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CN100453714C - 双组分纤维的高速纺丝方法 - Google Patents

双组分纤维的高速纺丝方法 Download PDF

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CN100453714C CNB018038794A CN01803879A CN100453714C CN 100453714 C CN100453714 C CN 100453714C CN B018038794 A CNB018038794 A CN B018038794A CN 01803879 A CN01803879 A CN 01803879A CN 100453714 C CN100453714 C CN 100453714C
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Abstract

本发明提供了一种高度卷曲、充分拉伸的双组分纤维，它是通过熔体纺丝、然后进行气流骤冷、热处理以及高速卷取而制备的，所述纤维为细分特且高度均匀的聚酯双组分纤维。

Description

双组分纤维的高速纺丝方法
相关发明的相互参照
本申请是共同待批申请09/708,314(2000.11.8申请)的部分继续，而后者又是共同待批申请09/488,650(2000.1.20申请)的部分继续。
发明背景
发明领域
本发明涉及一种以高速制备充分拉伸的双组分纤维的方法，更准确地说，本发明涉及这样一种方法：将两种聚酯从喷丝板进行挤塑、使纤维通过冷却气、拉伸、热处理、和以高速卷取纤维。
背景技术说明
合成双组分纤维是已知的。US3,671,379披露了基于聚(对苯二甲酸亚乙酯)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)的所述纤维。在该参考文献中披露的纺丝速度很慢，在经济上是不合算的。日本专利特许公报JP11-189923和日本专利JP61-32404也披露了在制备双组分纤维中使用共聚多酯。US4,217,321披露了：对基于聚(对苯二甲酸亚乙酯)和聚(对苯二甲酸四亚甲酯)的双组分纤维进行纺丝及在室温和低拉伸比下对其进行拉伸。然而，与US3,454,460中披露的聚酯双组分纤维一样，所述的纤维具有低的卷曲程度。US4,405,686教导了一种包含弹性组分的双组分纤维。
如在US4,687,610；4,691,003；5,034,182；和5,824,248及WO95/15409中所述，业已建议了若干种装置和方法，以便以高速对部分取向的单组分纤维进行熔体纺丝。通常，在这些方法中，将冷却气引入喷丝板之下的区域中并在新形成的纤维的运行方向上使其加速。然而，所述纤维不会自动地卷曲，因此，没有所希望的高的伸张和回缩性能。
目前，仍然需要制备可高度卷曲的、聚酯双组分纤维的经济的方法。
发明概要
本发明的方法用于制备在热定型后卷曲收缩值在约30％以上的、充分拉伸的卷曲双组分纤维，该方法包括如下步骤：
(A)提供在组成上不同的两种聚酯；
(B)从喷丝板使两种聚酯进行熔体纺丝，从而形成至少一根双组分纤维；
(C)将至少一股气流提供至喷丝板之下的至少一个骤冷区中，并在纤维运行方向上使该气流加速至最大速度；
(D)使纤维通过所述区(一个或多个)；
(E)以一定的牵引速度牵引纤维，以使选择的最大气体速度与牵引速度之比能获得特定的拉伸比范围；
(F)在约50-185℃的温度和约1.4-4.5的拉伸比下对所述纤维进行加热和拉伸；
(G)通过将纤维加热至足以导致热定型后卷曲收缩值在约30％以上的温度，对其进行热处理；和
(H)以至少约3,300米/分钟的速度卷取纤维。
本发明的另一方法用于制备在热定型后卷曲收缩值在约30％以上的、充分拉伸的卷曲双组分纤维，该方法包括如下步骤：
(A)提供具有不同特性粘度的聚(对苯二甲酸亚乙酯)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)；
(B)由喷丝板使所述聚酯进行熔体纺丝，从而形成具有并置或偏心核壳截面的至少一根双组分纤维；
(C)将气流提供至喷丝板之下的骤冷区中；
(D)使纤维通过该骤冷区；
(E)牵引纤维；
(F)在约50-185℃的温度和约1.4-4.5的拉伸比下对纤维进行加热和拉伸；
(G)通过将纤维加热至足以导致热定型后卷曲收缩值在约30％以上的温度，对其进行热处理；和
(H)以至少约3,300米/分钟的速度卷取纤维。
本发明的双组分纤维是约0.6-1.7分特/长丝的纤维，所述纤维具有在热定型后至少30％的卷曲收缩值，并且包含聚(对苯二甲酸亚丙基酯)和选自聚(对苯二甲酸亚乙酯)和聚(对苯二甲酸亚乙酯)的共聚多酯的聚酯，所述纤维具有并置或偏心核壳截面和基本上呈圆形、椭圆形或雪人形的横截面。
附图简述
图1阐明了用于本发明方法中的横流骤冷熔体纺丝装置。
图2阐明了用于本发明方法中的顺流超大气压骤冷熔体纺丝装置(如US5,824,248中图2所示)。
图3阐明了能够用于本发明方法中的辊子排列的实施例。
图4阐明了用于本发明方法中的顺流超大气压骤冷纺丝装置，其中使用两个骤冷区。
图5是实施例1和2的纤维卷曲收缩(“CCa”)和卷取速度(windupspeed)之间关系的图示。
图6示出了用于本发明方法的顺流、低于大气压骤冷纺丝装置。
图7是能够用于本发明方法中的辊子和喷丝头排列的另一实施方案。
图8阐明了能够通过本发明的方法和细旦数(分特)聚酯双组分纤维制得的横截面形状的实例，以及本发明的高度均匀聚酯双组分纤维横截面形状的实例。
图9是能够用于本发明方法的另一横流骤冷体系的图示。
发明的详细说明
业已令人惊奇地发现，双组分纤维能够利用横流、径向流动或顺流的骤冷气体进行纺丝，以获得高度卷曲的高速进行牵引、充分拉伸、以及热处理。令人意想不到的是，考虑到高拉伸速度和高拉伸比(即高卷取速度)，竟能够制备出所述高度卷曲的双组分纤维。
在本发明中使用的“双组分纤维”指的是包含沿纤维长度方向彼此紧密粘附的一对聚合物的纤维，以致使纤维的截面是例如并置形、偏心核-壳形或其它合适的截面形状，由此，能够产生有用的卷曲。“IV”指的是特性粘度。“充分拉伸”纤维指的是双组分纤维，它适用于例如无需进一步拉伸的纺织、针织以及制备无纺织物。“部分取向”纤维指的是具有相当多但不完全的分子取向并且在用于编织或针织之前需要进行拉伸或拉伸变形的纤维。“顺流气流”指的是沿纤维运行方向的骤冷气流。“牵引速度”指的是设置在骤冷区和拉伸辊之间的喂料辊的速度并且有时称之为纺丝速度。符号“//”用来分开在制备双组分纤维时的两种聚合物。“2G”指的是乙二醇，“3G”指的是1，3-丙二醇，“4G”表示1，4-丁二醇，而“T”表示对苯二甲酸。因此，例如“2G-T//3G-T”表示：包含聚(对苯二甲酸亚乙酯)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)的双组分纤维。
在本发明的方法中，两种组分上不同的聚酯从喷丝板进行熔体纺丝，而形成双组分纤维。所述喷丝板可如US3,671,379中披露的那样进行设计。可使用后聚结(其中在挤出之后首先使聚合物彼此接触)喷丝板或预聚结(其中在挤出之前首先使聚合物彼此接触)喷丝板。如图8所示，通过本发明的方法制得的并置纤维可具有“雪人”(“A”)、椭圆(“B”)、或基本上是圆(“C1”，“C2”)的截面形状。偏心核壳纤维可具有椭圆或基本上是圆的截面形状。“基本上是圆”指的是：在纤维截面中心相互成90°相交的两轴的长度比不大于约1.2∶1。“椭圆”指的是：在纤维截面中心相互成90°相交的两轴的长度比大于约1.2∶1。“雪人”截面形状可描述为具有长轴和短轴的并置截面，并且当对长轴作图时短轴的长度至少有两个最大值。
与使用顺流还是横流骤冷气流无关，为传送至喷丝板，通常可将2G-T加热至约280℃，而3G-T相应的温度可低于280℃，其中，传送滞留时间至多15分钟。
图1阐明了用于本发明方法中的横流熔体纺丝装置。骤冷气1在喷丝板面3之下通过充气室4、后铰接挡板18和通过筛网5进入区域2，产生与刚从喷丝板中的毛细管(未示出)中纺出、仍然呈熔融态的纤维交叉的基本上为层状的气流。档板18在顶端铰接，并且其位置可调节，以便改变穿越区域2的骤冷气体的流动。喷丝板面3在区域2的顶端之上凹进距离A，以致使骤冷气体直至一延迟之后才与刚纺得的纤维接触，在延迟期间，纤维可以通过凹口的侧面进行加热。或者，如果喷丝板面不凹进的话，通过刚好在喷丝板面之下并与之同轴地设置一短圆柱体(未示出)，可形成一未加热的骤冷延迟空间。如果需要时能够被加热的骤冷气体继续通过纤维并进入包围该装置的空间。只有少量气体被通过纤维出口7离开区域2的移动纤维带走。通过可有可无的整理辊10可对固化的纤维进行整理，然后将纤维输送至图3中示出的辊上。
在本发明中，能够使用提供顺流骤冷气流的各种方法。例如参考图2，由带或不带凹口的喷丝板面3，将纤维6熔纺入区域2中。利用带凹口的喷丝板面，将产生加热的“骤冷延迟”空间，通常由其长度来确定。如果喷丝板面不凹进并且在喷丝板面下同轴地设置一短圆柱体(未示出)的话，可形成一未加热的骤冷延迟空间。骤冷气体1，例如空气、氮气或水蒸汽，通过环形充气室4和圆柱形筛网5，在喷丝板面3之下进入骤冷区域2。当骤冷气为空气或氮气时，可以在例如室温下即约20℃使用，或者可加热至例如40℃；气体的相对湿度通常约为70％。管8(如图所示在其上端可呈圆锥形)密封至充气室4的内壁9上，并提供骤冷气体1和纤维6的唯一出口。引入区域2中的骤冷气体的压力和由管8提供的颈缩将在区域2中产生超大气压，例如为约0.5-5.0英寸水柱(约1.3×10-3-1.3×10-2kg/cm2)，更通常为约0.5-2.0英寸水柱(约1.3×10-3-5.1×10-3kg/cm2)。所使用的压力取决于骤冷室的几何构形以及纤维的牵引速度。骤冷气体可从上面引入，例如从环绕喷丝板的环形空间引入，或者从侧面引入，如US5,824,248图2所示。优选从侧面引入，以便使气体能够与纤维更好地接触，从而使冷却更好。纤维和骤冷气体在喷丝板下通过区域2至出口7，骤冷气体在纤维运行方向上由于管8颈缩所致而被加速。骤冷气体的最大速度在管最窄位置处。当使用最小内径为1英寸(2.54cm)的管子时，最大气体速度在约330-5000米/分的范围内。在本发明中，对最大气体速度与纤维牵引速度之比进行选择，以致使纤维能够在约50-185℃的温度下，以约1.4-4.5的拉伸比，在喂料辊和拉伸辊之间进行拉伸。通过骤冷气体将纤维6充分冷却固化，然后，通过可有可无的整理辊10，使纤维6进行接触并输送至图3中示出的辊上。
另外，本发明的方法也可利用示于图4中的顺流骤冷气流装置而实施。在该方法中，纤维6由可有可无凹口的喷丝板面3熔纺入区域2a中。第一骤冷气流1a在可有可无凹口的喷丝板面3之下，通过第一环形充气室4a和第一圆柱形筛网5a进入第一骤冷区域2a中。第一锥形或圆锥形管8a连接至充气室4a的第一内壁9a上。管8a的内径能够如图所示连续地收敛或能够一开始收敛一预定的长度，然后使内径基本保持恒定。第二骤冷气流1b通过第二环形充气室4b和第二圆柱形筛网5b进入第二骤冷区域2b，并在第二骤冷区域中与第一骤冷气流混合。第二管8b连接至充气室4b的第二内壁9b上。如图所示，管8b的内径可一开始收敛然后扩张；但也可以使用其它的构形。骤冷气体1在纤维运行方向上被管8a和8b加速，然后可通过最后的出口7和可有可无的多孔排空扩散圆锥11排出。取决于气流1a和1b，最大气体速度在管8a或8b的最窄位置处。纤维6通过骤冷区域2a和2b，通过纤维出口7排出骤冷装置，然后能够通过可有可无的整理辊10进行接触，然后按例如图3、7和9所示沿加热、拉伸和热处理辊以及喷丝头通过。在第一骤冷区中使用的压力通常高于第二骤冷区中的压力。
通过本发明的方法预期也可以制备双组分聚酯纤维，在制备过程中，利用了通过在喷丝板之下的区域中施加低于大气压的压力而在纤维运行方向上被加速的骤冷气体。例如，可使用示于图6中的装置。在图6中，新形成的纤维6离开喷丝板面3并进入骤冷区域2。真空源37通过减少湍流的多孔圆柱体5a和5b将骤冷气体(例如室温空气或加热空气)吸入区域2中。或者，还可以提供环64，以便防止新纺得的纤维马上与骤冷气体接触。同样地，还可对档板74进行设置，以便控制骤冷气流。骤冷气体和纤维6通过漏斗8，气体速度如所述的那样被加速。另外也能够在漏斗8的底部和管35的顶部39之间引入另外的气体，并且还能够布置可有可无的气体喷丝头60，以便提供更多的气体，尤其是沿着管35的内侧，以便使纤维6接触管35的内侧的危险最小化。管35在喇叭口58处向外张开。对漏斗8和喇叭口58的形状进行设计，以使湍流最小化。当骤冷气体进入室43中时，其速度将减小，当其进入室49中时，其速度将进一步减小，因此减少了湍流的危险。多孔圆柱体47将进一步帮助减少湍流。通过各种装置，例如通过利用阀53、节流阀55和速度计57，能够增加对骤冷气体速度的控制。纤维6通过出口7离开装置的这一部分，借助可有可无的整理辊10传送，然后能够进行另外的处理，例如通过图3、7和9中所示的辊和喷射系统对纤维进行处理。或者，在出口7处能够提供陶瓷纤维导纱器46。
确定喂料辊13的速度，且基本上与牵引速度相等。当使用横流、径向流等气流时，牵引速度可在约700-3500米/分的范围内，通常约为1000-3000米/分。当使用顺流骤冷气流时，牵引速度可在约820-4000米/分的范围内，通常约为1000-3000米/分。
然后，例如通过加热的拉伸辊、拉伸喷丝头或通过热室中的辊子，对双组分纤维进行加热和拉伸。有利的是利用热拉伸辊和蒸汽拉伸喷丝头两者，尤其是当希望获得线密度大于140分特的高度均匀的纤维时。在图3中所示的辊子的排列是在实施例1、2和4中使用的系统，并且发现可用于本发明方法。然而，也能够使用获得所希望结果的其它的辊子排列和装置(例如在图7和9中示出的那些)。可通过一步或二步拉伸进行拉伸。在图3中，纤维6(刚刚从例如图1、2、4或6所示的装置中纺得)可通过(可有可无的)整理辊10输送，沿驱动辊11、沿惰轮辊12、然后沿加热喂料辊13运行。喂料辊13的温度可在约20-120℃的范围内。然后，可通过加热的拉伸辊14对纤维进行拉伸。拉伸辊14的温度可以约为50-185℃，优选约为100-120℃。拉伸比(卷取速度与牵引速度或喂料速度之比)在约1.4-4.5的范围内，优选约为2.4-4.0。在辊对13内的每个辊能够以与另一辊相同的速度进行操作，在辊对14内也是如此。
在被辊14拉伸之后，可通过辊15对纤维进行热处理，通过可有可无的未加热的辊16(该辊调节纱线的张力以便令人满意地进行卷取)，然后卷至卷取辊17上。另外，也可利用一个或多个其它的加热辊、蒸汽喷丝头或加热室如“热箱”或其组合进行热处理。例如通过图3中的辊15，以基本恒定的长度进行热处理，该热处理能够将纤维加热至约140-185℃，优选加热至约160-175℃。热处理的时间取决于纱线的旦数；重要的是，纤维能够达到热定型后足以使收缩值在约30％以上的温度。如果热处理温度太低，在高温时，在张力下的卷曲将减少，并且将增加收缩。如果热处理温度太高，由于频繁的纤维断裂，该方法的可操作性将变得很困难。优选的是，热处理辊和拉伸辊的速度基本相等，以便在该方法中在这时保持纤维的张力基本恒定(例如0.2cN/dtex或更大)，由此避免了纤维卷曲的损失。
辊子和喷丝头的另一种排列如图7所示。刚纺得的双组分纤维6可通过可有可无的主整理辊10a和可有可无的交织喷丝头20a进行输送，然后沿未加热的喂料辊13运行。纤维可通过拉伸喷丝头21进行拉伸，所述喷丝头可在0.2-0.8巴(2040-81600kg/m2)的压力和180-400℃的温度下进行操作，并且均通过辊14进行热处理和拉伸，所述辊14能够将纤维加热至约140-185℃，优选约160-175℃的温度。对于图3中所示的排列，所使用的拉伸比可与上述的具有相同的范围。然后，在通过交织喷丝头20b进行非强制性交织时，使纤维6通过可有可无的辊22运行(任选地以低于辊14的速度操作，以便使纤维松驰)，并再沿可有可无的辊16运行(调节纤维的张力以令人满意地进行卷取)，通过可有可无的整理辊10b，并最终至卷取辊17上。
最后，卷取纤维。当使用横流骤冷气流时，卷取速度至少约为3300米/分，优选至少约4000米/分，更优选为约4500-5200米/分。当使用顺流骤冷气流和一个骤冷区域时，卷取速度至少约为3300米/分，优选至少约4500米/分，更优选约为5000-6100米/分。如果使用顺流骤冷气流和两个骤冷区域时，卷取速度至少约为3300米/分，优选至少约4500米/分，更优选约5000-8000米/分。
卷取的纤维可以具有任何的尺寸，例如0.5-20旦/长丝(0.6-22分特/长丝)。业已发现，能够以低、中或高纺丝速度，制备新颖的聚(对苯二甲酸乙二酯)//聚(对苯二甲酸亚丙基酯)纤维，其尺寸约为0.5-1.5旦/长丝(约0.6-1.7分特/长丝)，并且具有并置或偏心核壳型截面和基本上圆、椭圆或雪人形横截面形状。为了高卷曲收缩值，例如上述的约30％，优选的是，所述新颖纤维中，聚(对苯二甲酸乙二酯)与聚(对苯二甲酸亚丙基酯)的重量比在约30/70至70/30的范围内。令人意想不到的是，所述细纤维能够可靠地充分拉伸，以得到所述的高卷曲值。
当将本发明的许多纤维复合成纱时，该纱可具有任何的尺寸，例如高达1300分特。利用本发明的方法能够纺出任何数量的长丝，例如34、58、100、150或200。
业已令人意想不到地发现，利用低于约2.5％、通常在1.0-2.0％的低平均分特(旦)分布，将能够制备高度均匀的双组分纤维，所述纤维包含两种聚合物，当通过其自发卷曲来指示时，它们对于其环境将产生不同的反应。由于更少的纤维断裂导致研磨效率和加工性能得以改善，因此，均匀的纤维是有价值的；而且由所述纤维制得的织物视觉上是均匀的。
本发明的方法能够作为配合的方法或分开的方法进行操作，其中，在牵引步骤后卷取双组分纤维，然后为热拉伸和热处理步骤而将纤维复绕。如果使用分开的方法，在没有过多迟延下进行下面的步骤，通常迟延低于约35天、优选低于约10天，以便取得希望的双组分纤维。也就是说，在纺得的纤维由于老化变脆之前完成拉伸步骤，以便避免在拉伸期间纤维过多的断裂。如果希望的话，可将未拉伸的纤维冷冻储存，以减少该潜在问题的发生。在拉伸步骤之后，在拉伸纤维明显松驰之前(通常在低于1秒时间内)，完成热处理步骤。
在由本发明方法制得的双组分纤维中，两种聚酯的重量比约为30/70至70/30，优选约40/60至60/40，更优选约45/55至55/45。
在本发明方法中使用的两种聚酯具有不同的组分，例如2G-T和3G-T(最优选)或2G-T和4G-T，并且优选的是具有不同的特性粘度。其它的聚酯包括聚(2，6-二萘二甲酸亚乙酯)、聚(2，6-二萘二甲酸亚丙基酯)、聚(二苯甲酸亚丙基酯)、聚(对苯二甲酸环己基1，4-二亚甲酯)、聚(对苯二甲酸1，3-环丁烷二亚甲酯)、和聚(二苯甲酸1，3-环丁烷二亚甲酯)。对于所述聚合物，有利的是其特性粘度和组分两者均不相同，例如使用IV约为0.45-0.80dl/g的2G-T和IV约为0.85-1.50dl/g的3G-T，以便取得在热定型后至少30％的卷曲收缩值。当使用IV约为0.45-0.60dl/g的2G-T和IV约为1.00-1.20dl/g的3G-T时，将能够获得在热定型后至少约40％的卷曲收缩值的优选组合物。然而，这两种聚合物必须足够相似，以便相互粘结；否则的话，双组分纤维将分裂成两根纤维。
在本发明方法中使用的一种或两种聚酯可以是共聚多酯。例如能够使用共聚(对苯二甲酸亚乙酯)，其中，用来制备共聚多酯的共聚单体选自：直链、环状和支链、具有4-12个碳原子的脂族二羧酸(例如丁二酸、戊二酸、己二酸、十二烷二酸和1，4-环己烷二甲酸)；除对苯二甲酸以外并且含8-12个碳原子的芳族二羧酸(例如间苯二甲酸和2，6萘二甲酸)；直链、环状和支链、具有3-8个碳原子的脂族二醇(例如1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-甲基-1，3-丙二醇和1，4-环己二醇)；以及具有4-10个碳原子的脂族和芳脂族醚二醇(例如，氢醌双(2-羟乙基)醚、或分子量低于约460的聚(乙二醚)二醇，包括二乙二基醚二醇)。所述共聚单体在共聚多酯中的含量约为0.5-15摩尔％。
由于间苯二甲酸、戊二酸、己二酸、1，3-丙二醇和1，4-丁二醇易于从市场上得到并且价格便宜，因此，它们是优选的。
共聚多酯可包含少量其它共聚单体，前提是这些共聚单体对纤维卷曲量或其它性质没有不利的影响。这些其它共聚单体包括：磺基间苯二甲酸5-钠，其含量约为0.2-5摩尔％。为控制粘度，也可以掺入很少量的三官能共聚单体，例如1，2，4-苯三酸。
当卷取时，由本发明方法制得的双组分纤维显示出明显的卷曲。虽然在卷装时可能会损失一些卷曲，但在基本松驰状态下进行加热时将“再次产生”卷曲。最终产生卷曲可在干加热或湿加热条件下获得。例如，可有效地在拉幅机中进行干或湿(蒸汽)加热，和在卷染洗涤机中进行湿加热。对于基于聚酯基的双组分纤维的湿加热，发现其有用的加热温度约为190°F(88℃)。或者，最终的卷曲可通过US4,115,989中披露的方法而获得，其中，利用热空气或蒸汽使纤维过量通过膨松喷丝头(bulking jet)，然后沉积至旋转的筛鼓上，用水喷淋，散开，非强制性交织，并卷取。
在实施例中，所应用的拉伸比是在断裂纤维的数量和/或频率不产生明显增加时最大可能的值，并且通常约为90％的断裂拉伸。除非另有说明，图3中的辊13在约60℃进行操作，辊14在约120℃进行操作，而辊15在约160℃进行操作。
聚酯的特性粘度(“IV”)用Y-900型Viscotek Forced Flow粘度计在0.4％的浓度、19℃时并根据ASTM D-4603-96进行测量，但用50/50重量％三氟乙酸/二氯甲烷替代所指定的60/40重量％苯酚/1，1，2，2-四氯乙烷。然后，利用于60/40重量％苯酚/1，1，2，2-四氯乙烷中的标准粘度，对测量的粘度进行校正，从而达到报道的特性粘度值。纤维的IV是通过将聚合物暴露至与聚合物实际纺成双组分纤维相同的操作条件下而测量的，所不同的是，测试聚合物是通过试样喷丝板纺丝(所述喷丝板不将两种聚合物复合成单一的纤维)，然后被收集用于IV测量。
除非另有说明，如实施例中所示制得的双组分纤维的卷曲收缩值按照如下进行测量。利用摇绞纱机，以约0.1克/旦(0.09dN/tex)张力，将各试样制成5000±5总旦(5500分特)的绞纱。在70±2°F(21±1℃)和65±2％的相对湿度下，对绞纱调理最少16小时。由支架将绞纱基本垂直地悬挂，在绞纱的底部悬挂1.5毫克/旦(1.35毫克/分特)的重物(例如，对于5550分特的绞纱为7.5毫克)，使负重的绞纱达到平衡长度，并测量绞纱的长度至1毫米以内并记作“Cb”。为进行耐久性测试，将1.35毫克/分特的重物留在绞纱上。然后，在绞纱的底部悬挂500克的重物(100毫克/旦；90毫克/分特)，并测量绞纱的长度至1毫米以内并记作“Lb”。卷曲收缩值(％)(在热定型之前，如在下面的该测试中所述)“CCb”根据下式进行计算：
CCb＝100×(Lb-Cb)/Lb
除去500克的重物并将绞纱悬挂在架子上并利用仍然保留的1.35毫克/分特的重物，在加热炉中于约225°F(107℃)进行5分钟的热定型，然后从炉中取出架子和绞纱并如上所述调理两小时。对该步骤进行设计，以便模拟商用的干热定型，所述干热定型是在双组分纤维中产生最终卷曲的一种方式。如上测量绞纱的长度，并将其长度记作“Ca”。再次在绞纱上悬挂500克的重物，并如上测量绞纱的长度并将其记作“La”。在热定型之后的卷曲收缩值(％)“CCa”根据下式进行计算：
CCa＝100×(La-Ca)/La。
CCa列于下表中。由该测试得到的热定型之后的卷曲收缩值如果在约30％以上、优选在约40％以上，那么在本发明范围内并且是可接受的。
分特分布(“DS”)，即纤维均匀性的量度，是利用ACW/DVA(Automatic Cut and Weigh/Decitex Variation Accessory)仪(Lenzing Technik)、通过对沿纤维长度的规定间隔内质量的改变进行计算而得到的，其中纤维通过与纤维瞬时质量相应的电容器中的槽。在纤维的八个30米长度内，测量每0.5米的质量，计算在每个长度内最大和最小质量之间的差值，然后在八个长度内取平均值，并以百分比记录除以整个240米纤维长度平均质量的平均差值。为获得“平均分特分布”，对至少三个纤维卷装进行所述的测量。DS越低，纤维的均匀性就越高。
在实施例1-4对双组分纤维进行纺丝中，利用Werner &Pfleiderer共旋转28毫米挤出机使聚合物熔融，所述挤出机的生产能力为0.5-40磅/小时(0.23-18.1千克/小时)。在2G-T挤出机中达到的最高熔融温度约为280-285℃，而在3G-T挤出机中相应的温度约为265-275℃。利用泵将聚合物泵送至纺丝头。在实施例1-4中，利用Barmag SW6 2s 600络纱机(Barmag AG，德国)卷取纤维，所述络纱机的最大卷取速度为6000米/分。
在实施例1-4中使用的喷丝板是具有成圆圈排列的34对毛细管的后聚结双组分喷丝板，在每一对毛细管之间的内角为30°，毛细管的直径为0.64毫米，并且毛细管的长度为4.24毫米。除非另有说明，纤维中的两种聚合物的重量比为50/50。在实施例1和2中纱线的总分特约为78。
实施例1
A.如US5,171,898中所述，在酸性阳离子交换催化剂的存在下，通过丙烯醛的水合作用，以形成3-羟基丙醛而制备1，3-丙二醇(“3G”)。通过已知的方法除去催化剂和任何未反应的丙烯醛，并利用阮内镍催化剂(例如，如US3,536,763中所披露的)使3-羟基丙醛催化氢化。从水溶液中回收产物1，3-丙二醇并通过已知的方法进行提纯。
B.利用以聚合物计60ppm的钛酸四异丙酯催化剂，Tyzor
Figure C0180387900171
TPT(E.I.du Pont de Nemours and Company的注册商标)，利用双容器工艺，由1，3-丙二醇和对苯二甲酸二甲酯(“DMT”)制备聚(对苯二甲酸亚丙基酯)。将熔融DMT加到在酯交换容器中的185℃的3G和催化剂中，并在除去甲醇的同时将温度升至210℃。将得到的中间体转移至缩聚反应容器中，在其中将压力降至1毫巴(10.2kg/cm2)，并将温度升至255℃。当达到所希望的熔体粘度时，增加压力并挤出聚合物、进行冷却、并切成粒料。在212℃操作的滚筒干燥器中，使粒料进一步固相聚合至1.04dl/g的特性粘度。
C.利用图2的装置，对如上步骤B制备的特性粘度为0.54dl/g的聚(对苯二甲酸亚乙酯)(Crystar
Figure C0180387900172
4415，E.I.du Pont de Nemoursand Company的注册商标)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)进行纺丝。喷丝板温度保持在约272℃。在纺丝装置中，圆柱筛网5的内径为4.0英寸(10.2厘米)，筛网5的长度B为6.0英寸(15.2厘米)，圆锥8在其最宽处的直径为4.0英寸(10.2厘米)，圆锥C2的长度为3.75英寸(9.5厘米)，管C3的长度为15英寸(38.1厘米)，距离C1为0.75英寸(1.9厘米)。管8的内径为1.0英寸(2.5厘米)，(后聚结)喷丝板凹入纺丝柱的顶部4英寸(10.2厘米)(在图2中的“A”)，以致使骤冷气体仅在延迟之后与刚纺得的纤维接触。骤冷气体为在约20℃的室温下提供的空气。纤维具有并置或椭圆的截面形状。
在热处理辊上绕约10个纱圈。
表I
Figure C0180387900181
(1)在2.54厘米内径的管中排出纤维。
表中的数据表明：在高牵引速度和卷取速度下，利用本发明的方法和两种聚酯，可获得良好的卷曲。另外，表中的数据还表明：当使用一个顺流骤冷区域时，至少约6100米/分的卷取速度能够成功地用于本发明的顺流气流方法中(参见图5中的曲线“1”，曲线示出了卷取速度的外推法)。
实施例2
利用图1的横流骤冷装置，将Crystar
Figure C0180387900182
4415和实施例1中制得的聚(对苯二甲酸亚丙基酯)纺成并置椭圆形双组分纤维。喷丝板温度保持在约272℃。对于试样10-15，(后聚结)喷丝板凹入纺丝柱的顶部6英寸(15.2厘米)(图1中的“A”)。该区域在喷丝板下的高度(图1中的“2”)为172厘米。对于试样10-13，由筛网5(参见图1)起5英寸(12.7厘米)处进行测量，所述骤冷气流具有下面的分布：
Figure C0180387900191
对于试样14和15，骤冷空气速度约高出50％。
对于试样16和17，不使用凹口(无加热的骤冷延迟空间)，并且骤冷气流具有如下分布，所述分布同样由筛网5起5英寸(12.7厘米)处进行测量：
Figure C0180387900192
得到的纤维的性能列于表II中并用图2中的曲线“2”进行说明。数据表明：利用横流骤冷气体，在令人惊奇的高速度下，能够获得高的卷曲值。在约3500mpm以上的喂料辊速度(牵引速度)，纤维断裂将阻止进行获得高卷曲收缩值的充分拉伸。
表II
Figure C0180387900201
实施例3
使用与实施例1相同的纺丝设备，如实施例1中制得的聚(对苯二甲酸亚乙酯)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)，以2800-4500米/分的牵引速度，纺得34根长丝和49-75分特(1.4-2.2分特/长丝)的并置椭圆形双组分纱线。在没有拉伸的情况下，将纤维卷绕至筒管上。在室温(约20℃)将纤维储存约三周并在约5℃储存约十五天，然后，在12英寸(30厘米)的热鞋形物(90℃)内，以5-10米/分的喂料辊速度对其进行拉伸，并借助使其以恒定的长度通过保持在160℃的12英寸(30厘米)的玻璃管炉而进行热处理。以纤维断裂拉伸量的90％，对其进行拉伸。在该实施例中，借助用连接至线圈底部1.5毫克/旦(1.35毫克/分特)的重物，将纤维线圈挂在架子上并测量线圈长度，而进行拉伸和热处理之后，立即测量卷曲收缩值。然后将100毫克/旦(90毫克/分特)重物连接至线圈的底部，并再次测量线圈的长度。将两个长度值之间的差除以用90毫克/分特重物测量到的长度来计算卷曲收缩值。该方法给出的卷曲收缩值将比“CCa”描述的方法所得到的卷曲收缩值高出至多约10％(绝对值)，结果是，所述值在约40％以上是可接受的。结果概述于表III中。
表III
Figure C0180387900211
(1)在2.54厘米内径的管的纤维口排出
结果表明：在纺丝之后，拉伸能够延迟约五周(例如，在分开的方法中)并且在利用顺流气流纺得的双组分纤维中仍能有效地产生卷曲；并且利用低至约1.4的拉伸比时，仍能够获得有用的卷曲值。
实施例4
使用与实施例1相同的装置和聚合物，所不同的是，未加热骤冷延迟空间(由与喷丝板同轴的未加热圆柱形成)为2英寸(5.1厘米)。牵引速度为2000米/分，拉伸比为2.5-2.6，而卷取速度为5000-5200米/分。利用单个超大气压骤冷区域的压力生产出了椭圆形并置双组分纤维，以致使在管8的出口处相应的空气速度(参见图2)分别为1141米/分和1695米/分。得到的34根长丝和42分特(38旦)[1.1旦(1.2分特)/长丝]的2G-T//3G-T双组分纱线具有意想不到的高卷曲收缩(“CCa”)值，即49-62％，这可与实施例1得到的接近两倍分特/长丝的卷曲值相比。在该低分特时，利用该装置构形和处理条件，更高的速度是不可能的，这是因为在拉伸和热处理期间以及在卷装时纤维的断裂所致。然而，当形成2英寸(5.1厘米)骤冷延迟空间的圆柱体用250℃的带式加热器进行加热并将管8的位置(参见图2)升高，以致使图2中的距离“C1”降至基本为零时，以高达5700米/分、2.85的拉伸比生产出甚至更细的2G-T//3G-T双组分纱线，其具有38分特(34旦)和34根长丝[1.0旦(1.1分特)/长丝]并且具有良好的卷曲收缩值(“CCa”)(40-49％)。因此，对于很细的聚酯双组分纤维，对骤冷延迟空间进行加热并缩短骤冷区域将改善高速处理的连续性。由这些长丝制得的编织物和纺织物将具有很柔软的手感。
实施例5
本实施例阐明在各种条件下利用双区域顺流骤冷。在实施例5A、5B和5C的每一个中，利用图4的纺丝装置和图7的辊和喷丝头排列，将特性粘度为0.52dl/g的聚(对苯二甲酸亚乙酯)(Crystar4415-675)和实施例1步骤B中制备的聚(对苯二甲酸亚丙基酯)纺成34根并置的双组分长丝。用于2G-T的挤出机是4E10/24D型单螺杆Barmag(带有4E4-41-2042型螺杆)。用于3G-T的挤出机是单螺杆BarmagMaxflex(单区域加热，30毫米内径)(带有MAF30-41-3型单螺线螺杆)。通过简单地将染料片添加至聚合物中并测量染料在纤维中出现所需的时间，以及从纤维中消失所需的时间，而测量挤出机排料口和喷丝板面之间输送线中的停留时间。对于2G-T输送线，出现时间为6.5分钟，消失时间为40分钟。对于3G-T输送线，出现时间为4.75分钟，消失时间为10分钟。在低于约260℃的温度下从挤出机中挤出聚(对苯二甲酸亚丙基酯)，并且输送线也处于约相同的温度。在后聚结喷丝板中毛细管之间的角度为30°，而在毛细管出口处其间的距离为0.067毫米。预聚结喷丝板具有16.7毫米的复合的毛细管和埋头孔长度。骤冷气体至少在喷丝板下90毫米进入纺丝柱(图4中的“A”)，以使气体仅在延迟之后首先接触刚纺得的纤维；凹口不有意地进行加热。骤冷气体为在20℃和65％相对湿度下提供的空气。管8a的最小内径为0.75英寸(1.91厘米)，管8b的最小内径为1.5英寸(3.81厘米)。在未加热的喂料辊13上绕五圈半线圈。拉伸喷丝头21在0.6巴(6118kg/cm2)和225℃进行操作，并对蒸汽流进行调节，以控制拉伸点的位置。拉伸辊14也起热处理辊的作用并在180℃进行操作；也在这些辊上绕五圈半线圈。络纱机是市售的Barmag CRAFT 8-经纱络纱机，其卷取速度可达7000米/分。纤维具有并置的截面，并且在实施例5A和5C中，纱线的总旦数为96，在实施例5B中为108旦(分别为107分特和120分特)。其它纺丝条件和截面形状以及卷曲收缩值概述于表IV中。
表IV
Figure C0180387900231
以单卷装的数据计，实施例5B的分特分布为1.36％。表IV中的数据表明：通过利用本发明的方法，能够以很高的速度获得很高的卷曲值。
实施例6
本实施例涉及新颖、高度均匀的双组分纤维，它包含聚(对苯二甲酸亚乙酯)和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)。其中，所用的聚合物、挤出机、纺丝装置、喷丝板凹口、骤冷气体、络纱机、以及辊和喷丝头排列与实施例5相同。使用实施例5的后聚结喷丝板，并且在所有情况下纤维截面形状均为“雪人”形。聚(对苯二甲酸亚丙基酯)离开挤出机时的温度低于约260℃，并且输送线处于约相同的温度。除实施例6.C以外，凹口不有意地进行加热，在实施例6.C中凹口加热至120℃。除实施例6.B以外，喂料辊不有意地进行加热，在实施例6.B中，喂料辊被加热至55℃。调节拉伸喷丝头21中的蒸汽流，以便控制拉伸点的位置。拉伸辊14也起热处理辊的作用并在180℃进行操作。在喂料辊和拉伸辊上绕五圈半线圈。其它纺丝条件和卷曲收缩值概述于表V中。分特分布数据列于表VI中。
表V
Figure C0180387900241
表VI
Figure C0180387900251
实施例7(对比)
本实施例表明了：在制备聚酯双组分纤维时，利用常规横流骤冷能够获得的均匀性值。使用包含0.3重量％TiO2并按照实施例1所述进行制备但IV为1.02-1.06的聚(对苯二甲酸亚丙基酯)，和聚(对苯二甲酸亚乙酯)(Crystar
Figure C0180387900252
4415，IV 0.52)。在独立的挤出机中使聚合物熔融，并在256℃(3G-T)或285℃(2G-T)的熔融温度下，独立地输送至预聚结喷丝板。在纤维中，3G-T的IV约为0.93，而3G-T的IV约为0.52。2G-T与3G-T的重量比为41/59。利用通过垂直扩散筛网由充气室提供的16米/分的空气速度，使挤出的双组分复丝纱在横流骤冷装置中冷却。使用图9的辊和喷丝头排列。在喷丝板面3以下2米处(参见图9)，应用5重量％(以纤维计)的酯基整理剂。纱线6绕喂料辊和相应的独立辊13a 2.5次(2.5times)，通过蒸汽拉伸喷丝头21(在180℃操作)，然后沿拉伸辊14和相应的独立辊14a通过。然后在加热至170℃的热室76中，在拉伸辊14和一对辊15之间进行第二次拉伸。在两个热室辊上总计绕7.5圈。使纱线通过辊22，通过双股交织喷丝头20，然后通过辊16。在整理剂施加器10处再施加相同的整理剂，施加量同样为5重量％。最后，在卷取处17将纱线绕在纸芯管上。辊和卷取速度(米/分)概述于表VII中，而得到的平均分特分布列于表VIII中。
表VII
Figure C0180387900261
表VIII
Figure C0180387900262
(1)实施例7A、卷装1的分特分布为统计异常值，据信不是利用常规骤冷方法得到的聚酯双组分纤维分特分布的真正的值，这可以由实施例7A中得到的高平均分特分布值来证明。
实施例6和7结果的对比证明：本发明能够制备通常是均匀的2G-T//3G-T双组分纤维。

Claims (19)

1.一种充分拉伸的卷曲双组分纤维的制备方法，所述纤维在热定型后具有30％以上的卷曲收缩值，所述方法包括如下步骤：
(A)提供在组成上不同的两种聚酯；
(B)从喷丝板(3)使两种聚酯进行熔体纺丝，从而形成至少一根双组分纤维(6)；
(C)将至少一股气流(1，1a，1b)提供至喷丝板(3)之下的至少一个骤冷区(2，2a，2b)中，并在纤维运行方向上使该气流加速至最大速度；
(D)使纤维(6)通过所述区(2，2a，2b)；
(E)以一定的牵引速度牵引纤维(6)，以选择最大气体速度与牵引速度之比，来获得特定的拉伸比范围；
(F)在50-185℃的温度和约1.4-4.5的拉伸比下对纤维(6)进行加热和拉伸；
(G)借助将纤维(6)加热至足以导致热定型后卷曲收缩值在约30％以上的温度，对其进行热处理；和
(H)以至少约3，300米/分钟的速度卷取纤维(6)。
2.权利要求1的方法，其中，聚酯的重量比约为30/70至70/30，所述纤维(6)具有并置或偏心核壳截面，并且其中对纤维以约820-4000米/分钟的速度进行牵引，加热至100-175℃的温度并进行拉伸，然后借助将其加热至约140-185℃的温度而进行热处理。
3.权利要求2的方法，其中拉伸比约为2.4-4.0，并且借助将纤维(6)加热至约160-175℃的温度而对其进行热处理，并以至少约4500米/分钟的速度进行卷取。
4.权利要求1的方法，其中两种聚酯是聚(对苯二甲酸亚丙基酯)和选自聚(对苯二甲酸亚乙酯)和聚(对苯二甲酸亚乙酯)的共聚多酯的聚酯，所述聚酯的重量比约为30/70至70/30，所述纤维(6)具有并置截面，并且以约1000-3000米/分钟的速度对纤维(6)进行牵引，借助将其加热至约140-185℃的温度而进行热处理，并以约5000-6100米/分钟的速度进行卷取。
5.权利要求1的方法，其中，在超大气压下将气体(1，1a，1b)提供至骤冷区域(2，2a，2b)中，聚合物的重量比约为40/60至60/40，并且将步骤(F)和(G)结合并在约140-185℃的温度下进行。
6.权利要求1的方法，其中两种聚酯是聚(对苯二甲酸亚丙基酯)和选自聚(对苯二甲酸亚乙酯)和聚(对苯二甲酸亚乙酯)的共聚多酯的聚酯，在超大气压下将气体(1a，1b)提供至两个骤冷区域(2a，2b)中，并且聚合物的重量比为40/60至60/40，并借助将纤维(6)加热至约140-185℃的温度而对其进行热处理，并以约5000-8000米/分钟的速度进行卷取。
7.权利要求6的方法，其中所选的聚酯是共聚(对苯二甲酸亚乙酯)，其中用来制备共聚多酯的共聚单体选自：
具有4-12个碳原子的直链、环状和支链脂族二羧酸；
具有8-12个碳原子的芳族二羧酸；
具有3-8个碳原子的直链、环状和支链脂族二醇；和
具有4-10个碳原子的脂族和芳脂族醚二醇。
8.权利要求7的方法，其中，共聚单体选自间苯二甲酸、戊二酸、己二酸、十二烷二酸、1，4-环己烷二羧酸、1，3-丙二醇和1，4-丁二醇，并且在共聚多酯中的含量约为0.5-15摩尔％，并借助将纤维(6)加热至约160-175℃的温度而进行热处理。
9.权利要求1的方法，其中，利用在喷丝板下面骤冷区域(2，2a，2b)中的低于大气压的压力，使骤冷气体在纤维运行方向上加速。
10.一种充分拉伸的卷曲双组分纤维的制备方法，所述纤维在热定型后的卷曲收缩值在30％以上，所述方法包括如下步骤：
(A)以约30/70至70/30的重量比提供在组成上不同的两种聚酯；
(B)从喷丝板(3)使两种聚酯进行熔体纺丝，从而形成至少一根具有并置或偏心核壳截面的双组分纤维(6)；
(C)在喷丝板(3)下面，在超大气压下，将第一和第二气流提供至第一和第二骤冷区域(2a，2b)中；
(D)在第二骤冷区域(2b)中使所述气流合并；
(E)使纤维(6)通过所述第一和第二骤冷区域(2a，2b)；
(F)在纤维运行方向上使气流加速至最大速度；
(G)以约820-4000米/分钟的牵引速度牵引纤维(6)，以使选择的最大气体速度与牵引速度之比能获得一特定的拉伸比范围；
(H)将纤维(6)加热至50-185℃的温度，并在约1.4-4.5的拉伸比下对纤维(6)进行拉伸；
(A)借助将纤维(6)加热至足以导致热定型后卷曲收缩值在约30％以上的温度，以基本恒定的长度，对其进行热处理；和
(B)以至少约3,300米/分钟的速度卷取纤维(6)。
11.权利要求10的方法，其中，两种聚酯是：IV为0.85-1.50dl/g的聚(对苯二甲酸亚丙基酯)和选自聚(对苯二甲酸亚乙酯)和聚(对苯二甲酸亚乙酯)的共聚多酯的、IV为0.45-0.80dl/g的聚酯，拉伸比约为2.4-4.0，并且借助将纤维(6)加热至约140-185℃的温度而对纤维进行热处理，并以至少约4500米/分钟的速度卷取纤维。
12.权利要求11的方法，其中，用来制备共聚多酯的共聚单体选自间苯二甲酸、戊二酸、己二酸、十二烷二酸、1，4-环己烷二羧酸、1，3-丙二醇和1，4-丁二醇，并且在共聚多酯中的含量约为0.5-15摩尔％，另外，以约5000-8000米/分钟的速度卷取纤维(6)。
13.一种充分拉伸的卷曲双组分纤维的制备方法，所述纤维在热定型后具有30％以上的卷曲收缩值，所述方法包括如下步骤：
(A)提供聚(对苯二甲酸亚丙基酯)和选自聚(对苯二甲酸亚乙酯)和聚(对苯二甲酸亚乙酯)的共聚多酯的聚酯，这两种组分具有不同的特性粘度；
(B)从喷丝板(3)使两种聚酯进行熔体纺丝，从而形成至少一根具有并置或偏心核壳截面的双组分纤维；
(C)将气流提供至喷丝板(3)之下的骤冷区域(2，2a，2b)中；
(D)使纤维通过骤冷区域(2，2a，2b)；
(E)对纤维(6)进行牵引；
(F)将纤维(6)加热至50-185℃的温度，并在约1.4-4.5的拉伸比下对其进行拉伸；
(G)借助将纤维(6)加热至足以导致热定型后卷曲收缩值在约30％以上的温度，对其进行热处理；和
(H)以至少约3,300米/分钟的速度卷取纤维(6)。
14.权利要求13的方法，其中所选聚酯和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)的重量比约为30/70至70/30，气流为横流，并且以约700-3500米/分钟的速度对纤维(6)进行牵引，借助将纤维加热至约140-185℃的温度而进行热处理，并以至少约4000米/分钟的速度卷取纤维。
15.权利要求13的方法，其中所选聚酯和聚(对苯二甲酸亚丙基酯)的重量比约为40/60至60/40，并且以约1000-3000米/分钟的速度对纤维(6)进行牵引，以约2.4-4.0的拉伸比进行拉伸，借助将纤维加热至约140-185℃的温度而进行热处理，并以至少约4500-5200米/分钟的速度卷取纤维。
16.权利要求13的方法，其中所选聚酯的特性粘度约为0.45-0.80dl/g，聚(对苯二甲酸亚丙基酯)的特性粘度约为0.85-1.50dl/g，并且所述纤维(6)具有并置截面和选自雪人、椭圆和基本上圆形的截面形状。
17.权利要求13的方法，其中在热定型后双组分纤维(6)的卷曲收缩值在40％以上，并且其中两种聚酯的特性粘度分别为0.45-0.60dl/g和1.00-1.20dl/g。
18.权利要求13的方法，其中用来制备共聚多酯的共聚单体选自：
具有4-12个碳原子的直链、环状和支链脂族二羧酸；
具有8-12个碳原子的芳族二羧酸；
具有3-8个碳原子的直链、环状和支链脂族二醇；和
具有4-10个碳原子的脂族和芳脂族醚二醇。
19.权利要求18的方法，其中共聚单体选自间苯二甲酸、戊二酸、己二酸、十二烷二酸、1，4-环己烷二羧酸、1，3-丙二醇和1，4-丁二醇，并且在共聚多酯中的含量约为0.5-15摩尔％，并借助将纤维(6)加热至约160-175℃而进行热处理。
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