專利名稱：具有平坦模量的熔紡彈性纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由薄隔距恒定壓縮彈性纖維制成的高強(qiáng)度織物。由該恒定壓縮彈性纖維制成的服裝對(duì)于穿著者來說具有更舒適的感覺。該服裝由于由該彈性纖維制成的高強(qiáng)度織物而耐戳刺。
背景技術(shù)：
近年來，對(duì)于功能性更強(qiáng)的服裝的需求使對(duì)壓縮織物的需求提高。這些織物雖然提供壓縮，但還變得不舒服，這是由于越來越多的熱量積累，以及經(jīng)常變得太緊或太重或太臃腫。期望服裝提供針對(duì)穿著者的最佳程度的壓縮而不損失舒適性。還期望較薄隔距的織物，其能夠?qū)崿F(xiàn)較小的堆放體積，減少“臃腫”的感覺，并且在內(nèi)衣的情況下，沒有透過外層服裝的外部可視性。 合成彈性纖維(SEF) —般由具有軟和硬鏈段的聚合物制成以賦予彈性。具有硬和軟鏈段聚合物的典型地為聚(醚-酰胺)，如Pebax ,或共聚酯，如Hy t re I'或熱塑性聚氨酯，如Es tane 。然而，非常高伸長(zhǎng)率的sef典型地采用硬和軟鏈段化的聚合物，如干紡聚氨酯(Lycra )或熔紡熱塑性聚氨酯(Es tane )。雖然這些sef的斷裂伸長(zhǎng)率從低到非常高之間變化，但都可以共同描述為具有隨著伸長(zhǎng)率(應(yīng)變)提高的幾何級(jí)數(shù)級(jí)增加的模量(應(yīng)力)。也就是說，它們不具有相對(duì)恒定的和/或平坦的壓縮特性。熔紡TPU彈性纖維提供一些超過干紡聚氨酯彈性纖維的優(yōu)點(diǎn)，亦即熔紡過程中不使用溶劑，而在干紡過程中，將聚合物溶于溶劑中并紡絲。然后將溶劑從纖維部分蒸發(fā)。極其難以將全部溶劑完全從干紡纖維去除。為了便于從干紡纖維除去溶劑，將它們典型地制成小尺寸并束縛在一起以產(chǎn)生多絲(帶條狀)纖維。這導(dǎo)致對(duì)于給定的旦尼爾來說與熔紡纖維相比較大的物理尺寸。這些物理特性產(chǎn)生更臃腫的織物，并且多絲束的特性導(dǎo)致舒適性的喪失。期望具有這樣的TPU纖維，其在O和250%伸長(zhǎng)率之間具有相對(duì)恒定壓縮，或與更常規(guī)的纖維相比至少更相對(duì)恒定的壓縮。而且，還期望這些由此類纖維制成的恒定壓縮織物是薄隔距的并具有高耐戳刺性。由此類織物制成的服裝將為穿著者提供更多的舒適性和
/[目心。


圖I是市售干紡聚氨酯纖維的70旦尼爾多絲的顯微照片。圖2是本發(fā)明的熔紡恒定壓縮熱塑性聚氨酯纖維的70旦尼爾的顯微照片。圖3是顯示作為旦尼爾的X軸對(duì)纖維寬度平方(平方微米)的Y軸的圖。本發(fā)明的纖維與市售干紡纖維比較。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供極限伸長(zhǎng)率為至少400%并且具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載和卸載循環(huán)中相對(duì)平坦的模量的熔紡纖維。
本發(fā)明進(jìn)一步提供這樣的纖維，其具有在第5次拉循環(huán)時(shí)在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上增加不超過400%的模量。還提供任何這樣的纖維，其作為直徑30-300微米的單絲纖維。本發(fā)明進(jìn)一步提供由任何所述纖維得到的平紋針織織物，其具有由ASTM D751測(cè)得的使得失效時(shí)的載荷/厚度為至少7101bf/in(124N/mm)的頂破戳刺強(qiáng)度(burstpuncture strength),并且在這些實(shí)施方式的一些中，該平紋針織織物由平均旦尼爾不超過80、75、或甚至約70的纖維制成，其中這些極限可適用于由100%所描述的纖維制成的平紋針織織物(即，沒有輔助纖維(co-fibers)存在)。本發(fā)明提供任何本文描述的纖維，其中(i)該纖維的旦尼爾為40-90 ； (ii)該纖維在第5次拉循環(huán)時(shí)的模量在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高80%至130% ；(iii)由所述纖維制備的平紋針織織物具有由ASTM D751測(cè)得的使得該織物失效時(shí)的載荷/厚度為710至16001bf/in(124至280N/mm)的頂破戳刺強(qiáng)度；(iv)其中該纖維為單絲并且直徑
為80-100微米；或(V)任何以上的組合。本發(fā)明提供任何本文描述的纖維，其中(i)該纖維的旦尼爾為90-160 ;(ii)該纖維在第5次拉循環(huán)時(shí)的模量在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高50至120% ； (iii)該纖維是單絲并且直徑為100-150微米；或(iv)任何以上的組合。本發(fā)明提供任何本文描述的纖維，其中(i)該纖維的旦尼爾為300-400 ； (ii)該纖維在第5次拉循環(huán)時(shí)的模量在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高50至150% ; (iii)該纖維是單絲并且直徑為180-220微米；或(iv)任何以上的組合。本發(fā)明進(jìn)一步提供由任何本文描述的纖維制備的平紋針織織物。在一些實(shí)施方式中，該織物具有由ASTM D751測(cè)得的頂破戳刺強(qiáng)度，使得(i)達(dá)到失效的能量為至少251bf-in. (2. 8N-m), (ii)失效時(shí)的載荷為至少6磅(2. 7kg)，或(iii)其組合。在這些實(shí)施方式的一些中，該平紋針織織物由平均旦尼爾不超過80、75、或甚至約70的纖維制成，其中這些極限可適用于由100%所描述的纖維制成的平紋針織織物(S卩，沒有輔助纖維存在)。在一些實(shí)施方式中，纖維是熱塑性聚氨酯纖維。在這些實(shí)施方式的一些中，纖維是聚酯熱塑性聚氨酯，其任選地與流變改性劑(RMA)反應(yīng)，例如，其可用聚醚交聯(lián)劑交聯(lián)。本發(fā)明進(jìn)一步提供包含至少兩種不同纖維的織物，其中所述纖維的至少之一是本文描述的纖維的任一種。本發(fā)明進(jìn)一步提供制備極限伸長(zhǎng)率為至少400%并具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載和卸載循環(huán)中相對(duì)平坦的模量的熔紡彈性纖維的方法，所述方法包括(a)通過噴絲頭熔紡熱塑性彈性體聚合物；和(b)以不大于排出噴絲頭的聚合物熔體速度的50%的纏繞速度將彈性纖維纏繞到梭心上。發(fā)明詳述以下將通過非限制性的說明來描述各種優(yōu)選的特征和實(shí)施方式。纖維和織物本發(fā)明的纖維具有在室溫在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載和卸載循環(huán)中相對(duì)恒定的模量。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的斷裂伸長(zhǎng)率為至少400%，或約450-500%。本發(fā)明的上乘纖維在體溫下具有接近完美的恒定的模量。這樣的室溫/體溫恒定壓縮由本文提供的實(shí)施例得到證明。
用于獲得這里所述的數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法是由DuPont為彈性紗線開發(fā)的一種。該試驗(yàn)使纖維進(jìn)行一個(gè)系列5個(gè)循環(huán)。在各循環(huán)中，使纖維拉伸到300%伸長(zhǎng)率，并采用恒定的延伸速率(在原始隔距(gauge length)和300%伸長(zhǎng)率之間)松弛。在第5次循環(huán)后測(cè)量％永久變形。然后，使纖維試樣 進(jìn)行第6次循環(huán)并拉伸到斷裂。儀器記錄各次延伸時(shí)的載荷，斷裂前的最高載荷，斷裂載荷的單位是克-力/旦尼爾，以及斷裂伸長(zhǎng)率和最大載荷時(shí)的伸長(zhǎng)率。試驗(yàn)一般在室溫(23°C ±2° C ;和50%±5%濕度)進(jìn)行。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維具有圓形截面。參考圖2，可以看到，根據(jù)本發(fā)明的70旦尼爾纖維的截面形狀基本上是圓的。圖I顯示了典型的和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的70旦尼爾帶條狀高伸長(zhǎng)率SEF，其具有不同的和較大的截面寬度。圖3顯示了室溫下典型的和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的70旦尼爾帶條狀高伸長(zhǎng)率SEF與本發(fā)明的薄隔距恒定壓縮高強(qiáng)度纖維的比較。變量旦尼爾/截面基(d/平方微米)用于進(jìn)行比較。本發(fā)明的纖維具有小的恒定的斜率，而干紡纖維斜率不但大而且還是以幾何級(jí)數(shù)級(jí)增加的。結(jié)果，由本發(fā)明的纖維制成的織物不僅如圖3所示能夠在總體較薄隔距的織物中賦予相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度(由測(cè)量得到證明)，而且服裝(或其它應(yīng)用)中的單一織物可以順應(yīng)不同的尺寸，不會(huì)舍棄舒適性，也不會(huì)由于纖維的相對(duì)恒定壓縮性質(zhì)導(dǎo)致產(chǎn)生太緊或硬的感覺。由本發(fā)明的纖維制成的織物的另一特征是，與類似拉伸和隔距的織物相比，該織物具有優(yōu)異的頂破強(qiáng)度。并且本發(fā)明的織物的獨(dú)特感覺和手感賦予使用者精細(xì)紡織品的感覺，這與對(duì)于基于典型和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的帶條狀高伸長(zhǎng)率SEF的類似織物常見的橡膠感相反。這些特征由采用I英寸直徑球的球頂破戳刺強(qiáng)度試驗(yàn)(ASTM D751)展現(xiàn)。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的織物與基于典型的和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的帶條狀高伸長(zhǎng)率SEF的織物相比顯示出約50%-75%的頂破強(qiáng)度改進(jìn)。本發(fā)明的織物還具有更有效的干燥和冷卻能力。相信這是由于本發(fā)明的織物的改進(jìn)孔隙率。得到的對(duì)產(chǎn)生的熱和濕氣的改進(jìn)的通風(fēng)作用將賦予使用者舒適和信心的感受。采用本發(fā)明的纖維的織物可以通過針織或編織制造，或通過無紡方法如熔噴或粘紡制造。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的織物采用一種或多種不同的(常規(guī)的)纖維與本發(fā)明的纖維組合來制備。可使用硬纖維，如尼龍和/或聚酯，但也可采用其它的，如人造絲、絲、毛線、改性丙烯酸類等來制備本發(fā)明的織物。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的織物是采用交替纖維針織的，如根據(jù)本發(fā)明的140旦尼爾TPU纖維與交替線束中使用的70旦尼爾尼龍組合(被稱為1-1織物)，或根據(jù)本發(fā)明的140旦尼爾TPU纖維與70旦尼爾尼龍組合，然后在2 1交替線束比例中使用(被稱為
1-2織物)。各種服裝都可以用本發(fā)明的織物制造。在一些實(shí)施方式中，該織物用于制造內(nèi)衣或緊身(tight fitting)服裝，這是本發(fā)明的織物良好適合的，因?yàn)橛衫w維提供了舒適性。內(nèi)衣，如胸罩和T-恤，以及用于如跑步、滑雪、騎車、或其它運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)服裝，可以受益于這些纖維的性質(zhì)。貼身穿的服裝受益于這些纖維的平坦模量，因?yàn)樵撃Ａ吭诶w維達(dá)到體溫時(shí)甚至更低。感覺緊的服裝將在纖維達(dá)到體溫后約30秒至5分鐘變得更舒適。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的是，任何服裝都可以由本發(fā)明的織物和纖維制造。示例性的實(shí)施方式是由紡織物制成的胸罩肩帶和由針織織物制成的胸罩側(cè)翼(wing)，其中紡織的和針織的織物都含有本發(fā)明的熔紡TPU纖維。胸罩帶不需要可調(diào)節(jié)的卡子，因?yàn)榭椢锸菑椥缘摹?br> 在其它實(shí)施方式中，本文描述的纖維用于制造包括但不限于以下的服裝和制品的任意種中的一種或多種運(yùn)動(dòng)服裝，如包括騎車、遠(yuǎn)足、跑步、壓縮、訓(xùn)練、高爾夫、棒球、籃球、拉拉隊(duì)、跳舞、足球和/或曲棍球運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)；襯衫，包括用于以上列出的運(yùn)動(dòng)的任何專用類型；緊身衣，包括訓(xùn)練緊身衣和壓縮緊身衣；泳衣，包括比賽用和休閑用泳衣；套裝，包括摔跤、跑步和游泳套裝；和鞋類。其它實(shí)施方式包括工作服，如襯衫和制服。其它實(shí)施方式包括貼身衣物，包括胸罩、底褲、男士?jī)?nèi)衣、女士背心、塑形衣、睡袍、連褲襪、男士背心、貼身衣(tights)、襪子和緊身衣(corsetry)。其它實(shí)施方式包括醫(yī)療服裝和制品，包括襪類，如壓縮襪類，糖尿病患者襪子、靜止襪子(static sock)、和動(dòng)態(tài)襪子(dynamic sock)；治療性燒傷處理繃帶和膜；傷口護(hù)理敷料；醫(yī)療服裝。其它應(yīng)用包括反應(yīng)上述特定制品的一種或多種的軍事應(yīng)用。其它實(shí)施方式包括床上制品，包括床單、毯子、被子、床墊、床墊罩、和枕套。本發(fā)明再其它特征是，本文描述的纖維具有更強(qiáng)的強(qiáng)度，例如，與相同隔距的更常規(guī)的纖維相比，它們產(chǎn)生具有較高頂破強(qiáng)度的織物，和/或，與更大隔距的更常規(guī)的纖維相t匕，提供相同或甚至更高的強(qiáng)度。也就是說，本發(fā)明的纖維在與常規(guī)的纖維相比相同或甚至更低的隔距下提供更強(qiáng)的強(qiáng)度。該特征的一個(gè)益處是，本發(fā)明的纖維可用于多種針織機(jī)，并··且沒有運(yùn)行問題，也就是說，本發(fā)明的纖維可用于專用于相同隔距或甚至更大隔距的纖維的針織機(jī)。相反，常規(guī)的纖維不能用于較大隔距纖維的針織機(jī)的設(shè)置，因?yàn)槌Ｒ?guī)的纖維的強(qiáng)度不足，不能使機(jī)器正常運(yùn)行。該特征是本發(fā)明的顯著益處。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維用于隔距比所使用的本發(fā)明的纖維的隔距大5%、10%或甚至20%的纖維的針織機(jī)設(shè)置的運(yùn)行。例如，本發(fā)明的40隔距纖維，或甚至40旦尼爾纖維，可成功地用于54隔距針織機(jī)。換句話說，本發(fā)明的織物可在更精細(xì)隔距的針織機(jī)中針織，得到更精細(xì)和更光滑的織物，同時(shí)仍提供聞壓縮。如上所述，本發(fā)明的纖維是熔紡的且極限伸長(zhǎng)率為至少400%，并且還具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載和卸載循環(huán)中相對(duì)平坦的模量。相對(duì)平坦是指，模量不會(huì)像其它常規(guī)的纖維如尼龍和/或聚酯和/或市場(chǎng)上的任何其它熱塑性纖維(包括斯潘德克斯纖維)變化得那樣。在一些實(shí)施方式中，纖維的模量(通過上述方法測(cè)量)，在第5次拉循環(huán)時(shí)，具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上增加不超過400%的模量。在一些實(shí)施方式中，該纖維的旦尼爾為 4、10、20、30、40、70 或甚至 140 到至多 8000、2000、1500、1200、600、400、360、或甚至140。這樣的纖維在第一次拉循環(huán)時(shí)可具有在100%至200%的伸長(zhǎng)率加載循環(huán)上提高50%或60%到至多150%或95%的模量。這樣的纖維在第5次拉循環(huán)時(shí)可具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高50%或75%到至多150%或110%的模量。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維可描述為這樣的纖維，其在制成為約70旦尼爾時(shí)，在第一次拉循環(huán)時(shí)，具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高70%、80%或甚至85%到至多120%、100%或甚至95%的模量。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維可描述為這樣的纖維，其在制成為約70旦尼爾時(shí)，在第5次拉循環(huán)時(shí)，具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高80%、90%或甚至95%到至多130%、110%或甚至105%的模量。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維可描述為這樣的纖維，其在制成為約140旦尼爾時(shí)，在第一次拉循環(huán)時(shí)，具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高50%、55%或甚至63%到至多100%、80%或甚至75%的模量。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維可描述為這樣的纖維，其在制成為約140旦尼爾時(shí)，在第5次拉循環(huán)時(shí)，具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高50%、95%或甚至100%到至多150%、120%、115%或甚至109%的模量。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維可描述為這樣的纖維，其在制成為約360旦尼爾時(shí)，在第一次拉循環(huán)時(shí)，具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高40%、60%或甚至65%到至多100%、80%、85%或甚至70%的模量。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維可描述為這樣的纖維，其在制成為約360旦尼爾時(shí)，在第5次 拉循環(huán)時(shí)，具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高50%、60%或甚至70%到至多120%、100%、80%或甚至78%的模量。注意到在上述實(shí)施方式中，纖維不限于指出了結(jié)果的特定旦尼爾尺寸。而是，纖維是通過在使纖維具有特定旦尼爾并測(cè)試時(shí)注意到的所會(huì)有的模量來描述的。相反，以下實(shí)施方式是關(guān)于規(guī)定旦尼爾的纖維。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的旦尼爾為4、10,35或甚至60到至多130、100、80或甚至70。在任何這些實(shí)施方式中，纖維的平均旦尼爾可為約70。在該實(shí)施方式中，纖維可具有以下模量第一次拉伸時(shí)，在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上，70%、80%或甚至85%到至多120%、100%或甚至95% ；以及在第五次拉伸時(shí)，在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上，80%、90%或甚至95%到至多130%、110%或甚至105%。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的旦尼爾為80、90、100、120或甚至140到至多300、250、200、或甚至160。在一些實(shí)施方式中，纖維的平均旦尼爾為約140。在任何這些實(shí)施方式中，纖維可具有以下模量第一次拉伸時(shí)，在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上,50%、55%或甚至63%到至多100%、80%或甚至75% ；以及在第五次拉伸時(shí)，在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上，50%、95%或甚至100%到至多150%、120%、115%或甚至109%。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的旦尼爾為150、200、或甚至300到至多1500、500、450或甚至200。在一些實(shí)施方式中，纖維的平均旦尼爾為約360。在任何這些實(shí)施方式中，纖維可具有以下模量第一次拉伸時(shí)，在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上，40%、60%或甚至65%到至多100%、80%、85%或甚至75% ；以及在第五次拉伸時(shí)，在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上，50%,60%或甚至70%到至多120%、100%,80%或甚至78%。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明可通過關(guān)注由上述纖維制成的平紋針織織物的性質(zhì)來描述。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維，在針織成平紋織物時(shí)，為織物提供由ASTM D751測(cè)得的頂破戳刺強(qiáng)度，使得失效時(shí)的載荷/厚度為至少710、800、900、1000、1100、1200、12501bf/in，或在其它實(shí)施方式中至少為124、140、158、175、193、210或甚至219“臟。在任何這些實(shí)施方式中，該頂破強(qiáng)度的最大值可為不超過1600或15001bf/in，或在其它實(shí)施方式中不超過280或263N/mm。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明是根據(jù)任何上述實(shí)施方式的纖維，其中該纖維如果具有70旦尼爾并由此制成平紋針織織物，則會(huì)為該平紋針織織物提供(失效時(shí)的載荷/厚度)至少710、800、900、1000、1200、或甚至1250到至多14001bf/in，并且在其它實(shí)施方式中為至少124、140、158、175、210或甚至219到至多245N/mm的頂破戳刺強(qiáng)度。在任何這些實(shí)施方式中，該纖維還可為平紋針織織物提供頂破戳刺強(qiáng)度使得達(dá)到失效的能量為至少25、30、35、40、或40. 5到至多200、100或751bf_in，并且在其它實(shí)施方式中為至少2. 8、
3.4,4. 0,4. 5、或4. 6到至多22. 6,11. 3、或8. 5N_m。在任何這些實(shí)施方式中，該纖維還可為平紋針織織物提供頂破戳刺強(qiáng)度使得失效時(shí)的載荷為至少6、7、8、或9到至多50、40或201b,并且在其它實(shí)施方式中至少2. 7,3. 2,3. 6或甚至4. I到至多22. 7、18. I或9. Ikgo在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明是根據(jù)任何上述實(shí)施方式的纖維，其中該纖維如果具有140旦尼爾并由此制成平紋針織織物，會(huì)為平紋針織織物提供(失效時(shí)的載荷/厚度)至少1200、1300、1500、1700、或甚至1750到至多19001bf/in，以及在其它實(shí)施方式中至少210、228、263、298或甚至306到至多333N/mm的頂破戳刺強(qiáng)度。在任何這些實(shí)施方式中，該纖維還可為平紋針織織物提供頂破戳刺強(qiáng)度使得達(dá)到失效的能量為至少60、70、75、80、或甚至83. 5到至多800、200、或1501bf_in，以及在其它實(shí)施方式中至少6. 8,7. 9,8. 5,9. O、或9. 4到至多90. 3,22. 6、或16. 9N_m。在任何這些實(shí)施方式中，該纖維還可為平紋針織織物提供頂破戳刺強(qiáng)度使得失效時(shí)的載荷為至少10、15、17或甚至17. 5到至多100、75、50或251b，以及在其它實(shí)施方式中至少4. 5,6. 8,7. 7或甚至7. 9到至多45. 4,34. 0,22. 7或
11.3kg?！?br> 在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明是根據(jù)任何上述實(shí)施方式的纖維，其中該纖維如果具有40旦尼爾并由此制成平紋針織織物，會(huì)為平紋針織織物提供(失效時(shí)的載荷/厚度)至少500、750、1000、1400或甚至1450到至多1600或15001bf/in，以及在其它實(shí)施方式中至少88、131、175、245或甚至254到至多280或263N/mm的頂破戳刺強(qiáng)度。在任何這些實(shí)施方式中，該纖維還可為平紋針織織物提供頂破戳刺強(qiáng)度，使得達(dá)到失效的能量為至少10、15、20或甚至20. 5到至多100、75、或501bf_in，以及在其它實(shí)施方式中至少I. 1、1· 7、或2. 3到至多11. 3,8. 5、或5. 6N-m。在任何這些實(shí)施方式中，該纖維還可為平紋針織織物提供頂破戳刺強(qiáng)度，使得失效時(shí)的載荷為至少3、4、4. 5或甚至5到至多40、20、或101 b，以及在其它實(shí)施方式中至少I. 4,1. 8,2. O、或甚至2. 3到至多18. 1,9. I、或4. 5kg。注意到在上述實(shí)施方式中，纖維不限于指出了結(jié)果的特定旦尼爾尺寸。而是，纖維是通過在使纖維具有特定旦尼爾并測(cè)試時(shí)注意到的所會(huì)有的平紋針織織物頂破強(qiáng)度來描述的。相反，以下實(shí)施方式是關(guān)于規(guī)定旦尼爾的纖維。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的旦尼爾為4、10、35、或甚至60到至多130、100、或甚至80旦尼爾，并且在一些實(shí)施方式中平均旦尼爾為約70。在任何這些實(shí)施方式中，纖維可為平紋針織織物提供至少710、800、1000、1200、或甚至1250到至多14001bf/in，以及在其它實(shí)施方式中至少124、140、175、210或甚至219到至多245N/mm的頂破戳刺強(qiáng)度。在任何這些實(shí)施方式中，該纖維還可為平紋針織織物提供頂破戳刺強(qiáng)度使得達(dá)到失效的能量為至少25、30、35、40、或40. 5到至多200，100或751bf_in，以及在其它實(shí)施方式中至少2. 8,3. 4,4. 0,4. 5、或4. 6到至多22. 6,11. 3、或8. 5N_m。在任何這些實(shí)施方式中，該纖維還可為平紋針織織物提供頂破戳刺強(qiáng)度使得失效時(shí)的載荷為至少6、7、8、或9到至多50,40或201b,以及在其它實(shí)施方式中至少2. 7,3. 2,3. 6或甚至4. I到至多22. 7,18. I或
9.Ikg0在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的旦尼爾為80、90、100、120或甚至140到至多300、250、200、或甚至160，或在一些實(shí)施方式中平均旦尼爾為約140。在任何這些實(shí)施方式中，纖維可為平紋針織織物提供頂至少1200、1300、1500、1700、或甚至1750到至多19001bf/in,以及在其它實(shí)施方式中至少210、228、263、298或甚至306到至多333N/mm的破戳刺強(qiáng)度(失效時(shí)的載荷/厚度)。在任何這些實(shí)施方式中，該纖維還可為平紋針織織物提供頂破戳刺強(qiáng)度使得達(dá)到失效的能量為至少60、70、75、80、或甚至83. 5到至多800、200、或1501bf-in,以及在其它實(shí)施方式中至少6. 8,7. 9,8. 5,9. O、或9. 4到至多90. 3,22. 6、或
16.9N-m。在任何這些實(shí)施方式中，該纖維還可為平紋針織織物提供頂破戳刺強(qiáng)度使得失效時(shí)的載荷為至少10、15、17、或甚至17. 5到至多100、75、50、或251b，以及在其它實(shí)施方式中至少 4. 5,6. 8,7. 7 或甚至 7. 9 到至多 45. 4,34. 0,22. 7 或 11. 3kg。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的旦尼爾為20、30、35、或甚至40到至多100、75、60、或甚至50,或在一些實(shí)施方式中平均旦尼爾為約40。在任何這些實(shí)施方式中，纖維可為平紋針織織物提供至少500、750、1000、1400或甚至1450到至多1600或15001bf/in，以及在其它實(shí)施方式中至少88、131、175、245或甚至254到至多280或263N/mm的頂破戳刺強(qiáng)度(失效時(shí)的載荷/厚度)。在任何這些實(shí)施方式中，該纖維還可為平紋針織織物提供頂破戳刺強(qiáng)度使得達(dá)到失效的能量為至少10、15、20或甚至20. 5到至多100、75、或501bf/in，以及在其它實(shí)施方式中至少I. I、I. 7、或2. 3到至多11. 3、8. 5、或5. 6N_m。在任何這些 實(shí)施方式中，該纖維還可為平紋針織織物提供頂破戳刺強(qiáng)度使得失效時(shí)的載荷為至少3、4、
4.5或甚至5到至多40、20、或IOlb,以及在其它實(shí)施方式中至少I. 4,1. 8,2. O、或甚至2. 3到至多 18. 1,9. I、或 4. 5kg。本發(fā)明的纖維可為單絲纖維。在一些實(shí)施方式中，該纖維的直徑為10、30、40或甚至45到至多500、400、300或甚至200微米。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維當(dāng)制成20旦尼爾時(shí)的直徑為20或30-55或50微米；當(dāng)制成40旦尼爾時(shí)的直徑為40或60-85或80微米；當(dāng)制成70旦尼爾時(shí)的直徑為75或80-130或100微米；當(dāng)制成140旦尼爾時(shí)的直徑為80或100-300或150微米；當(dāng)制成360旦尼爾時(shí)的直徑為175或190-225或210微米；或任何其組合。注意到在上述實(shí)施方式中，纖維不限于指出了結(jié)果的特定旦尼爾尺寸。而是，纖維是通過在使纖維具有特定旦尼爾并測(cè)試時(shí)注意到的所會(huì)有的纖維直徑來描述的。相反，以下實(shí)施方式是關(guān)于規(guī)定旦尼爾的纖維。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的旦尼爾為10-30，或平均為約20，并且在該實(shí)施方式中纖維的直徑為10、20或甚至30-65、60、55或甚至50微米，并且在一些實(shí)施方式中平均直徑為48微米。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的旦尼爾為30-40，或平均為約30，并且在該實(shí)施方式中纖維的直徑為20、30、40或甚至60-115、100、85或甚至80微米，并且在一些實(shí)施方式中平均直徑為73微米。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的旦尼爾為4、10,35或甚至60到至多130、100、或80，或平均為約70。在該實(shí)施方式中，纖維的直徑為50、60、70、75，或甚至80-220、200、150、130、或甚至100微米，并且在一些實(shí)施方式中平均直徑為89微米。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的旦尼爾為80、90、100、120或140到至多300、250、200、或160。在一些實(shí)施方式中，纖維的平均旦尼爾為約140。在該實(shí)施方式中，纖維的直徑為50、70、80、或甚至100-300、250、200、或甚至150微米，并且在一些實(shí)施方式中平均直徑為128微米。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的旦尼爾為150、200、或甚至300到至多1500、500、450或甚至200。在一些實(shí)施方式中，纖維的平均旦尼爾為約360。在該實(shí)施方式中，纖維的直徑為100、150、175、或甚至190-400、250、225、或甚至210微米，并且在一些實(shí)施方式中平均直徑為198微米。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維的直徑由下式描述，其中纖維的直徑(以微米計(jì))大約等于纖維旦尼爾的O. 48次冪的11. 7倍(直徑=11. 7x旦尼爾°48)。在一些實(shí)施方式中，纖維的直徑在以所述等式的結(jié)果為中心的20、10或甚至5微米范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維具有40-90旦尼爾；在第5次拉循環(huán)時(shí)在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高80%至130%的模量；當(dāng)制成平紋針織織物時(shí)，由ASTMD751測(cè)得的使得該織物失效時(shí)的載荷/厚度為710至16001bf/in (124和280N/mm)的頂破戳刺強(qiáng)度；并且是直徑為80-100微米的單絲。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維具有90-160的旦尼爾；在第5次拉循環(huán)時(shí)在 100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高50%至120%模量；并且是直徑為100-150微米的單絲。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維具有300-400的旦尼爾；在第5次拉循環(huán)時(shí)，在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高50至150%的模量；并且是直徑為180-220微米的單絲。聚合物本發(fā)明的纖維由聚合物制成。在一些實(shí)施方式中，纖維由熱塑性聚氨酯聚合物制成。在這些實(shí)施方式的一些中，聚氨酯是聚酯熱塑性聚氨酯。在一些實(shí)施方式中，聚氨酯與流變改性劑反應(yīng)，例如它可以用聚醚交聯(lián)劑交聯(lián)。纖維本身的重均分子量(Mw)可為至少500，000 (500k)。纖維的Mw可為至少500k、600k、或甚至650k，并且可高到超過任何現(xiàn)有測(cè)量手段，或在一些實(shí)施方式中高達(dá)I. 2百萬。此外，制備纖維的聚合物的Mw可為500k-1500k。聚合物的Mw可超過500k、600k或甚至650k，并且Mw可為不超過1500k或甚至 IOOOk0本發(fā)明的纖維可由熱塑性彈性體制成。在一些實(shí)施方式中，熱塑性彈性體是熱塑性聚氨酯(TPU)。本發(fā)明在本文中總體采用TPU描述，但應(yīng)理解，這只是一種實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可采用其它熱塑性彈性體。本發(fā)明中使用的TPU聚合類型物可以是本領(lǐng)域和文獻(xiàn)中已知的任何常規(guī)的TPU聚合物，只要該TPU聚合物具有如下限定的足夠的分子量。合適的TPU聚合物可通過使多異氰酸酯與中間體如羥基封端的聚酯、羥基封端的聚醚、羥基封端的聚碳酸酯或其混合物，以及一種或多種擴(kuò)鏈劑反應(yīng)來制備，這都是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。羥基封端的聚酯中間體通常為這樣的直鏈聚酯，其Mn為約500-約10，000,或約700-約5，000，或甚至約700-約4，000，酸值通常低于I. 3或低于O. 8。分子量通過端位官能團(tuán)的測(cè)定來確定并與數(shù)均分子量相關(guān)。該聚合物通過以下方式制備(I) 一種或多種二醇與一種或多種二羧酸或酐的酯化反應(yīng)，或(2)通過酯交換反應(yīng)，即一種或多種二醇與二羧酸的酯的反應(yīng)。相對(duì)于酸通常超過I摩爾過量的二醇的摩爾比是優(yōu)選的，從而獲得具有端位羥基優(yōu)勢(shì)的直鏈。合適的聚酯中間體還包括各種內(nèi)酯如聚己內(nèi)酯，其典型地由ε-己內(nèi)酯和雙官能引發(fā)劑如二甘醇制備。期望的聚酯的二羧酸可以為脂族、環(huán)脂族、芳族、或其組合?？蓡为?dú)或混合使用的合適的二羧酸通常具有總計(jì)4-15個(gè)碳原子并包括琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、間苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸、環(huán)己烷二酸等。還可以使用以上二羧酸的酐，如鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐等。在一些實(shí)施方式中，酸為己二酸。反應(yīng)形成期望的聚酯中間體的二醇可以為脂族的、芳族的、或其組合，并具有總計(jì)2-12個(gè)碳原子，包括乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、2，2- 二甲基-1，3-丙二醇、1，4-環(huán)己烷二甲醇、癸二醇、十二亞甲基二醇等。在一些實(shí)施方式中，二醇包括1，4_ 丁二醇。羥基封端的聚醚中間體是聚醚多元醇，其得自具有總計(jì)2-15個(gè)碳原子的二醇或多元醇，優(yōu)選烷基二醇或二醇，其與包括具有2-6個(gè)碳原子的環(huán)氧化物(典型地為環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷或其混合物)的醚反應(yīng)。例如，羥基官能聚醚可以通過首先使丙二醇與環(huán)氧丙烷反應(yīng)，然后接著與環(huán)氧乙烷反應(yīng)來制備。得自環(huán)氧乙烷的伯羥基的反應(yīng)性比仲羥基強(qiáng)，因此是優(yōu)選的?？捎玫氖惺劬勖讯嘣及ň?乙二醇)，其包括與乙二醇反應(yīng)的環(huán)氧乙烷，聚(丙二醇)，其包括與丙二醇反應(yīng)的環(huán)氧丙烷，聚(四甲基二醇)(PTMEG)，其包括與四氫呋喃反應(yīng)的水。在一些實(shí)施方式中，聚醚中間體是聚四亞甲基醚二醇(PTMEG)。聚醚多元醇進(jìn)一步包括環(huán)氧化物的多胺加合物，并且可以包括，例如，乙二胺加合物，其包括乙二胺和環(huán)氧丙烷的反應(yīng)產(chǎn)物，二亞乙基三胺加合物，其包括二亞乙基三胺與環(huán)氧丙烷的反應(yīng)產(chǎn)物，和類似的多胺型聚醚多元醇。本發(fā)明中也可以采用共聚醚。典型的共聚醚包括THF和·環(huán)氧乙烷或THF和環(huán)氧丙烷的反應(yīng)產(chǎn)物。這些可購(gòu)自BASF，如Poly THF B，嵌段共聚物，和poly THF R，無規(guī)共聚物。各種聚醚中間體的由端位官能團(tuán)測(cè)定來確定的數(shù)均分子量(Mn)通常為大于約700，如約700-約10，000，或約1000-約5000，或甚至約1000-約2500的平均分子量。特別期望的聚醚中間體是兩種或更多種不同分子量聚醚的共混物，如20001^和IOOOMnPTMEG的共混物。本發(fā)明的一種實(shí)施方式采用由己二酸與1，4- 丁二醇和1，6-己二醇50/50共混物的反應(yīng)制備的聚酯中間體。本發(fā)明的基于聚碳酸酯的聚氨酯樹脂通過使二異氰酸酯與羥基封端的聚碳酸酯和擴(kuò)鏈劑的共混物反應(yīng)來制備。羥基封端的聚碳酸酯可以通過使二醇與碳酸酯反應(yīng)來制備。美國(guó)專利4，131，731在此就其關(guān)于羥基封端的聚碳酸酯及其制備的公開內(nèi)容通過引用納入。該聚碳酸酯是直鏈的并具有端位羥基，且基本不含其它端位基團(tuán)。必要的反應(yīng)物是二醇和碳酸酯。合適的二醇選自含4-40、或4-12個(gè)碳原子的環(huán)脂族和脂族二醇，和每分子含2-20個(gè)烷氧基的聚氧亞烷基二醇，其中各烷氧基含2-個(gè)碳原子。適用于本發(fā)明的二醇包括含4-12個(gè)碳原子的脂族二醇，如1，4- 丁二醇、1，4-戊二醇、新戊二醇、1，6-己二醇、2，2，4-三甲基-1,6-己二醇、1，10-癸二醇、氫化二亞油二醇、氫化二油二醇；和環(huán)脂族二醇，如1，3-環(huán)己二醇、1，4- 二羥甲基環(huán)己烷、I, 4-環(huán)己二醇、1，3- 二羥甲基環(huán)己烷、I, 4-內(nèi)亞甲基-2-羥基-5-羥基甲基環(huán)己烷、和聚亞烷基二醇。反應(yīng)中使用的二醇可為單一的二醇或二醇的混合物，這取決于對(duì)最終產(chǎn)物的期望性質(zhì)。羥基封端的聚碳酸酯中間體是本領(lǐng)域和文獻(xiàn)中通常已知的那些。合適的碳酸酯選自碳酸亞烷基酯，其由具有以下通式的5-7元環(huán)組成
權(quán)利要求
1.一種熔紡纖維，其具有至少400%的極限伸長(zhǎng)率并具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載和卸載循環(huán)中相對(duì)平坦的模量。
2.權(quán)利要求I的纖維，其中該纖維在第5次拉循環(huán)時(shí)的模量為在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上增加不超過400%的模量。
3.權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)的纖維，其中由所述纖維制備的平紋針織織物具有優(yōu)異的頂破戳刺強(qiáng)度，其中優(yōu)異的頂破戳刺強(qiáng)度是指所述織物的纖維在所述纖維的平均旦尼爾為約70時(shí)具有由ASTM D751測(cè)得的使得失效時(shí)的載荷/厚度為至少7101bf/in(124N/mm)的頂破戳刺強(qiáng)度。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的纖維，其中所述纖維為直徑30-300微米的單絲纖維。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的纖維， 其中該纖維的旦尼爾為40-90 ； 其中該纖維在第5次拉循環(huán)時(shí)的模量在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高80%至130% ； 其中由所述纖維制備的平紋針織織物具有由ASTM D751測(cè)得的使得該織物失效時(shí)的載荷/厚度為710至16001bf/in(124和280N/mm)的頂破戳刺強(qiáng)度；和 其中該纖維是單絲并且直徑為80-100微米。
6.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的纖維， 其中該纖維的旦尼爾為90-160 ； 其中該纖維在第5次拉循環(huán)時(shí)的模量在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高50%至120% ;和 其中所述纖維是單絲并且直徑為100-150微米。
7.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的纖維， 其中該纖維的旦尼爾為300-400 ； 其中該纖維在第5次拉循環(huán)時(shí)的模量在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載循環(huán)上提高50%至150% ;和 其中所述纖維是單絲并且直徑為180-220微米。
8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的纖維，其中由所述纖維制備的平紋針織織物具有優(yōu)異的頂破戳刺強(qiáng)度，其中優(yōu)異的頂破戳刺強(qiáng)度是指所述織物的纖維在所述纖維的平均旦尼爾為約70時(shí)具有由ASTM D751測(cè)得的使得達(dá)到失效的能量為至少251bf-in. (2. 8N-m)的頂破戳刺強(qiáng)度。
9.權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的纖維，其中由所述纖維制備的平紋針織織物具有優(yōu)異的頂破戳刺強(qiáng)度，其中優(yōu)異的頂破戳刺強(qiáng)度是指所述織物的纖維在所述纖維的平均旦尼爾為約70時(shí)具有由ASTM D751測(cè)得的使得失效時(shí)的載荷為至少6磅(2.7kg)的頂破戳刺強(qiáng)度。
10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)的纖維，其中所述纖維是熱塑性聚氨酯纖維。
11.權(quán)利要求10的纖維，其中所述纖維是聚酯熱塑性聚氨酯，其任選地用聚醚交聯(lián)劑交聯(lián)。
12.權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)的纖維，其中所述纖維的重均分子量為至少500，000。
13.權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)的纖維，其中所述纖維由聚合物組合物制成，并且其中所述聚合物組合物的重均分子量為500，000-1, 500, 000。
14.一種織物，其包含至少兩種不同的纖維，其中所述纖維至少之一是權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)的纖維。
15.制備熔紡纖維的方法，所述熔紡纖維是具有至少400%的極限伸長(zhǎng)率并具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載和卸載循環(huán)中相對(duì)平坦的模量的纖維，所述方法包括 (a)通過噴絲頭熔紡熱塑性彈性體聚合物；和 (b)以不大于排出噴絲頭的聚合物熔體速度的50%的纏繞速度將彈性纖維纏繞到梭心。
全文摘要
具有至少400%的極限伸長(zhǎng)率并具有在100%至200%伸長(zhǎng)率的加載和卸載循環(huán)中相對(duì)平坦的模量的熔紡纖維。制備所述纖維的方法。
文檔編號(hào)D03D15/08GK102947495SQ201180028409
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月15日
發(fā)明者R·R·威杜拉, 小J·E·布里森, M-W·李, D·M·菲舍, C·A·斯普拉格 申請(qǐng)人:路博潤(rùn)高級(jí)材料公司