一种皮芯型复合纤维及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种皮芯型复合纤维及其生产方法，复合纤维的皮芯成分在纤维长方向上连续贯通；皮芯的质量比为40∶60~80∶20，芯成分是碱溶性改性聚酯，皮成分是热塑性成纤聚合物；该复合纤维的横截面上，芯成分有且仅有一处在皮成分上露出，且露出部分的弧形长度为复合纤维外圆周长的15~25%；该复合纤维的芯成分碱减量溶出速度快，处理后的纤维能保持98%以上的强度，并且能保存完整的C型断面形态，使得织物具有良好的轻量感、保温性及吸湿排汗功能。
【专利说明】一种皮芯型复合纤维及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种皮芯型复合纤维及其制造方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的高速发展和人们生活水平的不断提高，人们对服装实用功能的要求已不仅仅是蔽体御寒，而是多方面的:从舒适到保健，从安全到卫生，从便于保存和处理到能适合不同的气候和环境，从适合现代人生活节奏到适应现代人的生活方式。特别是近几年来，气候变化无常，气温的日差较大，人们往往因更换服装不及时，而导致诸多疾病的频繁发作，这就对服装的保温和调温功能及穿着舒适度等都提出了更高的要求。
[0003]人体与外界是以热传导、热对流和热辐射等三种形式通过服装向外界传递热量，因此，一般采用能减少热传导、热对流的材料来保温，例如:天然的棉、羊毛、羽绒和它们的仿生材料。但是，棉纤维类纤维主要由碳、氢、氧3种元素组成，其化学结构式中，具有足够的氢基团，它可与水形成氢键结合，因此棉纤维具有优良的吸水性，其吸水率为8.5，但棉纤维在排汗方面却不能提供服饰良好的排水效果，这使得在人体运动后面料吸附的汗水不能及时排出，穿着会产生不舒适感。
[0004]另一方面，由于冬季服装大多采用较厚的面料，穿着时有较为强烈的沉重感，不便于人体的活动。近年来，轻量化一直是纺织品研发的方向之一，以复合纺丝开发多孔中空纤维，中空率高达40%以上，且纤维不变形。轻量织物的强劲需求还促进了多孔中空纤维朝高中空率的轻量织物方向发展。使用水溶聚合物以海岛型复合纺丝方式，将水可溶聚合物置于岛中，然后加工时溶除岛成分，形成蜂巢结构的多孔中空纤维，可达轻量和增加韧性的效果，但这种多孔中空纤维的制造成本较高。
[0005]日本专利特开2007-92227，公开了一种聚酯芯鞘复合纤维，芯成分为使用4~5.5mol%的5-磺酸间苯二甲酸盐为共聚单体的改性聚酯,鞘成分为使用0.l~3mol%的5-磺酸间苯二甲酸盐为共聚单体的改性聚酯，且纤维断面上，芯成分有一部分露出纤维表面。但是该复合纤维的芯成分的碱减量速度并不快，会引起鞘成分的减量，从而使得强度变低。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种皮芯型复合纤维。该皮芯型复合纤维的芯成分使用该复合纤维制得的织物经过减量处理后，具有轻量、保温性以及吸水、吸汗、排汗性能，同时具有良好的强度保持性。
[0007]本发明的另一目的在于提供皮芯型复合纤维的生产方法。
[0008]本发明的技术解决方案是:
一种皮芯型复合纤维，该皮芯型复合纤维的皮芯成分在纤维长方向上连续贯通；皮芯的质量比为40:60-80:20，芯成分是以对苯二甲酸和乙二醇为主要聚合单体、以间苯二甲酸磺酸盐、聚乙二醇和间苯二甲酸为共聚单体的改性聚酯，皮成分是热塑性成纤聚合物；该复合纤维的横截面上，芯成分有且仅有一处在皮成分上露出，且露出部分的弧形长度为复合纤维外圆周长的15~25% ;该复合纤维在浓度为lwt%、温度为95度、浴比为1:100条件下的氢氧化钠溶液中的芯成分碱减量溶出速度为0.3^0.5g/min。
[0009]本发明的皮芯型复合纤维的芯成分聚合物为改性聚酯，形成改性聚酯的各共聚单体优选为；
(1)相对于对苯二甲酸总量6~10mol%的间苯二甲酸磺酸钠，
(2)相对于改性聚酯总量f15wt%的聚乙二醇
(3)相对于对苯二甲酸总量5~10mol%的间苯二甲酸。
[0010]该芯成分的改性聚酯在氢氧化钠碱溶液中能够被完全减量消除。共聚单体聚乙二醇相对于改性聚酯总量添加量为f 15wt%，优选5~15wt%，最优选l(Tl5wt%。由于改性共聚酯中含有大量的间苯二甲酸磺酸钠，若聚合物在聚合阶段不添加聚乙二醇，聚合物则会出现快速增粘，聚合物的聚合度则无法提高，最终到纤维上则体现低强度。当在聚合阶段聚合物中加入聚乙二醇后，有明显的减粘效果，使得聚合物可以在较高聚合度时达到聚合物所需的熔融粘度，但一味的提高聚乙二醇的添加量，特别是超过15wt%后，其聚合物的熔融粘度会过小，从而影响纺丝性。
[0011]本发明的皮芯型复合纤维，其皮芯的质量比为40:60^80:20，优选50:50~70:30。由于芯成分聚合物最终在织物后整理阶段会被完全减量，所以其芯成分聚合物的复合比过大，则会使成本过大。另一方面，若芯成分聚合物的复合比小于20%，则最终碱减量后的中空部过小，织物的特性轻量感不足。
[0012]本发明的皮芯型复合纤维的断面呈I处露出型芯鞘复合结构，具体表述为断面结构中芯成分在皮成分上的露出部位有且仅有I处。氢氧化钠溶液碱减量时碱溶液从此处对芯成分的碱溶性改性聚酯进行减量处理，减量后的纤维断面呈现中空形的C型断面。
[0013]经碱溶液完全减量处理后，残留的鞘成分聚合物的物理特性也会发生变化，但是，由于本发明采用了碱减量速度极快的聚合物作为芯成分，其碱减量处理时间大幅缩短，极大程度的降低了碱溶液对鞘成分聚合物的破坏，从而，鞘成分的断裂强度能有98%以上的良好保持率。
[0014]本发明的聚酯复合纤维，其皮成分的热塑性成纤聚合物可以是对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中的任意一种。优选PBT。PET为最为常规的聚酯原料，其价格低廉，纤维品质稳定。而PTT和PBT，由于这两种聚合物制得的纤维都具有良好的弹性，并且由于其分子链段长，其体现为较好的柔软性。其中优选PBT,因为PBT的耐碱减量性相比PET和PTT较为优异，同时其耐热性也较PTT优异。
[0015] 本发明的聚酯复合纤维，其皮成分的热塑性成纤聚合物也可以是聚酰胺。聚酰胺的耐碱减量性远大于PET等聚酯类聚合物，所以由聚酰胺作为皮成分的复合纤维，在经后期碱减量处理后，其强度保持率有很好的优势。另外，由聚酰胺构成的纤维的绝对强力也远大于聚酯类。
[0016]本发明的皮芯型复合纤维，其皮成分的热塑性成纤聚合物也可以是阳离子染料可染性共聚酯。所说阳离子染料可染性共聚酯可以是由间苯二甲酸磺酸钠(SSIA)和聚乙二醇(PEG)作为共聚单体的共聚酯；也可以是由间苯二甲酸磺酸钠(SSIA)和己二酸或己二酸二甲酯作为共聚单体的共聚酯。由上述共聚酯作为皮成分制得的复合纤维，虽然皮成分为共聚酯类聚合物在耐碱减量性方面略有不足，但由于其可以采用阳离子染料染色，甚至可以在常温常压条件下进行阳离子染料染色，因此由该纤维制得的织物可以在更为节能环保的条件下制成色彩鲜艳的成品。[0017]本发明的聚酯复合纤维，可以采用任何公知的熔融纺丝方法，最终成品纤维可以采用在线一步法纺丝拉伸成型，也可以采用两步法，即先纺丝，再加工制得。
[0018]具体包括如下步骤:首先，制备以对苯二甲酸和乙二醇为主要聚合单体、以间苯二甲酸磺酸盐、聚乙二醇和间苯二甲酸为共聚单体的改性聚酯作为芯成分，制备热塑性成纤聚合物作为皮成分；将皮芯成分按40:6(T80:20吐出量比通过复合纺丝组件进行纺丝，制成全牵伸丝FDY复合纤维(一步法)或预取向丝POY，POY进一步加工制成假捻加工丝或延伸加工丝复合纤维(两步法)，该复合纤维的横截面上，芯成分有且仅有一处在皮成分上露出，且露出部分的弧形长度为复合纤维外圆周长的15~25%。
[0019]一步法的纺丝方法如下所述:
分别将皮、芯各成分聚合物切片在干燥机内干燥至水分IOOppm以下，并分别投入A、B料仓，皮成分切片经A料仓进入A螺杆在25(T300°C温度下熔融，由A计量泵控制其吐出量，芯成分切片经B料仓进入B螺杆在25(T290°C温度下熔融，由B计量泵控制其吐出量，皮芯成分按50:50^90:10吐出量比通过由纺丝箱体控制温度在25(T300°C条件下的复合纺丝组件，纺出初生纤维，在侧吹风风速15~40m/min条件下冷却固化成型，再经给油嘴将纤维均匀上油使纤维集束并减少摩擦，给油率为0.5^1.5%。
[0020]给油集束完了的纤维穿过纺丝甬道，经预交络器交络，进入第一热辊IHR (温度为8(Tl20°C )，并在第一热辊上缠绕6~7圈后，再经第二热辊2HR，也在上面缠绕6~7圈(温度为10(Tl60°C)，第一热辊与第二热辊间的拉伸倍率为1.20-3.00，经拉伸后的纤维在第二热辊下由主交络器对其进行交络，再由2个罗拉(3GR、4GR)将纤维引入卷取机卷取成成品丝饼(FDY)，卷取机的卷取速度为 350(T5000m/min，优选 380(T4500m/min。
[0021]两步法的纺丝方法如下所述:
分别将皮、芯各成分聚合物切片在干燥机内干燥至水分IOOppm以下，并分别投入A、B料仓，皮成分切片经A料仓进入A螺杆在25(T300°C温度下熔融，由A计量泵控制其吐出量，芯成分切片经B料仓进入B螺杆在25(T290°C温度下熔融，由B计量泵控制其吐出量，皮芯成分按50:50^90:10吐出量比通过由纺丝箱体控制温度在25(T300°C条件下的复合纺丝组件，纺出初生纤维，在侧吹风风速15~40m/min条件下冷却固化成型，再经给油嘴将纤维均匀上油使纤维集束并减少摩擦，给油率为0.5^1.5%。
[0022]给油集束完了的纤维穿过纺丝甬道，经预交络器交络，进入第一罗拉(1GR)，穿过主交络器，再经绕第二罗拉(2GR)后进入卷取机卷取制得预取向纤维(Ρ0Υ)，卷取机的卷取速度为 120(T3500m/min。
[0023]所得POY可以通过下述两种方法，分别制成假捻加工变形丝和延伸丝。
[0024]1、将制得的POY进行假捻加工制成假捻变形纱(DTY):将上述步骤得的预取向丝在假捻机上加工，加工速度为300~700m/min、第一热箱温度为130~220°C、第二热箱温度为11(T200°C、延伸倍率为1.20~3.00的条件下进行假捻加工，制得加工变形丝。
[0025]2、将制得的POY进行延伸加工制成延伸丝(DT):将上述步骤得的预取向丝在延伸机上加工，加工速度为300~700m/min、第一热辊温度为130~220°C、第二热辊温度为11(T200°C、延伸倍率为1.20?3.00的条件下进行延伸加工，制得延伸丝。
[0026]为了验证本发明的有效效果，将制得复合比为50/50的上述纤维(FDY、DTY、DT)进行筒编加工，制成筒编物。将筒编物放入浓度为1%，温度为95°C，浴比为1:100的氢氧化钠碱溶液中，处理l(T30min，将纤维的芯成分全部被减量消除，使纤维呈现中空式的C型纤维。
[0027]本发明的皮芯型复合纤维经后加工后制成织物，在氢氧化钠碱溶液中进行减量处理，处理后的纤维能保持95%以上的强度，并且能保存完整的C型断面形态，使得织物具有良好的轻量感、保温性及吸湿排汗功能。
[0028]本发明中的性能参数值是采用下述方法来测定。
[0029]( I)碱减量速度
将纤维织成筒编物，将筒编物(初始重量W1、单位:g)放入下述条件的氢氧化钠溶液中进行碱减量处理，经过一定时间(时间:t、单位:min)后，将筒编物用清水冲洗、干燥后称取其重量(W2，单位:g)，再计算得减量速度，
氢氧化钠溶液条件:
温度95度、浓度:lwt%、浴比1:100，
减量速度=(Wl- W2)/t X 100%。
[0030](2)强度保持率
纤维的初始强度为Tl，然后将纤维织成筒编物，采用氢氧化钠溶液对其进行碱减量处理，芯成分完全减量后，从筒编物中抽取纱线，在强度测试仪上测得强度T2，再通过下式算出强度保持率，
强度保持率=(T1-T2) /Tl X 100%ο
[0031](3)中空率
将该纤维织成织物，再对织物进行碱减量处理，达到完全减量后，将其纤维抽出，拍摄其断面形态(例如附图3)，将其断面照片打印后，剪取各个单丝，并分别将其芯溶出后空心的部分也剪下，称取各个单丝空心部的重量Ql和各单丝总和的重量Q2 (包含空心部)，通过下式算出中空率，
中空率=Q1/Q2X100%。
[0032](4)织物弹性(伸长率)
采用JIS-1096 8.16 (2010)A法标准测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是本发明皮芯型聚酯复合纤维(FDY)的截面图。
[0034]图2是本发明皮芯型复合纤维(FDY)经碱减量处理后的纤维截面图。
[0035]图3是本发明皮芯型复合纤维(DTY)经碱减量处理后的纤维截面图。
[0036]【具体实施方式】
下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0037]实施例1
将皮成分聚合物聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)切片、芯成分聚合物碱易溶性共聚酯(共聚成分SSIA:8mol%、PEG1000:5wt%、IAP:7wt%)切片分别干燥至IOOppm以下，PET切片经A料仓进入A螺杆在290°C温度下熔融，由A计量泵控制其吐出量，碱易溶性共聚酯切片经B料仓进入B螺杆在270°C温度下熔融，由B计量泵控制其吐出量，皮芯成分按50:50吐出量比通过由纺丝箱体控制温度在290 V条件下的复合纺丝组件,纺出初生纤维,在侧吹风风速25m/min条件下冷却固化成型，再经给油嘴将纤维均匀上油使纤维集束并减少摩擦,给油率为0.7%。给油集束完了的纤维穿过纺丝甬道，经预交络器交络，进入第一罗拉(1GR)，速度为2800m/min，穿过主交络器，再经绕速度为2780m/min的第二罗拉(2GR)后进入卷取机卷取制得预取向纤维(POY)，卷取机的卷取速度为2790m/min。
[0038]制得的POY纤维中，芯成分露出部分的弧形长度为复合纤维外圆周长的24.8%，该纤维在假捻加工机上加工，加工速度为500m/min、第一热箱温度为160°C、第二热箱温度为140°C、延伸倍率为1.85的条件下进行假捻加工，制得假捻加工丝(DTY)，芯成分露出部分的弧形长度为复合纤维外圆周长的23.2%，该DTY织成织物(纬向使用)后经氢氧化钠溶液减量(温度95度、浓度:lwt%、浴比1:100)后，纤维能保持完整地中空式C型断面形状，碱减量速度为0.42g/min。减量后的纤维强度与减量前的强度相比，保持率为81.5%，中空率为43%。减量后的织物具有良好的轻量感、保温性及吸湿排汗功能，弹性(织物伸长率)为5.1%。
[0039]实施例2
除皮成分聚合物变更为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表I。
[0040]实施例3
除皮成分聚合物变更为聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表I。
[0041]实施例4
除皮成分聚合物变更为尼龙6外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表I。
[0042]实施例5
除皮成分聚合物变更为阳离子可染聚酯(共聚成分:相对于羧酸总量1.8mol%的间苯二甲酸磺酸钠，相对于聚酯总量1.2wt%的分子量1000的聚乙二醇)外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表I。
[0043]实施率6
除皮成分聚合物变更为常压阳离子可染聚酯(共聚成分:相对于聚酯总量4.5#%的己二酸二甲酯，相对于聚酯总量2.3wt%的间苯二甲酸磺酸钠)外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表I。
[0044]实施例7
除皮芯复合比例变更为60:40外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表2。
[0045]实施例8
除皮芯复合比例变更为70:30外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表2。
[0046]实施例9
除皮芯复合比例变更为80:20外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表2。
[0047]实施例10
除皮成分聚合物变更为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)外，其他条件与实施例7相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表2。
[0048]实施例11
除皮成分聚合物变更为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)外，其他条件与实施例8相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表2。
[0049]实施例12
除皮成分聚合物变更为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)外，其他条件与实施例9相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表2。
[0050]实施例13
除将POY进行加工的方式变更为延伸加工外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表3。
[0051]延伸加工的方法:将制得的POY纤维在延伸加工机上加工，加工速度为600m/min、第一热辊温度为90°C、第二热箱温度为130°C、延伸倍率为1.90的条件下进行假捻加工，制得延伸加工丝(DT)。
[0052]实施例14
除了将2步法纺丝工艺(P OY-DTY)，变更为I步法(FDY)外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表3
I步法纺丝工艺为:从喷丝板纺出的纤维经给油集束完了后，穿过纺丝甬道，经预交络器交络，进入第一热辊IHR (温度为8(T12(TC )，并在第一热辊上缠绕6~7圈后，再经第二热辊2HR，也在上面缠绕6~7圈(温度为10(Tl6(TC)，第一热辊与第二热辊间的拉伸倍率为
1.20-3.00，经拉伸后的纤维在第二热辊下由主交络器对其进行交络，再由2个罗拉(3GR、4GR)将纤维引入卷取机卷取成成品丝饼(FDY)，卷取机的卷取速度为350(T5000m/min。
[0053]实施例15
除将芯成分共聚单体PEG的添加量变更为10wt%以外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表3。
[0054]实施例16
除将芯成分共聚单体PEG的添加量变更为15wt%以外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表3。
[0055]比较例I
除将芯成分聚合物的共聚单体的添加量变更为SSIA:8mol%、PEG:0wt%, IPA:0wt°/c^F，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表3。
[0056]比较例2
除将芯成分聚合物的共聚单体的添加量变更为SSIA:8mol%、PEG:10wt%, IPA:0wt%外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表3。
[0057]比较例3
除将芯成分聚合物的共聚单体的添加量变更为SSIA:8mol%、PEG:0wt%, IPA:7wt%外，其他条件与实施例1相同。由该纤维及织物减量后的结果具体数据见表3。
【权利要求】
1.一种皮芯型复合纤维，其特征在于:该皮芯型复合纤维的皮芯成分在纤维长方向上连续贯通；皮芯的质量比为40:60-80:20，芯成分是以对苯二甲酸和乙二醇为主要聚合单体、以间苯二甲酸磺酸盐、聚乙二醇和间苯二甲酸为共聚单体的改性聚酯，皮成分是热塑性成纤聚合物；该复合纤维的横截面上，芯成分有且仅有一处在皮成分上露出，且露出部分的弧形长度为复合纤维外圆周长的15~25% ;该复合纤维在浓度为lwt%、温度为95度、浴比为1:100条件下的氢氧化钠溶液中的芯成分碱减量溶出速度为0.3^0.5g/min。
2.根据权利要求1所述的皮芯型复合纤维，其特征在于:形成芯成分的共聚单体为: (1)相对于对苯二甲酸总量6~10mol%的间苯二甲酸磺酸钠， (2)相对于改性聚酯总量f15wt%的聚乙二醇， (3)相对于对苯二甲酸总量5~10mol%的间苯二甲酸。
3.根据权利要求2所述的皮芯型复合纤维，其特征在于:形成芯成分的共聚单体中的聚乙二醇相对于改性聚酯总量为5~15 wt %。
4.根据权利要求3所述的皮芯型复合纤维，其特征在于:形成芯成分的共聚单体中的聚乙二醇相对于改性聚酯总量为1(T15 wt %。
5.根据权利要求1~4的任一项所述的皮芯型复合纤维，其特征在于:所述皮成分的热塑性成纤聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。
6.根据权利要求5所述的皮芯型复合纤维，其特征在于:所述皮成分的热塑性成纤聚合物为聚对苯二甲酸丁二醇酯。
7.根据权利要求1~4的任一项所述的皮芯型复合纤维，其特征在于:所述皮成分的热塑性成纤聚合物为聚酰胺。
8.根据权利要求1~4的任一项所述的皮芯型复合纤维，其特征在于:所述皮成分的热塑性成纤聚合物为阳离子染料可染性共聚酯。
9.根据权利要求1所述的皮芯型复合纤维，其特征在于:该复合纤维为全牵伸丝、假捻加工丝或延伸加工丝。
10.一种权利要求1所述皮芯型复合纤维的生产方法，其特征在于: 包括如下步骤:首先，制备以对苯二甲酸和乙二醇为主要聚合单体、以间苯二甲酸磺酸盐、聚乙二醇和间苯二甲酸为共聚单体的改性聚酯作为芯成分，制备热塑性成纤聚合物作为皮成分；将皮芯成分按40:6(T80:20吐出量比通过复合纺丝组件进行纺丝，制成全牵伸丝FDY复合纤维或预取向丝POY，POY进一步加工制成假捻加工丝或延伸加工丝复合纤维，该复合纤维的横截面上，芯成分有且仅有一处在皮成分上露出，且露出部分的弧形长度为复合纤维外圆周长的15~25%。
【文档编号】D01F8/14GK103572399SQ201210259239
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月25日 优先权日:2012年7月25日
【发明者】曹海兵, 藤森稔 申请人:东丽纤维研究所（中国）有限公司