一種表面開裂的皮芯複合纖維及其製備方法
2023-06-11 23:56:56
一種表面開裂的皮芯複合纖維及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種表面開裂的皮芯複合纖維及其製備方法，表面開裂的皮芯複合纖維由皮層和芯層組成，表面有軸向裂紋。皮層採用的材料為高結晶速率聚酯，芯層採用的材料為低結晶速率聚酯。由於皮層材料和芯層材料在結晶速率上存在差值，纖維從噴絲板噴出至冷卻拉伸過程中，皮層和芯層的冷卻結晶情況不同，皮層迅速完成結晶而芯層較慢，拉伸時皮層易產生軸向的裂紋，有序控制得到表面開裂的皮芯複合纖維。
【專利說明】一種表面開裂的皮芯複合纖維及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種皮芯複合纖維及其製備方法，特別涉及一種表面開裂的皮芯複合纖維及其製備方法。
【背景技術】
[0002]聚酯(PET)是目前人類使用最為廣泛的合成高聚物之一，早在二十世紀40年代就合成出了 PET，並發現其具有優異的性能，而廣泛的應用於紡織、包裝、醫療衛生、汽車、電子電器、安全防護、環境保護等領域。隨著社會的進步，人民生活水平的提高，對聚酯纖維的差別化、功能化需要越來越高。滌綸的差別化纖維主要以形態(細旦、異形截面等)、高性能(高強、高模、低縮等)、高功能(高感性、吸溼性、透溼防水性、抗靜電及導電性、離子交換性和抗菌性等)為主要改性方向。目前市場上應用較為廣泛的主要有細旦及超細旦、吸溼排汗、防水透溼、大有光、中空保溫、全消光、陽離子可染、阻燃、抗菌、抗紫外線等品種。雖然我國化纖的差別化率在不斷提高，但遠不及發達國家。因此，多種形態、性能及功能複合改性也是目前的開發趨勢之一。
[0003]皮芯複合纖維的產生更進一步促進了纖維差別化的發展。皮芯複合纖維是由皮層和芯層兩種組分構成，可以使纖維兼具皮層和芯層兩種材料的部分性能，賦予纖維更多性能組合。目前，關於PBT-PET皮芯複合纖維的開發，以PBT為皮層，以PET為芯層，主要是利用PBT的一些固有性質，使PBT-PET皮芯複合纖維具有優良的舒適彈性，兼有手感柔軟、透氣吸溼，外觀優雅無滌綸極光等性能。這僅僅是利用了 PBT本身的固有性質，來達到提高複合纖維性能的目的，這對PBT-PET皮芯複合纖維的研究還是遠遠不夠的。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種表面開裂的皮芯複合纖維及其製備方法。通常，紡絲過程中都是要儘量保持纖維材料的均勻，避免纖維出現瑕疵而引起性能的下降，然而本發明則是通過對材料結晶速率從的控制及工藝條件的變化，有序可控的得到表面開裂的皮芯複合纖維。通過控制皮芯複合纖維皮層材料和芯層材料的結晶速率，使皮層材料的結晶速率高，芯層材料的結晶速率低，在相同的冷卻條件下，皮層的結晶更充分完全，結晶所用時間更短；紡絲過程中，冷卻區換成由強冷區-無風區-二次冷卻區三部分組成，使纖維經過噴絲板擠出後，皮層迅速冷卻結晶，而芯層依舊處於冷卻過程中，這樣，在拉伸過程中，由於皮層結晶完全，所以會產生開裂，就得到表面開裂的皮芯複合纖維。
[0005]本發明的一種表面開裂的皮芯複合纖維，由皮層和芯層組成，所述表面開裂的皮芯複合纖維表面有軸向裂紋，所述軸向裂紋的寬度為0.2?0.5 μ m，深度為0.1?0.3 μ m，所述皮層採用的材料為PBT，所述芯層採用的材料為低結晶速率聚酯；所述低結晶速率聚酯的半結晶期t1/2為1000?2000s。
[0006]如上所述的一種表面開裂的皮芯複合纖維，所述皮層和所述芯層的截面積之比為2:8 ?5:5。[0007]如上所述的一種表面開裂的皮芯複合纖維，所述表面開裂的皮芯複合纖維的單絲纖度為0.7?7dtex，斷裂強度為1.5?2.5cN/dtex，伸長率為130%?180%。
[0008]如上所述的一種表面開裂的皮芯複合纖維，所述PBT的半結晶期t1/2為0.5?2.0s。
[0009]本發明還提供了一種表面開裂的皮芯複合纖維的製備方法，包括低結晶速率聚酯的製備方法和皮芯複合纖維的製備方法:
[0010]I)所述低結晶速率聚酯的製備方法分為酯化反應和縮聚反應兩步:
[0011]所述酯化反應:
[0012]採用對苯二甲酸、乙二醇、間苯二甲酸和1，4-環己二醇作為原料，配成均勻漿料後進行酯化反應，得到酯化產物；酯化反應在氮氣氛圍中加壓，壓力控制在常壓?0.4MPa，溫度在230?250°C，酯化水餾出量達到理論值的90%以上為酯化反應終點；所述乙二醇與所述對苯二甲酸的摩爾比為1.2?2.0:1，所述間苯二甲酸為所述對苯二甲酸的摩爾數的
0.5%?3%，所述1.4-環己二醇為所述對苯二甲酸的摩爾數的0.5%?5% ；
[0013]所述縮聚反應:
[0014]包括縮聚反應低真空階段和縮聚反應高真空階段:
[0015]所述縮聚反應低真空階段，在所述酯化產物中加入催化劑和穩定劑，在負壓的條件下開始縮聚反應，該階段壓力由常壓平穩抽至絕對壓力IKPa以下，溫度控制在250?270°C，反應時間為40?60分鐘；
[0016]所述縮聚反應高真空階段，經所述縮聚反應低真空階段後，繼續抽真空，使反應壓力降至絕對壓力小於lOOPa，反應溫度控制在270?285°C，反應時間I?2小時；
[0017]即得到半結晶期tl/2為1000?2000s的低結晶速率聚酯；
[0018]所述的催化劑選自三氧化二銻、乙二醇銻和醋酸銻中的一種，催化劑用量為所述對苯二甲酸重量的0.01%?0.05% ；
[0019]所述穩定劑選自磷酸三苯酯、磷酸三甲酯和亞磷酸三甲酯中的一種，穩定劑用量為所述對苯二甲酸重量的0.01%?0.05% ；
[0020]2)所述皮芯複合纖維的製備方法為:將所述PBT作為皮層材料，所述低結晶速率聚酯作為芯層材料，進行皮芯複合紡絲，得到皮芯複合纖維，即為表面開裂的皮芯複合纖維；所述皮層材料與所述芯層材料的質量比為2:8?5:5 ;
[0021]紡絲溫度為275?290°C ；
[0022]冷卻分為三部分:
[0023]第一部分強冷區，位於噴絲板下方，纖維從噴絲板擠出直接進入強冷區，冷卻方式為環吹風，冷卻吹風溫度為10?20°C，相對溼度為90%±5%，風速為0.7?0.9m/s，所述強冷區長度為20?30cm ；
[0024]第二部分為無風區，位於強冷區下方，長度為20?30cm ；
[0025]第三部分為二次冷卻區，位於無風區下方，冷卻方式為側吹風，冷卻吹風溫度為20?25°C，相對溼度為65%±5%，風速為0.5?0.7m/s，長度為20?30cm ；
[0026]卷繞速度控制在2700?3200m/min。
[0027]通常紡絲，噴絲板與吹風裝置之間設置無風區的目的是為了給纖維一個緩衝的區域，使纖維更加的均勻，避免驟冷而引起的不均。而本發明中，噴絲板下方設置強冷區-無風區-二次冷卻區三部分，纖維直接經噴絲板噴出後直接進入強冷區，強冷區採用較大的風速、風量及相對溼度，是為了達到更好的冷卻效果，擴大表層與芯層的差異，使表層能夠更快的冷卻結晶，區的目的是為了在一定程度上減少強冷區的冷卻吹風對纖維芯層的影響，防止芯層冷卻太快，同時也加大了皮層和芯層冷卻的差異，二次冷卻區進行正常的冷卻，確保纖維的性能，最終達到卷繞拉伸得到表面開裂的皮芯複合纖維的目的。
[0028]有益效果:
[0029]純PET的半結晶期t1/2為30?70s，芯層的低結晶速率聚酯是在聚酯的聚合中加入了間苯二甲酸和1.4-環己二醇，得到的聚酯的半結晶期t1/2達到1000?2000s，這就使結晶速率大大降低；而皮層的PBT，其半結晶期t1/2可達到0.5?2.0s,結晶速率快，這就造成了皮層材料的結晶速率要遠遠大於芯層材料的結晶速率。在紡絲過程中，冷卻區換成由強冷區-無風區-二次冷卻區三部分組成，當纖維從噴絲板出來之後進入冷卻區，就使纖維皮芯結構更加明顯，同時，皮層的PBT因結晶速率快就會迅速的完成結晶過程，而芯層的低結晶速率聚酯的結晶過程很慢。在進行牽伸時，皮層因結晶速率高，完成冷卻結晶過程所用時間短，使得在拉伸過程中易產生軸向的開裂等，這樣就得到了表面開裂的皮芯複合纖維。這種纖維表面具有裂紋，形成凹凸的狹縫構造，在使纖維具有麻的手感的同時，能夠使光產生非同向反射，而大部分被纖維內部吸收，同樣染色條件下，裂紋邊緣的顏色效果及染色深度要比無裂紋區的好，最終，織物的顏色感覺深，提高鮮豔度並具有濃染效果。表面的裂紋在一定程度上也起到吸溼排汗的作用。
【具體實施方式】
[0030]下面結合【具體實施方式】，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
[0031]本發明的一種表面開裂的皮芯複合纖維，由皮層和芯層組成，所述表面開裂的皮芯複合纖維表面有軸向裂紋，所述軸向裂紋的寬度為0.2?0.5 μ m，深度為0.1?0.3 μ m，所述皮層採用的材料為PBT，所述芯層採用的材料為低結晶速率聚酯；所述低結晶速率聚酯的半結晶期t1/2為1000?2000s。
[0032]如上所述的一種表面開裂的皮芯複合纖維，所述皮層和所述芯層的截面積之比為2:8 ?5:5。
[0033]如上所述的一種表面開裂的皮芯複合纖維，所述表面開裂的皮芯複合纖維的單絲纖度為0.7?7dtex，斷裂強度為1.5?2.5cN/dtex，伸長率為130%?180%。
[0034]如上所述的一種表面開裂的皮芯複合纖維，所述PBT的半結晶期t1/2為0.5?
2.0s。
[0035]實施例1
[0036]—種表面開裂的皮芯複合纖維的製備方法，包括低結晶速率聚酯的製備方法和皮芯複合纖維的製備方法:
[0037]I)所述低結晶速率聚酯的製備方法分為酯化反應和縮聚反應兩步:
[0038]所述酯化反應:[0039]採用對苯二甲酸，乙二醇，間苯二甲酸和1，4-環己二醇作為原料，摩爾比對苯二甲酸:乙二醇:間苯二甲酸:1，4_環己二醇=100:120:0.5:0.5，配成均勻漿料後進行酯化反應；酯化反應在氮氣氛圍中，壓力控制在0.4MPa，溫度控制在250°C，酯化水餾出量達到理論值的90%為酯化反應終點。
[0040]所述縮聚反應:
[0041]包括縮聚反應低真空階段和縮聚反應高真空階段:
[0042]所述縮聚反應低真空階段，在酯化產物中加入對苯二甲酸重量的0.01%的催化劑三氧化二銻和對苯二甲酸重量的0.01%的穩定劑磷酸三苯酯，在負壓的條件下開始縮聚反應，該階段壓力由常壓平穩抽至絕對壓力小於lKPa，溫度控制在255°C，反應時間為60分鐘。
[0043]所述縮聚反應高真空階段，經所述縮聚反應低真空階段後，繼續抽真空，使反應壓力降至絕對壓力小於lOOPa，反應溫度控制在270°C，反應時間2小時。縮聚反應以反應釜攪拌電機功率或在線粘度計讀數為準判斷反應終點。當聚合物粘度達到所需值時出料，經鑄帶、冷卻、切粒，即得到低結晶速率聚酯切片，經測試，其t1/2=1000s。
[0044]2)所述皮芯複合纖維的製備方法為:將PBT(t1/2=2s)作為皮層材料，上述低結晶速率聚酯作為芯層材料，進行皮芯複合紡絲；所述皮層材料與所述芯層材料的質量比為5:5 ;紡絲溫度為275°C;所述強冷區為環吹風，冷卻吹風溫度為20°C，相對溼度為90%±5%，風速為0.7m/s，長度為20cm ;所述無風區，位於強冷區下方，長度為30cm ;所述二次冷卻區為側吹風，冷卻吹風溫度為25°C，相對溼度為65%±5%，風速為0.5m/s,長度為30cm ;卷繞速度控制在2700m/min ；
[0045]經測試，所得到的表面開裂的皮芯複合纖維的裂紋寬度為0.2?0.5 μ m，深度為
0.1?0.3 μ m，單絲纖度為7dtex,強度為1.5cN/dtex,伸長率為180%。
[0046]實施例2
[0047]一種表面開裂的皮芯複合纖維的製備方法，包括低結晶速率聚酯的製備方法和皮芯複合纖維的製備方法:
[0048]I)所述低結晶速率聚酯的製備方法分為酯化反應和縮聚反應兩步:
[0049]所述酯化反應:
[0050]採用對苯二甲酸，乙二醇，間苯二甲酸和1，4-環己二醇作為原料，摩爾比對苯二甲酸:乙二醇:間苯二甲酸:1，4_環己二醇=100:120:1:2，配成均勻漿料後進行酯化反應；酯化反應在氮氣氛圍中加壓，壓力控制在0.3MPa，溫度控制在245°C，酯化水餾出量達到理論值的90%為酯化反應終點。
[0051]所述縮聚反應:
[0052]包括縮聚反應低真空階段和縮聚反應高真空階段:
[0053]所述縮聚反應低真空階段，在酯化產物中加入對苯二甲酸重量的0.02%的催化劑乙二醇銻和對苯二甲酸重量的0.02%的穩定劑磷酸三甲酯，在負壓的條件下開始縮聚反應，該階段壓力由常壓平穩抽至絕對壓力小於800Pa，溫度控制在250°C，反應時間為50分鐘。
[0054]所述縮聚反應高真空階段，經所述縮聚反應低真空階段後，繼續抽真空，使反應壓力降至絕對壓力小於80Pa，反應溫度控制在275°C，反應時間1.5小時。縮聚反應以反應釜攪拌電機功率或在線粘度計讀數為準判斷反應終點。當聚合物粘度達到所需值時出料，經鑄帶、冷卻、切粒，即得到低結晶速率聚酯切片，經測量，其t1/2=1350s。
[0055]2)所述皮芯複合纖維的製備方法為:將PBT(t1/2=ls)作為皮層材料，上述低結晶速率聚酯作為芯層材料，進行皮芯複合紡絲；所述皮層材料與所述芯層材料的質量比為5:8 ;紡絲溫度為280°C;所述強冷區為環吹風，冷卻吹風溫度為15°C，相對溼度為90%±5%，風速為0.8m/s，長度為30cm ;所述無風區，位於強冷區下方，長度為20cm ;所述二次冷卻區為側吹風，冷卻吹風溫度為22°C，相對溼度為65%±5%，風速為0.6m/s,長度為20cm ;卷繞速度控制在3000m/min ；
[0056]經測試，所得到的表面開裂的皮芯複合纖維的裂紋寬度為0.2?0.5 μ m，深度為
0.1?0.3 μ m,單絲纖度為4dtex,強度為2.0cN/dtex,伸長率為155%。
[0057]實施例3
[0058]一種表面開裂的皮芯複合纖維的製備方法，包括低結晶速率聚酯的製備方法和皮芯複合纖維的製備方法:
[0059]I)所述低結晶速率聚酯的製備方法分為酯化反應和縮聚反應兩步:
[0060]所述酯化反應:
[0061]採用對苯二甲酸，乙二醇，間苯二甲酸和1，4-環己二醇作為原料，摩爾比對苯二甲酸:乙二醇:間苯二甲酸:1，4_環己二醇=100:120:3:5，配成均勻漿料後進行酯化反應；酯化反應在氮氣氛圍中，壓力控制在0.4MPa，溫度控制在230°C，酯化水餾出量達到理論值的90%為酯化反應終點。
[0062]所述縮聚反應:
[0063]包括縮聚反應低真空階段和縮聚反應高真空階段:
[0064]所述縮聚反應低真空階段，在酯化產物中加入對苯二甲酸重量的0.05%的催化劑醋酸銻和對苯二甲酸重量的0.05%的穩定劑亞磷酸三甲酯，在負壓的條件下開始縮聚反應，該階段壓力由常壓平穩抽至絕對壓力小於400Pa，溫度控制在270°C，反應時間為40分鐘。
[0065]所述縮聚反應高真空階段，經所述縮聚反應低真空階段後，繼續抽真空，使反應壓力降至絕對壓力小於50Pa，反應溫度控制在285°C，反應時間I小時。縮聚反應以反應釜攪拌電機功率或在線粘度計讀數為準判斷反應終點。當聚合物粘度達到所需值時出料，經鑄帶、冷卻、切粒，即得到低結晶速率聚酯切片，經測試，其t1/2=2000s。
[0066]2)所述皮芯複合纖維的製備方法為:將PBT(t1/2=0.5s)作為皮層材料，上述低結晶速率聚酯作為芯層材料，進行皮芯複合紡絲；所述皮層材料與所述芯層材料的質量比為2:8 ;紡絲溫度為290°C;所述強冷區為環吹風，冷卻吹風溫度為10°C，相對溼度為90%±5%，風速為0.9m/s，長度為20cm ;所述無風區，位於強冷區下方，長度為30cm ;所訴二次冷卻區為側吹風，冷卻吹風溫度為20°C，相對溼度為65%±5%，風速為0.7m/s,長度為30cm ;卷繞速度控制在3200m/min ；
[0067]經測試，所得到的表面開裂的皮芯複合纖維的裂紋寬度為0.2?0.5 μ m，深度為
0.1?0.3 μ m，單絲纖度為0.7dtex,強度為2.5cN/dtex,伸長率為130%。
【權利要求】
1.一種表面開裂的皮芯複合纖維，其特徵是:所述表面開裂的皮芯複合纖維由皮層和芯層組成，所述表面開裂的皮芯複合纖維表面有軸向裂紋，所述軸向裂紋的寬度為0.2~0.5 μ m，深度為0.1~0.3 μ m，所述皮層採用的材料為PBT，所述芯層採用的材料為低結晶速率聚酯；所述低結晶速率聚酯的半結晶期t1/2為1000~2000s。
2.根據權利要求1所述的一種表面開裂的皮芯複合纖維，其特徵在於，所述皮層和所述芯層的截面積之比為2:8~5:5。
3.根據權利要求1所述的一種表面開裂的皮芯複合纖維，其特徵在於，所述表面開裂的皮芯複合纖維的單絲纖度為0.7~7dtex，斷裂強度為1.5~2.5cN/dtex,伸長率為130% ~180%ο
4.根據權利要求1所述的一種表面開裂的皮芯複合纖維，其特徵在於，所述PBT的半結晶期&/2為0.5~2.08。
5.如權利要求1所述的一種表面開裂的皮芯複合纖維的製備方法，其特徵是:包括低結晶速率聚酯的製備方法和皮芯複合纖維的製備方法: 1)所述低結晶速率聚酯的製備方法分為酯化反應和縮聚反應兩步: 所述酯化反應: 採用對苯二甲酸、乙二醇、間苯二甲酸和1，4-環己二醇作為原料，配成均勻漿料後進行酯化反應，得到酯化產物；酯化反應在氮氣氛圍中加壓，壓力控制在常壓~0.4MPa，溫度在230~250°C，酯化水餾出量達到理論值的90%以上為酯化反應終點；所述乙二醇與所述對苯二甲酸的摩爾比為1.2~2.0:1，所述間苯二甲酸為所述對苯二甲酸的摩爾數的0.5%~3%，所述1.4-環己二醇為所述對苯二甲酸的摩爾數的0.5%~5% ； 所述縮聚反應: 包括縮聚反應低真空階段和縮聚反應高真空階段: 所述縮聚反應低真空階段，在所述酯化產物中加入催化劑和穩定劑，在負壓的條件下開始縮聚反應，該階段壓力由常壓平穩抽至絕對壓力IKPa以下，溫度控制在250~270°C，反應時間為40~60分鐘； 所述縮聚反應高真空階段，經所述縮聚反應低真空階段後，繼續抽真空，使反應壓力降至絕對壓力小於lOOPa，反應溫度控制在270~285°C，反應時間I~2小時； 即得到半結晶期t1/2為1000~2000s的低結晶速率聚酯； 所述的催化劑選自三氧化二銻、乙二醇銻和醋酸銻中的一種，催化劑用量為所述對苯二甲酸重量的0.01%~0.05% ； 所述穩定劑選自磷酸三苯酯、磷酸三甲酯和亞磷酸三甲酯中的一種，穩定劑用量為所述對苯二甲酸重量的0.01%~0.05% ； 2)所述皮芯複合纖維的製備方法為:將所述PBT作為皮層材料，所述低結晶速率聚酯作為芯層材料，進行皮芯複合紡絲，得到皮芯複合纖維，即為表面開裂的皮芯複合纖維；所述皮層材料與所述芯層材料的質量比為2:8~5:5 ; 紡絲溫度為275~290°C ； 冷卻分為三部分: 第一部分強冷區，位於噴絲板下方，纖維從噴絲板擠出直接進入強冷區，冷卻方式為環吹風，冷卻吹風溫度為10~20°C，相對溼度為90%±5%，風速為0.7~0.9m/s，所述強冷區長度為20~30cm ； 第二部分為無風區，位於強冷區下方，長度為20~30cm ； 第三部分為二次冷卻區，位於無風區下方，冷卻方式為側吹風，冷卻吹風溫度為20~25°C，相對溼度為65%±5%，風速為0.5~0.7m/s，長度為20~30cm ； 卷繞速度控制在27 00~3200m/min。
【文檔編號】C08G63/199GK103993386SQ201310754331
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】趙金廣, 倪鳳軍, 張秉懷, 唐輝, 王浩, 宋江頌, 沙躍, 蔡瑞, 楊培恆, 李振宇, 王雨生 申請人:江蘇德力化纖有限公司