CN1033657C - 新型聚酯填絮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明聚酯填絮由横截面外周边基本为圆形的聚酯单丝构成，该单丝旦数为约5至20，顺其长度方向有至少7个截面基本为圆形的连续孔，其中一孔基本位于中心，其余各孔尺寸基本相等并以基本等间距环绕中央孔，且距中央孔和单丝外周边也是基本等间距。该填絮制备方法是用本发明喷丝孔将聚酯挤出后使其发生聚结作用而形成中空聚酯单丝，再将其切割成短纤维。这种填絮在相同孔隙含量下具有更高硬挺性，因而挤压回复性较优。
Description
本发明涉及新式的聚酯填絮，这种填絮中顺其单丝长度方向具有多个连续的孔隙，本发明还涉及这种填絮的制造方法和用途，以及应用这种新型填絮所絮填的制品。
聚酯填絮(有时称之为聚酯絮填材料)已经广泛用作较为廉价的絮填和/或保暖材料，适用于枕头、垫褥以及其它家用材料，包括铺床材料，也用作服饰材料，现已投入大规模工业生产。最初，象其他种聚酯纤维一样，所使用的也是圆形截面的实心纤维，这些是所制造的最廉价的纤维，而这种圆形截面的聚酯填絮仍作为商品在使用中。但在约20年以前，人们提出并开始使用中空聚酯纤维，如Tolliver在美国专利3,772,137号和Glanzstoff在英国专利1,168,759号中所披露。Tolliver所提出的是单一中空或中心连续轴向中空纤维。其空心的优选形状是非圆形截面的，但也披露了截面接近于圆形的孔，并且由于具有单一圆形和非圆形中心孔的中空聚酯填絮要比实心填絮轻得多(密度更小)，并且因为保暖性能更好，也因为更美观，所以发展到大规模生产。近年来，又出现了一种改进的中空聚酯填絮，如欧洲专利申请267,684号所披露，其特点是围绕着一个实体轴心有四个大小相等、间距相同并且是非圆形截面的空心，于是该单丝的截面为四边形的外围轮廓，并由四个直边和四个圆角所限定，同时还具有锯齿状卷曲构型并带有有光滑剂，使之具有很高膨松度和膨松耐久性，并可改进其柔软性，使之更象天然羽绒填絮。
尽管近数年来对于已提出和已工业生产的具连续轴向孔的聚酯填絮的各种已有构型已有若干改进，令人惊异的是按本发明的改进的聚酯填絮是与以前的构型显著不同并且具有优越性，今分别论证如下。
本发明目的是提供更新型的中空聚酯填絮，这种聚酯填絮的单丝中沿其长度方向有7个或更多个连续孔，其中包括1个中心孔及其周围的6个或更多个孔。同时，本发明另一目的是提出制备这种聚酯填絮的改进方法，其中应用本发明设计的喷丝孔纺制单丝。
按本发明，所提供的聚酯填絮由其横截面外周边基本为圆形的聚酯单丝构成，该单丝的旦数为约5至20，顺该单丝的长度方向有至少7个截面基本为圆形的连续孔，其中一个孔基本上位于中心，其余各孔尺寸彼此基本相等并以基本上等间距环绕该中央孔，并且距该中央孔和该单丝外周边也是基本上等间距的。按本发明的实施方案之一，全部孔隙最好是大小基本相同，并且与相邻孔隙的间距也都基本相等，于是就构成正好七个孔而排列成六边形，即中央一个孔，六角上有六个孔，在后文中将对此着重说明和讨论。
然而，也可以这样安排，就是使中央孔的截面比各边孔稍大，同时使边孔的大小相同并且互相间距相等，而且与中央孔的外围边也是等距的，这样排布的优点是具备一个较大的中央孔；按照这个实施方案，各边孔最好是对称排布的，并且应是偶数，最好共8个，这样，连同中央孔一起共9个孔。
优选的总孔隙含量一般约为8-25％(按该聚酯单丝的横截面积计算，取平均值)。
正如本技术领域已公知并将于后文中说明的那样，使聚酯填絮发生卷曲变形对于它的膨松度和膨松度耐久性是十分重要的，卷曲的数目最好是每英寸大约4-12个卷曲，相当于每厘米大约1.5-5个卷曲。
该种填絮最好用一种耐久性光滑剂进行光滑处理。
按本发明，还提供此种新型聚酯填絮的制备方法，该方法将聚酯通过纺丝板(12)上绕圆周对称排布的至少6个喷丝孔(11)挤压出来，然后使其发生聚结作用而形成其外周边基本为圆形的聚酯单丝，其中顺每一根单丝长度方向上有至少7个截面基本为圆形的连续孔，并且其中一个孔基本上位于中心，其余各孔的尺寸彼此基本相等并以基本上等间距环绕所述中央孔，而且与中央孔和与单丝外周边的间距也基本相等。
按本发明，还提供用此种新型聚酯填絮所絮填的室内用具和服饰制品，包括单独用此种新型聚酯填絮或与其它絮填材料掺混后所絮填的制品。
本发明的新型聚酯填絮在相同的孔隙含量下能够具备更高硬挺性，所以抗压回复性较优，而且经卷曲变形及光滑处理之后具有更优越的摩擦性质和耐久性。
图1是本发明一个实施方案的典型聚酯填絮单丝的横截面显微照片。
图2是一种适用于熔纺图1所示聚酯填絮单丝的喷丝孔的放大图。
图3是表示本发明另一实施方案的横截面图。
本发明者确信，本发明的最基本要素是顺这种圆形单丝长度的多个连续孔的数目和排列方式，以及对于迄今为止所提出的或已使用的聚酯填絮的改进。人们可以推断，其中至少某些优点可通过回顾并与先有技术的构型/横截面相类比或对比就可以得到解释，但是对于迄今为止的聚酯填絮而言，相信各个要素的这种组合还是新的。本发明者相信，圆形的外周形状是很重要的。本发明者还相信，位于中央亦即轴心位置的孔也是一个要素；一般来讲，按本发明的聚酯填絮也具有早先由Tolliver所提出的特征，但本发明的聚酯填絮与Tolliver所发明的构型的区别在于前者提供多个基本上平行的孔，而后者只有一个孔。欧洲专利申请267,684号是提供了多个基本平行的孔(4个)，因此与只有一个轴心孔的Tolliver的聚酯填絮相比已有某些改进，欧洲专利申请267,684号在几个方面有其特点，即横截面的外周基本上是四边形，有一个实体的轴心，并且只有4个连续的平行孔，孔本身不是圆形的并且只是位于四边形的四个角或四个凸瓣部位；正如后文中将指出，本发明的聚酯填絮有可能改进其卷曲构型，而这种卷曲构型相信对于先有技术的聚酯填絮是很难作到，甚至致可能是不能作到的。
虽然本发明并不拘泥于任何操作原理，或由于所涉及的因素很多并且对所得到的改进仍未有完善的了解而不拘泥于任何推测的道理，但可以推断本发明的一个中央孔和多个边孔的构型，由于对相同的孔隙含量能够具备更高硬挺性，所以抗压回复性能较优；并且还可以进一步推断，在卷曲变形之后，该卷曲构型提供了更圆的棱角，而不是有更多锯齿形或锐角的卷曲构型，后一种构型是具有相似孔隙含量的先有技术中的聚酯填絮构型在卷曲变形时常会出现的，这样(再由于横截面的外周是圆形的)，使用时就可以具备更优的摩擦性质和更优的耐久性。图1中所示的构型即可完全具备上述特点，这种构型正好是7个孔，它们的大小相等，相互的间距都一样，换言之，是一种六边形排布方式，本发明者相信这样就是一种优选的结构，既是对称形的，又具有最优的强度：重量对比关系(按其体轻之要求)。但在某些用途中，可能把中央孔扩大(相对于边孔)更好些，因此就利用到Tolliver所提出的有一大的中央孔，同时还具备多孔结构的优点；在此方面，本发明者相信对称的排布是有优点的；换言之，如图3所示，由8个相同大小的边孔21以等间距围绕中央孔22来排布，成为横截面基本为圆形23和总共9个基本上平行孔的单丝，这样，就可提供某些优点，不言而喻，由多个边孔围绕一个中央孔的其它排布方式也是可以的，但一般比六边形填充排布方式的对称性要低一些。
从原理上讲，从聚酯或其他合成聚合物熔纺制取中空单丝的技术在本领域久已公知。H.Bohringer和F.Bolland于Fasefforschung undTextiltechnik，9，No，10(Qctober，1958)，pp 405-416刊载了题为“Development and Evaluation of Profiled Synthetic Fibers WithandWithoutHollow Core”的论文，并于其中引述了数篇其他文献。虽然该文献主要讲的是制造尼龙单丝，供制造纺织物之用，例如用于针织，所以与用作絮填材料的聚酯填絮不同，但就制造中空单丝而言它们的基本构思是相同的。然而，尽管该文献中提出了几种多孔中空单丝，并附有为得到此等多孔中空单丝所用的纺丝板设计，但在此文献(以及另外数篇一起提出的文献)中并未披露出如何制造本发明的构型，亦即有一个中央孔并且总数至少7个孔的基本上圆形的单丝。为了完成现在提出的这个任务，存在相当大困难，并且必须进行大量实验工作，因为单丝和它的孔都太纤细，以及人所熟知的喷丝孔后的膨胀现象和所谓的“倾侧”现象等困难，某些人曾怀疑过在实施中这个任务能否完成。但是如后文所述，应用如图2所示的喷丝孔设计完成了这个任务，在这个喷丝板上排布了6个喷丝孔11(在该纺丝板12的面上)，于是可将聚合物通过每一喷丝孔挤压而出，然后发生聚结作用而形成如图1所示的圆形单丝，其中有7个孔，各孔的大小基本一样，并且相互间距也基本相等。虽然在追溯以往的设计时，可发现本设计是遵循了本技术领域中已示出的一般原理，但正上面提及的，为制成本发明具有一个中央孔的圆形多孔聚酯单丝，必须付出巨大努力和作大量实验才有可能成功。
除去按本发明制成具有特定构型的聚酯单丝之外，该种单丝制造时的各个步骤，包括该聚合物的制备，以及该等单丝的加工，将其加工成为短纤维以及该填絮材料的搬运和作为一些制品的填絮材料的用途，例如制造枕头和其它絮填制品如垫褥，或是制成绗缝絮垫，包括绗缝制品，包括服装等等，都可以按已知的方法来进行，例如在此处和别处所引用的先有技术中所描述的方法。如前所解释，优选的聚酯聚合物一般是聚对苯二甲酸乙二醇酯，因为它的工业产量大而易得，并且价格较廉，并且可以按加工条件选择适当的相对粘度，以便提供作为本发明的基本要素的所需构型。还可以使用一种链支化剂，例如由Broaddus等人于1987年2月11日与本案共同申请的014,246号中所述。
如前所指出，对聚酯填絮进行“光滑”处理长期以来已为公知，并已付诸工业应用，例如使用聚硅氧烷作为光滑处理剂，例如Hoffman的美国专利3,271,189号，Mead等人的美国专利3,454,422号，Ryan的美国专利，3,488,217号，Salamon等人的美国专利4,146,674号，以及Takemoto Oil& Fat Co.Ltd的日本专利公告58-214,585(1983)号所披露的内容。聚硅氧烷和/或其他光滑处理剂可用于改进聚酯填絮的外观，并且在本发明中最好应用此等光滑处理剂以达到某些要求。如Marcus于1986年10月21日的共同申请案921,646中所披露，可证明非聚硅氧烷类的光滑处理剂对于某些目的是有益的。光滑处理剂最好是“固化”到单丝上，例如用加热固化法，从而可以改进它在大多数用途中的耐久性。
由以下实例进一步阐明本发明。
实例
将相对粘度为20.4(将80毫克聚合物溶于含100ppm硫酸的10毫升六氟异丙醇中，于25℃测定)的聚对苯二甲酸乙二醇酯纺成单丝，聚合物温度为291-297℃，纺丝速率为900码/分钟(823米/分钟)，所用纺丝板上有288个毛细孔，每个毛细孔的产量为0.306磅/小时(0.139千克/小时)，所用喷丝孔如图2所示。将这些单丝组合成为绳状(松弛的拉伸旦数为914,000)。以常规方式将此绳状丝拉伸，是在90℃的热湿喷雾拉伸区内进行，拉伸比为3.46X。将已拉伸的单丝在悬臂式(3.5英寸，8.9厘米大小)常规填塞箱卷曲机中进行卷曲变形，然后将卷曲后的绳状丝在180℃烘炉中松弛。将含有一种聚氨基硅氧烷的光滑整理剂施加在该单丝上，使纤维上聚硅氧烷固体物含量为0.32％(重量)，然后覆盖施加一种常规的抗静电整理剂，用量约0.07％(重量)。然后以常规方式将纤维切开成为3.0英寸(75毫米)长度的短纤维。测得该纤维的平均孔隙总含量约12.3％，单丝旦数约为9。这些纤维的横截面如图1所示，其中有7个平行的大小基本相同的连续孔，其中一个在单丝的中心，另6个以基本等间距环绕中央孔。单丝的外周围是圆形，并且是光滑的。
以类似方式制成旦数相似的样品(C)，不同之处是有一个实体的轴心和4个平行的连续孔，平均总孔隙含量为17.7％，并将其卷曲变形成为与上述7孔纤维相同的单位长度卷曲数目和膨松度(在0.2磅/平方英寸)，供对比之用。
测定7孔实例(1)和4孔对比样品(C)的各项性质，列于附表中。应指出的是，它的纤维对纤维摩擦系数较小，并且在0.001磅/平方英寸的膨松度要更好一些，这两者都是令人惊异的优越性。
把本发明的7孔填絮和对比的4孔填絮都加工成为20盎斯的滚卷絮垫枕头。如表中所示，它们的高度一样，但用7孔纤维制造的枕头令人主观地感觉更柔软和更舒适，包括新制出的和经过在实验中踩跺以后，都是这样。7孔纤维的枕头显示在压缩后复原较慢，这是非常有利的性质。
表制件 每英寸 TBRM膨松度(英寸) 纤维对 枕头高度(英寸)
卷曲数 0.001磅/ 0.2磅/ 纤维摩 新 踩跺后
平方英寸 平方英寸 擦系数1-7-孔 4.8 6.25 0.43 0.203 9.15 8.07C-4-孔 4.5 5.98 0.45 0.219 0.09 8.22
Claims (8)
1.一种聚酯填絮，其特征在于该填絮由其横截面外周边基本为圆形的聚酯单丝构成，该单丝的旦数为约5至20，顺该单丝的长度方向有至少7个截面基本为圆形的连续孔，其中一个孔基本上位于中心，其余各孔尺寸彼此基本相等并以基本上等间距环绕该中央孔，并且距该中央孔和该单丝外周边也是基本上等间距的。
2.按权利要求1的聚酯填絮，其特征在于该填絮的单丝有7个尺寸基本相同的孔，并且与相邻孔的间距也是基本上相同的。
3.按权利要求2的聚酯填絮，其特征在于该填絮用一种耐久性光滑处理剂进行光滑处理。
4.按权利要求1-3中任一项的聚酯填絮，其特征在于该填絮的总孔隙含量为约8-25％。
5.按权利要求1-3中任一项的聚酯填絮，其特征在于该填絮经过卷曲变形，其卷曲数目为每英寸约4-12个卷曲。
6.一种制备权利要求1所述的聚酯填絮的改进方法，其特征在于将聚酯通过纺丝板(12)上绕圆周对称排布的至少6个喷丝孔(11)挤压出来，然后使其发生聚结作用而形成其外周边基本为圆形的聚酯单丝，其中顺每一根单丝长度方向有至少7个截面基本为圆形的连续孔，并且其中一个孔基本上位于中心，其余各孔的尺寸彼此基本相等并以基本上等间距环绕所述中央孔，而且与中央孔和与单丝外周边的间距也基本相等。
7.按权利要求6的方法，其特征在于其中还包括通过拉伸将所制成的单丝加工成为纤维束，再向其上施用一种光滑剂进行光滑处理，经卷曲变形并进行松弛处理，然后将这些单丝加工成为短纤维。
8.按权利要求6或7的方法，其特征在于所制成的单丝包括7个顺单丝长度方向并且截面基本为圆形的连续孔。
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