TWI693309B - 熔噴芯鞘型纖維及使用其的熔噴不織布 - Google Patents

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Abstract

一種熔噴芯鞘型纖維，具有螺旋結構，其中所述熔噴芯鞘型纖維每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數，以及所述熔噴芯鞘型纖維的平均纖維細度介於1微米(μm)至20微米之間。

Description

熔噴芯鞘型纖維及使用其的熔噴不織布
本發明是有關於一種纖維及不織布，且特別是有關於一種熔噴芯鞘型纖維及使用其的熔噴不織布。
不織布是紡織品的一種產品，其未經過梭織或針織等傳統編織方式製成。隨著紡織產業的進步，已開發出藉由熔噴製程製備出的不織布，其可應用於紙尿褲、擦拭布、醫療衛材、運動服飾及羽絨服等用途。目前，一般熔噴製程製備出的不織布的纖維結構呈現直條狀，且當纖維的密度越高時，會使得孔洞率降低，進而使熱絕緣效果降低。
有鑒於此，本發明提供一種熔噴芯鞘型纖維及使用其的熔噴不織布，其具有螺旋結構，且具有良好的保溫性、彈性回復率、機械性質、柔軟度及手感。
本發明的熔噴芯鞘型纖維具有螺旋結構，其中熔噴芯鞘型纖維每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數，以及熔噴芯鞘型纖維的平均纖維細度介於1微米(μm)至20微米之間。
在本發明的一實施方式中，上述的熔噴芯鞘型纖維的芯部的材料包括聚氨酯，以及鞘部的材料包括高密度聚乙烯，其中高密度聚乙烯的密度介於0.95克/立方公分到0.96克/立方公分之間。
在本發明的一實施方式中，上述的聚氨酯的冷結晶溫度(Tc)高於高密度聚乙烯的冷結晶溫度(Tc)。
在本發明的一實施方式中，上述的鞘部與芯部的截面積比介於1：1至1：9之間。
在本發明的一實施方式中，上述的熔噴芯鞘型纖維為同心芯鞘型纖維或偏心芯鞘型纖維。
本發明的熔噴不織布包括：彼此黏附的多條熔噴芯鞘型纖維，其中多條熔噴芯鞘型纖維中的每一者具有螺旋結構，多條熔噴芯鞘型纖維中的每一者每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數，以及多條熔噴芯鞘型纖維中的每一者的平均纖維細度介於1微米至20微米之間。
在本發明的一實施方式中，上述的多條熔噴芯鞘型纖維中的每一者的芯部的材料包括聚氨酯，以及鞘部的材料包括高密度聚乙烯，其中高密度聚乙烯的密度介於0.95克/立方公分到0.96克/立方公分之間。
在本發明的一實施方式中，上述的聚氨酯的冷結晶溫度(Tc)高於高密度聚乙烯的冷結晶溫度(Tc)。
在本發明的一實施方式中，上述的鞘部與芯部的截面積比介於1：1至1：9之間。
在本發明的一實施方式中，上述的多條熔噴芯鞘型纖維中的每一者為同心芯鞘型纖維或偏心芯鞘型纖維。
基於上述，本發明的熔噴芯鞘型纖維透過具有螺旋結構，每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數，且平均纖維細度介於1 μm至20 μm之間，使得包括本發明的熔噴芯鞘型纖維的熔噴不織布具有良好的保溫性、彈性回復率、機械性質、柔軟度及手感。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施方式，並配合所附圖式作詳細說明如下。
在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，某一特定數值範圍的記載，涵蓋該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，如同在說明書中明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。
為了製備出具有螺旋結構，且具有良好的保溫性、彈性回復率、機械性質、柔軟度及手感的熔噴芯鞘型纖維，本發明提出一種熔噴芯鞘型纖維，其可達到上述優點。以下，特舉實施方式作為本發明確實能夠據以實施的範例。
圖1是依照本發明的一實施方式的熔噴芯鞘型纖維的剖面示意圖。請參照圖1，熔噴芯鞘型纖維10具有螺旋結構。在本實施方式中，熔噴芯鞘型纖維10具有螺旋結構，藉此可提升包括熔噴芯鞘型纖維10的熔噴不織布100（相關描述將於下文中說明）的孔洞率，進一步增加熔噴不織布100的保溫性及熱絕緣性。在本實施方式中，熔噴芯鞘型纖維10可為同心芯鞘型纖維或偏心芯鞘型纖維。值得一提的是，偏心芯鞘型纖維相較於同心芯鞘型纖維具有製程較簡單以及螺旋結構較緊密數的優勢。換句話說，與同心芯鞘型纖維相比，單位長度下偏心芯鞘型纖維可具有較多螺旋數。
在本實施方式中，熔噴芯鞘型纖維10每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數，以及熔噴芯鞘型纖維10的平均纖維細度介於1微米(μm)至20微米之間。在一實施方式中，熔噴芯鞘型纖維10在平均纖維細度為6微米及平均纖維長度為50微米的情況下可具有9個的螺旋數，藉此相較於一般的熔噴纖維，可大幅提升後續使用熔噴芯鞘型纖維10來製造的熔噴不織布100的伸長率與柔軟度。此外，當熔噴芯鞘型纖維10的平均纖維細度越小，則每長度100 µm具有的螺旋數越大。另一方面，若熔噴芯鞘型纖維10的平均纖維細度低於1 µm，則熔噴芯鞘型纖維10的強度及膨鬆度會降低，而無法製備出良好的熔噴不織布；若熔噴芯鞘型纖維10的平均纖維細度高於20 µm，則所製備出的熔噴不織布將過於厚重，且可能會因為螺旋數降低而降低熔噴不織布的保暖性。
在本實施方式中，熔噴芯鞘型纖維10的芯部的材料可包括聚氨酯，以及鞘部的材料可包括高密度聚乙烯（HDPE）。換句話說，在本實施方式中，熔噴芯鞘型纖維10的芯部的材料為彈性材料，而鞘部的材料為非彈性材料。從另一觀點而言，在本實施方式中，熔噴芯鞘型纖維10為雙組份複合纖維。在一實施方式中，聚氨酯例如是熱塑性聚氨酯（thermoplastic polyurethane，TPU）。在一實施方式中，高密度聚乙烯的密度可介於0.95克/立方公分到0.96克/立方公分之間。
在本實施方式中，熔噴芯鞘型纖維10的芯部的材料的冷結晶溫度(Tc)高於熔噴芯鞘型纖維10的鞘部的材料的冷結晶溫度(Tc)。也就是說，在本實施方式中，用以形成熔噴芯鞘型纖維10的芯部的聚氨酯的冷結晶溫度高於用以形成熔噴芯鞘型纖維10的鞘部的高密度聚乙烯的冷結晶溫度。如此一來，在熔噴芯鞘型纖維10的製備過程中，熔噴芯鞘型纖維10的芯部與鞘部之間會因為芯部的材料的冷結晶溫度高於鞘部的材料的冷結晶溫度而存在應力變化，進而自然地形成螺旋結構。
在本實施方式中，熔噴芯鞘型纖維10的製備方法例如包括以下步驟。首先，於熔噴設備中，將用以形成芯部的材料與用以形成鞘部的材料熔融。接著，藉由押出機將芯部的材料與鞘部的材料經由熔噴紡嘴擠出後進行牽伸，以製得熔噴芯鞘型纖維10。詳細而言，自熔噴紡嘴噴出的材料在距離熔噴紡嘴約5公分至10公分的距離內會因接觸環境空氣而冷卻固化成型。在一實施方式中，高溫氣流牽伸壓力例如是小於或等於50 kg/m2 ，且較佳為20 kg/m2 ；高溫氣流的溫度例如是介於100°C~350°C之間，且較佳為230°C；高溫氣流量例如是小於或等於20 m3 /min，且較佳為9 m3 /min。
值得一提的是，在本實施方式中，由於芯部的材料的冷結晶溫度高於鞘部的材料的冷結晶溫度，在材料自熔噴紡嘴噴出而冷卻固化成熔噴芯鞘型纖維10的過程中，芯部的材料會較鞘部的材料先固化，藉此兩者間會存在應力變化而形成具有螺旋結構的熔噴芯鞘型纖維10。從另一觀點而言，在本實施方式中，透過芯部的材料為彈性材料而鞘部的材料為非彈性材料，使得在芯部的材料較鞘部的材料先固化的過程中，兩者間會產生明顯的剪切效應。
在一實施方式中，當芯部的材料為熱塑性聚氨酯，鞘部的材料為高密度聚乙烯（密度為0.955克/立方公分），且熱塑性聚氨酯的冷結晶溫度高於高密度聚乙烯的冷結晶溫度時，在材料從熔噴紡嘴噴出而冷卻固化成熔噴芯鞘型纖維10的過程中，高密度聚乙烯會在熱塑性聚氨酯已冷卻固化而尚未定型的時候瞬間冷卻固化成型，藉此使得芯部與鞘部間存在明顯的應力變化而形成具有螺旋結構的熔噴芯鞘型纖維10。
在本實施方式中，如前文所述，由於熔噴芯鞘型纖維10的平均纖維細度越小，則每長度100 µm具有的螺旋數越大，藉由氣流的壓力及材料吐出量可控制熔噴芯鞘型纖維10的平均纖維細度與螺旋結構的均勻性。詳細而言，當氣流的壓力越大，熔噴芯鞘型纖維10的平均纖維細度越小；當材料吐出量越大，熔噴芯鞘型纖維10的平均纖維細度越大。另一方面，在本實施方式中，藉由材料吐出量可控制熔噴芯鞘型纖維10的芯鞘比。在一實施方式中，芯部的材料的吐出量例如是介於0.05 g~0.5 g之間，鞘部的材料的吐出量例如是介於0.05 g~0.5 g之間，以控制熔噴芯鞘型纖維10的鞘部與芯部的截面積比可介於1：1至1：9之間。
值得說明的是，在本實施方式中，熔噴芯鞘型纖維10透過具有螺旋結構，以及每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數，從而可製得具有良好的保溫性、彈性回復率、機械性質、柔軟度及手感的熔噴不織布。另一方面，在本實施方式中，熔噴芯鞘型纖維10的平均纖維細度介於1 μm至20 μm之間，藉此使得熔噴芯鞘型纖維10的平均纖維細度較一般熔紡纖維低，而得以達成每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數。
另外，當存在多條熔噴芯鞘型纖維10時，這些熔噴芯鞘型纖維10會在熔噴製程中經過例如是加熱及壓合程序而彼此相互黏附而形成熔噴不織布。
圖2是依照本發明的一實施方式的熔噴不織布的局部示意圖。請參照圖2，熔噴不織布100包括彼此黏附的多條熔噴芯鞘型纖維10。詳細而言，多條熔噴芯鞘型纖維10彼此之間是相互任意交錯的。熔噴芯鞘型纖維10的相關描述已於前述實施方式中進行詳盡地說明，故於此不再贅述。
值得說明的是，在本實施方式中，由於熔噴芯鞘型纖維10具有螺旋結構，且每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數，故多條熔噴芯鞘型纖維0彼此相互黏附時，其間會形成多個孔洞，藉此使得熔噴不織布100能夠具有良好的保溫性、彈性回復率、機械性質、柔軟度及手感。
下文將根據實施例1及比較例1至比較例3更具體地描述本發明的特徵。雖然描述了以下實施例，但是在不逾越本發明範疇之情況下，可適當地改變所用材料、其量及比例、處理細節以及處理流程等等。因此，不應由下文所述之實施例對本發明作出限制性地解釋。
製備實施例1及比較例1至比較例2的熔噴芯鞘型纖維及熔噴不織布所使用之主要材料及設備的資訊，如下所示。
實施例1： 芯部的材料：熱塑性聚氨酯，三晃公司製造的TPU300。 鞘部的材料：高密度聚乙烯，台化公司製造的HDPE7200F，其中密度為0.955克/立方公分。
比較例1：熱塑性聚氨酯，三晃公司製造的TPU。
比較例2： 芯部的材料：熱塑性聚氨酯，三晃公司製造的kuotane300。 鞘部的材料：聚對苯二甲酸丁二酯（Polybutylene terephthalate，PBT），長春公司製造。
熔噴設備：由BIAX公司製造，型號為15〞MELT-BLOWN PILOT LINE。實施例 1
使用熔噴設備將用以形成芯部的熱塑性聚氨酯與用以形成鞘部的高密度聚乙烯的兩種母粒進行熔噴製程來製造實施例1的熔噴芯鞘型纖維及熔噴不織布，其中熔噴的製程條件如下：製程溫度約為190°C至205°C，紡嘴孔徑為0.5 mm、熱塑性聚氨酯之紡嘴吐出量為0.3 g/hole/min、高密度聚乙烯之紡嘴吐出量為0.2 g/hole/min、高溫氣流的溫度為230°C、高溫氣流量為9 m3 /min、高溫氣流牽伸壓力為20 kg/m2 。實施例1的熔噴不織布中的多條熔噴芯鞘型纖維具有如圖2所示的結構，實施例1的熔噴芯鞘型纖維每長度100 µm平均具有6個的螺旋數、平均纖維細度為10微米、且鞘部與芯部的截面積比為1：3。比較例 1
使用熔噴設備將熱塑性聚氨酯的母粒進行熔噴製程來製造比較例1的熔噴纖維及熔噴不織布，其中熔噴的製程條件如下：製程溫度約為200°C，紡嘴孔徑為0.5 mm、單孔紡嘴吐出量為0.45 g/hole/min、高溫氣流的溫度為205°C、高溫氣流量為6.2 m3 /min、高溫氣流牽伸壓力為13.5 kg/m2 。比較例1的熔噴纖維呈現直條狀，且其平均纖維細度為9微米。比較例 2
使用熔噴設備將用以形成芯部的熱塑性聚氨酯與用以形成鞘部的聚對苯二甲酸丁二酯的兩種母粒進行熔噴製程來製造比較例2的熔噴芯鞘型纖維及熔噴不織布，其中熔噴的製程條件如下：製程溫度約為190°C至270°C，紡嘴孔徑為0.5 mm、熱塑性聚氨酯之紡嘴吐出量為0.3 g/hole/min、聚對苯二甲酸丁二酯之紡嘴吐出量為0.2 g/hole/min、高溫氣流的溫度為260°C、高溫氣流量為6.1 m3 /min、高溫氣流牽伸壓力為13.3 kg/m2 。比較例2的熔噴芯鞘型纖維呈現直條狀，平均纖維細度為10微米，且鞘部與芯部的截面積比為1： 3。比較例 3
與實施例1、比較例1~2不同的是，比較例3直接使用市售商品新雪麗TM 雙層不織布CDS型（購自新雪麗公司）。
之後，分別對實施例1及比較例1至比較例2的熔噴不織布進行以下評估1至評估4，以及分別對實施例1及比較例3的熔噴不織布進行以下評估5至評估6。評估 1 ：柔軟度的測量
依據CNS12915(一般織物試驗法)第6.19節(剛軟度試驗)中的45°懸臂法，使用刻度辨識，於熔噴不織布的基重設定為200 g/m2 的情況下，分別對5個實施例1的熔噴不織布進行柔軟度的測量，並計算平均值；分別對5個比較例1的熔噴不織布進行柔軟度的測量，並計算平均值；及分別對5個比較例2的熔噴不織布進行柔軟度的測量，並計算平均值。測量結果顯示在下方表1中。對產業界而言，柔軟度至少需要達到6.0 cm以下，且數值越小，表示熔噴不織布的柔軟度越佳。
表1
Figure 107115463-A0304-0001
由表1可知，與比較例1至比較例2的熔噴不織布相比，實施例1的熔噴不織布具有較佳的柔軟度。此結果證實，本發明的熔噴不織布透過包括多條熔噴芯鞘型纖維，每一熔噴芯鞘型纖維具有螺旋結構且每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數，得以提升柔軟性。評估 2 ：厚度減少率的測量
首先，分別在5個實施例1的熔噴不織布上施加4.14 KPa的壓力；分別在5個比較例1的熔噴不織布上施加4.14 KPa的壓力；及分別在5個比較例2的熔噴不織布上施加4.14 KPa的壓力。經過30分鐘之後，分別測量前述各樣品之被壓縮後的厚度，並以壓縮後的厚度與初始厚度的差值佔初始厚度的百分比定義為厚度減少率(%)；亦即，厚度減少率(%)=（初始厚度–壓縮後的厚度）/初始厚度x100(%)。測量結果顯示在下方表2中。在表2中，數值越大，表示熔噴不織布的手感越Q彈。
表2
Figure 107115463-A0304-0002
由上述表2可知，實施例1的熔噴不織布的厚度減少率大於比較例1至比較例2的熔噴不織布的厚度減少率。此結果證實，本發明的熔噴不織布透過包括多條熔噴芯鞘型纖維，每一熔噴芯鞘型纖維具有螺旋結構且每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數，使得手感的Q彈度得以提升。換句話說，本發明的熔噴不織布相較於一般的不織布具有較佳的手感。評估 3 ：抗拉強度及伸長率的測量
首先，將5個實施例1的熔噴不織布、5個比較例1的熔噴不織布及5個比較例2的熔噴不織布分別製作成長寬尺寸為150 mm×25 mm且呈啞鈴狀或是狗骨頭狀的膜材樣品。接著，依據ASTM D5035，使用拉力試驗機（型號GT-7001-MC10，高鐵檢測儀器公司製造）來量測沿機械方向（Machine Direction，MD）上，該些膜材樣品的抗拉強度(kgf)及伸長率(%)，其中拉伸速率爲300 mm/min。測量結果顯示在下方表3中。在表3中，數值越大，表示熔噴不織布的機械性質越佳。
表3
Figure 107115463-A0304-0003
由表3可知，與比較例1至比較例2的熔噴不織布相比，實施例1的熔噴不織布在抗拉強度及伸長率的方面上均具有較佳表現。此結果證實，本發明的熔噴不織布透過包括多條熔噴芯鞘型纖維，每一熔噴芯鞘型纖維具有螺旋結構且每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數，得以提升機械性質。評估 4 ：彈性回復率的測量
首先，將5個實施例1的熔噴不織布、5個比較例1的熔噴不織布及5個比較例2的熔噴不織布分別製作成長寬尺寸為350 mm×50 mm的試片。接著，依據CNS13752，使用500克的荷重將該些試片分別拉伸再量測其記號的拉伸形變。之後，在移除作用力後，分別測量該些試片經拉伸後的長度，並以經拉伸後的長度佔初始長度的百分比定義為彈性回復率(%)；亦即，彈性回復率(%)=經拉伸後的長度/初始長度x100(%)。測量結果顯示在下方表4中。在表4中，數值越大，表示熔噴不織布的回彈性越佳。
表4
Figure 107115463-A0304-0004
由上述表4可知，與比較例1至比較例2的熔噴不織布相比，實施例1的熔噴不織布具有較佳的彈性回復率。此結果證實，本發明的熔噴不織布透過包括多條熔噴芯鞘型纖維，每一熔噴芯鞘型纖維具有螺旋結構且每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數，得以提升回彈性。如此一來，本發明的熔噴不織布有利於應用在伸縮繃帶、尿布黏扣帶等產品。評估 5 ：保溫性的測量
首先，將實施例1的熔噴不織布及比較例3的熔噴不織布分別製作成厚度為0.2 mm、0.3 mm、0.5 mm及0.7 mm的膜材樣品。接著，依據ASTM D1518，使用防護熱板（Guard Hot Plate）系統分析儀（型號8455-06，西北科學股份有限公司（Northwest Scientific Inc.）製造），分別測量該些膜材樣品的特性保溫值（characteristic heat-isolated value，CLO）。特性保溫值是英美國家用來表示織物保溫性能的計算單位，其定義為在21o C室溫、相對溼度50 %、氣流10 cm/s的環境下，穿著者感覺舒適、並保持其體表溫度為33o C時，此穿著服裝的保暖量為1 CLO。測量結果顯示在下方表5中。在表5中，當CLO的值越大，表示熔噴不織布的保溫性越佳。評估 6 ：熱阻值的測量
首先，將實施例1的熔噴不織布及比較例3的熔噴不織布分別製作成厚度為0.2 mm、0.3 mm、0.5 mm及0.7 mm的膜材樣品。接著，依據ASTM D1518，使用防護熱板系統分析儀（型號8455-06，西北科學股份有限公司製造），分別測量該些膜材樣品的熱阻值。測量結果顯示在下方表5中。對產業界而言，熱阻值越大，表示熔噴不織布的熱絕緣性越佳。
表5
Figure 107115463-A0304-0005
由上述表5可知，與比較例3的熔噴不織布相比，實施例1的熔噴不織布在保溫性及熱阻值的方面上均具有較佳表現。此結果證實，本發明的熔噴不織布透過包括多條熔噴芯鞘型纖維，每一熔噴芯鞘型纖維具有螺旋結構且每長度100 µm具有等於或大於5個的螺旋數，得以提升保溫性及熱絕緣性。如此一來，本發明的熔噴不織布有利於應用在抗寒睡袋、睡墊、保暖衣等產品。
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‧‧‧熔噴芯鞘型纖維100‧‧‧熔噴不織布
圖1是依照本發明的一實施方式的熔噴芯鞘型纖維的局部示意圖。 圖2是依照本發明的一實施方式的熔噴不織布的局部示意圖。
10‧‧‧熔噴芯鞘型纖維
100‧‧‧熔噴不織布

Claims (6)

  1. 一種熔噴芯鞘型纖維，具有螺旋結構，其中所述熔噴芯鞘型纖維每長度100μm具有等於或大於5個的螺旋數，以及所述熔噴芯鞘型纖維的平均纖維細度介於1微米(μm)至20微米之間，其中所述熔噴芯鞘型纖維的芯部的材料包括聚氨酯，以及鞘部的材料包括高密度聚乙烯，所述高密度聚乙烯的密度介於0.95克/立方公分到0.96克/立方公分之間，且所述聚氨酯的冷結晶溫度(Tc)高於所述高密度聚乙烯的冷結晶溫度(Tc)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的熔噴芯鞘型纖維，其中所述鞘部與所述芯部的截面積比介於1：1至1：9之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的熔噴芯鞘型纖維，其中所述熔噴芯鞘型纖維為同心芯鞘型纖維或偏心芯鞘型纖維。
  4. 一種熔噴不織布，包括：彼此黏附的多條熔噴芯鞘型纖維，其中所述多條熔噴芯鞘型纖維中的每一者具有螺旋結構，所述多條熔噴芯鞘型纖維中的每一者每長度100μm具有等於或大於5個的螺旋數，以及所述多條熔噴芯鞘型纖維中的每一者的平均纖維細度介於1微米至20微米之間，其中所述多條熔噴芯鞘型纖維中的每一者的芯部的材料包括聚氨酯，以及鞘部的材料包括高密度聚乙烯，所述高密度聚乙烯的密度介於0.95克/立方公分到0.96克/立方公分之間，且所述聚氨酯的冷結晶溫度(Tc)高於所述高密度聚乙烯的冷結晶溫度(Tc)。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的熔噴不織布，其中所述鞘部與所述芯部的截面積比介於1：1至1：9之間。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的熔噴不織布，其中所述多條熔噴芯鞘型纖維中的每一者為同心芯鞘型纖維或偏心芯鞘型纖維。
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