专利名称：由膨松连续长丝工艺方法生产的短纤维及由这种纤维制造的纤维束的制作方法
相关申请的相互参照本申请要求享有1999.06.18立案的临时申请60/139,938号的优先权。
本发明的领域本发明涉及短纤维，更具体点说，涉及用膨松连续长丝法(BCF法)制造的表面改性的聚酯短纤维和由这种纤维制造的纤维束，该纤维束能被用作纤维填充材料，特别是聚酯絮填。
本发明的背景聚酯絮填被广泛用作枕、被、褥、睡、袋、服装、家具垫和类似物件的比较不贵的填充材料。絮填大多数是由聚对苯乙二酸乙二酯的卷曲短纤维生产出来的。这种短纤维可有广阔的范围，具有各种不同的旦数(纤度)、卷曲几何形状、卷曲水平、切割长度、表面涂层、横截面和其他性能、聚酯絮填常被涂覆硅酮涂层如聚氨基硅氧烷润滑剂，有时涂有其他非硅酮涂层如嵌段聚对苯二甲酸乙二酯/聚氧化亚烃。这种涂层可改善成品的柔软度和手感，还有助于减少成品中的絮填在使用时成垫(即凝集在一起)的倾向。绝大多数的短纤维絮填经过梳理、交叉搭接、制成毡层，然后被用作填充材料。或者在最终制品内短纤维被开松并吹入作为填充材料。
填充材料的另一种型式为纤维束，这是短纤维在被用作填充材料之前被制成束状。与短纤维制成的毡层不同，纤维束能在枕套内移动，其情况犹如羽绒或羽绒/羽毛混合物。纤维束通常由成包螺旋卷曲短纤维制出，一般用两步法(聚合/纺丝，然后拉伸)制造。短纤维首先被开松，然后交付滚转或翻滚，在罗拉梳理机、盖板梳理机上作用或在圆筒壁上滚转。已知的翻滚法曾在美国专利4,618,531和4,783,364号中公开。最近十年来纤维束在许多填充用途上被人们接受，销量增加，制造方法有所改进，价格缓慢下滑。但纤维束的制造与梳理的毡层相比，仍然是一个产出较低而费用贵的工艺方法，这一点阻碍市场的进一步发展。
卷曲在纤维束结构和其容易成形方面起到重要作用。另外，卷曲确定填充能力、絮填产品的柔软度和被压缩后的恢复能力。商业上供售的填充纤维可以有机械的卷曲或螺旋形卷曲。机械的卷曲是由著称的卷曲箱技术产生的，而螺旋形卷曲是由不对称骤冷或两个组分的共轭(复合)纺丝产生的。两个组分共轭的纤维是由两个只是分子链长度不同的聚合物或两个不同的聚合物或共聚物纺制而成。这种纤维的卷曲是由于暴露受热时两个聚合物之间或其双组分结构的不同收缩率造成的。Halm等在美国专利5,112,684号曾指出填充用的纤维束已可从具有特定形状的机械卷曲纤维中制备出来。具有螺旋形卷曲的螺旋纤维束曾由Marcus在美国专利4,618,531和4,783,364号中予以公开。
实践表明由不对称骤冷或由双组分共轭纺制制造的螺旋卷曲纤维是供给纤维束的最佳材料，因为它容易辊压，造成的纤维束填充材料具有高度合乎需要的柔软度、回流能力和在被压缩后的恢复能力，在很小的力量下立即可蜷曲。这种纤维束与用机械卷曲制造的纤维束相比，具有均匀的三维缠结、最优的松密度、及在柔软度和压缩后恢复能力之间的最佳的平衡。另外，由立即会蜷曲的纤维制成的纤维束只有较少的纤维会伸出到纤维束之外，因此可减少纤维束之间的粘合。这一点对枕头和家具背垫之类用品特别需要，因为可提高回流能力。另外，即时蜷曲不仅可改善纤维束结构，由于减少所需辊压时间，还可增加纤维束的产量。
纤维纺制的速率通常要比用来制造短纤维和短纤维束的拉伸/切割和梳理/翻滚工艺方法的速率快得多。在现行条件下，将纤维纺制线与短纤维拉伸/切割工艺方法和纤维束的制造工艺方法配合是非常困难并且是不经济的。按照已知方法用来产生纤维束的工艺方法产出较低，因此用纤维纺制和拉伸来与纤维束的生产偶合是不切实际的。另外，制造短纤维束的两步法即聚合/纺丝然后拉伸/切割，是一个复杂而费用高的工艺方法，因为这两个没有偶合在一起的工艺方法在工艺方法的步骤之间还需要有额外的材料搬运。此外，这样做制造费用和投资都是高的，因为需要增添工人去操作分设的传统拉伸机，其操作费用是费钱的。再者，拉伸机本身也是费钱的。
因此有需要研发一种简化的工艺方法以资用来生产能被用来制造纤维束的纤维。具体地说，最好能减少材料搬运，将整个制造纤维/纤维束的设备偶合在一起，包括纺丝/拉伸/切割的步骤以及制成纤维束的步骤。这样一种工艺方法理论上应能生产出很少粘合的纤维束，并且从制造观点看，应该比现有技术的工艺方法简单得多并更为经济。
纱线的连续喷射膨松被广泛用来生产通常由聚酰胺或聚丙烯构成的地毯纱。完成纱线的这种连续喷射膨松的机械在商业上可从德国Neumunster的Neumag及其他机械制造商取得供应。Neumag的标准高速连续的短纤维生产线实际上能生产以任何一种聚合物包括聚酯在内为基的产品，如同在1995年12月号的纺织月刊ITMA报道MMF设备15-20页的“Easy routes to fibre production”(生产纤维的捷径)一文中所揭露的那样。但以前并没有人知道可用这种生产线来生产表面改性的短纤维，也没有人知道可用连续喷射膨松法来生产用于纤维束的聚酯短纤维。
本发明的综述本申请人等发现用膨松连续长丝法(BCF法)生产的聚酯短纤维能够用来制成纤维束，其速率要比传统用来制造不对称骤冷或共轭双组分纤维的工艺方法快得多。这种纤维束的结构与从螺旋形纤维生产出来的纤维束的结构十分相似，而这种纤维束的填充能力能够等于或优于现有技术的这种纤维束，取决于纤维束的结构和膨松条件。
另外，本发明的BCF法能够生产出具有良好耐用性的纤维，该纤维在终端产品如枕头和坐垫内的膨胀水平高于用现有技术的纤维束制成的产品。令人惊奇的是，这些性能能在非常温和的滚转条件下取得。
再者，本发明的BCF法使我们能够独立调节终端产品的支承体积或初始高度，这在现有技术是不可能做到的。这使我们对由本发明的纤维束制成的终端产品能够产生最佳的压缩曲线。
另外，本发明的BCF法制成纤维的速率比制成不对称骤冷或双组分共轭纤维的工艺方法快得多。具体地说，本发明的工艺方法速率比现有技术的工艺方法速率快得多。采用相同的工艺方法条件，按照本发明制造的纤维束与从不对称骤冷或双组分共轭纤维制造的纤维束相比，按照本发明制造的供给纤维可以在缩短二分之一到五分之四的翻滚的时间内制出同等的纤维束。而且，本发明的工艺方法允许拉伸/卷曲和切割的速率比标准的纺丝/拉伸/卷曲/切割工艺快5到20倍，因此与传统的工艺路线比，人工和投资都可减少。
此外，由于小型BCF纺丝/拉伸/膨松单元的可以供售，使从聚合物生产出短纤维及/或纤维束到成品能进一步整合成联合生产线。由于供给纤维能以十分快的压制成纤维束，使纺丝/拉伸和纤维束生产的能力能够匹配，从而可简化工艺方法，减少所需投资和制造费用。另外，本发明的BCF法还可与在线的切割联合。
按照本发明提供的方法可用来生产这种纤维。按照这个方法，合成的聚合物先从熔体纺制成丝，经过冷却成为固化的连续长丝。固化的长丝在被加热辊带动前进时被拉伸。用加热的干燥流体在聚合物的第二转变温度之上的一个温度使所说长丝喷射膨松，再冷却到该第二转变温度之下，在线将长丝切割成段，便可生产出短纤维。将表面改性剂敷设在纤维上，然后纤维被硬化。或者，表面改性剂可在切割前敷设在长丝上，然后将切割的纤维硬化。而且按照本发明提供有按照本发明制造的表面改性的短纤维。
按照本发明的另一方面提供的是表面改性的短纤维。该纤维具有三维曲线杂乱的原始卷曲。最好，该短纤维具有2到20dtex的细度和10-100mm的切短长度。该纤维还具有发生次数为每10cm长度多于6个卷曲的继发卷曲。按照本发明还有一个方面提供的是从这种纤维生产出来的三维的杂乱缠结的纤维束。
附图的简要说明
图1的照片为具有螺旋形卷曲短纤维的现有技术的纤维束。
图2的照片为图1中纤维束的多条螺旋形卷曲短纤维。
图3的照片为具有机械卷曲的现有技术的纤维束。
图4的照片为图3中纤维束的多条机械卷曲短纤维。
图5的照片为按照本发明的具有三维曲线杂乱原始卷曲的短纤维的纤维束。
图6的照片为图5中纤维束的多条短纤维。
图7为示出本发明总工艺方法的略图。
本发明的详细说明图1的照片示出现有技术的纤维束，其中的纤维具有螺旋形卷曲如图2所示。图2的纤维为不对称骤冷的聚酯短纤维，商业上可从DuPont的Sabanci聚酯公司取得供应，型号为234/688。如从图2可见，该纤维具有圆滑波状原始卷曲。
现有技术的另一种纤维束如图3所示，其中的纤维如图4所示，系用机械方法卷曲，商业上也可从DuPont的Sabanci聚酯公司购得，作为絮填，型号为514，商标为QUALLOFIL。这种纤维的原始卷曲如图4所示也是圆滑成波状。
本发明的表面改性的短纤维具有三维曲线杂乱的原始卷曲，制成的纤维束如图5所示。图6所示的纤维为BCF空心的聚对苯二甲酸乙二酯纤维，切短长度为25mm，其原始卷曲在幅度、发生次数以及各长丝在空间内的取向上有非常频繁的变化，而继发卷曲在幅度和发生次数上比较有规则。或者，本发明的纤维可被描述为具有高和低两种发生次数的原始卷曲。
本发明的表面改性的短纤维最好具有2到20dtex的细度和10-100mm的切短长度。纤维最好为聚酯，但并不限于这种材料。另外纤维最好具有继发卷曲，其发生次数在每10cm长度上大于6个卷曲。
按照本发明，纤维可与其他纤维包括粘合剂纤维，制成纤维混合物。在这混合物中，纤维应具有至少70％的混合物重量。
本文使用的“表面改性”一词意为在纤维的表面上涂敷着一种材料，而该涂层会粘附在纤维上相当一段时间。本发明的短纤维能用硅酮聚合物如具有硅为纤维重量0.02到1.0％的聚二甲基硅氧烷来表面改性。本发明的短纤维也可用其他表面改性剂来表面改性，这些改性剂对某些用途可能是有利的，如同聚氧化亚烃的嵌段共聚物和其他聚合物如聚酯或聚乙烯或聚亚烷基聚合物，表面改性剂的重量百分比为纤维重量的约.1到约1.2％本段所述表面改性剂能很好地粘合到粘合剂纤维上并促进水分的迁移，这种能性对某些用途如非织造物品及由本发明的纤维和粘合剂纤维的混合物生产的纤维束可能是重要的。
非织造物品能从本发明的纤维生产出来，具体地说，能从本发明的用聚氧化亚烃和聚酯的嵌段共聚物表面改性过的纤维生产出来。
另外按照本发明能提供的纤维束具有散乱分布和缠结的纤维，如上所述是经过表面改性的短纤维。用硅酮聚合物或其他聚合物涂层如上所述那样使纤维表面改性可减少纤维对纤维的摩擦，通常有助于在较温和的条件下辊压纤维，能造成较高的膨松、较柔软的终端产品和纤维在纤维束内的均匀分布。
最好，纤维束具有一个从约2到约15mm的平均直径。本发明的纤维束最好是圆的，具有均匀的密度和三维的结构。以重量计至少50％的纤维束具有一横截面，其中每一纤维束的最大尺寸不大于最小尺寸的两倍。生产具有不同旦数的纤维，在纺丝工艺方法或拉伸工艺方法中把它们混合起来，这种纤维也能用来制出纤维束。
本发明的纤维束能够回流。采用本发明，从纤维束内伸出的长丝数较少。这样可保证较少的粘合和良好的回流能力。
按照本发明的纤维束可具有除本发明的纤维以外的另一种纤维。这另一种纤维以重量计可占纤维束内总纤维重量达30％。
本发明的纤维或纤维束可被用来填充如枕、被、家具垫、睡袋、服装等那样的物品。这种纤维束是用于模塑结构的良好材料如同在美国专利5,169,580、5,294,392和4,940,502号中所公开的那样。
另外按照本发明提供一种生产短纤维的工艺方法，该工艺方法将结合图7说明，包括下列步骤合成的聚合物先从熔体纺制成丝，经过冷却成为固化的连续长丝，在供应点1供应给本生产工艺方法(供应点1的长丝可来自一个或多个纺丝部分)。固化的长丝在被加热辊带动前进时被拉伸。从图上可见长丝被导引件2输送到拉伸单元模块3上，该模块包括一对或多对加热拉伸辊。应该注意到固化长丝可在一个或多个拉伸步骤内被拉伸。本发明的拉伸速率可达4000m/分而标准的拉伸速率只是150到400m/分。
接下来的步骤是用加热的干燥流体在聚合物的第二转变温度之上的一个温度使长丝喷射膨松。这个步骤是在图中标号4处的柱塞式注压机的喷射器内完成的。适宜运行这个工艺方法的商业上可供机械的一个例子为德国Neumunster的Neumag所生产的3D机械，该机械相当于图7中的零件3、4和7。Neumag的实验机械的说明和照片曾在1998年4月份的IFJ的102-103页上刊出。
注压机喷射器一般有两个部分，上部被注入蒸汽，而下部为一注压室。支撑松密度是在喷射器的上部形成的，主要依靠原始卷曲，而继发卷曲是在注压室内形成的。本发明的纤维的杂乱原始卷曲在加固纤维束结构上起到重要作用，因为它将纤维锁住，减少纤维相互间的滑动能力。结果，本发明的纤维就可具有提高的弹性和耐用性。
而且，本发明使用的注压机喷射器是十分灵活的，允许将支撑松密度调节到规定的终端用途要求。而采用不对称骤冷和共轭的双组分纤维就很难调节并控制松密度。
另外，由注压机喷射器形成规定松密度的特性可产生本发明的纤维束所显示的即时蜷曲效应，对本发明的纤维束的容易形成起到重要的作用。
为了从聚对苯二甲酸乙二酯制造纤维，将蒸汽注入到注压机喷射器内显然比注入热空气好。使用200-235℃的蒸汽膨松并在膨松之前经过韧化热处理可产生具有良好弹性的永久设定的卷曲。另外在发明中使用蒸汽与按照现有技术制出的纤维束相比，本发明得到的纤维束具有高出10-15％的填充能力和同等的膨松损失。
胀松的长丝通过敷设口被旋转导辊4a敷设到穿孔带5上，由该带运送膨松长丝使它通过图7中在带5附近的一个冷却区带。或者如不敷设在带上，膨胀长丝可被抛出到一个筛网上。膨松长丝于是被冷却到聚合物的第二转变温度之下，这个步骤是在冷却区段内完成的。在一较优实施例中，使用蒸汽时，长丝被冷却到50℃以下。从冷却区段出来长丝在被切割成段之前移动通过导辊6借以控制其能力。应该注意到旋转导辊4a、带5和冷却区可具有与图7所示不同的设计。例如该带可用旋转的穿孔滚筒来替代，并不影响本发明的本质。
按下来的步骤是将长丝切割成段以便制出短纤维。本发明的BCF法可与在线的切割结合。这个结合的BCF法和在线的切割工艺方法可使拉伸/卷曲/切割的速率比标准的纺丝/拉伸/卷曲/切割工艺快5到20倍。具体地说，在线的切割可按1800m/分到4000m/分的速率进行。
另外按照本发明的工艺方法，表面改性剂被敷设到短纤维上以便制出表面改性的短纤维。如从图7可见，短纤维被风扇8运送到筒仓9内，筒仓9调节流量并当长丝在纺制成拉伸中断裂时作为缓冲器。然后短纤维从筒仓9被风扇10运送到表面改性剂敷设器11。短纤维被空气流或带有齿或针的辊子输送并移动到多个喷射器之前以便敷设表面改性剂。应该注意到表面改性剂虽然可在切割长丝前敷设到长丝上。但由于拉伸和膨松工艺方法的高速，长丝上的表面改性剂的硬化要在速率高达1800-4000m/分的切割之前进行是不切合实际的，因为硬化所需的炉子要很长并且要从带上取下多层交叉敷设的长丝很困难。切割没有硬化的表面改性纤维还可使纤维沉积在切刀上和在任何一个可能与纤维接触的表面上。
因此本发明的工艺方法还包括一个使表面改性纤维硬化的步骤。如从图7可见，在表面改性剂被敷设后纤维被铺设在一炉带11a上以便硬化。该炉带载运纤维材料通过炉子12进行干燥和硬化，这是用传统的技术来完成的。短纤维从炉带上被风扇13运送使它通过一个阀门14。这时硬化的纤维或是被送到打包机15上打包以备日后加工，或是直接用在连结的工艺方法以使用来生产纤维束、非织造织物或类似产品。纤维可用纤维束成形(即滚转)设备直接加工，在该设备内纤维被折转成为纤维束。这样直接使用纤维生产纤维束是比较好的，因为可以简化纤维束的制造工艺方法并减少生产费用。从滚转设备纤维束被运送到包装单元17。为了实际的理由如纱线断裂或设备清洁，最好在纤维束成形设备和纺织品操作之间设有筒仓作为缓冲系统，应该注意到滚转设备可用其他纺织品加工设备如用来生产非织造织物或棉絮的设备替代。
适宜作为本发明的纤维束成形设备的翻滚机曾在美国专利4,618,531和4,783,364号中公开过。虽然本发明并不限定任何专用设备来将纤维滚转成纤维束，但翻滚工艺方法曾被发现是有效的，因为只要改变转速(rpm)或周期，便可用它来容易地控制纤维束的物理性能。另外，改进的盖板梳理机和罗拉梳理机或任何其他允许控制纤维滚转的设备也可用来生产本发明的纤维束。一般地说，所有能被用来从不对称骤冷或共轭双组分纤维来生产纤维束的工艺方法都可用于本发明。当滚转是用某些型式的翻滚机来完成时，按照本发明的纤维束的大小能用下列各项来控制纤维的切段长度、其弯曲模数、所施加的滚转力以及在滚转前纤维簇的大小。
本发明的工艺方法与现有技术相比能生产出具有可比松密度的纤维束并能以较短的时间或较温和的滚转条件形成纤维束。一般地说，本发明的翻滚所费时间可为现有技术加工时间的二分之一到五分之一，从而可显著地增加生产率。和减少制造费用，并可使商业上小巧的纺丝/拉伸/切割机如Neumag的3D机与纤维束的生产设备结合起来，这样便能在一联合工艺方法中从聚合物生产出立即可用的纤维束，而可不需包装、存储任何中间产品，既简化了生产工艺方法并减少了材料搬运。另外，这个联合而连续的工艺方法能使拉伸速率达到4000m/分而传统上标准的拉伸速率仅为150到400m/分，由此人工和投资都可节省。
喷射器设计、纱线在喷射器入口处的温度、纱线细度、长丝粗细和横截面、流体温度和压力是影响卷曲特性的主要参数并确定给定纤维是否容易滚转。由于这些参数的适当调节，纤维可完全分离，基本上没有不松开的部分，因此在滚转前可不需要用松开机来预先松开纤维，而在形成纤维束时所有纤维都能自由活动形成三维缠结的纤维束。
本发明另一优选是具有灵活性，在修改初始松密度时很少影响支撑松密度，反之亦然。这样人们便可调节用短纤维或纤维束填充的最终产品的压缩曲线并可直接联系到拉伸和膨松的工艺方法条件。在联合工艺方法中用短的反应时间逐渐调节松密度是将质量控制在规定限度内的必要条件。在这样一种联合的高生产率的工艺方法中重要的是要有高度的灵活性来调节产品的性能不仅在纤维生产的步骤上而且在纤维转变成纤维束的步骤上。本发明的BCF法和翻滚工艺方法使我们能够做到这一点。
检验方法的说明下面是在本发明的例子中使用的检验方法。圆筒松密度测量本方法用来测量纤维束或其他纤维束产品的压缩特性，其方式与测量羽毛和羽绒的填充能力十分相似。本法系将300g的松散材料如纤维束小心地放置在-500mm高、290mm直径的圆筒内，再用一块640平方cm的压板以100m/分的速率加压在该材料上一直到最大压力达到120N。然后使压板立时向上移动将材料松开。第一次压缩的目的只是使材料均匀，消除虚假的松密度；测量是在第二次压缩时完成的。在给定压力下的高度量出该材料的特性。在垫块上的松密度测量松密度测量按传统在美国Massachusetts州Canton的Instron公司供售的Instron机上进行，用该机附带的10cm直径的压板加压，量出压缩力与试样垫块高度之间的关系。垫块首先被一次加压到60N，然后松开，再行加压。在第二次压缩周期时高度随着压缩力的变化在下面的表2中列出。初始高度(IH2)为在第二压缩周期开始时的高度，而在60N的高度为垫块在第二压缩周期内在60N下的垫块高度。
举例在下列这些例子中，所有纤维系从聚对苯二甲酸乙二酯生产的聚酯纤维。所有用来生产本发明例子中纤维束的供给纤维是在Neumag公司(德国Neumunster)的先驱厂的3D机上生产的，而用来生产纤维束的设备为Lorch的型号ML10S，是由德国Esslingen的Lorch公司供售的。
比较对象ASdtex的聚酯短纤维，切段长度32mm，具有实心的圆形截面，用0.6％的硅酮润滑剂润滑，具有由不对称喷射聚冷长丝而产生的螺旋形卷曲。该长丝是从原始的聚合物纺出，使用法国Course Laville的Laroche公司供售的Laroche公司开松机开松。纤维于是移动通过由德国Monchengladbach的Trutzschler两合公司供售的Trutzschler(清洁能手)拍打机将短纤维撕裂成适当大小的纤维簇。将10kg的纤维簇吹入到空气翻滚机(Lorch公司供售，直径127cm，长度449.5cm)内以320rpm的转速翻滚75秒，接下来在另一方向翻滚75秒(共150秒)，这样来形成纤维束。纤维束从空气翻滚机中吸出被收集到织造的聚丙烯袋内。然后用圆筒松密度法测量产品的松密度。
例16.7dtex的聚酯短纤维，切段长度为32m，具有实心圆形截面，被0.6％硅酮润滑剂润滑，具有由后面要说明的BCF热设定膨松法产生的散乱的三维曲线延伸的长丝卷曲，移动通过开包机和Laroche的开松机，然后通过Trutzschler的清洁能手使其室保持开启为的是至少部分裂开纤维的结块。整个负载(能供应的全部数量为8.5kg，而标准负载为10kg)被吹入到与比较对象A相同的空气翻滚机内以320rpm的转速加工。但在例1中，这个BCF纤维只须在每一方向加工10秒钟(共20秒)，与使用螺旋形卷曲的供给纤维的比较对象A所需的每一方向25秒相比，比较对象A费时为例1的7.5倍。
例1使用的聚酯短纤维的制造和膨松的工艺方法如下。聚酯小片(回收的IV 0.61级的聚合物，而比较对象A使用的是原始的聚合物)被干燥15小时并纺制成圆形(实心)的长丝通过542根毛细管，产量为33.2kg/时(2个位置，每一位置271根毛细管)，使用的聚合物温度为296℃，抽出速率为380m/分，立即被拉伸(纺拉)，使用3组如下的拉伸辊90℃，418m/分(拉伸到1.1倍)；160℃，1806m/分(拉伸到4、3倍)；170℃(减速排出，50m/分)；喷射膨松使用的蒸汽为220℃的温度，80巴的压力；然后以1590m/分的速率被润滑，使用一连串的喷射器敷设与比较对象相同的聚二甲基硅氧烷型润滑剂，提供相同的润滑剂水平(0.6％)，以1590米/分的速率切成短纤维。将短纤维送入真空包装的袋内在一带上通过炉子，在170℃至少10分钟使短纤维上的润滑剂硬化。
例2在本例内使用的供给纤维与例1相同，只是加工成纤维束的工艺方法被修改以便显示至少部分纤维结块被消除的效果。纤维通过开包机和Laroche的开松机被加工，然后移动通过清洁能手，再在与比较对象相同的条件下在Lorch的翻滚机内加工。负载为9.0kg，例1的负载为8.5kg，而比较对象A的标准负载为10。发生这个偏差的原因是由于纤维的受限制的供应能力。在本例中纤维在滚转之前的加工所产生的产品的尾状物的数目非常显著地减少，具有改进的纤维束结构和增加的松密度，可与比较对象A的松密度匹敌，如从表1可以看到。在例2中产品的填充能力(在低负载下的松密度)与比较对象A相等，而支撑松密度(在120N下的高度)约高出10％。
例36.0dtex的空心聚酯纤维，切段长度为32mm，与前类似地被润滑和卷曲，只是稍有不同如下纤维系从IV0.62级的聚合物(从原始聚合物的小片熔出)纺出，通过560根具有“C”形的毛细管，因此产生略为偏心的空心长丝，具有大约10％的空隙含量，抽出速率为450m/分，第一组拉伸辊(90℃)的速率为468m/分(拉伸比1.04x，第二阶段的拉伸比仅为3.9x)，用于喷射膨松的蒸汽压力为8.5巴(230℃)。
这些纤维(4kg)被加工，如同例1，通过Trutzschter的清洁能手，同样使其室保持开启，再在相同的空气翻滚机(Lorch公司的如用比较对象A)中以320rpm的转速转75秒(全部)，不改变方向。纤维束然后被吸入到织造的聚丙烯袋内。
上述试验中的每一种纤维束产品的松密度都在圆筒中量出，结果在下面的表1中列出。
例3的纤维需要较长的时间或较高的转速才能达到与例2的结构可比的纤维束结构。这可能是因为例3的纤维具有极高的卷曲水平。这可从表1中看到例3的纤维束具有较高的松密度。
表1
应该注意到例3产品的松密度值总是最佳的，远比用作比较对象的商业产品优越。拿例1的产品与商业产品相比，就第二压缩周期开始的初始高度(初始松密度)而言，前者接近后者；但就最大负载时的高度(支撑松密度)而言，前者反而大于后者；另外前者由空气翻滚制成，只需20秒钟，而后者要21/2分钟。
重要的是还要注意到一些与产品有影响的重大因素商业产品一般需要从供给纤维的制造和膨松地点用真空包装运送到完成空气翻滚的地点，而本发明的例1的产品可不需；本发明的产品只是生产了较少数量的纤维和纤维束，因此缺少机会来优化加工条件，而商业产品已制造了好几年，在该期间工艺方法和产品已进行优化；还有例1的产品是由回收的聚合物制成的，而商业产品一般是由原始聚合物制成的。
松密度测量是在两个垫块上，其中一个就是上面所说的比较对象A，而另一个垫块为比较对象B。两个垫块都具有相同的尺寸(50×50×10cm)。比较对象B使用的纤维束基本上与比较对象A相同只是稍有不同，即空气翻滚机是在360rpm的转速下操作的，这样制成的商业产品具有大约低5-7％的初始高度和提高的支撑松密度(牢固度)，这对家具垫是合适的。比较对象B的垫块用675g的这种商业产品填充。由于例3的产品具有较高的松密度，因此只需574g便可填充这个垫块。如从表2可见，按照本发明的例3的垫块虽然填充重量较小，但具有较高的松密度，即显然较轻而较庞大。
表2
业内人士可从上面列出的本发明的说明中获得教益，从而可对本发明作出各种修改。这种修改应被认为属于本发明的权利要求所列出的范围之内。
权利要求
1.一种表面改性的短纤维，所说纤维的特征为具有三维曲线杂乱的原始卷曲。
2.权利要求1的表面改性短纤维，其中纤维具有2到20dtex的细度和10-100mm的切段长度，纤维另有特征为具有每10cm长度发生次数超个6个卷曲的继发卷曲。
3.权利要求1的纤维，其中纤维用硅酮聚合物如具有硅为纤维重量0.02到1.0％的聚二甲基硅氧烷来表面改性。
4.权利要求1的纤维，其中纤维用聚氧化亚烃的嵌段共聚物和其他聚合物如聚乙烯或聚亚烷基聚合物来表面改性，其中表面改性剂的重量百分比为纤维重量的约0.1到约1.2％。
5.权利要求1的纤维的混合物具有至少一种其他纤维包括粘合剂纤维，其时权利要求1的纤维具有混合物的重量的至少70％。
6.用权利要求1的纤维填充的枕、被、家具垫、睡袋、服装和类似物品。
7.用权利要求1到4的纤维生产的非织造物品。
8.一种纤维束具有多根散乱分布和缠结的纤维，其特征为，纤维束具有多根表面改性的短纤维，其中纤维的特征为具有三维曲线杂乱的原始卷曲。
9.权利要求8的纤维束，其中纤维具有2到20dtex的细度和10-100mm的切段长度，纤维另有特征为具有每10cm长度发生次数超过6个卷曲的继发卷曲，其中纤维束具有约2mm到约15mm的平均直径。
10.权利要求8的纤维束，其中纤维用硅酮聚合物如具有硅为纤维重量0.02到1.0％的聚二甲基硅氧烷来表面改性。
11.权利要求8的纤维束，其中纤维用聚氧化亚烃的嵌段共聚物和其他聚合物如聚乙烯或聚亚烷基聚合物来表面改性，其中表面改性剂的重量百分比为纤维重量的约0.1到约1.2％。
12.权利要求8的纤维，其中以重量计至少50％的纤维束具有一个横截面，其中每一纤维束的最大尺寸不超过最小尺寸的两倍。
13.权利要求9的纤维，除权利要求9的短纤维外，还具有另一种纤维，这另一种纤维以重量计可占纤维束内总纤维重量达30％。
14.用权利要求8的纤维束填充的枕、被、家具垫、睡袋、服装和类似物品。
15.一种生产以三维曲线杂乱的原始卷曲为特征的短纤维的工艺方法，包括下列步骤(a)合成的聚合物从熔体纺制成丝，并冷却该聚合物生产出固化的连续长丝；(b)固化的长丝在被加热辊带动前进时被拉伸；(c)用加热的干燥流体在合成聚合物的第二转变温度之上的一个温度使长丝喷射膨松；(d)将长丝冷却到合成聚合物的第二转变温度之下；(e)在线将长丝切割成段以便产出短纤维；(f)将表面改性剂敷设到纤维上以便产出表面改性的纤维；(g)硬化表面改性的纤维。
16.权利要求15的工艺方法，其中步骤(e)在步骤(f)之前完成。
17.权利要求15的工艺方法，其中步骤(f)在步骤(e)之前完成，使表面改性剂被敷设到长丝上，然后表面改性长丝被切割以便生产出表面改性的短纤维。
18.权利要求15的工艺方法，其中硬化的纤维被打包以便日后加工或被直接用于联合的工艺方法以便生产出纤维束、非织造物或类似产品。
19.权利要求15的工艺方法，其中纤维在纤维束成形设备内被滚转成为纤维束。
20.由权利要求15的工艺方法制成的表面改性短纤维。
全文摘要
本发明涉及表面改性的短纤维,更具体点说,涉及聚酯纤维填充材料和纤维束,它们由完全联合的膨松连续长丝(BCF)法制成。
文档编号D04H1/54GK1357064SQ00809114
公开日2002年7月3日 申请日期2000年6月16日 优先权日1999年6月18日
发明者J·S·阿恩, F·布拉克尔曼, I·马库斯 申请人:纳幕尔杜邦公司