一种内五角星形高中空聚酯纤维及其制备方法及喷丝板与流程

1.本发明涉及一种内五角星形高中空聚酯纤维及其制备方法及喷丝板。


背景技术：

2.中空涤纶纤维是具有保暖性能和轻量化特性的涤纶纤维，它采用了全新的毛细管原理的纤维截面设计，使其织物能够保持人体皮肤的干爽感，达到提高织物舒适性的目的。采用中空纤维开发出来的织物，由于纤维本身特有的截面异形和中空，因而较常规同规格聚酯纤维制成的织物有许多优点。由于采用的纤维为中空纤维，良好的保暖性和同等条件下织物重量轻的特点，满足人们既保暖又不笨重的消费理念，因而适合开发各种休闲服饰，满足不同消费人群的需求。
3.中空涤纶纤维的研究开发，主要是通过物理改性的方法得以实施。即通过改变喷丝板微孔的形状，纺制具有不同中空截面的异形纤维，研制生产具有中空保暖性能的涤纶长丝。选择孔形是高速纺制中空纤维喷丝板设计中十分重要的环节。纺制中空纤维的喷丝微孔形状可有多种，例如有c形、圆弧形、多边形等。研制开发的系列中空形状的成品纤维，批量生产并得到市场认可的主要截面图形有8字形、圆形、四孔形、三角形等中空纤维。
4.虽然中空纤维的发展取得了较大的成绩，但是纤维制品中的中空度偏低，一般为20％左右，其仍然是制约中空纤维发展应用的一个主要问题。
5.具有高中空度的保暖性异形中空涤纶纤维的研制，对涤纶纤维新品种的开发具有重要意义。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种内五角星形高中空聚酯纤维及其制备方法及喷丝板，使用类“五瓣形”孔的喷丝孔制备得到截面为“五角形”中空结构的聚酯纤维，其具有较高中空度和优异的保暖性。
7.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种喷丝板，用以制备内五角星形高中空聚酯纤维，包括喷丝板本体、及形成在所述喷丝板本体上的若干喷丝孔，所述喷丝孔为类“五瓣形”孔，所述喷丝孔包括五个完全相同的弧形长孔，且所述五个弧形长孔以环形阵列不连续排布，相邻两个所述弧形长孔中的第一个弧形长孔的断口和第二个弧形长孔的外环相邻，且第一个弧形长孔的内环靠近所述第二个弧形长孔的一端位于所述第二个弧形长孔的断口的延长线上，其中，外环和内环分别为所述弧形长孔位于外部的环和位于内部的环。
8.进一步地，所述弧形长孔的圆心角为40
°‑
45
°
，所述弧形长孔的外环的直径为0.50-0.51mm，所述弧形长孔的内环的直径为0.39-0.40mm。
9.进一步地，相邻两个所述弧形长孔中的第一个弧形长孔的断口和第二个弧形长孔的外环的最短间距为0.11-0.12mm。
10.本发明还提供一种内五角星形高中空聚酯纤维的制备方法，利用如上所述的用以
制备内五角星形高中空聚酯纤维的喷丝板并采用fdy工艺，将聚酯熔体经计量、挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得内五角星形高中空聚酯纤维。
11.进一步地，所述fdy工艺的参数为：
12.纺丝温度：285℃-290℃；
13.冷却温度：20℃-22℃；
14.网络压力：0.30mpa-0.35mpa；
15.一辊速度：2500m/min-2700m/min；
16.一辊温度：85℃-90℃；
17.二辊速度：4200m/min-4250m/min；
18.二辊温度：115℃-120℃；
19.卷绕的速度：4100m/min-4150m/min。
20.本发明还提供一种内五角星形高中空聚酯纤维，利用如上所述的内五角星形高中空聚酯纤维的制备方法制备得到，所述内五角星形高中空聚酯纤维的截面为“五角形”中空结构，所述内五角星形高中空聚酯纤维的中空度为30％-35％。
21.进一步地，所述内五角星形高中空聚酯纤维的单丝纤度为2.0-3.0dtex，断裂强度≥3.80cn/dtex，断裂伸长率为35.0-40.0％，沸水收缩率为5.0-8.0％，含油率为0.90
±
0.20％，条干不匀率u％≤1.0％。
22.本发明的有益效果在于：喷丝孔为类“五瓣形”孔，使用该喷丝板且利用出孔膨化效应制备了截面为“五角形”中空结构的聚酯纤维，“五角形”中空纤维受到外力时，经纤维内部五角形结构相互作用、相互抵消，较少的产生形变量，五角形中空较圆中空耐压，五角形中空保型好，从而使纤维保持高中空的形态，保暖性比普通同质面料有大幅度地增加，且相同体积下减少了30％的重量，具有不俗的轻盈风格。
23.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
24.图1为本发明所示的喷丝孔的结构示意图。
25.图2为现有技术中圆形截面的中空纤维的截面示意图。
26.图3为现有技术中圆形截面的中空纤维的另一截面示意图。
27.图4为现有技术中圆形截面的中空纤维的受力示意图。
28.图5为本发明制备得到内五角星形高中空聚酯纤维的受力示意图。
29.图6为本发明制备得到内五角星形高中空聚酯纤维的截面示意图。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
32.请参见图1，本技术一实施例所示的喷丝板，用以制备内五角星形高中空聚酯纤维，包括喷丝板本体、及形成在喷丝板本体上的若干喷丝孔。喷丝孔为类“五瓣形”孔，具体的，喷丝孔包括五个完全相同的弧形长孔1，且五个弧形长孔1以环形阵列不连续排布。弧形长孔1包括外环11、内环12、及连接外环11和内环12的两个断口13。两个断口13相对设置，外环11和内环12分别为弧形长孔1位于外部的环和位于内部的环，外环11的尺寸大于内环12的尺寸。
33.相邻两个弧形长孔1中的第一个弧形长孔1的断口13和第二个弧形长孔1的外环11相邻，且第一个弧形长孔1的内环12靠近第二个弧形长孔1的一端位于第二个弧形长孔1的断口13的延长线上。
34.同时，五个弧形长孔1中任一相邻两个弧形长孔1之间的间隙相同，相邻两个弧形长孔1中的第一个弧形长孔1的断口13和第二个弧形长孔1的外环11的最短间距为0.11-0.12mm。具体的，相邻两个弧形长孔1中的第一个弧形长孔1的断口13和第二个弧形长孔1的外环11的最短间距也就是两个弧形长孔1之间的间隙，如图1中的a所示。
35.弧形长孔1的圆心角为40
°‑
45
°
，弧形长孔1的外环11的直径为0.50-0.51mm，弧形长孔1的内环12的直径为0.39-0.40mm。关于弧形长孔1的具体参数，根据实际需要进行设置即可。
36.值得注意的是，上述数值包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。
37.举例来说，阐述的弧形长孔1的圆心角为40
°‑
45
°
，优选为41
°‑
44
°
，更优选为42
°‑
43
°
，目的是为说明上述未明确列举的诸如40.5
°
、41.5
°
、42.5
°
等值。
38.如上述，以1
°
为间隔单位的示例范围，并不能排除以适当的单位例如0.1
°
、0.5
°
、2.5
°
等数值单位为间隔的增长。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
39.除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。本文中出现的其他关于数值范围的限定说明，可参照上述描述，不再赘述。
40.本发明还提供一种内五角星形高中空聚酯纤维的制备方法，利用如上的用以制备内五角星形高中空聚酯纤维的喷丝板并采用fdy工艺，将聚酯熔体经计量、挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得内五角星形高中空聚酯纤维。
41.fdy工艺为现有技术，在此不再赘述，其中，fdy工艺的参数为：
42.纺丝温度：285℃-290℃；
43.冷却温度：20℃-22℃；
44.网络压力：0.30mpa-0.35mpa；
45.一辊速度：2500m/min-2700m/min；
46.一辊温度：85℃-90℃；
47.二辊速度：4200m/min-4250m/min；
48.二辊温度：115℃-120℃；
49.卷绕的速度：4100m/min-4150m/min。
50.本实施例中，喷丝板的设计根据出孔膨化效应，即粘弹性的高聚物流体在流出孔口时，因熔体细流释放入口时贮存的弹性能而发生的流体孔口胀大现象。将数个不连续的
直线或曲线狭缝设计组合在一起，形成一个特殊形状的喷丝孔，使得从这些组合狭缝中挤出的高聚物熔体在固化前因发生效应而粘连在一起，使得熔体细流在冷却固化后形成具有一定截面特性的异型纤维。
51.纺丝熔体经喷丝板的类“五瓣形”的喷丝孔挤出时，由于高聚物熔体从弧形长孔挤出时会出现熔体胀大现象，故而熔体由喷丝孔挤出后在其周围胀大。喷丝孔的外侧因为均匀胀大而成圆弧形。熔体在内侧的相邻两个弧形长孔的共挤点挤出时，相互堆积胀大，形成向内凸出的形状，具体为类似五角星的凹角区域。熔体在弧形长孔内侧位置处的量较少，在胀大时效果不如共挤点效果明显，则产生向弧形长孔一侧凹的五角形尖角的形状。在弧形长孔内侧的中间和共挤点之间由于挤出膨大效应会产生膨大形成五角形直边的效果。故熔体经喷丝板的类“五瓣形”的喷丝孔挤出制备得到截面为“五角形”中空结构的聚酯纤维。
52.现有技术中，中空纤维的中空度偏低的原因一是结构的设计，二是中空纤维在加工过程中由于纤维所受应力，从纤维截面来讲，发生了塌陷，使纤维的中空度与设计相差很大。请参见图2，当圆形截面的中空纤维的设计的中空度较大时，其纤维均发生了塌陷，成为扁平形，中空度远低于设计的量。请参见图3，圆形截面的中空纤维的中空度较低时，纤维才能保持截面的圆形结构。也就是圆形截面的中空纤维很难达到较高中空度。
53.具体的，请参见图4，假设中空为圆形的纤维为线弹性体，将其纤维放在平面上，垂直方向加载负荷。当外力作用到a点时，受力方向竖直向下，可以看做是两个分力合成，分解成竖直向下的应力和水平方向的应力。并且当a点受到方向竖直向下的作用力时，在b点受到水平面对纤维竖直向上的支持力，支持力可分解为竖直向上的应力和水平方向的应力。其中，竖直向下的应力与竖直向上的应力相互抵消，而水平方向的应力使纤维截面发生塌陷，成为扁平形。当纤维的中空度较高时，水平方向的应力更易使得纤维截面发生塌陷。只有当纤维的中空度低时，水平的应力才不能使纤维截面发生塌陷。很显然，当纤维竖直受力时，圆形中空的最大应力位于中空区域左右两侧。
54.请参见图5，本技术制备得到截面为“五角形”中空结构的内五角星形高中空聚酯纤维，将其放在平面上，垂直方向加载负荷。由于五角形的结构，向下的作用力主要集中在a点，当外力作用到a点时，受力方向竖直向下，可以看做是两个分力合成，分解成竖直向下的应力和水平方向的应力。但是水平方向的应力向b和e两点应力集中。同时当a点受到方向竖直向下的作用力时，在下端受到水平面对纤维竖直向上的支持力，支持力主要集中在f点，f点的支持力可分解为竖直向上的应力和水平方向的应力。其中，竖直向下的应力与竖直向上的应力相互抵消，而水平方向的应力向c和d两点应力集中。
55.中空为五角形的纤维所受应力主要分散在五角形的五个点上，而中空为圆形的纤维的最大应力位于中空区域左右两侧，由于应力的大小反映物体抵抗外力的程度，“五角形”中空纤维受到外力时，经纤维内部五角形结构相互作用、相互抵消，较少的产生形变量，五角形中空较圆中空耐压，因此五角形中空保型好，使纤维保持高中空的形态，从而获得很高的中空率。另外，三角中空也较圆中空耐压，但由于结构原因，三角中空的中空率小于五角形中空。
[0056]“五角形”中空结构的聚酯纤维的中空保型好，从而，保暖性比普通同质面料有大幅度地增加，且相同体积下减少了30％的重量，具有不俗的轻盈风格。
[0057]
请参见图6，本发明还提供一种内五角星形高中空聚酯纤维，利用如上的内五角星
形高中空聚酯纤维的制备方法制备得到，内五角星形高中空聚酯纤维的截面为“五角形”中空结构，内五角星形高中空聚酯纤维的中空度为30％-35％。
[0058]
内五角星形高中空聚酯纤维的单丝纤度为2.0-3.0dtex，断裂强度≥3.80cn/dtex，断裂伸长率为35.0-40.0％，沸水收缩率为5.0-8.0％，含油率为0.90
±
0.20％，条干不匀率u％≤1.0％。
[0059]
下面以具体实施例对上述制备方法进行详细介绍。
[0060]
实施例一
[0061]
喷丝板的喷丝孔的弧形长孔的圆心角为40
°
，弧形长孔的外环的直径为0.50mm，弧形长孔的内环的直径为0.39mm，相邻两个弧形长孔中的第一个弧形长孔的断口和第二个弧形长孔的外环的最短间距为0.11mm。
[0062]
使用该喷丝板，采用fdy工艺，将聚酯熔体经计量、挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得内五角星形高中空聚酯纤维。
[0063]
fdy工艺的参数为：
[0064]
纺丝温度：285℃；
[0065]
冷却温度：20℃；
[0066]
网络压力：0.30mpa；
[0067]
一辊速度：2500m/min；
[0068]
一辊温度：85℃；
[0069]
二辊速度：4200m/min；
[0070]
二辊温度：115℃；
[0071]
卷绕的速度：4100m/min。
[0072]
由上述步骤所得到的内五角星形高中空聚酯纤维的中空度为34％，单丝纤度为3.0dtex，断裂强度3.80cn/dtex，断裂伸长率为40.0％，沸水收缩率为6.0％，含油率为0.90％，条干不匀率u％为1.0％。
[0073]
实施例二
[0074]
喷丝板的喷丝孔的弧形长孔的圆心角为45
°
，弧形长孔的外环的直径为0.50mm，弧形长孔的内环的直径为0.40mm，相邻两个弧形长孔中的第一个弧形长孔的断口和第二个弧形长孔的外环的最短间距为0.12mm。
[0075]
使用该喷丝板，采用fdy工艺，将聚酯熔体经计量、挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得内五角星形高中空聚酯纤维。
[0076]
fdy工艺的参数为：
[0077]
纺丝温度：290℃；
[0078]
冷却温度：22℃；
[0079]
网络压力：0.35mpa；
[0080]
一辊速度：2700m/min；
[0081]
一辊温度：90℃；
[0082]
二辊速度：4250m/min；
[0083]
二辊温度：120℃；
[0084]
卷绕的速度：4150m/min。
[0085]
由上述步骤所得到的内五角星形高中空聚酯纤维的中空度为30％，单丝纤度为2.0dtex，断裂强度3.93cn/dtex，断裂伸长率为35.0％，沸水收缩率为5.0％，含油率为0.70％，条干不匀率u％为0.86％。
[0086]
实施例三
[0087]
喷丝板的喷丝孔的弧形长孔的圆心角为43
°
，弧形长孔的外环的直径为0.50mm，弧形长孔的内环的直径为0.40mm，相邻两个弧形长孔中的第一个弧形长孔的断口和第二个弧形长孔的外环的最短间距为0.11mm。
[0088]
使用该喷丝板，采用fdy工艺，将聚酯熔体经计量、挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得内五角星形高中空聚酯纤维。
[0089]
fdy工艺的参数为：
[0090]
纺丝温度：287℃；
[0091]
冷却温度：21℃；
[0092]
网络压力：0.33mpa；
[0093]
一辊速度：2600m/min；
[0094]
一辊温度：87℃；
[0095]
二辊速度：4220m/min；
[0096]
二辊温度：120℃；
[0097]
卷绕的速度：4120m/min。
[0098]
由上述步骤所得到的内五角星形高中空聚酯纤维的中空度为35％，单丝纤度为2.9dtex，断裂强度3.880cn/dtex，断裂伸长率为38.6％，沸水收缩率为8.0％，含油率为1.10％，条干不匀率u％为0.91％。
[0099]
实施例四
[0100]
喷丝板的喷丝孔的弧形长孔的圆心角为44
°
，弧形长孔的外环的直径为0.51mm，弧形长孔的内环的直径为0.40mm，相邻两个弧形长孔中的第一个弧形长孔的断口和第二个弧形长孔的外环的最短间距为0.12mm。
[0101]
使用该喷丝板，采用fdy工艺，将聚酯熔体经计量、挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得内五角星形高中空聚酯纤维。
[0102]
fdy工艺的参数为：
[0103]
纺丝温度：289℃；
[0104]
冷却温度：22℃；
[0105]
网络压力：0.30mpa；
[0106]
一辊速度：2670m/min；
[0107]
一辊温度：90℃；
[0108]
二辊速度：4230m/min；
[0109]
二辊温度：118℃；
[0110]
卷绕的速度：4130m/min。
[0111]
由上述步骤所得到的内五角星形高中空聚酯纤维的中空度为33％，单丝纤度为2.7dtex，断裂强度4.13cn/dtex，断裂伸长率为38.0％，沸水收缩率为5.5％，含油率为1.00％，条干不匀率u％为0.81％。
[0112]
综上，喷丝孔为类“五瓣形”孔，使用该喷丝板且利用出孔膨化效应制备了截面为“五角形”中空结构的聚酯纤维，“五角形”中空纤维受到外力时，经纤维内部五角形结构相互作用、相互抵消，较少的产生形变量，五角形中空较圆中空耐压，五角形中空保型好，从而使纤维保持高中空的形态，保暖性比普通同质面料有大幅度地增加，且相同体积下减少了30％的重量，具有不俗的轻盈风格。
[0113]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0114]
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。