专利名称：聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维的制造方法以及聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维、纱线和织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造适用于纱线和其它织物用途的聚对苯二甲酸亚丙基酯(“3GT”)卷曲短纤维，涉及短纤维，并涉及由所述短纤维制成的纱线和织物。
背景技术：
通常被称作“聚对苯二甲酸亚烷基酯”的聚对苯二甲酸亚乙基酯(“2GT”)和聚对苯二甲酸亚丁基酯(“4GT”)是常见的商品聚酯。聚对苯二甲酸亚烷基酯具有优异的物理和化学性能，特别是化学、热和光稳定性、高熔点和高强度。因此它们被广泛用于树脂、薄膜和纤维。
由于近年来对生产聚合物主链单体成分之一的1，3-丙二醇(PDO)的低成本途径的开发，使得聚对苯二甲酸亚丙基酯(“3GT”)作为纤维在商业上日益受到重视。由于3GT在大气压下的分散染色性、低弯曲模量、弹性回复和回弹，长期以来一直希望它是纤维的形式。
在许多纺织品最终用途中，短纤维比连续长丝更为优选。这些短纤维包括用于衣料、非织造材料、填充用纤维和棉絮的短纤纱(staplespun yarn)。适用于这些最终用途的短纤维的制造具有许多特殊问题，特别是在获得下游操作如梳理所必需的令人满意的纤维卷曲方面，在提供具有足够韧性(断裂强度和耐磨性)的纤维以生产具有足够强度的用于服装最终用途的针织品和机织品的短纤纱方面存在问题。在2GT(它是广泛用于棉体系(cotton system)加工以及填充用纤维和非织造物用途的短纤维)的情况下，纤维生产者通过在聚合化学方面的改进和优化纤维生产解决了这些问题。这导致了修改的适于生产高性能2GT纤维的改进的纺丝、拉伸和热处理工艺。需要改进的3GT短纤维工艺，所述工艺产生在采用梳理和扯松工艺的工厂中具有适当的加工性的纤维。在这几年中所找到的对于2GT或4GT纤维的上述问题的解决办法通常不适用于3GT纤维，因为3GT具有独特的性质。下面将进一步描述在具有代表性的3GT短纤维纱纺丝工艺中对于修改的纤维特性的这些需要。
短纤维的下游操作通常是在棉体系设备上进行的。该工艺包括几个步骤，其中多个步骤是以高速进行的，纤维经受大量的磨损，要求纤维具有拉伸特性。例如，最初步骤是纤维开松，该步骤常常通过使纤维在自动传送带上翻滚来进行，所述自动传送带具有数排尖头的钢齿，以便撕开和分离大团的纤维。然后将开松的纤维通过强制风传送，之后通常是使之通过架空的管网或送料槽。送料槽送料至梳理机，梳理机是一个分离纤维并将纤维铺展成片状层的设备，然后以高速将纤维进料至包含精梳齿的一系列辊中。然后将经梳理的材料加工为网状以制成非织造织物或用于填充用纤维用途，或者将其制成条子用于被纺成细纱。如果被制成条子，则随后以高速进行拉伸以提高均匀性。拉伸工艺一般使线密度(定义为重量/单位长度)降低5或6倍。然后将该熟条纺成纱线。可以通过许多工业方法由熟条纺出短纤维纱。这些方法包括环锭纺纱、自由端纺纱、喷气纺纱和涡流纺纱。所有这些方法都包括纤维的高速加捻、在最终纱线的卷绕期间纱线在张力下通过接触表面(即导纱器和梭眼)。
在上述纺纱工艺中对于可接受的纤维有两个主要标准。第一个标准是纤维必需适于被制成具有优选用于织物和服装用途的细度的纱线。由于按照定义，短纤维纱是由一系列短的不连续的纤维仅仅通过加捻和纤维与纤维之间的摩擦而结合在一起的，在纺织纱线的截面上需要最少一定量的纤维(典型的为100-180根纤维)以向纱线提供强度和连续性。这具有限定纤维单丝旦数(dpf)范围的效果，并将对于制造纺织纱线有用的旦尼尔实用范围限定在大约3旦/单丝或以下。虽然原则上没有下限，但是上述梳理工艺在低于大约0.8旦/单丝时不能适当进行，因此对于细纱而言总的实用旦尼尔范围为约0.8-约3旦/单丝(约0.9-约3.3分特)。非织造物通常利用约1.5-约6dpf(约1.65-约6.6分特)的短纤维。在非纺织品用途如填充用纤维中需要较高旦尼尔的纤维，所述填充用纤维利用约0.8-约15dpf(约0.88-约16.5分特)的短纤维。
第二个条件是纤维必需具有一组严格的物理特性，以便以优良的效果通过加工过程(最小的纤维损害、棉结形成和各种停机)，同时制造用于所需纺织品最终用途的具有足够强度的纱线、非织造织物或填充用纤维材料。对于短纤维纱来说，特别重要的是它们具有充分的强度以用于针织和机织，具有充分的均匀性以便在染色和整理期间不引起条痕和不匀。
对于含有合成纤维的细纱，一个最重要的参数是纤维强度(定义为强度(tenacity)或者断裂强度的克/旦)。在低旦尼尔长丝如1-3旦/单丝的情况下尤其重要。在2GT的情况下，用低旦尼尔长丝可以获得4-7克/旦(gpd)的纤维强度。但是，在3GT的情况下，在低旦尼尔范围内，一般强度低于3克/旦。这些仅具有几克断裂强度的纤维对于短纤维下游操作而言是不符合需要的。
需要强度大于3克/旦的3GT短纤维，该纤维能够通过纺丝技术(如环锭纺纱、自由端纺纱、喷气纺纱或涡流纺纱)被加工成可以接受的短纤维纱。另一个重要的特性是卷缩(crimp take-up)，该特性对于短纤维的加工以及对于由该短纤维制成的纺织品和填充用纤维产品的性能都是重要的。卷缩衡量由机械卷曲加工所赋予纤维的弹性，并由此影响其操作特性如下游操作。
虽然3GT的商业可获得性是相对较新的，但对其的研究已经进行了相当长的一段时间。例如，英国专利说明书1 254 826号描述了包括3GT长丝和短纤的聚亚烷基长丝、短纤和纱线。焦点集中在地毯绒和填充用纤维上。实施例1的方法被用于制造3GT纤维。它描述了将长丝束通入填塞箱式卷曲机中，通过在大约150℃的温度下经18分钟来对丝束形式的经卷曲产品进行热定形，并将热定形丝束切成6英寸的短纤长度。
EP 1 016 741描述了使用磷添加剂和某些3GT聚合物质量限制以得到改进的白度、熔融稳定性和纺丝稳定性。将纺丝和拉伸之后制得的长丝和短纤在90-200℃进行热处理。该文献没有提及制造高强度卷曲3GT短纤维的方法。
JP 11-107081描述了3GT复丝未拉伸纤维在低于150℃，优选110-150℃的温度、为时0.2-0.8秒，优选0.3-0.6秒的松弛，并随后进行复丝的假捻。该文献没有提及制造高强度卷曲3GT短纤维的方法。
JP 11-189938叙述了制造3GT短纤维(3-200mm)，并描述了在100-160℃、为时0.01-90分钟的湿热处理步骤，或者在100-300℃、为时0.01-20分钟的干热处理步骤。在加工实施例1中，在260℃以1800m/分钟的纺纱卷绕(yarn-spinning take-up)速度对3GT进行纺丝。拉伸之后，将纤维用液体浴在150℃进行5分钟的定长热处理。然后，将其卷曲并切断。加工实施例2对拉伸后的纤维应用在200℃、为时3分钟的干热处理。
美国专利3,584,103号描述了一种对具有不对称双折射的3GT长丝进行熔纺的方法。通过如下步骤制备3GT的螺旋状卷曲纺织纤维对长丝进行熔纺，使横截面上具有不对称双折射；拉伸该长丝以定向其分子；将拉伸后的长丝在保持定长的情况下于100-190℃进行热处理；在高于45℃，优选约140℃的松弛条件下对经热处理的长丝加热2-10分钟，以产生卷曲。所有实施例都证明在140℃松弛纤维。
所有上述文献都通过全文引用被结合在本文中以作参考。
所有这些文献都没有提及适于纺织应用的3GT短纤维或者制造它们的方法。
发明简述本发明涉及制造聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维的方法，该方法包括(a)提供聚对苯二甲酸亚丙基酯；(b)在245-285℃的温度下将熔融聚对苯二甲酸亚丙基酯熔纺成长丝；(c)将长丝骤冷；(d)拉伸骤冷后的长丝；(e)在8-30个卷曲/英寸(3-12个卷曲/cm)的卷曲水平用机械卷曲机将经拉伸的长丝卷曲；(f)在50-120℃的温度下对卷曲后的长丝进行松弛；和(g)将经松弛的长丝切成长度约0.2-6英寸(约0.5-约15cm)的短纤维。
优选松弛温度为大约105℃或以下，更优选为大约100℃或以下，最优选为大约80℃或以下。优选松弛温度为大约55℃或以上，更优选为大约60℃或以上。
优选通过在不受约束的条件下加热卷曲后的长丝来实施松弛。
在一个优选的实施方案中，卷曲之前，在85-115℃对拉伸后的长丝进行热处理。优选在张力下用经加热的辊实施热处理。优选所得的短纤维具有至少4.0克/旦(3.53cN/分特)或更高的强度。优选所得短纤维具有55％或更小的伸长。
优选短纤维为0.8-6旦/单丝。在一个优选实施方案中，短纤维为0.8-3旦/单丝。
卷缩(％)是纤维特性的函数，优选为10％或更高，更优选为15％或更高，最优选为20％或更高，并且优选最高至40％，更优选最高至60％。
在另一个优选实施方案中，所述工艺在无热处理情况下进行。优选所得短纤维具有至少3.5克/旦(3.1cN/分特)的强度。
本发明也涉及在无热处理情况下制备的0.8-3旦/单丝的聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维，该短纤维具有大约0.2-6英寸(约0.5-约15cm)的长度、3.5克/旦(3.1cN/分特)或更高的强度、10-60％的卷缩，每英寸有8-30个卷曲(约3-约12个卷曲/cm)。
本发明还涉及0.8-3旦/单丝的聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维，该短纤维具有4.0克/旦(3.53cN/分特)或更高的强度。这种纤维可以具有最高至4.6克/旦(4.1cN/分特)或更高的强度。优选它们具有55％或更小的伸长。
此外，本发明涉及纺织纱线和织物或非织造织物。所述纤维也可以用于填充用纤维用途。
使用本发明的方法，可以制备具有优良强度、柔软的织物手感、增加的纤维柔软性、优良水分传递特性、改进的起球现象以及增强的拉伸和回复性能的短纤维和纱线。优选的织物具有毛绒的球粒(与硬的球粒相对)，这导致较不明显的起球感。
本发明还涉及本发明纤维与棉、2GT、尼龙、丙烯酸酯、聚对苯二甲酸亚丁基酯(4GT)以及其它纤维的掺混物。优选的是含有选自棉、聚对苯二甲酸亚乙基酯、尼龙、丙烯酸酯和聚对苯二甲酸亚丁基酯纤维的纱线、非织造、机织和针织织物。
本发明还涉及制备具有符合需要的卷缩的聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维的方法，该方法包括(a)测定旦尼尔和卷缩之间的关系；(b)制造具有基于所述测定而选择的旦尼尔的短纤维。
附图简述
图1是一个散点图，表示本发明纤维的卷缩和旦尼尔之间的关系，还表明在先有技术中已知的纤维不具备这种关系。
发明详述本发明涉及一种制备经拉伸、卷曲的短聚对苯二甲酸亚丙基酯纤维的方法。
在本发明中有用的聚对苯二甲酸亚丙基酯可以通过已知的制造技术(间歇、连续等)进行生产，如下列文献中所述美国专利5,015,789、5,276,201、5,284,979、5,334,778、5,364,984、5,364,987、5,391,263、5,434,239、5,510,454、5,504,122、5,532,333、5,532,404、5,540,868、5,633,018、5,633,362、5,677,415、5,686,276、5,710,315、5,714,262、5,730,913、5,763,104、5,774,074、5,786,443、5,811,496、5,821,092、5,830,982、5,840,957、5,856,423、5,962,745、5,990,265、6,140,543、6,245,844、6,255,442、6,277,289、6,281,325和6,066,714号、EP 998 440、WO 00/58393、01/09073、01/09069、01/34693、00/14041、01/14450和98/57913，H.L.Traub，“Synthese undtextilchemische Eigenschaften des Poly-Trimethyleneterephthalats”，Dissertation Universitat Stuttgart(1994)，S.Schauhoff，“NewDevelopments in the Production of Polytrimethylene Terephthalate(PTT)”，Man-Made Fiber Year Book(1996年9月)，所有上述文献均结合在本文中以作参考。可用作本发明聚酯的聚对苯二甲酸亚丙基酯可以商标“Sorona”从Delaware，Wilmington的E.I.du Pont de Nemours andCompany买到。
所述适用于本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯的特性粘度为0.60分升/克(dl/g)或更高，优选为至少0.70dl/g，更优选为至少0.80dl/g，最优选为至少0.90dl/g。所述特性粘度通常为大约1.5dl/g或更低，优选为1.4dl/g或更低，更优选为1.2dl/g或更低，最优选为1.1dl/g或更低。
在实施本发明时特别有用的聚对苯二甲酸亚丙基酯均聚物的熔点为大约225-231℃。
可以使用先有技术中描述的关于聚酯纤维的常规技术和设备(优选方法也描述在本文中)来实施纺丝。例如美国专利3,816,486和4,639,347号、英国专利说明书1 254 826号和JP 11-189938中所述的各种纺丝方法，所有这些皆被结合在本文中以作参考。
纺丝速度优选为600米/分钟或更大，并且通常为2500米/分钟或更小。纺丝温度通常为245℃或更高和285℃或更低，优选为275℃或更低。最优选在大约255℃实施纺丝。
喷丝头是用于传统聚酯的常规喷丝头类型，孔径、排列和数目将取决于所需的纤维和纺丝设备。
可以以常规方式用空气或先有技术中描述的其它流体(如氮气)来实施骤冷。可以使用横流、放射状或其它常规技术。本发明不使用美国专利3,584,103(结合在本文中以作参考)中所述的用于获取不对称双折射纤维的不对称骤冷或其它技术。
骤冷之后，通过标准技术(例如使用给油辊)施加常规的纺丝油剂。
在丝束条筒(tow can)上收集熔纺长丝。然后将几个丝束条筒放在一起，由这些长丝形成一个大的丝束。此后，用常规技术优选以约50-约120码/分钟(约46-约110m/分钟)拉伸长丝。拉伸比优选为约1.25-约4，更优选1.25-2.5。优选使用两步拉伸来实施拉伸(参见例如美国专利3,816,486号，将其结合在本文中以作参考)。
在使用常规技术拉伸期间可以实施整理。
根据一个优选的实施方案，在拉伸之后、卷曲和松弛之前对纤维进行热处理。“热处理”是指在张力下对拉伸后的纤维进行加热。热处理优选在至少大约85℃，优选大约115℃或更低温度下进行。最优选热处理在大约100℃进行。优选热处理用加热的辊进行。也可以使用美国专利4,704,329的饱和蒸汽进行热处理，该专利被结合在本文中以作参考。按照第二种选择，则不实施热处理。
可以使用常规机械卷曲技术。优选具有蒸汽辅助的机械短纤卷曲机，如填塞箱式。
可以在使用常规技术的卷曲机上进行整理。
卷曲程度通常为8个卷曲/英寸(cpi)(3个卷曲/cm(cpc))或更多，优选10cpi(3.9cpc)或更多，最优选14cpi(5.5cpc)或更多，并且通常为30cpi(11.8cpc)或更少，优选25cpi(9.8cpc)或更少，更优选20cpi(7.9cpc)或更少。所得的卷缩(％)是纤维特性的函数，优选为10％或更高，更优选为15％或更高，最优选为20％或更高，并且优选最高至40％，更优选最高至60％。
本发明者们发现降低松弛温度对于获得最大卷缩是很关键的。“松弛”是指将长丝在不受约束的条件下加热，从而使长丝得以自由收缩。松弛在卷曲之后、切断之前进行。通常实施松弛以除去收缩并干燥纤维。在典型的松弛机中，将纤维搁置在传送带上并经过烘箱。对本发明中有用的最低松弛温度为40℃，若温度过低，则无法在足够时间内使纤维干燥。优选松弛温度为120℃或更低，更优选105℃或更低，甚至更优选100℃或更低，更加优选低于100℃，最优选低于80℃。优选松弛温度为55℃或更高，更优选高于55℃，更优选60℃或更高，最优选高于60℃。优选松弛时间不超过大约60分钟，更优选25分钟或更少。松弛时间必需足够长以便使纤维得到干燥并将纤维带至理想的松弛温度，理想的松弛温度取决于丝束旦尼尔的尺寸，当松弛少量(例如1,000旦尼尔(1,100分特))时，可以为几秒。在工业设置中，时间可以短至1分钟。优选长丝以50-200码/分钟(46-约183米/分钟)的速率、为时6-20分钟经过烘箱，或者以其它适于松弛和干燥纤维的速率经过烘箱。
优选在piddler条筒中收集长丝，随后进行切断和打包。本发明的短纤优选在松弛之后用机械切断机进行切断。优选纤维为约0.2-约6英寸(约0.5-约15cm)，更优选约0.5-约3英寸(约1.3-约7.6cm)，最优选约1.5英寸(3.81cm)。可以优选不同的短纤长度以用于不同的最终用途。
优选短纤的强度为3.0克/旦(g/d)(2.65cN/分特)(通过用g/d值乘以0.883转化为cN/分特，这是工业标准方法)或更高，优选大于3.0g/d(2.65cN/分特)，以能够在高速纺丝和梳理设备上进行加工并且对纤维无损害。通过拉伸和松弛但未经热处理而制得的短纤维的强度大于3.0g/d(2.65cN/分特)、优选为3.1g/d(2.74cN/分特)或更高。通过拉伸、松弛和热处理而制得的短纤维的强度大于3.5g/d(3.1cN/分特)、优选为3.6g/d(3.2cN/分特)或更高，更优选为3.75g/d(3.3cN/分特)或更高，甚至更优选为3.9g/d(3.44cN/分特)或更高，最优选为4.0g/d(3.53cN/分特)或更高。通过本发明的方法可以制备高达6.5g/d(5.74cN/分特)或更高的强度。对于一些最终用途，高达5g/d(4.4cN/分特)、优选为4.6g/d(4.1cN/分特)的强度是优选的。高强度可引起纺织品表面过多的纤维起球。最显著的是，这些强度可以用55％或更少并且通常为20％或更多的伸长(断裂伸长)来实现。
根据本发明制备的用于服装(例如针织和机织织物)和非织造物的纤维的单丝旦数一般为至少0.8旦/单丝(dpf)(0.88分特(dtex))，优选至少1dpf(1.1分特)，最优选至少1.2dpf(1.3分特)。它们优选为3dpf(3.3分特)或更低，更优选为2.5dpf(2.8分特)或更低，最优选为2dpf(2.2分特)或更低。最优选的是大约1.4dpf(大约1.5分特)。非织造物通常利用约1.5-约6dpf(约1.65-约6.6分特)的短纤。可以使用高达6dpf(6.6分特)的较高旦尼尔纤维，甚至更高的旦尼尔对于非纺织用途如填充用纤维是有用的。
填充用纤维利用约0.8-约15dpf(约0.88-约16.5分特)的短纤。制来做填充用纤维的纤维通常为至少3dpf(3.3分特)，更优选为至少6dpf(6.6分特)。它们一般为15dpf(16.5分特)或更低，更优选9dpf(9.9分特)或更低。
优选纤维含有至少85％重量，更优选90％重量，甚至更优选至少95％重量的聚对苯二甲酸亚丙基酯聚合物。最优选的聚合物为基本上全部含聚对苯二甲酸亚丙基酯聚合物和用于聚对苯二甲酸亚丙基酯纤维的添加剂(添加剂包括抗氧化剂、稳定剂(例如UV稳定剂)、消光剂(例如TiO2、硫化锌或氧化锌)、颜料(例如TiO2等)、阻燃剂、抗静电剂(antistat)、染料、填料(如碳酸钙)、抗菌剂、抗静电剂(antistaticagent)、荧光增白剂、补充剂、加工助剂和其它提高聚对苯二甲酸亚丙基酯的制造工艺或性能的化合物)。当使用TiO2时，优选其添加量为所述聚合物或纤维重量的至少约0.01％重量，更优选至少约0.02％重量，并且优选最多至大约5％重量，更优选最多至约3％重量，最优选最多至约2％重量。无光聚合物优选含有约2％重量，半无光聚合物优选含有约0.3％重量。
本发明的纤维是单组分纤维(由此，明确排除双组分和多组分纤维，如由两种不同类型的聚合物或两类在其各自区域具有不同特征的相同聚合物所制成的皮芯型或并列型纤维，但是不排除分散于纤维中的其它聚合物和存在的添加剂)。它们可以是实心的、中空的或多中空的。可以制备圆形纤维或其它形状纤维。
最终用途如纱线和非织造材料通常是通过开包、任选将它们与其它短纤维混合，并对它们进行梳理来制备的。在制造非织造物时，通过标准方法(例如热粘合、针刺法、射流喷网法等)使纤维粘合。在制造纱线时，将经过梳理的材料拉伸为条子并纺成纱线。然后将纱线针织或机织成织物。
实施例测量和单位此处讨论的测量用传统美国纺织单位(包括旦尼尔，这是一个公制单位)来进行。为了满足在别处指定的操作，将美国单位与圆括号内的相应公制单位一起公布在此。
如下测定纤维的具体性能。
相对粘度相对粘度(“LRV”)是溶解在HFIP溶剂(含有100ppm 98％试剂级别硫酸的六氟异丙醇)中的聚合物的粘度。粘度测定装置是可从许多销售商(Design Scientific，Cannon等)处买到的毛细管粘度计。以厘沲计的相对粘度是测定聚合物在25℃HFIP中的4.75％重量溶液的粘度，将其与25℃纯HFIP的粘度相比而得到的。
特性粘度由Viscotek Forced Flow Viscometer Y900(Viscotek Corporation，Houston，TX)测定在19℃以0.4g/dL的浓度溶解于50/50％重量三氟乙酸/二氯甲烷中的聚酯的粘度，随后通过基于ASTM D 5225-92的自动化方法来确定特性粘度(IV)。
卷缩纤维回弹性的一种衡量是卷缩(“CTU”)，它测量在纤维中设定的第二卷曲的指定频率和幅度如何。卷缩将卷曲纤维的长度与展开纤维的长度联系起来，因此其受到卷曲幅度、卷曲频率以及卷曲的抵抗变形能力的影响。卷缩由下式计算CTU(％)＝[100(L1-L2)]/L1其中L1代表展开长度(在0.13±0.02克/旦(0.115±0.018dN/tex)的附加载荷下悬挂30秒的纤维)，L2代表卷曲长度(在第一次伸长之后，使之休息60秒，之后在无附加重量情况下悬挂的同一纤维的长度)。
对照实施例1本对照实施例以用典型的2GT条件加工聚对苯二甲酸亚乙基酯(“2GT”)为基础。在297℃通过144孔喷丝头、约16pph(7kg/h)以传统方式熔融挤出21.6LRV薄片(纺丝速度为大约748ypm(684mpm))，并进行整理，在纱管上收集纱线，从而制得单丝旦数为6(6.6分特)的圆形中空2GT纤维。将收集在所述纱管上的纱线合并成一个丝束，在主要为水的浴中用两步法拉伸(参见例如美国专利3,816,486号)以常规方式在约100ypm(91mpm)对所述丝束进行拉伸(含稀释整理)。第一拉伸步骤在45℃的浴中将纤维拉伸大约1.5倍。接下来的大约2.2倍的拉伸在98℃的浴中进行。然后以常规方式用传统机械短纤卷曲机在蒸汽辅助下对纤维进行卷曲。用两种不同的卷曲度和两种不同的蒸汽含量卷曲纤维。然后在180℃以常规方式使纤维松弛。卷曲之后测量卷缩(“CTU”)，结果列在表1中。
表1-180℃松弛温度对2GT的影响
实施例1(对照-高温松弛机条件)本实施例说明当用高松弛温度制备短纤维时，由3GT制成的短纤维具有明显比2GT短纤维差的质量。除了由于与2GT的熔点不同，因而在265℃挤出3GT纤维外，采用与对照实施例相同的加工条件制造单丝旦数为6(6.6分特)的圆形中空3GT纤维。第一拉伸步骤使纤维伸长大约1.2倍。卷曲之后测量3GT纤维的卷缩，结果列在表2中。
表2-180℃松弛温度对3GT的影响
比较表1和表2的结果，可以容易地看出在近似的短纤加工条件下，在高松弛温度制得的3GT纤维具有比2GT纤维低得多的回弹性和机械强度。这些特性对于许多短纤产品都是必需的，因此使得上述3GT结果通常勉强够格或者说不令人满意。
对照实施例2本对照实施例以使用本发明的用于3GT的加工条件加工2GT为基础。
在本实施例中，通过363孔喷丝头、约92pph(42kg/h)在280℃以及约900ypm(823mpm)的纺丝速度以传统方式纺丝制得单丝旦数约为6(6.6分特)的2GT纤维，并将它们收集在纱管上。将收集在所述纱管上的纱线合并成一个丝束，在主要为水的浴中，用两步法拉伸以常规方式在约100ypm(91mpm)对所述丝束进行拉伸。第一拉伸步骤在40℃的浴中将纤维拉伸大约3.6倍。接下来大约1.1倍的拉伸在75℃的浴中进行。然后以常规方式用传统机械短纤卷曲机在蒸汽辅助下对纤维进行卷曲。用大约15psi(103kPa)的蒸汽将纤维卷曲至大约12cpi(5c/cm)。然后在几个温度下以常规方式使纤维松弛。卷曲之后测量卷缩，结果列在表3中。
表3-低松弛温度对12cpi(5c/cm)的2GT的影响
2GT显示出当以提高的松弛温度下的卷缩来测量回弹性时，回弹性仅有轻微的降低。
实施例2在本实施例中，通过144孔喷丝头、约14pph(6kg/h)在265℃以传统方式熔融挤出薄片(纺丝速度为大约550ypm(503mpm))，并进行整理，在纱管上收集纱线，从而制得单丝旦数为4.0(4.4分特)的圆形3GT纤维。将纱线合并成一个丝束，在主要为水的浴中，用两步法拉伸以常规方式在约100ypm(91mpm)对所述丝束进行拉伸。第一拉伸步骤在45℃的主要为水的浴中将纤维拉伸大约3.6倍。接下来大约1.1倍的拉伸在75℃或98℃的浴中进行。然后以常规方式用传统机械短纤卷曲机在蒸汽辅助下对纤维进行卷曲。用大约15psi(103kPa)的蒸汽将纤维卷曲至大约12cpi(5c/cm)。然后在几个温度下以常规方式使纤维松弛。卷曲之后测量卷缩，结果列在下表4中。
表4-低松弛温度对12cpi(5c/cm)的3GT的影响
通过卷缩测定并且列在表4中的3GT的回弹性随松弛温度的升高快速降低。这一表现意外地不同于表3中所示2GT的表现，2GT随松弛温度的升高其回弹性仅稍微降低。这一令人吃惊的结果甚至在对第二拉伸步骤使用98℃的浴温时仍然重复出现，如表4所示。本实施例还显示依照本发明的更优选的松弛温度制得的3GT纤维具有超过2GT纤维的更优良特性。
实施例3本发明证明了当改变单丝旦数时所发现的另一个令人吃惊的关于本发明3GT纤维的相关性。以类似于前述实施例的方式制造不同旦数和横截面的3GT纤维。用下表5中所列的结果衡量纤维的回弹性即卷缩。用硅氧烷光滑剂(slickener)处理纤维，如美国专利4,725,635号(其被结合在本文中以作参考)中所述，当从丝束中除去水分后保持至少4分钟时，所述硅氧烷光滑剂在170℃固化。在170℃纤维的卷缩非常低。为了制造光滑的纤维，可以将短纤维在100℃保持8小时以固化硅氧烷光滑整理剂(slickener finish)。
表5-单丝旦数对3GT的影响
如表5所示，单丝的旦数对在每旦尼尔恒定负荷下伸长后的回复具有直接的影响，所述回复是由长丝的机械卷曲赋予的。随着旦尼尔增加，回复即卷缩也随之增加。对2GT的类似试验显示旦尼尔的改变对回复只有很小影响。这一意外的结果在图1中得到更好的说明。图1绘制出了三种不同类型纤维的的卷缩相对于单丝旦数的关系。纤维A是可以买到的2GT纤维。纤维B是根据本发明制得的纤维，详见表5。
从图1可以看出，对于2GT纤维，随着单丝旦数增加，回复有少量或没有变化。另一方面，对于本发明的3GT纤维，随着单丝旦数增加，回复呈线性增加。
实施例4本实施例阐述对于在一系列加工条件下制得的中等旦尼尔圆形截面短纤维的本发明优选实施方案。
将特性粘度(IV)1.04的聚对苯二甲酸亚丙基酯用被加热至175℃的惰性气体干燥，然后通过设计用来赋予圆截面的741孔喷丝头将其熔纺成未拉伸短纤丝束。将纺丝箱体(spin block)和传输管线温度保持在254℃。在喷丝头的出口处，通过常规横流空气使丝条骤冷。将纺丝油剂应用于被骤冷的丝束，并以1400码/分钟(1280米/分钟)的速度卷绕。测定在该步骤收集的未拉伸丝束，其为5.42dpf(5.96分特)，断裂伸长为238％，强度为1.93g/旦(1.7cN/分特)。将上述丝束产品拉伸，并任选在下述具体条件下进行热处理、卷曲和松弛。
实施例4A用两步拉伸-松弛工序加工该丝束。将第一辊和最后一辊之间的总拉伸比设定在2.10，通过两步拉伸法拉伸丝束产品。在该两步法中，在第一步骤中在室温下进行总拉伸的80-90％，然后在将纤维浸没于设定在90-100℃的常压蒸汽中的同时进行剩下的10-20％的拉伸。在将丝束送入常规填塞箱式卷曲机的同时连续保持丝束线的张力。在卷曲加工期间还将常压蒸汽应用于丝束带。卷曲之后，使丝束带在加热至56℃的履带式烘箱中进行松弛，在烘箱内的停留时间为6分钟。将所得的丝束切成具有3.17dpf(3.49分特)的短纤维。虽然如上所述将拉伸比设定在2.10，但是未拉伸丝束(5.42dpf)到最终短纤形态(3.17dpf)的旦尼尔数的减少建议实际工艺的拉伸比为1.71。这一差别是由卷曲和松弛机步骤期间纤维的收缩和松弛所引起的。短纤材料的断裂伸长为87％，纤维强度为3.22g/旦(2.84cN/分特)。纤维的卷缩为32％，具有10个卷曲/英寸(3.9个卷曲/cm)。
实施例4B用一步拉伸-松弛工序加工该丝束。除进行下述修改外，对所述丝束产品进行与实施例4A类似的处理。在将纤维浸没于90-100℃的常压蒸汽中的同时，在一个单一步骤中进行拉伸工艺。测定所得短纤维，其为3.21dpf(3.53分特)，断裂伸长为88％，纤维强度为3.03g/旦(2.7cN/分特)。纤维的卷缩为32％，具有10个卷曲/英寸(3.9个卷曲/cm)。
实施例4C用两步拉伸-热处理-松弛工序加工所述丝束。除了在拉伸加工的第二步骤中用被加热至65℃的水喷淋代替常压蒸汽，并且在进入卷曲步骤之前将丝束在张力下、110℃、一系列被加热的辊上进行热处理外，对丝束产品进行与实施例4A类似的拉伸加工。将松弛机烘箱设定在55℃。测定所得短纤维，其为3.28dpf(3.61分特)，断裂伸长为86％，纤维强度为3.10g/旦(2.74cN/分特)。纤维的卷缩为32％，具有10个卷曲/英寸(3.9个卷曲/cm)。
实施例4D用两步拉伸-热处理-松弛工序加工所述丝束。除进行下述修改外，对丝束产品进行与实施例4C类似的拉伸加工。总拉伸比设定为2.52。热处理温度设定为95℃，松弛机烘箱设定为65℃。测定所得短纤维，其为2.62dpf(2.88分特)，断裂伸长为67％，纤维强度为3.90g/旦(3.44cN/分特)。纤维的卷缩为31％，具有13个卷曲/英寸(5.1个卷曲/cm)。
实施例5本实施例阐述对于低旦尼尔圆形截面短纤维的本发明优选实施方案。
将特性粘度(IV)1.04的聚对苯二甲酸亚丙基酯用被加热至175℃的惰性气体干燥，然后通过设计用来赋予圆截面的900孔喷丝头将其熔纺成未拉伸短纤丝束。将纺丝箱体和传输管线温度保持在254℃。在喷丝头的出口处，通过常规横流空气使丝条骤冷。将纺丝油剂应用于被骤冷的丝束，并以1600码/分钟(1460米/分钟)的速度卷绕。测定在该步骤收集的未拉伸丝束，其为1.86dpf(2.05分特)，断裂伸长为161％，强度为2.42g/旦(2.14cN/分特)。
用两步拉伸-热处理-松弛工序加工该丝束。将第一辊和最后一辊之间的总拉伸比设定在2.39，通过两步拉伸法拉伸丝束产品。在该两步法中，在第一步骤中在室温下进行总拉伸的80-90％，然后在将纤维浸没于被加热至65℃的水喷淋中的同时进行剩下的10-20％的拉伸。将丝束在张力下、一系列被加热至95℃的热辊上进行热处理。随着丝束被送进常规填塞箱式卷曲机中，使丝束线的张力连续保持。将常压蒸汽在卷曲加工期间应用于丝束带。卷曲之后，使丝束带在加热至65℃的履带式烘箱中进行松弛，在烘箱内的停留时间为6分钟。测定所得短纤维，其为1.12 dpf(1.23分特)，断裂伸长为48％，纤维强度为4.17g/旦(3.7cN/分特)。纤维的卷缩为35％，具有14个卷曲/英寸(5.5个卷曲/cm)。
实施例6本实施例阐述用一步拉伸-松弛工序制备非热处理短纤维。
将含有0.27％TiO2、特性粘度1.04的聚对苯二甲酸亚丙基酯在140℃的惰性气体中干燥，然后通过设计用来赋予圆形纤维截面的1176孔喷丝头将其熔纺成未拉伸短纤丝束。将纺丝箱体和传输管线温度保持在254℃。在喷丝头的出口处，通过常规横流空气使丝条骤冷。将纺丝油剂应用于被骤冷的丝束，并以1400码/分钟的速度收集。测定在该步骤收集的未拉伸丝束，其为5.24dpf(5.76分特)，断裂伸长为311％，强度为1.57g/旦(1.39cN/分特)。
将第一辊和最后一辊之间的总拉伸比设定在3.00，通过一步拉伸法拉伸丝束产品。拉伸之后使丝束线的张力连续保持，同时对丝束进行98℃的水喷淋。然后将丝束送进常规填塞箱式卷曲机中。将常压蒸汽和稀释纤维整理剂在卷曲加工期间应用于丝束带。卷曲之后，使丝束带在加热至60℃的履带式烘箱中进行松弛，在烘箱内的停留时间为6分钟。在松弛机烘箱的出口处，将另外的稀释整理剂应用于纤维，然后将其送至容器并切成短纤。所得短纤材料的断裂伸长为71.5％，纤维强度为3.74g/旦(3.30cN/分特)。纤维的卷缩为15，具有12个卷曲/英寸。
本发明的实施方案的上述公开是为了说明和描述。并未全部阐述各种形态或者说把本发明限定于确定的形态。对于本领域技术人员而言，从上述公开可知，可以对所述实施方案进行许多变动和修正。本发明的范围仅由所附权利要求书及其等价物限定。
权利要求
1.一种制造聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维的方法，该方法包括(a)提供聚对苯二甲酸亚丙基酯；(b)在245-285℃的温度下将熔融聚对苯二甲酸亚丙基酯熔纺成长丝；(c)将长丝骤冷；(d)拉伸骤冷后的长丝；(e)在8-30个卷曲/英寸(3-12个卷曲/cm)的卷曲水平用机械卷曲机将经拉伸的长丝卷曲；(f)在50-120℃的温度下对卷曲后的长丝进行松弛；和(g)将经松弛的长丝切成长度约0.2-6英寸(约0.5-约15cm)的短纤维。
2.权利要求1的方法，其中所述松弛温度为约55-约105℃。
3.权利要求1或2的方法，其中所述松弛是通过在不受约束的条件下加热经卷曲的长丝来进行的。
4.前述权利要求中任一项的方法，其中所述短纤维为0.8-6旦/单丝。
5.权利要求4的方法，其中所述短纤维为0.8-3旦/单丝。
6.前述权利要求中任一项的方法，其中在卷曲之前在85-115℃对拉伸后的长丝进行热处理。
7.权利要求6的方法，其中所述热处理是用被加热的辊在张力下进行的。
8.权利要求1-5中任一项的方法，其中所述方法是在无热处理情况下进行的，并且所述短纤维的强度为至少3.5克/旦(3.1cN/分特)。
9.一种由权利要求8的方法制备的聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维，该短纤维的单丝旦数为0.8-3，具有大约0.2-6英寸(约0.5-约15cm)的长度、3.5克/旦(3.1cN/分特)或更高的强度、10-60％的卷缩，每英寸有8-30个卷曲(约3-约12个卷曲/cm)。
10.一种单丝旦数为0.8-3的聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维，该短纤维的强度为4.0克/旦(3.53cN/分特)或更高。
11.权利要求10的聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维，其中所述短纤维的伸长为55％或更少。
12.用权利要求9-11中任一项的纤维制备的纺织纱线。
13.用权利要求9-11中任一项的纤维制备的纺织或非织造织物。
14.权利要求13的纺织或非织造织物，它进一步含有选自棉、聚对苯二甲酸亚乙基酯、尼龙、丙烯酸酯和聚对苯二甲酸亚丁基酯纤维的纤维。
15.一种制备具有所需卷缩的聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维的方法，该方法包括(a)测定旦尼尔和卷缩之间的关系；(b)制造具有基于所述测定而选择的旦尼尔的短纤维。
全文摘要
一种制造聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维的方法，该方法包括(a)提供聚对苯二甲酸亚丙基酯，(b)在245－285℃的温度下将熔融聚对苯二甲酸亚丙基酯熔纺成长丝，(c)将长丝骤冷，(d)拉伸骤冷后的长丝，(e)在8－30个卷曲/英寸(3－12个卷曲/cm)的卷曲水平用机械卷曲机将经拉伸的长丝卷曲，(f)在50－120℃的温度下对卷曲后的长丝进行松弛，和(g)将经松弛的长丝切成长度约0.2－6英寸(约0.5－约15cm)的短纤维；以及聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维、纱线和织物。另外，一种对聚对苯二甲酸亚丙基酯短纤维的卷缩进行优化的方法，该方法包括测定旦尼尔和卷缩之间的关系以及制造具有基于所述测定而选择的旦尼尔的短纤维。
文档编号D04H1/54GK1401019SQ01803553
公开日2003年3月5日 申请日期2001年8月27日 优先权日2000年9月12日
发明者I·A·赫尔南德兹, G·D·希特帕斯, J·M·霍维尔, C·舒尔策 申请人:纳幕尔杜邦公司