專利名稱：雙組份自卷曲聚合物纖維的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙組份自卷曲聚合物纖維。
本發(fā)明特別涉及一種自卷曲雙組份聚合物纖維的新制法，以及按照這種方法可以生產(chǎn)的具有新的卷曲形狀的雙組份纖維以及其應(yīng)用。
由于并列型(S/S型)雙組份纖維具有自卷曲性能，是生產(chǎn)的主要品種?；谠摼酆衔锢w維的兩半有不同的收縮率，可以產(chǎn)生三維卷曲，與使用機(jī)械填塞式卷曲機(jī)進(jìn)行卷曲得到的鋸齒狀卷曲相比，其優(yōu)點(diǎn)是膨松度大、彈性和回彈性好，手感優(yōu)良。
自卷曲的先決條件是要有由于纖維的兩半在收縮率、收縮能力和彈性模量上的差別而造成的一定的卷曲潛力。再有，如果兩個(gè)組份是處于大致相等的部位，即在截面上每個(gè)組份都是半個(gè)圓，對(duì)確定的聚合物組合對(duì)就有最大的卷曲能力。
然而，對(duì)于除了需要有不同的收縮率，而且應(yīng)該彼此很好地粘在一起的兩個(gè)組份，并不絕對(duì)要求是兩種聚合物，因?yàn)樵谌∠?、結(jié)晶度或相對(duì)粘度方面的差別也能產(chǎn)生收縮率差。
然而，后幾種可能性是與減小卷曲潛力相聯(lián)系的，這使得卷曲產(chǎn)生困難。由于卷曲潛力太小的纖維產(chǎn)生的問(wèn)題是盡管如此還要使它們產(chǎn)生均勻的卷曲。正如在DE 17 60 755中所述，必須藉助于空氣噴射嘴來(lái)吹開(kāi)由許多單根的原纖組成的牽拉過(guò)的纖維束來(lái)做到這一點(diǎn)，使得每根單根的原纖能自由而松馳地卷曲，受不到其相鄰纖維的阻礙。通過(guò)這種方法制成通常的三維卷曲。然而，就當(dāng)前的短纖牽拉生產(chǎn)線的能力來(lái)說(shuō)，將纖維束吹散成為膨大而松散的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致一種困難，這就是在最終的干燥和熱定形過(guò)程中，這種卷曲的絲束幾乎沒(méi)有任何余地來(lái)通過(guò)正常的干燥器，而且會(huì)都卡在那里，這就使正常的生產(chǎn)變得很難。但是對(duì)于雙組份纖維來(lái)說(shuō)，由于這種纖維是由兩種不同聚合物組成，本身具有較高的卷曲潛力，是至今所知的唯一的三維螺旋形自卷曲，再加上要使大的纖維束，即由多根單纖組成的束發(fā)生卷曲，這就指出了如在所述例子中出現(xiàn)的問(wèn)題。
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種方法，它可避免在先有技術(shù)中的上述問(wèn)題和講過(guò)的缺點(diǎn)，使得在纖維生產(chǎn)線上也能控制大絲束密度的雙組份聚合物纖維的自卷曲。
在下文中，絲束被理解為至少由5000根連續(xù)纖維組成的一種結(jié)構(gòu)。
如果在主牽拉后跟著在最后一個(gè)冷的牽拉單元上對(duì)熱且干的絲束進(jìn)行后牽拉；在有拉力狀態(tài)下，必要時(shí)加有榨干的操作，使得在松弛前測(cè)量絲束有10～30％(wt)的水膜；在干燥器吸入處，在緊密，密實(shí)狀態(tài)下進(jìn)行松弛。那么就會(huì)得到具有二維Ω絲束(這對(duì)使用是有益的)和可控制的一部分三維螺旋絲束的纖維的自卷曲。這種卷曲是新型的，而且有非常的優(yōu)點(diǎn)。
使人意外的是，由于至今為止出于純幾何的原因，在具有運(yùn)動(dòng)自由度受到嚴(yán)格限制的緊密絲束中進(jìn)行單根絲的自卷曲是不可想象的，而按照本發(fā)明的方法做到了這一點(diǎn)。
甚至更令人意外的是按照本發(fā)明的方法產(chǎn)生的自卷曲形狀及其機(jī)理。在發(fā)明過(guò)程開(kāi)發(fā)的新操作方法避免了使用與大纖維絲束有關(guān)的DE 17 60 755所產(chǎn)生的問(wèn)題。
為了說(shuō)明本發(fā)明，在

圖1和圖2中示意性地介紹了按照本發(fā)明的牽拉和卷曲方法的優(yōu)選實(shí)施方案，圖上的數(shù)字代表1.紡絲絲束(未牽拉的S/S型雙組份纖維絲束)2.第一牽拉單元3.蒸汽通道4.第二牽拉單元5.第三牽拉單元6.第四牽拉單元(冷卻軋光機(jī))7.最終整理用浸浴8.壓水輥
9.干燥機(jī)前的絲束卷繞裝置10.平板式傳遞帶干燥機(jī)11.整理過(guò)的絲束送往切斷機(jī)12.與7不同的輥式整理通過(guò)將多個(gè)卷筒的絲束合并而得到未牽拉的S/S雙組份纖維絲束1，其中從所有紡位來(lái)的合并多股線分別放在紡絲機(jī)上。這里未牽拉的絲束仍然是平直的，因?yàn)樵诖藸顟B(tài)下卷曲性質(zhì)只是一種潛在性質(zhì)。由于具有較高卷曲潛力，所以最好使用由兩種不同的但又是同類型(為了有足夠的粘合力)聚合物組成的多股線，比如是PA6/PA66、PET/PBT、PE/PP或者由聚合物與其共聚物配成一對(duì)，比如PET/共聚PET。在按照本發(fā)明的方法中特別優(yōu)選內(nèi)酯在共聚PET中的含量為4～12％(mol)的PET/ε-己內(nèi)酯共聚PET的組合。
為了得到在其表面復(fù)蓋有預(yù)先加熱并均勻化了的紡絲制備涂層的緊密絲束，將絲束1分別引導(dǎo)通過(guò)一個(gè)潤(rùn)濕槽(圖上未標(biāo)出)，然后進(jìn)入第一牽拉單元2。在使用PET/共聚PET時(shí)，導(dǎo)絲輥溫度設(shè)置大約70℃。牽拉發(fā)生在第一牽拉單元和行速更快的第二牽拉單元4之間，藉助于溫度約100℃的蒸汽通道進(jìn)行。在第二牽拉單元中的溫度大約120℃，這和用什么聚酯有關(guān)，后面所有的數(shù)據(jù)都如此。根據(jù)紡絲速度和纖維的類型不同，牽拉比一般在大約3.0～3.7之間。正如在圖1中所指出的，如果提供總共四套牽拉單元，第三牽拉單元5的設(shè)定值是與第二單元相同的。如果該纖維生產(chǎn)線只裝有全部三個(gè)牽拉單元，而且它們?cè)瓌t上足可以滿足按照本發(fā)明方法的要求，那么第三個(gè)牽拉單元必須完成后牽拉單元的職能。只是應(yīng)該記住，在到達(dá)最后一個(gè)導(dǎo)絲輥之前(約120℃)，纖維絲束必須是干的，而且必須達(dá)到接近導(dǎo)絲輥的溫度。為了誘導(dǎo)卷曲，一個(gè)處于冷狀態(tài)下的小的后牽拉，即最后一個(gè)牽拉單元(圖上的第4個(gè))是很重要的。冷就意味著不用加熱(即接近室溫)。在實(shí)際使用時(shí)，此后牽拉單元經(jīng)常是一個(gè)具有大導(dǎo)絲輥的所謂軋光機(jī)，將其對(duì)常規(guī)的PET纖維是用于熱定形。后牽拉的牽拉比在1,000～1,100之間為好，最好在1.005～1.050之間。在牽拉工序之后是對(duì)按照本發(fā)明方法的另一重要的處理步驟必須給予仍處于應(yīng)力狀態(tài)下的絲束以較高而分布均勻的水含量。與用水處理的同時(shí)，在絲束上要滌上最終整理劑，對(duì)于填充纖維一般涂上硅化合物(在水中的乳液)。通過(guò)一個(gè)浸漬浴7就能很好地實(shí)現(xiàn)絲束的浸濕。在輥8上軋去多余的水，使得留在絲束上的水膜的量對(duì)于按照本發(fā)明的方法是最佳的。最佳范圍是含有10～30％的水膜，最好是15～20％。此水膜明顯高于DE 17 60 755中所要求的范圍(＜6％)。圖2介紹的是絲類浸濕的另一優(yōu)選實(shí)施方案，就是用輥整理12(吻合輥)?？捎盟鼇?lái)代替浸漬浴。雖然從理論上講正確的水含量應(yīng)直接可用輥整理來(lái)調(diào)節(jié)，但在此情況下一般還推薦先加上過(guò)量的水，然后在后面再將其榨去，因?yàn)橹挥杏眠@樣的方法才能保證浸到絲束內(nèi)部的芯層。在纖維生產(chǎn)線上進(jìn)行的，按照本發(fā)明的方法所必須的第三和最后一個(gè)處理步驟就是松馳和自卷曲。松馳發(fā)生在一對(duì)卷繞輥對(duì)9之后。與以前眾所周知的方法相反，按照本發(fā)明方法的特征性和本質(zhì)的一點(diǎn)是，絲束的松馳發(fā)生在濕態(tài)和緊密狀態(tài)，絲束并未打開(kāi)，所以處于緊密結(jié)構(gòu)下的各單根絲相互接觸，彼此之間有一定量的粘附作用。
意外的是，在與先技術(shù)大相徑庭的這些條件下可以發(fā)生自卷曲作用。在平板傳送帶干燥器10入口處的卷繞裝置9的總管中已經(jīng)開(kāi)始了纖維的自卷曲。該總管用來(lái)沿著平板傳送帶干燥器的寬度范圍上將蛇狀的絲束進(jìn)行卷繞。對(duì)于為利用干燥器的能力而進(jìn)行的靠近的卷繞，必要時(shí)能在總管末端和板式傳送帶之間使用附加的輔助裝置，藉以看到未加捻的卷繞和疊起的情況。在進(jìn)入第一干燥室之前已經(jīng)在很大程序上發(fā)生了卷曲。由于使用按照本發(fā)明的操作方法，即使在已卷曲的狀態(tài)下，絲束的膨松度也小于開(kāi)放的吹散絲束，因此在操作上仍然沒(méi)有問(wèn)題。平板式傳送帶干燥器最好置于145～185℃的溫度，停留時(shí)間為5～12分鐘，最好大約7.5分鐘。也可以使用篩網(wǎng)筒狀干燥器來(lái)代替平板式傳送帶干燥器。干燥條件要滿足使纖維表面硅整理劑固化的要求，同時(shí)也用來(lái)使卷曲絲束干燥和熱定形。在傳送帶末端整理過(guò)的絲束被冷卻，然后一般是進(jìn)入一個(gè)切斷機(jī)11(圖中未顯示)。然而也有的應(yīng)用是直接加工未切斷的絲束。
使用按照本發(fā)明的方法來(lái)制造自卷曲的纖維束，這種纖維束不像用普通方法那樣是螺旋狀即螺線狀，這樣就意外地形成了一種新的卷曲方法。我們稱這種新的卷曲為Ω卷曲。在圖3的特征花樣b中可以看到這是一個(gè)適當(dāng)?shù)拿枋觥?請(qǐng)注意在圖3中的所有圖像都放大了141％，以便使卷曲結(jié)構(gòu)能更好地被觀察到)。直到目前為止，只有利用復(fù)雜的機(jī)械方法(也稱作皺紋法或圓圈卷曲)才能制造出相似種類的有如此精美的圓圈和規(guī)則卷曲的絲束，這樣的方法比如R.Bauer和H.J.Koslowski在《化纖辭典》(Chemiefaser-Lexikon)，DeutscherFachverlag GmbH，F(xiàn)rankfurt/Main，1979，P60底部(插圖)和P63底部右邊的敘述；或者如B.von Falkai在《合成纖維》(Synthesefasern)，Verlag Chemie，Weinheim 1981，P148底部和P149(111.20帶照片)中的敘述。但是，完全按照本發(fā)明的Ω絲束并不是在個(gè)別的纖維或一組纖維中弧立地制造的，而只是在適當(dāng)條件下呈一種緊密的比較大的結(jié)構(gòu)。參考圖3a就清楚地看到這一點(diǎn)，圖3a代表了Ω卷曲纖維束的一個(gè)平面形截面。從上面看，能看到嚴(yán)格有序的連續(xù)規(guī)則波浪狀結(jié)構(gòu)，在絲束的前進(jìn)方向(左-右)以及意外地在橫向(上-下)以橫定的相位，嚴(yán)格相同步地延續(xù)著。這種高度有序的結(jié)構(gòu)本身是在選擇的條件下形成的，如果用機(jī)械圓圈式卷曲，這是完全不可想象的。如果通過(guò)圖3a的平面做一個(gè)縱向截面，并從側(cè)面觀察，就可看到單根纖維的Ω卷曲，這就是說(shuō)，圖3b代表了圖3a的縱向斷面。由此，可直接證實(shí)，真實(shí)的純?chǔ)妇砬且环N二維(平面狀)卷曲。如果考慮的不僅是純專業(yè)領(lǐng)域(經(jīng)常是由線性和單因果思維方式來(lái)支配這一點(diǎn))，那么只能找到與在一個(gè)寬的表面上用許多單根纖維延展出嚴(yán)格有序的Ω卷曲機(jī)理有關(guān)問(wèn)題的答案。在此情況下，很清楚的是，Ω卷曲現(xiàn)像是所謂自組織系統(tǒng)的一個(gè)例子，就就好像以后在明顯完全不同的系統(tǒng)中，如在物理、化學(xué)、生物、社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域中，在有關(guān)方法的驚人相似處能發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)。Hermann Haken在此上面奠基了一門稱作協(xié)作學(xué)的新學(xué)科。這項(xiàng)工作的學(xué)說(shuō)能從數(shù)學(xué)上說(shuō)明，由無(wú)組織的元素或分系統(tǒng)自然建立起結(jié)構(gòu)。這樣遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡的結(jié)構(gòu)只能通過(guò)不斷地供應(yīng)能量和/或物質(zhì)(即在一個(gè)與環(huán)境發(fā)生變換聯(lián)系的開(kāi)放系統(tǒng))才能維持與建立。因此，就存在著與燭焰相類似的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)。通過(guò)在一定外部條件(比如除了講過(guò)的其它要求外，絲束的水膜要多于約10％)下由無(wú)序(混亂)建立的有序參數(shù)來(lái)控制單個(gè)元素的協(xié)調(diào)合作，這與通過(guò)偶發(fā)力(脈動(dòng))和確定的關(guān)系造成的相轉(zhuǎn)變很相似。比如，不能用自組織的方法直接建立如用機(jī)械針織卷曲做成的結(jié)構(gòu)，代替它的是需要許多在更高層次上的自然感覺(jué)，以便以可自生的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的方法使外部影響值互相達(dá)到最佳匹配。
在圖4和圖5中對(duì)比了已知的螺旋卷曲和按照本發(fā)明的新型Ω卷曲的幾何形狀。各符號(hào)有如下含義X、Y、Z 三維座標(biāo)系的三軸S螺旋卷曲Ω Ω卷曲Ps 螺旋卷曲的周期PΩΩ卷曲的周期WΩΩ卷曲的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在圖4表示的是從座標(biāo)O點(diǎn)開(kāi)始，纖維的螺旋在垂直的Z軸方向上，而在X-Y平面上的Ω卷曲是在Y方向上。對(duì)每類自卷曲，S/S雙組份構(gòu)形收縮較多的組份(對(duì)于PET/共聚PET系統(tǒng)是共聚PET)分別位于卷曲弧的內(nèi)側(cè)。由于與螺旋卷曲相反，Ω卷曲交替地具有相反轉(zhuǎn)折方向的弧，Ω曲線軌跡的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)折點(diǎn)(與Y軸相交點(diǎn))也同時(shí)相當(dāng)于在纖維中組份位置變換處的物質(zhì)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由于過(guò)程的位置變換是連續(xù)發(fā)生的，當(dāng)絲束結(jié)構(gòu)中有給定的空間(橫向)干擾時(shí)，它只能以如下方式發(fā)生，即當(dāng)一個(gè)Ω弧向下一個(gè)過(guò)渡時(shí)，纖維就沿著自己的軸轉(zhuǎn)向。由于相互的接觸，這個(gè)轉(zhuǎn)向不會(huì)個(gè)別地發(fā)生，而是在相互連接的絲束的整個(gè)寬度上以如下的方式發(fā)生耦合的，即共軛的纖維分別以相反的轉(zhuǎn)動(dòng)方向(在每個(gè)弧之后交替的是向后和向前)彼此轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，Ω卷曲的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是緊密絲束的聯(lián)系體系，所以說(shuō)，藉此產(chǎn)生了卷曲的同步，最終它又導(dǎo)致自組織和絲束的高度有序。在圖5中，它表示為什么同一種材料會(huì)自動(dòng)地具有更寬的弧，也就是說(shuō)每個(gè)線性單元中，Ω卷曲比S卷曲有更長(zhǎng)的卷曲周期和更少的弧數(shù)。如果將兩種類型的卷曲以線型部分彼此吻合地畫在一起，就可以看出，當(dāng)Ω弧的長(zhǎng)度有一半到轉(zhuǎn)折點(diǎn)并仍擺向另一側(cè)時(shí)，S弧已經(jīng)結(jié)束了。不過(guò)，Ω周期并不需要恰好為S周期寬度的2倍(這也取決于S螺線的有效間距)，但是一般較大的弧(在周期和振輻上)總是導(dǎo)致Ω卷曲形狀而不是螺旋形。對(duì)于某些應(yīng)用，無(wú)論是純的S卷曲還是純的Ω卷曲都不是最好的。不過(guò)，藉助于按照本發(fā)明的方法，就能特別有效地設(shè)置出介于S卷曲和Ω卷曲的中間狀態(tài)，而不會(huì)帶來(lái)任何生產(chǎn)方法上的不利。在圖4中，這樣的纖維將座落在Y-Z平面上，在空間中沿Y方向以Ω形狀延伸，然后再在空間中在Z方向以S形狀延伸。這樣的圖樣，不再是純粹的Ω卷曲，帶有螺旋弧的照片如圖3d和e所示。圖3d的圖樣表示的是適于制造填充纖維的中間卷曲形狀，它也特別適用于制造小纖維球(如Schlafkugeln，睡夢(mèng)球)，在中空的實(shí)施方案中，它具有特別好的膨松度和回彈性。對(duì)于純粹的二維Ω卷曲的最好應(yīng)用是以這種方式(非中空)卷曲的纖維用來(lái)增強(qiáng)特種紙張(濕羊毛紙)，在如下的實(shí)施例中將更詳細(xì)地?cái)⑹鰣D3c～e的花樣的生產(chǎn)要求。
實(shí)施例一種未牽拉雙組份紡絲材料，其組份為PET/ε-己內(nèi)酯共聚PET，共聚PET中含ε-己內(nèi)酯8％(mol)，其他材料為S/S中空截面構(gòu)形。
第一與第二牽拉單元之間的主牽拉比約為1∶3.5。一方面是5％的硅整理劑的涂布方法，另一方面是在冷牽拉單元的后牽拉比都是變化的，這兩者對(duì)自卷曲都有影響。在這些不同實(shí)施方案中，各種纖維的紡織數(shù)據(jù)仍然大致是相同的，即整理過(guò)的纖維的纖度約為5.3dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為45％，抗拉強(qiáng)度約為3.6cN/dtex，各實(shí)施方案涉及卷曲的幾何形狀有如下的影響——正如在圖3c的一段松散絲束中所見(jiàn)，后牽拉比為1.006和隨后浸漬、榨干令導(dǎo)致良好的Ω卷曲。
——同樣的后牽拉比(1.006)，但用(計(jì)量的)輥整理，不榨干，得到圖3d的卷曲。由于水膜不均勻，形成較小的纖維組，其中Ω和S弧統(tǒng)計(jì)地交替。
——用浸漬和榨干進(jìn)行整理，但使用更高的后牽拉比，發(fā)生由Ω向S卷曲的移動(dòng)，對(duì)于圖3e中的花樣，后牽拉比為1.024，對(duì)于更大(1.050以上)的后牽拉比，形成單個(gè)的紋合，其S卷曲多于Ω卷曲。后牽拉比越高，Ω卷曲面積越小，比較圖3c和e就可看到這一點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.基于在纖維束生產(chǎn)線上合并S/S紡出的雙組份材料，生產(chǎn)自卷曲雙組份聚合物纖維的方法，包括用牽拉、后牽拉、整理、松馳、干燥和熱定形來(lái)加工這種絲束，其特征是——在主牽拉后跟著在最后一個(gè)冷的牽拉單元上對(duì)熱且干的絲束進(jìn)行后牽拉，——在有拉力狀態(tài)下，必要時(shí)加有榨干的操作，使得在松弛前測(cè)量絲束有10～30％(wt)的水膜，——在干燥器吸入處，在緊密，密實(shí)狀態(tài)下進(jìn)行松弛。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，后牽拉所用的牽拉比最大為1.100。
3.按照權(quán)利要求1和2的方法，其特征是，后牽拉所用的牽拉比為1.005～1.050。
4.按照權(quán)利要求1～3中之一的方法，其特征是，用浸漬或輥整理的方法進(jìn)行整理。
5.按照權(quán)利要求1和4的方法，其特征是，用硅整理劑進(jìn)行整理。
6.按照前述權(quán)利要求1～5中之一的方法，其特征是，在必要時(shí)具有的榨干后和在松馳前測(cè)量的水膜為15～20％(wt)的方法進(jìn)行整理。
7.按照前述權(quán)利要求1～6中之一項(xiàng)的方法，其特征是，對(duì)于S/S型雙組份纖維，使用相關(guān)類型的聚合物，比如是PA6/PA66，PET/PBT，PE/PP，或者聚酯和共聚聚酯對(duì)，比如PET/共聚PET作為聚合物，其中含有統(tǒng)計(jì)分布的ω-羥基羧酸單元的PET/共聚PET組合最后，后者最好通過(guò)用ε-己內(nèi)酯改性而制得。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其特征是，選擇一方面來(lái)自對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的聚合物，另一方面來(lái)自含有4～12％(mol)的ε-己內(nèi)酸的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯共聚物用于S/S型雙組份纖維。
9.可用按照1～8中之一項(xiàng)的方法生產(chǎn)的，基本上含有二維Ω卷曲弧，還可能地含有三維螺旋弧的自卷曲雙組份纖維。
10.按照權(quán)利要求9的自卷曲雙組份纖維作為填充纖維的應(yīng)用，特別是其中空形式，最好是用來(lái)生產(chǎn)小纖維球，以及紙張?jiān)鰪?qiáng)纖維，特別是用純粹的Ω卷曲形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過(guò)主牽拉、在冷牽拉單元上進(jìn)行后牽拉、在有拉力狀態(tài)下涂布水以及在干燥器入口處在緊密和密實(shí)形狀下進(jìn)行松弛這樣一些步驟，在纖維生產(chǎn)線上生產(chǎn)自卷曲S/S型雙組分纖維的方法，這造成具有新型卷曲形狀和極好使用狀況的纖維。
文檔編號(hào)D01F8/14GK1136098SQ9610484
公開(kāi)日1996年11月20日 申請(qǐng)日期1996年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月11日
發(fā)明者維爾納·凱吉, 維爾納·施蒂比, 京特·謝德克, 賴納·施特勞布, 格哈德·施密特 申請(qǐng)人:埃姆斯·英芬塔股份有限公司