一种双组份复合型弹性纤维的制作方法

一种双组份复合型弹性纤维的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种双组份复合型弹性纤维，所述纤维由聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯以70∶30～30：70的重量比进行并列复合纺丝后制得的延伸丝，所述纤维的卷曲数为55～75个/25mm，卷曲半径为1.0mm以下。经热处理后，纤维的的弹性伸长率为80～120%，弹性回复率为92%以上。
【专利说明】一种双组份复合型弹性纤维

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种双组份复合型弹性纤维，特别涉及一种含聚对苯二甲酸丁二醇酯 的双组分弹性延伸丝。

【背景技术】
[0002] 复合纤维是国际上60年代发展起来的一种化学纤维新品种，其中两种组分的复 合纤维也称双组分纤维或共轭纤维。它是将组分、配比、粘度等不同的两种成纤高聚物熔 体，分别输送到同一纺丝组件，在组件的适当部位汇合，从同一喷丝孔喷出成为一根纤维。
[0003] 并列型复合纤维是开发最早、产量较大、比较重要的复合纤维品种，最初人们研 究、开发复合纤维时，主要想用化学纤维模拟天然羊毛的卷曲性弹性。随着人们对微观结构 的不断深入，发现羊毛的横截面与其它天然纤维不同，它是由近似为两个半圆形、彼此紧密 粘合在一起的正皮质和仲皮质构成的。这两部分的各种结构单元(微纤结晶区和无序区等） 的性质和排列是不同的。在干燥状态仲皮质收缩比正皮质略小，因此造成沿纤维轴向互相 环绕或互相扭去，而呈现螺旋状的主体卷曲。具有高度自然卷曲和膨松性的并列型复合纤 维正是在羊毛类角朊纤维的仿生启示下研制成功的。这种复合纤维的制法是：将热胀缩性 或湿胀缩性不同的两种聚合物，像羊皮的两种皮质那样，并列地纺成一根单丝，通过加热使 之收缩，这样就可以得到螺旋状的立体卷曲。由于这种卷曲出自纤维的内在性质，因而与一 般纤维通过外部施加热和机械作用的卷曲形变不同，具有较强的卷曲耐久性。
[0004] 中国专利CN 1962968A公开了一种PBT/PET三维卷曲纤维的制备方法及应用，采 用特性粘度为I. 〇〇dl/g的PBT切片和特性粘度为0. 64dl/g的PET为原料，PBT低温熔融高 温挤出，PET高温熔融低温挤出，通过并列型复合组件得到并列纤维卷绕丝，卷绕丝经平衡、 集束、浸油水浴拉伸，上油、切断和松弛热定型得到PBT/PET三维卷曲纤维。通过这两种特 性粘度的PBT与PET组合，经过延伸切断得到的弹性纤维，但是由于特性粘度差较小，且PET 特性粘度大，纤维的潜在收缩率不高，延伸后不能获得较高的弹性伸长率及弹性回复率。
[0005] 另外，中国专利CN101126180A公开了一种并列复合弹性纤维及其制备方法，通过 采用高收缩PET、PET、PBT或PTT中的任意两种聚合物进行并列复合，制得如其附图所示的 复合界面存在于短轴方向的花生型断面复合纤维。由于用两种收缩性能有差异的聚合物进 行并列复合，形成此椭圆横截面形状的并列复合纤维，可以产生较好的弹性伸长及弹性回 复，但从纤维横截面可以看出，复合的两种聚合物的重心距离相比于普通圆形要大一些，这 也导致了该椭圆横截面形状的并列复合纤维经延伸热处理后，单位长度内所产生的弹簧状 卷缩个数偏少，卷缩半径偏大，弹性性能不能充分满足要求。


【发明内容】

[0006] 本发明的目的在于提供一种弹性好、弹性回复率高的双组分弹性纤维及其制备方 法。
[0007] 发明的技术方案如下： 一种双组份复合型弹性纤维，该纤维所述纤维由聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲 酸乙二醇酯以70 : 30?30:70的重量比进行并列复合纺丝后制得的延伸丝，所述纤维的 卷曲数为55?75个/25mm，卷曲半径为I. Omm以下。
[0008] 所述纤维的横截面为扁平形状，双组份聚合物的复合界面存在于扁平横截面的长 轴方向，聚对苯二甲酸乙二醇酯组分的横截面也为扁平形状；并且所述纤维的横截面形状 满足下式： 1. 5 彡 A/B 彡 3. 0 1/4 * B 彡 Bl 彡 3/5 * B 式中：A为复合纤维扁平横截面的长轴距，B为复合纤维扁平横截面的短轴距，Bl为聚 对苯二甲酸乙二醇酯组分的扁平横截面的短轴距。
[0009] 所述聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度差为0.40? 1. 05 dl/g〇
[0010] 所述聚对苯二甲酸丁二醇酯的特性粘度为L 00?I. 50dl/g。
[0011] 所述聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为〇· 45?0· 60 dl/g。
[0012] 本发明的复合纤维，经热处理后，纤维的弹性纤维的弹性伸长率为80?120%，弹 性回复率为92%以上。
[0013] 本发明的双组份复合型弹性纤维中，PBT与PET的重量比为70 :30?30 :70。从 纺丝性及纤维长方向上所产生的卷曲尺寸的稳定性考虑，优选60 : 40?40:60。
[0014] 本发明的双组份复合型弹性纤维，在自然状态下为卷曲形状，且卷曲个数为55? 75个/25_，卷曲半径为LOmm以下。由于弹性素材所要求的弹簧状卷曲形态，单位长度内 的卷曲数越多，卷曲半径越小，所产生的弹性保持性越为优异，同时，经拉伸后回复过程中， 弹性的损失也小。
[0015] 要产生上述的卷曲个数及卷曲半径，复合纤维的横截面形态及聚合物的特性粘度 都是非常重要设计要素。本发明的双组份复合纤维的横截面形态为如图1所示的扁平形 状，PBT与PET的复合界面存在于扁平形断面的长轴方向，并且其中PET组分的横截面也为 扁平形状。扁平横截面形状的复合纤维具有容易在短轴方向上产生卷曲，不容易在长轴方 向上产生卷曲的特性。相比于复合界面在扁平横截面形状的短轴方向的复合纤维，或是圆 形横截面的复合纤维，由于在纤维横截面上两种组分的重心距离更小，所产生的卷曲半径 小，体现出更为优异的弹性伸长及弹性回复性能。
[0016] 另外，本发明的双组份纤维的横截面形态满足下式： 1. 5 彡 A/B 彡 3. 0 1/4 * B 彡 Bl 彡 3/5 * B 式中：A为复合纤维扁平横截面的长轴距，B为复合纤维扁平横截面的短轴距，Bl为聚 对苯二甲酸乙二醇酯组分的扁平横截面的短轴距。
[0017] 其中：A/B表示纤维横截面的扁平度，若扁平度要求3以上，则带隔板形的复合纺 丝喷丝板吐出孔设计困难，并且纺丝时，聚合物吐出后会出现较为严重的丝条弯曲现象，影 响正常的纺丝。PET组分的短轴距Bl为1/4 * B彡Bl彡3/5 * B，若Bl彡1/4 * B或 Bl >3/5 * B，则复合纤维的卷曲数会明显下降，卷曲半径也会变大，从而复合纤维的弹性 性能降低。
[0018] 本发明的双组份复合型弹性纤维，优选聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙 二醇酯的特性粘度差为0. 40?1. 05 dl/g。
[0019] 具有这样的特性粘度差异，通过加热使之收缩，可以得到螺旋状的立体卷曲，如果 特性粘度差低于0. 40dl/g，则复合纤维弹性不明显；特性粘度差增大，则弹性性能提高，当 粘度差高于I. 〇5dl/g之后，复合纤维弹性性能提高程度降低，且高粘度差会导致纺丝性变 差，喷丝板孔口弯曲效应变大，纺丝困难，因此选择特性粘度差为〇. 40?I. 05dl/g的话，发 明效果最好。
[0020] 优选聚对苯二甲酸丁二醇酯的特性粘度为1. 00?I. 50dl/g。
[0021] 优选聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0. 45?0. 60 dl/g。
[0022] 优选聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度为0. 45?0. 60 dl/g，是低于普通聚对苯 二甲酸乙二醇酯(特性粘度为0. 64 dl/g左右）量产品的，这是因为如果采用特性粘度相对 较高的聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯组合，经熔融复合纺丝得到的并列 纤维及由该纤维得到的织物弹性伸长率较差，如果采用特性粘度过低的聚对苯二甲酸乙二 醇酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯组合，则通过复合纺丝得到的并列纤维性能提升不高，且成 本提高，纺丝性变差。本发明所提及的聚对苯二甲酸乙二醇酯也包括了改性聚对苯二甲酸 乙二醇酯，如阳离子聚对苯二甲酸乙二醇酯、难燃聚对苯二甲酸乙二醇酯或全消光聚对苯 二甲酸乙二醇酯等，优选其特性粘度为0. 45?0. 60 dl/g范围之内。
[0023] 本发明的双组份复合型弹性纤维的制造方法，具体是将特性粘度为1.00? I. 50dl/g的聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT切片和0. 45?0. 60 dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇 酯PET切片，分别干燥至水分IOOppm以下，分别送入A和B螺杆熔融挤出，其中聚对苯二 甲酸丁二醇酯的熔融挤出温度为245?285°C，聚对苯二甲酸乙二醇酯的熔融挤出温度为 275?300°C，然后在265?295°C的纺丝箱体温度条件下，通过计量泵，经长方形吐出孔的 隔板型并列喷丝板挤出成型，然后采用下列方法之一制得； A)采用两步法：在速度为1000?3500m/min的条件下卷取，制得预取向丝；并将制 得的预取向丝在牵伸机上进行拉伸加工，加工速度为500?1000m/min、加工温度为80? 190°C、牵伸倍率为1. 20?3. 00,制得牵伸丝； B )采用一步法：第1热辊温度为80?100°C，第2热辊温度130?190°C，第2热辊和 第1热辊之间的拉伸倍率为1. 20?3. 00,卷取速度为3500?5000 m/min，制得牵伸丝。
[0024] 本发明的优点是：常规聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维由于切片价格较高，因而适 用范围受到限制；另外，虽然单成分聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维的弹性伸长率较高，但弹性 回复率较差。使用聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯组合来制造弹性纤维， 纤维原料成本下降。该形态的复合纤维的优点，一是两组分粘度差产生的自然卷曲，它是纤 维结构决定的，因而具有永久性；二是采用复合界面存在于扁平形状横截面的长轴方向的 复合形式，单位长度内卷曲半径小，相比常规的复合界面存在于扁平形状横截面的短轴方 向的复合形态的复合纤维，具有更好的弹性。通过本发明得到的弹性纤维，经热处理后，纤 维的的弹性伸长率为80?120%，弹性回复率为92%以上。
[0025] 说明书及实施例中提及的纤维的卷曲数和卷曲半径，采用如下方法测定： 1. 将纤维从丝卷上取下，并将其自由的放置在黑色纸板上，静置2小时； 2. 将载有纤维的纸板在显微镜下观察，并同时将一根直尺紧贴着纤维放置，在显微镜 视野内同时观察到刻度和卷曲状的纤维； 3. 在显微镜视野内，直接量取纤维卷曲状的高度，即为卷曲直径，从而得知卷曲半径， 测量10个点，取平均值； 4. 在显微镜视野内，数出25mm长度范围内的纤维卷曲个数，读取5段取平均值。
[0026] 说明书及实施例中提及的复合纤维横截面的长轴距A、短轴距B、聚对苯二甲酸乙 二醇酯组分的扁平横截面的短轴距B1，采用如下方法测定：在显微镜下拍得纤维横截面 照片后，将照片打印出来，量取实际的尺寸。
[0027] 说明书及实施例中提及的弹性伸长率和弹性回复率，采用下公式计算得到： 弹性伸长率（％)= ((Ll-LO) /L0) *100% 弹性回复率（％)= ((L1-L2)/ (Ll-LO)) *100% LO :纤维在挂有2mg/d的初荷重下,用90度的热水处理2min后,再挂置12小时晾干后 测得的长度为LO ; LI :L0测定后，去除LO测定时的初荷重，2min后挂上100mg/d的定荷重，30秒后测得 的长度为Ll ; L2 :L1测定后，去除Ll测定时的定荷重，2min后，再次挂上2mg/d的初荷重，30秒后测 得长度为L2。

【专利附图】

【附图说明】
[0028] 图1是本发明双组份复合型弹性纤维的横截面形状图。
[0029] 图2是本发明双组份复合型弹性纤维的横截面形状图，A为复合纤维扁平横截面 的长轴距，B为复合纤维扁平横截面的短轴距，Bl为聚对苯二甲酸乙二醇酯组分的扁平横 截面的短轴距。

【具体实施方式】
[0030] 下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。以下实施例不应看作是对本发明的 限制。
[0031] 实施例1 熔融法制备双组分弹性纤维，选取特性粘度为I. 31dl/g的PBT与特性粘度为0. 51dl/ g的聚对PET进行复合纺丝，它们的特性粘度差为0. 80dl/g。分别干燥，使其水分小于 lOOppm，将干燥后的PBT与PET以50 : 50的重量比分别投入1号/2号纺丝箱。设定纺丝 温度，1号挤出机螺杆温度265°C ;2号纺丝机螺杆温度285°C ;1号纺丝箱体温度为260°C ; 2号纺丝箱体温度为280°C。使用并列型喷丝板进行纺出，采用两步法的纺丝工艺，在速度 为2700m/min的条件下卷取，制得预取向丝，其纺丝性良好；并将制得的预取向丝在牵伸机 上进行拉伸加工，加工速度为700m/min、l热辊温度为90°C、2热棍温度为130°C、牵伸倍率 为1. 65,制得延伸丝；最终的延伸丝的横截面形态为扁平形，品种为56dtex/24F，单丝纤度 为 2. 33dtex。
[0032] 观察复合纤维的横截面形状，测定延伸丝强度、断裂伸长率、扁平度（A/B)、PET组 分短轴距长度、卷曲个数、卷曲半径、弹性伸长率、弹性回复率。具体数值见表1。
[0033] 实施例2 除了 PBT与PET的复合比例变更为60 :40外，其他的纺丝工艺及条件与实施例1相同。 具体的性能参数数据见表1。
[0034] 实施例3 除了 PBT与PET的复合比例变更为70 :30外，其他的纺丝工艺及条件与实施例1相同。 具体的性能参数数据见表1。
[0035] 实施例4 除了 PBT与PET的复合比例变更为40 :60外，其他的纺丝工艺及条件与实施例1相同。 具体的性能参数数据见表1。
[0036] 实施例5 除了 PBT与PET的复合比例变更为30 :70外，其他的纺丝工艺及条件与实施例1相同。 具体的性能参数数据见表1。
[0037] 实施例6 除了 PBT的特性粘度变更为I. 50dl/g，PET的特性粘度变更为0. 45dl/g外，其他的纺 丝工艺及条件与实施例1相同。具体的性能参数数据见表2。
[0038] 实施例7 除了 PBT的特性粘度变更为I. 00dl/g，PET的特性粘度变更为0. 60dl/g外，其他的纺 丝工艺及条件与实施例1相同。具体的性能参数数据见表2。
[0039] 实施例8 除了最终延伸丝的品种变更为33dtex/24F外，其他的纺丝工艺及条件与实施例1相 同。具体的性能参数数据见表2。
[0040] 实施例9 除了最终延伸丝的品种变更为56dtex/48F外，其他的纺丝工艺及条件与实施例1相 同。具体的性能参数数据见表2。
[0041] 实施例10 除了最终延伸丝的品种变更为44dtex/48F外，其他的纺丝工艺及条件与实施例1相 同。具体的性能参数数据见表2。
[0042] 实施例11 从双组分聚合物熔融至喷丝板吐出的各工艺条件与实施例1相同，卷取部分采用一步 法的工艺，即第1热辊速度为1500m/min，第1热辊温度为90°C，第2热辊温度140°C，第2 热棍和第1热棍之间的拉伸倍率为3. 2,卷取速度为4950 m/min，制得牵伸丝。具体的性能 参数数据见表3。
[0043] 比较例1 除采用圆形吐出孔的喷丝板进行纺丝，制得圆形断面形态的延伸丝外，其他的纺丝工 艺及条件与实施例1相同。具体的性能参数数据见表3。
[0044] 比较例2 除了 PBT与PET的复合比例变更为80 :20外，其他的纺丝工艺及条件与实施例1相同。 具体的性能参数数据见表3。
[0045] 比较例3 除了 PBT与PET的复合比例变更为20 :80外，其他的纺丝工艺及条件与实施例1相同。 具体的性能参数数据见表3。
[0046]

【权利要求】
1. 一种双组份复合型弹性纤维，其特征在于：所述纤维由聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚 对苯二甲酸乙二醇酯以70 : 30?30:70的重量比进行并列复合纺丝后制得的延伸丝，所 述纤维的卷曲数为55?75个/25mm，卷曲半径为1. 0mm以下。
2. 根据权利要求1所述的双组份复合型弹性纤维，其特征在于：所述纤维的横截面为 扁平形状，双组份聚合物的复合界面存在于扁平横截面的长轴方向，聚对苯二甲酸乙二醇 酯组分的横截面也为扁平形状；并且所述纤维的横截面形状满足下式： 1. 5 彡 A/B 彡 3. 0 1/4 * B 彡 B1 彡 3/5 * B 式中：A为复合纤维扁平横截面的长轴距，B为复合纤维扁平横截面的短轴距，B1为聚 对苯二甲酸乙二醇酯组分的扁平横截面的短轴距。
3. 根据权利要求1或2所述的双组份复合型弹性纤维，其特征在于：所述聚对苯二甲 酸丁二醇酯与聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度差为〇. 40?1. 05 dl/g。
4. 根据权利要求3所述的双组份复合型弹性纤维，其特征在于：所述聚对苯二甲酸丁 二醇酯的特性粘度为1. 〇〇?1. 50dl/g。
5. 根据权利要求3所述的双组份复合型弹性纤维，其特征在于：所述聚对苯二甲酸乙 二醇酯的特性粘度为〇. 45?0. 60 dl/g。
6. 根据权利要求1或2所述的双组份复合型弹性纤维，其特征在于：经热处理后，纤维 的弹性纤维的弹性伸长率为80?120%，弹性回复率为92%以上。
【文档编号】D01F8/14GK104342802SQ201310315689
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2013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