异质复合纱线及其织物和制备方法

专利名称：异质复合纱线及其织物和制备方法
技术领域：
本发明涉及具有高的拉伸恢复性的异质复合(优选自膨化的)纺织纱，它是由一种高收缩性、潜在拉伸、熔纺的双组分纤维和一种或多种收缩性较低的纤维制成的。
背景技术：
具有良好的膨松、拉伸和恢复特性的纱线可通过许多方法制备，这些方法包括无弹性纱线或硬纱线的假捻变形、双组分纱线、将一硬纱线卷缠覆盖在一弹性纱线上、用一弹性纱线空气覆盖或缠绕一硬纱线、和在一弹性纱线上包芯纺纱短纤维纱覆盖物。参见例如Ishii的美国专利号4,861,660。通过将一种或多种的这些纱线加入到织物中和/或通过使用一种弹性纱线(例如聚氨酯弹性纤维(spandex))(其被单独加入到织物制备过程中)来制备具有改进的膨松、拉伸和恢复特性的织物。
拉伸和恢复特性良好的织物通常需要制备硬纱线的单独步骤或者至少一种掺合可拉伸的弹性纱线的单独的纱线原料。通常这些可拉伸的纱线将需要特定的拉紧设备。例如，该弹性体经常需要一覆盖步骤，该步骤可能昂贵、缓慢且需要小心控制弹性应力或牵伸。覆盖后(例如通过卷装或空气缠绕)的纱线仍然具有弹性。弹性体组分的拉伸差异可能导致质量缺陷。同样，如果该弹性体不经过预覆盖，可能产生其它问题，例如由于弹性体与配合纱线(companion yarns)之间染色不同引起的染色不均匀的问题，和/或韧性比配合纱线低的裸露弹性体的早期断裂。
Ishii分别在实施例15和16中描述了可以与尼龙丝一起针织和机织的不对称双组分长丝纱。这些实施例教导了在织物中单独针织和机织所述双组分长丝纱和尼龙丝。鉴于双组分长丝纱(它是高拉伸的纱线)的极高收缩性，Ishii意识到必需在制备织物之前松弛这些双组分长丝纱以便于对所述纱线进行处理。
高拉伸纱线要求小心控制纱线张力以获得均匀的性能，并且这些性能可能因旦尼尔变化、修整水平等等而波动。因此，Ishii偏爱将该纱线拉紧以确保原料长度以及织物结构的弹性均匀。然而，拉紧还需要投资和维护。
此外，经常希望使用在纺纱期间一点都没有松弛的纱线。这样在这些双组分长丝中保持了最大收缩性(可恢复和不能恢复的)，以便在该复合纱线中实现拉伸和膨松势能最佳化。
因此，长期以来一直希望提供具有所需的拉伸和恢复特性的纱线及其物品，特别是，在制备织物及其物品之前还未完全松弛的纱线。还希望设计一种纱线的制备方法，所述纱线具有所需的拉伸和恢复特性，不需要拉紧。
发明概述尽管可以使用100％双组分纱线，但是通常在复合纱线和织物中双组分的拉伸恢复性表现得最好，并且也最经济。在许多织物中10-50％的双组分纱线含量足够提供有用的拉伸恢复性，以及其它触觉和美学益处。本发明的纱线满足了这一长期以来无法满足的需要，提供了具有所需的拉伸和恢复特性的纱线及其物品，并且还克服了现有技术中与松弛、高拉伸的双组分长丝纱所伴随的问题。本发明通过提供一种异质复丝实现了这一点，其中将所述双组分长丝纱与一种配合纱线以单一纱线结构预混合。在制备织物之前为了处理该纱线，不需要将这种异质复丝松弛。而是在双组分加工阶段对本发明异质复丝的“弹性势能”进行整合。在织物加工中可以象处理硬纱线一样对这些异质复丝进行处理。在修理织物时将该弹性势能激活。此外，不需要s/z捻度控制。
本发明的异质复丝尤其克服了Ishii方法中的许多缺陷。例如，本发明的异质复丝在使用之前避免了热交联或热松弛。这与Ishii方法(优选两步热交联过程)相比是一个优点。通过将该双组分纱线以硬纱线状态加入，本发明的异质复丝也不需要拉紧，而这正是Ishii方法所优选的。如上所述，拉紧需要投资和维护。因此以硬纱线状态加入该双组分纱线比Ishii专利中所述的方法更经济且可靠，前体是纱线性能能够相容。
在许多情况下，高收缩性可用于加工或可以一个优点使用，本发明利用了这一点。申请人已发现，由本发明纱线制成的原坯织物和衣服结构可以进行调整以便能够过度收缩。而且，可将高收缩性作为一个优点用于许多织物结构，例如用于增加异质复丝结构中的织物膨松，或者在厚实织物针织中用于降低或控制针织织物的孔隙率。另外，在纺纱期间在面板上轻微松弛(5％-20％)的纱线大大降低了修整时不能恢复的收缩性并提高了针织时的纱线韧性，同时充分保持了硬纱线卷装递送特性。
此外，当待合并和共变形的两根纱线具有相似特性时，纱线合并和共变形的生产能力会更高。在本发明中，在拉伸的预松弛状态下的双组分纱线与配合使用的硬纱线具有相似的特性，并且与标准弹性纤维的差异非常大。因此，本发明的双组分纱线可以与其它配合使用的硬纱线一起进行喷气变形或空气混合。
使用本发明，借助适当的卷装形状和卷装硬度可以控制过早收缩。申请人已发现，可以未活化状态缠绕大卷装的单长丝双组分，并将它们贮藏几个月，并且性能没有明显损失或者卷装硬度没有明显改变。
此外，双组分长丝所伴随的高收缩性要求在收缩时，收缩较小的配合纱线必需膨化。本发明想到，可以将直的或者变形的配合纱线与双组分纱线混合。配合使用的直纱线将趋于形成环，这样的环在某些织物中可能是有益的(例如形成一种毛圈表面织物)，而在其它情况下可能是不利的(可能增加织物摘棉)。然而，当双组分长丝收缩时，已立体卷曲或变形的配合纱线会自然弯曲以容纳增加的体积；含有变形的配合纱线的双组分纱线具有较光滑或棉状表面，这些在许多衣服应用中经常是有益的。
本发明的上述益处通过提供一种异质复合纱线来实现，所述纱线包括一种混合的双组分纱线和一种配合纱线，其中所述双组分纱线包括至少一种双组分长丝，该双组分长丝包括一包含一热塑性、弹性聚合物的轴芯和大量与所述轴芯相连并包含一热塑性、非弹性聚合物的翼。
本发明的上述益处还通过提供一种异质复合纱线的制备方法来实现，所述方法包括将一种双组分纱线和一种配合纱线一起纺纱，其中所述双组分纱线包括至少一种双组分长丝，该双组分长丝包括一包含一热塑性、弹性聚合物的轴芯和大量与所述轴芯相连并包含一热塑性、非弹性聚合物的翼。


图1是显示本发明异质复合-复合-纱线的图片。
图2是本发明纤维的横截面示意图。
图3是带有突入核心的翼聚合物的本发明纤维的横截面示意图。
图4是带有突入翼的核心聚合物的本发明纤维的横截面示意图。
图5是用于制备本发明纤维的一种加工设备的示意图。
图6是可用于制备本发明纤维的堆积板喷丝头组件的一个代表侧视图。
图6A是与图6中所示的堆积式板喷丝头组件成90°并沿图6的线6A-6A放置的孔板A的平面示意图。
图6B是与图6中所示的堆积式板喷丝头组件成90°并沿图6的线6B-6B放置的孔板B的平面示意图。
图6C是与图8中所示的堆积式板喷丝头组件成90°并沿图6的线6C-6C放置的孔板C的平面示意图。
图7A显示了现有技术喷丝头板的横截面剖视示意图。
图7B和7C显示了本发明的两个喷丝头板的横截面剖视示意图。
图8是可用于制备本发明另一实施方式纤维的堆积式板喷丝头组件(侧视图)的一个代表。
图8A、8B和8C分别以平面图显示了与图8的堆积式板喷丝头组件成90°的另一种喷丝头板、分布板和限流板，它们各自可用于本发明的喷丝头堆积板组件装配，从而制备本发明的另一纤维。
图9A、9B和9C分别以平面图显示了与图8的堆积式板喷丝头组件成90°的另一种喷丝头板、分布板和限流板，它们各自可用于本发明的喷丝头堆积板组件装配，从而制备本发明的另一纤维。
图10是一种纺制双组分长丝的方法和一种纺制配合纱线的方法的示意图。
图11是另一种将双组分长丝与配合纱线混合的方法的示意图。
图12是另一种将双组分长丝与配合纱线混合的方法的示意图。
具体实施例方式
本发明提供了一种异质复合纱线，它包括一混合的双组分纱线和配合纱线。图1是本发明异质复合组合纱线侧截面的显微照片的一个代表。双组分纱线在图1中用10表示，并且配合纱线在图2中用20表示。图2-4是双组分纤维的横截面图。双组分纱线包括至少一种长丝(通常在图1-4中以10显示)，它有一轴芯(12所示)和大量与该轴芯相连的翼(图2-4中的14所示)。轴芯包括一热塑性弹性聚合物，翼包括至少一种与所述轴芯相连的热塑性、非弹性聚合物。优选，该热塑性、非弹性聚合物可以持久拉伸。
本文所用的术语“纤维”可以与术语“长丝”互换。术语“纱线”包括单根长丝的纱线。术语“多长丝纱线”通常涉及含有两根或多根长丝的纱线。术语“热塑性”是指可以重复熔融加工(例如熔纺)的聚合物。“弹性聚合物”是指一种单组分纤维状的聚合物，不含稀释剂，具有超过100％的裂断伸长率，并且当拉伸至其长度的两倍，保持1分钟，然后松开时，在松开之后的1分钟内缩回至低于其最初长度的1.5倍。本发明纤维中的弹性聚合物当存在于23℃下纺纱的单组分纤维中并在基本上如本文所述的条件下时，具有小于约14,000磅/平方英寸(96,500kPa)、更优选小于约8500磅/平方英寸(58,600kPa)的弯曲模量。本文所用的“非弹性聚合物”是指不是弹性聚合物的任意聚合物。这些聚合物也可以称之为“低弹性”、“硬”和“高的模量”。“可持久拉伸的”是指该聚合物具有一屈服点，并且如果将该聚合物拉伸至超过这一点时它将不回到其最初长度。
本发明的纤维当其沿纤维长度包括至少两种彼此相连的聚合物时称之为“双组分”纤维，每一聚合物属于不同种类，例如，聚酰胺、聚酯或聚烯烃。如果这些聚合物的弹性差异足够大，那么可以使用相同种类的聚合物，由此所得的纤维即是“双组分”纤维。这种双组分纤维也在本发明的范围内。
根据本发明，翼聚合物和核芯聚合物中至少一种突入另一聚合物中。图3显示了翼聚合物突入到核芯聚合物中，并且图4显示了核芯聚合物突入到翼聚合物中。核芯和翼聚合物的相互嵌入可以通过有效减少纤维开裂的任意方法来实现。例如，在一个实施方式中，嵌入的聚合物(例如翼聚合物)可以象牙根一样突入被嵌入的聚合物(例如核芯聚合物)中，这样形成大量凸起。在另一实施方式中，嵌入聚合物(例如核芯聚合物)可以如同楔条一样突入到被嵌入的聚合物(例如翼聚合物)中。楔条具有大致均匀的直径。在又一实施方式中，至少一种聚合物可以具有至少一种突出部分(突入到核芯中的单翼或者突入到翼中的核芯)，它包括一远处变大的端部和一缩少的颈部，所述颈部将所述端部与所述至少一种聚合物的剩余部分相连以在其中形成至少一颈缩部分。彼此通过这种变大的端部和缩少的颈部相连的翼和核芯被称为“机械锁上”。就加工的简易度以及翼与核芯之间更有效的粘附而言，经常优选最后提及的具有缩少的颈部的实施方式。本领域技术人员可以想到其它凸起方法。例如，核芯可以包围一个或多个翼的一部分边，这样翼就突入核芯中。
本发明的纤维包括具有外半径和内半径(例如分别是图3和4中的“R1”和“R2”)的轴芯。外半径是划过核芯的最外面部分的圆的半径，内半径是划过翼的最内端的圆的半径。在本发明的纤维中，R1/R2通常大于约1.2。优选R1/R2在约1.3-约2.0的范围内。该比值较小时，耐脱离性下降，而当该比值较高时，翼中高水平的弹性聚合物(或者核芯中的非弹性聚合物)会降低纤维的拉伸和恢复特性。当核芯在翼内形成楔条时，R1/R2趋向于2。相反，当翼或核芯聚合物之一不突入另一聚合物中时，R1约等于R2，这样翼和核芯都不突入另一个中。当多个翼中的一些翼的聚合物渗入核芯聚合物中同时核芯聚合物也渗入其它翼的聚合物中的情况下，R1和R2仅仅相应于每一翼配合测定，并且每一比例R1/R2和R1′/R2′通常大于约1.2，优选在约1.3-2.0的范围内。在另一实施方式中，核芯聚合物可以嵌入一些翼中，而相邻的翼不被嵌入，并且R1和R2都是相对于被嵌入的翼测定的；同样，当仅一部分核芯被翼聚合物嵌入时，R1和R2都是相对于嵌入的翼测定的。核芯嵌入翼、翼嵌入核芯、和互不嵌入的任意组合都可用于这些翼，只要至少一个翼嵌入核芯或者被核芯嵌入。
本发明的纤维围绕其纵轴缠绕，没有明显的两维或三维卷曲特性。(在这种较高维的卷曲中，纤维的纵轴本身假定为Z字形或螺旋构型；这种纤维不在本发明内)。本发明的纤维的特征在于可以具有大致螺旋的缠绕和一维螺旋缠绕。“大致螺旋的缠绕”既包括完全围绕弹性核芯的螺旋缠绕，还包括仅部分围绕核芯的螺旋缠绕，由于已发现，在纤维中获得所需的拉伸特性，并不需要完整的360°螺旋缠绕。大致的螺旋缠绕可以是几乎完全圆周的，或者是几乎完全非圆周的。“一维”螺旋缠绕是指尽管纤维的翼可以大致是螺旋的，但是纤维的轴即便在低张力下也基本上是直的，与具有2-或3-维卷曲的纤维相反。然而，具有一定的卷曲度的纤维在本发明的范围内。
由使纤维大致拉直(通过拉去任何非线性部分)所需的拉伸量可以限流有或者没有二-和三-维卷曲并且是具有螺旋缠绕的纤维的径向对称的量度。本发明的纤维可能需要小于约10％的拉伸、更优选小于约7％的拉伸、例如约4％-约6％，以使纤维大致拉直。
本发明的纤维具有大致径向对称的横截面，如图1-4可以看到的。“大致径向对称的横截面”是指翼所在的且围绕其纵轴旋转360/n度后与在旋转之前的横截面基本相同的横截面，其中“n”是代表纤维“n-阶”对称的整数。该横截面在大小、聚合物和围绕核芯的角间距方面基本上对称。这种基本上径向对称的横截面具有出人意料的高拉伸和高均匀性的组合，没有明显的二-或三-维卷曲。这种均匀度在高速加工(例如通过导纱器和针织针)纤维方面，以及在制备光滑的非′挑剔′织物(特别是透明薄纱织物如袜)方面是有益的。具有大致径向对称的横截面的纤维没有自卷曲潜能，即，它们没有明显的二-或三-维卷曲特性。通常参见Textile Research Joumal，1967年6月，第449页。
为了获得最大的横截面径向对称，所述核芯可以具有大致圆形或者规则多边形横截面，例如，参见图1-4。“大致圆形”是指在纤维横截面中心彼此以90°交叉的两个轴的长度之比不大于约1.2∶1。与美国专利号4,861,660的核芯相反，使用大致圆形或规则多边形核芯，可以防止弹性体与辊、导纱器等接触，如后面参照翼数目所述的。多个翼可以任意所需的方式围绕核芯排列，例如，如图1和2中所述的不连续排列，即翼聚合物在核芯上不形成连续的罩，或者相邻翼在核芯表面相遇，例如，如美国专利号3,418,200的图4和5中所述的。这些翼的大小可以相同或不同，前提是保持大致径向对称。而且，每一翼可以是与其它翼不同的聚合物，只要再次保持大致径向对称，可以保持聚合物组配合称。然而，就简化加工并易于获得径向对称而言，优选这些翼具有大致相同的尺寸并且由相同的聚合物或聚合物混合物制成。为了易于加工还优选这些翼不连续地围绕核芯。
尽管纤维横截面在大小、聚合物和围绕核芯的角间距方面大致对称，但是应理解在任何纺纱过程中由于例如骤冷不均匀或聚合物熔融流动不理想或者纺纱口不理想等因素，经常相对理想对称发生小的偏差。应理解这种差异是可以允许的，只要它们不达到损害本发明目的的程度，例如经一维理想缠绕提供所需拉伸和恢复特性的纤维，同时使二-和三-维卷曲最小化。即，不故意将纤维制成如美国专利号4,861,660的不对称纤维。
这些翼从它们可以粘附的核芯突出并且围绕核芯至少部分形成大量螺旋，特别是在有效加热之后。当将该纤维拉伸时可以增加这些螺旋的倾伏角。本发明的纤维有大量翼，优选3-8个，更有效优选5或6个。所用的翼的数量取决于纤维的其它特征及其制备和使用的条件。例如，当制备单长丝时，特别是在较高拉伸比和纤维张力下，可以使用5或6个翼。在这种情况下，围绕核芯可以布置足够多的翼，以致防止弹性体与辊、导纱器等接触，并因此不会由于翼的用量少而引起裂断、辊缠绕和磨损。较高拉伸比和纤维张力的影响是将纤维更硬地压向辊和导纱器，因此使翼倾斜出来并使弹性核芯与辊或导纱器接触；因此在拉伸比和纤维张力高时，优选两个以上的翼。在单长丝中，为了实现加工容易度和减少的核芯接触的最佳组合，经常优选5或6个翼。当希望复丝纱线时，由于在弹性核芯和辊或导纱器之间接触的可能性由于其它纤维的存在而降低，因此可以使用少至2个或3个翼。
尽管为了易于加工优选翼不连续地围绕核芯，但是核芯的外表面上在翼与核芯的接触点之间可以包括非弹性聚合物鞘。鞘厚度可以在纤维核芯最大半径的约0.5％-约15％的范围内。通过在核芯和翼聚合物之间提供更多的接触点，该鞘可能对翼与核芯的粘附(如果双组分纤维中的聚合物彼此不能很好粘合的话，它是一个特别有用的特征)有利。该鞘还可以减少核芯和辊、导纱器等之间的磨损接触，特别是当纤维具有少量翼时。
本发明多翼横截面的核芯和/或翼可以是实心或者包括中空或空的。通常，这些核芯和翼都是实心的。而且，这些翼可以具有任意形状，例如椭圆形、T-、C-、或S-形状。有用的翼形状的实例在美国专利号4,385,886中找到。如上所述，T、C、或S形状可以帮助防止弹性体核芯与导纱器和辊接触。
可以改变总的翼聚合物与核芯聚合物的重量比以赋予所需混合性能，例如，得自核芯的所需弹性和其它性能如得自翼聚合物的低的胶粘合。例如，可以使用的翼与核芯的重量比是约10/90-约70/30、优选约30/70-约40/60。在使用不需要与配合纱线一起使用的纤维(例如袜类)时，为了高耐用性和高的拉伸，翼/核芯重量比优选为约35/65-约50/50。就核芯和翼之间的最佳粘附而言，通常总纤维重量的约5重量％-约30重量％可以是嵌入核芯的无弹性聚合物、或者是嵌入翼的弹性核芯聚合物。
如上所述，本发明的纤维的核芯可以由任意热塑性弹性聚合物形成。有用的弹性体的实例包括热塑性聚氨酯类、热塑性聚酯弹性体、热塑性聚烯烃、热塑性聚酯酰胺弹性体和热塑性聚醚酯酰胺弹性体。
有用的热塑性聚氨酯核芯弹性体包括由聚合二醇、二异氰酸酯和至少一种二醇或二胺增链剂形成的热塑性聚氨酯。由于用其制得的聚氨酯类与使用二胺增链剂时相比具有较低熔点，因此优选二醇增链剂。可用于制备弹性聚氨酯类的聚合二醇包括聚醚二醇类、聚酯二醇类、聚碳酸酯二醇类及其共聚物。这些二醇类的实例包括聚(亚乙基醚)二醇、聚(四亚甲基醚)二醇、聚(四亚甲基-共-2-甲基-四亚甲基醚)二醇、聚(亚乙基-共-1，4-亚丁基己二酸酯)二醇、聚(亚乙基-共-1，2-亚丙基己二酸酯)二醇、聚(亚己基-共-2，2-二甲基-1，3-亚丙基己二酸酯)、聚(3-甲基-1，5-亚戊基己二酸酯)二醇、聚(3-甲基-1，5-亚戊基壬酸酯)二醇、聚(2，2-二甲基-1，3-亚丙基月桂酸酯)二醇、聚(戊烷-1，5-碳酸酯)二醇和聚(己烷-1，6-碳酸酯)二醇。有用的二异氰酸酯包括1-异氰酸根合-4-[(4-异氰酸根合苯基)甲基]苯、1-异氰酸根合-2-[(4-异氰酸根合-苯基)甲基]苯、异佛尔酮二异氰酸酯、1，6-己烷二异氰酸酯、2，2-二(4-异氰酸根合苯基)丙烷、1，4-二(对-异氰酸根合-α，α-二甲基苄基)苯、1，1′-亚甲基二(4-异氰酸根合环己烷)和2，4-甲苯基二异氰酸酯。有用的二醇增链剂包括乙二醇、1，3丙二醇、1，4-丁二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、二乙二醇及其混合物。优选的聚合二醇是聚(四亚甲基醚)二醇、聚(四亚甲基-共-2-甲基-四亚甲基醚)二醇、聚(亚乙基-共-1，4-亚丁基己二酸酯)二醇和聚(2，2-二甲基-1，3-亚丙基月桂酸酯)二醇。1-异氰酸根合-4-[(4-异氰酸根合苯基)甲基]苯是一种优选的二异氰酸酯。优选的二醇增链剂是1，3-丙二醇和1，4-丁二醇。可以加入单官能链终止剂如1-丁醇等以控制该聚合物的分子量。
有用的热塑性聚酯弹性体包括聚醚酯类，它是通过将聚醚二醇与低分子量二醇(例如，分子量小于约250)和二羧酸或其二酯(例如，对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯)反应制得的。有用的聚醚二醇类包括聚(亚乙基醚)二醇、聚(四亚甲基醚)二醇、聚(四亚甲基-共-2-甲基四亚甲基醚)二醇[它们是由四氢呋喃和3-甲基四氢呋喃共聚合获得的]和聚(亚乙基-共-四亚甲基醚)二醇。有用的低分子量二醇包括乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇及其混合物；优选1，3-丙二醇和1，4-丁二醇。有用的二羧酸包括对苯二甲酸，任选有少量的间苯二甲酸及其二酯(例如，＜20mol％)。
可用于制备本发明纤维的核芯的有用的热塑性聚酯酰胺弹性体包括美国专利号3,468,975中所述的那些。例如，这些弹性体可以用聚酯片段制得，所述聚酯片段是通过乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，10-癸二醇、1，4-二(羟甲基)环己烷、二乙二醇、或三乙二醇与丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、2-甲基己二酸、3-甲基己二酸、3，4-二甲基己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、或十二碳二酸、或其酯反应制得的。这些聚酯酰胺中的聚酰胺片段的实例包括通过将己二胺或十二碳二胺与对苯二甲酸、草酸、己二酸、或癸二酸反应和通过己内酰胺的开环聚合制得的那些。
热塑性聚醚酯酰胺弹性体，例如美国专利号4,230,838中所述的，也可用于制备纤维核芯。这些弹性体例如可以通过如下制得由低分子量(例如，约300-约15,000)聚己内酰胺、聚庚内酰胺、聚十二内酰胺、聚十一内酰胺、聚(11-氨基十一酸)、聚(12-氨基十二酸)、聚(己二酸酯己二酯)、聚(壬二酸己二酯)、聚(癸二酸己二酯)、聚(十一酸己二酯)、聚(月桂酸己二酯)、聚(己二酸壬二酯)等和琥珀酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一碳二酸、对苯二甲酸、十二碳二酸等制备二羧酸结束的聚酰胺预聚物。然后将该预聚物与羟基结束的聚醚(例如聚(四亚甲基醚)二醇、聚(四亚甲基-共-2-甲基四亚甲基醚)二醇、聚(亚丙基醚)二醇、聚(亚乙基醚)二醇等)反应。
如上所述，这些翼可以由任意的非弹性的、或硬的聚合物形成。这些聚合物的实例包括非弹性聚酯、聚酰胺和聚烯烃。
有用的热塑性非弹性翼聚酯包括聚(对苯二甲酸乙二酯)(“2G-T”)及其共聚物、聚(对苯二甲酸丙二酯)(“3G-T”)、聚对苯二甲酸丁二酯(“4G-T”)和聚(2，6-萘二酸乙二酯)、聚(1，4-环亚己基二亚甲基对苯二甲酸酯)、聚(交酯)、聚(壬二酸乙二酯)、聚[2，7-萘二酸乙二酯]、聚(乙醇酸)、聚(琥珀酸乙二酯)、聚(α，α-二甲基丙内酯)、聚(对-羟基苯甲酸酯)、聚(水杨酸乙二酯)、聚(间苯二甲酸乙二酯)、聚(对苯二甲酸丁二酯、聚(对苯二甲酸己二酯)、聚(对苯二甲酸癸二酯)、聚(1，4-环己二亚甲基对苯二甲酸酯)(反式)、聚(1，5-萘酸乙二酯)、聚(2，6-萘酸乙二酯)、聚(1，4-亚环己基二亚甲基对苯二甲酸酯)(顺式)、和聚(1，4-亚环己基二亚甲基对苯二甲酸酯)(反式)。
优选的非弹性聚酯包括聚(对苯二甲酸乙二酯)、聚(对苯二甲酸丙二酯)和聚(对苯二甲酸1，4-丁二酯)及其共聚物。当使用相对高熔融的聚酯如聚(对苯二甲酸乙二酯)时，可以向该聚酯中加入一共聚单体，以便它可以在较低温度下纺纱。这些共聚单体可以包括具有4-12个碳原子的直链、环状和支链的脂肪族二羧酸(例如戊二酸)；除对苯二甲酸之外且具有8-12个碳原子的芳族二羧酸(例如间苯二甲酸)；具有3-8个碳原子的直链、环状和支链脂肪族二醇(例如，1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇和2，2-二甲基-1，3-丙二醇)；和具有4-10个碳原子的脂肪族和芳基脂肪族醚二醇(例如氢醌二(2-羟基乙基)醚)。该共聚单体可以约0.5-15mol％的量存在于该共聚酯中。由于间苯二甲酸、戊二酸、己二酸、1，3-丙二醇和1，4-丁二醇易于商购获得并且不贵，因此它们是聚(对苯二甲酸乙二酯)的优选共聚单体。
所述翼聚酯也可以含有少量其它共聚单体，只要这些共聚单体对纤维性能没有副作用。这些其它的共聚单体包括磺基间苯二甲酸5-钠，例如以约0.2-5mol％的量。为了控制粘合，可以加入非常少量，例如，以所有组分为基础约0.1重量％-约0.5重量％的三官能共聚单体，例如均苯三酸。
有用的热塑性非弹性翼聚酰胺包括聚(亚己基己二酰二胺)(尼龙6，6)；聚己内酰胺(尼龙6)；聚庚酰胺(尼龙7)；尼龙10；聚(12-十二烷内酰胺)(尼龙12)；聚(四亚甲基己二酰二胺)(尼龙4，6)；聚(亚己基癸二酰二胺)(尼龙6，10)；聚(亚己基十二碳酰胺)(尼龙6，12)；十二碳二胺和正十二碳二酸的聚酰胺(尼龙12，12)、得自二(4-氨基环己基)甲烷和十二碳二酸的PACM-12聚酰胺、30％亚己基间苯二甲酸二铵和70％亚己基己二酸二铵的共聚酰胺、高达30％的二-(对-酰氨基环己基)亚甲基与对苯二甲酸和己内酰胺的共聚酰胺、聚(4-氨基丁酸)(尼龙4)、聚(8-氨基辛酸)(尼龙8)、聚(七亚甲基庚二酰二胺)(尼龙7，7)、聚(八亚甲基辛二酰二胺)(尼龙8，8)、聚(九亚甲基壬二酰二胺)(尼龙9，9)、聚(十亚甲基壬二酰二胺)(尼龙10，9)、聚(十亚甲基癸二酰二胺)(尼龙10，10)、聚[二(4-氨基-环己基)甲烷-1，10-癸二羧酰胺]、聚(间二甲苯己二酰二胺)、聚(对二甲苯癸二酰二胺)、聚(2，2，2-三甲基亚己基庚二酰二胺)、聚(哌嗪癸二酰二胺)、聚(11-氨基-十一酸)(尼龙11)、聚亚己基间苯二甲酰二胺、聚亚己基对苯二甲酰二胺、和聚(9-氨基壬酸)(尼龙9)聚内酰胺。也可以使用共聚酰胺，例如聚(亚己基-共-2-甲基亚戊基己二酰二胺)，其中亚己基部分可以所有得自二胺的部分的约75-90mol％的量存在。
有用的聚烯烃包括聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烷以及乙烯或丙烯中一种或多种与其它不饱和单体的共聚物和三聚物。例如，包括非弹性聚丙烯翼和弹性聚丙烯核芯的纤维在本发明的范围内；这些纤维是双组分纤维。
弹性和非弹性聚合物的组合可以包括聚醚酰胺，例如，聚醚酯酰胺弹性体核芯与聚酰胺翼以及聚醚酯弹性体核芯与聚酯翼。例如翼聚合物可以包括尼龙6-6及其共聚物，例如，聚(亚己基-共-2-甲基亚戊基己二酰二胺)，其中亚己基部分以约80mol％存在，它任选与约1重量％至高达约15重量％的尼龙-12混合，并且核芯聚合物可以包括一弹性片段化聚醚酯酰胺。“片段化聚醚酯酰胺”是指一种具有与硬片段(短链聚酰胺)(通过酯基)共价键合的软片段(长链聚醚)的聚合物。类似的定义还有片段化聚醚酯、片段化聚氨酯等。尼龙12可以促进翼与核芯的粘合，特别是当核芯是以得自Atofina的PEBAXTM3533SN为主时。另一优选的翼聚合物可以包括一选自聚(对苯二甲酸乙二酯)及其共聚物，聚(对苯二甲酸丙二酯)和聚(对苯二甲酸丁二酯)的非弹性聚酯；一种适用于与其一起使用的弹性核芯可以包括一种聚醚酯，所述聚醚酯包括选自聚(四亚甲基醚)二醇和聚(四亚甲基-共-2-甲基-四亚甲基醚)二醇的聚醚二醇与对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和选自1，3-丙二醇和1，4-丁二醇的低分子量二醇的反应产物。
弹性聚醚酯核芯也可以与非弹性聚酰胺翼一起使用，特别是当使用促进粘合的添加剂时，如本文其它地方所述的。例如，这种纤维的翼可以选自(a)聚(亚己基己二酰二胺)及其与2-甲基亚戊基二胺的共聚物和(b)聚己内酰胺，并且这种纤维的核芯可以选自(a)聚醚酯酰胺和(b)聚(四亚甲基醚)二醇或聚(四亚甲基-共-2-甲基四亚甲基醚)二醇与对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和选自1，3-丙二醇和1，4-丁二醇的二醇的反应产物。
上述聚合物的制备方法在本领域为已知并且可以包括使用本领域已知的催化剂、助催化剂和链支化剂。
当纤维受拉伸和松弛时随着核芯通过所附着的翼扭曲，核芯的高弹性使其能够吸收压缩力和拉伸力。如果它们的附着太弱的话，这些力可以造成这两种聚合物脱离。本发明任选使用翼和核芯聚合物的机械锁来增强这种附着，并在纤维加工和使用时进一步使脱离最小化。可以通过选择翼和核芯组成和/或使用这两种聚合物之一或者二者的促进粘合的添加剂使核芯和翼之间的结合进一步得到强化。粘合促进剂可以在这些翼各自中或者仅一部分中使用。因此，单个翼与核芯可以有不同程度的层压，例如，可以有意使一些翼脱落。这些添加剂的一个实例是尼龙12(例如，以所有翼聚合物为基础为5重量％)，即聚(12-十二烷内酰胺)，也称之为“12”或“N12”，可以Rilsane“AMNO”从Atofina商购获得。同样，马来酸酐衍生物(例如BynelCXA(E.I.du Pont de Nemours and Company的登记商标)或得自Atofina的Loader乙烯/丙烯酸酯/马来酸酐三聚物)可用于改性聚醚-酰胺弹性体以促进其与聚酰胺的粘合。
作为另一实例，可以将一热塑性酚醛清漆树脂，例如HRJ12700(Schenectady International)，数均分子量在约400-约5000的范围内，加入到一弹性(共)聚醚酯核芯中以促进其与(共)聚酰胺翼的粘合。酚醛清漆树脂的量应在1-20重量％的范围内，更优选的范围是2-10重量％。可用于本文的酚醛清漆树脂的实例包括，但不限于，苯酚-甲醛、间苯二酚-甲醛、对-丁基苯酚-甲醛、对-乙基苯酚-甲醛、对-己基苯酚-甲醛、对-丙基苯酚-甲醛、对-戊基苯酚-甲醛、对-辛基苯酚-甲醛、对-庚基苯酚-甲醛、对-壬基苯酚-甲醛、双酚-A-甲醛、羟基萘甲醛和松香(特别是部分马来酸化的松香)的烷基-(例如叔丁基-)苯酚改性的酯(例如季戊四醇酯)。参见1999年8月27日申请的美国专利申请序列号09/384,605，例如促进共聚酯弹性体和聚酰胺之间的粘合的技术。
用马来酸酐(“MA”)官能化的聚酯也可以用作促进粘合的添加剂。例如，聚(对苯二甲酸丁二酯)(“PBT”)可以用MA在双螺杆挤出机中经自由基接枝来官能化(J.M.Bhattacharya，PolymerIntemational(2000年8月)，498，pp.860-866(加入本文作为参考))，该文献还报道了使用几个重量百分比的所得PBT-g-MA作为聚(对苯二甲酸丁二酯)与尼龙66以及聚(对苯二甲酸乙二酯)与尼龙66的二元混合物的相容剂。例如，这种添加剂可用于将本发明纤维的(共)聚酰胺翼与(共)聚醚酯核芯更牢固地粘合在一起。
这些聚合物和最终纤维、纱线、以及本发明所用的物品可以包括常规添加剂，在聚合期间将它们加入或者将它们加入到成型的聚合物或物品中，并且可以用于提高聚合物或纤维的性能。这些添加剂的实例包括抗静电剂、抗氧化剂、抗微生物剂、防火剂、染料、光稳定剂、聚合催化剂和辅料、粘合促进剂、褪光剂，例如二氧化钛、消光剂和有机磷酸盐。
在纺纱和/或拉伸期间可用于这些纤维的其它添加剂例如包括抗静电剂、光滑剂、粘合促进剂、亲水剂、抗氧化剂、抗微生物剂、防火剂、润滑剂及其组合。此外，这些附加的添加剂可以在该方法的不同步骤中加入，这在本领域是已知的。
上面的描述集中在纤维具有大致径向对称的横截面时的益处，尽管经常需要这种对称，但是对本发明的实施方式这并不是必需的，其中(a)所述可拉伸的合成聚合物纤维具有小于约1的脱离比(delamination rating)，并且蒸煮后收缩为至少约20％。
(b)所述可拉伸的合成聚合物纤维具有至少约20％的蒸煮后收缩并且将纤维大致拉直所需的拉伸小于约10％；(c)所述可拉伸的合成聚合物纤维包括一种包含一弹性聚合物的轴芯和大量包含与核芯相连的非弹性聚合物的翼，其中所述核芯的外表面上在翼与核芯的接触点之间包括一非弹性聚合物鞘；(d)所述可拉伸的合成聚合物纤维包括一种包含一弹性聚合物的轴芯和大量包含与核芯相连的非弹性聚合物的翼，其中所述核芯具有大致圆形或者规则的多边形横截面；或(e)所述可拉伸的合成聚合物纤维包括一种包含一弹性聚合物的轴芯和大量包括与核芯相连的非弹性聚合物的翼，其中至少一个翼具有T、C或S形状。
这些自由双组分纤维(即，其上几乎没有抵抗力的双组分纤维)可以具有至少约20％、优选至少约45％的蒸煮后拉伸，这样改善了最终衣服的舒适度。织物的蒸煮后拉伸取决于其结构和纤维在织物环境中的约束度。通常，在织物中纤维摆脱约束和干扰的自由度越大，那么它以织物形式产生的拉伸和恢复越大。
本发明的纤维可以是连续长丝形状(或者是复丝纱或者是单长丝)或短纤维(包括例如纤维束或纺纱线)。本发明的拉伸纤维可以具有每个纤维约1.5-约60的旦尼尔(约1.7-67dtex)。带有聚酰胺翼的本发明的完全拉伸的纤维通常具有约1.5-3.0g/dtex的韧度，并且具有聚酯翼的纤维具有约1-2.5g/dtex的韧度，这取决于翼/核芯比。
当制备包含大量纤维的纱线时，这些纤维可以是任意所需的纤维数和任意所需的dpf，并且弹性聚合物与非弹性聚合物之比可以随纤维不同而不同。所述复丝纱可以含有大量不同的纤维，例如，2-100根纤维。此外，包含本发明纤维的纱线可以每个纤维具有一定范围的线性密度并且也可以包括不是本发明的纤维。
下面参照图5描述本发明的双组分纤维的制备方法，它是一个可用于制备本发明纤维的设备示意图。然而，应理解的是，可以使用其它设备。本发明的方法包括将一包含弹性聚合物的熔融物通过一喷丝头以形成大量可拉伸的合成聚合物纤维，所述纤维包括一包含弹性聚合物的轴芯和大量与所述核芯相连并包括非弹性聚合物的翼。参照图5，一热塑性硬聚合物原料(未显示)在20加入到一纺纱堆积组件30中，并将一热塑性弹性聚合物原料(未显示)在22加入到纺纱堆积组件30中。可以使用预聚结或后聚结喷丝头堆积板组件。这两种聚合物可以未拉伸的长丝40的形式从一具有孔口(经设计具有所需横截面)的堆积式板喷丝头组件35挤出。本发明的方法还包括在长丝离开喷丝头的毛细孔之后将它们骤冷，从而以任何已知方式将该纤维冷却，例如借助图5中的冷空气50。可以使用任何合适的骤冷方法，例如横向流动的空气或者径向流动的空气。
这些长丝任选用一整理剂(例如任选带有硬脂酸镁的硅油)，使用任意已知的工艺在图5中所示的整理剂涂敷器60中进行处理。然后将这些长丝拉伸，之后骤冷，这样它们具有至少约20％的蒸煮后拉伸。这些长丝可以在至少一个拉伸步骤中拉伸，例如在图5中图示的加料辊80(可以150-1000米/分钟操作)和拉伸辊90之间形成一拉伸长丝100。该拉伸步骤可以与纺纱结合制备一完全拉伸的纱线，或者如果希望一种部分取向的纱线的话，在纺纱和拉伸之间有一个延迟的分离过程。拉伸也可以在将所述长丝卷绕成一经纱线期间实现；本领域技术人员称之为“拉伸整经”。可以使所述长丝具有任意所需的拉伸比，(除了通过打断长丝干扰加工之外)，例如，由约3.0-4.5倍的拉伸比可以制得一完全取向的纱线，并且由约1.2-3.0倍的拉伸比可以制得一部分取向的纱线。这里，拉伸比是将拉伸辊90的圆周速度除以加料辊80的圆周速度。拉伸可以在约15-100℃，通常约15-40℃下进行。
所述拉伸的长丝100任选可以部分松弛，例如，在图5中110处用蒸汽处理。可以在纺纱期间进行任意量的热-松弛。松弛越大，长丝弹性越大，在下面的操作中发生的收缩性越小。该拉伸的最终长丝，在如下所述的松弛之后，可以具有至少约20％的蒸煮后拉伸。以这些拉伸的长丝的卷绕前长度为基础，优选将所述初纺长丝热-松弛约1-35％，这样它可以象典型的硬纱线那样进行处理。
然后将这些骤冷、拉伸和任选松弛过的长丝以200-约3500米/分钟和高达4000米/分钟的速度，在图5中的络纱机130上卷绕收集。或者如果已将多个纤维纺纱和骤冷，那么可以将这些纤维会聚，任选交织，然后卷起，例如以高达4000米/分钟的速度在络纱机130中卷起，例如在约200-约3500米/分钟的范围内。可以在图5的络纱机130中以相同方式将单长丝或复丝纱卷起。在已将复长丝纺纱和骤冷的地方，可以如本领域通常所作的那样将该长丝会聚并在卷绕之前任选交织。
在拉伸之后的任意时间内，可以对该双组分长丝进行干-热处理或湿-热处理，同时完全松弛以呈现所需的拉伸和恢复特性能。这种松弛可以在长丝加工期间进行，例如在上述松弛步骤期间，或者在已将长丝加入到一纱线或织物中之后，例如在洗刷、染色期间等。纤维或纱线形式的热处理例如可以使用热辊或热箱进行或者在一喷射-筛滤膨化步骤中进行。优选这种松弛的热处理是在纤维已制成纱线或织物之后进行的，以便此时可以象非弹性纤维那样对其进行加工；然而，如果需要的话，可以如高拉伸纤维那样在卷起之前进行热处理并完全松弛。为了使最终织物具有更稿的均匀性，可以将该纤维均匀地热处理和松弛。该热处理/松弛温度，在加热介质是干空气时可以在约80-℃约120℃的范围内，在加热介质是热水时可以在约75-℃约100℃的范围内，并且在加热介质是超大气压蒸汽(例如在高压锅中)时可以在约101-℃约115℃的范围内。较低温度可以可能使得热处理太小或者没有热处理，而较高温度可能会使弹性核芯聚合物熔融。所述热处理/松弛步骤通常可以在几秒钟内完成。
可以将这些双组分纱线卷起成硬纱线(无弹性纱线)，由于初纺双组分纱线显示与其硬纱线瓣轮(lobe)组分一致的伸长率和拉伸特性。即，在弹性体核芯周围的这些单个瓣轮部分通常是直的并且与纺纱的长丝方向平行。可以对由这些纱线构成的纱线或织物或其它物品进行热修整。这种热处理使得瓣轮部分围绕弹性体核芯螺旋。双组分纱线收缩大，长丝纺纱长度会减少1/3-1/2。结果，呈现高水平的拉伸和恢复特性。修整之后纱线的拉伸百分比将是双组分和配合纱线的收缩性差值的函数，这是由于该双组分纱线呈现可恢复的收缩性(蒸煮后拉伸)，但是也仅能拉伸至硬纱线完全伸展的点。通过长拉织物并观察织物松弛时织物回到其原始形状来主观评价拉伸和恢复特性。
如上所述，喷丝头毛细孔具有与本发明纤维的所需横截面(如上所述)相应的设计，或者可用于产生其它双组分或双成分纤维。这些毛细孔或喷丝头钻孔可以通过任意适宜的方法切出，例如通过激光切割(如美国专利号5,168,143中所述)、钻孔、放电加工(EDM)和冲孔，如本领域已知的。可以使用激光束切割该毛细孔孔口以良好地控制本发明纤维的横截面对称性。喷丝头毛细孔的孔口可以具有任意适宜的直径并且可以切割成连续的(预聚结)或非连续的(后聚结)。非连续的毛细孔可以通过以一定的图案钻出小孔来获得，以使聚合物在喷丝头面下面聚结，并形成本发明的多翼横截面。
例如，本发明的长丝可以用如图6、6A、6B和6C中所述的预聚结喷丝头堆积板组件制得。图6为图5中所示的喷丝头组件的堆积板的侧视图，聚合物流沿箭头F的方向流动。喷丝头组件中的第一板是含有聚合物熔融池的板D，并且为常规设计。板D被置于限流板C(横截面图示于图6C)上，限流板C又被置于任选的分布板B(横截面图示于图6B)上，分布板B被置于喷丝头板A(横截面图示于图6A)上，喷丝头板A由喷丝头组件支撑板E支持。限流板C与限流板下面的分布板B对齐并与之接触，分布板B与下面的喷丝头板A对齐并与之接触，喷丝头板A中贯穿有毛细孔但是没有真正的埋头孔，喷丝头板A与其中孔大于毛细孔的喷丝头支撑板(E)对齐并与之接触。这样的设置使得加入到限流板C的聚合物可以通过分布板B、喷丝头板A和喷丝头支撑板E形成一纤维。熔体池板D(为一常规板)，用于向限流板供料。聚合物熔融池板D和喷丝头组件支撑板E足够厚且坚实，这样它们可以彼此可以牢固地压在一起，以防止聚合物从喷丝头组件的堆积板之间漏出。板A、B和C足够薄，这样这些孔口可以用激光法切割。优选喷丝头支撑板(E)中的孔经过扩口处理，例如在约45-60℃下，以避免初纺纤维接触孔的边缘。也优选，当希望聚合物预聚结时，在形成纤维之前将这些聚合物彼此接触(预聚结)小于约0.30cm，通常小于0.15cm，这样由限流板C、任选的分布板D和喷丝头板E所设定的横截面形状将更精确地在纤维中呈现。如美国专利号5,168,143中所述，对贯穿这些板的孔进行切割(其中将来自固态激光器的多模激光束减为主要单模激光束(例如TM00模式)并在金属片之0.2-0.3mm处聚焦成直径小于100微米的点)，这样可有助于更精确地确定纤维横截面。所得熔融金属在与激光束同轴的加压液体流的作用下从金属片的下表面排出。从最上面的分布板顶部到喷丝头面之间的距离可以减少到小于约0.30cm。
为了制备具有任意数量的对称放置的翼聚合物部分的长丝，将相同数量的对称排列的孔口用于这些板的每一个上。例如在图6A中，喷丝头板A以与图5的堆积板构造成90°的平面图显示。图6A中的板A包括6个对称排列的翼喷丝头孔口140，它们与中心圆喷丝头孔142相连。每个翼孔口140可以具有不同宽度的144和146。图6B显示了附加分布板B，它具有从开口端152到任选的狭缝154逐渐变细的分布孔口150，所述狭缝154将该分布孔口与中心圆孔156相连。图6C显示了限流板C，它包含翼聚合物的限流毛细孔160和核芯聚合物的中心限流毛细孔162。聚合物熔融池板D可以是本领域的任意常规设计。喷丝头支撑板E具有一足够大的通孔，并对其进行扩口(例如在45-60℃)，以避免初纺长丝与孔侧面接触，如图7和8侧视图所示。将堆积板组件(板A-D)对齐，以便核芯聚合物从聚合物熔融池板D经限流板C的中心限流孔162流出，并经6个小毛细孔164、分布板B的中心圆毛细孔156、喷丝头板A的中心圆毛细孔142流过，并从喷丝头支撑板E的大扩口孔流出。与此同时，翼聚合物从聚合物熔融池板D流出，经限流板C的翼聚合物限流毛细孔160、分布板B的分布孔口150(其中，如果有任选的狭缝154的话，首先将这两种聚合物彼此接触)、喷丝头板A的翼聚合物孔口140，并最终经喷丝头组件支撑板E中的孔流出。
本发明的喷丝头堆积板组件可用于大量合成聚合物的熔融挤出以制备纤维。在本发明的喷丝头堆积板组件中，这些聚合物可以直接加入到喷丝头毛细孔中，这是由于喷丝头板不需要很长的埋头孔。不需要很长的埋头孔是指所有存在的埋头孔(包括连接多个毛细孔入口的任意凹处)的长度小于喷丝头毛细孔的约60％并优选小于约40％。参见图7A，它显示了现有技术的喷丝头板的横截面，图7B和C，它显示了本发明的喷丝头板的横截面。在喷丝头板中的纤维形成孔口的后端口将多组分聚合物流直接限流到特定点，消除了聚合物流动中多个聚合物流在喷丝头孔口之前在进料道内混合的问题。
在具有与凹槽相连的贯穿板的适当孔的单板的一个面或两个面上使用这些凹槽将两个板的功能组合起来可能是有用的。例如，可以在喷丝头板的上游侧切出(例如通过放电加工)凹处、凹槽和低处，以起分布通道或较浅的埋头孔的作用。
可以用本发明的喷丝头堆积板组件制备包括两种或多种聚合物的各种纤维。例如，可以这样制得其它双组分纤维和本文中没有公开和/或要求保护的双组分纤维，包括美国专利号4,861,660、3,458,390和3,671,379中公开的横截面。所得纤维横截面可以是例如并排、偏心鞘-核芯、同心鞘-核芯、翼-和-核芯、翼-和-鞘-和核芯等。此外，本发明的喷丝头堆积板组件可用于纺制可分裂或不能分裂的纤维。
本发明的喷丝头堆积板组件可以经过改进以获得各种多翼的纤维，例如，为了获得各种所需翼数而改变毛细孔的数量、改变狭缝直径以改变生产不同旦尼尔的长丝或纱线支数所需的几何学参数、或者达到与不同合成聚合物一起使用所需的几何学参数。例如，在图8的实施方式中显示了用于制备3翼纤维的相对薄的喷丝头堆积板组件。在图8A中，喷丝头板厚0.015英寸(0.038cm)并具有贯穿不锈钢整个厚度的(通过本文公开的激光方法形成)以3个直翼140的形式(各自有两个宽度不同的部分(分别具有长度144和146)，它们围绕对称中心以120°对称分布)加工的孔口；在该毛细孔孔口上没有埋头孔。每一翼140长0.040英寸(0.102cm)(从其顶端到直径为0.012英寸(0.030cm)的中心圆喷丝头孔142的周围)，喷丝头孔142的中心与对称中心一致。接下来参见图8B，分布板B(厚0.010英寸(0.025cm))同轴地排列在喷丝头板A上，使分布板B的每两个翼孔口150中有一个与喷丝头板A的翼140对齐；分布板B的每个翼孔口150长0.1375英寸(0.349cm)(从其顶端到对称中心)。限流板C(图10C)厚0.010英寸(0.025cm)并具有直径为0.025英寸(0.064cm)的孔160、直径为0.015英寸(0.038cm)的孔162和直径为0.010英寸(0.025cm)的中心孔164。板C与分布板B对齐，这样在使用时，通过熔体池板D(参见图8)向分布板C的孔160供应的翼聚合物和向分布板C的孔162和164供应的核芯聚合物通过板B向板A分布形成一纤维，其中这些翼嵌入核芯。在喷丝头板A内没有埋头孔，并且板A、B和C的总厚度仅为约0.035英寸(0.089cm)。
在另一喷丝头堆积板组件实施方式中，未使用喷丝头支撑板E(参见图8)。在图9A中，喷丝头板A厚0.3125英寸(0.794cm)并且每一纺纱孔口具有一直径为0.100英寸(0.254cm)的埋头孔和一在埋头孔底部且长为0.015英寸(0.038cm)的毛细孔。如图9A所示，喷丝头板A内的每一喷丝头孔口具有6个直的翼孔口170，它们各自具有一长的轴心线，该轴心线穿过对称中心且从其顶端到中心圆孔172周围的距离为0.035英寸(0.089cm)。从每一翼的顶端起0.015英寸(0.038cm)的长度部分174的宽为0.004英寸(0.010cm)；长度部分176长0.020英寸(0.051cm)，宽0.0028英寸(0.007cm)。每一翼的顶端是在顶端的一半宽度处径向切割的。分布板B(参见图9B)厚0.015英寸(0.038cm)并具有6个翼孔口，每个孔口与喷丝头板A中的相应埋头孔中心对齐，以便板B中的每一翼孔口与板A的翼孔口对齐。板B中的每一翼孔口150长0.060英寸(0.152cm)并且宽0.020英寸(0.051cm)，其顶端是圆的，半径为0.010英寸(0.025cm)。板B中的中心孔152直径为0.100英寸(0.254cm)。限流板C(参见图9C)厚度也是0.015英寸(0.038cm)。在板C中，孔160的直径为0.008英寸(0.020cm)并且到中心孔162的中心的距离是0.100英寸(0.254cm)，所述中心孔也是板B和A的中心孔并且形成纤维的核芯。将非弹性翼聚合物加料到板C的孔160中并通过板B和A的翼孔口形成纤维的翼。翼和核芯聚合物首先在分布板B的上面接触，分布板B在挤出纤维的喷丝头板A上面0.328英寸(0.833cm)处，其直径为0.080英寸(0.203cm)。板C与板B对齐，这样板C的6个孔160在板B的翼孔口150的中心线的上面。将这些板对齐，以使加料到板C的孔162中的弹性核芯聚合物穿过该中心。
本发明的异质复合纱线还包括一种配合纱线，如图1中的20所示。该异质复合纱线包括人造或天然纤维。该配合纱线是不同于双组分纱线的任意其它纱线并优选具有比所述双组分纱线低的收缩性。所述配合纱线可以由人造、成纤维、可熔纺的聚合物形成，这些聚合物包括，但不限于，聚酰胺类、聚烯烃类(例如聚乙烯和聚丙烯)、聚酯类、纤维胶聚合物(例如人造丝和醋酸酯)、或它们的组合。用于所述配合纱线的这些聚酰胺类、聚酯类、聚烯烃和双组分可以选自任意已知的这些聚合物，包括上面参照双组分长丝的翼讨论的那些。用于构成所述配合纱线的聚合物可以具有任意的横截面形状。这些横截面形状，例如，可以包括圆形、椭圆形、对称或不对称瓣轮数较高的三叶形和狗骨头形状。此外，所述配合纱线可以是或包括天然纤维，例如棉、毛、和/或丝。优选的配合纱线包括尼龙、聚酯、聚烯烃、人造丝、棉和毛。可商购获得的配合纱线的实例包括DuPont尼龙TACTEL产品(在工业上称之为Multisoft、Microdeniers和Diablo)。同样，特别有用的是使其本身空气-缠绕、或空气-喷射变形或梳理(对短纤维而言)的任意纱线。添加剂或处理，例如上面参照双组分纱线所讨论的，可用于配合纱线。配合纱线的选择广泛；通常根据其在织物中的美学影响来做出决定。
优选，配合纱线的弹性比核芯聚合物的低。同样，所述配合纱线通常具有比双组分长丝低的收缩性。该配合纱线可以是一单一完全拉伸纱线或硬纱线，或者是一双组分纱线或另一双组分纱线。例如，将一具有较低收缩性和较低可恢复拉伸百分比(蒸煮后拉伸)的双组分纱线与一具有较高收缩性和较高可恢复拉伸百分比的双组分混合可能是有益的，例如，可以提供具有某些复合拉伸和恢复特性的纱线。如果将两种双组分纱线混合，那么可能没有自膨化效果，这是由于双组分纱线在拉伸时都不产生膨胀。
在配合纱线是单一组分的拉伸纱线时，已发现破裂伸长率小于约80％的纱线、优选破裂伸长率小于约60％的纱线，更优选破裂伸长率小于约50％的纱线(使用标准ASTM内含子技术D2256(或TRL-TM1356))，对本发明特别有用。
所述混合双组分纱线和配合纱线可以各种比例存在于最终产品中，这取决于所需用途，例如，两种纱线的重量比可以在约90/10至约10/90的范围内、更优选在80/20-20/80的范围内。可以测定最终产品中每一组分的分数，例如，按照总旦尼尔和每一长丝的旦尼尔。总旦尼尔或每一长丝旦尼尔越大，最终产品中的该组分量越大。以这些因素为基础改进这些组分可以使最终产品具有不同功能。例如，通过在最终产品中包含较大比例的双组分纱线可以获得更高的拉伸和恢复力。相反，通过包含较大比例的第二种纱线可以获得拉伸和恢复力较低的纱线，其中所述配合纱线是单组分纱线。
如上所述，本发明的双组分纱线可以单长丝纱或由大量长丝(例如2-60根长丝)形成的。所述配合纱线可以由例如2-60根长丝形成。当所述异质复合纱线包括许多双组分纤维时，这些双组分纤维可以具有不同的分特，并且弹性与非弹性聚合物的比例能够随纤维不同而不同。
所述双组分纤维的每一长丝的旦尼尔优选小于50，更优选小于20，最优选小于10，并且复合纱线的每一长丝的旦尼尔优选小于10，更优选小于5，最优选小于2.5，例如，约0.5-约50dpf。纱线束内长丝的dpf是柔软度、手感和其它衣服织物品质的关键性决定因素；翼化双组分纱线经常具有一明显的dpf(以触感和织物手感为基础)，它小于其真正的dpf。例如，一20dpf长丝织物感觉起来可以与织物形式的5-10dpf复丝纱一样柔软。然而，如果触感和均匀性是关键性的，那么双组分纱线的dpf大大超过配合纱线的dpf经常是有用的。
异质复合纱线的总旦尼尔对典型衣服应用而言可以在约20-约300旦尼尔的范围内。对于工业、室内装潢或地板应用，其可以在100至几千旦尼尔的范围内。优选的配合纱线就衣服而言为10-300总旦尼尔，就室内装潢而言是300-3000旦尼尔；更优选20-200总旦尼尔；并且长丝数与每一长丝的旦尼尔一致，为0.5-50；就衣服而言更优选1.0-10。
当本发明的异质复合纱线具有低的旦尼尔时，它可用于制备细薄织物，而具有高旦尼尔的纱线可用于较重织物。因此，本发明的纱线可以具有适用于其最终使用产品的任意纱线旦尼尔。就细薄织物而言，纱线中双组分旦尼尔和配合纱线的旦尼尔相加的总旦尼尔小于约60，优选小于约50，更优选小于约40-10旦尼尔。就中等重量的织物而言，所述异质复合纱线可以具有在约50-约200之间、优选约70-约150和更优选约70-约140的旦尼尔。就较重织物而言，例如负重织物，该异质复合纱线可以具有在约200-约2400之间、优选约200-约2000的旦尼尔。
本发明的异质复合纱线优选自膨化。这意味着它们是由在修整(双组分部分)时呈现高收缩性的双组分长丝和收缩性较低的配合长丝形成的。所述双组分长丝通常显示20-100％的可恢复拉伸(蒸煮后拉伸)，优选大于25％和更优选大于50％。而且，该双组分长丝通常显示10-30％的不能恢复收缩性、优选小于30％和更优选小于25％。所述收缩性较低的配合纱线长丝通常显示1-15％的不能恢复收缩性。当所述双组分、高收缩性长丝被激活(收缩)时，所述配合纱线弯曲并提高了复合纱线的膨胀性。因此，这些纱线的长度在纺织品修整过程(热、湿处理)中收缩而体积却立方地增加。本发明的异质复合纱线显示高拉伸恢复性，即，在蒸煮之后拉伸其最初松弛长度的20％-100％之后，它们易于恢复至接近其最初松弛长度。
可以象处理硬纱线那样来处理异质复合纱线，不需要特定的拉紧。在修整之后，提供真正的弹性恢复性能；即，纱线的表面完整并且可以与配合硬纱线以相同的方式染色。由于所述异质复合纱线为硬纱线形式并且具有非粘合硬纱线表面，因此它适合较大卷装尺寸。
由本发明的异质复合纱线可以获得各种美感和手感。这些效果将取决于例如配合纱线的性质(例如，dpf、长丝x-截面形状、总旦尼尔、收缩性)、特定的双组分纱线组成、组分之比，和所用的混合方式。这些异质复合纱线具有与硬纱线类似的加工性能，并且经热或热/湿加工产生拉伸和弹性体驱动的恢复。如果对纱线进行选择，以便这些双组分翼和配合纱线得自类似的聚合物种类，那么可以获得优异的染色均匀性。或者，可以使用不同聚合物种类以产生与良好的拉伸和恢复特性良好相配合的heathering效果。
可以通过已知方法使用所述异质复合纱线形成织物，这些方法包括圆形、弯曲、或平针织、无缝针织、织袜、以纬线方式针织、或以经线方式针织、或者以纬线和经线方式针织。纱线可以为连续长丝的形式或者以短纤维纱的形式预混合。
本发明还提供了一种异质复合纱线的制备方法。该方法包括将双组分纱线与配合纱线混合。所述双组分纱线包括至少一种长丝，该长丝包括一包含一热塑性弹性聚合物的轴芯和大量与所述轴芯相连的翼，所述翼包含一热塑性非弹性聚合物。图10是一种纺制双组分纱线、纺制配合纱线和将所述双组分纱线和配合纱线混纺的方法示意图。
参照图10，第一个硬热塑性聚合物(来源未显示)，在5处加入，并将第二个弹性热塑性聚合物(来源未显示)在15加入。所述第一个和第二个聚合物在纺纱堆积组件分布体25中混合并从双组分喷丝头35挤出形成一双组分长丝，例如单长丝45。将该双组分长丝骤冷，即通过横流的空气55冷却并固化，然后用纤维修整组合物在65涂油并卷起成一单长丝纱卷装95。
在图10的右边，将一硬热塑性聚合物(来源未显示)在18加入并导入纺纱堆积组件20并经多毛细孔喷丝头板30挤出形成大量配合纱线40，它们经横流的空气50冷却并固化，在60处会聚成一复丝纱60，在此用纤维整理剂将该纱线涂油并通过缠绕设备70递送(赋予该纱线束良好的长丝内聚力)到位于加料辊80和拉伸辊90之间的拉伸区，该纱线100以等于辊90与辊80的表面速度之比的拉伸比拉伸并经络纱机拉过纱线缠绕设备110形成一纱线卷装120。任选纱线100可以不经拉伸，这种情况下辊90与辊80的表面速度相等。
本发明的方法可以在骤冷之后，包括将该纤维热松弛的另一步骤，以便它呈现至少约20％的蒸煮后拉伸。该热-松弛是用干燥空气、热水或超大气压蒸汽作为加热介质进行的，当加热介质是所述的干燥空气时温度在约80℃-约120℃的范围，当加热介质是所述热水时温度在约75℃-约100℃的范围内，当加热介质是所述超大气压蒸汽时温度在约101℃-约115℃的范围内。
所述双组分纱线和配合纱线可以任意形式混合，以长丝或纱线形式，或者甚至在形成长丝之前在喷丝头内或之前混合。在图11中描述了一种使用缠绕设备将来自纱线卷装的双组分长丝纱与来自纱线卷装的配合纱线混合的方法。合起来，图11的方法(沿路径C)和图10的方法提供了一种以两阶段(分离)法制备本发明的异质复合纱线的方法。在图11中使用导向辊106和108的变化将来自卷装95的双组分纱线45和来自卷装120的硬纱线100混合运送纱线45和100穿过一空气喷射缠绕设备110-形成一卷在卷装130上的异质复合纱线112。
在图12中描述了一种沿路径A和B纺制双组分长丝的方法流程图以及一种纺制配合纱线的方法，为两阶段(分离)法。图12中与图10共用的元件与上面相对图10描述的相同。在该方法变体中，将硬纱线构造的双组分纱线单独纺纱并从生产卷装75或85直接合并到接着路径A或路径B的配合纱线的纺纱过程中。在配合纱线过程中，所述双组分纱线与配合纱线通过配合纱线过程的混合喷嘴(未显示)混合。将如此形成的异质复合纱线缠绕到一单纱线卷装130上。
正如上面讨论的，本发明将双组分纱线与配合纱线混合形成单纱线。双组分纱线和配合纱线各自可以单独地离线制备，然后混合形成最终的合成纱线，或者一个或二者可以以连续方式在线制备。可以通过任意已知的方法将这些组分混合形成单纱线，这些方法包括摺叠、共-纺纱、空气喷射变形、空中假捻变形和覆盖。摺叠是在没有混合长丝的情况下通过将纱线层叠在一起简单混合。摺叠可以在拉伸缠绕机内将这些纱线缠绕在一起进行。通常，这些纱线可以约0-5转/英寸(tpi)缠绕，并优选1/4-1/2tpi。在纺纱过程中通过将纱线层叠在一起进行共-纺纱；速度例如可高达4000米/分钟。共-纺纱可以在交织喷嘴中通过将纱线混合进行。空气缠绕是一种使双组分的长丝和另一种纱线混合的方法；典型的前进速度是500-1000米/分钟。空气喷射变形是一种将两种纱线加入到一空气喷射变形设备的方法；通常一种纱线比另一纱线(核芯纱线)过量加料(花色线)。该花色线经卷曲和膨胀并与核芯纱线一起缠绕。典型速度是100-400米/分钟。
空气喷射变形可以通过过量进料双组分纱线和配合纱线，使其以不同速度穿过一空气喷射变形机以产生沿末端在结点处缠绕的较大膨胀纱线来进行。包芯纺纱是一种将短纤维纱纺纱并围绕一核芯纱线卷装以覆盖所述核芯纱线的方法。机械覆盖是一种将一连续纱线围绕核芯纱线机械卷装的方法。如果通过覆盖将这些纱线混合，那么可以使用双组分纱线或配合纱线卷装另一纱线。然而，为了使拉伸潜能最大化，优选使用双组分作为核芯纱线。混合也可以通过假捻变形一硬纱线接着将其与双组分纱线共-缠绕，然后卷装卷绕的一系列方法来完成。
还可以使用WO77283中公开的共-拉伸破裂技术，或者可以使用在沿端部缠绕或扭转时的变化来产生“奇特”膨胀纱线效果的纱线混合方法。可以使用与在“拉伸-破裂”连续长丝纱的精纺毛纱工业中所用类似的特定设备来产生短纤维混合物。可以将连续形式的双组分和配合纱线加入到一系列轧辊(其运行速度差异相当大，且捏合力大)，这样在一个连续操作中将纱线束内的单个长丝拉至产生短纤维纱的破裂点，同时保持整个纱线束的连续性。这些纱线可以在精纺混合机上混合产生一异质-复合-短纤维复合纱线，它可以经拉伸和扭转成更细纱线。
在上述的本发明方法中，在加工期间双组分纱线和配合纱线或者完全拉伸或者部分拉伸。双组分和配合纱线的混合可以采用如下方式来进行，例如(a)将两种部分取向的纱线(POY)混合，接着拉伸，(b)将两种拉伸的纱线混合，或者(c)将上述两种方式相结合。
在一个方法中，一双组分纱线以其硬纱线初纺(as-spun)构型与配合纱线混合。分别纺制这两种纱线都并在一单独步骤中用缠绕喷嘴混合。将如此形成的异质复合纱线缠绕到一单纱线卷装上。典型的混合速度可以在约600-约800米/分钟的范围内变化。
在第二种方法中，所述双组分纱线以其硬纱线构型单独纺纱并从生产卷装直接汇集到配合纱线的纺纱过程中。该双组分纱线借助第二纱线过程的混合喷射与配合纱线相缠绕。将如此形成的异质复合纱线缠绕到一单纱线卷装上。典型的卷起速度可以是约1500-约4000米/分钟。
在第三种方法中，使用整合的单阶段方法。将双组分的丝条和配合纱线在一起混合，然后卷起一异质复合纱线。混合速度可以在约600-约800米/分钟的范围内。
在第四种方法中，使用二阶段法，或者任选一整合的单-阶段法。这里将双组分纱线和配合纱线在其生产过程中部分拉伸(例如，这两种纱线在其加工期间都是部分取向的纱线(POY))，并借助配合纱线过程中的混合喷嘴将这两种纱线混合并缠绕。混合速度可以通过例如，将加料辊的第二纺纱速度设为约600-约1000米/分钟，并在拉伸之后以约2000-约4000米/分钟的卷起速度卷起来实现。
在第五种方法中，在加工期间将双组分纱线部分拉伸(例如，POY)并将第二种纱线完全拉伸，并借助配合纱线工艺中的混合喷嘴将这两种纱线混合并缠绕。
在第六种方法中，在生产时将双组分纱线完全拉伸，并在加工期间将配合纱线部分拉伸(例如，POY)。借助配合纱线工艺中的混合喷嘴将两种纱线混合并缠绕。
混合也可以包括通过将一种纱线卷装在另一纱线上的覆盖。如果这些纱线通过覆盖混合，那么所述双组分纱线或配合纱线均可用于卷装另一纱线。
所述异质复合纱线方法省去了常规织物加工中所用的弹性纱线覆盖处理和假捻变形处理。本发明的方法提供了一种整合的熔纺纱线和美学选择，以及对膨胀、拉伸和恢复特性的选择。
通过以下非限制性实施例描述本发明。
测定方法如下测定在下面的这些实施例中制备的纤维的拉伸特性(蒸煮后拉伸、蒸煮后收缩性和蒸煮后拉伸恢复性)。将一5000旦尼尔(5550dtex)绞纱缠绕在一54英寸(137cm)纱杠上。环状绞纱的两侧包括在整个旦尼尔内。测定2克重(长度CB)和1000克重(0.2g/旦尼尔)下的最初绞纱长度为(长度LB)。将该绞纱在95℃水中处理30分钟(“蒸煮”)，并测定在2克重(长度CA最初)和1000克重(长度LA最初)下的最初(蒸煮后)长度。在1000克重下测定之后，再测定2克重下的在30秒钟(长度CA30秒)和2小时(长度CA2小时)之后的长度。以100×(LB-LA)/LB计算蒸煮后收缩性。以100×(LA-CA30秒)/CA30秒计算蒸煮后拉伸百分比。以100×(LA-CA2小时)/(LA-CA最初)计算蒸煮后恢复性。
实施例实施例1针织织物中的空气缠绕的双组分复合纱线通过空气缠绕本发明的第一单长丝双组分纱线和第二种可商购获得的配合纱线制得一具有潜在拉伸和恢复特性的空气缠绕的异质复合-纱线。
双组分纱线纺纱将所述双组分纱线沿图10的路径C纺纱，制备19旦尼尔(21dtex)/长丝的长丝。其它纤维和纺纱特性如下旦尼尔 19#长丝 1翼/核芯相互嵌合 是加料辊速度(m/min) 420最初修整无最初修整％ 0第二次修整类型 K-9349第二次修整％4％
翼聚合物Camacari N6 DuPont Brazilia SA翼聚合物中的添加剂 5％尼龙12 Rilson AMNA Atofina翼体积％40翼数量 5核芯聚合物 得自Atofina的Pebax 3533SN(弹性片段化聚醚酯酰胺-弯曲模量2800psi(19,300Pa))核芯体积％ 60拉伸比 4×(以drow辊速为基础)％面板松弛 20％(以络纱机速度为基础)松弛喷射蒸汽压力系统3psi％蒸煮后拉伸95％蒸煮后的绝对收缩性21％蒸煮后的恢复性90原料第二纱线是没有卷曲的尼龙66复-长丝纱(40旦尼尔(44dtex)和34根长丝纺纱并卷成纱线卷装)(由E.I.DuPont de Nemours and Co.Nylon Apparel Division批量生产)。(参见图1的120。)异质-复合-复合纱线制品使用图2中所示的Hema-jet(311型Heberlein，可从Frank andThomas，Greenvilee，S.C获得)空气缠绕喷嘴(110)将所述单长丝双组分纱线与40-34尼龙配合纱线空气混合。将所述双组分单长丝纱象硬原丝一样在低的均匀张力作用下小心地加入到缠绕喷嘴中，以避免在空气缠绕过程中翼围绕双组分长丝的核芯成螺旋形。使用100码/分钟(91米/分钟)的缠绕速度，并将最终复合纱线卷成图2中的卷装130。该缠绕的纱线具有59的旦尼尔，其中双组分长丝占最终纱线重量的32％。弹性体含量(双组分核芯)占最终缠绕纱线重量的19％。缠绕之后将这些复合纱线卷在一管核芯号上。在这一加工阶段复合纱线基本上显示硬的特性，没有常规的拉伸或恢复性能。
织物样品使用Lawson圆管针织机制备一圆形针织单面进料长度的平针组织管状织物。管以三种不同的缝合密度针织以检测在染色和修整之前和之后由上面的纱线赋予修整织物的拉伸度和恢复性。用标准尼龙染料在沸腾(100℃)下将这些平针管染色30分钟，并在盘架干燥炉中于95℃下干燥。
织物样品测定评价由这些缠绕纱线制得的圆形针织织物的拉伸和恢复特性能，按照如下定义将结果示于表1。
-布置长度*原坯(LLG)和布置宽度*原坯(LWG)是以未压制状态平放在桌上的织物管片段的测定长度和宽度。
-松弛长度*修整过的(RLF)类似地为以未压制状态平放在桌上的修整过的织物管片段的长度和宽度。
-拉伸长度*原坯(SLG)是通过将织物以半宽状折叠，然后用手相对一尺子将该原坯织物拉伸至堵塞点所测得的长度。
-拉伸长度*修整过的(SLF)是通过将织物以半宽状折叠，然后用手相对一尺子将该修整过的织物拉伸至堵塞点所测得的长度。
-松弛长度*第二次(RLF2)是在一次拉伸循环之后恢复的松弛长度。
％长度*收缩＝100×(SLG-SLF)/SLG％织物拉伸＝100×(SLF-RLF)/RLF％弹性恢复＝100×(SLF-RLF2)/(SLF-RLF)％定形＝100×(RLF2-RLF)/(SLF-RLF)表1**所有长度和宽度(以英寸计)(1英寸＝2.54cm)

说明这些数据说明，通过缠绕适当量(本实施例中为32％)的复合双组分长丝和典型的硬(低拉伸)复丝纱，可以制备拉伸百分比高且弹性恢复性能优异的针织织物。由于该双组分长丝显著地收缩，但是以可恢复拉伸(蒸煮后拉伸)保持了相当大的收缩性，因此产生高拉伸百分比(73-118％，这取决于缝合密度)和弹性恢复(85-93％)。该复合纱线中的双组分纱线组分显示足够的收缩力，即，即使在适当双组分含量下，所述配合纱线的卷曲和膨胀也可以使整修织物保持良好拉伸和恢复特性能。该修整织物显示了均匀的外观和柔软的手感，同时织物膨胀相对原坯织物增加。使用平的不能拉伸的输入纱线产生具有良好拉伸能力和真正弹性恢复性的织物的能力被看作是产生拉伸/恢复性织物的一种独特方法。
实施例2针织应用中的喷气变形的双组分复合纱线通过将完全(2.a.)或部分(2.b.)由双组分纤维组成的进料纱线与不含双组分纤维的花色线以喷气变形法混合，制备本发明的异质-复合-纱线组合。
原料聚合物原料与实施例1中所示的相同。在实施例2.a.中将由70旦尼尔的10根长丝双组分纱线组成的进料纱线如下所示进行纺纱。
在实施例2.b.中，进料纱线由同时进料的30旦尼尔单长丝双组分与70旦尼尔66长丝尼龙Tactel*工业纱线(由E.I.DuPont deNemours and Co.，Wilmington，Delaware销售)组合而成。下面显示了30旦尼尔双组分单丝的性能。
用于实施例2.a.和2.b.的花色线也是70旦尼尔的66长丝DuPontTactel*。
双组分纱线纺纱旦尼尔70 30#长丝 10 1翼/核芯相互嵌合 是 是加料辊速(m/min) 420 420最初修整 无 无最初修整％ 0 0第二次修整类型 K-9349K-9349第二次修整％4％ 4％翼聚合物Camacari N6 Camacari N6翼体积％4040翼数量 5 5核芯聚合物 Pebax 3533SN Pebax 3533SN核芯体积％ 6060拉伸比 4 4％面板松弛 2020松弛喷射蒸汽压力系统3psi 3psi％蒸煮后拉伸9596.6％蒸煮后的绝对收缩性2120.5％蒸煮后的恢复性9092.8异质-复合-纱线制品为了获得喷气变形，将花色线较快地运送，即相对进料纱线略微过量地进料到变形设备中。该喷气变形喷嘴是图2中所示的Hema-iet(311型Heberlein，可从Frank and Thomas，Greenvilee，S.C获得)空气喷嘴(110)。使用338米/分钟的核芯纱线进料速度、391米/分钟的花色线进料速度、125psi的空气压力和312米/分钟的卷起速度产生一空气喷射变形的复合纱线。制得了表2中汇总的两种不同的复合纱线。
表2

织物样品使用一单面进料Lawson圆形针织机以平针组织构型采用3种缝合密度制备针织织物管。用尼龙染料在沸腾下将该圆形针织管酸染色30分钟。
织物样品测定在修整之前或之后评价由该共变形纱线得到的圆形针织织物的收缩性、拉伸和恢复特性，结果示于表3。
表3纱线2a.

纱线2b.

MD*＝“LAWSON管针织“机器方向”XD*＝“LAWSON管针织“横向(垂直)方向”说明这些数据表明，通过将适量的双组分长丝与典型的硬(低拉伸)复丝纱一起共空气变形，可以产生拉伸比高且弹性恢复性优异的针织弹性织物。由于纱线的最初变形是在硬纱线状态下完成的，因此产生高的拉伸百分比(参见表)和弹性恢复性。所述复合纱线中的双组分纱线组分显示足够的收缩力，即，即使在适当双组分含量下，所述配合纱线的膨胀也可以使整修织物保持良好拉伸和恢复特性能。注意到该修整织物显示了均匀的外观和柔软的棉状手感，同时织物膨胀相对原坯织物也有增加。使用平的、不能拉伸的输入纱线产生具有良好拉伸能力和真正弹性恢复性的织物的能力被看作是产生拉伸/恢复性织物的一种独特方法。
实施例3机织应用中的空气喷射变形的双组分复合纱线原料所用原料和供应纱线是实施例2.a.中所用的那些。
进料纱线花色线A.70-10双组分70-66尼龙双组分纱线纺纱在以下条件下将所述双组分纱线纺纱旦尼尔 70#长丝 10翼/核芯相互嵌合 无加料辊速(m/min) 420最初修整无最初修整％ 0第二次修整类型 K-9349第二次修整％4％翼聚合物Camacari N6翼体积％40翼数量 5核芯聚合物 Pebax 3533SN核芯体积％ 60拉伸比 4％面板松弛 20松弛喷射蒸汽压力系统3psi％蒸煮后拉伸100％蒸煮后的绝对收缩性20％蒸煮后的恢复性90异质-复合-纱线制品将两种纱线分别作为进料和花色线采用如实施例2A中的空气喷射变形法制得一异质-复合-空气-变形纱线。
织物样品在一梭织机上采用平织结构由本实施例的复合纱线机织成一织物。该机织织物结构以200旦尼尔34长丝Tactel*尼龙(可从E.I.DuPont de Nemours and Company获得的纱线)作为每英寸有60个末端的弯曲纤维为主。将所述共-空气喷射变形复合纱线用作纬线或填充纤维。所得原坯织物宽度为62.5英寸。将织物在160F下用松弛洗涤剂处理、在180F下用第二松弛洗涤剂处理，并在沸腾下使用标准酸染料染色，然后在没有热定型的情况下风干，从而将该织物修整。松弛、染色和风干之后的织物宽度是50英寸。
织物样品测定观察发现只经风干处理的织物不膨胀、光滑且无收缩，并显示了良好的拉伸和恢复特性以及优异的硬纤维手感和美感。所述松弛的修整过的织物显示以下特性基本重量3.5oz/sq yd或119gr/m2厚度10.4密耳(0.0104英寸)(0.026厘米)填充数量70弯曲数量85评价一5cm宽×10cm长的织物在纬线中的％拉伸和恢复特性。使用实施例1的方法，织物在纬线方向拉伸28％，并显示拉伸后恢复＞85％。
说明这些数据说明，本发明的双组分复合纱线适用于制备具有有用的拉伸和恢复特性的纬线机织织物。
实施例4双组分复合短纤维纱双组分纱线纺纱将具有如下性能的双组分纤维纺纱旦尼尔 30#长丝1翼/核芯相互嵌合 无加料辊速(m/min) 420最初修整 无最初修整％ 0第二次修整类型 K-9349第二次修整％ 4％翼聚合物 Camacari N6翼体积％ 40翼数量 5核芯聚合物 Pebax 3533SN核芯体积％ 60拉伸比 4％面板松弛 20松弛喷射蒸汽压力系统 3psi％蒸煮后拉伸 96.6％蒸煮后的绝对收缩性 20.5％蒸煮后的恢复性 92.8异质-复合-纱线制品为了证实在短纤维加工中潜在拉伸纱线的潜能，进行如下试验将两组短纤维纤维，a)一配合短纤维纤维，由3dpf 1.5英寸切割长度尼龙卷曲短纤维纱(用于工业短纤维加工并可从E.I.DuPont deNemours and Company获得)组成，和b)切割成4英寸长度短纤维的上述30旦尼尔单长丝双组分纤维，首先分别手梳理部分排列该短纤维。然后将这两种短纤维以50/50重量比手混，并进一步手梳理获得一可手纺的粗梳条子。然后将该条子混合物手扭转形成一纱线。再将两个长度的该纱线手摺叠形成15,100旦尼尔的二-摺叠纱线。
纱线样品测定为了测定短纤维纱的潜在拉伸潜能，比较未处理和蒸煮过的纱线样品的拉伸特性旦尼尔％拉伸％拉伸的恢复性-未处理的纱线 15100 12％95％-蒸煮的样品22700 51％99％说明这些数据说明，双组分切割短纤维可以与典型的工业短纤维混合形成复合短纤维纱，它在热湿修整之后显示大大增强的拉伸和恢复特性。所述混合是使用处于平或者未激活的状态的双组分纤维完成的。双组分短纤维长丝显示足够的收缩力，配合短纤维长丝可以随该双组分长丝收缩而膨胀或弯曲，使得在热湿加工之后在最终短纤维纱中获得优异的弹性恢复性。
实施例5双组分复合短纤维纱、机织和针织织物双组分纱线纺纱按照实施例1的方法将一双组分纱线纺纱翼聚合物 N6 3.14 IV Camacari核芯聚合物Pebax*3533SN，由Atofina供应翼/核芯比 40/60以纺纱20的翼/长丝旦尼尔总数5长丝数 1几何结构 键锁拉伸比 3.5x加料辊速 500ypm加料辊松弛系统 无％松弛 0％修整类型 K-9349FOY4％纱线的张力性能如下韧性 2.4gpd破裂伸长率 28.8％模量 8.1gpd绞纱试验证实如下性能。
％蒸煮后拉伸 99％％蒸煮后保持 91％％蒸煮后收缩 25％异质-复合-纱线制品切割使用标准切割机将连续纺纱线切割成3.0英寸或1.5英寸的短纤维。在切割过程中不向纱线施加热量。
双组分短纤维的预收缩在许多情况下，在初纺(硬纤维)状态下加工短纤维，然后在后加工过程中将收缩激活(例如通过织物蒸煮、高压锅、或织物染色和修整步骤)是有益的。
在其它情况下，将双组分短纤维“预收缩”，然后进一步梳理、混合、或者加工，是有益的。下面给出了双组分短纤维的各种预收缩方法预收缩方法#1将3磅3英寸切割长度和1.5英寸切割长度双组分短纤维分别放置在一布袋中，接着将该袋装纤维放置在一高压锅中并经受240F压力蒸汽处理持续20分钟。然后将该袋装纤维放置在一转笼烘干机中于100℃小保持30分钟。加工之后观察到纤维收缩接近其最初长度的一半，长度或者从3.0英寸到1.5英寸，或者从1.5英寸到0.75英寸。观察到该纤维具有约95-105％的可恢复拉伸(蒸煮后拉伸)。为了测定高压锅制备的短纤维的开口和加工，进一步将一些短纤维通过Spinlab RotorRing Model#580，设置是进料7rpm；开棉机3800rpm；3″和1 1/2″都易于打开，在显微镜下没有看到可见破坏。
预收缩法#2将3磅的3英寸切割长度和1.5英寸切割长度双组分短纤维分别放置在布袋中，接着将该袋装纤维放置在一烹调洗涤机中。使用蒸汽使水温升至200F，并将这些袋搅拌10分钟。然后在一脱水机中将这些湿的袋装纤维脱水，并放置在转笼烘干机中于170F下保持5分钟。打开这些袋之后，发现纤维容易打开并适用于进一步短纤维混合过程。在加工之后观察纤维收缩接近其最初长度的一半，长度或者从3.0英寸到约1.5英寸，或者从1.5英寸到约0.75英寸。
梳理、梳条和棉纺纱将3磅的20旦尼尔双组分纤维(预激活状态下的初纺纺纱)切割成短纤维。将这些纤维与棉在Hamby Textile Industries混合，以便最终混合物是25％双组分和75％棉短纤维，然后梳理、拉伸、纺成粗纱并以正常扭转水平在工业设备中以常规方式环纺。以8/1棉数生产一密实混合的25/75双组分/棉环纺纱线。
蒸煮和绞纱数据由该纱线制备5000旦尼尔绞纱，测定收缩性、拉伸和恢复特性。蒸煮之后，观察纱线显著收缩，并且几乎所有收缩都保持为可恢复的拉伸(蒸煮后拉伸)。使用0.2克/旦尼尔重量将将该绞纱拉长，观察蒸煮之后的以下值％收缩性7.19％；拉伸41.8％；拉伸后的恢复75.3％说明这些数据说明，双组分切割短纤维可以与典型的工业短纤维混合形成复合短纤维纱，它在热湿修整之后显示大大提高的拉伸和恢复特性。而且下面的实施例显示，使用由至少一部分双组分短纤维组成的纱线可以制得具有有用的拉伸和弹性恢复性的针织、机织和非机织织物。
实施例5A机织织物在一框架上使用上面的纱线在纬线(12端/英寸)和经线方向(13端/英寸)制备一手织样品。在该织物上以预蒸煮状态做10cm×10-cm标记。然后蒸煮该织物，并测定其％收缩性和％拉伸，结果如下
(cm)标记ABO 拉伸后30秒钟之后收缩 拉伸弯曲10 58.5 5.5 50.0％70.0％填充10 69.5 7 40.0％58.3％实施例5B针织织物将一高扭转纱线的Lawson针织管(ATS004)由混合纱线针织单端，然后用5和36-64圆筒的刻度盘设置蒸煮。通过将该针织管放置在室温水中并将温度升至100℃，在强沸腾下保持10分钟来蒸煮该机织管；然后用冷自来水将该样品冲洗并使用脱水机脱水；最后在165F下将该织物盘式烘燥30分钟。在原坯中标记该织物，并在最终织物中测定以下绝对收缩性和可恢复的拉伸值J-120/棉Lawson管标记(英寸)ABO 拉伸后30秒钟收缩性恢复性之后MD107.5 11.5 8 25％ 53.3％94％XD3 2.52 4.1253.2 16％ 63.7％79％实施例6“无缝”圆形针织织物用图4的设备如前面的实施例将两个双组分纱线(5a和5b)纺纱，一个是单长丝纱和一个是5长丝纱。每根纱线的每一长丝具有5个得自尼龙6聚合物(CAMACARI)的对称翼部分并含有5重量％的尼龙12(RISLAN)。核芯是由PEBAXTM3533SN核芯聚合物制备的。所述核芯是总长丝横截面的55体积％。这些翼部分嵌入(“钥匙锁定”)到核芯部分中。所述双组分单长丝是25旦尼尔，初纺纺纱，以500米/分钟加料辊速进料，在该单长丝上使用4重量％的最初纤维整理剂和7％卷装整理剂。将该单长丝松弛20％，之后借助蒸汽处理卷起(使用3磅/平方英寸蒸汽压力)。总拉伸比是4X。
所述5长丝纱线具有34的总旦尼尔，在所有方面都进行类似的加工，只是进料辊速是420米/分钟，并且不使用最初整理剂。
下表显示了％蒸煮后拉伸、％蒸煮后收缩性和％蒸煮后拉伸的恢复性

使用SANTONI公司(SM-8 TOP型)机器将所述25旦尼尔的单长丝纱5a和34旦尼尔的5-长丝纱5b制成无缝圆形针织衣服管。将4个单长丝和4个五-长丝纱原料以一标准缝合图案加入，其中使用单丝纱线作为浮纱纱线以产生一童裤衣服的典型图案效果。使用Standard Memminger IRO张力机控制纱线进料张力。该织物结构是约95克/平方米的轻量透明薄纱织物。调整该SM-8机以针织管样品，它具有15.5英寸的原坯布置宽度和7.5英寸的布置长度。该原坯无缝管在220F下于直径为8.5英寸的圆筒多孔金属管形上经高压锅板制5分钟。观察到在高压锅蒸汽处理期间该衣服管收缩以匹配这种形式的圆筒直径。高压锅板制管后尺寸为布置宽度13.5英寸，布置长度7.5英寸。观察发现最终衣服管均匀、无挑剔并且适用于无缝衣服应用(如女式连裤袜)。测定以下的手拉伸特性原坯高压锅板制宽度％拉伸 70％85％宽度拉伸％恢复性90％95％长度％拉伸 79％88％长度拉伸％恢复性86％95％衣服力量最小高得多本领域技术人员，具有本文上面所述的本发明教导的益处之后，可以对其进行许多改进。这些改进应解释为包含在所附权利要求书中所述的本发明范围内。
权利要求
1.一种异质复合纱线，其包括一种混合的双组分纱线和一种配合纱线，其中所述双组分纱线包括至少一种长丝，该长丝包括一包含一热塑性弹性聚合物的轴芯和大量与所述轴芯相连并包含一热塑性、非弹性聚合物的翼。
2.权利要求1的纱线，其中所述长丝具有大致径向对称的横截面。
3.权利要求1的纱线，其中所述长丝包括3-8个翼，具有至少约20％的蒸煮后拉伸，将该纤维大致拉直所需的拉伸小于约10％，具有大致圆形的核芯横截面，并且其中非弹性翼聚合物与弹性核芯聚合物的重量比在约10/90-约70/30的范围内。
4.权利要求1的纱线，其中所述非弹性聚合物选自聚酰胺类、非弹性聚烯烃类和聚酯类，并且所述弹性聚合物选自热塑性聚氨酯类、热塑性聚酯弹性体类、热塑性聚烯烃类、热塑性聚酯酰胺弹性体类和热塑性聚醚酰胺弹性体类。
5.权利要求1的纱线，其中所述非弹性聚合物选自聚(对苯二甲酸乙二酯)及其共聚物、聚(对苯二甲酸丙二酯)、和聚(对苯二甲酸丁二酯)，并且所述弹性聚合物选自聚(四亚甲基醚)二醇或聚(四亚甲基-共-2-甲基四亚甲基醚)二醇与对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯以及选自1，3-丙二醇和1，4-丁二醇的二醇的反应产物。
6.权利要求1的纱线，其中所述双组分纱线包括一促进翼对核芯的粘附的添加剂。
7.一种衣服或其部分，其包括权利要求1的纱线。
8.权利要求1的纱线，其中所述核芯具有大致圆形或规则的多边形横截面。
9.权利要求1的纱线，其中所述双组分纱线的核芯具有外半径R1、内半径R2，并且R1/R2大于约1.2。
10.权利要求9的纱线，其中所述R1/R2在约1.3-约2.0的范围内，非弹性翼聚合物与弹性核芯聚合物的重量比在约10/90-约70/30的范围内，并且蒸煮后拉伸至少为约20％。
11.权利要求1的纱线，其中所述配合纱线是由一种或多种的聚酰胺、聚烯烃、聚酯、纤维胶聚合物、乙酸酯、双组分长丝、棉、毛、丝及其组合形成的。
12.权利要求1的纱线，其中所述配合纱线选自尼龙-66、聚酯类、聚烯烃类和天然纤维。
13.权利要求1的纱线，其中所述双组分纱线和配合纱线通过如下方式混合交织、空气混合、假捻变形另一种配合纱线后的空气混合、共-喷气变形或短纤维混合。
14.一种异质复合纱线的制备方法，所述方法包括将一包含至少一种热塑性非弹性聚合物的熔融物和一包含热塑性弹性聚合物的熔融物通过一喷丝头，从而形成多根可拉伸的合成聚合长丝，该长丝包括一包含所述弹性聚合物的轴芯和大量包含所述非弹性聚合物且与所述轴芯相连的翼，在离开所述喷丝头的毛细孔之后将这些长丝骤冷以将它们冷却，并收集这些长丝以形成一双组分纱线，并将该双组分纱线与一种配合纱线合并。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述合并包括将所述双组分纱线和配合纱线一起空气喷射变形。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述合并包括将所述双组分纱线和配合纱线一起空气缠绕。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述双组分纱线和第二纱线中的一种或者两种在合并之前呈短纤维纱的形式。
18.权利要求14的方法，其在骤冷之后还包括另一步骤将所述纤维热松弛，以便它呈现至少约20％的蒸煮后拉伸。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述热松弛是用干空气、热水或超大气压蒸汽作为加热介质进行的，在加热介质是所述干空气时在约80-℃约120℃的温度范围内进行，在加热介质是所述热水时在约75-℃约100℃的温度范围内进行，并且在加热介质是所述超大气压蒸汽时在约101-℃约115℃的温度范围内进行。
20.一种合成聚合物纱线的制备方法，该方法包括将一种或多种双组分长丝与至少一种其它长丝合并，并由该合并的长丝形成一合成聚合物纱线，其中所述双组分长丝包括一包含热塑性弹性聚合物的轴芯和大量的翼，所述翼包含与所述核芯相连的热塑性、非弹性聚合物。
全文摘要
一种可用于制备衣服的异质复合纱线，其包括一种混合的双组分纱线和一种配合纱线，其中所述双组分纱线包括一包含热塑性弹性聚合物的轴芯和大量的与所述轴芯相连并包含热塑性、非弹性聚合物的翼。
文档编号D01D5/253GK1561414SQ02819208
公开日2005年1月5日 申请日期2002年9月27日 优先权日2001年9月28日
发明者加勒特·丹尼尔·菲古伊, 马克·B.·戈德芬格, 拉凯什·H.·梅赫塔, H.·沃恩·塞缪尔森, 安东尼·J.·索罗卡, 格雷戈里·P.·威克斯 申请人:杜邦公司