一种弹性短纤维及其加工工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种弹性短纤维及其加工工艺，属于纤维生成技术领域。以聚对苯二甲酸丁二醇酯及添加复合功能母粒的聚合物为皮层组分、聚对苯二甲酸丁二醇酯系热塑性弹性体为芯层组分，分别经螺杆挤压机熔融挤出，进入双组份复合纺丝设备及皮芯偏芯复合喷丝孔，喷出的熔体，经冷却、上油、集束，牵伸、切断、热定型的纺丝后加工工艺，制得具有抗紫外、抗静电和抗菌复合功能的弹性短纤维。将发明应用于高档弹性织物、家纺产品等领域，产品具有自卷曲、弹性伸长率和弹性恢复性能俱佳等优点。
【专利说明】
一种弹性短纤维及其加工工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种弹性短纤维及其加工工艺，属于纤维生成技术领域。
【背景技术】
[0002] 自卷曲纤维也称三维卷曲纤维，主要包括二种生产方式：一是通过特殊设计的喷 丝孔和不对称冷却方式生产单组分三维卷曲纤维;二是通过并列或偏芯复合的方式生产双 组分三维卷曲纤维。后者由于弹性稳定性好、产品品种丰富，成为目前主要的生产方式。
[0003] 并列或偏芯复合的方式生产双组分三维卷曲弹性纤维，主要是利用两种结构或性 能不同的聚合物，通过平行、交叉、包覆或其它排列方式，并沿纤维轴向复合而成。由于两种 聚合物的结构或性能不同，得到的复合纤维在受热或受力的作用下，因其收缩率的不同而 产生螺旋状的卷曲，成为一种自卷曲纤维，广泛用于仿毛及弹性织物的开发。其中三维卷曲 短纤维还广泛应用于服装、家纺、汽车装饰用品的填充材料。
[0004] 并列型自卷曲复合纤维制备技术发展较快，常用的复合组分主要有PET/PTT、PET/ PBT、PTT/PBT及不同分子量的PET1/PET2等。其中还可以在聚合物中添加颜料、功能改性材 料等，实现有色、功能改性复合纤维的生产。纤维截面除了半圆形并列复合外，也有其它截 面，如皮芯偏芯复合、扁平型、哑铃型等。
[0005] 申请号CN201510063761.6公开了"高弹性中空毛型聚酯长纤维的制造方法"，以 PET和PTT为原料，通过C型喷丝孔，制得高弹性中空毛型聚酯长纤维束；申请号 CN201510062799.1公开了"一种无机械卷曲PTT/PET并列复合弹性短纤维的生产方法"，以 PET和PTT为原料，通过特殊的大容量双通道复合纺丝组件，制得PTT/PET并列复合弹性短纤 维。申请号CN200610118440.2公开了 "一种TOT/PET三维卷曲纤维的制备方法及应用"，以 PBT/PET为原料，制得三维卷曲短纤维。这些技术都是以PET与TOT或PTT通过并列复合的方 式制得，虽然有较好的卷曲性能，但因 PET组份缺乏弹性，所以纤维的弹性伸长和弹性恢复 率不足。
[0006] 申请号CN200910101099.3公开了"阳离子染料可染聚酯复合纤维的制备方法"，以 添加第三单体SIPE的阳离子可染聚酯为芯、添加第三单体SIPE和第四单体PEG的阳离子易 染聚酯为皮，通过皮芯复合的方式，得到染色性能优良、抗倒伏性好的毛皮用自卷曲短纤 维。但其聚合物仍是PET改性所得，同样存在上述问题。
[0007] 基于此，做出本申请。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术的不足，本申请提供了一种功能性弹性短纤维的加工工艺，该工艺 以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及添加复合功能母粒的聚合物为皮层组分、聚对苯二甲酸 丁二醇酯系热塑性弹性体(TPEE)为芯层组分，制得具有抗紫外、抗静电和抗菌复合功能的 弹性短纤维。
[0009] 为实现上述目的，本申请采取的技术方案如下：
[0010] 一种弹性短纤维的加工工艺，以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及添加复合功能母 粒的聚合物为皮层组分、聚对苯二甲酸丁二醇酯系热塑性弹性体(TPEE)为芯层组分，分别 经螺杆挤压机熔融挤出，进入双组份复合纺丝设备及皮芯偏芯复合喷丝孔，喷出的熔体，经 冷却、上油、集束，牵伸、切断、热定型的纺丝后加工工艺，制得具有抗紫外、抗静电和抗菌复 合功能的弹性短纤维。
[0011] 主要的工艺过程和技术参数包括：
[0012] ⑴原料
[0013] ① PBT:特性粘度1.0±0.010dl/g，熔点225。(：，干切片含水率小于50ppm;
[0014] ②TPEE :是在PBT中添加聚丁二醇（PTMG)制得的热塑性弹性体，特性粘度1.1 土 0.010dl/g，熔点200~205°C，干切片含水率小于50ppm;
[0015]③功能母粒:含抗紫外、抗静电和抗菌复合功能的母粒，有效成分20-30%，皮层中 功能母粒添加量2~8%，母粒含水率小于lOOppm。型号:LZN，由苏州百盛纤维母粒有限公司 生产。
[0016] (2)喷丝孔:皮芯偏心复合，孔数560孔。其中芯层的直径为皮层直径的2/3,且芯层 与皮层间最短距离为皮层直径的1/10。
[0017] (3)复合纺丝及后加工
[0018] ①复合纺丝：皮层与芯层的复合比为40~60:60~40，螺杆各区温度250~270°C、 纺丝箱体温度270~280°C，环吹风风速0.6~1.0m/s，纺丝速度800~1200m/min。
[0019] ②后加工:牵伸倍数2.5~3.5、牵伸温度80~100°C、松驰热定型温度120~150 °C、 后加工速度300~400m/min。
[0020] 采用上述工艺所制备的弹性短纤维，纤维规格2.2~5.6dtex/38~64mm，由皮层、 芯层和功能粒子构成，所述的皮层和芯层偏心设置，且功能粒子分布于皮层上。
[0021]本发明的工作原理及有益效果如下：
[0022] (1)本申请以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及添加复合功能母粒的聚合物为皮层 组分、聚对苯二甲酸丁二醇酯系热塑性弹性体(TPEE)为芯层组分，分别经螺杆挤压机熔融 挤出，进入双组份复合纺丝设备及皮芯偏芯复合喷丝孔，喷出的熔体，经冷却、上油、集束， 牵伸、切断、热定型的纺丝后加工工艺，制得具有抗紫外、抗静电和抗菌复合功能的弹性短 纤维，从而实现了 PBT、TPEE为主要成分的皮芯结构短纤维。
[0023] (2)本申请所制备的纤维因采用了具有优良弹性的PBT及TPEE，并通过皮芯复合的 方式制得，不但具有常规自卷曲纤维的卷曲性能，还具有优良的弹性伸长率和弹性恢复性 能；同时在皮层中添加复合功能母粒，使产品还具有抗紫外、抗静电和抗菌的复合功能；最 后因只需在皮层中添加功能母粒，使添加量减少、成本降低，而纺丝性能大大提高
[0024] (3)在自卷曲纤维的生产中，二种聚合物的选择和纤维截面的设计是制备具有高 卷曲性能和弹性恢复率纤维的关键。本申请所形成的成品短纤维结构中，由于皮层是对外 接触最多的部分，而芯层则起到骨架的作用，本申请中，皮层采用PBT，并使功能粒子仅分布 在皮层中，芯层采用热塑性弹性体，皮层的设置赋予短纤维良好弹性的同时，使之兼具了抗 紫外、抗静电和抗菌等功能，芯层的设置确保了短纤维具有很好的弹性恢复，短纤维整体体 现出良好的弹性伸长率和弹性恢复性能。
[0025] (4)本申请在满足其功能性要求的同时，仅在皮层中设置功能粒子，使添加量减 少，成本降低；同时，功能粒子的加入通常是会影响熔体可纺性的，而本申请中，控制TOT的 切片含水量，在基于皮层相对芯层的直径较大、纺丝过程中相对要求较少情况下，因此功能 粒子的存在不会影响其可纺性，因此整体纺丝性能大大提高，产品可应用于高档弹性织物、 家纺产品等的生产。
【附图说明】
[0026]图1为本申请所制备短纤维的截面图；
[0027]图2为本申请的加工流程示意图。
[0028]其中标号：1.皮层;2.芯层;3.功能粒子。
【具体实施方式】
[0029]本申请以PBT作为皮层1的主原料、TPEE作为芯层2的主原料，PBT切片干燥至适宜 后，加入复合功能母粒，送入熔融挤出-1中熔融挤出后，经计量-1送入皮芯复合组件，同时， TPEE切片干燥后，经熔融挤出-2熔融挤出后，经计量-2送入皮芯复合组件，两者在皮芯复合 组件中完成偏心复合后，经环吹风冷却-(第一道)上油-卷绕、牵伸-喂入-盛丝-平衡 -集束-浸油-多级拉伸-(第二道)上油-切断-松弛热定型形成成品，具体加工流程参 见图2所示。
[0030]上述工艺形成如图1所示的偏心皮芯结构，该偏心结构中，两者在水平和竖直方向 上的中轴线均不重叠，复合功能母粒在皮层1中形成功能粒子3,起到功能母粒的作用，赋予 纤维抗菌、抗静电和抗紫外的功能。
[0031 ]以下结合具体实施案例进行技术方案的诠释说明。
[0032] 实施例1
[0033] 本实施例一种弹性短纤维的加工工艺，PBT的特性粘度(按GB/T 14190-2008,以苯 酚与四氯乙烷1:1作溶剂进行检测）为l.〇〇dl/g，熔点225°C，干切片含水率小于50ppm，螺杆 各区温度250~270°C ;TPEE的特性粘度(按GB/T 14190-2008,以苯酚与四氯乙烷1:1作溶剂 进行检测)为l.l〇dl/g，熔点200°C，干切片含水率小于50ppm，螺杆各区温度250~270°C。 [0034] PBT与TPEE的复合比为40:60(质量百分比，下同），功能母粒添加量2%，纺丝箱体 温度270<€，环吹风风速0.6111/8，纺丝速度800111/111；[11 ;牵伸倍数3.5，牵伸温度100<€，松驰热 定型温度120°C，后加工速度300m/min。
[0035] 上述工艺所制备的弹性短纤维规格2.2dteX/38mm。
[0036] 实施例2
[0037]本实施例与实施例1的设置和工作原理相同，区别在于：TPEE的特性粘度为 1.10dl/g，熔点203°C，干切片含水率小于50ppm，螺杆各区温度250~270°C。
[0038] PBT与TPEE的复合比为50:50，功能母粒添加量4%，纺丝箱体温度275°C，环吹风风 速0.8m/s，纺丝速度1000m/min;牵伸倍数3.0，牵伸温度90°C，松驰热定型温度150°C，后加 工速度350m/min。
[0039] 上述工艺所形成的弹性短纤维规格2.2dtex/38mm。
[0040] 实施例3
[00411本实施例与实施例1的设置和工作原理相同，区别在于:TPEE的特性粘度l.lOdl/ g，熔点205°C，干切片含水率小于50ppm，螺杆各区温度250~270°C。
[0042] PBT与TPEE的复合比为60:40，功能母粒添加量6 %，纺丝箱体温度280°C，环吹风风 速1. Om/s，纺丝速度1200m/min;牵伸倍数2.5，牵伸温度80°C，松驰热定型温度120°C，后加 工速度400m/min。
[0043] 上述工艺所形成的弹性短纤维规格5.6dtex/64mm。
[0044] 实施例4
[0045]本实施例与实施例1的设置和工作原理相同，区别在于:TPEE的特性粘度l.lOdl/ g，熔点205°C，干切片含水率小于50ppm，螺杆各区温度250~270°C。
[0046] PBT与TPEE的复合比为50:50，功能母粒添加量8 %，纺丝箱体温度280°C，环吹风风 速1. Om/s，纺丝速度1200m/min;牵伸倍数2.5，牵伸温度80°C，松驰热定型温度120°C，后加 工速度400m/min。
[0047] 上述工艺所形成的弹性短纤维规格5.6dtex/64mm。
[0048] 比较例
[0049]本比较例与实施例1的设置和工作原理相同，区别在于:芯层为常规PET，特性粘度 0.68dl/g，熔点260°C，，干切片含水率小于50ppm，螺杆各区温度270~290°C。
[0050] PBT与TPEE的复合比为50:50，功能母粒添加量4%，纺丝箱体温度295°C，环吹风风 速0.8m/s，纺丝速度1000m/min;牵伸倍数3.0，牵伸温度90°C，松驰热定型温度150°C，后加 工速度350m/min。
[0051 ] 上述工艺所形成的弹性短纤维规格2.2dtex/38mm。
[0052]将上述实施例所制备的短纤维按《GB/T-14337短纤维拉伸性能试验方法》、《GB/T-14338短纤维卷曲性能试验方法》及《GB/T-14342比电阻试验方法》进行物理性能的测试，具 体参见表1所示。
[0053] 表1主要制备工艺与纤维物理指标
[0054]
[0055] 结合上述实施例以及表1的对比可以看出，本申请以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT) 及添加复合功能母粒的聚合物为皮层组分、聚对苯二甲酸丁二醇酯系热塑性弹性体(TPEE) 为芯层组分，分别经螺杆挤压机熔融挤出，进入双组份复合纺丝设备及皮芯偏芯复合纺丝 组件，喷出的熔体，经冷却、上油、集束，牵伸、切断、热定型的纺丝后加工工艺，制得具有抗 紫外、抗静电和抗菌复合功能的弹性短纤维。
[0056] 该纤维的断裂伸长率和断裂强度均达到了相关的标准要求，同时，因采用了具有 优良弹性的PBT及TPEE，并通过皮芯偏芯复合的方式制得，不但具有常规自卷曲纤维的卷曲 性能，还具有优良的弹性伸长率和弹性恢复性能；同时在皮层中添加复合功能母粒，使产品 还具有抗紫外、抗静电和抗菌的复合功能;最后因只需在皮层中添加功能母粒，使添加量减 少、成本降低，而纺丝性能大大提高。产品可用于高档弹性织物、家纺产品等的生产。
[0057]以上内容是结合本发明创造的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详 细说明，不能认定本发明创造具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明创造所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演 或替换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。
【主权项】
1. 一种弹性短纤维的加工工艺，其特征在于：以聚对苯二甲酸丁二醇酯及添加复合功 能母粒的聚合物为皮层组分、聚对苯二甲酸丁二醇酯系热塑性弹性体为芯层组分，分别经 螺杆挤压机熔融挤出，进入多组份复合纺丝设备及皮芯偏心复合喷丝孔，喷出的熔体，经冷 却、上油、集束，牵伸、切断、热定型的纺丝后加工工艺，制得具有抗紫外、抗静电和抗菌复合 功能的弹性短纤维。2. 如权利要求1所述的一种弹性短纤维的加工工艺，其特征在于:所述的聚对苯二甲酸 丁二醇酯特性粘度1.0±〇.〇1〇 dl/g，熔点225 °C，切片含水量小于50 ppm。3. 如权利要求1所述的一种弹性短纤维的加工工艺，其特征在于:所述的聚对苯二甲酸 丁二醇酯系热塑性弹性体是由PBT中添加聚丁二醇制得，其特性粘度为1.1 ±0.010 dl/g， 熔点200~205 °C，切片含水量小于50ppm。4. 如权利要求1所述的一种弹性短纤维的加工工艺，其特征在于:所述的复合功能母粒 为含抗紫外、抗静电和抗菌复合功能的母粒，其有效成分20-30 %，含水率小于100 ppm，皮 层中复合功能母粒添加量2~8 %。5. 如权利要求1所述的一种弹性短纤维的加工工艺，其特征在于，所述的复合纺丝工艺 为:皮层与芯层的复合比为40~60:60~40，螺杆各区温度250~270 °C、纺丝箱体温度270~ 280 °C，环吹风风速0.6~1.0 m/s，纺丝速度800~1200 m/min。6. 如权利要求1所述的一种弹性短纤维的加工工艺，其特征在于，所述的纺丝后加工工 艺为:牵伸倍数2.5~3.5、牵伸温度80~100 °C、松驰热定型温度120~150 °C、后加工速度 300~400 m/min。7. 如权利要求1-6任一项所述的加工工艺制备的弹性短纤维，其特征在于:所述的弹性 短纤维规格为2.2~5.6 dtex/38~64mm，由皮层、芯层和功能粒子构成，所述的皮层和芯层 偏心设置，且功能粒子分布于皮层上。
【文档编号】D01D5/34GK105839225SQ201610378507
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】姚玉元, 王秀华, 孟继承
【申请人】杭州栋华实业投资有限公司