本发明涉及一种中空聚酯假捻加工丝的制备方法、假捻加工丝以及含有该假捻加工丝的纺织品。
背景技术：
以热塑性树脂为原料的合成纤维制得的纺织品因为具有良好的力学特性、耐热性和染色性等，被广泛应用于衣料领域。为了获得轻量舒适的效果，轻量型纤维正在被开发。相对于普通圆形横截面的纤维纺织品来说，中空横截面的纤维纺织品具有良好的市场情景，因为在与通常圆形断面纺织品具有相同的厚度、相同的外观密度的情况下，中空纤维纺织品具有一定的轻量效果。但是，目前市面上所使用的中空纤维基本是不假捻的延伸纤维，使用该延伸的合成纤维所得的纺织品在手感效果方面，其蓬松性手感效果要差于假捻纤维。
为了得到轻量又具有蓬松性的纺织品，还可以采用普通的中空假捻加工丝进行编织，或者采用高收缩丝和低收缩丝组成的混纤纱。但是，前者由于在丝加工赋予假捻丝卷缩性的时候，其中空部往往会被挤压，大大降低其中空率；而后者虽然能产生一定的卷缩效果，但轻量性达不到要求。
中国专利CN1536104A公开了一种细旦聚酯中空预取向丝的纺制方法及其制得的细旦中空聚酯纤维。由于该纤维的中空率为25～40%，单丝纤度为0.2～1.0旦，从而使得该纤维具备较好的保温性能，以及近似棉、毛等纤维的柔软特性。但该纤维主要是延伸丝，由该纤维制得的编织物的表面缺乏蓬松感；并且，该纤维的单丝纤度很细，其中空壁非常薄，在后加工阶段非常容易被挤压破裂，使得其运用受到了一定的限制。
中国专利CN104178828A公开了一种中空断面的加工丝。该加工丝的中空度能够到达15%以上35%以下，由该纤维制得的织物能够充分的体现轻量感。但由于该纤维采用全牵伸丝进行低温假捻工艺，生产成本较高，应用面还是有一定的局限性。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种生产工艺简单且成本低的中空假捻加工丝的制备方法，由该方法制得的中空假捻加工丝，以及含有该假捻加工丝的纺织品。
本发明的技术解决方案是：
一种假捻加工丝的制备方法，首先将聚酯通过中空喷丝板进行纺丝得到预取向丝；然后在1.01～1.30、温度90～180℃的条件下先进行微拉伸；而后再进行拉伸假捻加工，，假捻加工的温度为60～100℃，最终得到中空聚酯假捻加工丝。
所述微拉伸的倍率优选1.05～1.20，温度优选120～160℃。
所述假捻加工的温度优选70～90℃。
本发明还公开由上述方法制备得到的假捻加工丝，该假捻加工丝的横截面为含有空隙的扁平截面，中空率为0.2～2.0%。
所述假捻加工丝的扁平度优选2.0～4.0。
将该假捻加工丝经过90℃×20min的热处理后，其横截面中空率优选15～35%。
该假捻加工丝的结晶度优选25～50%、捲缩伸长率优选15～35%、沸水收缩率优选5～10%。
本发明的中空假捻加工丝的制备方法工艺简单、成本低，制得的中空假捻加工丝的卷缩性能良好。本发明的中空假捻加工丝可以作为纺织品的原料，含有它的纺织品在经过热处理后其中的中空假捻加工丝的中空率得到大幅提升，纺织品的嵩高性好，轻量性能良好，同时具有一定的保温性能。
具体实施方式
本发明所述的中空聚酯假捻加工丝的制备方法，在常规的纺丝工艺条件下将聚酯经中空喷丝板吐出成丝制得预取向丝POY，再在倍率1.01～1.30、温度90～180℃的条件下先进行微拉伸，而后再进行拉伸假捻加工，从而制得中空假捻加工丝。
对本发明所述的聚酯的是以二元酸和二元醇的反应物为主要结构单元的聚酯，对其具体种类不做特别的限定，可以是现有公知的各种普通聚酯和/或改性聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、阳离子可染型聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
所述的常规纺丝工艺条件是指，聚酯经过熔融、空气冷却、上油、集束、卷绕而制得预取向丝POY。卷取速度为2500～4000m/min。
在制得预取向丝POY后，再进行微拉伸，拉伸倍率为1.01～1.30。倍率在1.01以下，假捻加工丝的残留伸度比较大，所制成的织物容易产生染斑；若倍率高于1.30，加工过程中容易产生断丝，导致加工安定性降低。本发明的微延伸倍率优选1.05～1.20。
本发明所述的微拉伸的拉伸温度为90～180℃，若温度低于90℃，微拉伸之后纤维结晶度会有所降低，假捻加工丝的中空回复性低；若温度高于180℃，假捻加工丝的中空回复性并没有显著提高，温度太高也会增加生产成本。本发明的微延伸温度优选120～160℃。
将预取向丝POY微拉伸后还要再进行通常的拉伸假捻加工，拉伸假捻加工的拉伸倍率可以是1.03～1.15，热箱温度可以是80～110℃。
本发明的假捻加工为低温假捻加工，假捻温度为60～100℃。当假捻温度在60℃以下时，该温度与纤维成型聚合物的玻璃化温度较为接近，分子链段的运动困难，加工制得的假捻加工丝的卷缩性明显不足，近似于延伸丝，丧失假捻加工的意义；另一方面，当假捻加工温度高于100℃时，虽然足以使得分子链段得到充分运动，并且由于假捻盘的旋转，使得纤维在热箱内产生捻向，但是在此温度下这种捻向会过度挤压中空纤维，使其产生不可回复的变形，由其织得的织物经热处理后，也无法回复所要求的中空率。本发明所述假捻温度优选70～90℃。
由上述方法制备得到聚酯中空假捻加工丝的横截面为含有空隙的扁平截面，中空率为0.2～2%。中空的预取向丝在经过假捻加工后，中空部被挤压变形为扁平状，其变形的大小会影响扁平度及后续热处理后的中空回复效果。因此，本发明的假捻加工丝的扁平度优选2.0～4.0，更优选2.3～3.5。
再进行拉伸假捻加工前，由于先对预取向丝进行了微拉伸定型的缘故，预取向丝内部的分子链具有良好的取向度，结晶度高。假捻过程中采用的是低温假捻的工艺，加工丝本身的永久性变形较小。因而，虽然得到的假捻加工丝的中空率只有0.2～2.0%，但是在经过热处理后，加工丝横断面上中空部的形状从扁平状回复为假捻加工前的中空形状，中空率得到很大的还原，回复后的中空率优选15～35%。
所述热处理可以是湿热处理也可以是干热处理，处理条件为90℃×20min。不管是单独将本发明的聚酯中空假捻加工丝进行热处理，还是由该聚酯中空假捻加工丝形成布帛后再进行热处理，所述加工丝的中空率都可以得到回复，回复后的中空率优选15～35%。
在将本发明的假捻加工丝加工成纺织品后，为了使得中空率能够回复到15～35%的程度，对纺织品进行热处理加工的温度可以是60～180℃，优选70～170℃，最优选80～150℃。不论是干热还是湿热处理，热处理温度太低时，假捻加工丝的收缩应力没有完全释放，使得最终成型的布帛残余收缩过大，布帛尺寸安定性不良。另一方面，若热处理温度太高，假捻加工丝的收缩应力会完全释放，但是布帛的手感会明显变硬，丧失良好的布面柔软效果。
热处理回复后的假捻加工丝的中空率优选15～35%。回复后的中空率太小，在衣料用途方面，轻量性及保温性效果不明显。衣料用编织物，如果在纤维间或组织间有一定的空气层，则能产生一定的保温效果，但是，如果其构造中没有或几乎没有空气层，体温所产生的热量会与空气进行对流换热，保温性明显低下。由于中空假捻加工丝的中空部封闭有安定的空气层，体温所产生的热量直接与外界空气对流的程度会明显减少，从而保温性明显提高。虽然，中空率越高，其轻量化程度越高，保温性效果越好，但是，中空率过高，则中空假捻加工丝会在假捻加工工序中已经被挤压变形，造成不可回复的变形，使得布帛在热处理时，无法产生良好的中空。所以，从轻量化效果、保温性效果及穿着使得中空纤维被挤压变形失去中空效果等方面综合考虑，热处理回复后的假捻加工丝的中空率更优选15～25%。
本发明所述假捻加工丝的结晶度优选25～50%、捲缩伸长率优选15～35%、沸水收缩率优选5～10%。
本发明的中空假捻加工丝，其在进行假捻加工前的原丝断面外形最好是圆形。因为，当断面外形的异形度较大时，纺丝是很容易断丝，并且，延伸、假捻加工时也特别容易产生毛羽及断丝现象。
本发明的中空假捻加工丝，其在进行假捻加工前的原丝的断面的中空部分最好是在中心部位，并且最好为三角形，也就是说，横断面上中空部位不要有偏心现象。因为，如果中空部位发生偏心，其中空壁厚就会出现不匀，薄壁处很容易在后加工阶段发生破裂。另一方面，假捻加工前的原丝的中空部呈三角形状，本发明的发明人通过对三角中空、圆中空及正方形中空的纤维模型，了解到了纤维受压后应力、应变、位移及中空面积变化的差异。其结果是，三角中空其抵抗外力程度最强，位移及形变量最小，中空面积变化最少，是最为稳定的中空结构。当中空纤维在进行后期的延伸、假捻、织造及染色等工艺时，中空纤维始终受到由于与导丝器等接触挤压而产生的摩擦外力，中空度的保持显得尤为重要。
根据本发明工艺简单、成本低的制备方法，可以得到卷缩性能良好的聚酯中空假捻加工丝，经过热处理后加工丝的中空率得到大幅提升。由该加工丝制得的纺织品的嵩高性明显，轻量性能良好，同时具有一定的保温性能。
本发明实施例中的参数是采用下述方法来测定。
(1)沸水收缩率
①纱线取样10圈×1m/圈，将纱线自然下垂悬挂在温度25℃，湿度60%的环境中调湿12小时；
②在测长台上，将纱线悬挂定克重G，测出原长L，
G＝D×0.9×0.1×圈数×2 （D：纱线纤度）；
③将测好的纱线用纱布包好放在100℃的水中，保持水温为100℃、30min；
④将纱布及纱线自然冷却，然后取出纱线挂在温度25℃，湿度60%的环境中调湿12小时；
⑤调湿好的纱线悬挂定克重G，测出L1。根据下列公式算出湿热收缩率：湿热收缩率＝（L－L1）/L×100%。
(2)捲缩伸长率
①纱线取样10圈×1m/圈，将纱线自然下垂悬挂在温度25℃，湿度60%的环境中调湿12小时；
②将纱线用纱布包好，放在90℃恒温水槽中保持20min；
③将纱及纱线自然冷却，将纱线取出后挂在温度25℃，湿度60%的环境中调湿12小时；
④将纱线挂在装满水的测量水槽中，先悬挂初荷重+定荷重，保持2min后读出长度L，
初荷重＝0.002g/d×D×2×卷数，
定荷重＝0.1 g/d×D×2×卷数，
然后将定荷重去除，保持初荷重状态悬挂2min，读出长度L1，根据下面公式测出：捲缩伸长率＝（L－L1）/L×100%。
(3)热处理及中空率
①取中空假捻加工丝样品放入90℃的热水中处理20min；
②通过面积仪来测试加工丝横截面面积：
单丝的外圆断面横截面的面积S1；
单丝的内圆断面横截面的面积S2；
按下面的公式计算横截面中空率，
中空率＝（S2/S1）×100%，
取20组数据计算平均值。
(4)扁平度
①取中空假捻加工丝样品，在显微镜下观察其横截面；
②读取单丝的宽度a；
③读取单丝的长度b；
扁平度=b/a。
(5) 结晶度
参照标准JISL1013（2010）进行测试。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但以下实施例不应看作是对本发明的限制。
实施例1
将真空干燥后水分约30ppm的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片通过螺杆挤出机，挤出机各区温度为285℃、290℃、290℃，使之熔融，流入计量泵，准确计量后压入组件中。
使用中空喷丝板纺丝，冷却距离为45mm，通过侧吹风冷却，风温为20℃，风速为20m/min，设定卷绕速度为3500m/min，控制纤度为60dtex/36F，得到中空预取向丝POY。
对卷绕好的中空预取向丝进行假捻，先进行微拉伸，微拉伸倍率为1.30，拉伸温度为150℃，再采用低温假捻，假捻机一热箱温度设置为100℃，二热箱温度为室温，倍率1.15，卷取速度500m/min，假捻温度为90℃，得到纤度为45dtex/36F的中空假捻加工丝。纱线的中空率为0.5%，扁平度为2.8，沸水收缩率为7.8%，捲缩伸长率为24.0%，结晶度为35%。进行90℃×20min的热处理后，中空率为15%。
实施例2
将真空干燥后水分约30ppm，聚对苯二甲酸乙二醇酯切片通过螺杆挤出机，挤出机各区温度为285℃、290℃、290℃，使之熔融，流入计量泵，准确计量后压入组件中。
使用中空喷丝板纺丝，冷却距离为45mm，通过侧吹风冷却，风温为20℃，风速为20m/min，设定卷绕速度为3500m/min，控制纤度为60dtex/36F，得到中空预取向丝POY。
对卷绕好的中空预取向丝进行假捻，先进行微拉伸，微拉伸倍率为1.01，拉伸温度为150℃，再采用低温假捻，假捻机一热箱温度设置为100℃，二热箱温度为室温，倍率1.10，卷取速度500m/min，假捻温度为90℃，得到纤度为45dtex/36F的中空假捻加工丝。纱线的中空率为0.5%，扁平度为3.0，沸水收缩率为7.3%，捲缩伸长率为25.3%，结晶度为49%。进行90℃×20min的热处理后，中空率为27%。
实施例3
将真空干燥后水分约30ppm，聚对苯二甲酸乙二醇酯切片通过螺杆挤出机，挤出机各区温度为285℃、290℃、290℃，使之熔融，流入计量泵，准确计量后压入组件中。
使用中空喷丝板纺丝，冷却距离为45mm，通过侧吹风冷却，风温为20℃，风速为20m/min，设定卷绕速度为3500m/min，控制纤度为60dtex/36F，得到中空预取向丝POY。
对卷绕好的中空预取向丝进行假捻，先进行微拉伸，微拉伸倍率为1.20，拉伸温度为180℃，再采用低温假捻，假捻机一热箱温度设置为100℃，二热箱温度为室温，倍率1.10，卷取速度500m/min，假捻温度为90℃，得到纤度为45dtex/36F的中空假捻加工丝。纱线的中空率为0.5%，扁平度为2.5，沸水收缩率为6.9%，捲缩伸长率为23.6%，结晶度为49%。进行90℃×20min的热处理后，中空率为29%。
实施例4
将真空干燥后水分约30ppm，聚对苯二甲酸乙二醇酯切片通过螺杆挤出机，挤出机各区温度为285℃、290℃、290℃，使之熔融，流入计量泵，准确计量后压入组件中。
使用中空喷丝板纺丝，冷却距离为45mm，通过侧吹风冷却，风温为20℃，风速为20m/min，设定卷绕速度为3500m/min，控制纤度为60dtex/36F，得到中空预取向丝POY。
对卷绕好的中空预取向丝进行假捻，先进行微拉伸，微拉伸倍率为1.15，拉伸温度为90℃，再采用低温假捻，假捻机一热箱温度设置为100℃，二热箱温度为室温，倍率1.05，卷取速度500m/min，假捻温度为90℃，得到纤度为45dtex/36F的中空假捻加工丝。纱线的中空率为0.5%，扁平度为3.8，沸水收缩率为9.5%，捲缩伸长率为20.1%，结晶度为39%。进行90℃×20min的热处理后，中空率为17%。
实施例5
将真空干燥后水分约30ppm，聚对苯二甲酸乙二醇酯切片通过螺杆挤出机，挤出机各区温度为285℃、290℃、290℃，使之熔融，流入计量泵，准确计量后压入组件中。
使用中空喷丝板纺丝，冷却距离为45mm，通过侧吹风冷却，风温为20℃，风速为20m/min，设定卷绕速度为3500m/min，控制纤度为60dtex/36F，得到中空预取向丝POY。
对卷绕好的中空预取向丝进行假捻，先进行微拉伸，微拉伸倍率为1.15，拉伸温度为150℃，再采用低温假捻，假捻机一热箱温度设置为100℃，二热箱温度为室温，倍率1.10，卷取速度500m/min，假捻温度为100℃，得到纤度为45dtex/36F的中空假捻加工丝。纱线的中空率为0.3%，扁平度为3.5，沸水收缩率为6.2%，捲缩伸长率为26.3%，结晶度为47%。进行90℃×20min的热处理后，中空率为25%。
实施例6
将真空干燥后水分约30ppm，聚对苯二甲酸乙二醇酯切片通过螺杆挤出机，挤出机各区温度为285℃、290℃、290℃，使之熔融，流入计量泵，准确计量后压入组件中。
使用中空喷丝板纺丝，冷却距离为45mm，通过侧吹风冷却，风温为20℃，风速为20m/min，设定卷绕速度为3500m/min，控制纤度为60dtex/36F，得到中空预取向丝POY。
对卷绕好的中空预取向丝进行假捻，先进行微拉伸，微拉伸倍率为1.15，拉伸温度为150℃，再采用低温假捻，假捻机一热箱温度设置为100℃，二热箱温度为室温，倍率1.05，卷取速度500m/min，假捻温度为60℃，得到纤度为45dtex/36F的中空假捻加工丝。纱线的中空率为2.0%，扁平度为2.5，沸水收缩率为9.7%，捲缩伸长率为15.3%，结晶度为43%。进行90℃×20min的热处理后，中空率为28%。
比较例1
将真空干燥后水分约30ppm，聚对苯二甲酸乙二醇酯切片通过螺杆挤出机，挤出机各区温度为285℃、290℃、290℃，使之熔融，流入计量泵，准确计量后压入组件中。
使用中空喷丝板纺丝，冷却距离为45mm，通过侧吹风冷却，风温为20℃，风速为20m/min，设定卷绕速度为3500m/min，控制纤度为60dtex/36F，得到中空预取向丝POY。
对卷绕好的中空预取向丝进行假捻，先进行微拉伸，微拉伸倍率为1.20，拉伸温度为80℃，再采用低温假捻，假捻机一热箱温度设置为100℃，二热箱温度为室温，倍率1.10，卷取速度500m/min，假捻温度为50℃，得到纤度为45dtex/36F的中空假捻加工丝。纱线的中空率为2.5%，扁平度为1.9，沸水收缩率为13.0%，捲缩伸长率为13.7%，结晶度为24%。进行90℃×20min的热处理后，中空率为13%。
比较例2
将真空干燥后水分约30ppm，聚对苯二甲酸乙二醇酯切片通过螺杆挤出机，挤出机各区温度为285℃、290℃、290℃，使之熔融，流入计量泵，准确计量后压入组件中。
使用中空喷丝板纺丝，冷却距离为45mm，通过侧吹风冷却，风温为20℃，风速为20m/min，设定卷绕速度为3500m/min，控制纤度为60dtex/36F，得到中空预取向丝POY。
对卷绕好的中空预取向丝进行假捻，先进行微拉伸，微拉伸倍率为1.20，拉伸温度为180℃，再采用低温假捻，假捻机一热箱温度设置为100℃，二热箱温度为室温，倍率1.05，卷取速度500m/min，假捻温度为110℃，得到纤度为45dtex/36F的中空假捻加工丝。纱线的中空率为0.1%，扁平度为4.1，沸水收缩率为4.9%，捲缩伸长率为35.3%，结晶度为51%。进行90℃×20min的热处理后，中空率为10%。