一种提高非圆形截面纤维形状保持率的方法技术

一种由约９９．９～约９８．５重量％的至少一种聚酯和约０．１～约１．５重量％的添加剂组合而成的熔体挤出组合物，使非圆形截面聚酯或共聚酯纤维具有的形状保持率，较之用不含添加剂的熔体挤出组合物制成的相同纤维，至少提高４％。在熔体纺丝过程中，添加剂存在于空气－聚合物界面上。同时还公开了一种制造该纤维的方法。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地说涉及非圆形截面合成纤维，具体而言，本专利技术涉及用于高聚物流体的添加剂，这些添加剂通过降低高聚物流体的表面张力来保持纤维的截面形状。
技术介绍
截面形状为非圆形的合成纤维带来某些好处。流体运动、高膨松性、保温效果、手感、美观等是许多优点中的几项。这类非圆形截面纤维是由聚合物流体经熔体纺丝和溶液纺丝制成的。通过设计喷丝孔的形状可使纤维具有所要求的截面形状。在非圆形截面纤维的纺丝过程中，纺丝流体的表面张力使得按喷丝孔设计所形成的纤维截面形状发生变形，即变成圆形。但是，高聚物流体的熔体粘度与表面张力抗衡。因此，原截面形状的变形程度取决于熔体粘度与表面张力之比的起始值以及凝固速度。旨在提高纤维非圆形截面形状保持率的先有技术，包括提高熔体粘度或降低表面张力。提高熔体粘度已实现，方法包括降低熔体纺丝温度、加快急冷速率、提高分子量或改变化学结构。对于三叶状截面尼龙纤维，降低聚合物流体中的表面张力已实现，方法是在熔体纺丝工艺中加入表面活性添加剂。特别如下面的对比实例所示，脂肪酸和乙氧基化脂肪酸的脂族伯酰胺，大大提高了尼龙纤维截面形状的保持率。Nohr等人在美国专利4923914中公开，用一种含部分A和B的添加剂使热塑性塑料组合物具有所希望的特性。两部分在一起，与热塑性组合物在其熔体挤出温度下是相容的，而作为独立的化合物，则与热塑性组合物是不相容的。正是部分B赋予了所希望的特性。在Nohr专利中公开的特性是提高的湿润性、提高的疏水性、缓冲能力、紫外线吸收和光稳定性。专利中没有公开提高形状保持率这一所希望的特性。因此，现有技术认为，表面张力的作用是把非圆形截面变为圆形截面，特定类型的表面活性剂已证明对保持尼龙纤维的截面形状是有效的。但是，尚无现有技术公开哪些添加剂，如果有的话，对保持聚酯纤维的截面形状是有效的。因此，提高非圆截面聚酯纤维的形状保持率正是本专利技术的主旨。专利技术概述本专利技术提供一种熔体挤出组合物，它是由约99.9～约98.5重量％的至少一种聚酯和约0.1～约1.5重量％的添加剂组合而成的。由该熔体挤出组合物制成的聚酯或共聚酯非圆截面纤维，较之于由另一种含有至少一种聚酯但不含添加剂的熔体挤出组合物制成的相同非圆形截面纤维，其形状保持率至少提高4％。在熔体纺丝过程中，添加剂集中在空气-聚合物界面上。本专利技术也提供一种提高非圆形截面纤维形状保持率的方法。该方法的第一步要求把约99.9～约98.5重量％的至少一种聚酯和约0.1～约1.5重量％的添加剂组合成一种熔体挤出组合物。然后让该熔体组合物通过非圆形截面形喷丝孔挤出，形成纤维，这种纤维较之于由另一种含有至少一种聚酯但不含添加剂的熔体挤出组合物通过该喷丝孔挤出而制成的纤维，形状保持率至少提高4％。纤维经急冷然后卷绕收丝。附图简述附图说明图1是本专利技术实例中用于成型H形截面纤维的喷丝孔。图2显示实例1-8中添加剂PDMS的含量对聚酯纤维形状因子的影响。图3显示实例1-8中添加剂PDMS的含量对ESCA％的影响。图4显示实例1-8中ESCA％对含PDMS添加剂的聚酯纤维形状因子的影响。图5显示实例9-15中添加剂SILWET(商标)的含量对聚酯纤维形状因子的影响。图6显示实例9-15中添加剂SILWET的含量对ESCA％的影响。图7显示实例16-17中添加剂TEGOPREN(商标)的含量对聚酯纤维形状因子的影响。图8显示实例18-19中添加剂MASIL(商标)的含量对聚酯纤维形状因子的影响。图9显示实例20中添加剂氟代脂肪族聚合物酯的含量对聚酯纤维形状因子的影响。图10显示实例21-22中添加剂TWEEN(商标)的含量对尼龙66纤维形状因子的影响。专利技术详述本专利技术用表面活性添加剂使熔体纺丝过程中熔融聚酯或共聚酯树脂的纺丝流体的表面张力降低。优选地，该添加剂是一种硅氧烷、硅氧烷共聚物或氟代脂肪族聚合物酯，并存在于熔体挤出组合物中。该熔体挤出组合物是由约99.9～约98.5重量％的至少一种聚酯和约0.1～约1.5重量％的添加剂组合而成。优选地，是约99.6～约99.0重量％的至少一种聚酯和约0.4～约1.0重量％的添加剂。由该熔体挤出组合物纺成的聚酯纤维，较之于周不含添加剂的熔体挤出组合物制成并有相同形状的纤维，其形状保持率至少提高4％，优选地，提高40％。纯净熔融聚酯和共聚酯在270～300℃的表面张力约为28～26达因/厘米。在熔体纺丝过程中，熔融纤维受表面张力作用，表面张力能使单丝变形。因此，为有效地保持单丝在其熔融态的形状，必须降低熔融聚酯的表面张力而对高聚物的表面张力-粘度之比无不利影响。使用本专利技术的添加剂，就能达到这种所希望的结果。该类添加剂在熔体纺丝过程中在单分子空气-高聚物界面上影响单丝表面，以达到所希望的形状保持率。为测定形状保持提高程度，把含添加剂时制备的单丝的形状因子与不含添加剂时制备的相同单丝的形状因子相比。形状因子定义如下 其中，周长和面积是指纤维截面的周长与面积。对于由特定喷丝头制成的单丝，形状因子越高，表示其形状保持越好。形状保持提高百分率定义如下 本专利技术纤维的制备方法如下将约99.9～约98.5重量％的至少一种聚酯和约0.1～约1.5重量％的添加剂组合起来形成一种熔体挤出组合物；将该熔体挤出组合物从非圆截面形喷丝孔中挤出，形成纤维；纤维经急冷，然后卷绕收丝。这种纤维与另一种用同样方法但熔体挤出组合物中不含添加剂时制成的纤维相比，其形状保持率至少提高4％，优选地，提高40％。实例1-8实例1-8中的添加剂是重均分子量不同的聚二甲基硅氧烷(PDMS)流体，如下表所示。表1添加剂PDMS的分子量和粘度PDMS分子量粘度实例号(厘沲)1 3800 502 6000 1003 9400 2004 13700 3505 17300 5006 28000 10007 49300 50008 62700 10000用计量泵将PDMS流体按0.1～2.0重量％的含量加入到1英寸(2.54厘米)挤出机的进料喉中，挤出机的长径比为24/1。挤出机在熔体出口温度为285℃的条件下操作，同时挤出在65％/35％的苯酚/四氯乙烷中测得比浓对数粘度为0.61的聚对苯二甲酸乙二醇酯，进料的聚酯料预先在帕廷森真空转鼓式干燥机内于115℃下干燥8小时。纤维从如图1所示的H型非圆形截面喷丝孔中纺出，以速度为31英尺/分的室温横向流动空气急冷之，并以1000米/分的速度卷绕收丝。纺成的纤维每根单丝为30旦。每根纺成单丝的形状因子用一台基于图象分析技术的计算机测量。图象分析系统由一台显微镜、一台摄象机、一台基于图象处理工作站的个人计算机、一台视频监控仪和一台视频打印机组成。实例1～8中添加剂含量对形状因子的影响示于图2。把不含添加剂的对比纤维与PDMS流体含量不同的实例进行比较。在所有实例中都可看到形状因子有明显提高。粘度为200厘沲(分子量=9400)或更高的PDMS流体使形状因子提高较多。把PDMS流体含量增加到约0.5重量％以上，形状保持率无明显提高。在这些实例中，观察到由于PDMS流体的加入，形状因子提高40％。纤维表面的PDMS添加剂含量用电子能谱化学分析法(ESCA)测量。纤维表面的PDMS含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚酯或共聚酯的熔体挤出组合物，该组合物特别适合于成型形状保持率提高的非圆形截面纤维，所述组合物由９９．９～９８．５重量％的至少一种聚酯与０．１～１．５重量％的添加剂组合而成，其中所说的添加剂在熔体纺丝过程中存在于空气－聚合物界面上，并使由该种熔体组合物制成的非圆形截面纤维的形状保持率，较之于由另一种含有至少一种所说的聚酯但不含所说添加剂的熔体挤出组合物制成的相同非圆形截面纤维，至少提高４％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JSN达尔顿，BM菲利普斯，
申请(专利权)人：克莱姆森大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：US[美国]