由膨鬆連續長絲工藝方法生產的短纖維及由這種纖維製造的纖維束的製作方法

2023-06-25 01:10:56 3

專利名稱：由膨鬆連續長絲工藝方法生產的短纖維及由這種纖維製造的纖維束的製作方法
相關申請的相互參照本申請要求享有1999.06.18立案的臨時申請60/139,938號的優先權。
本發明的領域本發明涉及短纖維，更具體點說，涉及用膨鬆連續長絲法(BCF法)製造的表面改性的聚酯短纖維和由這種纖維製造的纖維束，該纖維束能被用作纖維填充材料，特別是聚酯絮填。
本發明的背景聚酯絮填被廣泛用作枕、被、褥、睡、袋、服裝、家具墊和類似物件的比較不貴的填充材料。絮填大多數是由聚對苯乙二酸乙二酯的捲曲短纖維生產出來的。這種短纖維可有廣闊的範圍，具有各種不同的旦數(纖度)、捲曲幾何形狀、捲曲水平、切割長度、表面塗層、橫截面和其他性能、聚酯絮填常被塗覆矽酮塗層如聚氨基矽氧烷潤滑劑，有時塗有其他非矽酮塗層如嵌段聚對苯二甲酸乙二酯/聚氧化亞烴。這種塗層可改善成品的柔軟度和手感，還有助於減少成品中的絮填在使用時成墊(即凝集在一起)的傾向。絕大多數的短纖維絮填經過梳理、交叉搭接、製成氈層，然後被用作填充材料。或者在最終製品內短纖維被開松並吹入作為填充材料。
填充材料的另一種型式為纖維束，這是短纖維在被用作填充材料之前被製成束狀。與短纖維製成的氈層不同，纖維束能在枕套內移動，其情況猶如羽絨或羽絨/羽毛混合物。纖維束通常由成包螺旋捲曲短纖維制出，一般用兩步法(聚合/紡絲，然後拉伸)製造。短纖維首先被開松，然後交付滾轉或翻滾，在羅拉梳理機、蓋板梳理機上作用或在圓筒壁上滾轉。已知的翻滾法曾在美國專利4,618,531和4,783,364號中公開。最近十年來纖維束在許多填充用途上被人們接受，銷量增加，製造方法有所改進，價格緩慢下滑。但纖維束的製造與梳理的氈層相比，仍然是一個產出較低而費用貴的工藝方法，這一點阻礙市場的進一步發展。
捲曲在纖維束結構和其容易成形方面起到重要作用。另外，捲曲確定填充能力、絮填產品的柔軟度和被壓縮後的恢復能力。商業上供售的填充纖維可以有機械的捲曲或螺旋形捲曲。機械的捲曲是由著稱的捲曲箱技術產生的，而螺旋形捲曲是由不對稱驟冷或兩個組分的共軛(複合)紡絲產生的。兩個組分共軛的纖維是由兩個只是分子鏈長度不同的聚合物或兩個不同的聚合物或共聚物紡制而成。這種纖維的捲曲是由於暴露受熱時兩個聚合物之間或其雙組分結構的不同收縮率造成的。Halm等在美國專利5,112,684號曾指出填充用的纖維束已可從具有特定形狀的機械捲曲纖維中製備出來。具有螺旋形捲曲的螺旋纖維束曾由Marcus在美國專利4,618,531和4,783,364號中予以公開。
實踐表明由不對稱驟冷或由雙組分共軛紡制製造的螺旋捲曲纖維是供給纖維束的最佳材料，因為它容易輥壓，造成的纖維束填充材料具有高度合乎需要的柔軟度、回流能力和在被壓縮後的恢復能力，在很小的力量下立即可蜷曲。這種纖維束與用機械捲曲製造的纖維束相比，具有均勻的三維纏結、最優的松密度、及在柔軟度和壓縮後恢復能力之間的最佳的平衡。另外，由立即會蜷曲的纖維製成的纖維束只有較少的纖維會伸出到纖維束之外，因此可減少纖維束之間的粘合。這一點對枕頭和家具背墊之類用品特別需要，因為可提高回流能力。另外，即時蜷曲不僅可改善纖維束結構，由於減少所需輥壓時間，還可增加纖維束的產量。
纖維紡制的速率通常要比用來製造短纖維和短纖維束的拉伸/切割和梳理/翻滾工藝方法的速率快得多。在現行條件下，將纖維紡制線與短纖維拉伸/切割工藝方法和纖維束的製造工藝方法配合是非常困難並且是不經濟的。按照已知方法用來產生纖維束的工藝方法產出較低，因此用纖維紡制和拉伸來與纖維束的生產偶合是不切實際的。另外，製造短纖維束的兩步法即聚合/紡絲然後拉伸/切割，是一個複雜而費用高的工藝方法，因為這兩個沒有偶合在一起的工藝方法在工藝方法的步驟之間還需要有額外的材料搬運。此外，這樣做製造費用和投資都是高的，因為需要增添工人去操作分設的傳統拉伸機，其操作費用是費錢的。再者，拉伸機本身也是費錢的。
因此有需要研發一種簡化的工藝方法以資用來生產能被用來製造纖維束的纖維。具體地說，最好能減少材料搬運，將整個製造纖維/纖維束的設備偶合在一起，包括紡絲/拉伸/切割的步驟以及製成纖維束的步驟。這樣一種工藝方法理論上應能生產出很少粘合的纖維束，並且從製造觀點看，應該比現有技術的工藝方法簡單得多並更為經濟。
紗線的連續噴射膨鬆被廣泛用來生產通常由聚醯胺或聚丙烯構成的地毯紗。完成紗線的這種連續噴射膨鬆的機械在商業上可從德國Neumunster的Neumag及其他機械製造商取得供應。Neumag的標準高速連續的短纖維生產線實際上能生產以任何一種聚合物包括聚酯在內為基的產品，如同在1995年12月號的紡織月刊ITMA報導MMF設備15-20頁的「Easy routes to fibre production」(生產纖維的捷徑)一文中所揭露的那樣。但以前並沒有人知道可用這種生產線來生產表面改性的短纖維，也沒有人知道可用連續噴射膨鬆法來生產用於纖維束的聚酯短纖維。
本發明的綜述本申請人等發現用膨鬆連續長絲法(BCF法)生產的聚酯短纖維能夠用來製成纖維束，其速率要比傳統用來製造不對稱驟冷或共軛雙組分纖維的工藝方法快得多。這種纖維束的結構與從螺旋形纖維生產出來的纖維束的結構十分相似，而這種纖維束的填充能力能夠等於或優於現有技術的這種纖維束，取決於纖維束的結構和膨鬆條件。
另外，本發明的BCF法能夠生產出具有良好耐用性的纖維，該纖維在終端產品如枕頭和坐墊內的膨脹水平高於用現有技術的纖維束製成的產品。令人驚奇的是，這些性能能在非常溫和的滾轉條件下取得。
再者，本發明的BCF法使我們能夠獨立調節終端產品的支承體積或初始高度，這在現有技術是不可能做到的。這使我們對由本發明的纖維束製成的終端產品能夠產生最佳的壓縮曲線。
另外，本發明的BCF法製成纖維的速率比製成不對稱驟冷或雙組分共軛纖維的工藝方法快得多。具體地說，本發明的工藝方法速率比現有技術的工藝方法速率快得多。採用相同的工藝方法條件，按照本發明製造的纖維束與從不對稱驟冷或雙組分共軛纖維製造的纖維束相比，按照本發明製造的供給纖維可以在縮短二分之一到五分之四的翻滾的時間內製出同等的纖維束。而且，本發明的工藝方法允許拉伸/捲曲和切割的速率比標準的紡絲/拉伸/捲曲/切割工藝快5到20倍，因此與傳統的工藝路線比，人工和投資都可減少。
此外，由於小型BCF紡絲/拉伸/膨鬆單元的可以供售，使從聚合物生產出短纖維及/或纖維束到成品能進一步整合成聯合生產線。由於供給纖維能以十分快的壓製成纖維束，使紡絲/拉伸和纖維束生產的能力能夠匹配，從而可簡化工藝方法，減少所需投資和製造費用。另外，本發明的BCF法還可與在線的切割聯合。
按照本發明提供的方法可用來生產這種纖維。按照這個方法，合成的聚合物先從熔體紡製成絲，經過冷卻成為固化的連續長絲。固化的長絲在被加熱輥帶動前進時被拉伸。用加熱的乾燥流體在聚合物的第二轉變溫度之上的一個溫度使所說長絲噴射膨鬆，再冷卻到該第二轉變溫度之下，在線將長絲切割成段，便可生產出短纖維。將表面改性劑敷設在纖維上，然後纖維被硬化。或者，表面改性劑可在切割前敷設在長絲上，然後將切割的纖維硬化。而且按照本發明提供有按照本發明製造的表面改性的短纖維。
按照本發明的另一方面提供的是表面改性的短纖維。該纖維具有三維曲線雜亂的原始捲曲。最好，該短纖維具有2到20dtex的細度和10-100mm的切短長度。該纖維還具有發生次數為每10cm長度多於6個捲曲的繼髮捲曲。按照本發明還有一個方面提供的是從這種纖維生產出來的三維的雜亂纏結的纖維束。
附圖的簡要說明

圖1的照片為具有螺旋形捲曲短纖維的現有技術的纖維束。
圖2的照片為圖1中纖維束的多條螺旋形捲曲短纖維。
圖3的照片為具有機械捲曲的現有技術的纖維束。
圖4的照片為圖3中纖維束的多條機械捲曲短纖維。
圖5的照片為按照本發明的具有三維曲線雜亂原始捲曲的短纖維的纖維束。
圖6的照片為圖5中纖維束的多條短纖維。
圖7為示出本發明總工藝方法的略圖。
本發明的詳細說明圖1的照片示出現有技術的纖維束，其中的纖維具有螺旋形捲曲如圖2所示。圖2的纖維為不對稱驟冷的聚酯短纖維，商業上可從DuPont的Sabanci聚酯公司取得供應，型號為234/688。如從圖2可見，該纖維具有圓滑波狀原始捲曲。
現有技術的另一種纖維束如圖3所示，其中的纖維如圖4所示，系用機械方法捲曲，商業上也可從DuPont的Sabanci聚酯公司購得，作為絮填，型號為514，商標為QUALLOFIL。這種纖維的原始捲曲如圖4所示也是圓滑成波狀。
本發明的表面改性的短纖維具有三維曲線雜亂的原始捲曲，製成的纖維束如圖5所示。圖6所示的纖維為BCF空心的聚對苯二甲酸乙二酯纖維，切短長度為25mm，其原始捲曲在幅度、發生次數以及各長絲在空間內的取向上有非常頻繁的變化，而繼髮捲曲在幅度和發生次數上比較有規則。或者，本發明的纖維可被描述為具有高和低兩種發生次數的原始捲曲。
本發明的表面改性的短纖維最好具有2到20dtex的細度和10-100mm的切短長度。纖維最好為聚酯，但並不限於這種材料。另外纖維最好具有繼髮捲曲，其發生次數在每10cm長度上大於6個捲曲。
按照本發明，纖維可與其他纖維包括粘合劑纖維，製成纖維混合物。在這混合物中，纖維應具有至少70％的混合物重量。
本文使用的「表面改性」一詞意為在纖維的表面上塗敷著一種材料，而該塗層會粘附在纖維上相當一段時間。本發明的短纖維能用矽酮聚合物如具有矽為纖維重量0.02到1.0％的聚二甲基矽氧烷來表面改性。本發明的短纖維也可用其他表面改性劑來表面改性，這些改性劑對某些用途可能是有利的，如同聚氧化亞烴的嵌段共聚物和其他聚合物如聚酯或聚乙烯或聚亞烷基聚合物，表面改性劑的重量百分比為纖維重量的約.1到約1.2％本段所述表面改性劑能很好地粘合到粘合劑纖維上並促進水分的遷移，這種能性對某些用途如非織造物品及由本發明的纖維和粘合劑纖維的混合物生產的纖維束可能是重要的。
非織造物品能從本發明的纖維生產出來，具體地說，能從本發明的用聚氧化亞烴和聚酯的嵌段共聚物表面改性過的纖維生產出來。
另外按照本發明能提供的纖維束具有散亂分布和纏結的纖維，如上所述是經過表面改性的短纖維。用矽酮聚合物或其他聚合物塗層如上所述那樣使纖維表面改性可減少纖維對纖維的摩擦，通常有助於在較溫和的條件下輥壓纖維，能造成較高的膨鬆、較柔軟的終端產品和纖維在纖維束內的均勻分布。
最好，纖維束具有一個從約2到約15mm的平均直徑。本發明的纖維束最好是圓的，具有均勻的密度和三維的結構。以重量計至少50％的纖維束具有一橫截面，其中每一纖維束的最大尺寸不大於最小尺寸的兩倍。生產具有不同旦數的纖維，在紡絲工藝方法或拉伸工藝方法中把它們混合起來，這種纖維也能用來制出纖維束。
本發明的纖維束能夠回流。採用本發明，從纖維束內伸出的長絲數較少。這樣可保證較少的粘合和良好的回流能力。
按照本發明的纖維束可具有除本發明的纖維以外的另一種纖維。這另一種纖維以重量計可佔纖維束內總纖維重量達30％。
本發明的纖維或纖維束可被用來填充如枕、被、家具墊、睡袋、服裝等那樣的物品。這種纖維束是用於模塑結構的良好材料如同在美國專利5,169,580、5,294,392和4,940,502號中所公開的那樣。
另外按照本發明提供一種生產短纖維的工藝方法，該工藝方法將結合圖7說明，包括下列步驟合成的聚合物先從熔體紡製成絲，經過冷卻成為固化的連續長絲，在供應點1供應給本生產工藝方法(供應點1的長絲可來自一個或多個紡絲部分)。固化的長絲在被加熱輥帶動前進時被拉伸。從圖上可見長絲被導引件2輸送到拉伸單元模塊3上，該模塊包括一對或多對加熱拉伸輥。應該注意到固化長絲可在一個或多個拉伸步驟內被拉伸。本發明的拉伸速率可達4000m/分而標準的拉伸速率只是150到400m/分。
接下來的步驟是用加熱的乾燥流體在聚合物的第二轉變溫度之上的一個溫度使長絲噴射膨鬆。這個步驟是在圖中標號4處的柱塞式注壓機的噴射器內完成的。適宜運行這個工藝方法的商業上可供機械的一個例子為德國Neumunster的Neumag所生產的3D機械，該機械相當於圖7中的零件3、4和7。Neumag的實驗機械的說明和照片曾在1998年4月份的IFJ的102-103頁上刊出。
注壓機噴射器一般有兩個部分，上部被注入蒸汽，而下部為一注壓室。支撐松密度是在噴射器的上部形成的，主要依靠原始捲曲，而繼髮捲曲是在注壓室內形成的。本發明的纖維的雜亂原始捲曲在加固纖維束結構上起到重要作用，因為它將纖維鎖住，減少纖維相互間的滑動能力。結果，本發明的纖維就可具有提高的彈性和耐用性。
而且，本發明使用的注壓機噴射器是十分靈活的，允許將支撐松密度調節到規定的終端用途要求。而採用不對稱驟冷和共軛的雙組分纖維就很難調節並控制松密度。
另外，由注壓機噴射器形成規定松密度的特性可產生本發明的纖維束所顯示的即時蜷曲效應，對本發明的纖維束的容易形成起到重要的作用。
為了從聚對苯二甲酸乙二酯製造纖維，將蒸汽注入到注壓機噴射器內顯然比注入熱空氣好。使用200-235℃的蒸汽膨鬆並在膨鬆之前經過韌化熱處理可產生具有良好彈性的永久設定的捲曲。另外在發明中使用蒸汽與按照現有技術制出的纖維束相比，本發明得到的纖維束具有高出10-15％的填充能力和同等的膨鬆損失。
脹松的長絲通過敷設口被旋轉導輥4a敷設到穿孔帶5上，由該帶運送膨鬆長絲使它通過圖7中在帶5附近的一個冷卻區帶。或者如不敷設在帶上，膨脹長絲可被拋出到一個篩網上。膨鬆長絲於是被冷卻到聚合物的第二轉變溫度之下，這個步驟是在冷卻區段內完成的。在一較優實施例中，使用蒸汽時，長絲被冷卻到50℃以下。從冷卻區段出來長絲在被切割成段之前移動通過導輥6藉以控制其能力。應該注意到旋轉導輥4a、帶5和冷卻區可具有與圖7所示不同的設計。例如該帶可用旋轉的穿孔滾筒來替代，並不影響本發明的本質。
按下來的步驟是將長絲切割成段以便制出短纖維。本發明的BCF法可與在線的切割結合。這個結合的BCF法和在線的切割工藝方法可使拉伸/捲曲/切割的速率比標準的紡絲/拉伸/捲曲/切割工藝快5到20倍。具體地說，在線的切割可按1800m/分到4000m/分的速率進行。
另外按照本發明的工藝方法，表面改性劑被敷設到短纖維上以便制出表面改性的短纖維。如從圖7可見，短纖維被風扇8運送到筒倉9內，筒倉9調節流量並當長絲在紡製成拉伸中斷裂時作為緩衝器。然後短纖維從筒倉9被風扇10運送到表面改性劑敷設器11。短纖維被空氣流或帶有齒或針的輥子輸送並移動到多個噴射器之前以便敷設表面改性劑。應該注意到表面改性劑雖然可在切割長絲前敷設到長絲上。但由於拉伸和膨鬆工藝方法的高速，長絲上的表面改性劑的硬化要在速率高達1800-4000m/分的切割之前進行是不切合實際的，因為硬化所需的爐子要很長並且要從帶上取下多層交叉敷設的長絲很困難。切割沒有硬化的表面改性纖維還可使纖維沉積在切刀上和在任何一個可能與纖維接觸的表面上。
因此本發明的工藝方法還包括一個使表面改性纖維硬化的步驟。如從圖7可見，在表面改性劑被敷設後纖維被鋪設在一爐帶11a上以便硬化。該爐帶載運纖維材料通過爐子12進行乾燥和硬化，這是用傳統的技術來完成的。短纖維從爐帶上被風扇13運送使它通過一個閥門14。這時硬化的纖維或是被送到打包機15上打包以備日後加工，或是直接用在連結的工藝方法以使用來生產纖維束、非織造織物或類似產品。纖維可用纖維束成形(即滾轉)設備直接加工，在該設備內纖維被折轉成為纖維束。這樣直接使用纖維生產纖維束是比較好的，因為可以簡化纖維束的製造工藝方法並減少生產費用。從滾轉設備纖維束被運送到包裝單元17。為了實際的理由如紗線斷裂或設備清潔，最好在纖維束成形設備和紡織品操作之間設有筒倉作為緩衝系統，應該注意到滾轉設備可用其他紡織品加工設備如用來生產非織造織物或棉絮的設備替代。
適宜作為本發明的纖維束成形設備的翻滾機曾在美國專利4,618,531和4,783,364號中公開過。雖然本發明並不限定任何專用設備來將纖維滾轉成纖維束，但翻滾工藝方法曾被發現是有效的，因為只要改變轉速(rpm)或周期，便可用它來容易地控制纖維束的物理性能。另外，改進的蓋板梳理機和羅拉梳理機或任何其他允許控制纖維滾轉的設備也可用來生產本發明的纖維束。一般地說，所有能被用來從不對稱驟冷或共軛雙組分纖維來生產纖維束的工藝方法都可用於本發明。當滾轉是用某些型式的翻滾機來完成時，按照本發明的纖維束的大小能用下列各項來控制纖維的切段長度、其彎曲模數、所施加的滾轉力以及在滾轉前纖維簇的大小。
本發明的工藝方法與現有技術相比能生產出具有可比松密度的纖維束並能以較短的時間或較溫和的滾轉條件形成纖維束。一般地說，本發明的翻滾所費時間可為現有技術加工時間的二分之一到五分之一，從而可顯著地增加生產率。和減少製造費用，並可使商業上小巧的紡絲/拉伸/切割機如Neumag的3D機與纖維束的生產設備結合起來，這樣便能在一聯合工藝方法中從聚合物生產出立即可用的纖維束，而可不需包裝、存儲任何中間產品，既簡化了生產工藝方法並減少了材料搬運。另外，這個聯合而連續的工藝方法能使拉伸速率達到4000m/分而傳統上標準的拉伸速率僅為150到400m/分，由此人工和投資都可節省。
噴射器設計、紗線在噴射器入口處的溫度、紗線細度、長絲粗細和橫截面、流體溫度和壓力是影響捲曲特性的主要參數並確定給定纖維是否容易滾轉。由於這些參數的適當調節，纖維可完全分離，基本上沒有不鬆開的部分，因此在滾轉前可不需要用鬆開機來預先鬆開纖維，而在形成纖維束時所有纖維都能自由活動形成三維纏結的纖維束。
本發明另一優選是具有靈活性，在修改初始松密度時很少影響支撐松密度，反之亦然。這樣人們便可調節用短纖維或纖維束填充的最終產品的壓縮曲線並可直接聯繫到拉伸和膨鬆的工藝方法條件。在聯合工藝方法中用短的反應時間逐漸調節松密度是將質量控制在規定限度內的必要條件。在這樣一種聯合的高生產率的工藝方法中重要的是要有高度的靈活性來調節產品的性能不僅在纖維生產的步驟上而且在纖維轉變成纖維束的步驟上。本發明的BCF法和翻滾工藝方法使我們能夠做到這一點。
檢驗方法的說明下面是在本發明的例子中使用的檢驗方法。圓筒松密度測量本方法用來測量纖維束或其他纖維束產品的壓縮特性，其方式與測量羽毛和羽絨的填充能力十分相似。本法系將300g的鬆散材料如纖維束小心地放置在-500mm高、290mm直徑的圓筒內，再用一塊640平方cm的壓板以100m/分的速率加壓在該材料上一直到最大壓力達到120N。然後使壓板立時向上移動將材料鬆開。第一次壓縮的目的只是使材料均勻，消除虛假的松密度；測量是在第二次壓縮時完成的。在給定壓力下的高度量出該材料的特性。在墊塊上的松密度測量松密度測量按傳統在美國Massachusetts州Canton的Instron公司供售的Instron機上進行，用該機附帶的10cm直徑的壓板加壓，量出壓縮力與試樣墊塊高度之間的關係。墊塊首先被一次加壓到60N，然後鬆開，再行加壓。在第二次壓縮周期時高度隨著壓縮力的變化在下面的表2中列出。初始高度(IH2)為在第二壓縮周期開始時的高度，而在60N的高度為墊塊在第二壓縮周期內在60N下的墊塊高度。
舉例在下列這些例子中，所有纖維繫從聚對苯二甲酸乙二酯生產的聚酯纖維。所有用來生產本發明例子中纖維束的供給纖維是在Neumag公司(德國Neumunster)的先驅廠的3D機上生產的，而用來生產纖維束的設備為Lorch的型號ML10S，是由德國Esslingen的Lorch公司供售的。
比較對象ASdtex的聚酯短纖維，切段長度32mm，具有實心的圓形截面，用0.6％的矽酮潤滑劑潤滑，具有由不對稱噴射聚冷長絲而產生的螺旋形捲曲。該長絲是從原始的聚合物紡出，使用法國Course Laville的Laroche公司供售的Laroche公司開松機開松。纖維於是移動通過由德國Monchengladbach的Trutzschler兩合公司供售的Trutzschler(清潔能手)拍打機將短纖維撕裂成適當大小的纖維簇。將10kg的纖維簇吹入到空氣翻滾機(Lorch公司供售，直徑127cm，長度449.5cm)內以320rpm的轉速翻滾75秒，接下來在另一方向翻滾75秒(共150秒)，這樣來形成纖維束。纖維束從空氣翻滾機中吸出被收集到織造的聚丙烯袋內。然後用圓筒松密度法測量產品的松密度。
例16.7dtex的聚酯短纖維，切段長度為32m，具有實心圓形截面，被0.6％矽酮潤滑劑潤滑，具有由後面要說明的BCF熱設定膨鬆法產生的散亂的三維曲線延伸的長絲捲曲，移動通過開包機和Laroche的開松機，然後通過Trutzschler的清潔能手使其室保持開啟為的是至少部分裂開纖維的結塊。整個負載(能供應的全部數量為8.5kg，而標準負載為10kg)被吹入到與比較對象A相同的空氣翻滾機內以320rpm的轉速加工。但在例1中，這個BCF纖維只須在每一方向加工10秒鐘(共20秒)，與使用螺旋形捲曲的供給纖維的比較對象A所需的每一方向25秒相比，比較對象A費時為例1的7.5倍。
例1使用的聚酯短纖維的製造和膨鬆的工藝方法如下。聚酯小片(回收的IV 0.61級的聚合物，而比較對象A使用的是原始的聚合物)被乾燥15小時並紡製成圓形(實心)的長絲通過542根毛細管，產量為33.2kg/時(2個位置，每一位置271根毛細管)，使用的聚合物溫度為296℃，抽出速率為380m/分，立即被拉伸(紡拉)，使用3組如下的拉伸輥90℃，418m/分(拉伸到1.1倍)；160℃，1806m/分(拉伸到4、3倍)；170℃(減速排出，50m/分)；噴射膨鬆使用的蒸汽為220℃的溫度，80巴的壓力；然後以1590m/分的速率被潤滑，使用一連串的噴射器敷設與比較對象相同的聚二甲基矽氧烷型潤滑劑，提供相同的潤滑劑水平(0.6％)，以1590米/分的速率切成短纖維。將短纖維送入真空包裝的袋內在一帶上通過爐子，在170℃至少10分鐘使短纖維上的潤滑劑硬化。
例2在本例內使用的供給纖維與例1相同，只是加工成纖維束的工藝方法被修改以便顯示至少部分纖維結塊被消除的效果。纖維通過開包機和Laroche的開松機被加工，然後移動通過清潔能手，再在與比較對象相同的條件下在Lorch的翻滾機內加工。負載為9.0kg，例1的負載為8.5kg，而比較對象A的標準負載為10。發生這個偏差的原因是由於纖維的受限制的供應能力。在本例中纖維在滾轉之前的加工所產生的產品的尾狀物的數目非常顯著地減少，具有改進的纖維束結構和增加的松密度，可與比較對象A的松密度匹敵，如從表1可以看到。在例2中產品的填充能力(在低負載下的松密度)與比較對象A相等，而支撐松密度(在120N下的高度)約高出10％。
例36.0dtex的空心聚酯纖維，切段長度為32mm，與前類似地被潤滑和捲曲，只是稍有不同如下纖維繫從IV0.62級的聚合物(從原始聚合物的小片熔出)紡出，通過560根具有「C」形的毛細管，因此產生略為偏心的空心長絲，具有大約10％的空隙含量，抽出速率為450m/分，第一組拉伸輥(90℃)的速率為468m/分(拉伸比1.04x，第二階段的拉伸比僅為3.9x)，用於噴射膨鬆的蒸汽壓力為8.5巴(230℃)。
這些纖維(4kg)被加工，如同例1，通過Trutzschter的清潔能手，同樣使其室保持開啟，再在相同的空氣翻滾機(Lorch公司的如用比較對象A)中以320rpm的轉速轉75秒(全部)，不改變方向。纖維束然後被吸入到織造的聚丙烯袋內。
上述試驗中的每一種纖維束產品的松密度都在圓筒中量出，結果在下面的表1中列出。
例3的纖維需要較長的時間或較高的轉速才能達到與例2的結構可比的纖維束結構。這可能是因為例3的纖維具有極高的捲曲水平。這可從表1中看到例3的纖維束具有較高的松密度。
表1
應該注意到例3產品的松密度值總是最佳的，遠比用作比較對象的商業產品優越。拿例1的產品與商業產品相比，就第二壓縮周期開始的初始高度(初始松密度)而言，前者接近後者；但就最大負載時的高度(支撐松密度)而言，前者反而大於後者；另外前者由空氣翻滾製成，只需20秒鐘，而後者要21/2分鐘。
重要的是還要注意到一些與產品有影響的重大因素商業產品一般需要從供給纖維的製造和膨鬆地點用真空包裝運送到完成空氣翻滾的地點，而本發明的例1的產品可不需；本發明的產品只是生產了較少數量的纖維和纖維束，因此缺少機會來優化加工條件，而商業產品已製造了好幾年，在該期間工藝方法和產品已進行優化；還有例1的產品是由回收的聚合物製成的，而商業產品一般是由原始聚合物製成的。
松密度測量是在兩個墊塊上，其中一個就是上面所說的比較對象A，而另一個墊塊為比較對象B。兩個墊塊都具有相同的尺寸(50×50×10cm)。比較對象B使用的纖維束基本上與比較對象A相同只是稍有不同，即空氣翻滾機是在360rpm的轉速下操作的，這樣製成的商業產品具有大約低5-7％的初始高度和提高的支撐松密度(牢固度)，這對家具墊是合適的。比較對象B的墊塊用675g的這種商業產品填充。由於例3的產品具有較高的松密度，因此只需574g便可填充這個墊塊。如從表2可見，按照本發明的例3的墊塊雖然填充重量較小，但具有較高的松密度，即顯然較輕而較龐大。
表2
業內人士可從上面列出的本發明的說明中獲得教益，從而可對本發明作出各種修改。這種修改應被認為屬於本發明的權利要求所列出的範圍之內。
權利要求
1.一種表面改性的短纖維，所說纖維的特徵為具有三維曲線雜亂的原始捲曲。
2.權利要求1的表面改性短纖維，其中纖維具有2到20dtex的細度和10-100mm的切段長度，纖維另有特徵為具有每10cm長度發生次數超個6個捲曲的繼髮捲曲。
3.權利要求1的纖維，其中纖維用矽酮聚合物如具有矽為纖維重量0.02到1.0％的聚二甲基矽氧烷來表面改性。
4.權利要求1的纖維，其中纖維用聚氧化亞烴的嵌段共聚物和其他聚合物如聚乙烯或聚亞烷基聚合物來表面改性，其中表面改性劑的重量百分比為纖維重量的約0.1到約1.2％。
5.權利要求1的纖維的混合物具有至少一種其他纖維包括粘合劑纖維，其時權利要求1的纖維具有混合物的重量的至少70％。
6.用權利要求1的纖維填充的枕、被、家具墊、睡袋、服裝和類似物品。
7.用權利要求1到4的纖維生產的非織造物品。
8.一種纖維束具有多根散亂分布和纏結的纖維，其特徵為，纖維束具有多根表面改性的短纖維，其中纖維的特徵為具有三維曲線雜亂的原始捲曲。
9.權利要求8的纖維束，其中纖維具有2到20dtex的細度和10-100mm的切段長度，纖維另有特徵為具有每10cm長度發生次數超過6個捲曲的繼髮捲曲，其中纖維束具有約2mm到約15mm的平均直徑。
10.權利要求8的纖維束，其中纖維用矽酮聚合物如具有矽為纖維重量0.02到1.0％的聚二甲基矽氧烷來表面改性。
11.權利要求8的纖維束，其中纖維用聚氧化亞烴的嵌段共聚物和其他聚合物如聚乙烯或聚亞烷基聚合物來表面改性，其中表面改性劑的重量百分比為纖維重量的約0.1到約1.2％。
12.權利要求8的纖維，其中以重量計至少50％的纖維束具有一個橫截面，其中每一纖維束的最大尺寸不超過最小尺寸的兩倍。
13.權利要求9的纖維，除權利要求9的短纖維外，還具有另一種纖維，這另一種纖維以重量計可佔纖維束內總纖維重量達30％。
14.用權利要求8的纖維束填充的枕、被、家具墊、睡袋、服裝和類似物品。
15.一種生產以三維曲線雜亂的原始捲曲為特徵的短纖維的工藝方法，包括下列步驟(a)合成的聚合物從熔體紡製成絲，並冷卻該聚合物生產出固化的連續長絲；(b)固化的長絲在被加熱輥帶動前進時被拉伸；(c)用加熱的乾燥流體在合成聚合物的第二轉變溫度之上的一個溫度使長絲噴射膨鬆；(d)將長絲冷卻到合成聚合物的第二轉變溫度之下；(e)在線將長絲切割成段以便產出短纖維；(f)將表面改性劑敷設到纖維上以便產出表面改性的纖維；(g)硬化表面改性的纖維。
16.權利要求15的工藝方法，其中步驟(e)在步驟(f)之前完成。
17.權利要求15的工藝方法，其中步驟(f)在步驟(e)之前完成，使表面改性劑被敷設到長絲上，然後表面改性長絲被切割以便生產出表面改性的短纖維。
18.權利要求15的工藝方法，其中硬化的纖維被打包以便日後加工或被直接用於聯合的工藝方法以便生產出纖維束、非織造物或類似產品。
19.權利要求15的工藝方法，其中纖維在纖維束成形設備內被滾轉成為纖維束。
20.由權利要求15的工藝方法製成的表面改性短纖維。
全文摘要
本發明涉及表面改性的短纖維,更具體點說,涉及聚酯纖維填充材料和纖維束,它們由完全聯合的膨鬆連續長絲(BCF)法製成。
文檔編號D04H1/54GK1357064SQ00809114
公開日2002年7月3日 申請日期2000年6月16日 優先權日1999年6月18日
發明者J·S·阿恩, F·布拉克爾曼, I·馬庫斯 申請人:納幕爾杜邦公司