TWI754912B - 耐磨纖維 - Google Patents

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楊榮
賴偉仁
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Abstract

一種耐磨纖維包括90.0重量份至99.0重量份的纖維本體、0.5重量份至7.5重量份的耐磨劑、0.1重量份至0.5重量份的石蠟系滑劑以及0.1重量份至0.3重量份的抗氧化劑。纖維本體包括聚對苯二甲酸乙二酯。耐磨劑附著於纖維本體的表面,且包括二氧化矽氣凝膠。

Description

耐磨纖維
本揭露內容是有關於一種紡織材料,且特別是有關於一種耐磨纖維。
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以及多元化的產品,才能面對全世界的競爭。隨著現代社會越來越多人挑戰登山、攀岩、滑雪等戶外運動,消費者對於戶外活動用品的耐用性也越來越講究。因此,如何提高織物的耐磨特性逐漸成為紡織業者研究的重要課題。
根據本揭露一實施方式,耐磨纖維包括:90.0重量份至99.0重量份的纖維本體、0.5重量份至7.5重量份的耐磨劑、0.1重量份至0.5重量份的石蠟系滑劑以及0.1重量份至0.3重量份的抗氧化劑。纖維本體包括聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)。耐磨劑附著於纖維本體的表面,且包括二氧化矽氣凝膠。
在本揭露一實施方式中,耐磨劑僅附著於纖維本體的表面,且免於滲入纖維本體中。
在本揭露一實施方式中,石蠟系滑劑配置於纖維本體與耐磨劑間,且石蠟系滑劑的重量平均分子量介於3000至10000間。
在本揭露一實施方式中,耐磨纖維製得的織物於ASTM D3884測試下的耐磨耗次數大於2800次。
在本揭露一實施方式中,耐磨劑的平均粒徑介於1微米至20微米間。
在本揭露一實施方式中,耐磨劑的平均密度介於0.04克/立方公分至0.10克/立方公分間。
在本揭露一實施方式中,二氧化矽氣凝膠的孔隙率介於90%至99%間。
在本揭露一實施方式中,二氧化矽氣凝膠的平均孔徑介於10奈米至30奈米間。
在本揭露一實施方式中,二氧化矽氣凝膠的平均表面積介於600平方公尺/克至800平方公尺/克間。
在本揭露一實施方式中,石蠟系滑劑的耐熱溫度介於290℃至300℃間。
根據本揭露上述實施方式,藉由石蠟系滑劑的添加,可以使耐磨劑有效地分散並附著於纖維本體的表面,從而使得本揭露的耐磨纖維具有良好的耐磨性及疏水性。
以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式,為明確說明起見,許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而,應瞭解到,這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說,在本揭露部分實施方式中,這些實務上的細節是非必要的,因此不應用以限制本揭露。此外,為簡化圖式起見,一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。另外,為了便於讀者觀看,圖式中各元件的尺寸並非依實際比例繪示。
本揭露內容提供一種耐磨纖維,其是藉由添加適量的耐磨劑及石蠟系滑劑,以使耐磨劑均勻地附著在纖維本體的表面,從而使得本揭露內容的耐磨纖維相較於習知的纖維具有較佳的耐磨性及疏水性。本揭露內容的耐磨纖維可製作成具有耐磨性及疏水性的織物,具有廣泛的產品應用性。
第1圖繪示根據本揭露一實施方式的耐磨纖維100的立體示意圖。耐磨纖維100包括90.0重量份至99.0重量份的纖維本體110、0.5重量份至7.5重量份的耐磨劑120、0.1重量份至0.5重量份的石蠟系滑劑130以及0.1重量份至0.3重量份的抗氧化劑140。耐磨劑120附著於纖維本體110的表面112,且耐磨劑120包括二氧化矽氣凝膠。在一些實施方式中,耐磨纖維100的紗線規格可介於70d/48f至240d/48f間,以應用於各種織物上。應瞭解到,為求清楚起見及方便說明,上述各成分未以實際比例繪示,亦即,第1圖所繪示的各成分比例並不用以限制本揭露。
耐磨纖維100包括90.0重量份至99.0重量份的纖維本體110,且纖維本體110包括聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)。在一些實施方式中,纖維本體110可更包括聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate,PBT)、聚對苯二甲酸丙二酯(polypropylene terephthalate,PTT)或其組合。換句話說,纖維本體110可為單一成分或多種成分的混合物。
耐磨纖維100包括0.5重量份至7.5重量份的耐磨劑120,且耐磨劑120附著於纖維本體110的表面112。更詳細而言,在一些實施方式中,耐磨劑120可僅附著於纖維本體110的表面112,而免於滲入纖維本體110中。換句話說,若以耐磨纖維100中纖維本體110的橫切面114來看,耐磨劑120並不存在於纖維本體110的內部。耐磨劑120配置以提升纖維的耐磨性,使得耐磨纖維100及其所製成的紡織品可具有較長的使用壽命。在一些實施方式中,耐磨劑120的平均粒徑可介於1微米至20微米間,耐磨劑120相較於纖維本體110可具有較小的體積,從而降低耐磨纖維100整體的顆粒感。在一些實施方式中,耐磨劑120的平均密度可介於0.04克/立方公分至0.10克/立方公分間,耐磨劑120相較於纖維本體110可具有較小的密度,從而僅附著於纖維本體110的表面112,而免於滲入纖維本體110中。
耐磨劑120包括二氧化矽氣凝膠,且二氧化矽氣凝膠具有多個孔隙H。具體而言,請先參閱第2圖,其繪示當水滴D附著於第1圖的耐磨纖維100時,配置於纖維本體110的表面112的耐磨劑120(例如,區域R1的耐磨劑120)與水滴D的局部放大示意圖。如第2圖所示,耐磨劑120中的二氧化矽氣凝膠具有多個孔隙H。在一些實施方式中,二氧化矽氣凝膠的孔隙率可介於90%至99%間,且其平均孔徑d可介於10奈米至30奈米間。換句話說,耐磨劑120可以是具有多個奈米等級的孔隙H的網格結構。藉此,耐磨劑120可將附著於其表面的水滴D撐起,以避免水滴D進一步滲入至纖維本體110中,從而使得耐磨纖維100(見第1圖)具有良好的疏水性。詳細而言,當二氧化矽氣凝膠的孔隙率及平均孔徑d超出上述範圍時,可能導致耐磨劑120無法有效地隔絕水分,從而影響耐磨纖維100(見第1圖)的疏水性。此外,由於耐磨劑120包括二氧化矽氣凝膠,因此其更可具有良好的耐熱性,有利於耐磨纖維100(見第1圖)的製備。舉例而言,在一些實施方式中,耐磨劑120的耐熱溫度可達到320℃以上。
在一些實施方式中,二氧化矽氣凝膠的平均表面積可介於600平方公尺/克至800平方公尺/克間,有利於強化耐磨劑120的上述各種特性(例如,低密度、高孔隙率、疏水性及耐熱性等)。此外,由於二氧化矽氣凝膠中的矽元素具有低的摩擦係數,因此可提升耐磨纖維100(見第1圖)的耐磨性。
請再參閱第1圖,耐磨纖維100包括0.1重量份至0.5重量份的石蠟系滑劑130。在較佳的實施方式中,耐磨纖維100包括0.1重量份至0.4重量份的石蠟系滑劑130。石蠟系滑劑130配置以使耐磨劑120均勻地分散並附著於纖維本體110的表面112。在一些實施方式中,石蠟系滑劑130附著於纖維本體110的表面112,並配置於纖維本體110與耐磨劑120間。在一些實施方式中,石蠟系滑劑130的重量平均分子量可介於3000至10000間,使得石蠟系滑劑130可較佳地附著於纖維本體110與耐磨劑120間。此外,具有上述重量平均分子量的石蠟系滑劑130具有良好的耐熱性,有利於耐磨纖維100的製備。舉例而言,在一些實施方式中,石蠟系滑劑130的耐熱溫度可介於290℃至300℃間。
耐磨纖維100包括0.1重量份至0.3重量份的抗氧化劑140。在一些實施方式中,抗氧化劑140可配置於纖維本體110的表面112及纖維本體110中。更詳細而言,若以耐磨纖維100中纖維本體110的橫切面114來看,抗氧化劑140可存在於纖維本體110的內部。抗氧化劑140可防止耐磨纖維100中各成分在耐磨纖維100的製備過程中發生降解,從而確保各成分各自維持其特性並發揮其功效。在一些實施方式中,抗氧化劑140可包括酚類化合物。舉例而言,抗氧化劑140可例如是3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸甲酯、3,3'-雙(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)-N,N'-六亞甲基二丙酰胺、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羥基芐基)苯或其組合。由於酚類化合物中的酚基可與過氧化物中的自由基反應,因此可避免耐磨纖維100中各成分在耐磨纖維100的製備過程中發生降解。
在一些實施方式中,可將用於形成纖維本體110的基材粉體、包括二氧化矽氣凝膠的耐磨劑120、石蠟系滑劑130以及分散劑140以前述重量份均勻地混合,並置入押出機中以進行混練製程,從而形成耐磨纖維110的母粒。接著,對母粒進行熔融紡絲製程以進一步形成本揭露的耐磨纖維110。在一些實施方式中,押出機可例如是單軸押出機或雙軸押出機。在一些實施方式中,螺桿的轉速可介於100rpm至400rpm間。在一些實施方式中,混煉製程的溫度可介於260℃至280℃間。
在進行混練製程的過程中,由於包括二氧化矽氣凝膠的耐磨劑120的密度遠小於基材粉體的密度,因此耐磨劑120傾向於懸浮於基材粉體上方,不利於各成分間的均勻混合。然而,藉由添加適當的石蠟系滑劑130,使得耐磨劑120在高速旋轉的過程中可與基材粉體均勻地混合,並從而均勻地附著於基材粉體的表面。更詳細而言,石蠟系滑劑130可扮演「架橋」的角色,以將耐磨劑120與基材粉體彼此橋接起來,使得石蠟系滑劑130不僅配置於基材粉體的表面,更配置於耐磨劑120與基材粉體間。此外,如前所述,由於包括二氧化矽氣凝膠的耐磨劑120以及石蠟系滑劑130可具有良好的耐熱性,且抗氧化劑140又可避免基材粉體、耐磨劑120及石蠟系滑劑130在上述混練製程的溫度下發生降解,因此可確保各成分維持其特性,從而提升後續製備出的耐磨纖維100的良率。
在以下敘述中,將列舉本揭露多個實施例的耐磨纖維及多個比較例的纖維來進行各種測試以驗證本揭露的功效。各實施例及比較例的成分與含量如表一所示。
表一
纖維本體 (重量份) 矽膠 (重量份) 耐磨劑 (重量份) 石蠟系滑劑+抗氧化劑 (重量份)
實施例1 98.5 無添加 1 0.5
實施例2 96.5 無添加 3 0.5
實施例3 94.5 無添加 5 0.5
比較例1 100 無添加 無添加 無添加
比較例2 94.5 5 無添加 0.5
在表一所示的比較例中,比較例1是使用市售常規的聚酯PET製得的纖維,而比較例2是以矽膠取代耐磨劑而製得的纖維。更詳細而言,請參閱第3圖,其繪示比較例2的纖維200的立體示意圖。如第3圖所示,比較例2的纖維200中的矽膠220不僅配置於纖維本體210的表面212,更滲入至纖維本體210中。換句話說,若以比較例2的纖維200中纖維本體210的橫切面214來看,矽膠220可存在於纖維本體210的內部。此外,在比較例2的纖維200中,不包括石蠟系滑劑。
在上述各實施例及/或比較例中,纖維本體的材料是聚對苯二甲酸乙二酯,矽膠的材料是矽氧樹脂,耐磨劑的材料是具有上述特性的二氧化矽氣凝膠,石蠟系滑劑是HI-WAX™ 405MP(商品名,購買自三井化學公司),且抗氧化劑是IRGANOX-1010(商品名,購買自巴斯夫化學公司)。 >織物的耐磨耗次數測試>
將各實施例的耐磨纖維及各比較例的纖維製作成結構相同的織物,並以ASTM D3884方法對各織物進行耐磨耗次數測試。各織物的製造參數及測試結果如表二所示。
表二
紗線規格 經紗密度 (條/吋) 緯紗密度 (條/吋) 耐磨耗測試結果 (次數)
實施例1 70D/48f 120 80 2833
實施例2 70D/48f 120 80 2919
實施例3 70D/48f 120 80 3095
比較例1 70D/48f 120 80 320
比較例2 70D/48f 120 80 1000
如表二所示,使用本揭露的實施例1至3的耐磨纖維所製造出的織物在ASTM D3884方法的測試下的耐磨耗次數均超過2800次,顯示具有較佳的耐磨效果。此外,隨著耐磨劑的添加量增加,耐磨耗次數亦隨之增加。舉例而言,實施例3的耐磨纖維所製造出的織物在ASTM D3884方法的測試下的耐磨耗次數可超過3000次。相反地,僅使用市售常規的聚酯PET製得的纖維所製造出的織物在ASTM D3884方法的測試下的耐磨耗次數僅為約320次,顯示具有較差的耐磨效果。另外,以矽膠取代耐磨劑而製得的纖維所製造出的織物在ASTM D3884方法的測試下的耐磨耗次數亦遠小於使用本揭露的耐磨纖維所製造出的織物。 >織物的吸濕性測試>
將各實施例的耐磨纖維及各比較例的纖維製作成結構相同的織物,並將各織物放置在不同環境中以分別得到重量W1至W3,並根據重量W1至W3計算出各織物的回潮率以及吸濕率以完成吸濕性測試,測試結果如表三所示。應瞭解到,W1為於絕乾環境下(攝氏105度、RH 0%、歷時2小時)測量的織物重,W2為於標準環境下(攝氏23度、RH 65%、歷時24小時)測量的織物重,而W3為於高溫環境下(攝氏30度、RH 90%、歷時24小時)測量的織物重。需要說明的是,前述的環境是模擬織物被拿出來穿著之後可能歷經的一個過程。舉例而言,絕乾環境為織物於未使用或靜置下的情形,標準環境為穿著者在一般情形下著用織物的情形(運動前),而高溫環境為穿著者運動後身體進入高溫高濕的情形。
表三
回潮率1(%)
Figure 02_image001
回潮率2(%)
Figure 02_image003
吸濕率(%)
Figure 02_image005
實施例1 0.14 0.21 0.07
實施例2 0.07 0.14 0.07
實施例3 0.08 0.12 0.04
比較例1 0.21 0.58 0.37
比較例2 0.07 0.24 0.17
如表三所示,使用本揭露的實施例1至3的耐磨纖維所製造出的織物的吸濕率明顯低於各比較例的織物的吸濕率,顯示具有較佳的疏水性。因此,使用本揭露的耐磨纖維所製造出的織物可適用於各種需要疏水機能的產品。此外,當耐磨劑的添加量增加時,織物的吸濕率亦隨之下降。因此,可視實際需求調整耐磨劑的添加量,以符合各種產品的需求。 >織物的浸濕時間測試>
將各實施例的耐磨纖維及各比較例的纖維於織布機中織出織物,接著於垂直於織物表面約5公分的位置朝織物滴落約0.05毫升的水滴,並記錄水滴被織物完全吸收所需的時間,測試結果如表四所示。
表四
浸濕時間測試結果 (秒)
實施例1 21
實施例2 26
實施例3 30
比較例1 11
比較例2 15
如表四所示,使用本揭露的實施例1至3的耐磨纖維所製造出的織物的浸濕時間明顯高於各比較例的織物的浸濕時間,顯示具有較佳的疏水性。因此,使用本揭露的耐磨纖維所製造出的織物可適用於各種需要疏水機能的產品。此外,當耐磨劑的添加量增加時,織物的浸濕時間亦隨之上升。因此,可視實際需求調整耐磨劑的添加量,以符合各種產品的需求。
根據本揭露上述實施方式,本揭露的耐磨纖維包括特定重量份的纖維本體、耐磨劑、石蠟系滑劑以及抗氧化劑,其中耐磨劑包括二氧化矽氣凝膠。石蠟系滑劑可使耐磨劑均勻地分散並附著於纖維本體的表面,從而提升耐磨纖維的耐磨性及疏水性。抗氧化劑可防止耐磨纖維中各成分的降解,以提升耐磨纖維的良率。藉此,本揭露的耐磨纖維可應用於需要耐磨性及疏水性的產品上,具有廣泛的應用性。
雖然本揭露已以實施方式揭露如上,然其並非用以限定本揭露,任何熟習此技藝者,在不脫離本揭露之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:耐磨纖維 110:纖維本體 112:表面 120:耐磨劑 130:石蠟系滑劑 140:抗氧化劑 200:纖維 210:纖維本體 212:表面 214:橫切面 220:矽膠 R1:區域 D:水滴 H:孔隙 d:孔徑
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂,所附圖式之說明如下: 第1圖繪示根據本揭露一實施方式的耐磨纖維的立體示意圖。 第2圖繪示當水滴附著於第1圖的耐磨纖維時,配置於纖維本體的表面的耐磨劑與水滴的局部放大示意圖。 第3圖繪示比較例2的纖維的立體示意圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:耐磨纖維 110:纖維本體 112:表面 114:橫切面 120:耐磨劑 130:石蠟系滑劑 140:抗氧化劑 R1:區域

Claims (9)

  1. 一種耐磨纖維,包括:90.0重量份至99.0重量份的纖維本體,其中所述纖維本體包括聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET);0.5重量份至7.5重量份的耐磨劑,其中所述耐磨劑附著於所述纖維本體的表面,所述耐磨劑包括二氧化矽氣凝膠,且所述耐磨劑的平均密度介於0.04克/立方公分至0.10克/立方公分間;0.1重量份至0.5重量份的石蠟系滑劑;以及0.1重量份至0.3重量份的抗氧化劑。
  2. 如請求項1所述的耐磨纖維,其中所述耐磨劑僅附著於所述纖維本體的所述表面,且免於滲入所述纖維本體中。
  3. 如請求項1所述的耐磨纖維,其中所述石蠟系滑劑配置於所述纖維本體與所述耐磨劑間,且所述石蠟系滑劑的重量平均分子量介於3000至10000間。
  4. 如請求項1所述的耐磨纖維,其中由所述耐磨纖維製得的織物於ASTM D3884測試下的耐磨耗次數大於2800次。
  5. 如請求項1所述的耐磨纖維,其中所述耐磨劑的平均粒徑介於1微米至20微米間。
  6. 如請求項1所述的耐磨纖維,其中所述二氧化矽氣凝膠的孔隙率介於90%至99%間。
  7. 如請求項1所述的耐磨纖維,其中所述二氧化矽氣凝膠的平均孔徑介於10奈米至30奈米間。
  8. 如請求項1所述的耐磨纖維,其中所述二氧化矽氣凝膠的平均表面積介於600平方公尺/克至800平方公尺/克間。
  9. 如請求項1所述的耐磨纖維,其中所述石蠟系滑劑的耐熱溫度介於290℃至300℃間。
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