生產包芯彈性紗的噴氣法的製作方法

2023-12-02 01:20:11 5

專利名稱：生產包芯彈性紗的噴氣法的製作方法
技術領域：
這個發明涉及由彈性體紗和相對無彈性紗組合製成的彈性紗，特別是，涉及牽伸彈性體紗和使用噴氣纏結和熱處理兩步組合彈性體紗和無彈性紗。在製造時可以經濟地取捨複合紗的各項特性以便提供在針織和機織織物中改進的和所需的特徵。
背景技術：
彈性體紗包括在纖維一紡絲過程中生產的單根或多根彈性體纖維。「彈性體纖維」指的是一種連續的長絲，它有與任何皺縮無關的超過100％的斷裂伸長，和當拉伸到它的兩倍長度時，保持一分鐘，然後鬆開，在鬆開一分鐘之內回縮到小於它原先長度的1.5倍。這樣的纖維包括，但不局限於，橡膠、Spandex(斯潘德克斯)或彈性體纖維、聚醚酯、和彈性酯。彈性體纖維應與「彈性纖維」或「彈力纖維」相區別，後兩種纖維已經用這樣的方式進行處理以便有能力進行伸長和收縮。這樣的纖維有適當的收縮能力，和包括，但不一定局限於，由假捻變形、捲曲等形成的纖維。
許多年來為了促進可接受的針織或機織的方法，和為各種終端用途的織物提供有可接受特徵的彈性複合紗，彈性體纖維，如Spandex，已經用相對無彈性的纖維包覆。相對無彈性的纖維不像彈性體纖維可拉伸和回復到相同的程度。相對無彈性紗的實例是合成的聚合物如尼龍或聚酯。在這個說明書內，我們將用「無彈性纖維」或「無彈性紗」稱呼相對無彈性纖維。
用無彈性纖維包覆彈性體纖維的各種方法是已知的和在使用中，包括空心錠子包覆、包芯紡紗、噴氣纏結和改良的假捻變形。每種方法有它各種優點和缺點，因此對各種無彈性餵進紗、包芯彈性紗和終端用途織物可選擇應用每種方法。
在美國專利3,940,917號(Strachan)中描述了噴氣纏結作為Spandex彈性體紗的包覆方法。與空心錠子包覆方法比較，這個方法的主要優點是方法的速度，即Spandex可以用復絲合成無彈性紗包覆的速度。空心錠子包覆方法的一般速度高至25米/分，而噴氣纏結的一般速度是500米/分或更高，或者生產能力約為20倍或更多。但是如Strachan指出的那樣，噴氣包覆的複合紗有某些缺點；特別是，這樣的複合紗有環結從包覆的組份中伸出，部分遮擋針織的組織開口，造成針織品看起來更加無光澤(對透明來說)。還有，在針織品中伸出的環結，在針織操作中和終端針織品使用時都將增加所遇到的困難。例如，在穿著針織品時伸出的環結更容易被絆住或鉤住造成拉出線跡，產生衣服損壞。企圖解決這個問題，Strachan的專利建議應用雙組份紗作為包覆組份，通過在針織品染色和整理工序中激活雙組份紗的不同收縮和加捻，能大大改善針織組織開口。但是，使用雙組份包覆紗，增加更多的費用，所以該工業正在尋求成本較低的方法來達到改進針織組織開口。
由先有技術噴氣包覆方法製成的包芯彈性紗的彈性特性，主要是由彈性體餵進紗的彈性特性和旦尼爾(denier)確定的。彈性特性的特徵在於紗的機械應力-應變性能，和相關的特徵，如到斷裂的伸長率、斷裂時的韌度、彈性模量、和在各種紗伸長時的回覆力。這些彈性特性依次與織物特性有關，如物理的尺寸、織物無負荷拉伸能力、和使用中壓縮或舒適的程度。
噴氣包覆包芯彈性紗的成本主要由包括在複合紗中彈性體紗的材料成本確定。依次，彈性體紗的材料成本由彈性體紗在複合紗中的重量比例和彈性體紗的每磅成本確定。重要的是，彈性體紗的每磅成本取決於該紗的線密度，或旦尼爾；即，細的旦尼爾或小直徑的初紡彈性體紗在每磅的基礎上一般是更加貴。對許多彈力服裝的應用來說，為了獲得所需服裝的彈力、回復和舒適特性，使用細的旦尼爾彈性體紗來產生複合紗。在包覆過程中，一般將彈性體紗拉伸，或牽伸，以便在用無彈性紗包覆它時提供所需的操作應力和減小它的旦尼爾。不僅對噴氣法，而且對所有先有技術的包覆方法都是這樣的。因為彈性體餵進紗是旦尼爾較高、成本較低的初紡紗，所以在生產複合紗之前牽伸彈性體紗到較細的旦尼爾來降低成本。由此可見，在包覆過程中獲得甚至更高的牽伸比是可以導致成本進一步降低的。
但是，這裡對彈性體紗可以牽伸達到的程度是有限制的。例如，美國專利3,387,448號(Lathem)表示，可將Spandex牽伸(拉伸)到它原先長度的500％(6x)和在溫度範圍為180°F到700°F的加熱室中經過熱固化穩定在細的旦尼爾，和英國專利GB1,157,704號指出，可將彈性體長絲在溫度高至300℃的加熱室中加熱下牽伸到700％(8x)，取決於加熱室的類型和在加熱室中長絲的停留時間。還可參看，美國專利6,301,760號(Beard)。因此，該工業在彈性體紗包覆方法中連續尋求達到更高牽伸比的方法。
由於用彈性-包覆紗製成各種各樣的服裝，由於各種服裝終端用途所需的不同的織物彈力特徵，如果某種彈性體紗可在高速下應用噴氣纏結法用無彈性紗進行包覆生成複合紗，同時改良和取含所得的包芯彈性紗的彈性特性，這將是非常有利的。在不同服裝應用的許多場合中，這種能力將不再需要在噴氣包覆法中改變餵進彈性體紗的旦尼爾和/或其他技術指標，或者在二級方法中去改進複合紗的彈性特性。儘管已知可以通過熱處理改變彈性體紗的各項特性，該技術沒有提出為了達到複合紗彈性特性所需的取捨，同時用噴氣纏結法生產複合紗所需的方法或操作條件，而將注意力轉到通過使用較高旦尼爾的彈性體紗作為開始的材料和用單組份無彈性紗包覆這樣的彈性體紗來降低成本。用連續、高速的方法來同步生產噴氣纏結的、包覆的和熱處理的包芯彈性紗，將使該工業受益，其中與先有技術噴氣包覆方法比較，該方法使用單組份無彈性包覆紗改進針織線跡的開口，和/或降低所述包芯彈性紗的成本，和/或合乎需要地取捨由所述複合紗生成的針織或機織織物的彈性特性。

發明內容
在第1方面，本發明是生產包芯彈性紗的一種方法，它包括如下各步(a)拉伸10到140旦尼爾和1到15根凝集絲的彈性體紗到它鬆弛長度的2.0到7.0倍同時將紗加熱到在約80℃到約150℃的溫度範圍內；(b)聯合餵進拉伸過的彈性體紗和10到210旦尼爾與有至少5根長絲的無彈性紗通過纏結彈性體紗和無彈性紗的流體纏結噴絲頭以便生成包芯彈性紗，所述無彈性紗被供給到噴絲頭有1.5％到6.0％的超餵；(c)將包芯彈性紗加熱到在約150℃到約240℃之間的最高溫度；和(d)在將複合紗纏繞到包裝中之前，將加熱的複合紗冷卻到約60℃或更低的平均溫度。優選地，在步驟(a)中用在線加熱器加熱彈性體紗其停留時間小於0.5秒。優選地，在步驟(c)中用在線加熱器加熱包芯彈性紗其停留時間小於一秒。
優選地，彈性體紗是Spandex和由各根，但有6到25旦尼爾範圍的凝集絲組成。優選地，無彈性紗是合成的連續復絲紗，如尼龍或聚酯。
在優選的方法中包芯彈性紗以每分鐘350到700米的速度從流體纏結噴絲頭排出。此外，彈性體紗在被牽伸通過流體纏結噴絲頭時可被拉伸高至它長度的額外的2倍。
按照本發明的第2方面，在將彈性體紗和無彈性紗引入到纏結流體噴絲頭之前第2次牽伸彈性體紗通過第2加熱區。因此，將10到140旦尼爾和1到15根長絲的彈性體紗拉伸到它鬆弛長度的2.0到5.0倍同時在第1加熱區內將紗加熱到約80℃到約220℃的溫度範圍之內。接著，將彈性體紗進一步拉伸到它已拉伸長度的另外2.0到3.0倍同時在第2加熱區內將紗加熱到約80℃到約220℃的溫度範圍之內。所以，在將彈性體紗送料到纏結流體噴絲頭之前，可將它拉伸到總共8倍以上和高至10到15倍它鬆弛的長度。與本發明的第1方面一樣以相同的方式然後執行剩餘的纏結、加熱和冷卻的各步驟。
在本發明的第3方面，生產包芯彈性紗的方法包括如下各步驟(a)拉伸10到140旦尼爾和1到15根長絲的彈性體紗到它鬆弛長度的2.0到5.0倍同時將紗保持在環境溫度下；(b)聯合餵進拉伸過的彈性體紗和10到210旦尼爾與有至少5根長絲的無彈性紗通過纏結彈性體紗和無彈性紗的流體纏結噴絲頭以便生成包芯彈性紗，所述無彈性紗被供給到噴絲頭有1.5％到6.0％的超餵；(c)將包芯彈性紗加熱到在約150℃到約240℃之間的最高溫度；和(d)在將複合紗纏繞到包裝中之前，將加熱的複合紗冷卻到約60℃或更低的平均溫度。另一種是，在步驟(b)中在彈性體紗通過流體纏結噴絲頭時進一步將其拉伸到它拉伸過長度的高至2.0倍。
本發明有獨特的優點，生成的包芯彈性紗製成服裝時有良好的組織質量，包括最特別的針織襪類。已經發現，如果使Spandex組份、Spandex紗的每根絲的旦尼爾和在牽伸區中的加熱溫度都最優化的話，可將彈性體紗，特別是Spandex，在與無彈性紗纏結之前在所加的熱量下牽伸到更細的旦尼爾。此外，在將彈性體紗(特別是Spandex)引入到纏結噴絲頭之前加上第2次牽伸步驟可獲得更好的結果。既使彈性體紗在進入纏結噴絲頭之前在初始牽伸區中沒有加熱，通過加熱噴氣纏結的包芯彈性紗仍可獲得組織清晰度的改進。


圖1是實現本發明方法可以使用的牽伸、噴氣包覆和加熱設備的示意前視圖；圖2是圖1設備的示意側視圖；圖3是實現本發明方法可以使用的牽伸、噴氣包覆和加熱設備另一個實施例的示意前視圖；圖4是最大單步牽伸潛能對紗溫度的曲線圖，表示Spandex組份和Spendex溫度對最大單步牽伸的影響；圖5是最大單步牽伸潛能對紗溫度的曲線圖，表示每根絲的旦尼爾和Spendex溫度對最大單步牽伸的影響；圖6是最大牽伸潛能對紗溫度的曲線圖，表示兩步牽伸和單步牽伸對相同Spendex組份可達到的最大牽伸的影響；圖7A是由先有技術噴氣包覆法生產的包芯彈性紗(見表4，柱1)製成的針織組織的顯微放大照片；和圖7B是本旭有的包芯彈性紗(見表4，柱2)的針織組織的顯微放大照片。
具體實施例方式
首先參考圖1和2，圖中表示已經修改用來實現本發明第1實施例的方法的工業噴氣包覆機。該工業機器是瑞士Schaerer SchweiterMettler AG公司的型號為SSM DP C。它經過修改以便包括在彈性體紗(如Spandex)牽伸區中的無接觸在線輻射加熱器和包括在纏結噴絲頭之後無接觸在線對流加熱器。在圖1和2中示意地表示改進的SSM機10。雖然表示的這種改進的SSM機是為了說明本發明的方法，但是也可以使用其他噴氣包覆機和也可以進行其他的改進。本發明並不局限於各種加熱區的特定類型的加熱器或者特定類型的牽伸輥。為了適應現有的空間和預算加熱器類型、牽伸輥直徑的各種改變和紗路徑的改動都在本發明的範疇之內。
下面參考使用Spandex作為包芯彈性紗芯的彈性體紗組份將描述本發明製作包芯彈性紗方法的第1、第2和第3實施例。如果選擇Spandex作為彈性體紗，Spandex紗可以有10-140旦尼爾和紗中有1-15根絲，取決於總的Spandex的旦尼爾。在Spandex的幹紡法中這些絲一般是凝集的，從而作為單絲纏繞復絲紗。在凝集之前每根絲的旦尼爾一般範圍在6-25之間。
參考圖1，從供應包12按控制的速度通過控制速度輥14供給Spandex紗。經過引導16和經過在線輻射型加熱器18將Spandex紗傳送到卷取控制速度輥20。當輥20的表面速度大於輥14的速度時在輥14和20之間拉伸，或牽伸Spandex。對圖示的改進SSM機10，在這些輥14和20之間的表面速度或牽伸比是在2.0x到4.5x之間；但是可以改動輥14的直徑以便能將Spandex在這種設備布置中牽伸到高達10x。
應將Spandex加熱到在80℃到150℃的範圍內的最大溫度。加熱器18的表面溫度將取決於加熱器的類型(接觸或無接觸)、Spandex紗在加熱器中的停留時間、Spandex紗的旦尼爾和Spandex的組份。對接觸加熱器，表面溫度應在Spandex的零-強度溫度之下。(「零-強度溫度」是這樣的溫度，在該溫度下一米長的紗線在它自身重量的作用下斷裂。對大多數Spandex組份，零-強度溫度通常在195℃-220℃的範圍內。)無接觸加熱器，如輻射或對流加熱器，可以有高於零-強度溫度的表面溫度，為了當紗在加熱器內停留時間較短時很快提升紗的溫度。如在圖1和2中所示，加熱器18是有40釐米長的輻射加熱器。為了將Spandex紗加熱到所需的溫度，它的表面溫度可在100℃到300℃的範圍內用於熱牽伸。可選擇地，在進入加熱器18之前可將Spandex預熱，如用加熱的輥(未表示)接觸加熱。
繼續參考圖1和2，無彈性紗從紗包22軸向取出並經過引導和張緊裝置(23到24)在控制張力的情況下傳送到控制速度輥26。無彈性紗可以是全牽伸或部分牽伸的假捻變形單組份紗，或者是全牽伸或部分牽伸有總的旦尼爾10-210雙組份紗和至少5根絲來達到與Spandex充分的纏結和包覆Spandex。無彈性紗從輥26向前到纏結噴絲頭30有超喂，優選地從1.5％到6.0％。為了達到這個超喂，將輥26的表面速度給定為相對輥28的表面速度大1.5％到6％。
同時，藉助輥28的作用通過纏結噴絲頭30拉出Spandex紗。改變輥28的表面速度使其大於或小於輥20的速度，使Spandex機器的牽伸比在輥20和輥28之間從2x超餵變化到2.0x的牽伸，在輥14和輥28之間從2x牽伸變化到7.0x牽伸。通過供給噴絲頭的高壓流體(如空氣)的作用使Spandex在纏繞噴絲頭30內與無彈性紗進行空氣-纏結。纏結噴絲頭30可以是工業類型的，如Heberlein型號P212或P221(從瑞士的Heberlein公司有售)，和操作在5+/-1.5巴(bar)的壓力下。通過噴絲頭的紗的速度可在350-700米/分鐘的範圍內。
當Spandex用無彈性紗包覆後複合紗40從纏結噴絲頭30排出，並從輥28向前通過無接觸對流型在線加熱器32。畫在圖1和2中，對流型在線加熱器32有一米長。為了充分加熱包芯彈性紗40，使紗40第1次通過加熱器32，和經過引導34折返第2次通過加熱器32。因此，紗兩次完全通過加熱器32，使紗在加熱器中有2米總的通過長度。然後紗40經過引導36和在將它卷到輥38之前冷卻。對流加熱器表面溫度的範圍在150℃到240℃。相對輥28的輥速度適當地選擇輥38的卷取速度，能進行包芯彈性紗40經過加熱器的張力控制和使生成的卷取包裝最優化。最優包裝的生成包括包裝有可接受的穩定性，沒有脫落的終端，和可接受的退卷性能。取決於所需包芯彈性紗的特性和包裝的生成，輥28的表面速度應該是大於卷取驅動輥的速度0-6％。
從加熱器32出口之後，應該使包芯彈性紗充分冷卻，從而使紗的特性在將紗卷到卷取輥28上不會受到不利的影響。對Spandex來說，已知在卷取之前將Spandex冷卻到約60℃或更低就是足夠了。在圖1和2中表示的設備結構中，冷卻是在加熱器32出口到卷取輥38包裝之間約2-3米長的路徑上由周圍空氣對紗進行冷卻。紗在卷取之前通過的精確距離部分取決於所用的冷卻方法，如果使用輔助冷卻，如冷卻輥、冷卻空氣或高速空氣來加速冷卻，那末可以縮短這個距離。
圖3表示設備50，可以使用它實現該方法的另一個實施例。相同的參考數字代表在圖1和2中說明的相同元件。但是，在圖3中的SSM設備50是進一步修改的，以便在Spandex進入纏結噴絲頭30之前能進行Spandex紗兩步的熱牽伸。為了達到這個目的，安裝了40釐米的輻射加熱器52，和另一組牽伸輥54。在輥14和54之間兩步加熱牽伸所完成的總牽伸範圍在4.0x到10.0x，有可能高至15.0x。因此，從輥12來的Spandex在輥14和20之間被牽伸約2.0x到5.0x，同時在輻射加熱器18內加熱。在加熱器18內最大紗的溫度在約80℃到約220℃之間。然後Spandex在輥20和54之進一步牽伸另外的2.0x到3.0x同時被加熱器52加熱。在加熱器52內最大紗的溫度是在約150℃到220℃，和可以是與加熱器18的加熱相同的溫度給定或不同的溫度給定。取決於Spandex紗所需的特性，加熱器52表面溫度的範圍在100℃到300℃。
當然通過使加熱器18和52中一個或兩個不工作，和適當地給定輥20和54的牽伸速度，可以使用圖3中表示的設備50來實現Spandex在噴絲頭纏結之前單步牽伸。總的來說，輥14、20和54的作用如Spandex牽伸的控制門，可以獲得在不同溫度下和總的牽伸條件下單步或兩步Spandex的牽伸。
另一種是，可以使用在圖1和2中表示的設備10，通過關閉加熱器18實現在環境溫度下單步牽伸。可以牽伸彈性體紗(拉伸到它鬆弛長度的2.0到5.0倍)同時將紗保持在環境溫度下。隨後，可將拉伸過的彈性體紗和從包22來的無彈性紗一起供料通過流體纏結噴絲頭30，使彈性體紗和無彈性紗纏結生成包芯彈性紗。優選地，供給噴絲頭的無彈性紗是超餵1.5％到6.0％。然後使紗通過加熱器32可將包芯彈性紗加熱到在約150℃到約240℃之間的最大溫度。在將其纏繞到輥38上的包裝之前冷卻該複合紗40。
將Spandex紗的最大牽伸潛能定義為牽伸該紗支持而不斷裂。一般來說，Spandex在室溫下總的牽伸比是由它的斷裂伸長率減去在連續系統中加工Spandex時的安全係數或限制來決定的。對Spandex的連續噴氣纏結，取決於Spandex的組份/伸長率，通常使用的最大牽伸為4.5x或以下。雖然已經被告知，如果牽伸時加熱Spandex可以增加Spandex的最大牽伸極限，但是很奇怪，使用按照本發明的方法我們對不同的Spandex組份在所用的牽伸條件下獲得一致的6.5x和以上(高至10.5x)的牽伸比。更令人驚奇的是，Spandex在噴絲頭纏結之前的兩步加熱牽伸獲得一致的8.0x以上的牽伸比。
本發明對Spandex彈性體紗有特定的優點。在包覆過程中獲得更高的Spandex牽伸比是降低包芯彈性紗生產成本的一種方式、通常紡低旦尼爾，如20旦尼爾的Spandex比紡較高旦尼爾，如70旦尼爾的Spandex成本更高。因此，在複合紗生產過程中可以使用較高旦尼爾的Spandex作為起始材料就能達到節省成本。
最大牽伸極限值包括在初紡紗包裝(筒管)中卷裝的彈性體紗(如Spandex)的任何牽伸或牽拉。紡絲的這個剩餘牽伸值被稱為包裝鬆弛，PR，從而接著加工總的牽伸值為Dt＝(V1/V2)*(1+PR)式中Dt是總的牽伸，和V1/V2是從紡後牽伸起，輥的表面速度的牽伸比。一般，PR的數目從0.05變化到0.25。
如上面本發明的背景技術中指出的那樣，噴氣纏結法(如在Strachan的美國專利3,940,917號中表示的)製成的包芯彈性紗，它有從複合紗表面突出的無彈性包覆紗的特徵環結。在由這些複合紗針織成的針織織物中，環結部分遮擋了針織組織之間的開口，使所得的針織襪類無光澤。因為需要很透明的針織襪類，Strachan專利建議可以使用雙組份無彈性包覆紗(由兩個在加熱時有不同收縮率的聚合物組份製成的長絲)以便在織物整理工序時通過聚合物組份不同收縮的機理提高透明度。但是，在製造中雙組份紗比單組份紗顯然要更貴。令人驚奇地，我們已經獲知本發明可以大大改進用單組份無彈性紗(如尼龍)和彈性體紗(如Spandex)製成的複合紗結構，從而使由這樣複合紗針織和加工的針織品比標準噴氣構造成的紗同樣製成的針織襪類有更好的透明度。對Spandex牽伸、噴氣纏結、和複合紗後熱處理採用合適的加工條件，從生成的複合紗可獲得組織清晰度的改進。
實例這些實例說明本發明的能力，和用其他彈性體紗包覆方法過去得不到的獨特結果。這些實例對所描述的設備結構給出優選的加工條件，它們是說明的一種手段，並不能全部代表本發明的能力。
進行了一系列的實驗室試驗，以便確定Spandex紗的溫度、Spandex紗的特性、和多步牽伸對最大潛在的Spandex牽伸的影響。對單步牽伸，將一米長的對流加熱器在其前後裝設一組牽伸輥。給定加熱器的溫度在20℃到160℃之間變化。兩組輥的速度差乘以決定總的牽伸的(1+PR)。選擇紗在加熱器中的停留時間為6秒以便確保紗在離開加熱器之前已經達到平衡溫度。對每個試驗的溫度，以增量0.2x逐步增加牽伸，直到Spandex紗斷裂。
圖4是曲線圖表示3根不同化學組份的40旦尼爾的Spandex紗的最大牽伸潛能，每根有4根凝集絲。Spandex I、Spandex II、SpandexIII的包裝鬆弛係數(PR)分別為0.10、0.12和0.12(對各化學組份下面參看表1)。所有紗的最大牽伸潛能隨著溫度增加直到達到最大值。隨後，最大牽伸開始減小。在圖4中各條曲線的形狀和水平是依賴組份的，組份類型III的紗是最高的。
表1試驗的Spandex(Lycra)聚合物的化學組份

另一系列的試驗改變紗的溫度和一種Spandex組份的每根絲的旦尼爾以便確定溫度和每根絲的旦尼爾對最大牽伸潛能的影響。對這些試驗來說，使用類型I的Spandex聚合物組份。紗是4 0旦尼爾，但試驗用2根、3根或4根絲(40/2、40/3、40/4)。40/2、40/3和40/4紗的包裝鬆弛係數分別為0.10、0.11和0.10。圖5表示最大牽伸潛能相對溫度，和部分還表示對每根絲的旦尼爾。簡而言之，有較高每根絲旦尼爾，如20dpf(每根絲旦尼爾)的紗比有較低每根絲旦尼爾，如10dpf的紗有高得多的牽伸潛能。比較圖4和圖5，Spandex組份類型III在圖4中表示的三種Spandex組份中獲得最高的牽伸潛能，而當紗有較高的每根絲旦尼爾時Spandex組份類型I也可以獲得較高的牽伸潛能。因此，希望使用帶加熱的牽伸方法，對有Spandex組份類型III和有較高的每根絲旦尼爾的紗可以獲得超過10.5x的牽伸比。
第3系列的試驗進一步證明兩步牽伸與單步牽伸比較增加了最大牽伸潛能。圖6比較各個試驗的結果，使用Spandex組份類型I，它有40旦尼爾和4根絲(如40/4)，和PR為0.10。對兩步法，在第一步將Spandex在190℃加熱器溫度下牽伸到3.3x(230％)和有6秒的停留時間。在第二步在指定的溫度(如190℃)下以每次0.2x增加Spandex牽伸，還是6秒停留時間，直到Spandex斷裂。兩步牽伸顯著地增加最大牽伸潛能。希望多步牽伸(3步或多步牽伸)比單步或兩步牽伸得到甚至更高的牽伸潛能，只要所有各步的溫度、牽伸和停留時間是最優化的。但是，我們相信牽伸過的Spandex的每根絲旦尼爾應該至少約為1到2dpf以便獲得最大牽伸結果和在噴絲頭纏結之後仍有可適用的複合紗。
上述的結果是令人驚奇的，所達到很高最大潛在的牽伸比遠遠超過過去的結果最大潛能是8.0x。用彈性體紗的最優化化學組份，和用每根絲較高的旦尼爾(如20dpf)，和在纏結的噴絲頭之前選擇使用多步牽伸(如兩步或多步)，這些較高的牽伸比(大於8x)可以是可重複地達到的。通過在纏結噴絲頭之前使用多步牽伸對大多數Spandex組份有較高每根絲旦尼爾的，可以獲得較高的牽伸比(大於8.0x)。
對下面1到3實例，用試驗的包芯彈性紗針織成針織織物並與用對照紗得到的織物比較。在義大利的Matec SpA公司的6導紗器織襪機Matec HF6.6(4英寸針盤，402針)上用不同包覆的紗針織成婦女的連褲襪，操作在每分600轉，織成每道襪子式樣。將該機用作2個導紗器的機器，在一個導紗器上用S捻矩針織包覆紗和在另一個導紗器上用Z捻矩針織相同的包覆紗以便生成平衡的針織物。所有襪類樣品都針織成相同的中等尺寸(全部都針織成腿部2502道，調節針跡尺寸以便獲得燙平襪子平的展開寬度在大腿為46cm和在小腿為29cm)。對要用於測量組織清晰度或開口的襪類，在410道和810道之後將標誌線插入到大腿區域中。針織之後，針織襪類常規地經過剪裁、縫紉和染色加工。
在所有試驗情況下，用下述特徵來評估針織織物組織清晰度—組織清晰度是各種針跡目視開口的測量，它與襪類的透明度有關。
染色襪類尺寸，橫寬計量—在選擇無定形板襪類時消費者觀察的樣品襪類尺寸。
有定形板襪類尺寸—已經用定形板包裝銷售給消費者的樣品襪類尺寸。
哈特勒(Hatra)壓力分布，染色襪類-哈特勒壓力分布是沿著腿部靜態襪類壓縮力的測量，與穿著時它的功能度有關。
下面給出這些試驗中某些的附加描述測量連褲襪中組織清晰度的方法。
為了定量地測量透明度的差別，我們使用合適的裝置來測量傳送透過針織襪類樣品的光和定量表示各個結果。在所有的情況下，襪類樣品都在相同的針織機上針織的和使用標準的檢查板拉伸到相同橫向和長度的形變，因此由試驗本身不會產生在針跡開口中的差別。還有，拍了顯微放大的照片做針跡開口精確的檢查。在圖7A和7B中分別包括用常規彈性紗和按照本發明的彈性紗針織成的樣品襪類32x放大的代表性顯微放大照片。在襪類的大腿區域測量組織清晰度。為了保證襪類總是相等地展開和分析相同的地方，將襪類樣品的腿拉在平的梯形的檢查板上，該板有110cm長，上端圓周25cm和下端圓周41cm。優選地，襪子是染成黑色和檢查板是白色的以便增加在針跡的開口區域和包覆紗之間的對比度。在針織時在410和810道之後引入標誌線，在各道和針織都已經相等之後這些線分離約19cm。將襪拉到檢查板，它展開相同的長度和寬度。但是，襪沿著它的長度大體上是相等的。通過輕輕地按摩表面，使各道和各針織找到它們的平衡。在樣品的中部在兩條標誌線中間進行組織清晰度測量。
然後在MZ-12傳導顯微鏡下(德國，Leica公司製造)在兩條標誌線的中間觀察帶著襪子樣品的檢查板。由日本Sanyo公司生產的型號為VCC-2972的彩色CCD-相機將圖像傳送給裝備視頻顯示卡「Pinnacle/Studio PCTV-Vision」的個人計算機。對顯微鏡應用2x放大，得到PC圖像的32x放大。接著應用「Photoshop-Version 5」軟體(以Adobe，SanJose，加利福尼亞)將數字圖像變成黑白照片。為了確定針跡的開口區選擇一個灰度的範圍，和選擇灰度的另一個範圍以便確定Spandex和無彈性紗，如襪類中的尼龍，的複合紗。從0到244的灰度範圍等於是黑的，從245到255的範圍等於是白的，選擇灰度將測量的區域畫成灰度的函數。這就獲得基本上雙峰分布，一個是尼龍(黑的)和一個是開口區域(白的)，並有一點噪音幹擾這是由於從針跡的反射造成的。在圍繞245範圍內選擇該區域是零。然後應用軟體「Image tool，version 2.03」(Texas Healtah Science Center大學，San Antonio，Texas美國)計算開口面積，沒有被絲或紗掩擋的百分比。開口面積增加5％代表在組織清晰度和襪類細薄度、或透明度上非常顯著的改進。
對每個圖像分析和平均包含140個針跡的區域。在每個襪類樣品上測量18個區域和統計分析。
測量染色襪類尺寸，橫寬計量的方法將襪子樣品平放在桌子上和使用測量帶人工測量襪類長度和寬度。
測量有定形板襪類尺寸的方法將每個襪類樣品放在尺寸3的模板上並使其通過CorteseFissato Donna 684定形機，在機內樣品暴露在120℃的飽和蒸汽中。定形之後作為染色的襪子測量襪類尺寸。
哈特勒壓力分布法，染色的襪子使用標準的英國Segar公司的HATRA裝置進行襪子壓力的測量，在襪子的腳踝關節、小腿和大腿部分測量。
在下面的實例4中，使用本發明的包芯彈性紗製備機織織物。這種織物與標準噴氣包覆法的紗機織的織物比較。在雙織機上，型號P7100-390由瑞士Sulzer公司製造，將紗機織成3∶1斜紋圖案。在緯紗中使用對照紗和本發明的紗，密度為22根緯紗/cm。由棉紗NumberEngllish(Ne)(英制紗線支數)20/1組成經紗，密度為24根/cm。所得織物在從瑞士，Santex公司來的機器上蒸汽熔烘回縮，然後在從義大利，MCS公司來的噴射式染色機中在沸騰下洗滌和染色。最後，織物在從德國，Brueckner公司來的拉幅機上加熱60秒，給定在190℃和120cm寬。
分拆機織織物的下述特徵重量裁下100cm2的織物樣品和在標準紡織品試驗環境中(21℃+/-1℃和65+/-2％RH)調溼16小時後稱重。
Spandex含量將100cm2織物樣品分離成它的各組份。在16小時調溼之後，對Spandex紗稱重和計算它的百分比％含量。
織物伸長率至少離開織物布邊10cm，裁下調溼的織物樣品330mm(緯)×60mm(經)。接著在緯紗方向將樣品拆散至50mm寬。在試樣上用兩條平行線畫出250mm的試驗長度。然後將試樣安裝在伸長度速率恆定的試驗機上，使夾子的內邊緣精確地位於劃在試樣上的兩條線上。將試樣在0-30牛頓之間循環3次和計算出最大的伸長率。
織物回復能力樣品的製備和試驗與評價織物伸長率相同。從第3無負荷曲線圖上在特定的伸長率處讀出回復能力。
織物增長將織物試樣伸長到織物伸長率的80％，然後保持在這個狀態30分鐘。接著讓它鬆弛60分鐘，在這時測量織物的增長和按它的原先長度計算百分比％。如果織物伸長率的80％是大於35％，那麼增長試驗所用的伸長就限制在35％。
尺寸的穩定性。
在調溼的織物試樣上按預定的距離做出永久性的標記。在洗滌和乾燥之後，對試樣進行重新調溼，和再次測量標記之間的距離。在織物鬆弛的尺寸之間的變化計算尺寸的穩定性。
實例1
在這個實例中用本發明紗針織成的襪類與用標準噴氣包覆法的紗針織成的襪類直接比較。兩種方法都在SSM機器上操作，卷取速度為400米/分。
按照本發明的第1方面，在使用纏結前單步熱牽伸組合纏結後熱處理時這個實例比較連褲襪特性對對照襪。將20旦尼爾的Spandex牽伸到包覆紗中與對照襪中12旦尼爾相同的旦尼爾，對照襪由標準AJC無熱處理對照紗製成。給出兩個樣品，其中兩個熱處理樣品所用的唯一變量是在第1牽伸步驟中所用的加熱器溫度(160℃和190℃)。在下面表2中給出詳細的各項方法條件和結果。「AJC」表示「噴氣包覆」或噴氣纏結。
表2


使用上述測量針織品組織清晰度的方法定是表示傳送透過標準數目針織品針跡的光。對與透明度有關的最大清晰度，複合紗線是緊緊固定的，和不應該有松馳的或漂泊不定的纖維從紗中伸出來遮擋光線的傳送。由慢的空心錠子法製造的單層包覆的包芯彈性紗常常有很高的組織清晰度。用標準噴氣纏結法生產的松松固定的包芯彈性紗通常有漂泊不定的纖維從紗中伸出因而得到的針織品針跡一般是最暗淡的。
但是令人驚奇的是，在表2中給出的本發明噴氣纏結紗的組織清晰度在兩種情況中對對照襪都有顯著的改進。在組織清晰度中5％的提高被認為在襪類透明度上非常明顯的改進。
用纏結之前和之後都加熱的複合紗針織成的襪類比較用纏結噴絲頭之前和之後都不進行熱處理的對照複合紗組成的襪類，襪子壓力顯著增加和平的襪子長度僅有適當的增加。因此與標準噴氣纏結法比較，本發明可以提供的連褲襪有大大改進的透明度、更高的哈特勒分布、和由於較高的旦尼爾降低了Spandex餵進紗的成本。這些特性使這些複合紗理想地適合製作透光護腿的連褲襪。
實例2
按照本發明的第二方面，在使用兩步纏結前熱牽伸且合纏結後熱處理時(圖3)這個實例比較連褲襪特性對對照襪。
在下面表3內的特定樣品中，將70旦尼爾的Spandex牽伸至(1)約與對照襪中20旦尼爾Spandex相同的旦尼爾(即約7.5旦尼爾)(ii)約10％低於對照襪的旦尼爾(即約6.7旦尼爾)。
表3




當比較上述兩步牽伸對控制時，組織清晰度基本相等，哈特勒壓力分布移到較高的水平和平襪長度僅有適當的增加。但是總的牽伸水平很高，(高至10.5x在這個實例中)，所以在製造噴氣纏結包芯彈性紗時很適合顯著降低Spandex的成本。通過增加牽伸加熱器的溫度、增加噴絲頭後面加熱器中的溫度、和/或增加在各加熱器中紗的停留時間，可以改進或調節組織清晰度和哈特勒壓力分布兩者。當然這些加熱器溫度、紗的停留時間和紗的旦尼爾必須是這樣，在牽伸加熱器中實際紗的溫度是在80°-220℃的限制之內，和在噴絲頭後面的加熱器中實際紗的溫度在150°-240℃的限制之內。實例1和3還包括說明這些效果的某些情況。
實例3在本發明的另一個實施例中，在室溫下牽伸彈性體紗(如Spandex)，在噴絲頭-纏結步驟之後進行加熱。在表4中列出詳細的方法條件和結果。在這個實例中，在室溫下牽伸Spandex，和對本發明方法和對照都是機器牽伸2.6x。
表4



由本發明方法(在卷取速度為400米/分和加熱給定值在225℃)製成的成品襪類的組織清晰度在內區內從49.2％顯著提高到54.9％。在圖7A和7B中，這兩個樣品32x放大的特徵顯著放大照片說明組織清晰度在49.2％54.9％之間的差別。在圖7B中樣品的針跡開口更大些，與圖7A(對照)中樣品的針跡開口比較有更少的絲的環結遮擋針織品針跡之間的開口。
增加彈性複合紗在加熱器中的停留時間也可導致組織清晰度的提高(在240℃下0.6秒得到組織清晰度為58.0％)。除了組織清晰度，染色襪類和定形後襪類橫向計量的尺寸都有顯著的改進。
實例4在這個實例中，按照本發明的第1方面製成旦尼爾很大的包芯彈性紗。對Spandex紗在加熱的同時進行一步牽伸，接著通過噴絲頭包覆聚酯連續長絲紗，跟著加熱、冷卻和卷取複合紗。對這個實例，使用圖1和2裝設的設備但有如下修改將附加的40cm長輻射加熱器加在輥14和引導16之間，將在纏結前區域中總的加熱器長度增加到80cm以便能有較高的熱輸入。將70旦尼爾Spandex紗牽伸到與在無加熱對照紗中牽伸40旦尼爾Spandex一樣在包覆的紗中大致相同的旦尼爾。包覆紗是由兩個70旦尼爾、變形的聚酯紗組成，每個有34根絲，從而使包覆的供料紗總的旦尼爾為140/68。將使用本發明緯紗的機織織物與使用標準噴氣包覆法的緯紗的織物比較。
下面表5列出各試驗的結果。
表5


令人驚奇地，我們發現了至今用標準Spandex紗不可能產生的所需的織物特性。用本發明的紗生產的織物其織物伸長率增加。同時在低的織物伸長率時織物回復能力顯著增加而織物增長明顯地減小。儘管使用Spandex紗的熱處理來改變紗和織物的特性是眾所周知的，但是在低織物伸長率時高的織物伸長率和高的回覆能力的組合和織物增長的改良是獨特的。這些特性對用機織織物製成的服裝是特別重要的。在回復能力和織物增長方面的優良性能造成衣服更加貼身合適和減小「起拱」傾向，和較高的伸長率提高織物的舒適度。因此這個發明紗也適合於機織服裝。
雖然本發明已經用優選的實施例進行描述，對本發明所屬技術領域的普通技術人員來說將完全可以在本發明的範疇內進行各種改變。所以，應該理解本發明是由下述的權利要求書所覆蓋。
權利要求
1.生產包芯彈性紗的方法，包括a.拉伸10到140旦尼爾和1到15根絲的彈性體紗到它鬆弛長度的2.0倍到7.0倍同時將紗加熱到在約80℃到約150℃的溫度範圍內；b.聯合餵進拉伸過的彈性體紗和10到210旦尼爾與有至少5根長絲的無彈性紗通過纏結彈性體紗和無彈性紗的流體纏結噴絲頭以便生成包芯彈性紗，所述無彈性紗以1.5％到6.0％的超餵被供給到噴絲頭；c.將包芯彈性紗加熱到在約150℃到約240℃之間的最高溫度；和d.在將複合紗纏繞成卷裝之前，將加熱的複合紗冷卻到約60℃或更低的平均溫度。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於彈性體紗是Spandex，它由凝集在一起的旦尼爾在6到25範圍內的各根長絲組成。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於無彈性紗是復絲的合成紗，選自包括尼龍和聚酯的一組紗。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於包芯彈性紗以每分350到700米的速度從流體纏結噴絲頭排出。
5.如權利要求1所述的方法，還包括當將紗牽引通過流體纏結噴絲頭時拉伸彈性體紗直到它長度的另外2倍。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於在在線加熱器內加熱彈性體紗，其停留時間小於0.5秒。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於在在線加熱器內加熱包芯彈性紗，其停留時間小於1秒。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於在將紗牽引通過流體纏結噴絲頭之前將彈性體紗拉伸到它鬆弛長度的至少8倍。
9.生產包芯彈性紗的方法，包括a.將10到140旦尼爾和1到15根長絲的彈性體紗拉伸到它鬆弛長度的2.0到5.0倍同時在第1加熱區內將紗加熱到約80℃到約220℃範圍之內的溫度；b.將彈性體紗進一步拉伸到它已拉伸長度的另外2.0到3.0倍同時在第2加熱區內將紗加熱到約80℃到約220℃範圍之內的溫度；c.聯合餵進拉伸的彈性體紗和10到210旦尼爾與有至少5根長絲的無彈性紗通過纏結彈性體紗和無彈性紗的流體纏結噴絲頭以便生成包芯彈性紗，所述無彈性紗被以1.5％到6.0％的超餵供給到噴絲頭；d.將包芯彈性紗在第3加熱區內加熱到約150℃到約240℃之間的最高溫度；e.在將複合紗纏繞成卷裝之前，將加熱的複合紗冷卻到約60℃或更低的平均溫度。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於彈性體紗是Spandex，它由凝集在一起的旦尼爾在6到25範圍內的各根長絲組成。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於無彈性紗是復絲的合成紗，選自包括尼龍和聚酯的一組紗。
12.如權利要求9所述的方法，其特徵在於包芯彈性紗以每分350到700米的速度從流體纏結噴絲頭排出。
13.如權利要求9所述的方法，還包括當將紗牽引通過流體纏結噴絲頭時拉伸彈性體紗直到它長度的另外2倍。
14.如權利要求9所述的方法，其特徵在於在在線加熱器內加熱彈性體紗，其停留時間小於0.5秒。
15.如權利要求9所述的方法，其特徵在於在在線加熱器內加熱包芯彈性紗，其停留時間小於1秒。
16.如權利要求9所述的方法，其特徵在於在將紗牽引通過流體纏結噴絲頭之前將彈性體紗拉伸到它鬆弛長度的至少8倍。
17.生產包芯彈性紗的方法，包括a.拉伸10到140旦尼爾和1到15根長絲的彈性體紗到它們鬆弛長度的2.0到5.0倍同時將紗保持在環境溫度下；b.聯合餵進拉伸過的彈性體紗和10到210旦尼爾與有至少5根長絲的無彈性紗通過纏結彈性體紗和無彈性紗的流體纏結噴絲頭以便生成包芯彈性紗，所述無彈性紗以1.5％到6.0％的超餵被供給到噴絲頭；c.將包芯彈性紗加熱到在約150℃到約240℃之間的最高溫度；和d.在將複合紗纏繞成卷裝之前，將加熱的複合紗冷卻到約60℃或更低的平均溫度。
18.如權利要求17所述的方法，其特徵在於彈性體紗是Spandex，它由凝集在一起的旦尼爾在6到25範圍內的各根長絲組成。
19.如權利要求17所述的方法，其特徵在於無彈性紗選自一組包括聚醯胺的紗，聚醯胺包括尼龍和聚酯。
20.如權利要求17所述的方法，還包括當將紗牽引通過流體纏結噴絲頭時拉伸彈性體紗直到它長度的另外2倍。
21.如權利要求17所述的方法，其特徵在於在在線加熱器內加熱包芯彈性紗，其停留時間小於1秒。
22.由權利要求1的方法製成的包芯彈性紗。
23.由權利要求9的方法製成的包芯彈性紗。
24.由權利要求17的方法製成的包芯彈性紗。
25.至少部分由權利要求1的方法製成的包芯彈性紗製成的服裝，包括針織襪類。
26.至少部分由權利要求9的方法製成的包芯彈性紗製成的服裝，包括針織襪類。
27.至少部分由權利要求17的方法製成的包芯彈性紗製成的服裝，包括針織襪類。
全文摘要
通過下列步驟以高至700米/分的速度連續生產包芯彈性紗的一種方法(a)在單步或兩步牽伸中將彈性體紗(如Spandex)拉伸(牽伸)2倍(100％)到10.5倍(950％)同時加熱(最大加熱溫度220℃)，(b)與相對無彈性的紗組份噴氣纏結以便產生包芯彈性紗，和(c)接著在線加熱(最大加熱溫度 240℃)包芯彈性紗。最初的牽伸步驟也可在環境溫度執行。所得到包芯彈性紗改進了組織清晰度，特別適合於針織襪類，和可以取捨它的各項特性以便為針織和機織織物提供至今用標準Spandex紗不可能的各項織物特性。
文檔編號D02G3/32GK1768175SQ200480009072
公開日2006年5月3日 申請日期2004年3月26日 優先權日2003年3月31日
發明者W·巴克, B·普爾弗馬克, M·韋爾當, N·P·貝爾圖 申請人:因維斯塔技術有限公司