喃、及3-甲基四氫呋喃之開環聚合反應及/或共聚合反應，或衍生自諸如每一分子中含有少於12個碳原子的二元醇或二元醇混合物(諸如乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇及1,12-十二碳二醇)之多元醇的縮合聚合反應。以直鏈、雙官能聚醚多元醇為較佳，且諸如官能度為2之Terathane 1800(INVISTA of Wichita,KS)之分子量約1,700至約2,100之聚(四亞甲基醚)二醇為特定適宜多元醇的一實例。共聚物可包含聚(四亞甲基-共-伸乙基醚)二醇。
可使用之聚酯多元醇實例包含彼等酯二元醇：具有兩個或兩個以上羥基，由每一分子中含有不多於12個碳原子的低分子量脂族多元羧酸與多元醇、或其混合物之縮合聚合反應製得。適宜的多元羧酸實例為丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二羧酸、及十二烷二羧酸。適用於製備聚酯多元醇之多元醇實例為乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇及1,12-十二烷二醇。熔點約5℃至約50℃之直鏈雙官能聚酯多元醇為特定之聚酯多元醇實例。
可使用的聚碳酸酯多元醇實例包含彼等碳酸酯二元醇：具有兩個或兩個以上羥基、由每一分子中碳原子數不多於12個之低分子量之光氣、氯甲酸酯、二烷基碳酸酯或二烯丙基碳酸酯與脂族多元醇、或其混合物之縮合聚合反應製得。適用於製備聚碳酸酯多元醇之多元醇實例為二甘醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇及1,12-十二烷二醇。熔點約5℃至約50℃之直鏈雙官能聚碳酸酯多元醇為特定聚碳酸酯多元醇之實例。
二異氰酸酯成份亦可包含單種二異氰酸酯或不同二異氰酸酯之混合物，包括含有4,4'-亞甲基雙(異氰酸苯酯)與2,4'-亞甲基雙(異氰酸苯酯)之二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)之異構混合物。可包含任一適宜的芳族或脂族二異氰酸酯。可使用之二異氰酸酯之實例包含，但不限於，1-異氰酸基-4-[(4-異氰酸苯基)甲基]苯、1-異氰酸基-2-[(4-氰氧基苯基)甲基]苯、雙(4-異氰酸基環己基)甲烷、5-異氰酸基-1-(異氰酸甲基)-1,3,3-三甲基環己烷、1,3-二異氰酸基-4-甲基-苯、2,2'-甲苯二異氰酸酯、2,4'-甲苯二異氰酸酯、及其混合物。特定之聚異氰酸酯成份實例包含Mondur ML(Bayer)、Lupranate MI(BASF)、及Isonate 50 O,P'(Dow Chemical)、及其組合。
用於聚胺基甲酸酯脲之鏈延長劑可為水或二胺鏈延長劑。可包含不同鏈延長劑之組合，其取決於聚胺基甲酸酯脲與所得纖維之所需性質。適宜的二胺鏈延長劑實例包含：聯胺、1,2-乙二胺、1,4-丁二胺、1,2-丁二胺、1,3-丁二胺、1,3-二胺基-2,2-二甲基丁烷、1,6-六亞甲基二胺、1,12-十二烷二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、2-甲基-1,5-戊二胺、1-胺基-3,3,5-三甲基-5-胺基甲基環己烷、2,4-二胺基-1-甲基環己烷、N-甲基胺基-雙(3-丙基胺)、1,2-環己烷二胺、1,4-環己烷二胺、4,4'-亞甲基-雙(環己基胺)、異佛爾酮二胺、2,2-二甲基-1,3-丙二胺、間四甲基二甲苯二胺、1,3-二胺基-4-甲基環己烷、1,3-環己烷-二胺、1,1-亞甲基-雙(4,4'-二胺基己烷)、3-胺基甲基-3,5,5-三甲基環己烷、1,3-戊二胺(1,3-二胺基戊烷)、間二甲苯二胺、及(Texaco)。
當需要聚胺基甲酸酯時，鏈延長劑為二元醇。可使用之該等二元醇之實例包含，但不限於，乙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丙二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2,2-二甲基-1,3-三亞甲基二醇、2,2,4-三甲基-1,5-戊二醇、2-甲基-2-乙基-1,3-丙二醇、1,4-雙(羥乙氧基)苯、及1,4-丁二醇及其混合物。
可視需要包含封端劑(其為單官能醇或單官能二烷基胺)，以控制聚合物之分子量。亦可包含一種或多種單官能醇與一種或多種二烷基胺之摻合物。
適用於本發明之單官能醇之實例包含至少一個選自由下列組成之群之成員：具有1至18個碳之脂族及環脂族第一與第二醇；分子量小於約750(包含分子量小於500)之酚、經取代酚、乙氧基化烷基酚與乙氧基化脂肪醇；羥基胺、經羥甲基與羥乙基取代之第三胺、經羥甲基與羥乙基取代之雜環化合物、及其組合，包含糠醇、四氫糠醇、N-(2-羥乙基)琥珀醯亞胺、4-(2-羥乙基)嗎啉、甲醇、乙醇、丁醇、新戊醇、己醇、環己醇、環己烷甲醇、苯甲醇、辛醇、十八烷醇、N,N-二乙基羥基胺、2-(二乙胺基)乙醇、2-二甲胺基乙醇、及4-哌啶乙醇、及其組合。
適宜之單官能二烷基胺封端劑的實例包含：N,N-二乙基胺、N-乙基-N-丙基胺、N,N-二異丙基胺、N-第三丁基-N-甲基胺、N-第三丁基-N-苯甲基胺、N,N-二環己基胺、N-乙基-N-異丙基胺、N-第三丁基-N-異丙基胺、N-異丙基-N-環己基胺、N-乙基-N-環己基胺、N,N-二乙醇胺、及2,2,6,6-四甲基哌啶。
非聚胺基甲酸酯脲聚合物
適用於本發明多成份及/或雙成份纖維之其他聚合物包含可溶性或可以顆粒形式包含之其他聚合物。可溶性聚合物可溶解於聚胺基甲酸酯脲溶液中或與經溶液紡絲之聚胺基甲酸酯脲組合物共擠出。共擠出之結果可為具有並列式、同心鞘芯型、或偏心鞘芯型橫截面之雙成份或多成份纖維，其中一種成份為聚胺基甲酸酯脲溶液且另一種成份包含另一種聚合物。其他可溶性聚合物之實例尤其包含聚胺基甲酸酯(如上所述)、聚醯胺、丙烯酸系樹脂、及聚芳醯胺。
適用於本發明多成份及/或雙成份纖維之其他聚合物包含呈顆粒形式包含之其他半結晶不可溶性聚合物。適用之聚醯胺包含尼龍6、尼龍6/6、尼龍10、尼龍12、尼龍6/10、及尼龍6/12。適用之聚烯烴包含自C2至C20單體製備之聚合物。其包含共聚物與三元共聚物，諸如乙烯-丙烯共聚物。適用之聚烯烴共聚物實例揭示於頒予Datta等人之美國專利第6,867,260號，其以引用的方式併入文中。
纖維橫截面組態
多種不同橫截面適用於本發明之一些實施例。其包含雙成份或多成份同心或偏心鞘芯結構與雙成份或多成份並列式結構。不同橫截面實例顯示於圖1。
顯示於圖1之所有纖維橫截面具有組成上不同之第一區域與第二區域。圖1A與1B顯示44分德士(dtex)/3長絲紗，而圖1C與1D顯示44分德士/4長絲紗。各者中之第一區域包含顏料而第二區域則不含。圖1A與1B包含一50/50鞘芯橫截面；圖1C包含一17/83鞘芯橫截面；及圖1D包含一50-50並列式橫截面。
各鞘芯與並列式橫截面包含一介於至少兩種組成上不同之聚胺基甲酸酯脲組合物之間之邊界區。在每一該等圖形中，該邊界呈現為清晰界定之邊界，但該邊界可包含摻合區域。若邊界包含摻合區域，則邊界本身為一不同區域，其為第一與第二(或第三、第四等)區域之組合物之摻合。該摻合可為均勻摻合或可包含自第一區域至第二區域之濃度梯度。
添加劑
可視需要包含於聚胺基甲酸酯脲組合物中之添加劑種類列舉如下。其包含一示例性且非限制性的列表。然而，技術中熟知其他添加劑。實例包含：抗氧化劑、UV安定劑、著色劑、顏料、交聯劑、相變物質(石蠟)、抗微生物劑、礦物(即銅)、微囊封添加劑(即蘆薈、維生素E凝膠、蘆薈、海藻、菸鹼、咖啡因、香料或芳香料)、奈米粒子(即矽石或碳)、奈米黏土、碳酸鈣、滑石、阻燃劑、抗黏添加劑、抗氯降解添加劑、維生素、藥物、香料、導電性添加劑、可染性及/或助染劑(諸如第四銨鹽)。可添加至聚胺基甲酸酯脲組合物之其他添加劑包含黏附促進劑、抗靜電劑、防蠕變劑、光學增亮劑、聚結劑、導電性添加劑、發光添加劑、潤滑劑、有機與無機填料、防腐劑、調質劑、熱變色添加劑、防蟲劑、及濕潤劑、安定劑(受阻酚、氧化鋅、受阻胺)、增滑劑(聚矽氧油)及其組合。
添加劑可提供下列有益特性中之一種或多種，包含：可染性、疏水性(即聚四氟乙烯(PTFE))、親水性(即纖維素)、摩擦控制性、耐氯性、耐降解性(即抗氧化劑)、黏性及/或可熔性(即黏合劑與黏附促進劑)、阻燃性、抗微生物行為(銀、銅、銨鹽)、障壁性、導電性(碳黑)、拉伸性質、顏色、發光性、可再循環性、生物可降解性、香味、黏性控制(即金屬硬脂酸鹽)、觸感、可變形性、熱調節性(即相變物質)、營養藥物性、諸如二氧化鈦之消光劑、諸如水滑石之安定劑、碳鈣鎂礦及水菱鎂礦之混合物、UV防曬劑、及其組合。
設備
關於纖維與長絲(包含彼等人造雙成份纖維)且以引用的方式併入文中之習知參考文獻例如：
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利用習知設備完成通過一模頭擠出聚合物以形成纖維，該設備例如擠壓機、齒輪泵等。較佳使用個別的齒輪泵於向該模頭提供聚合物溶液。當為獲得功能性而摻合添加劑時，較佳於靜態混合機中混合聚合物之摻合物，例如於齒輪泵之上游，以獲得更均勻之成份分散物。作為擠出之預備，可藉由具有受控溫度之夾套容器分別加熱各彈性纖維溶液並過濾，以提高紡絲收率。
在本發明之闡述性實施例中，向於40至90℃下操作之分段、夾套熱交換器引入兩種不同聚合物溶液。根據所需纖維組態配置擠出模頭與平板，其闡述於圖2(鞘芯型)、圖3(偏心鞘芯型)、及圖4(並列式型)。在所有情形中，於毛細管正上方組合成份物流。經預熱之溶液自供應口(2)與(5)導出，通過一篩網(7)，到達一分佈板(4)且進入由一填片(8)定位且由一螺帽(6)支持之一噴絲頭(9)。
闡述於圖2、3、及4之擠出模頭與平板係與習知之彈性纖維紡絲單元(諸如顯示於以引用的方式併入文中的美國專利案第6,248,273號中者)一起使用。
雙成份彈性纖維亦可藉由分開的毛細管製成分開的長絲，隨後聚結該等長絲形成單根纖維。
製造纖維之方法
由聚胺基甲酸酯脲聚合物之含有習知之胺基甲酸酯聚合物溶劑(例如DMAc)的溶液，經溶液紡絲(濕式紡絲或乾式紡絲)製成一些實施例之纖維。聚胺基甲酸酯脲聚合物溶液可包含任一上述之組合物或添加劑。該聚合物之製法為在1.6至2.3，較佳1.8至2.0範圍內之二異氰酸酯比二元醇的莫耳比下，令有機二異氰酸酯與適宜的二元醇反應，產生「經封端的二元醇」。該經封端的二元醇隨後與二胺鏈延長劑之混合物反應。在所得聚合物中，軟鏈段為聚合物鏈之聚醚/胺基甲酸酯部份。該等軟鏈段展示低於60℃熔點。硬鏈段為聚合物鏈之聚胺基甲酸酯/尿素部份；其熔點高於200℃。硬鏈段占聚合物總重量之5.5至9%，較佳占6至7.5%。
在製備纖維之一項實施例中，將包含30至40%聚合物固體之聚合物溶液計量通過期望配置之分佈板與孔口而形成長絲。安置分佈板使得依同心鞘芯型、偏心鞘芯型、及並列式配置中之一種組合聚合物流，隨後通過一共同毛細管擠出。藉由引入300℃至400℃之熱的惰性氣體，且於至少10：1之氣體：聚合物質量比下，乾燥經擠出之長絲，並以每分鐘至少400米之速度(較佳為至少600m/min)拉伸，且隨後以每分鐘至少500米之速度(較佳為至少750m/min)捲起。以下給出之所有實例均係在80℃之擠出溫度，於熱惰性氣體氛圍下，以762m/min之捲取速度進行。標準加工條件已於技術中熟知。
由根據本發明製得之彈性纖維形成之紗通常具有至少0.6cN/分德士之斷裂韌性，至少400%之斷裂伸長率，於300%伸長率下至少27mg/分德士之卸載模量。
根據一般方法ASTM D 2731-72測得彈性纖維之強度及彈性性質。對於下表中記錄之實例，使具有5cm量規長度之彈性纖維長絲在每分鐘50cm之恆定伸長速率下於0%至300%間之伸長率下循環。模量係經測定為在第一次循環時於100%(M100)及200%(M200)伸長率下之力，且以克數記錄。卸載模量(U200)係在第五次循環時於200%伸長率下測定，且在表中以克數記錄。在第六次延伸循環時測定斷裂伸長百分比與斷裂力。
變形百分比係經測定為在第五次與第六次循環之間殘留的伸長率，如第五次卸載曲線回到大體上零應力的點所指出。變形百分比係於樣本已經歷五次0至300%伸長/鬆弛循環後30秒測定。隨後依變形%=100(Lf-Lo)/Lo計算變形百分比，其中Lo與Lf為在五次伸長/鬆弛循環之前(Lo)與之後(Lf)，當不存在張力下保持筆直時之長絲(紗)長度。
本發明之特點與優點更全面地由下列實例顯示，其係因闡述之目的而提供，且不應視作以任何方式限制本發明。
實例 實例1-應力-應變修飾
以不同比例將低模量、高伸長率的A型聚合物(基於共聚醚之彈性纖維)紡絲成芯聚合物，而以B型聚合物(習知之基於聚四亞甲基醚之彈性纖維)作為鞘，製造44/4產品(44分德士/4長絲)。拉伸性能分析顯示令人驚奇的改善：對於25%及50%之基於共聚醚之A型聚合物，比預期(即藉由線性加成)更高的伸長率/韌度與更低的模量(M200)。組合與調整應力-應變性能之能力增進選自狹窄範圍之聚合物基質材料的纖維於更寬廣應用中的適用性。
實例2-可熔性鞘
將熱熔性結晶型熱塑性聚胺基甲酸酯黏合劑(獲自Merquinsa Mercados Quimicos之Pearlbond 122)與習知之基於聚四亞甲基醚之彈性纖維依50/50摻合，製成35% DMAC溶液，且經紡絲成鞘，並以習知彈性纖維作芯而製成44分德士/3長絲紗。總鞘含量基於纖維重量計為20%，而在加熱至80℃以上時製得可黏合紗。
藉由以下方法測定紗可熔性：將一長15cm之樣本呈三角形安置於可調節邊框上，使其頂角正中位於邊框上且兩條等邊長度為7.5cm。將相同長度之第二條長絲安置於邊框之對側，使得兩條紗相交且交叉於單一個接觸點。使纖維鬆弛至5cm，隨後暴露於精煉浴一小時、經沖洗、空氣乾燥，且隨後暴露於染料浴中30分鐘、經沖洗、並空氣乾燥。將載有纖維之邊框的長度自5cm調整至30cm，並暴露於121℃之蒸汽30秒，經冷卻3分鐘，並鬆弛。將紗自邊框移出並轉移至拉伸測試機，夾住各紗之一頭，且保留接觸點位於夾子之間。以100%/min伸長長絲，且將使接觸點斷裂之力記錄為熔化強度。
優點為具有極佳熔化特性與高伸長/恢復性能之紗。實例紗可由聚醯胺或聚酯紗包覆，並於圓形與經編針織機上建構織物。該包覆紗經針織入每一路徑，經編織物結構使得於針織結構之每一接觸點處的彈性紗熔化。若於交替路徑中包含可熔性紗，亦可獲得適宜的熔化。
實例3-熱調節彈性纖維
將聚乙二醇(購自Sigma Aldrich之PEG MW=600，潛熱=146J/g，Tm=16C)與習知之彈性纖維聚合物依50/50摻合，製成35% DMAC溶液，並經紡絲成芯部份，且具有習知之彈性纖維鞘，而製成44分德士/3長絲紗。最終添加劑含量為纖維之16.5重量%。表3顯示如利用TA儀器2010型所測得之纖維之熱反應，並給出於15至25℃溫度範圍內與PEG添加劑相關之10.7J/g之潛熱。基於PEG含量，對比於理論最大潛熱，產生聚胺基甲酸酯脲基質44%之效率。
圖5顯示實例3彈性纖維之示差掃描量熱結果。以5℃/min之上升速率進行測試。
實例紗可以聚醯胺或聚酯紗包覆或與諸如棉之天然纖維組合，產生熱活性彈性紗。可藉由編織或針織將該等紗形成為織物，產生具有改善的熱調節性質之舒適的基礎服裝。
實例4-導電性彈性纖維
將導電性碳黑(獲自Columbian Chemical Company之 7055 )溶解，並與習知之彈性纖維聚合物形成40/60摻合物，製成35% DMAC溶液，並經紡絲成芯部份，且具有習知之彈性纖維鞘(1：1之比例)，而製成44分德士/3長絲紗。紗中之最終碳黑含量為20%。紗束含有載銀環氧樹脂，且利用Fluke萬用表測定電阻。表3概述結果且顯示在靜止(1X)與2X伸長下電阻減少104。
本發明紗可適用於可穿戴之電子器件並可作為運動服裝、健康護理、軍事及工作服裝應用中之通信平臺。導電性彈性纖維為織物提供伸縮性、回復力、垂墜感與可操作性，且因無僵硬與剛性的金屬電極而保持習知之紡織物性能。具有導電性聚合物之實例紗可整合入傳統的針織、編織、及不織結構中。
儘管已闡述目前據認為係本發明之較佳實施例，但熟習此項技術者當瞭解在不脫離本發明精神下可對其進行改變與修改，且意欲包含所有屬於本發明真實範圍內的該等改變與修改。
2．．．供應口
4．．．分佈板
5．．．供應口
6．．．螺帽
7．．．篩網
8．．．填片
9．．．噴絲頭
圖1A-1D顯示可於一些實施例中達成之纖維橫截面實例；
圖2為一些實施例之噴絲頭橫截面之示意圖；
圖3為一些實施例之噴絲頭橫截面之示意圖；
圖4為一些實施例之噴絲頭橫截面之示意圖；及
圖5為一實施例中之纖維的示差掃描量熱結果圖。

Claims (46)

  1. 一種包含一橫截面之彈性多成份纖維，其中該橫截面之至少一第一區域包含聚胺基甲酸酯脲組合物；且該橫截面包含一第二區域，其中該第一區域及該第二區域係沿著該纖維長度方向連續，且該纖維係經溶液紡絲，其中該第一區域與該第二區域包含至少一種不同的添加劑或不同濃度之相同添加劑。
  2. 如請求項1之纖維，其中該纖維之多種組分係經由同一毛細管擠出形成單一長絲。
  3. 如請求項1之纖維，其中該纖維之多種組分係經由分開的毛細管擠出形成分開的長絲，並聚結成單一熔融纖維。
  4. 如請求項1之纖維，其中該橫截面中之該第一區域與該第二區域具有明確界定之邊界。
  5. 如請求項1之纖維，其進一步包含一含有介於該第一區域與該第二區域之間的邊界區域之第三區域，其包含該第一區域與該第二區域之摻合物。
  6. 如請求項1之纖維，其中該橫截面包含選自由同心鞘芯型、偏心鞘芯型、並列式、與熔融股組成之群的組態。
  7. 如請求項1之纖維，其中該橫截面非圓形。
  8. 如請求項1之纖維，其中該第二區域包含聚胺基甲酸酯脲組合物。
  9. 如請求項1之纖維，其中該第二區域包含非聚胺基甲酸酯脲組合物。
  10. 如請求項9之纖維，其中該非聚胺基甲酸酯脲係自熱塑性聚合物與可溶性聚合物中之一者製成。
  11. 如請求項1之纖維，其中該第一區域與該第二區域各包含組成上不同之聚胺基甲酸酯脲。
  12. 如請求項1之纖維，其中該第一區域與該第二區域各包含不同組合物。
  13. 如請求項1之纖維，其中至少一區域包含提供紡織物纖維之改善功能性或性質之組合物。
  14. 如請求項13之纖維，其中該改善的功能性包含由下列組成之群中選出之至少一種性質：可染性、疏水性、親水性、摩擦控制性、耐氯性、耐降解性、黏性、可熔性、阻燃性、抗微生物性、障壁性、導電性、拉伸性質、顏色、發光性、可再循環性、香味、黏性控制、觸感性質、可變形性、熱調節性、營養藥物性、及其組合。
  15. 如請求項1之纖維，其中該至少一區域包含由下列組成之群中選出之添加劑：染料、顏料、聚烯烴、奈米黏土、甲殼素、尼龍、聚酯、纖維素、聚四氟乙烯(PTFE)、相變物質、及其組合。
  16. 如請求項1之彈性多成份纖維，其中該多成份係雙成份，且該橫截面係並列式。
  17. 一種包含一橫截面之彈性多成份纖維，其中該橫截面的至少一第一區域包含聚胺基甲酸酯；且該橫截面包含一第二區域，其中該第一區域及該第二區域係沿著該纖維長度方向連續，且該纖維係經溶液紡絲，其中該第一區 域與該第二區域包含至少一種不同的添加劑或不同濃度之相同添加劑。
  18. 如請求項17之纖維，其中該聚胺基甲酸酯包含嵌段聚胺基甲酸酯。
  19. 如請求項17之纖維，其中該纖維之多種組分係經由同一毛細管擠出形成單一長絲。
  20. 如請求項17之纖維，其中該纖維之多種組分係經由分開的毛細管擠出形成分開的長絲，並聚結成單一熔融纖維。
  21. 如請求項17之纖維，其中該橫截面中之該第一區域與該第二區域具有明確界定之邊界。
  22. 如請求項17之纖維，其進一步包含一含有介於該第一區域與該第二區域之間的邊界區域之第三區域，其包含該第一區域與該第二區域之摻合物。
  23. 如請求項17之纖維，其中該橫截面包含選自由同心鞘芯型、偏心鞘芯型、並列式及熔融股組成之群的組態。
  24. 如請求項17之纖維，其中該橫截面非圓形。
  25. 如請求項17之纖維，其中該第二區域包含聚胺基甲酸酯脲組合物。
  26. 如請求項17之纖維，其中該第一區域與該第二區域各包含組成上不同之聚胺基甲酸酯。
  27. 如請求項17之纖維，其中該第一區域與該第二區域各包含不同組合物。
  28. 如請求項17之纖維，其中該第二區域包含選自熱塑性聚 合物與可溶性聚合物之非聚胺基甲酸酯脲組合物。
  29. 如請求項17之纖維，其中至少一區域包含提供紡織物纖維之改善功能性之組合物。
  30. 如請求項29之纖維，其中該改善的功能性包含由下列組成之群中選出之至少一種性質：可染性、疏水性、摩擦控制性、耐氯性、耐降解性、黏性、可熔性、阻燃性、抗微生物性、障壁性、導電性、拉伸性質、顏色、可再循環性、香味、黏性控制、觸感性質、及其組合。
  31. 一種包含一鞘芯橫截面之彈性雙成份纖維，一芯區域包含聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物，且一鞘區域包含聚胺基甲酸酯或聚胺基甲酸酯脲組合物，其中該芯區域與該鞘區域在組成上不同，其中該鞘區域包含由尼龍、纖維素、聚酯、聚丙烯腈、聚烯烴、及其組合組成之群中選出之添加劑。
  32. 一種包含如請求項1之彈性多成份纖維之物件。
  33. 如請求項32之物件，其中該物件為織物。
  34. 如請求項33之物件，其中該織物係選自編織、不織、及針織物。
  35. 如請求項32之物件，其中該橫截面包含選自由同心鞘芯型、偏心鞘芯型、並列式及熔融股組成之群的組態。
  36. 如請求項32之物件，其中該橫截面提供包含組成上不同之聚胺基甲酸酯脲組合物之至少一第一區域與一第二區域。
  37. 如請求項32之物件，其中至少一區域包含至少一種添加 劑，其提供由下列組成之群中選出之至少一種性質：可染性、疏水性、摩擦減少性、耐氯性、黏性、可熔性、阻燃性、抗微生物性、障壁性、導電性、及其組合。
  38. 如請求項32之物件，其中該物件為紡織物。
  39. 如請求項32之物件，其中該物件為衣服。
  40. 如請求項32之物件，其中該物件為襪子。
  41. 一種製造如請求項1之彈性多成份纖維之方法，包含：(a)提供至少兩種聚合物組合物，其中至少一種組合物包含聚胺基甲酸酯脲溶液；(b)使該等組合物組合穿過分佈板與孔口，而形成具有一橫截面之長絲；(c)經由一共同毛細管擠出該等長絲；及(d)移除該等長絲之溶劑；其中該橫截面包含一介於該等聚合物組合物之間之邊界。
  42. 如請求項41之方法，其中該溶劑係藉由熱惰性氣體自長絲中移除。
  43. 如請求項41之方法，其中同時製成多於一根多成份纖維。
  44. 如請求項41之方法，其中該等聚合物組合物包含兩種組成上不同之聚胺基甲酸酯脲溶液。
  45. 如請求項41之方法，其中該等聚合物組合物包含至少一種聚胺基甲酸酯脲溶液與至少一種非聚胺基甲酸酯脲組合物。
  46. 如請求項41之方法，其中該橫截面係選自由同心鞘芯型、偏心鞘芯型、並列式及熔融股組成之群。
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