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CN1231353A - 自定形纱 - Google Patents

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CN1231353A
CN1231353A CN98127194.4A CN98127194A CN1231353A CN 1231353 A CN1231353 A CN 1231353A CN 98127194 A CN98127194 A CN 98127194A CN 1231353 A CN1231353 A CN 1231353A
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Abstract

由双组分纤维制成的自定形纱形成螺旋卷曲,这种卷曲固定在捻度中并形成膨松性。

Description

自定形纱
本申请要求下述在先申请作优先权，美国在先申请No.60/067,288，申请日1997.12.5；美国在先申请No.60/096,844，申请日1998.8.18，美国在先申请No.60/096,845，申请日1998.8.18。
本发明涉及经过热定形就表现出永久捻度的短纤维或长丝形式的纤维以及制造这样的纱线的方法。
常规合股线是用短纤维纱线或长丝纱线制成。在由短纤维纱线制造合股线的时候，短纤维纱线必须经过梳棉和拉伸过程，然后纺成单纱。通常通过捻合，两根或多根单纱复合成合股线。在由复丝制造合股线的时候，两根或多根单纱通常通过捻合复合成合股线。合股线(由复丝或纱线制造)可对单纱加捻或不加捻的情况下通过加捻两根单纱直接制成。
在任何一种情况下，接着对合股线进行称作热定形的热处理来使捻度永久地保留在单纱中。在制造传统的合股线中，热定形被认为是必不可少的过程。不经过热定形，合股线会在短切时(如制造短切合股地毯)在切口末端损失合股捻。合股捻的损失导致单纱(或单丝，如果纱是单股)彼此分离，显著地降低磨损性能。此外，挤压力，象脚的行走那样的挤压力，会引起单纱分散或变形，损失绒头弹性，给地毯以磨损的外观。
热定形是一个劳力、能量和资金集中的过程。因此，热定形将费用加入到制造方法中。热定形的过程包括退绕要被热定形的纱线，使纱线热定形以及然后将其重绕。不但它是又一加工步骤，而且为热定形步骤产生的热也是昂贵的。此外，热定形需要的设备也需要资金的投入。热定形也会引起纱线的物理性能变差，例如可能是不均匀的收缩性、光泽、膨松性、染色性和其它性能。完全除掉热定形的步骤，并且还在没有这些缺点的情况下获得由热定形达到的好处(如固定捻度)，这是有益的。
在单纱中，经过加捻但不经过热定形的常规纱线具有扭矩，如果释放上面的张力会形成缠结的团，因此使之准以加工。对某些最终应用来说，无扭矩的加捻单纱是有利的。
因此，本发明的目的是提供一种不经过热定形就有捻度的单纱。
本发明的另一目的是提供一种不需要热定形来保持绒头完整性的加捻合股线。
本发明的又一目的是提供一种制造一种不经过热定形而定捻的缆线的制造方法。
本发明的又一目的是提供一种保持合适的膨松性的同时能具有高捻度的地毯纱。
本发明的又一目的是提供一种排除拉伸一卷曲变形和热定形步骤的制造定捻缆线的方法。
本发明的又一目的是提供一种排除卷曲变形和热定形步骤的制造定捻缆线的方法。
就象对于阅读以下本发明的详细叙述之后的普通技术人员是显而易见的那样，这些目的和相关的目的以及优点，是用由至少一种纱线组成的自定形纱实现的，这种纱线由含有具有第一应力松弛响应的第一聚合物组分，和在轴向与此共伸长的具有第二应力松弛响应的第二聚合物组分的占多数的多组分纤维组成。第一聚合物组分和第二聚合物组分是以并排的或偏心皮/芯的形式排列。这种纱线的永久加捻度至少为1tpi，并且第一应力松弛响应和第二应力松弛响应应足以不同到使该纱线在长度上至少减小10％。
该纱线优选含有捻合在一起的至少两股复丝。第一聚合物组分和第二聚合物组分都可以是相对粘度彼此不同的尼龙6聚合物。
本发明也是一种制备自定形纱的过程。该方法包括(a)捻合一种纱线的步骤，该纱线由含有具有第一应力松弛响应的第一聚合物组分，和在轴向与此共伸长的具有第二应力松弛响应的第二聚合物组分的占多数的多组分纤维组成，其中第一应力松弛响应和第二应力松弛响应足以不同到使该纱线在长度上至少减小10％，并且其中第一聚合物组分和第二聚合物组分是以并排的或偏心皮/芯的形式排列；(b)加捻后，使得到的加捻纱受力，受力后，使加捻的纱线松弛。纱线至少加捻到1tpi,并且加捻是优选至少两股复丝合股捻在一起。受力可以是热应力或机械应力。
本发明的产品具有自定形性能，通过排除了热定形和改善了纱线膨松性、染色性、外观保持性和许多其它性能，这种产品提供了超过传统产品的经济和物理性能的优点。
图1(a)-(b)表示现有技术中的热定形的纱。图1(a)是由图1(b)的两股热定形纱线解捻的单纱。
图1(c)-(d)表示热定形以前的现有技术的纱。图1(c)是由图1(d)的两股纱线解捻的单纱。
图2表示用于本发明纱线的圆形纤维的截面。
图3表示用于本发明纱线的多叶形纤维的截面。
图4表示用于本发明纱线的三叶形纤维的截面。
图5表示用于本发明纱线的三角形纤维的截面。
图6表示用于本发明纱线的具有四个轴向中空的方形纤维的截面。
图7(a)-(b)表示本发明的自定形纱。图7(a)是由图7(b)的两股自定形纱线解捻的单纱。图7(c)-(d)表示定形前的本发明能自定形的纱线。图7(c)是由图7(d)的两股纱线解捻的单纱。
图8A-8J是说明了对照样品纱(图8A和8B)以及本发明的纱线(图8C-8J)的绒头固定性能的扫描电子显微图。
图9是说明本发明纱线中的螺旋卷曲出现的照片。
图10说明本发明纱线中由于螺旋卷曲产生捻结的照片。
图11说明本发明纱线中由于螺旋卷曲产生捻结的照片。
图12是单组分尼龙6对照样品的照片。
图13是显示用于本发明的长丝中的螺旋卷曲的照片。
图14是显示用于本发明的长丝中的螺旋卷曲的照片。
图15是显示用于本发明的长丝中的螺旋卷曲的照片。
图16是显示用于本发明的长丝中的螺旋卷曲的照片。
为了促进理解本发明的原理，下面描述本发明的具体实施方案并用具体的语言描述之。然而应该认识到，这不是想对本发明的范围进行限制，并且对本发明所讨论的原理的这种改变和进一步的改进以及进一步应用，对本领域普通熟练技术人员来说是容易想到的。
在本发明的描述中，某些术语具有与该技术中通常使用的术语一致的某些意义。这里使用的“RV”是指“相对粘度”，术语“双组分”是指具有分别由两种或更多种聚合物构成的至少两个不同截面区域的纤维，其中聚合物在单体单元(如己内酰胺对乙烯)中或在物理性能(如高RV对低RV)上彼此不同。不同物理性能能够通过供料来实现，这一点是可以预料到的。另外，这些性能可通过纺丝过程本身产生，如改变各种聚合物的热过程。“自定形”是指即使没有热定形，在没有明显扭矩的情况下，具有同传统热定形纱线基本上相同程度的永久保持捻度和/或膨松性的性能。“自定形”是指能够自己定形。一种自定形纱线对于在没有热定形的情况下的加捻或缆合状态具有记忆，以使纱线被永久地赋予同传统热定形纱线所赋予的相同程度的捻度。这样，本申请上下文中的术语“永久”是指传统热定形纱线获得的相对永久性。虽然理论上对热定形纱线施加足够的力可能去掉热定形的捻度，但是实际上并不这样作。术语“应力松弛响应”指内应力松弛响应或者指诱导应力松弛响应。内应力松弛响应并不明显，除非有充足的能量(热、机械等能量)来激发允许分子迁移到一个更加松弛的状态。诱导应力松弛响应是对引入应力的响应，如通过拉伸引入应力。
本发明涉及一种排除了热定形的自定形纱线。这一点是通过对多组分纤维组成的纱线施加机械或热应力来实现的。松弛时，组分返回到不同的应变状态，引起长丝对于其轴向轴形成螺旋。相邻长丝上的螺旋相互混合，这样使单丝纠缠。当这种纤维制成簇绒毯时，绒头的完整性提高。此外，因为纤维末端相互纠缠，可以相信绒头不会散开。
本发明的纱线由双组分纤维制成或由占多数的双组分纤维同单组分纤维混合制成。用于本发明的双组分纤维可以是偏心皮芯纤维或并排型纤维(或这些结构的变化)，但优选并排型纤维。在有些情况下，使用偏心皮芯构型是有益的，如通常为获得令人满意的膨松性所需要的工艺条件不适合用于其中的一种组分的情况。例如，当尼龙6作芯而聚丙烯作皮时，产生膨松性需要的高温使聚丙烯软化。此时，如果使用偏心皮/芯纤维，本发明达到的附加膨松性避免了不适当的高温。应该认识到，本发明使用的纤维可以超过两种组分如三组分纤维。为简单化，本发明使用的“双组分”的论述和那些本领域普通技术人员能够容易地将本发明的原理解释为具有两种以上组分的纤维。纱线可以由长丝或短丝组成。本发明的纱线可以应用到由于其性能会产生优点的所有最终用途的地毯和织物中。
用于本发明的双组分纤维的组分是施加了机械或热应力后具有不同相对应力松弛响应的聚合物，以致于绒头完整性，即绒头末端限定可通过螺旋卷曲而不是热定形来实现。(为了实现本发明的目的，不论纱线的末端是通过织物或地毯的形式拉伸与否，“簇”是纱线的剪切末端。)应力松弛响应的不同依赖于最终应用，如使用的加捻水平，最终用途内在的踩踏条件等。为了说明，组分应力松弛响应之间的不同，对工业地毯的最终用途较浴室地毯的最终用途更大。因此，当考虑相互之间的相对性时，聚合物(和它们组成的截面组分)可以称为“高恢复性聚合物(或组分)”和“低恢复性聚合物(或组分)”。当这种纤维在应力作用下时，高恢复性组分比低恢复性组分恢复到它的原始状态(即长度)恢复的更多。因此，如果纤维被拉伸然后再让它松弛，它就会产生螺旋卷曲。
图2-6给出了用于本发明的纱线的不同的纤维形状。这些形状代表了用于本发明的纤维形状的实例。并不认为是对可使用的形状的任何限制。在图2-6中，两个不同区域即分别具有不同应力松弛性能的聚合物标为A和B。图2-6表示纤维的聚合物A和B的体积比大约为50∶50。然而这样的纤维的两种组分的体积比不是50∶50。实际上，聚合物的比例可以为大约10∶90到大约90∶10。聚合物的优选比例可以为大约70∶30到30∶70。如果一种聚合物非常昂贵，那么就可以用较少量的这种聚合物，即40％的截面或更少，这一点是有利的。
图2表示圆形截面的纤维。
图3表示多叶型纤维(图示为六叶形)，这种纤维例如可以用于希望减小阳光下不适宜的反光的纱线。
图4是经常用在地毯纱中的三叶形纤维。
图5是三角形纤维，这种纱线可用于希望有光泽效果的应用。
适合用作聚合物A或聚合物B的聚合物可以是任何应力松弛性能具有必要相对差别的成纤聚合物，优选能够融纺的聚合物。合适的聚合物的实例是聚对苯二甲酸乙二酯(“PET”)，改性聚对苯二甲酸乙二酯(如用20百分摩尔间苯二酸改性的聚对苯二甲酸乙二酯)、聚对苯二甲酸丁二酯(“PBT”)、共聚多酯、聚酰胺(如尼龙6(“N6”)、尼龙6/6(“N6,6”)、尼龙6/12)、改性聚酰胺(如用阳离子可染基团或紫外光稳定剂改性的聚酰胺)、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯(如等规和间规聚丙烯)(“PP”)、和其它可纺聚合物。当然，聚合物的选择依赖于最终用途对纤维性能的要求以及应力松弛性能。在选择聚合物时，通常优选拉伸的双组分纤维，这种纤维在随后的拉伸或热处理中长度上至少能够产生10％的变化(减小)。较大的长度减小，约25％的长度减小是更优选的，并且最优选的组分间应力松弛响应的差别会导致约50％的长度减小。长度变化的现象在下面给予更详细的描述。聚合物组合的实例是：PET/PBT、高RV的N6/低RV的N6(RV的不同是相对的)、N6/PP、N6/N6,6、N6/PET、N6/PBT等。
不同的添加剂可分别加入到一种或两种聚合物中。它们包括，但并不仅限于此的润滑剂、成核剂、抗氧剂、紫外线稳定剂、颜料、染料、抗静电剂、抗污剂、抗应变剂、抗微生物剂和阻燃剂。
尽管并不认为对本发明的纤维的旦尼尔有任何真正的限制，但是使用的旦尼尔将由最终用途确定。对于地毯纱线来说，通常单边包括大约40到大约100根长丝，每一长丝的密度大约为5到30旦尼尔，更优选大约10到30旦尼尔，最优选至少15旦尼尔。
如图2-6中图示的纤维可以通过将聚合物A和B以要求的体积比输出到纺丝板来制备。虽然可以使用任何传统多组分纺丝技术，但是Hills的美国专利US5,162,074中描述了典型的双组分纤维的纺丝设备和方法，这里引用作参考。
双组分复丝单纱可以直接通过纺成无拉伸纱或部分取向纱，然后单独进行拉伸、部分拉伸或拉伸一卷曲变形来制备。这一过程在技术上有时称为“两步法”工艺。另外，同样的纱线可以通过在线的纺丝一拉伸一卷曲变形将聚合物直接纺丝来制备，在这一技术中，有时称为“一步法”或“SDT”工艺。此外，短纤维纱可以通过将聚合物纺丝然后拉伸、卷曲变形、短切成短纤维长度并纺成短纤纱来制备。
这种纱线可以按照任何传统卷曲工艺来卷曲。例如，可使用气压填塞箱原理来制备每一长丝上带有无规异相折型卷曲的BCF纱线。然而，卷曲变形并不是必不可少的步骤，如果组分间应力松弛响应足够大使纱线表现出足够的附加膨松和丰满的话，卷曲步骤可以省略。
然后纱线在初拉伸之前或之后加捻。本发明可以使用任何本领域普通技术人员公知的加捻方法。例如，每一单纱可以加捻制成加捻单纱。两根或多根单丝可以相互加捻而不使单丝产生捻度例如在缆捻工艺中。另外，两根或多根单丝可以环捻到一排获得平衡的捻度，其中在每一单丝上有S捻或Z捻而在缆合的单纱上有相反的捻度。不要把这些实例看作是对本发明的限制。若干加捻工艺可以用于本发明，这一点是可以想到的。每一单丝可以同另一单丝合股捻成如两股合捻纱线，例如每英寸有四个捻回。单丝可以直接缆合，此时单丝中没有捻度，或可以加捻到单丝中然后合股。纱线可以加捻到常规的捻度，如每英寸1到10捻回(”tpi”)(每厘米0.4到4捻回(“tpc”))，优选1到8tpi(0.4到3tpc)，更优选3到6tpi(1.2到2.4tpc)，所有这些依赖于预定的对纱线的最终用途。另外，应该认识到本发明的另一优点是应力松弛后产生更多的捻度，因此由于螺旋卷曲的结果而产生的附加捻度，使纱线应该加的捻度要比最终用途需要的捻度少。
在此指出，本发明包括使长丝经受机械或热应力随后松弛来形成纱线中的卷曲。许多可能施加应力的步骤是可以想到的，下面的详述应该认为仅是本发明可以得到的有益的典型的工艺。机械应力通常可以属于两种类型中的一种：初拉伸后的拉伸(如初步拉伸后的纱线的后拉伸)和未拉伸纱的拉伸。在第一种类型中，纤维可以被初拉伸，然后在后续步骤中，可能是接着进行的中间步骤(如加捻)、拉伸和松弛以形成潜在卷曲，这一点是可以想到的。
另外，加捻的单丝可以不进行初拉伸。因此，加捻纱线进行大约100％到300％或更多的拉伸来产生卷曲，因而同时产生膨松性和捻结。这一过程省略了初步部分拉伸，节省了劳力和时间。
也可以通过热处理来产生潜在卷曲，例如在染浴或蒸汽箱中。拉伸纱线和未拉伸纱线都能在汽蒸后接着加捻来产生卷曲。同样，随后的染色过程可能进一步产生卷曲。染色过程包括膨松化、绞纱或连续染色。这种可能的加工步骤省略了后续拉伸步骤。如果通过热激发获得了足够的膨松性和丰满性，卷曲也可以被省略。对未拉伸纱线，初拉伸、卷曲和随后的拉伸都将省略来明显降低生产成本。通常，热处理只激发潜在的螺旋卷曲，而机械处理激发潜在的和/或诱导的卷曲。
在此指出，单纱可以通过常规的对本领域普通技术人员公知的加捻方法制成合股线。如果已经部分拉伸，优选在室温下将合股线拉伸到比其长度长大约5％到50％。如果未拉伸，可以拉伸大约100％到400％以产生卷曲。拉伸可以单独完成，或在加捻、膨松化过程中完成、或作为一些其它中间步骤完成。加捻过程中可能在单丝中产生足够的应力，结果当单丝复合时，加捻了的产品产生螺旋卷曲。此时，加捻了的产品不能进行附加拉伸。如果加捻极限之前张力足以使单丝完全伸直，那么在缆捻之前单丝也可能充分地产生有可能的螺旋卷曲。一旦缆捻和加捻在一起并且松弛，单丝就返回到螺旋卷曲的状态，固定卷曲制成缆捻的产品。对于割绒地毯，拉伸步骤可以通过改进包含预拉伸辊的割绒膨化设备或通过其它方法将纱拉伸到烯望的程度来完成。另外，热应力可以代替上述拉伸步骤来激活螺旋卷曲。热应力可以在加捻之前优选之后的染色和汽蒸过程来施加。
机械活化的持久性和程度以及热活化的温度和持久性将随纱线中使用的聚合物的物理性能的不同而改变。对于某些聚合物，如果施加拉伸力的时间太长，聚合物分子可能开始变直，这样，削弱了潜在卷曲的形成和因而形成的螺旋化。对于某些复合，可能有必要在拉伸之前铺开长丝以避免长丝中未拉伸部分同其它长丝的拉伸部分接触。认为这种接触限制了应力松弛过程中长丝的卷曲。
不管是应用机械应力还是应用热应力之后，要使纱线松弛。由于纱线中产生了卷曲，纱线长度变短。为了说明，原始长度为L1的拉伸纱线拉伸成比Ll大的中间长度L2。松弛时，纱线变成最终长度L3，其中L3＜L1＜L2。L3可能比L1小10％(或更多)。对长度为L1的未拉伸加捻纱，拉伸到比L1大(对未拉伸纱大约为100％到300％(或更少))的中间长度L2。松弛时，纱线变成最终长度L3，其中L1＜L3＜L2。L3可能比L2小10％(或更多)。热处理如拉伸之后的汽蒸能够促进加捻纱线的螺旋松弛，以产生附加的捻结和膨松性。由于膨体纱减少了长度，由于单位长度的相同数量的捻度加到比其长度小大约10％到50％的长度上，因此增加了捻级。得到的纱线比拉伸之前相同的纱线更膨松，捻度(每英寸无张力纱线的捻度)更多。虽然获得了膨松性和捻度，但是加捻纱的整个长度减小。
合股线具有意想不到的非常稳定的捻度。如果短切该纱线，短切末端也保持了常规热定形纱线捻度的完整性，或比常规热定形纱线更好。从合股线中分离的每一单纱具有同从常规热定形合股线中拔出来的单纱相同的(或者甚至更好的)可分辨的合股捻。合股捻固定在螺旋处以及沿着单纱存在的纤维之间的纠缠处。如果单纱是在冷拉伸(或热应力)之前从相同的合股线中拔出，就没有合股捻。对于加捻了的单纱但没有合股的情况，捻度通过冷拉伸或热应力固定在适当的位置上。
牢记上述概念，纱线可以膨松化或织成地毯应用到其独特效果能够发挥价值的织物中，以及其他应用到这种纱线的普通方式中。如果需要，可以对成品地毯的表面进行简单的汽蒸以使割绒地毯甚至翻新地毯的膨松性最大化。
本发明将参照下述详细的实施例进行描述。这些实施例是以说明的方式陈述的，而不是以限制本发明的范围。在这些实施例中，相对粘度(RV)是在25℃下的90％的甲酸中测定的。
纺丝过程
许多下述实施例中，并排的纤维是使用两个挤出机熔融两种不同的聚合物，然后将这两种聚合物给料到例如Hills的美国专利US5,162,074中描述的由薄板组成的普通的纺丝组件中纺成。将2.7RV的N6通过两个挤出机给料，以便在纺制双组分纤维的条件下纺成单组分纤维，由此来制成一对照样品。薄板上的料道将进入的聚合物流按照所纺的长丝的数目分开。每一种聚合物在喷丝板的后孔汇合形成多组分纤维。无限变化的组合可能依赖于纺丝泵的相对输出量。这种组件和保护外套保持在适合聚合物纺丝的温度。例如，在N6/PET复合中，组和保护外套温度保持在大约295℃。正如所述，每一聚合物的通过量随纺丝纤维中聚合物比例的不同而改变，如50∶50,70∶30,80∶20等。挤出机加热区的温度为适合这些聚合物挤出的温度。例如，对N6，挤出机加热区的温度范围是大约260℃到大约270℃，对PET是大约280℃到295℃。
纤维离开喷丝板后用空气骤冷。骤冷空气的温度和流速正适合于纤维中聚合物组分。例如，21℃流速为0.56cm的H2O柱的空气。骤冷的长丝可以在加热的喂入辊和加热的拉伸辊之间进行完全或部分拉伸。然后该单丝就可以进行卷曲和交缠来满足最终应用。
加捻过程
当给纱线加捻时，用Volkmann VTS-05-C缆捻机以2300-4500rpm转速将两根或多根单丝捻到4.0到6.0tpi(1.6-2.4tpc)而捻到一起。
实施例1-5：制备和评价自定形纱
实施例1A-1E:(N6/PET)
N6/PET并排三叶形纤维是用N6切片(2.7RV或3.5RV)(分别为BS700或B35，两者均可从Mt.Olive,NJ的BASF公司获得)和PET切片(MFI18)(0.64IV，可从Wellman Inc.得到)纺成。改变通过量以获得表1具体给出的组分比。对N6，挤出机加热区的温度范围是大约260℃到大约270℃，对PET是大约280℃到295℃。纺丝泵和喷丝板的保护外套的温度保持在295℃。在实施例1A-1G和1I-1K中，离开喷丝板的双组分纤维用21℃流速为0.56cm的H2O柱的空气骤冷。实施例1H中，没有骤冷空气。
实施例1A-1J中，骤冷的纤维在293M/min转速的喂入辊和拉伸辊之间被拉伸，这两个辊的温度分别保持为100℃和136℃，结果拉伸纱的伸长为50％或更多。使拉伸纱进行卷曲变形和交缠。为评估潜在的卷曲，每种样品用手工拉伸。正如下面更详细地描述的那样，随后的拉伸制成一种无需在簇绒之前热定形的加捻产品。
在实施例1K中，骤冷纱在拉伸之前没有经过拉伸、卷曲变形或交缠。
用手工在室温下拉伸每种样品来评价潜在的卷曲。
实施例2A-2F:N6/N6
N6/N6并排三叶形纤维用N6切片和2.7RV、2.4RV和3.5RV(分别为BS700、BS400和B35，均可从Mt.Olive.NJ的BASF公司获得)的不同组合制成。N6的组合表示在表2中。纺丝组件加热到270℃。挤出机的加热区的温度为260℃到270℃。纺丝泵和喷丝板的保护外套的温度保持在270℃。当纤维离开喷丝板时,用21℃流速为0.76cm H2O柱的空气骤冷。实施例2A-2E是拉伸之前没有进行初拉伸或卷曲变形的表2中描述的袋装或卷装样品。实施例2B是以250到300m/min的速度卷绕的。当冷拉(室温)时长丝出现卷曲。实施例2F中，长丝在133℃下以3.2∶1的拉伸比拉伸，然后卷绕。
另外实施例2G中，纺成每根单丝为10旦尼尔的50∶50 N6(3.5RV)N6(2.4RV)的双组分纱线。外套和组件的温度保持在大约290℃。骤冷空气保持在12℃，流量为36.6m/min。纱线以拉伸比为1.1、85℃、1870m/min的速度下进行拉伸。纱线没有进行卷曲变形。当从包装中拉出时，纱线出现卷曲。
用手工在室温下拉伸每一样品来评价潜在卷曲。80℃下汽蒸10秒钟来评价实施例2G中的潜在卷曲。
实施例3A-3G:N6/PP
通过对重量比为50∶50的N6和PP混合物纺丝来制成并排三叶形纤维。纺丝泵和喷丝板的温度保持在大约270℃。挤出机加热区对两种聚合物的温度范围都大约为260℃到270℃。当离开喷丝板后，纤维用20℃流量为1.5cm的H2O柱的空气骤冷。骤冷纤维在140℃下以2.4-3.0的拉伸比进行拉伸。有些样品进行卷曲，而有些不卷曲。
对于实施例3H，外套和组件保持在270℃下纺成每根单丝大约20旦尼尔的N6(2.7RV)和PP混合物。拉伸比为3.1、温度为25℃、速度为700m/min下对样品进行拉伸。骤冷空气维持在12℃和12.2m/min。样品不经过卷曲。最终DPF大约为20.0。
用手工室温下拉伸每一样品来评价潜在卷曲。用80℃水汽蒸10秒钟来评价实施例3H中的潜在卷曲。
实施例4A-4B:PBT组合物
如表4所述，通过对重量比为50∶50的PBT和PET或N6(2.7RV)纺丝来制成并排三叶形纤维。当PBT/PET组合的情况，纺丝泵和喷丝板的保护外套的温度保持在大约290℃。挤出机加热区对PET的温度范围大约为280℃到295℃，对PBT大约为250℃到290℃。当离开喷丝板后，纤维用20℃的流量为1.5cmH2O柱的空气骤冷。骤冷的PBT/PET纤维卷曲变形之前在136℃下拉伸、卷曲和交缠。
在PBT/N6组合的情况，纺丝泵和喷丝板的温度保持在大约270℃。挤出机加热区对PBT的温度范围大约为252℃到260℃，对N6大约为259℃到265℃。当离开喷丝板后，纤维用70℃空气骤冷。骤冷的PBT/N6纤维卷绕之前在145℃、945m/mind速度下拉伸、卷曲和交缠。
用手工拉伸每种样品来评估潜在卷曲。
实施例5A-5I:N6/N6.6
通过对重量比为50∶50的N6和N6,6纺丝来制成并排三叶形纤维。纺丝泵、保护外套和喷丝板的温度保持在大约285℃。挤出机加热区对N6的温度范围大约为260℃到270℃，对N6,6大约为280℃到295℃。当离开喷丝板后，纤维用20℃流量为1.5cmH2O柱的空气骤冷。一些骤冷的纤维在25℃下拉伸，而其它的受到零拉伸。所有样品都不卷曲变形。
实施例5H和5I中，长丝进行冷拉伸。
手工室温下拉伸样品来评估潜在卷曲。
上面实施例中制备的一些纱线用下述过程和方法测试。
绒头完整性测试热激活样品
将缆纱短切成大约1-1.5″长的部分，然后穿过孔直径为1000微米的380微米厚的黑色乙烯基树脂导针片。拔出纱线，留出5厘米的“绒头”露在导针片的表面上。顶端的绒头平均直径是用通过绒头中心共同组织点的三个直径计算。接着，用平滑、表面涂了橡胶的、足以覆盖整个绒头的平板将绒头完全压缩5倍到导针片的表面上。压完后，重新测量直径，并同时计算绒头直径增加的百分比。
五次完全压缩5cm长的绒头后，该测试使顶端的减小数值化。对经过热处理和没有经过热处理的样品都进行了五次完全压缩之前和之后顶端直径的测试。表6给出了没有进行热激活的样品的顶端直径的变化。表7给出了进行热激活的样品的顶端直径的变化。样品顶端直径增加的越多，顶端越散，损失越大。
用高压釜热定形的样品作为对照样品。热定形条件包括1分钟预真空，接着在110℃转动2-3分钟，随后在270℃下转动2-3分钟，再在270℃转动1-6分钟，最后后真空下转动1分钟。
对热激活样品，缆纱部分可以松弛5分钟，然后浸入80℃热水中5秒钟，移出并进行干燥。对没有热定形的对照样品也进行这种热处理。拉伸激活样品
上述绒头完整性的测试也适用于螺旋卷曲是用Instron张力测试仪拉伸激活的缆纱，同时也适用于没有经过激活的样品。未热定形对照样品也拉伸到30％的伸长。
样品用Instron张力测试仪拉伸激活。纱线的部分夹在Instron张力测试仪上拉伸30％。结果见表8和表9。
绒头结分析
用剃须刀片从每一样品上切出4块。两块放在样品架的碳带(导电)上并使切面能够观察到。另两块夹在碳带之间并放在样品架(夹住露出上述碳带的大约1/4英寸)上并使从顶部可以观察到纱线末端。所有样品用沥青喷涂以使在扫描电子显微镜(“SEM”)分析中导电。图8A-8J中给出了SEM照片。所有照片的放大率为30倍。
SEM显示绒头顶端有相互连结的螺旋，这有助于保持绒头的完整性。经过热激活后的N6(2.7RV)/PP混合物的SEM明显有长丝纠缠现象(图8C和8E)。作为比较，图8D和图8F中给出了热激活之前样品的照片。N6(2.7RV)PET(图8I)、N6(3.5RV)/PET(图8H)和PBT/PET(图8G)中都能看出热激活之后长丝纠缠现象。对热定形之前或之后的每一对照样品，都明显不存在这种纠缠。
图8的SEM照片也说明了表面螺旋卷曲产生的冲击。对照样品(图8A)更不丰满(紧紧压在一起)，而热定形之后本发明的绒头(图8C、8E和8G-8I)更丰满。附加的丰满性是螺旋膨松的产生以及由于缆纱收缩增加了旦尼尔的结果。(除了对照样品是72根丝之外，每一样品大约为70根丝1200旦尼尔。)
应力响应系数
应力响应测试使经过机械拉伸和热处理的缆捻和单纱的松弛数值化。大多数情况下，松弛的数量(长度的改变)是由于机械或热处理导致螺旋卷曲产生程度的指示。缆纱热松弛
切完后，让缆纱部分松弛5分钟。然后切成10英寸长，浸在80℃热水中5秒钟，移出并干燥。测试长度并记录收缩百分比。每一样品重新放在黑色丝绒背景上照相。照相是在热处理之前和之后进行的。对热处理之前或之后的每一样品解捻。由于缆合结构导致的单丝中的永久卷曲，以每英寸卷曲数记录。结果见表10。单纱热松弛
切完后，纱线部分松弛30分钟。然后把样品切成10英寸(25.4cm)后，浸在80℃热水中5秒钟，移出并干燥。测试长度并记录收缩百分比。从样品中选出的代表性长丝来计数螺旋卷曲。用Vibromat仪测定单丝的旦尼尔。结果见表11。对80℃汽浴中汽蒸(而不是浸渍)10秒钟的样品重复上述过程。结果见表12。
用75mm黑白多功能平台照相机对50∶50 N6(3.5RV)/N6(2.4RV)的样品在汽蒸之前和之后照黑白照片。图9是实施例2G在汽蒸之前和之后的照片。汽蒸之前从包装中拔出的样品具有中等螺旋卷曲。当汽蒸、松弛大约65％(收缩)时，螺旋卷曲明显产生。缆纱和单纱的机械应力松弛
在样品纱线上标出一10英寸的部分。将样品夹在Instron张力测试仪上拉伸10％。移出样品重新测量标出部分。由标出部分拉伸之前和之后的长度计算收缩百分比。对拉伸20、30、40和50％的情况重复上述过程。拉伸后，标出部分放在黑色丝绒背景上照相。
对缆纱样品，对最短的样品解捻。计数由于缆合结构导致的永久卷曲。解捻的部分放在黑色丝绒背景上照相。用75mm黑白多功能平台相机对实施例4B、1I和对照例中的解捻单丝照相。表10、11和12中分别给出了这些照片。这些图中给出了同热定形相比本发明由于螺旋作用产生的捻结的放大。缆纱的测试结果见表13。单纱的测试结果见表14。
螺旋卷曲的产生
对实施例2G、2B、2C、和5F中无卷曲的平直的样品照相来说明拉伸激活产生的螺旋卷曲。图13-16中分别给出了这些样品的照片。
从每一线条中分离五根单丝，如果没有拉伸的然后用手工拉伸。拉伸之前和之后记录单丝的旦尼尔来确定手工拉伸样品的拉伸比。使用Vibromat仪来测定旦尼尔数。
使用75mm黑白平台相机对缆合卷曲和螺旋卷曲的单丝和丝束照黑白照片，该方法也用于单丝。
表15详述了图中给出的样品的性能。
对比实施例
图1(a)-(d)说明了有三叶形纤维制成的常规两股N6,6合股线。两根经纱合股来制备图1(d)中给出的两股合股线。图1(c)给出了单股纱线，是由图1(d)中的未热定形的两股合股线解捻得到的。如图所示，图1(c)单纱中没有残留的合股捻。使用Superba热定形设备在270℃下热定形的合股线得到图1(b)中的两股合股线。图1(a)是解捻图1(b)两股合股线中的一股得到的单纱。图1(a)说明了热定形合股线中的永久合股捻。
发明实施例6
图7(a)-(b)中给出了由本发明的自定形、三叶形截面纤维制成的地毯纱。50∶50PET/PBT双组分并排型纱线是使用一步法连续纤维生产工艺制成。
图7(d)是拉伸之前的两股合股线。图7(c)是解捻图7(d)中两股合股线得到的单纱。如图所示，图7(c)单纱中没有明显的残留合股捻。
然后对该两股合股线手工拉伸并松弛。图7(b)给出了拉伸和松弛后图7(d)中的两股合股线。图7(a)中给出了对图7(b)中的两股合股线中的一股解捻得到的单纱。如图所示，图7(a)中的单纱具有永久合股捻。
表1
    实施例     RV(N6)     N6∶PEI    初拉伸比    潜在卷曲
    1A     2.7     50∶50     3∶1       高
    1B     2.7     70∶30     3∶1       高
    1C     2.7     80∶20     3∶1       高
    1D     2.7     90∶10     3∶1      中等
    1E     2.7     30∶70     3∶1       高
    1F     3.5     30∶70     3∶1       高
    1G     3.5     70∶30     3∶1       高
    1H     3.5     50∶50     3∶1       高
    1I     3.5     50∶50     3∶1       高
    1J     3.5     80∶20     3∶1       高
    1K     3.5     50∶50     未拉伸       高
表2
 实施例 N6(1)的RV N6(2)的RV     N6(1)N6(2)      样品类型   初拉伸比    潜在卷曲
   2A     3.5     2.7     50∶50      袋装      无     低
   2B     2.7     2.4     50∶50      卷装      无     低
   2C*     2.7     2.4     50∶50      袋装      无     高
   2D     3.5     2.4     25∶75      袋装      无     低
   2E     3.5     2.4     33∶67      袋装      无    中等
   2F     2.7     2.4     50∶50      卷装     3.2∶1     低
   2G     3.5     2.4     50∶50      卷装     1.1∶1     高
*同2B相同，但喷丝板的L/D改变
表3
 实施例 第1组分中的MPP(％)*  第二组分中的N6(％  第二组分中的PP(％)  第二组分中的MPP(％)    第一组分：第二组分   初拉伸   潜在卷曲
    3A      0     85*     10     5    50∶50    低
    3B      0     75*     20     5    50∶50    低
    3C      0     75**     20     5    50∶50    低
    3D      10     0     90     10    50∶50    高
    3E      15     0     90     10    50∶50    3∶1    高
    3F      15     0     90     10    50∶50   2.8∶1    高
    3G      0     85**     10     5    50∶50    低
    3H      0     15*     70     15    50∶50    高
*RV=2.7；滚筒组分制备的混合物
**RV=2.7；重融组分制备的混合物
表4
 实施例   PBT：    N6    PET   初拉伸比  潜在卷曲
   4A    50    50     -     3.2∶1    中等
   4B3    50     -     50     3.2∶1     高
表5
   实施例      N6∶N66    拉伸比    潜在卷曲
     5A      20∶80      0       低
     5B      40∶60      0      中等
     5C      50∶50      0      中等
     5D      60∶40      0       高
     5E      80∶20      0       高
     5F      50∶50      0      中等
     5G      50∶50      0       高*
     5H      50∶50      2.0       高
     5I      50∶50      3.0      中等
*拉伸过程中
表6螺旋卷曲的热激活之前
 实施例         描述  压缩之前的直径(微米)  压缩之后的直径(微米)  增加百分数
 对照例  BS700/BS700(未热定形)      1593.3      2742.1     72.1
   4B        PET/PBT      2356.9      3147.6     33.6
   3F    N6(27)/PP混合物      1794.4      6370.4     255.0
表7螺旋卷曲的热激活之后
 实施例           描述  压缩之前的直径(微米)   压缩之后的直径(微米)     增加百分数
 对照例    N6(2.7RV)/N6(2.7RV)(热定形)*       1253.4       1852.1      47.8
 对照例    N6(2.7RV)/N6(2.7RV)(未热定形)       1361.5       1818.2      33.5
   4B          PET/PBT       2389.1       4312.9      80.5
   3F     N6(2.7)/PP混合物       2876.5       3159.7      9.8
表8螺旋卷曲的拉伸激活之前绒头完整性
   实施例          描述  压缩之前的直径     压缩之后的直径     增加百分数
    对照例     N6(2.7RV)/N6(2.7RV)(未热定形)      1593.3        2742.1     72.1
    4B         PBT/PET      2356.9        3147.6     33.6
    1I      N6(3.5RV)/PET      2322.2        3830.3     64.9
    1A      N6(2.7RV)/PET      1645.5        2769.7     68.3
表9螺旋卷曲的拉伸激活之后绒头完整性
   实施例           描述  压缩之前的直径  压缩之后的直径     增加百分数
   对照例    N6(2.7RV)/N6(2.7RV)(热定形)*      1253.4      1852.1     47.8
   对照例    N6(2.7RV)/N6(2.7RV)(未热定形)      1183.2      2483.6     109.9
     4B         PET/PBT      2586.3      3251.4     25.7
     1I      N6(3.5RV)/PET      2920.2      3422.9     17.2
     1A      N6(2.7RV)/PET      2869.7      3397.1     18.4
表10缆纱的松驰系数
 实施例        描述   原始长度   最终长度    改变百分比  热激活之前之后单纱的缆合卷曲  热激活固定的单纱的缆合卷曲
 对照例     N6(27RV)/N6(2.7RV)    10   9.75     2.5        0/0         0
   4B       PET/PBT    10   8.75     12.5        0/6         6
   3F      BS700/PP混合物    10    5.1     48.3        0/7         7
表11单纱(浸沿的样品)的松弛系数
 实施例      描述   原始长度   最终长度    改变百分比  热处理前/后单丝卷曲   产生的螺旋卷曲(每英寸)
 对照例    N6(2.7RV)N6(2.7RV)    10   8.83     11.7       3/4          1
   4B     PET/PBT    10    6.9     30.8       4/8          4
   3F     BS700/PP混合物    10   4.25     57.5      1/10          9
   3H  N6(2.7RV)/PP混合物/N6(2.7RV)    10   4.75     52.5       1/5          4
   2G    N6(3.5RV)N6(2.4RV)    10    7.5     24.2      3/11          8
对照例和4B经过卷曲变形。实施例3F、3H和2G没有卷曲变形。
表12单纱(汽蒸过的)的松弛系数
  实施例        描述   原始长度    最终长度    改变百分比            备注
  对照例     N6(2.7RV)/N6(2.7RV)    10    8.25    17.5         普通膨松化
    4B       PET/PBT    10    7.25    27.7     普通膨松化&螺旋膨松化
    3F   N6(2.7RV)/PP混合物    10    3.12    68.7       全部螺旋膨松化
    3H   N6(2.7RV)/PP混合物/N6(2.7RV)    10    3.75    62.5       全部螺旋膨松化
    2G      N6(3.5RV)/N6(2.4RV)    10    3.50    65.0       全部螺旋膨松化
对照例和4B经过卷曲变形。实施例3F、3H和2G没有卷曲变形。
表13拉伸缆纱的松弛
  实施例 ID TPI 比例 原始长度(英寸) 10％拉伸后的长度 20％拉伸后的长度 30％拉伸后的长度 40％拉伸后的长度   50％拉伸后的长度   单纱中固定的缆合卷曲
    4B       PBT/PET   6.0  50∶50    10    8.4    5.9   5.25    7.3   11.25    11
    1G   N6(3.5RV)/PET   6.0  70∶30    10    9.6    8.5     8   8.25    8.9    7
    1I   N6(3.5RV)/PET   6.0  50∶50    10    9.4   7.25   7.25    7.3    7.4    8
    1F   N6(3.5RV)/PET   6.0  30∶70    10    9.5    7.7     7     7    7.8
    1B   N6(2.7RV)/PET   6.0  70∶30    10    9.6    8.0   6.9    6.7    6.3    9
    1A   N6(2.7RV)/PET   6.0  50∶50    10    9.7    7.5   6.6    6.9    7.25    9
    1E   N6(2.7RV)/PET   6.0  30∶70    10   9.75   7.75   7.25     7    7.25    10
    3F   N6(2.7RV)/PP混合物   4.0  50∶50    10   9.75    9.5   10.6   11.5    断裂    5
  对照例     N6(2.7RV)/N6(2.7RV)   6.0  50∶50    10    9.9   10.4   10.5   10.9    11.7    6
  对照例     N6(2.7RV)/N6(2.7RV)   4.0  50∶50    10   9.75    10   10.75   10.9    11.5    4
表14拉伸单纱的松弛
 实施例         ID  TPI   比例  原始长度(英寸)   10℃拉伸后的长度   20％拉伸后的长度   30％拉伸后的长度   40℃拉伸后的长度    50％拉伸后的长度
  4B       PBT/PET   NA  50∶50    10     4.7     3.4     3.1     3.3      3.7
  1G    N6(3.5RV)/PET   NA  70∶30    10     5.9     3.75     3.2     3.4      3.75
  1I    N6(3.5RV)/PET   NA  50∶50    10     6.5     3.2     3.2     3.25      3.6
  1F    N6(3.5RV)/PET   NA  30∶70    10     7.9     4.8     3.7     3.9      4.1
  1B    N6(2.7RV)/PET   NA  70∶30    10     7.8     4.25     3.9     3.4      3.75
  1A    N6(2.7RV)/PET   NA  50∶50    10     6.9     4.4     3.4     3.8      3.8
  1E    N6(2.7RV)/PET   NA  30∶70    10     6.9     4.4     3.5     3.4       4
  3F    N6(2.7RV)/PP混合物   NA  50∶50    10     3.85     3.6     4.9     6.6      7.6
 对照例     N6(2.7RV)/N6(2.7RV)   NA  50∶50    10     6.9     9.3     10.7    11.5      12.25
表15
  实施例             ID  手工拉伸比  每根单丝的旦尼尔  每英寸卷曲数
 2G(图13)    N6(3.5RV)/N6(2.4RV)     2.8∶1        9.8     7
 2B(图14)    N6(2.7RV)/N6(2.4RV)     3.8∶1        12.1     4
 2C(图15)    N6(2.7RV)/N6(2.4RV)     3.4∶1        54.5     5
 5F(图16)    N6(2.7RV)/N6,6(2.4RV)     4∶1         21     3

Claims (28)

1、一种自定形纱包括：
至少由含有具有第一应力松弛响应的第一聚合物组分，和在轴向与此共伸长的具有第二应力松弛响应的第二聚合物组分的占多数的多组分纤维组成，并且其中第一聚合物组分和第二聚合物组分是以并排的或偏心皮/芯的形式排列；
其中所说的纱线永久加捻到至少1tpi，和
其中第一应力松弛响应和第二应力松弛响应足以不同到使该纱线在长度上至少减小10％。
2、权利要求1的自定形纱，其中所述的纱线实质上是无扭矩单纱。
3、权利要求1的自定形纱，其中所说第一应力松弛响应和第二应力松弛响应应足以不同到使该纱在长度上至少减小25％。
4、权利要求3的自定形纱，其中所说第一应力松弛响应和第二应力松弛响应应足以不同到使该纱在长度上至少减小50％。
5、权利要求1的自定形纱还包括：
至少两股所说的复丝，其中所说的股是捻合在一起。
6、权利要求1的自定形纱，其中所说的第一聚合物组分选自聚对苯二甲酸乙二酯、改性聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、共聚多酯、尼龙6、尼龙6/6、尼龙6/12、改性聚酰胺、共聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯。
7、权利要求6的自定形纱，其中所说的第二聚合物组分选自聚对苯二甲酸乙二酯、改性聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、共聚多酯、尼龙6、尼龙6/6、尼龙6/12、改性聚酰胺、共聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯。
8、权利要求7的自定形纱，其中所说的第一聚合物组分和第二聚合物组分都是相对粘度彼此不同的尼龙6聚合物。
9、权利要求1的自定形纱，其中所说的多组分纤维每根单丝的密度超过10旦尼尔。
10、权利要求1的自定形纱，其中所说的多组分纤维具有三叶形截面。
11、权利要求1的自定形纱，其中所说的第一聚合物组分和第二聚合物组分是并排的形式排列。
12、一种自定形合股线包括：
至少由含有具有第一应力松弛响应的第一聚合物组分，和在轴向与此共伸长的具有第二应力松弛响应的第二聚合物组分的占多数的多组分纤维组成，并且其中的第一聚合物组分和第二聚合物组分是以并排的或偏心的皮/芯的形式排列；
其中所说的股是捻合到一起，和
其中所述第一应力松弛响应和第二应力松弛响应应足以不同到使该纱在长度上至少减小10％。
13、权利要求12的自定形合股线，其中所说的股纱是至少为1tpi的捻度捻合到一起。
14、权利要求12的自定形纱，其中所说第一应力松弛响应和第二应力松弛响应应足以不同到使该纱在长度上至少减小25％。
15、权利要求14的自定形纱，其中所述第一应力松弛响应和第二应力松弛响应应足以不同到使该纱在长度上至少减小50％。
16、权利要求12的自定形合股线，其中所说的第一聚合物组分选自聚对苯二甲酸乙二酯、改性聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、共聚多酯、尼龙6、尼龙6/6、尼龙6/12、改性聚酰胺、共聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯。
17、权利要求16的自定形合股线，其中所说的第一聚合物组分选自聚对苯二甲酸乙二酯、改性聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、共聚多酯、尼龙6、尼龙6/6、尼龙6/12、改性聚酰胺、共聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯。
18、权利要求17的自定形纱，其中所说的第一聚合物组分和第二聚合物组分都是相对粘度彼此不同的尼龙6聚合物。
19、权利要求12的自定形纱，其中所说的多组分纤维每根单丝的密度超过10旦尼尔。
20、权利要求12的自定形纱，其中所说的多组分纤维具有三叶形截面。
21、权利要求12的自定形纱，其中所说的第一聚合物组合和第二聚合物组分是并排的形式排列。
22、一种制备自定形纱的方法包括：
(a)加捻一种纱线，该纱线由含有具有第一应力松弛响应的第一聚合物组分，和在轴向与此共伸长的具有第二应力松弛响应的第二聚合物组分的占多数的多组分纤维组成，其中的第一应力松弛响应和第二应力松弛响应足以不同到使该纱线在长度上至少减小10％，并且其中第一聚合物组分和第二聚合物组分是以并排的或偏心的皮/芯的形式排列；
(b)加捻后，将得到的加捻纱受力；和
(c)受力后，使加捻纱松弛。
23、权利要求22的方法，其中所说的纱加捻到至少1tpi。
24、权利要求22的方法，其中所说加捻纱是至少两股所说的复丝合股捻到一起。
25、权利要求22的方法，其中所说的第一聚合物组分选自聚对苯二甲酸乙二酯、改性聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、共聚多酯、尼龙6、尼龙6/6、尼龙6/12、改性聚酰胺、共聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯。
26、权利要求25的方法，其中所说的第二聚合物组分选自聚对苯二甲酸乙二酯、改性聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、共聚多酯、尼龙6、尼龙6/6、尼龙6/12、改性聚酰胺、共聚酰胺、聚乙烯和聚丙烯。
27、权利要求22的方法，其中所说的受力是室温下将纱至少拉伸到其原始长度的10％。
28、权利要求22的方法，其中所说的受力是通过热来进行。
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