专利名称：丙烯聚合物纤维和纱线的制作方法
技术领域：
本发明涉及丙烯聚合物纤维和纱线以及含有它们的制品。
由于理想的特点组合，例如易于加工、强度、化学惰性、疏水性和其它，丙烯聚合物纤维和纱线被应用于纺织和其它领域。纺织业应用的实例包括地毯背衬织物和面纱、家具装饰织物、几何纺织品、墙布、汽车织物、尿布表面材料、和衣料用布。
对涉及弯曲、褶皱、起皱、挤压及类似的应用，就需要改善的丙烯聚合物纤维和纱线。其实例包括纤维填料、地毯和家具装饰织物、服装和汽车织物。差的弹性可导致使用中纤维和纱线所经受的力的有限恢复，进而使美观性和耐用性变差。这可能限制某些最终应用。例如，例如由于走路和放置家具产生的力的挤压后，地毯面纱不足的弹性导致较差的厚度保持性和绒头高度恢复性。其它方面也相同，具有低弹面纱的地毯无光泽并呈块状、显旧并且比更高弹性纱线制成的地毯需要更多和更早更换。
人们已经意识到这些问题，并且已进行了许多尝试来解决这些问题。聚合物生产者已经提出了改性的聚合物组成和结晶性质。纱线制造商已经探索了改进纤维纺丝过程和纱线处理。地毯制造商已开发出改善的地毯构造。尽管这些努力和成果，但仍然存在聚丙烯纤维和纱线改善弹性的长期需求。尽管结合了优于其它地毯面纱的成本、固色、耐脏、耐霉菌和潮湿以及易于清洗等特点，但是在地毯业聚丙烯纱线仍然没有获得商业成功。
更详细地描述，可以拟补弹性差的地毯构造的因素包括毛圈绒头结构、低的绒头高度和高的线束密度。在毛圈绒头结构中，形成地毯绒头面纱的线束并不切掉，留下一个具有环状线束的线簇。其它情况相同，环状线束比切掉的绒头线束耐压性和恢复性更好。低的绒头高度通过使更短的线束受压而限制压力的效应。
对于纱线的构型，加捻的纱线比未加捻的纱线更具有弹性。捻度越密保持性越好，弹性越高，其它情况与此相同。见Levinstein,TheComplete Carpet Manual,1992，第44-45页。捻度保持性可以通过例如液体喷射或卷曲构造的膨松处理来提高。热定型可以用于定型或锁定、加捻和蓬化。作为例子，US4,290,378公开了弹性“膨松的、绒头的、热定型的、缠结的、加捻的单纱”。如US3,295,308所示，用具有较大弹性和较少弹性的长丝例如分别为尼龙和聚丙烯制成的混合纱线被提议用来增加弹性。双组分纤维组成的纱线，例如以尼龙为芯聚丙烯为鞘的纤维，被认为结合了尼龙的弹性和聚丙烯的其它优异性能。
尝试提高聚丙烯纤维自身弹性也见报道。然而，地毯对压力的厚度保持性和绒头高度恢复性涉及地毯构造、纱线线束内部和线束之间纤维与纤维之间的相互作用以及纤维和纱线的结构和性能这几者之间的复杂作用。此外，地毯纤维和纱线使用中经受的弯曲力通常包括不均匀的挤压和拉伸。因此，纱线测试结果通常仅仅是，如果是有一点的话，与实际地毯行为稍微有点关系。另外，纤维和纱线的许多性质是在其整个制造过程中发展出的，因此，试图通过改变一个设定步骤或操作而改善其性质可能要求在其它步骤和/或性质中得到折中处理。进而，纤维性质或制作的改善通常难以产生改善的地毯性能、纤维和纱线制造之间宽范围的相互关联、它们的构造和性质，并且通过不精确和不可预测的纤维和纱线的改性来达到地毯性能的改善。
例如，U.S.3,152,380认识到丙烯纤维的弹性缺陷并且提出两步工艺拉伸和热定型纤维作为解决方法。与专利中纱线测试实例中报道的改善相比，其地毯测试不但显示远远不及的改善，而且在踩踏加重的情况下其绒头厚度保持损失加速。该专利中处理后的纱线也遭受过多的收缩。即使最好的处理丙烯纱线其抗压恢复也只有未处理过尼龙纱线的三分之二左右。
D.R.Buchanan在“聚丙烯的弹性变形和纤维结构”一书中(时间和出处未知)将初生的、热拉伸的和退火了的聚丙烯纤维与分子取向、晶体结构和拉伸恢复相比，并且U.S.3,256,258将聚丙烯纤维晶态结构与拉伸恢复关联。两者都没有报道对地毯性能的影响，然而，无论如何，拉伸恢复的改善并不意味着弹性的改善，这是因为拉伸恢复是测试从拉伸或延伸的恢复，而弹性涉及从弯曲和挤压的恢复。在这方面，长期以来已为人们认识的(就弹性而言尼龙地毯面纱优于聚丙烯地毯面纱)与公开出版的著作形成鲜明的对比，这些著作显示在作为比较的拉伸恢复测试中，聚丙烯纱线要优于尼龙纱线。J.C.Guthrie的“不同单丝的弯曲恢复”，呈交给纺织协会物理组会议的纺织协会论文，4/1970,pp615-627。Guthrie也报道了对于尼龙和聚丙烯纱线拉伸和弯曲恢复之间很少的关系，B.M.Chapman“羊毛、尼龙66和涤纶纤维的弯曲张力松弛和恢复”也做了相关的报道，应用科学杂志，第17卷，第1673-1713页，1975。
Guthrie还报道了聚丙烯纤维在既定条件下的弯曲恢复；在张力下通过加热去除卷曲而拉直；拉直接着浸入95℃水中松弛。也报道了重新弯曲后的恢复。Guthrie的拉直纤维比蜷曲显示出更好的恢复。相反，U.S.3,686,848和它的对应英国专利1,384,121赋予和永久固定的特殊卷曲以获得弹性改善的聚丙烯纤维。实施例3和4给出了以这些纱线簇成的地毯的模拟和实际踩踏实验的结果。虽然实施例4中的实际踩踏实验据说显示出韧性、拉伸比、卷曲持久性和热定型的结合的临界状态，但是以低卷曲持久性和无热定型的聚丙烯纱线簇成的作为比较的样品也几乎有同样的表现。
U.S.3,680,334、加拿大专利957,837和欧洲专利0330212中报道了根据纱线塞子从压缩恢复的高度表示的弹性改善的聚丙烯纤维。在这些专利中，弹性改善在于在聚合物熔点以下10-35℃时使用饱和蒸汽处理纤维0.01-2秒从而使纤维晶态结构进行重新排序。在对将纱线性质转化为地毯性能的困难的生动描述中，加拿大专利中的表1显示处理过的纱线比未处理过的纱线的卷曲塞式高度恢复大2-3倍，但是地毯测试表明几乎没有差异。欧洲专利提出了用于地毯的弹性聚丙烯纤维和在产生足够结晶度以接受热处理的条件下通过纺丝和拉伸聚丙烯纤维制作的家具装饰织物。改善归功于永久性定型纤维中的卷曲。按照该应用制备的人造纤维已经获得了一些成功；然而，它的纱线并没有用于工业或家居地毯，也没有让它的复丝有商业应用。
改善的弹性也是现以间断的阿莫科织物公司GenesisTM地毯认证程序的一个方面，该程序旨在于促销用于高级家居地毯的聚丙烯面纱。GenesisTM地毯制作过程熔融纺丝聚丙烯树脂、收集长丝进入纱线、拉伸(拉伸比=3.5∶1)、变形和加捻(1.8捻/cm)该纱线、刚刚低于100℃下蒸汽处理几秒钟接着在130-135℃下热定型1/2分钟。按照塞式挤压恢复测试该纱线的弹性大约为75％，正好比尼龙的小85-90％。
尽管这些方案具有可行性，但是聚丙烯纤维和纱线的弹性仍有缺点并且它们用作地毯面纱仍然有限。尽管对弹性改善进行了长期探索，聚合物、纤维和纱线以及地毯业多年来也一直在摸索，并且聚丙烯聚合物纱线在许多其它方面具有优越性，但是该纱线作为地毯纱线远远排在尼龙之后，对于家居地毯尤其如此，对改善的弹性需求一直存在。
本发明提供了改善的聚丙烯纤维和纱线以及含有它们的纺织品。本发明的一个方面提供一种含有丙烯聚合物的纤维，该丙烯聚合物的特征在于通过小角X射线衍射，使纤维的纵轴与X光束垂直方向的倾斜角α为10°和20°，式(1)L1.03tanα×-logIm(α)Im(O)------(1)]]>的平均值至少为240，其中Im(O)是纤维的纵轴与X光束垂直时小角X射线子午线反射的最大强度，Im(α)是纤维的纵轴与X光束垂直方向的倾斜角为α时小角X射线子午线反射的最大强度，L=1.5418Aφm--------(2)]]>并且φm是纤维的纵轴与X光束垂直时小角X射线子午线反射的中心半高处相对于入射X光束的中心以弧度表示的角度，其中小角X射线衍射是用波长为1.5418的CuKα辐射进行的，X光束是在半高处狭缝准直为1.81角分全角宽度。
另一方面，本发明提供含有这种纤维的纱线。本发明的其它方面提供含有这种纤维或纱线的改善的纺织品，特别是地毯、织物、编织品和无纺织物、以及复合的纺织材料。
在此，术语“纤维”和“长丝”是指不考虑其长度的单丝结构。术语“纱线”是指含有两根或更多根纤维的整体结构，这些纤维结合在一起构成一个独立单元以便进一步的处理或加工，例如缠绕在线轴或筒子架上、纺织、簇绒或编织。术语“复丝”是指通常应用于合成纤维领域是指具有长度相当长或无法测量的纤维。“BCF纱”通常应用于合成纤维领域是指膨松化的复丝；这样的纱线是复丝并且膨松化可以是任何形式。术语“纺织品”通常指纤维、纱线、织物(或者是针织、无纺织物、编织或是其它纺织方法得到的产品)、纱布及其类似物、以及含有上述产品之间的组合或与其它组分的组合的复合纺织材料。术语“塞式挤压恢复(Plug Crush Rewvery)”，有时缩写为“PCR”是指按照本文描述的方法，纱线受压并通过纱线塞式恢复可以恢复到最初高度的百分比。在下文中，除非特别指明，丙烯聚合物熔体流动速率是按照ASTM D1238条件B测量的，并且纱线的膨松度是通过测量在完全膨松状态下和完全不膨松状态下纱线的长度来确定，表示为完全不膨松时的长度占完全膨松时长度的百分比。为此，子午线反射的最大强度，即通过小角X射线衍射得到的Im(α)和Im(O)是在分离出弥散的散射并且使用Lorentz系数校正后测定的，这两者在下面有详细描述。
本发明的各方面将参考下面的附图、数字进行了描述
图1，取向晶态聚合物纤维的纵向截面图，概念性的说明其晶体微结构；图2，图1纤维的横向截面图，再次说明概念性的晶态微结构；图3，纱线样品的PCR对按照其小角X射线衍射测量中的式(1)计算得到的值的曲线；和图4，地毯厚度恢复对纱线样品的PCR的曲线，地毯以该纱线簇成的。
本发明提供含有聚丙烯聚合物的纤维，该纤维特征在于它具有通过应用于本文的小角X衍射衍射方法测得的独特的晶态微结构。本发明也提供含有该丙烯聚合物纤维的纱线以及，另一实施方式中的含有丙烯聚合物纤维并且其特征在于弹性得到改善的BCF纱线。该BCF纱线特别适用于工业和家居地毯的面纱。的确，在对照的地毯踩踏测试中，与以常规丙烯聚合物纱线簇成的地毯相比，以该纱线簇成的地毯显示出少得多的团聚性和无光泽性，并且比以尼龙纱线簇成的地毯只轻微显旧。
虽然本发明大部分参考地毯和地毯面纱进行描述，但是应该理解为本发明和其应用都不限于此。本发明的纤维和纱线可用于多种纺织产品中，特别是要求从挤压、弯曲、起皱、褶皱及类似作用中有更大恢复的情况。使用本发明纤维和纱线的其它纺织产品的实例包括纤维填料，例如用于衬垫、枕头、绒毛玩具、睡袋、衲缝床单、盖被等；高膨松度无纺织物，例如针刺絮垫、绝缘和过滤织物；衣料用纱和纺织和针织衣料织物，例如用于短袜，保暖内衣和外衣；汽车织物例如汽车地毯纱线、主内衬和倒褶嵌料；家具装饰织物例如丝绒和天鹅绒；几何织物；工业纱和织物；以及工业和特种织物。
虽然本发明并不限于下述讨论或者在理论在并不限于下述讨论，但是它们将有助于理解本发明。目前，并没有包括丙烯聚合物纤维的弹性纤维的一种形态模型；然而，已经提出了结晶聚合物、柔性链的取向纤维的模型。Peterlin在材料科学杂志6490页(1971)中提出了冷拉伸取向的聚乙烯和聚丙烯纤维的模型，提出了由微纤维(通常沿纤维轴排列，并由分别有规律的沿纤维轴的晶体、少晶区或非晶区组成，相邻微纤维同轴地由聚合物的非晶区隔开)和所谓的连接不同微纤维晶区的系带分子组成的纤维微结构。该模型在Peterlin的共聚物、聚合物和组合物，N.A.J.,第1-13页(1975)中进一步描述。图1和图2描述了纤维纵切面和横切面，说明了根据取向纤维模型的解释而初步设计的微结构。如图1所示，纤维1含有基本上平行于纤维轴A排列的微纤维2。微纤维包括晶区3和晶间无定型区4。示出的还有原纤间无定型区5。图2也表示了微纤维2，也可以看出原纤间无定型区5。再次参考图1，设定为晶区3′和晶间无定型区4′组成一长周期。
本文上述讨论以及图1和图2中，X射线衍射可以从计算或估算出的表观尺寸测试微纤维结构的元素或系数。从上面得自M.A.Gezalov等的聚合物科学杂志，USSR,A12,2027(1970)(由Vysolomol,soyed,A12,1787(1970)翻译)的式(1)中，平均微纤维直径可以由小角X射线衍射测试的系数计算出来。因此，本文上述讨论中，上面式(1)可以认为是为平均微纤维直径的计算值大约为240的本发明丙烯聚合物纤维设计的。为了方便，根据式(1)的计算值有时指“表观平均微纤维直径”或缩写为“AMD”。与本发明纤维相比，根据本文中使用的小角X射线衍射技术分析，用作地毯纱的公知丙烯聚合物通常具有相当小的AMD。
尽管上面的讨论以对纤维模型的解释作为本发明发现的观点，但是不管是对任何具体模型或对其解释的形式，还是对上述解释基于的模型或其它形式，本发明或理论上都不仅限于此。
图3中可以看出，根据式(1)的计算值至少大约为240(以本发明纤维为特征)所对应的纱线的PCR至少为85％。这样的PCR超过了那些公知的丙烯聚合物的PCR，并且接近或等于尼龙纱线的PCR。工业丙烯聚合物地毯面纱的PCR小于80％，通常大约60-75％。相反，本发明纱线的PCR超过公知丙烯聚合物纱线的PCR，接近或甚至等于尼龙纱线(PCR=85-95％)的PCR。
PCR测试是结合后面的实施例解释的，并精确到大约5％。如上所述，由于纱线的压缩测试仅仅与地毯的厚度保持性或绒头高度恢复性稍微有点关系，因此PCR测试被用于预测BCF纱线的地毯性能。事实上，对于用丙烯聚合物BCF纱线簇成的地毯，该测试比传统加速磨损试验例如Simfloor和四撑点式地毯踩踏试验更接近地毯踩踏试验。
图4是丙烯聚合物BCF纱线簇成的地毯的厚度保持性对纱线的PCR图。地毯厚度保持性是由割绒地毯得到的，该地毯是用大约1.8捻/cm的两股1450旦144根聚丙烯膨体复丝簇成的。初始绒头高度为1.27cm，用初始总地毯厚度的百分数表示的厚度保持性是用2500psi的力冲击地毯样品2.5分钟并在恢复24小时后测试样品厚度得到的。从图4可以看出，对于测试的地毯，PCR至少为85％通常对应的地毯厚度保持性至少为85％。除了提高了地毯中厚度保持性，本发明纱线在地毯踩踏试验中显示出提高了的性能。在地毯重复脚踏进行的对比试验中并按肉眼观察将地毯分为1(最差)-5(最好)级，得到的结果列在表Ⅰ中。除非另作说明，地毯是用BCF纱线簇成的。
表ⅠA踩踏试验地毯0.88g/cm2，绒头高度1.27cm,100,000次踩踏面纱 常规聚丙烯本发明聚丙烯尼龙样品尼龙整体 2.53.32.2 3.0表面绒尖整列 3.53.82.8 3.8捻度保持性 4.04.53.2 4.5手感 3.33.53.8 4.0塞式挤压恢复(％) 77.6 86.4 87.9 89.3表Ⅰ(续)B踩踏试验地毯0.66g/cm2，绒头高度0.6cm,50,000次踩踏面纱 常规聚丙烯本发明聚丙烯尼龙样品尼龙整体 3.13.54.2-表面绒尖整列 3.13.74.1-捻度保持性 3.54.14.5-手感 3.53.44.4-塞式挤压恢复(％) 78.1 86.8 88.5 -表ⅠA中尼龙样品簇成的地毯的结果是进行的试验的代表，表ⅠB中尼龙样品簇成的地毯的较好的结果与踩踏试验中观察到的结果一致，然而这种尼龙簇成的地毯的性能优异直到踩踏次数达到50,000-100,000后剧烈变差。然而，表ⅠA和ⅠB中的其它结果可以看出，本发明纱线簇成的地毯与常规丙烯聚合物地毯纱线相比，在整体外观、表面绒尖整列、和捻度保持性方面显示出提高了的性能。还可以看出，本发明纱线在地毯性能方面可以与或接近于尼龙纱线。从下面表Ⅱ(地毯重量0.55-0.71g/cm2,绒头高度0.6cm,50,000次踩踏)中也可以看出相似的结果。
表Ⅱ对比地毯踩踏试验结果样品号纤维类型 塞式挤压恢复(％) 表面绒尖整列 捻度保持性1 常规聚丙烯 76.7 2.6 3.1本发明纱线 84.4 3.8 4.0尼龙样品 84.4 4.3 4.32 常规聚丙烯 76.9 3.6 4.0本发明纱线 86.8 4.0 4.3尼龙样品 88.5 4.5 4.53 常规聚丙烯 78.4 3.6 4.1本发明纱线 85.0 4.0 4.1尼龙样品 82.5 4.3 4.44 常规聚丙烯 78.1 3.1 3.5本发明纱线 86.8 3.7 4.1尼龙样品 88.5 4.1 4.55 常规聚丙烯 79.9 3.6 3.8本发明纱线 84.9 3.8 4.2尼龙样品 88.7 4.0 4.1很显然，从图4和表Ⅰ和表Ⅱ中可以看出，本发明纱线簇成的地毯性能优于常规聚丙烯纱线，并可以与尼龙纱线相媲美。
如上所述，本发明纤维含有结晶丙烯聚合物，其特征在于根据本文中使用的小角X射线衍射技术，使纤维的纵轴与X光束垂直方向的夹角为0°、10°和20°，上面式(1)的平均计算值至少为大约240。
本发明纤维中的丙烯聚合物是含有重复的聚合丙烯单元的树脂状结晶聚合物。纤维中用广角X射线衍射测定的丙烯聚合物的结晶度优选至少为30％。更优选的，结晶度大约为35-55％，特别是大约40-50％。
尽管共聚丙烯以及丙烯均聚物和/或与其它聚合物的共聚物的混合物也是希望的，但是均聚丙烯是优选的。术语“共聚物”广义是指具有两种或多种重复单元的共聚物。本发明纤维的共聚物的实例可以包括以主丙烯与一种或多种乙烯和高级烯烃例如丁烯-1、丁二烯、4-甲基戊烯-1，己烯-1、辛烯-1和叔丁基苯乙烯的共聚物。适当的聚合物和混合物的共聚物的实例包括高、低和线性低密度聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚叔丁基苯乙烯、聚乙烯基甲基醚、聚酰胺例如尼龙6、尼龙66和聚邻苯二甲酰胺和聚酯例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯。相容性试剂可以提高极性树脂例如聚酰胺和聚酯与丙烯聚合物酯键的相容性，其实例包括马来聚丙烯和其它含有官能团的聚合物和含有聚合烯烃单元的共聚物。丙烯聚合物中共聚合的其它单体的量，或者丙烯混合物中其它聚合物的量将根据选择的共聚合单体或其它聚合物以及它们赋予的效果进行改变。
本发明纤维中也可以含有其它添加剂和改性剂。本领域技术人员直到大量这种物质，其实例包括颜料、整理剂和其它处理助剂、阻燃剂、热和光稳定剂、抗菌剂、导电物质、抗静电剂和防污剂。这些添加剂和改性剂可以混入制成本发明纤维的丙烯聚合物组合物中，或者施加到制成的纤维上，或者在纤维或纱线变成织物或其它产品后。这些添加剂和改性剂的使用量根据其材料类型和它们的用途进行改变。实际应用中常规丙烯聚合物纤维中通常使用的添加剂并不影响本发明纤维和纱线的微结构和弹性，本领域技术人员应该理解，为了特殊用途而有效使用特殊添加剂在不进行试验的前提下也可以知道。
本发明纤维独特的结晶形态通过上面式(1)的关系进行了定义。式子的来源M.A.Gezalov等(上面引用过，并被引用在本文中作参考)进行了讨论。根据M.A.Gezalov等，改变与X光束不同倾斜角放置的纤维样品的小角X反射光的强度可以根据式(1)用于测试微纤维晶区的平均截面尺寸，或者上文中使用的术语“表观平均微纤维直径”或AMD。
在进行用于测试本发明AMD的X射线衍射时，重要的是，X射线要窄以测试从光束中心起至少4-5角分处2θ的小角X射线衍射。因此，使用一相当窄的阳极长丝，并且X光束要狭缝准直以使最大光强度处测量的入射光的角宽为1.81角分。减小从准直狭缝边缘的背景散射也是需要的。这可以使用所谓的刀或在准直狭缝和分析样品之间放置校准狭缝来实现。通常使用铜阴极来产生X射线。使用波长为1.5418的CuKα辐射。当使用产生不同波长辐射的阴极时，式(2)中的1.5418就用表示的X射线的波长代替。本发明使用的小角X射线衍射方法的细节在下面的实施例中描述。
式(1)中，Im(0)和Im(α)是指纤维的纵轴与X光束垂直方向的夹角分别为0°和α时，从弥散的散射中分离出反射光并使用Lorentz校正器后小角X射线子午线反射的最大强度。小角X射线衍射图案通常包括两部分。第一部分是或多或少的电子密度的规则周期即长周期产生的峰。第二部分是所谓的弥散的散射，包括空气的散射、衍射系统的校准狭缝的散射和来自于样品例如随机分散在纤维中的超微裂缝的散射。X射线衍射图案中，弥散的散射以随衍射角的增加而降低强度的光滑曲线的形式出现。为了确定波峰处的最大强度，将弥散的散射分离或剔除以使峰高是不受弥散的散射作用而产生的。弥散的散射是通过从弥散的散射形成的光滑曲线峰下的面积内推来完成的。最大峰强度是从内推的散射线的峰高得到的。这种内推可能在确定最大强度时引入一些不确定因素；然而，当弥散散射的强度相对于最大强度峰的角度处的强度小时，正如本发明的情况下，该不确定因素就小了。
子午线反射的最大强度是通过使用表明入射X射线的分散的Lorentz系数校正的。Lorentz系数在晶态学领域是公知的，详细的解释在L.E.Alexander，聚合物科学中的X射线衍射方法，Robert EKrieger出版公司出版的，Malabar FL.第40-41页和H.P.Klug和L.E.Alexander在X射线衍射方法，John Wiley和Sons出版，纽约，NY(1974)，第143页中，这些都引用在本文中作参考。该系数等于2θ的正弦乘以衍射角的正弦的乘积的倒数，即1/sin2θsinθ。该系数是将未校正的子午线反射的最大强度倍增来使用的，该子午线反射是用于式(1)计算中的角(0°和α)处纤维的X射线衍射得到的。
对于本发明，用10°和20°α角计算AMD，这是因为方便并且根据式(1)计算的强度最大值Im(α)可以产生足够的变化。
式(1)中的术语L是以表示的纤维的长周期。正如Gezalov等所述，它是当纤维的纵轴与入射光垂直时，通过用弧度细分小角X射线衍射的中心相对于入射X射线的中心的X辐射的波长(1.5418的CuKα辐射)得到的。本文中，小角X射线衍射的中心是指半高处反射的整个宽度的中点。观察到的长周期大约为190-240。
尽管存在其它的估算微纤维截面尺寸的方法，但是据说，根据Gezalov等的结果与根据其它方法得到的结果很相符合；其它的方法公开在I.P.Dobrovol’skaya等的Vysolomol soved.,A23第6期，1261-1267(1981)；L I Slutsker等的J Pol Sci Polymer Symposium,58,339-358(1977)；Pervorsek等的J Matl Sci.12,2310-2328(1977)；I.P.Dobrovol’skaya,Vvsolomol soved.A17 Na7,1555-1559(1975)；Pervorsek(1973)与上文同。
对于本发明纤维，本文中使用的方法测试的小角X射线衍射得到根据式(1)的计算值至少为240。这样的值与纤维的提高了的弹性和含有该纤维的纱线的提高的弹性有关，并且在以前已知的丙烯聚合物纱线中没有观察到。的确，由丙烯聚合物纤维组成的已知工业地毯纱，当用本文中使用的小角X射线衍射方法分析时，其根据式(1)的计算值不超过200。GenesisTM地毯工艺纱的计算值大约为135-145。因此，本发明纤维具有一新的晶相，该晶相既没有见于以前现有技术的报道中，也没有在已知的丙烯聚合物纤维和纱线中看到。本发明优选的纤维具有的小角X射线衍射图形其根据式(1)的计算值至少为250，更优选至少为275。图3可以看出，大约275或更大的AMD，得到的PCR接近甚至超过90％。然而根据PCR改善纱线，几乎不存在将AMD由超过275到350的实际原因，已经观察到450-500大小的值。这样的值甚至更高的值也是本发明想要的，并且产生优异的弹性和其它有用的令人感兴趣的有益效果。
广角X射线衍射测定的本发明纤维的总结晶度通常至少为30％，优选大约35-55％。广角和小角X射线衍射测试的原纤结晶度(以长周期中晶体占有的部分定义的)优选大约55-65％。以纤维截面中原纤维占有的部分定义的截面结晶度(用总结晶度和原纤结晶度决定的)优选大约60-80％。
本发明纤维可以是任何所需的形式并且具有各种各样的性能。其实例包括连续单丝、任何所需长度的短纤维、经过或未经过膨松化和/或加捻的连续复丝、纺丝短纤维得到的精纺纱、和含有本发明连续纱线或短纤维的大量纱线的丝束。任何形状的纱线截面都是可以的，其实例包括圆形、三角形、三叶形和四叶形和哑铃形截面。适合大量纺织品的纤维性能包括大约0.5-60g/9000米的线密度(旦尼尔)，大约1-10g/旦的抗张强度。大约2-400％的伸长，大约1-10％的热水收缩率和大约1-15％的热空气收缩率、大约70-98％的变形恢复率和最终用户所需的触感或“手感”。具有下述性能且单独含有这种纤维或结合其它纤维的纱线也适用于多种纺织应用，这些性能包括大约20-10,000g/9000米的线密度(旦尼尔)，大约1.5-10g/旦的抗张强度。大约2-200％的伸长，大约1-15％的热水收缩率和大约1-15％的热空气收缩率、大约70-98％的变形恢复率和舒服的手感。通过组合使用多股纱线很容易得到超过10000的旦数。相关技术领域的技术人员应该理解的是，在一个或多个方面超过上述范围的性能也可能对特殊用户有益。对任何所需形式的纤维和纱线也可以进行其它处理，例如本领域公知的梳理、牵伸、自由端纺纱、环锭纺纱、喷气纺纱、织造、经编和纬编、针刺、热粘合、簇绒、卷曲、变形和加捻。假设纤维不是被暴露在特别接近组成纤维的丙烯聚合物的熔点太长时间的话，纤维的晶体微结构将有利地保留下来。
在本发明这方面的一个优选实施方式中，提供的纤维是包括精纺纱和连续纱线的纱线的形式。这样的纱线可用于大量应用中，包括地毯面纱、衣料用纱和衣料用织物、家具装饰织物、汽车织物、工业布、几何织物和工业织物。该纱线可以用任何方法变形以满足最终使用的要求。
另一个实施方式中，BCF纱线的PCR至少为80％，优选至少大约85％。这种纱线的绒头含量优选大约2-20％。这种纱线有利地结合了抗霉菌和潮湿、固色、耐脏、强度、防吸水、抗压恢复性和好的覆盖性、结构和手感，并且很适于工业和家居地毯面纱，汽车地毯的面纱、主内衬和倒褶嵌料以及用于家具装饰织物的绒头纱线。PCR至少为85％的BCF纱线在以PCR测试的弹性方面超过已知的丙烯聚合物BCF地毯纱。因此，本发明还提供了含有大量丙烯聚合物的复丝的新型BCF纱线，其中纱线的PCR至少为85％。这种纱线特别适用作家居和工业地毯面纱。
本发明的BCF纱线可以以任何需要的构型提供。BCF纱线织造过程中，通常通过在长丝中引入毛圈、波纹、纠缠、旋转、扭结、卷曲或其它变形，进行膨松化使纱线变形。膨松度优选大约2-30％，更优选大约5-15％。纱线的膨松可以采用任何形式。其实例包括长丝的无规纠缠、波纹、毛圈和旋转和通过液体喷射变形或加捻和退捻锭子使纱线产生绒毛和通过填塞箱法卷曲或让纱线通过一边缘而产生的卷曲、扭结和锯齿变形。膨松的优选形式是通过液体喷射变形产生的。
尽管与其它纤维混合也被认为是适用的丙烯聚合物纤维，但是最优选的是，本发明实施方式中的BCF纱线完全由本发明纤维组成。这些其它纤维的实例包括常规聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚酯、丙烯酸、人造纤维、乙酸酯和棉纤维。在含有本发明纤维和其它类型纤维的组合纤维或混合纤维中，根据所选择的其它纱线、纱线类型和所需的整个纱线性能，在很大范围内对本发明纤维的比例进行变化。例如，在与尼龙纤维混合时，含有大约25-75wt％的本发明纤维比仅仅含有尼龙纤维的纱线可以以更低的造价得到更高弹性的纱线。随着本发明纤维含量的增加，丙烯聚合物纤维和纱线的其它有益效果例如固色性、清洁性和耐脏、霉菌和潮湿将变得更加明显。
为增加弹性，本发明实施方式中特别优选的纱线是含有丙烯聚合物纤维的BCF纱线，该纱线根据式(1)的计算值至少为250，更优选至少大约275。这些纱线的PCR优选至少为85％。为了增加纱线的弹性和这种纱线制成的纺织品对挤压、皱褶、折痕、冲击和弯曲的抵制和恢复性能，更优选PCR至少大约为87％，最优选至少大约为90％。这样的纱线也具有好的手感和表观性能。
本发明纤维和纱线可用于多种纺织品中。其实例包括地毯面纱、家居用簇绒地毯、工业用簇绒地毯和针刺地毯、家具装饰地毯、几何织物、汽车地毯和织物、高膨松化无纺织物、衣料织物和工业织物。
含有本纤维或纱线的地毯比含有常规丙烯聚合物纤维或纱线的地毯显示出提高了的绒头高度保持性、表观和磨损性，其它情况与此相同。在至少得到与常规地毯相媲美的性能的前提下，例如通过在地毯结构中降低簇绒密度或者通过使用本发明纤维与其它弹性和价钱更高或更低的其它纱线的组合来簇成地毯的方法，本发明提高了弹性的纤维和纱线可以用于节约材料费用。用本发明纱线簇成的地毯在绒头高度保持性、整体外观、捻度保持性、表面绒尖整列和手感方面比尼龙纱线簇成的地毯更好。
含有本发明纤维或纱线的地毯含有一背衬结构，也指基底布例如织物、膜、或片材，该基底布被大量面纱绒头穿过，结果绒头从底布的一个表面突出出来形成绒面并且簇绒毛圈在底布的相对表面上出现。地毯可以用任何适当的方法制备。通常对于簇绒地毯，首先让基底布通过带有大量往复式簇绒针的簇绒设备。面纱通过针的往复作用缝在底布上。纱线绒头可以切割得到割绒表面或者不切割得到环状毛圈表面。第二背衬结构例如机织织物、纱布或网眼布通常用于使地毯产生额外的尺寸稳定性，并且使用乳胶、热熔或其它粘合剂粘附在基底布的缝编表面上，或者通过热或其它粘合粘结在地毯的其它结构上。地毯可以是多种样式和重量。其实例包括萨可森、天然原色地毯、天鹅绒、割绒-毛圈式、割绒、边缘和毛圈式地毯。
优选的家居和工业地毯面纱的纱线的PCR至少为85％，更优选至少大约87％，线密度大约1200-3000g/9000米，每根纱线大约有70-300根长丝，每根长丝大约8-30旦。这种纱线的其它特征包括抗张强度大约3-6g/旦，伸长大约10-75％，热水收缩率大约2-8％，热空气中收缩率大约2-12％以及舒服的手感。
除了常规丙烯聚合物面纱比尼龙纱线在地毯中的公知优点之外，因提高弹性而提高丙烯聚合物面纱的膨松用途的本发明纱线也比尼龙、聚酯或天然纤维纱线在地毯制造中更有机会回收利用。尽管聚丙烯机织织物最常用作地毯背衬材料，但是聚丙烯和另外组合物的面纱在熔融过程中由于形成多相体系而不相容，这将难于加工和/或得到性能差的产品。另一方面，本发明丙烯聚合物面纱易于与背衬聚丙烯熔融加工，因此地毯制造中的碎料和废料适于回收利用。
本发明纤维和纱线可以这样制备熔纺含有丙烯聚合物的热塑性树脂组合物成为一根或多根长丝，拉伸该长丝并且热定型，其中纺丝、拉伸、热定型和任何其它视具体情况而定的加工步骤都在有助于晶体微结构生产的条件下进行以使长丝的APD至少为240。优选的是，纱线是这样制备的，熔纺含有丙烯聚合物(优选均聚丙烯)的热塑性树脂成为一根或多根长丝，收集这些长丝成为纱线，使长丝或纱线取向，膨松并将膨松长丝或纱线热定型，选择条件以使长丝或纱线中产生根据上述小角X射线衍射特征分析的晶体微结构。
制造本发明纤维和纱线的树脂含有丙烯聚合物。尽管不超过30wt％(更优选大约达到10wt％)的聚合单体或混合树脂将有助于加工操作，但是也可以使用混合物和丙烯共聚树脂。最优选丙烯均聚物树脂，公称熔体流动速率大约3-35g/10min的通用树脂是最适合的。
用于纺制纤维的丙烯聚合物也可以含有多种添加剂和改性剂。其实例包括颜料、加工助剂、热和光稳定剂、阻燃剂、抗菌剂、成核剂和导电材料。本领域技术人员也知道为了多种用途的特殊材料，并且上面也讨论过。
熔纺中，熔融树脂被导入带有一个或多个喷丝孔的喷丝板，熔融树脂经过喷丝孔以一根或多根长丝的形式流出。相对低一点的纺丝温度是优选的；然而，随着纺丝温度的降低，纺丝树脂的熔融粘度通常增加。如果温度太低，在损害纺丝连续性的情况下产生结晶和熔体应力。避免纺丝温度太高也是重要的，这是因为太高的温度将导致聚合物降解、纤维和纱线性能变差和不适宜的熔融温度。根据所需的长丝的截面和旦数选择喷丝孔的尺寸。喷丝孔的性状并不重要。通常使用圆形和三角形截面。三叶行和四叶形、十字形和哑铃形截面以及更复杂性状也是可以的。
从喷丝孔中流出后，长丝通常与骤冷介质例如冷空气或其它其它接触而骤冷以固化熔融树脂。骤冷流体的速度通常保持在有效提供冷却而不缠结长丝的水平。
纺丝和骤冷之后是取向，通常通过牵伸或拉伸。尽管得到的纤维和纱线的强度没有高拉伸比的纤维和纱线的高，但是相对低一点的拉伸比是理想的。如果低拉伸比的纤维或纱线要被进行其它加工步骤例如加捻或梳理，低速率下进行的这些其它加工步骤或其它预防措施将适当的弥补低强度。
取向纤维或纱线的变形可以采用任何适当的技术进行。优选的变形是采用液体喷射变形机进行的。已知多种喷射设备，通常包括带有纱线进入和出来部分的中空、筒形或锥形主体，在主体壁上的一个或多个液体进入部分，用于将空气或其它流体(通常高速下)从一源头进入喷射设备和一个或多个折流板或通道用于促进流体的湍流。操作中，纱线通过喷射装置并且高速流体带走纱线的长丝使之产生毛圈、卷曲和纠缠，由此产生膨松和变形。流体通常是在高温下以促进长丝中的应力松弛并且将赋予纱线的变形固定。其它的膨松技术也是适用的。其实例包括填塞箱卷曲或变形、通过在一边缘上拉伸纤维而变形、针织或退针织和假捻和退捻。如果需要，拉伸和变形后但热定型之前，对长丝或纱线可以进行加捻、绒头、合股或进行其它加工操作，包括加工成纺织品。
热定型是在长丝或纱线拉伸和变形之后进行的。热定型使用的时间温度图有效地赋予长丝上述晶体微结构。采用的温度接近丙烯聚合物的熔点，其时间有效地提高丙烯纤维或纱线的弹性而不热诱导损伤纤维或纱线，例如熔融纤维或纱线或由于软化并随后固化而产生粗糙结构或损失手感。尽管根据热定型制品的性能和形式以及设备的传热能力和使用的传热介质而变化具体的热定型时间，但是该时间通常至少大约2秒，通常，热水和压缩蒸汽产生相对快的传热并且在相对短的停留时间内是有效的。受压热空气、加热的辊体系和常规热空气烘箱通常传热较慢并需要较长的停留时间。停留时间也受纤维或纱线中含有的丙烯聚合物纤维的形式所影响。例如，高度膨松、松散的、松开的线束通常比低膨松、紧密、更结实的线束需要更短的停留时间，其它情况与此相同。热定型是在丙烯聚合物纤维重复松弛的情况下进行的以避免实质上膨松度的损失。
热定型之后可以对纱线进行其它加工或处理。优选，这样的操作是在低于热定型温度下进行的。其它的加工或处理的实例包括加捻、合股、和固定绒头或合股的纱线的捻度和固定为改变美感、增加膨松或其它目的而赋予纱线的扭曲。尽管优选的是在热定型之前进行这些操作以使热定型有助于固定捻度、合股或其它特征，但是这些操作也可以在热定型之后进行并产生好的效果。也可以通过例如簇绒、机织、针刺、热粘或粘合剂粘合将纤维或纱线加工成纺织品。对热定型纱线恢复膨松，即在卷成包装并储存后，可以用任何适当的方法完成，例如机械作用、热的作用或它们的组合作用。
制造本发明纤维和纱线中用于熔纺、取向、膨松和热定型可以使用任何适宜的设备。熔纺体系、辊拉伸构型和变形设备对BCF纱线制造领域的技术人员来说是公知的。对于热定型，可以使用多种烘箱、蒸汽管和筒管和热水体系。尽管热空气比起蒸汽和热水来说是低效传热介质，但是热空气、热水和加热蒸汽体系适用于大多数应用中。浸入热水中加热需要随后对纤维或纱线干燥。其它加热体系例如红外加热也是适用的。
本发明将通过下面的实施例进一步描述，应该理解的是，这些实施例是为了说明而不是为了限定本发明。实施例中，纱线的PCR和膨松度的测试、小角和广角X射线衍射的进行是按照下述方法进行的。
塞式挤压恢复简单地说，塞式挤压恢复测试包括以规定大小的力挤压规定高度和重量的筒形纱线塞子，并测试恢复后塞子的高度。根据纱线的类型对样品尺寸和测试条件进行一些调整。下面对未加捻和加捻BCF纱线进行描述。
对未加捻BCF纱线，使用样品。为了确定样品需要的纱线端的大约数量，将样品重量(1克)乘以236,220并除以纱线旦数。
使用得自于Alfed Suter Company,Orangeburg,NY的周长为1.0米或1.5码的摇绞纱机制备合适量纱线端的样品。纱线穿过一导纱钩，该导纱钩为摇绞纱机的一部分并且连接其上。摇绞纱机旋转将纱线绕在上面。摇绞纱机旋转的圈数为所需要的纱线端的一半。需要旋转的圈数通常为75-100。纱线旦数越大，需要的圈数越少。绞纱的长度(2米或3米)足以制成3-5个样品。当摇绞纱机转完了需要的圈数，切断纱线并在切断端相反的摇绞纱机臂上将绞纱系一毛圈在切断纱线的位置切断绞纱。得到含有预定端数的一小包绞纱。将该切断的绞纱放在木销钉上，然后将该木销钉放入132±2℃的受力空气烘箱中，例如型号DC-3366,Blue M烘箱。取出该绞纱并在标准试验条件下至少平衡16小时。该纱线在平衡期间不进行处理或其它力学干扰。
在制备挤压样品中，处理样品和样品夹具时带上乳胶手套。
制备和夹测试样品时使用长度为4.3cm内径为2.54cm的玻璃圆筒。将两倍厚度的绞纱塞入圆筒中，每根纱线与圆筒排成一线，并且两根纱线之间排成一线。从圆筒中拉出大约38cm长的绞纱以使纱线的末端互相平行且没有纠缠。用剪刀在圆筒的每一端将从圆筒突出的样品纱线剪掉大约0.6cm。用从试验器械供应商买来的普通型剪毛器将样品精确地剪成与样品夹具末端齐平。称重夹具中的样品重量。将样品的一个末端去掉直到样品的重量为1.0±0.15g。如果样品的初始重量小于0.85g，这样的绞纱就扔掉。
挤压测试中，使用Buehler有限公司，Lake Bluff,IL制造的内径2.54cm外经4.45cm的纽扣压机夹持样品。贯穿纽扣压机的长度有一自由空间。将直径2.54cm长度1.52cm的钢塞塞入在自由空间的底部。通过小心排列样品模具和/或夹具与自由空间成一线并将样品用纽扣压机活塞推入纽扣压机中的方法将样品从夹具转移到纽扣压机中。该活塞长6.85cm直径2.54cm重量227g，并且与纽扣压机的内腔紧密配合。在将样品转移到纽扣压机中时，压机活塞被放入自由空间中，这样，样品被放置在纽扣压机中的钢塞和纽扣压机活塞之间。
使用容量12吨并带有时间和马力装置和安全罩的Carver液压机型号C挤压样品。挤压压力为1,600psi，对应的压力为1,260镑。Carver压机的压力表调整到1,260±20镑。将钢塞和纽扣压机活塞之间放置有样品的纽扣压机放在压机的的底板中央。使压机活塞与纽扣压机活塞接触，施加1,600psi的压力，持续300秒。将压机活塞缩回，压力立即消失。将纽扣压机从Carver压机中移出，其活塞被用于从纽扣压机中推出钢塞。注意不要从纽扣压机中推出任何部分的样品。一玻璃扣环(内径2.54cm，高1.27cm)与钢塞移出的纽扣活塞的自由空间排成一线。使用纽扣压机活塞将样品慢慢地推入扣环中。该扣环被用作样品的支持基体样品和扣环被放在工作台面上，扣环位于其下。挤压时，纱线的侧面在垂直方向上受力。任何没有排列成一线的纱线都可以在玻璃扣环的壁上看到。当发生上述情况时，将样品从扣环的末端部分推出。将出来的纱线自身弄直。弄直后，将样品推入扣环的另一端，使位于样品另一端的纱线弄直。一旦排成一线，将样品推回扣环中，并且样品的末端与扣环的末端齐平。让样品压力恢复16.0小时。
使用Mitutoyo低压力指示器测试样品的高度恢复。在样品上放置一金属盘(直径2.53cm，高度0.124cm，重量2g)。指示器的压脚施加0.0225psi的力，当该力加到金属盘的力后产生0.0282psi的压力。恢复高度精确到0.002cm。PCR等于用百分数表示的恢复高度除以原始高度(2.54cm)的值。例如，恢复高度为1.52cm的样品的PCR为60％。类似材料单个测试结果的偏差为2.53％压力恢复单位。单个测试结果是由一个测试单元，即一包纱线的5次测试中得到的。测试的标准误差取决于测试单元的数量。
对应加捻BCF纱线，使用4g样品。除了确定样品末端的大约数量时，样品重量是乘以354,330然后除以纱线旦数之外，按照上述相同的方法使用摇绞纱机制成绞纱。长2米或大约3码的绞纱将制成3-5个样品。绞纱中纱线的长度通常为50-100米，纱线旦数越高需要的长度越少。如上所述，切割该绞纱，然后将切割的绞纱放入保护性的网眼织物中，然后将其放入加压空气烘箱中。通常，使用Blue M烘箱，型号OV-490A-3。烘箱温度132±2℃，停留时间10分钟。取出绞纱并在标准条件下平衡至少1-4小时。平衡时，纱线必须不能进行其它处理或力学干扰。
使用铜或钢圆筒(长2.54cm，内径2.54cm)作为样品模具和夹具。在绞纱末端自由悬挂的前提下，将绞纱的所有末端塞入圆筒并与圆筒的长度方向排成一线并且绞纱之间也排成一线。从圆筒中拖出大约38cm的绞纱以确保末端平行并且没有纠缠。用剪刀在圆筒的每一端将从圆筒突出的样品纱线剪掉大约0.6cm。使用购自Wolf Machine公司，Cincinnati Ohio的Wolf Blazer Series Ⅱ锯将样品精确地修剪。将圆筒放入锯的夹具中，按照制造商的说明将突出的纱线修剪直到塞子的表面与圆筒的末端齐平。在夹具中称重样品。去掉样品的单个末端直到样品重量为4.0±0.015g。用于称重样品的天平必须精确到0.0001g。如果样品的初始重量小于3.985g，该样品就被扔掉。
挤压测试中，使用Buehler有限公司，Lake Bluff,IL制造的内径2.54cm外经4.45cm的纽扣压机夹持样品。贯穿纽扣压机的长度有一自由空间。将直径2.54cm长度1.52cm的钢塞塞入在自由空间的底部。通过小心排列样品模具和/或夹具与自由空间成一线并将样品用纽扣压机活塞推入纽扣压机中的方法将样品从模具和/或夹具转移到纽扣压机中，该活塞长6.35cm直径2.54cm重量227g，并且与纽扣压机的内腔紧密配合。在将样品转移到纽扣压机中时，压机活塞被放入自由空间中，这样，样品被放置在纽扣压机中的钢塞和纽扣压机活塞之间。
使用容量12吨并带有时间和马力装置和安全罩的Carver液压机型号C挤压样品。挤压压力为10,000psi，对应的压力为7,800镑。将钢塞和纽扣压机活塞之间放置有样品的纽扣压机放在Carver压机的底板中央。使压机活塞与纽扣压机活塞接触，施加10,000psi的压力，持续120秒。此时将压机活塞缩回。将纽扣压机立即从Carver压机中移出，其活塞被用于从纽扣压机中推出钢塞。注意不要从纽扣压机中推出任何部分样品。一铜或钢扣环(内径2.54cm，高1.27cm)与钢塞移出的纽扣活塞的自由空间排成一线。使用纽扣压机活塞将样品慢慢地推入扣环中。当样品稍微超过扣环高度时，该扣环被用于从纽扣压机中提走保留的样品。该扣环被用作样品的支持基体样品和扣环被放在工作台面上，扣环位于其下。
样品恢复30.0分钟。使用81-0453型号的Ames厚度计测试恢复后的样品高度。压力计的压脚为2.54cm，压脚上施加15g的载荷。PCR等于用百分数表示的恢复后高度除以原始高度(2.54cm)的值。类似材料单个压力恢复测试结果的偏差为2.50％压力恢复单位。单个测试结果是由一个测试单元的5次测试中得到的。测试的标准误差取决于测试单元的数量。
膨松度将大约15米常的纱线绕5次形成绞纱，然后在其一端打个松结并放入有足够网眼(保证空气易于流进和流出该包)的织物制成的包中。该包侧面、顶面和底面的大小为20cm。将该包放入预热到132℃的Blue M型号OV-500烘箱中。2分钟后取出该包，并将打结的一端靠近结点处夹在膨松度测试仪中。膨松度测试仪的一端有一夹具，另一端有一校正自由轮。轮的直径大约88mm，该轮距离夹具大约758mm，校正为用百分数表示的以10°间隔来记录膨松度，据此去掉膨松后完全伸直的纱线样品的长度超过膨松纱线的长度。
从绞纱中分开一缕纱线，在其自由端夹一毛圈结。将该纱线放在自由轮上，毛圈上悬挂等于0.02g/旦的预张重量(pretention weight)。轮的零点与轮的指针排成一线。在纱线的末端的毛圈上悬挂比预张重量小于0.5g/旦的重量。当纱线第一次受重时轮的指针最接近的数记作纱线的膨松度。
小角X射线衍射使用带有小角测角计和最大功率为12kw的Rigaku Rotoflex X射线衍射仪进行小角X射线衍射。该衍射仪含有用铜阴极产生波长1.5418的旋转阴极型X射线产生器。使用一镍过滤器。该阴极长丝0.5mm宽，10mm长。一0.16mm宽的光源狭缝放置在距离阴极焦点88mm处。第二准直狭缝0.03mm宽，放在离第一狭缝100mm处。一微分器控制的可调刀边，或狭缝放在距离准直狭缝42mm处。将样品夹具放置在测角计的中央。阴极焦点与样品之间的距离为250mm。校正使半高处X射线的全角宽为1.81角分。第三接受狭缝(0.04mm宽)放置在样品夹具与计数器中间距离样品250mm处。第四狭缝也放置在样品夹具和计数器中间，0.4mm宽，距离接受狭缝90mm。阳极上司与狭缝垂直放置。可调刀用微分器在X光束的一边调整，使刀边非常接近但是不接触光束。调整的目的是为了切掉准直狭缝边缘的背景散射以使散射在4-5角分或更大的衍射角(2θ)处最小。
测试样品是通过将纱线缠绕在厚1mm,12mm×12mm窗口大小的金属样品框上制备的。缠绕样品框时，拉伸纱线以去掉膨松但不拉伸长丝本身。对于旦数大约为1400-1800g/9000米的纱线来说，缠绕样品的圈数大约为32。以纱线圈中的纤维轴平行放置的方式，将该框安装在测角计中心的样品夹具上，结果所有纤维都被X射线光束照射。每次运行前，打开衍射仪并在45kv和150ma下保持大约2小时以稳定X射线光束的位置。预热后，设定体系的零位置作为X射线光束中心的角位置。光束的中心定义为图形半高处全角宽度的中点。X光的图形是使用衰减器在45kv和150ma下测试的。小角X射线衍射是通过在0.1°/min的扫描间隔下在衍射角2θ为5-10角分和120角分之间连续扫描测试的。扫描时间大约20分钟。对每个样品在纤维轴夹角为0°、10°和20°扫描三次。每次扫描使用Lorentz校正，弥散的散射根据弥散散射图内推去掉。峰的最大强度是峰高扣除内推弥散散射线得到的。通常，通过适当地改变纤维轴放置的角度，并不改变弥散的散射。使用Lorentz校正并且扣除弥散的散射之后确定的不同角的最大反射光强度被用于式(1)的计算。
0°测试的反射光的φm确定为半高处全角宽度的中点，并且用于根据式(2)确定长周期L。使用α为10°和20°的式(1)和式(2)计算表观平均微纤维直径。两角的计算值的平均值表示样品的AMD。
为提高测试的精确度，有利的是缩短每个样品三次扫描的时间。这降低了似然X光由一个样品到另一个样品之间强度的改变。对此，纤维长期为0°角之后，在0°、10°和20°纤维角下在小范围的2θ中，从5-10角分至120角分进行三次短扫描以测试最接近的最大强度。每次扫描大约3分钟。长扫描用于分离弥散的散射和确定长周期L。短扫描用于确定Im(0)和Im(α)。如同上述使用Lorentz校正。
广角X射线衍射使用带有旋转铜阴极产生器的Rigaku Rotaflexθ-2θ衍射仪(与小角X射线衍射测试中使用的相同)(在150mA和45kV下操作)得到为测试总结晶度的径向赤道扫描和子午线扫描。使用标准镍过滤器散射入射光中的Kβ组分。Kα射线的公称波长为1.5418。
径向结晶度被用于计算百分结晶度，该结晶度用L.E.Alexander,Ch3(与前面相同)在“聚合物科学中的X射线衍射方法”中的Ruland的方法描述了。在样品夹具上缠绕一平层平行纱线，该夹具在径向扫描过程中以5°-75°范围内以60转每分钟的速率旋转，在θ-2θ运动中速率为20rpm(样品和计数器以1∶2的速率比绕测角计的轴转动)。通常样品有均匀分别为12mm宽的32根纱线。
使用线状焦点、准直狭缝和对准狭缝。阳极长丝0.5mm宽、10mm长，第一狭缝(准直狭缝)为0.05mm，第二狭缝(对准狭缝)为0.3mm，第三狭缝(位于计数器之前)为0.6mm。阴极-样品之间的距离和样品-对准狭缝之间的距离为185mm。这使X射线在半高处的角宽为5.6角分，这不及最窄广角X射线反射角宽的1/3-1/4。这样窄的光束是用于防止反射光的显著变宽并且有助于结晶度测试的精度。
使用Ruland方法的Rigaku软件被用于计算结晶度。该程序以空气散射强度、Lorentz偏振系数和吸收进行了校正。空气散射校正是使用与纤维样品相同的条件下空气的散射曲线进行的。线性吸收系数(9.416cm-1)和样品厚度值被用于进行吸收校正。非相干强度乘以对应级别系数，然后从所有S(散射矢量的模，S=2sineθ/λ)值下的观察强度中减去。该软件以标准方法从无定型及非相干的背景散射中分离结晶峰。然而，该方法在结晶峰介入的区域需要对背景形状作一些估计。
结晶度的计算也需要选择不同的重量系数K。该软件选择校正值使得到的结晶度在任何积分范围内为常数(只要结晶峰在该范围之内)。最后，校正的结晶曲线与组合的校正曲线之间的比值得到结晶度。
由于所有样品得到了恒定的重量系数(K=2.73-2.77)，因此该方法在结构的一致性方面相当令人满意。一致的K值对于相同聚合物的不同样品之间的比较相当重要。参考例1使用Davis & Standard挤出机在230℃将均聚丙烯均聚物(根据ASTM D1238条件B，公称熔体流动速率为15g/10分钟)熔融挤出。熔融树脂经具有圆孔的多孔喷丝头挤出。然后将该长丝用17.5℃的空气横吹骤冷固化。将该骤冷长丝收集起来，然后通过收集辊，在此使用窄缝挤压涂布器涂布1wt％由脂肪酸和含氟化合物的水乳液组成的纺织整理剂。生成纱线的旦尼尔为1650g/9000米。
将该纱线进一步在拉伸-变形机(德国Neumunsterche Maschinen-und Apparatebau GmbH Neumunster制造的Neumag NPT 2000/6)上加工。将该纱线在热辊之间拉伸，喂入变形喷嘴中，沉积在筛网圆筒上并缠绕在络纱机上。该辊被加热到90℃和125℃。拉伸比为1.5∶1。变形喷射空气被加热到140℃，压力为6bar。纱线从喷嘴中出来并被沉积在筛网圆筒上冷却。通过卷绕将该纱线从筛网圆筒上拖出。该纱线的膨松度大约10％。
随后将该纱线缠绕成周长大约36英寸和122圈的绞纱。每个绞纱的总重量大约18g，膨松密度大约0.3cm3/g。用小角X射线衍射分析样品以确定表观平均微纤维直径并测试塞式挤压恢复。AMD为160,PCR为72％。还将样品在Blue M型号OV-490A-3空气强迫对流烘箱中热定型。烘箱设置、热定型时间、PCR和AMD如下。
样品热定型(℃/min)PCR(％)AMD()A 100/20 74 166B 130/282 188C 130/50 82 197参考例2将公称熔体流动速率为16.5g/10min的聚丙烯在多区域挤出机中400-435°F下熔融挤出。将得到的长丝在15℃空气中骤冷，然后涂布一种纺丝整理剂。然后将该纱线通过液体喷射变形机中变形。然后将纱线通过加热到225°F、275°F、258°F和240°F的一系列辊进行拉伸比为2.5-3的拉伸。得到纱线的旦数为1394。
纱线的PCR和AMD分别为70-75％和141。参考例3
对购自Hercules和Wellington的工业膨化复丝聚丙烯纱线的PCR和AMD进行了测试。结果如下。纱线样品旦数PCR(％)AMD()Hercules1336 73.6 203Wellingto 2241 79.5 138Amoco Genesis- -73 -参考例4将市售膨化复丝聚丙烯地毯面纱样品在155℃的空气烘箱中热定型50分钟，然后测试PCR。每种纱线测试5个样品，下面给出的结果为单个测试结果的平均值。
纱线样品(旦数)PCR(％)Beaulieu Red(1645) 79.8Beaulieu Red(2043) 76.3Beaulieu Blue(2035)80.7Beaulieu Beige(2051) 79.7Shaw Light Red(1610) 79.4Hercules Brown/Gold(2293) 80.3参考例1-4说明了在进行了或未进行额外热定型处理条件下，市售或多种来源得到的纱线的工业化BCF纱线的制造技术和测试。从这些参考例的结果可以看出，绝对得不到AMD至少为240,PCR至少为85％的结果。
将初生纱线在拉伸-变形机中进一步加工(在此拉伸在加热的辊对之间拉伸)，喂入变形喷嘴中，沉积在筛网圆筒上并缠绕在络纱机中。拉伸比大约1.3∶1。通过受丝设备将纱线从筛网圆筒上拉下。该纱线的膨松度大约10％。
将该纱线在改造的Superba加捻-定型设备(Superba TVP35，美国Superba公司，Charlotte,NC)上用蒸汽和热水热处理。该设备是伸长的管或管道形式。该纱线绞绕在以12.5米/min速度通过该设备的输送带上。该纱线在下述条件下加热。
传热介质温度(℃) 时间(秒)蒸汽 100 16饱和蒸汽 148 16热水 153 29饱和蒸汽 153 13用小角X射线衍射分析纱线样品，根据式(1)计算的表观平均微纤维直径为323。塞式挤压恢复测试中测试纱线的PCR为84％。
该热定型使用的是长为1米直径不同的两个管子进行的。较大的管子有一个1/4英寸的蒸汽入口。在较小管子的长度方向上，按相等间隔打30个直径1/64英寸的小孔。然后将该管子放入较大的管子中，将该组合的两端密封，在两管子中间形成一腔室。在该组合的每一端上联上颈缩锥体以保持蒸汽压力。通过较小管子的纱线速度通过一套靠近组合每一端的导丝钩控制。
在第一组实验中，该管子组合是用蒸汽加压到较小管子内部的温度为155℃，压力为65psig。该纱线以一定速度通过较小的管子，使得停留时间大约为3/4,1/2,1/3，和1/10秒。加热后，所有的四个样品显著地失去了手感、膨松和美观。没有一个可以用作地毯面纱。
第二组实验中，较小管子的温度为145℃。纱线通过较小管子的停留时间大约为1和1/4秒。两个样品保持了美感、膨松和手感，旦数抗压恢复分别仅为58％和62％。
对未加捻的膨化复丝聚丙烯纱线进行了相似的实验。在更高温度下处理的纱线再次由于熔融而不能使用。在较低温度下处理的纱线失去了所有的膨松。
纱线样品 温度(℃) PCR(％)1 140 61.42 150 73.83 155 76.54 158 75.5对比实施例3在尝试US3,256,258的方法中，公制熔体流动速率为15g/10min的聚丙烯在230℃下通过喷丝板熔纺、骤冷、拉伸和膨松化。不同温度下无张力下加热膨松的纱线，测试纱线的PCR。每个样品的加热时间和温度以及5个PCR测试值的平均值如下。纱线样品 温度(℃) 时间(分钟) PCR(％)112510 65.4214550 70.1315550 80.9
权利要求
1．含有丙烯聚合物的纤维，其特征在于通过小角X射线衍射，使纤维的纵轴与X光束垂直方向的倾斜角α为10°和20°，式(1)的平均值至少为240，L1.03tanα×-logIm(α)Im(O)------(1)]]>其中Im(O)是纤维的纵轴与X光束垂直时小角X射线子午线反射的最大强度，Im(α)是纤维的纵轴与X光束垂直方向的倾斜角为α时小角X射线子午线反射的最大强度，L=1.5418Aφm------(2)]]>并且φm是纤维的纵轴与X光束垂直时小角X射线子午线反射的中心半高处相对于入射X光束的中心以弧度表示的角度，其中小角X射线衍射是用波长为1.5418的CuKα辐射进行的，X光束是在半高处狭缝准直为1.81角分宽度。
2．权利要求1的纤维是短纤维状。
3．权利要求1的纤维是长丝状。
4．权利要求1、2和3任一项的纤维，其中的丙烯聚合物包括均聚丙烯。
5．含有权利要求3或4的纤维的复丝。
6．塞式挤压恢复至少大约为80％的权利要求5的纱线。
7．含有权利要求1、2、3和4任一项的纤维的纱线。
8．具有含有权利要求1-7中任一项的纤维或纱线的绒面的地毯。
9．一种含有权利要求1-7中任一项的纤维或纱线的机织织物或无纺织物。
10．一种含有权利要求1-7中任一项的纤维或纱线的纺织品。
11．包括大量丙烯聚合物长丝并且塞式挤压恢复至少约为85％的膨化复丝。
12．权利要求11的纱线，其中丙烯聚合物含有均聚丙烯。
13．具有含有权利要求11或12的纱线的绒面的地毯。
14．一种含有根据权利要求11或12的纱线的机织织物或无纺织物。
15．一种含有根据权利要求11或12的纱线的纺织品。
全文摘要
本发明涉及含有丙烯聚合物的改进了的纤维和纱线,其特征在于它具有通过小角X射线衍射测得的新型晶体微结构。此外,本发明还涉及含有丙烯聚合物长丝的复丝,其特征在于通过抗压恢复试验测得其弹性得到改善。该纤维和纱线可用于纺织品。
文档编号D02G3/44GK1304465SQ98814197
公开日2001年7月18日 申请日期1998年8月12日 优先权日1996年9月16日
发明者布鲁斯·霍华德·伯斯塔特, 理查德·塔恩·小诺瑞斯, 莱昂尼德·斯拉茨科尔, 蒂·杰克逊·斯脱克斯 申请人:Bp阿莫科公司