具有柔软手感和低光泽及高质地的地毯长纱的制作方法

专利名称：具有柔软手感和低光泽及高质地的地毯长纱的制作方法
技术
背景技术：
领域本发明涉及用于地毯、室内装饰品和其他应用的新式长纱和纱线，用于其生产的喷丝头和方法，以及由此制造的地毯。本发明的长纱是具有复杂凸凹表面外形的实心多叶形长纱，其具有低光泽、低转动惯量、染色时的高颜色强度，和高覆盖能力。由此制造的地毯具有低光泽、手感柔软和高质地，适合于高级住宅应用。
相关技术描述许多在美国用于居所的地毯称为割绒地毯。在其生产中，绒头纱线作为环线插入到背衬料中。切割环线，以形成垂直的毛绒束并且随后进行修剪。通常割绒地毯可用短纤维纱或膨化的连续长丝纱线来制造。可根据多种传统方法来生产膨化的(卷曲变形的或有波纹的)连续长纱尼龙纱线。在不同过程中可以利用加捻、缠绕、或直接并捻。定捻纱线的多根纱线成簇进入割绒地毯，并且按惯例修整以获得需要的地毯产品。
地毯可感知的价值取决于几个因素，包括地毯质地、光泽、颜色强度和逐渐增加的手感柔软度。已知可通过增加地毯的表面重量或增加表面纤维中的卷曲褶皱来改善地毯质地。然而，地毯表面重量直接与地毯的总生产成本成比例。此外，高卷曲纤维会产生加工问题。地毯纱线需要以避免以上问题的方式，成簇进入地毯，以提供好的地毯质地。
对于一个给定的纤维材料，手感柔软度取决于纱线、纱线加捻和纤维截面中长丝的旦尼尔。较小旦尼尔的纤维具有改善的柔软度，但可能更昂贵并且难于生产。较低的捻度增加了柔软度，但降低了耐磨性(外观损失)。在重大的价格压力下，地毯纱线的生产是一个高竞争性的工业。地毯纱线需要具有更高的手感柔软度，但其是在不增加成本或不减少外观保持性下而生产的。
纤维截面的旦尼尔和形状决定了转动惯量和纤维截面的覆盖能力。高转动惯量的截面形状具有高覆盖能力，但手感柔软度较小。地毯纱线需要在覆盖能力和手感柔软度之间具有一个理想的平衡。
对于许多地毯类型，需要具有低光泽的纱线。环形截面的纤维具有所需的低光泽，但比起叶形截面纤维，其缺乏覆盖能力。地毯纱线需要在低光泽和覆盖能力之间具有一个理想的平衡。
通过染色工艺产生的颜色强度随长纱截面和反射、吸收光线的方式而变化，地毯纱线需要这样的属性容易染色而得到高颜色强度。
现有技术的纱线具有长期的历史，通过组成的纤维截面的设计，纱线具有改善地毯特性的目的。由于其膨化性和覆盖能力优于具有圆形或带状截面的纤维，具有三叶形和四叶形截面的纤维或长纱广泛用于地毯纱线中。比如在以下美国专利中描述了实心的三叶形长纱Holland的2,939,201，McKinney的3,097,416，Bagnall等的3,508,390，Shah的4,001,360，Bankar等的4,492,731，Largman等的5,057,368，以及Tung的5,108,838和5,208,106。在比如Peterson等的4,770,938、Boyle的5,322,736、Tung的5,380,592的美国专利和Bernaschek的982 414 A1的欧洲专利中描述了中空的三叶形纤维。在与之相容的范围内，美国专利3,508,390和5,322,736的公开内容在此作为参考。
以上引用的每一个纤维和地毯纱线代表了朝着其所针对的目标的发展。然而，没有一个描述了本发明的长纱和纱线的特定结构，并且没有一个满足本发明所达到的所有需要。

发明内容
本发明涉及用于地毯、室内装饰品和其他应用的新式长纱和纱线，用于其生产的方法和喷丝头，以及由此制造的纱线和地毯。本发明的长纱是具有复杂凸凹表面外形的实心多叶形长纱，其具有低转动惯量、低光泽和高覆盖能力。本发明的实施例之一是一种由实心截面组成的长纱，该截面具有大约为2.4到5的改性率，并且具有一个由多个叶片构成的周边，这些叶片通过凹线线段彼此连接。绕着长纱截面周边在一个方向上完全转动时，周边的曲率中心位置从周边的一侧到另一侧至少变化十八次。
本发明的长纱拥有出众的低光泽、易于染色而获得高颜色强度、高质地、手感柔软度和高覆盖能力的组合。
本发明包括作为实施例的由本发明的长纱构成的纱线和由本发明的纱线构成的地毯。本发明也包括作为实施例的用于制造本发明长纱的喷丝头和生产本发明长纱的方法。


在附图中图1、2、3和4是本发明长纱的其中几个不同实施例的横剖面视图；图1-3显示了本发明的三叶形长纱；图4a和4b分别显示了本发明的四叶形和五叶形长纱；图5显示了按两种现有技术的长纱和形成本发明一个实施例的长纱的比例绘制的横剖面视图，每一个具有同样的旦尼尔；图6是用于制造本发明长纱的喷丝头毛细管实施例之一的剖面视图；和图7显示了在相配的成对的地毯上测量的质感数据，该地毯由发明的长纱或现有长纱所组成。
具体实施例方式
本发明的长纱具有低惯性力矩、低光泽和高覆盖能力。由此生产的地毯具有手感柔软度、低光泽和高质地，适合于高级住宅的应用。即使在低旦尼尔时，可以高生产量地生产本发明的长纱。
如在本文一贯使用的，术语“纤维”和“长纱”是同义的。长纱或纤维包括聚合体或共聚物，其形成了具有极长长度的商品，传统上称为连续长纱，或包括聚合体或共聚物，其形成了具有极长长度的商品，并且随后剪或切成较短的长度，传统上称为短纤维。
在每个实施例中，本发明的长纱由具有大约2.4到5的改性率的实心多叶形截面构成。凹线段连接叶片的周边。绕着长纱截面周边在一个方向上完全转动时，周边的曲率中心位置从周边的一边到另一边至少变化十八次。在本发明范围内，多叶形意味着两个或多个叶片，并且最好至少是三个叶片。其中，一系列的实施例包括三叶形、四叶形和五叶形。
在一个实施例的子集中，长纱的每一个叶片包括凸出区域、凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的突起部分，突起部分具有从椭圆的、抛物线的或直线组成的组中选择的侧壁。
在另一个实施例子集中，长纱每一个叶片包括第一凸出区域、第一凹进过渡区域、第二凸出区域、第二凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的突起部分，突起部分具有选自由椭圆的、抛物线的或直线组成的组的侧壁。
在另一个实施例子集中，长纱的每一个叶片具有一个复合曲线轮廓，其具有大约5°到30°的第一臂角α和大约60°到85°的第二臂角β，和延伸到叶片最外尖端的突起部分，突起部分具有选自由椭圆的、抛物线的或直线组成的组的侧壁。
在另一个实施例子集中，每一个叶片具有一个复合曲线轮廓，其具有大约5°到30°的第一臂角α、大约60°到85°的第二臂角β、大约60°到85°的第三臂角γ和延伸到叶片最外尖端的突起部分，突起部分具有选自由椭圆的、抛物线的或直线组成的组的侧壁。
本发明长纱的复合凸凹表面外形提供了所需的低光泽，同时也提供了高覆盖能力、高外形和低转动惯量。
“改性率”是一个公知的三叶形长纱截面的测量值，例如在美国专利4,492,731中进行了定义，在与之相容的范围内在此作为参考。如在图1、2和3中所示，“改性率”指外切圆半径R2与内切圆半径R1的比率。改性率最好是大约2.5至大约3.5。
在每个实施例中，长纱截面周边具有一个由弓形线段构成的复合凸凹周线。长纱周边弓形线段是椭圆或是抛物线，但在几何上不必要是精确的椭圆或抛物线线段。在图1-4中描述的实施例的长纱周边还另外包括直线线段。
关于图1中所示的横剖面，弓形线段的曲率和相对于周边的弓形曲率中心的位置显示于表1中。在平面解析几何学中定义了曲率中心，即曲率圆的中心。例如参看1968年Addison Wesley数学读物出版的Thomas Jr.等的《微积分和解析几何学》第五版，第553到554页。曲率圆定义为在一点与一平面曲线相切的圆，其中心位于曲线的凹侧，并且在该点具有和曲线本身相同的曲率。
在图1中所示的三叶形实施例中，长纱截面具有2.4到5.0的改性率，并且每一个叶片由凸出区域60、凹进过渡区域10和延伸到叶片最外尖端的突起部分50构成，突起部分具有直而收敛的侧壁。凹线线段D-E、L-M和T-U连接叶片的周边。
在绕着图1中所示的横剖面顺时针转动时，弓形周边线段的曲率和相对于周边的曲率中心位置如在表1中所示。
表I

可证实，绕着图1中长纱周边在一个方向上完全转动时，曲率中心位置从周边的一边到另一边变化十八次。
在另一个实施例(未示出)中，三叶形长纱截面具有一个2.4到5.0的改性率，其中叶片周边通过凹形线段连接，并且每一个叶片包括凸出区域、凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的突起部分，突起部分的侧壁基本上为直的平行壁。
在另一个实施例(未示出)中，三叶形长纱截面具有一个2.4到5.0的改性率，其中叶片周边通过凹形线段连接，并且每一个叶片包括凸出区域、凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端且具有椭圆或抛物线周边的突起部分。
除了改性率之外，另一个多叶形长纱形状的测定值是臂角。臂角用来描述美国专利4,492,731和5,322,736中的长纱。本发明长纱的复合曲线轮廓要求多个臂角测量。
也如在图1中说明的，所发明的长纱包括一个具有大约2.4到大约5的改性率的实心三叶形截面，其中多个叶片的周边通过凹形线段连接；并且每一个叶片具有复合曲线轮廓，其具有大约5°到30°的第一臂角α、大约60°到85°的第二臂角β，和延伸到叶片最外尖端的突起部分。
第一臂角α通过突起形状的部分50的侧壁之间的角度来测定。第二臂角β通过在标有W和B的凸出区域终点和每一个叶片上相应的点上用凸出区域周边的切线来测定。凸出区域终点是这样的点在该点上，曲率中心位置从周边的一侧变化到另一侧。
第一臂角α的范围是从5°到30°，最好从10°到25°。第二臂角β的范围是从60°到85°，最好从70°到80°。在长纱叶片之间的角度θ1、θ2、θ3为大约100°到140°，最好是大约120°。
在图2中说明的实施例中，三叶形长纱的每一个叶片包括第一凸出区域70、第一凹进过渡区域10、第二凸出区域60、第二凹进过渡区域20和延伸到叶片最外尖端的突起部分50，突起部分的侧壁基本上是直而平行的。凹形线段F-G、R-S和DD-EE连接长纱的叶片。
在此实施例中，线段II-JJ基本上平行于线段A-B，线段K-L基本上平行于线段N-M，而线段W-X基本上平行于线段Y-Z。
关于图2中所示的横剖面，弓形周边线段的曲率和相对于周边的曲率中心位置如表II中所示。
表II


可证实，绕着图2中长纱截面的周边在一个方向上完全转动，曲率中心位置从周边的一侧到另一侧变化三十次。
在长纱叶片之间的角度θ1、θ2、θ3是大约100°到140°，最好是大约120°。
在另一个实施例(未示出)中，三叶形长纱截面具有2.4到5.0的改性率，其中叶片周边通过凹形线段连接，并且每一个叶片包括第一凸出区域、第一凹进过渡区域、第二凸出区域、第二凹进过渡区域和具有抛物线或椭圆周边的凸出突起部分。在长纱叶片之间的角度θ1、θ2、θ3是大约100°到140°，最好是大约120°。
在图3中示出的一个实施例中，三叶形长纱截面具有一个2.4到5.0的改性率，其中叶片周边通过凹形线段连接，并且每一个叶片包括第一凸出区域70、第一凹进过渡区域10、第二凸出区域60、第二凹进过渡区域20和延伸到叶片最外尖端的突起部分50，突起部分具有直而收敛的侧壁。图3中示出的实施例包括和图2中的实施例一样的弓形线段。此外，在图3中示出的一个实施例具有复合曲线外形，该复合曲线外形具有范围为大约5°到30°的第一臂角α、范围为大约60°到85°的第二臂角β和范围为大约60°到85°的第三臂角γ。β的范围最好为大约70°到80°，而γ的范围最好为大约70°到85°。在长纱叶片之间的θ1、θ2、θ3角是大约100°到140°，最好是大约120°。
如在图3中所示，第一臂角α通过突起形状的部分50的侧壁之间的角度来测定。第二臂角β通过在标有AA和V的终点和每一个叶片上相应的点上与凸出区域60的周边的切线来测定。第三臂角γ通过在标有CC和T的终点和每一个叶片上相应的点上与凸出区域70的周边的切线来测定。
在图4a中说明的四叶形实施例中，长纱截面由一个2.4到5.0的改性率，并且每一个叶片由凸出区域60、凹进过渡区域10和延伸到叶片最外尖端的突起部分50构成，突起部分具有直而收敛的侧壁。凹线线段连接叶片周边。在长纱叶片之间的θ1、θ2、θ3角是大约80°到100°，最好是大约90°。
同样如在图4a中说明的，所发明的长纱包括具有2.4到5.0的改性率的实心四叶形截面，其中所述叶片周边通过凹线线段连接；并且其中每一个叶片包括大约5°到30°的第一臂角α和大约60°到85°的第二臂角β，和延伸到叶片最外尖端的突起部分。
在另一实施例(未示出)中，四叶形长纱截面有2.4到5.0的改性率，其中叶片周边通过凹线线段连接；并且每一个叶片由凸出区域、凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的突起部分构成，突起部分的侧壁基本上为直的平行壁。
在另一实施例(未示出)中，四叶形长纱截面具有2.4到5.0的改性率，其中叶片周边通过凹线线段连接；并且每一个叶片由凸出区域、凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的具有抛物线或椭圆周边的突起部分构成。
在图4b中示出的五叶形实施例中，长纱截面具有2.4到5.0的改性率，并且每一个叶片由凸出区域60、凹进过渡区域10和延伸到叶片最外尖端的突起部分50构成，突起部分具有直而收敛的侧壁。凹线线段连接叶片周边。在长纱叶片之间的角θ1到角θ5是大约60°到80°，最好是大约72°。
也如在图4b中说明的，所发明的长纱包括具有2.4到5.0的改性率的实心五叶形截面，其中所述叶片周边通过凹线线段连接；并且其中每一个叶片具有复合曲线外形，其具有大约5°到30°第一臂角α和大约60°到85°的第二臂角β，和延伸到叶片最外尖端的突起部分。
在另一实施例(未示出)中，五叶形长纱截面具有2.4到5.0的改性率，其中叶片周边通过凹线线段连接；并且每一个叶片由凸出区域、凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的突起部分构成，突起部分的侧壁基本上为直的平行壁。
在另一实施例(未示出)中，五叶形长纱截面具有2.4到5.0的改性率，其中叶片周边通过凹线线段连接；并且每一个叶片包括凸出区域、凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端且具有抛物线或椭圆周边的突起部分。
在图1-4中示出的每一个长纱实施例和讨论过但未显示的实施例中，叶片可以是不对称的。本发明的长纱叶片最好是对称的。
为了实现手感柔软度和高覆盖能力这两个明显矛盾的目标，本发明的长纱具有低旦尼尔、低转动惯量和高改性率。长纱旦尼尔最好是大约4到20。长纱旦尼尔尤其最好是大约4到15。长纱旦尼尔最佳为大约4到13。
图5显示了按两种现有技术的长纱和本发明长纱的一个实施例的比例绘制的剖面视图，每一个都具有同样的旦尼尔。在每一个截面下方显示了改性率和相对转动惯量。外部虚线为图5a中所示的长纱截面的横向跨度提供了一个参考。在图5a中显示的转动惯量和横向跨度的参考是美国专利3,508,390中的长纱截面。
与现有技术的三叶形长纱比较，本发明的长纱具有相同的旦尼尔、或者具有提供增加柔软度的更低转动惯量，或者具有提供更高覆盖能力更大的跨度，或两者兼具。在相同旦尼尔下，在图5c中所示的所发明的长纱，比起美国专利3,508,390中现有技术的纤维，跨度提高了10％，而转动惯量降低了3％，并且与美国专利5,322,736中现有技术的纤维相比，转动惯量降低了20％。
最好由熔体纺丝来形成长纱，熔体纺丝涉及挤压熔融聚合物通过一个喷丝头。制成长纱的聚合物或共聚物的类型可以是任何典型地用于地毯或室内装饰的纱线。这些类型的例子如聚酰胺、聚酯、聚烯烃(特别是聚丙烯)和丙烯酸。“聚酰胺”代表尼龙6、尼龙66、尼龙4、尼龙12和其他包含-CONH-重复单元的聚合体，如在Merrow出版公司的Cook，J.的《纺织纤维手册》第194页到327页(1984)中描述的。尼龙6和尼龙66是首选的。
“聚酯”代表聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚萘二甲酸乙二醇酯，聚亚烷基己二酸酯，二元酚聚酯和其他包含-COO-重复单元的聚合体，如在John Wiley&Sons公司出版的《聚合物科学和工程学百科全书》第12卷第1到300页(第2版，1989)中描述的。PET是首选。
本发明包括由本发明的长纱所构成的实施例纱线。本发明的每一个纱线由多根长纱组成，其中至少大部分所述长纱是具有2.4到5.0的改性率的实心多叶形长纱，通过凹线线段连接叶片周边；并且绕着每一个长纱截面的周边在一个方向上完全转动时，曲率中心的位置从周边的一侧到另一侧变化至少十八次。
在其中的一个实施例中，纱线由多根长纱构成，其中至少大部分长纱是具有2.4到5.0的改性率的实心多叶形长纱，通过凹线线段连接所述叶片周边；其中每一个叶片包括一个凸出区域、凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的突起部分，突起部分具有选自由椭圆的、抛物线的或直线组成的组的侧壁。
在另一个实施例中，纱线由多根长纱构成，其中至少大部分所述长纱是具有2.4到5.0的改性率的实心多叶形长纱，通过凹线线段连接叶片周边；其中每一个叶片包括第一凸出区域、第一凹进过渡区域、第二凸出区域、第二凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的突起部分、突起部分具有选自由椭圆的、抛物线的或直线组成的组的侧壁。
在另一个实施例中，发明的纱线由多根长纱构成，其中至少大部分所述长纱是具有2.4到5.0的改性率的实心多叶形长纱，通过凹线线段连接叶片周边；并且其中每一个叶片包括具有复合曲线外形大约5°到30°第一臂角α、大约60°到85°的第二臂角β、大约60°到85°的第三臂角γ，和延伸到叶片最外尖端的突起部分，突起部分具有选自由椭圆的、抛物线的或直线组成的组的侧壁。
纱线最好由多根长纱构成，其中至少大部分所述长纱是具有2.4到5.0的改性率的实心多叶形长纱，通过凹线线段连接叶片周边；并且其中每一个叶片包括一个复合曲线外形大约5°到30°第一臂角α、大约60°到85°的第二臂角β，和延伸到叶片最外尖端的突起部分，突起部分具有基本上直而收敛的侧壁。
本发明纱线的一小部分可选择性地包括比起构成本发明长纱的聚合体具有更低熔点的热激活粘合剂长纱。当本发明的长纱是连续长纱时，粘合剂长纱是连续长纱，在加捻期间或通过混合一起合并入本发明的纱线。当本发明的长纱是短纱时，粘合剂长纱是短纱，通过混合合并入本发明的纱线。
本发明长纱也可以包括一个具有核心纤维的未搓捻包装初捻纱和一个包裹纱线，如在序列号为09/723643的共同未决的申请中所描述的，其中核心纤维的主要部分由发明的长纱组成，并且至少包裹纱线包含一个热激活粘合剂纤维。
当在本发明的纱线中使用热激活粘合剂纤维时，粘合剂纤维最好占本发明纱线大约0.05到3的重量百分比。
在其他实施例中，本发明包括由本发明的多根长纱纱线制造的地毯。在这些实施例的每一个中，本发明地毯包含多根长纱的纱线，其中纱线中的长纱至少大部分为具有2.4到5改性率的实心多叶形长纱，叶片周边由凹线线段连接；并且绕着每一个实心三叶形长纱截面周边在一个方向上完全转动时，曲率中心位置从周边的一侧到另一侧变化至少十八次。
本发明的地毯最好由多根长纱的纱线构成，其中所述纱线中长纱的大部分是具有2.4到5改性率的实心多叶形截面，叶片周边由凹线线段连接；其中每一个叶片具有一个复合曲线轮廓其具有从大约5°到30°变化的第一臂角α和从大约60°到85°变化的第二臂角β，和延伸到叶片最外尖端的突起部分，突起部分具有选自由椭圆的、抛物线的或直线组成的组群的侧壁。突起部分的侧壁最好是直而收敛的。
其中一个本发明的喷丝头毛细管的实施例包括起源于三叶形中心区域的中心点的三个分支，从中心区域沿每一个分支延伸的一个或多个邻接的膨胀区域，以及一个从最外面的膨胀区域延伸至每个分支最远点的单突起部分。
在图6中说明了其中之一的本发明的喷丝头毛细管的截面。应理解，在一个单喷丝头垫板上将典型地形成多个这样的毛细管，但是挤压制品可以是单根长纱或具有任意长丝支数的多根长纱的纱线。
在图6中所示的喷丝头毛细管实施例用来纺具有图1所示的截面的长纱。带有四或五个分支的相似的毛细管分别用于纺织图4a和4b中所示的长纱。除以下注解的，一个类似于在图6中所示的毛细管用于纺具有图2所示的截面的长纱。
图6中的毛细管的孔由三个分支构成。孔41的每个分支起源于三叶形中心区域31的中心点。沿每一个分支与三叶形中心区域31直接邻接的是膨胀区域61。膨胀区域最好基本上为矩形。在膨胀区域61以外，每一个分支41包括一个突起部分51，其延伸到每个分支的最远点。用于纺织具有图2所示截面的长纱的喷丝头，沿着每一个分支另外具有一个邻接第一膨胀区域的第二膨胀区域。
在图6中，从中心点到膨胀区域起点处测量的中心区域的长度LC大约是分支总长L的9％到13％。膨胀区域61沿每一个分支的长度LB大约是分支总长L的8％到11％。突起毛细管部分的长度LN应该至少是分支总长L的40％。LN最好至少是L的60％。LN最佳为L的80％。
毛细管的尺寸对于实现本发明的目标是很重要的。如果毛细管的孔区域太大，将挤压长纱拉延降到理想的低旦尼尔是不可能的。另一方面，如果毛细管的尺寸太小，则会出现多个问题。这些问题包括在纺织期间过度的压力下降和堵塞、在生产流水作业期间的清洗困难和韧性缺乏，即容易受损。
本发明的毛细管的孔区域大约为4×10-4平方英寸(0.26平方毫米)到11×10-4平方英寸(0.71平方毫米)，最好是大约5×10-4平方英寸(0.38平方毫米)到8×10-4平方英寸(0.45平方毫米)。喷丝头突起部分的宽度WN是大约0.003英寸(0.0762毫米)到大约0.004英寸(0.10毫米)，最好大约0.00325英寸(0.0826毫米)。喷丝头中心区域的长度LC是大约0.0055英寸(0.140毫米)到大约0.0075英寸(0.190毫米)，最好大约0.0065英寸(0.165毫米)。喷丝头中心区域的宽度WC是大约0.004英寸(0.102毫米)到大约0.006英寸(0.152毫米)，最好大约0.005英寸(0.127毫米)。中心区域周边的半径R3是大约0.0025英寸(0.064毫米)到大约0.0045英寸(0.114毫米)，最好大约0.0035英寸(0.089毫米)。
对于图6所示的实施例，喷丝头膨胀区域的长度LB是大约0.0045英寸(0.114毫米)到大约0.0065英寸(0.165毫米)，最好大约0.0055英寸(0.140毫米)。圆角半径R1是大约0.001英寸(0.0254毫米)到大约0.003英寸(0.076毫米)，最好大约0.002英寸(0.0508毫米)。圆角半径R2是大约0.001英寸(0.0254毫米)到大约0.002英寸(0.051毫米)。毛细管分支之间的角度是大约100°到大约140°，最好大约为120°。
本发明的方法包括这些步骤生成形成长纱的材料的熔化物；联合毛细管喷丝头放置熔化物，所述喷丝头形成一个或多个孔，其中每个孔包括起源于多叶形中心区域的中心点的多个分支，从中心区域沿每一个这样的分支延伸的一个或多个邻接的膨胀区域，以及一个从最外的膨胀区域延伸到每个分支最外点的单突起部分；挤压熔化物通过喷丝头的孔，以形成熔体流；冷却以凝固所述熔体流，从而形成多根长纱的纱线；以及拉延所述纱线至大约1.5∶1到大约3.6∶1的总拉伸比。
给出了下面的例子，以提供对于本发明更完全的理解。用来说明本发明的原理而提出的特定技术、条件、材料、比例和报告数据是示范性的，不应该解释为对本发明范围的限定。
例子例子1纱线制备如下制备本发明的纱线熔化具有甲酸粘性60且包含0.18％TiO2的尼龙6聚合体，并且在250℃以38磅/小时(0.287公斤/分钟)的速度挤压通过一个112长纱喷丝头，其具有图6所示的截面的孔。拉延挤压的熔体流到160∶1，冷却，并且凝固。从水乳浊液涂抹纺丝油剂，并且随后热拉延纤维丛到3∶1，以生产具有图1所示的实心三叶形截面的本发明的纱线。长纱的改性率是2.7。第一臂角α是15°。第二臂角β是70°。在叶片之间的角大约是120°。
纱线在填充器管道中用蒸汽结构化，并在拉延后在管线内进行空气喷流混合。生产多个纱线卷装。在变形和混合后，纱线是大约1120旦尼尔×112纱(10旦尼尔/纱)。纱线拉伸性能是3.5g/d的韧性，10.4g/d的起始模量和40％的极限伸长。
纱线也被制备成具有图5a所示的现有技术的实心三叶形截面。以如下相似方法制备此纱线熔化具有甲酸粘性60且包含0.18％TiO2的尼龙6聚合体，并且在253℃以38磅/小时(0.287公斤/分钟)速度挤压通过一个112纱喷丝头，其具有在至今作为参考的美国专利3,508,390的图3中说明的截面的孔。拉延挤压的熔体流到76∶1，冷却并且凝固。从水乳浊液涂抹纺丝油剂，并且随后拉延纤维丛到3∶1，以生产具有图5a所示的实心三叶形截面的纱线。
纱线在填充器管道中具有蒸汽的结构，并在拉延后在管线内进行空气喷流混合。生产几个纱线卷装。在变形和混合后，纱线是大约1120旦尼尔×112纱(10.0旦尼尔/纱)。纱线具有3.0的改性率和14°的臂角。在叶片之间的角大约为120°。纱线拉伸性能是3.2g/d的韧性，10.2g/d的起始模量和42％的极限伸长。
例子2地毯制备从例子1中生产的纱线来制备地毯。一些纱线和30旦尼尔/12长纱的低融化尼龙粘合纤维混合，以生产包含2.61％。粘合纤维的1150旦尼尔的纱线。搓捻所有纱线，并且与另一纱线绞合，以生产一个5.5×5.5匝数/英寸(2.17匝数/厘米)或是一个6.5×6.5匝数/英寸(2.56匝数/厘米)的2合股双绞纱线。2合股双绞纱线于126℃下在Superba过程中经受定捻操作，如果有粘合纤维的话，就熔融粘合纤维。
定捻纱线以45oz/yd2(1.53公斤/平米)或53oz/yd2(1.80公斤/平米)的密度成组簇进入聚丙烯背衬中，至22/32英寸(1.75厘米)的绒头高度，以生产若干试验性的33厘米×46厘米的地毯样本。于60℃下，在结合来自Ciba Specialty Chemicals的酸性染料的流体染色过程中，在传统表面活性剂和缓冲剂的参与下，单个地毯样本进行染色，以生产指定颜色“Kayak Tan”。染料浓度如下TECTILON黄色3R KWL 200-0.0374克/升TECTILON红色2B N 200％-0.0175克/升TECTILON蓝色4RS KWL 100酸性染料-0.0234克/升染料溶液pH值是7.5±0.2。
使用传统方法对染色地毯进行底面涂层和修剪。
地毯评估方法通过若干方法来评估地毯。基本上通过J.Appl.Poly Sci.，Appl.Poly Symp.杂志1991年第47卷上第355至371页所刊登的Southern等人的“地毯性能的基础物理性质”介绍的方法对地毯质感进行定量测量。更高的质感测量值是优良的。
通过一个由在地毯结构和评估中有见识的四个人组成的专家小组对光泽进行定性判定。本发明的地毯和包含现有技术纤维的地毯以光泽的等级顺序排列，不考虑哪种纱线使用于其结构中。以一到十的比例来给定数值等级，一相应于最低光泽，而十相应于最高光泽。一个单元级别的差别具有显而易见的不同。
对于具有相同结构的多个配对的实验性地毯样本，一个包含本发明的纱线，而另一个包含现有技术纤维，在地毯表面采集照片。照片经过定量影像分析，以确定地毯表面覆盖有纱线毛绒束的百分比、在毛绒束之间相对空闲的尺寸和覆盖“匀度”，即在毛绒束中心和其四个最近相邻的毛绒束之间距离的变化。较小的空闲尺寸和较小的匀度数值代表了更好的覆盖率和更均一的地毯质地。
地毯评估结果以上讨论所制备的地毯的特性概要在表III中显示，作为配对地毯的一个比较一个带有具有图1截面的本发明纤维，另一个带有具有图4a截面的现有技术纤维，其他因素保持一致。表3中的质感测量值是在地毯样品内六个位置的平均值。表III中的平均值代表的单个地毯质感测量值显示在图7中。
光泽数值代表了专家小组的一致意见。
讨论从表III中的平均值可以看出，由纱线和本发明长纱构成的地毯比由现有技术长纱构成的地毯具有更高的质感。从表III中也可以看出，由纱线和本发明长纱构成的地毯比由现有技术长纱构成的地毯具有更小的光泽度。对于由纱线和本发明长纱构成的地毯，其覆盖度更大，在毛绒束之间相对空闲的尺寸更小，并且毛绒束的“匀度”(质地)更均一。
在这些方面的每一个中，由纱线和本发明长纱构成的地毯都优于由现有技术长纱构成的地毯。
表III地毯比较除粘合剂以外所有纱线为1120旦尼尔×112纱。所有地毯绒头高度22/32英寸

*参考样品n.a-无例子3当纺纱一个本发明的实心三叶形长纱和现有技术空三叶形长纱时，当各自喷丝头具有同样的最小毛细管槽尺寸时，以下例子说明了可获得的旦尼尔的差别。
熔化具有甲酸粘性60且包含0.18％TiO2的尼龙6聚合体，并且在250℃以38磅/小时(0.287公斤/分钟)速度挤压通过一个140纱喷丝头，其具有图6中说明的截面的孔。喷丝头突起部分宽度WN是0.00325英寸(0.0826毫米)。一个孔的全部面积是6.8×10-4平方英寸(0.439平方毫米)。
拉延挤压的熔体流到200∶1，冷却并且凝固。从水乳浊液涂抹纺丝油剂，并且随后热拉延纤维丛到大约3∶1，以生产具有图1所示的实心三叶形截面的本发明的纱线。长纱的改性率是2.7。第一臂角α是15°。第二臂角β是70°。在叶片之间的角大约是120°。
纱线在填充器管道中具有蒸汽的结构，并在拉延后在管线内进行空气喷流混合。在变形和混合后，所发明的纱线是大约1120旦尼尔×140纱(8.0旦尼尔/纱)。
类似的，使用具有如上相同最小毛细管槽尺寸的喷丝头来制备具有现有技术空三叶形截面的纱线。熔化具有甲酸粘性60的尼龙6聚合体并且在250℃以38磅/小时(0.568公斤/分钟)速度挤压通过一个84孔群的喷丝头，其设计显示于至此作为参考的美国专利5,322,736的图5中。突起毛细管的槽宽(在美国专利5,322,736的图5中的尺寸W)为0.00325英寸(0.0826毫米)。这与用于纺以上刚刚描述的实心三叶形长纱具有相同的最小槽宽。然而，一个孔群的全部孔面积是11.39×10-4平方英寸(0.735平方毫米)。为了容纳形成中空的元件，空三叶形喷丝头的孔面积明显大于实心三叶形喷丝头。
拉延挤压的熔体流到200∶1，冷却并且凝固。从水乳浊液涂抹纺丝油剂，随后热拉延纤维丛最大到约3∶1，以生产美国专利5,322,736的图1所示的具有现有技术的空三叶形截面的纱线。长纱的改性率是2.7。第一臂角α是15°。第二臂角β是70°。在叶片之间的角大约是120°。
纱线在填充器管道中被蒸汽结构化，并在拉延后在管线内进行空气喷流混合。在变形和混合后，纱线是大约1120旦尼尔×84纱(13.4旦尼尔/纱)。
当使用相同的最小喷丝头开口尺寸来纺纱时，本发明的实心三叶形纱线与现有中空三叶形纱线相比较，本发明的实心三叶形长纱的旦尼尔低40％(8.0旦尼尔/纱对13.4旦尼尔/纱)。因为低长纱旦尼尔纱线生产的地毯手感更柔软，这是本发明纱线的一个重要优势。
例子4生产具有在美国专利5,322,736的图1所示的中空三叶形截面的低旦尼尔的短纤维长纱是理想的。为实现这个，制造一个具有小开口和小孔面积的163孔群的喷丝头。喷丝头是在美国专利5,322,736图5中说明的设计。一个孔群的毛细管槽宽仅为0.0025英寸(0.0508毫米)，并且孔群的全部孔面积为8.76×10-4平方英寸(0.565平方毫米)。
熔化具有甲酸粘性60的尼龙6聚合体，并且以67.5磅/小时(0.511公斤/分钟)的速度挤压。拉延挤压的熔体流到200∶1，冷却并且凝固成一个163纱的纤维束。从水乳浊液涂抹纺丝油剂，随后热拉延纤维丛最大到3∶1。纱线在卷曲箱中进行蒸汽卷曲，并且切成短纤维。短纤维长纱是10.7旦尼尔。
在纺纱期间，喷丝头积聚了硬的、玻璃质的、碳质的和无机材料的沉积。沉积的严重性取决于聚合物的清洁度和在喷丝组合中现有熔融过滤的程度。当完成纺纱运转时，尝试通过正常程序来清理喷丝头。喷丝头首先在一个“燃尽”炉中于大约510℃下加热6小时。冷却的喷丝头在热肥皂水中超声波清洗并且利用压缩空气吹干。通常，在显微镜帮助下，用非常小的镊子可以将少量残留物从喷丝头中很容易地去除。
然而，在此燃尽和超声波降解的最后，相当多的残留物残存在更狭窄的喷丝头孔径中，这被证实是很难去除的。此喷丝头的小开口阻碍了镊子的有效使用，以去除残留物而不损坏孔径边缘。喷丝头在更高温度(540℃)下经历第二次燃尽和超声波降解。在显微镜下可一般困难地去除残余的残留物。
在现有的聚合物清洁、熔体过滤技术和喷丝头清洗方法的条件下，当喷丝头孔群具有小于大约0.003英寸(0.0702毫米)开口时，要求的长期且劳动密集的清洗过程阻碍了获得更低旦尼尔长纱的方法。当那些条件和技术得到改进时，这将仍然成立在同样最小毛细管槽尺寸下，比起生产中空三叶形长纱的喷丝头，生产实心三叶形长纱的喷丝头具有一个更小的孔面积。因此，对于同样最小的喷丝头开口，和生产现有技术的中空三叶形长纱相比，生产更低旦尼尔的所发明的实心三叶形长纱将总是可能的。
例子5在真空炉中于110℃下干燥具有甲酸粘性60的尼龙6聚合体16个小时，熔融，在262℃以0.67克/分钟的速度挤压通过一个图6示出的所发明结构的单孔喷丝头。孔的最小开口尺寸为0.00325英寸(0.0826毫米)，全部面积为6.8×104平方英寸(0.439平方毫米)。最大限度地拉延熔体流，并冷却，凝固，在一个157℃的热轧辊上最大拉延到3.1∶1，并且卷绕。最终的单一长纱为4.1旦尼尔，具有图1中示出的截面。
例子6在相同地毯结构中，在用本发明的实心三叶形纤维和用同样旦尼尔的现有技术中空三叶形纤维制造的地毯之间，下面的例子说明了柔软度和颜色强度的差异。
纺织大约为1400旦尼尔×80纱(1705旦尼尔/纱)的尼龙6纱线，每一个纱线具有图5c说明的本发明实心三叶形截面或图5b说明的现有技术中空三叶形截面。单个纱线以12.1oz/yd2(0.41公斤/平米)的密度成簇进入非编织背衬中，并剪切成5/16英寸的绒头高度，以从每个纱线生产地毯样品。此地毯结构常用于汽车地板应用。
在60℃下，用来自Ciba Specialty Chemicals的TECTILON酸性染料对单个地毯样品染色使用TECTILON黄色3R KWL 200、TECTILON红色2B N 200％或TECTILON蓝色4RS KWL 100，在流体染色过程中，使用一个范围内的染料浓度。
专家小组对比了用相同颜色染料以相同浓度着色的地毯样品的颜色强度。对于每一个染料和染料浓度，可以发现，中空三叶形长纱的颜色强度低于本发明的实心三叶形长纱。仅当用于中空三叶形长纱的染色剂中的染料浓度比本发明的实心三叶形长纱的染料浓度高大约20％到25％时，才可生产出具有相同颜色强度的地毯。
应该指出，在中空三叶形长纱中空隙容积的纱线-纱线之间的差异和随之而来的在染色颜色强度上的差异，可导致由此制造的地毯中出现可见条纹。
关于上述地毯样品的“手感”，询问了四个地毯专家，确定哪个最柔软。每一个专家都发现，用本发明的实心三叶形纤维制造的地毯比用现有技术的中空三叶形纤维制造的地毯要显著柔软。
例子7熔化具有甲酸粘性60的尼龙6聚合体，并且在250℃下以38磅/小时(0.568公斤/分钟)的速度挤压通过一个94纱喷丝头。拉延挤压的熔体流到200∶1，冷却并且凝固。从水乳浊液涂抹纺丝油剂，随后最大化地热拉延长纱纤维丛到3∶1，以生产具有图3说明的实心三叶形截面的纱线。长纱的改性率是4。第一臂角α是15°。第二臂角β是70°。第三臂角γ是75°。在叶片之间的角大约是120°。纱线在填充器管道中具有蒸汽的结构，并在拉延时在管线内进行空气喷流混合。在变形和混合后，纱线是大约1160旦尼尔×94纱(12.4旦尼尔/纱)。长纱截面是图3所示的更复杂的实施例。
在如此相当详尽地描述本发明后，应该理解，不必严格遵守这样的详述，对于所属技术领域的普通技术人员来说，在后附权利要求书所确定的本发明的范围内，可以提出进一步的变化和改动。
权利要求
1.一种含有实心截面的长纱，该截面具有由多个叶片构成的周边，这些叶片通过凹线线段彼此连接，所述截面具有大约为2.4到5的改性率；绕着周边在一个方向上完全转动时，周边的曲率中心位置从所述周边的一侧到另一侧至少变化十八次。
2.根据权利要求1所述的长纱，其特征在于，长纱的每一个叶片包括凸出区域、凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的突起部分，所述突起部分具有选自由椭圆、抛物线或直线组成的组的侧壁。
3.根据权利要求1所述的长纱，其特征在于，长纱每一个叶片包括第一凸出区域、第一凹进过渡区域、第二凸出区域、第二凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的突起部分，所述突起部分具有选自由椭圆、抛物线或直线组成的组的侧壁。
4.根据权利要求1所述的长纱，其特征在于，所述长纱的每一个叶片具有复合曲线轮廓，其具有大约5°到30°的第一臂角α、大约60°到85°的第二臂角β，和延伸到叶片最外尖端的突起部分，所述突起部分具有选自由椭圆、抛物线或直线组成的组的侧壁。
5.根据权利要求1所述的长纱，其特征在于，所述长纱的每一个叶片具有复合曲线轮廓，其具有大约5°到30°的第一臂角α、大约60°到85°的第二臂角β、大约60°到85°的第三臂角γ和延伸到叶片最外尖端的突起部分，所述突起部分具有选自由椭圆、抛物线或直线组成的组的侧壁。
6.根据权利要求1所述的长纱，其特征在于，叶片数量至少为三。
7.根据权利要求6所述的长纱，其特征在于，叶片具有充分的等距间隔。
8.根据权利要求1所述的长纱，其特征在于，叶片数量为三、四或五。
9.根据权利要求2、3、4或5所述的长纱，其特征在于，所述突起部分的所述侧壁基本上是直而平行的。
10.根据权利要求2、3、4或5所述的长纱，其特征在于，所述突起部分的所述侧壁基本上是直而收敛的。
11.根据权利要求2、3、4或5所述的长纱，其特征在于，所述突起部分具有选自由抛物线或椭圆组成的组的周边。
12.一种纱线，由多根权利要求1所述的长纱所构成。
13.根据权利要求12所述的纱线，其进一步包括约0.05到3重量百分比的热激活粘合剂纤维。
14.根据权利要求12所述的纱线，其特征在于，所述多叶形长纱选自由三叶形长纱、四叶形长纱、五叶形长纱或其混合长纱所组成的组。
15.根据权利要求12所述的纱线，其特征在于，所述多叶形长纱是三叶形长纱。
16.根据权利要求12所述的纱线，其特征在于，每一个叶片包括凸出区域、凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的突起部分，所述突起部分具有选自由椭圆、抛物线或直线组成的组的侧壁。
17.根据权利要求12所述的纱线，其特征在于，每一个叶片包括第一凸出区域、第一凹进过渡区域、第二凸出区域、第二凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的突起部分，所述突起部分具有选自由椭圆、抛物线或直线组成的组的侧壁。
18.根据权利要求12所述的纱线，其特征在于，每一个叶片具有复合曲线轮廓，其包括形成大约60°到85°范围的臂角β的凸出区域、凹进过渡区域和延伸到叶片最外尖端的突起部分，所述突起部分具有选自由椭圆、抛物线或直线组成的组的侧壁。
19.根据权利要求12所述的纱线，其特征在于，每一个叶片具有复合曲线轮廓，其包括大约5°到30°的第一臂角α、大约60°到85°的第二臂角β、大约60°到85°的第三臂角γ和延伸到叶片最外尖端的突起部分，所述突起部分具有选自由椭圆、抛物线或直线组成的组的侧壁。
20.根据权利要求16、17、18和19中任一项所述的纱线，其特征在于，所述突起部分的所述侧壁基本上是直而平行的。
21.根据权利要求16、17、18和19中任一项所述的纱线，其特征在于，所述突起部分的所述侧壁基本上是直而收敛的。
22.根据权利要求16、17、18和19中任一项所述的纱线，其特征在于，所述突起部分具有选自由抛物线或椭圆组成的组的周边。
23.一种地毯，由权利要求12所述的多根长纱的纱线所构成。
24.根据权利要求23所述的地毯，其特征在于，每一个叶片具有大约5°到30°的第一臂角α、大约60°到85°的第二臂角β和延伸到叶片最外尖端的突起部分，所述突起部分具有选自由椭圆、抛物线或直线组成的组的侧壁。
25.根据权利要求23所述的地毯，其特征在于，所述突起部分的所述侧壁是直而收敛的。
26.一种毛细管喷丝头孔，包括起源于多叶形中心区域的中心点的至少三个基本上相同的分支，从所述多叶形中心区域沿每一个所述分支延伸的一个或多个邻接的膨胀区域，以及从最外面的所述膨胀区域延伸至每个所述分支最远点的突起部分。
27.根据权利要求27所述的毛细管喷丝头孔，其特征在于，孔区域大约为4×10-4平方英寸(0.26平方毫米)到大约11×10-4平方英寸(0.71平方毫米)，突起部分的宽度是大约0.0030英寸(0.0762毫米)到大约0.004英寸(0.106毫米)。
28.一种纱线生产的方法，包括这些步骤(a)生成形成长纱的合成聚合物的熔化物；(b)联合一个毛细管喷丝头来放置所述熔化物，所述喷丝头形成多个孔，其中每个所述孔包括起源于多叶形中心区域的中心点的多个分支，从所述多叶形中心区域沿每一个所述分支延伸的一个或多个邻接的膨胀区域，以及从最外的所述膨胀区域延伸到每个分支最外点的突起部分；(c)挤压熔化物，使其通过所述喷丝头的所述孔，以形成熔体流；(d)拉延该熔体流；(e)冷却以凝固所述熔体流，从而形成多根长纱的纱线；(f)以及拉延所述纱线至大约1.5∶1到大约3.6∶1的总拉伸比。
全文摘要
用于地毯、室内装饰品和其他应用的新式长纱和纱线，用于其生产的喷丝头和方法，以及由此制造的地毯。本发明的长纱是具有复杂凸凹表面外形的实心多叶形长纱，其具有低光泽、低转动惯量、染色形成的高颜色强度和高覆盖能力。由此制造的地毯具有低光泽、手感柔软和高质地，适合于高级住宅应用。通过本发明的方法，本发明的长纱可以以高生产量和高生产率来生产。
文档编号D01D5/00GK1646737SQ03808193
公开日2005年7月27日 申请日期2003年2月10日 优先权日2002年2月11日
发明者J·B·博伊尔, B·W·波图斯, C·G·希利, J·A·马特鲁尼奇, A·罗波夫斯基 申请人:霍尼韦尔国际公司