專利名稱：具有提高的楊氏模量的聚丙烯紗及其制備方法
技術領域：
總體而言，本發明涉及聚丙烯。更具體而言，本發明涉及織造和非織造織物中采用的聚丙烯紗及制備這樣的紗的方法。此外，本發明還涉及采用聚丙烯紗的織造和非織造織物。
背景技術：
聚丙烯被用在紗或扁絲的制造中，所述紗和扁絲可用在紡織作業中。特別地，聚丙 烯可用來形成膜和厚度小或減小的類似材料。這樣的材料的一個實例為聚丙烯切膜扁絲。聚丙烯切膜扁絲被用于無數應用中。聚丙烯切膜扁絲的常見應用包括地毯背襯；エ業型袋、大袋或包；繩或索具；人工草皮；和土工織物。通常采用擠出法來制造聚丙烯切膜扁絲。但對于某些織造織物應用例如土工織物應用來說，常規制造的聚丙烯切膜扁絲的強度可能不夠。聚丙烯膜可以由熔融的聚合物通過眾多常規方法形成。例如，在流延膜擠出中，可向冷水浴中或向冷卻輥上擠出平膜以便淬火。可以通過用張緊裝置熱牽伸和退火使膜取向在ー個方向上。也可通過合適的張緊裝置使膜取向在兩個方向(縱向和橫向)上。取向的聚丙烯膜可用于廣泛的應用。切膜扁絲可自擠出的聚丙烯膜通過用刀或其他切割裝置在淬火之后、使膜取向之前或之后切開膜來制備。然后可通過用張緊裝置在縱向上熱牽伸并對經拉伸的扁絲退火而將所述扁絲拉伸(即單軸取向)至其初始長度的若干倍。為節省材料并因此節省成本，期望減小扁絲的旦尼爾和膜的厚度，通常是通過增大牽伸比。然而，使用常規聚丙烯組合物時，較高的牽伸比和減小的旦尼爾可能導致物理性質如拉伸斷裂載荷、韌度(拉伸斷裂應力)和斷裂伸長率不可接受的變差。另外，仍存在改善切膜扁絲中使用的聚丙烯組合物的機械性質如拉伸斷裂載荷、韌度和斷裂伸長率的需要。本發明g在解決該需要。
發明內容
本發明涉及單絲、紗、扁絲或短纖維及它們的制備方法。在本發明的ー個方面，所述單絲、紗、扁絲或短纖維的單絲旦數為1-12，000，牽伸比為2. 5 I至25 I。所述單絲、紗、扁絲或短纖維由聚丙烯組合物制成，所述聚丙烯組合物包含約94重量％至約95重量％的聚丙烯和約5重量％至約6重量％的こ烯含量為共聚物的約16重量％的聚丙烯共聚物的熔體共混混合物。
在本發明的另一個方面，所述單絲、紗、扁絲或短纖維由聚丙烯組合物制成，所述聚丙烯組合物包含約93重量％的聚丙烯、約5重量％的乙烯含量為共聚物的約16重量％的聚丙烯共聚物和約2重量％的添加劑的熔體共混混合物。在本發明的又一個方面，所述單絲、紗、扁絲或短纖維包含占混合物總重量的約92重量％至約95重量％的聚丙烯和約5重量％至約8重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的熔體共混混合物，并且楊氏模量比由聚丙烯均聚物形成的具有同樣的橫截面形狀和旦尼爾的單絲、紗、扁絲或短纖維有至少10%的提高百分數。一種制備切膜扁絲的方法，所述方法包括a)制備組合物，所述組合物包含約94重量％至約95重量％的聚丙烯和約5重 量％至約6重量％的乙烯含量介于共聚物的約8重量％和約25重量％之間的聚丙烯共聚物；b)將所述組合物形成為膜；c)將所述膜切成扁絲；和d)在低于所述組合物的熔點的溫度及2. 5 : I和25 : I之間的牽伸比下熱牽伸所述扁絲以產生切膜扁絲。在本發明的另一個方面，制備切膜扁絲的方法包括a)制備組合物,所述組合物包含約93重量％的聚丙烯、約5重量％的乙烯含量介于共聚物的約8重量％和約25重量％之間的聚丙烯共聚物和約2重量％的添加劑；b)將所述組合物形成為膜；c)將所述膜切成扁絲；和d)在低于所述組合物的熔點的溫度及2. 5 : I和25 : I之間的牽伸比下熱牽伸所述扁絲以產生切膜扁絲。在本發明的又一個方面，制備單絲的方法包括a)制備組合物，所述組合物包含約94重量％至約95重量％的聚丙烯均聚物和約5重量％至約6重量％的乙烯含量介于共聚物的約8重量％和約25重量％之間的聚丙烯共聚物；b)將所述組合物形成為長絲；和c)在低于所述均聚物的熔點的溫度及2. 5 I和25 I之間的牽伸比下熱牽伸
所述單絲以產生單絲。在本發明的再一個方面，制備單絲的方法包括a)制備組合物，所述組合物包含約93重量％的聚丙烯、約5重量％的乙烯含量介于共聚物的約8重量％和約25重量％之間的聚丙烯共聚物和約2重量％的添加劑；b)將所述組合物形成為長絲；和c)在低于所述均聚物的熔點的溫度及2. 5 I和25 I之間的牽伸比下熱牽伸
所述單絲以產生單絲。所述添加劑包括但不限于著色劑、填料、消光劑、熱穩定劑、紫外光吸收劑、紫外光穩定劑、終止劑、抗氧化劑、金屬鈍化劑、亞磷酸酯、亞膦酸酯、熒光增白劑、硫代增效劑、過氧化物清除劑、成核劑、增塑劑、潤滑劑、乳化劑、流變添加劑、催化劑、流動控制劑、光學增白齊U、阻燃劑、抗靜電劑、發泡劑、苯并呋喃酮、噴哚滿酮、親水劑、疏水劑、疏油劑、親油劑或它們的任意組合。在本發明的一個方面，所述添加劑炭黑。
圖I為根據本發明的方法的示意圖。圖2為比較根據本發明的4600旦尼爾紗與常規的4600旦尼爾聚丙烯均聚物紗的拉伸強度的曲線圖。圖3為比較根據本發明的1000旦尼爾紗與常規的1000旦尼爾聚丙烯均聚物紗的拉伸強度的曲線圖。圖4為比較根據本發明的1360旦尼爾紗與常規的1360旦尼爾聚丙烯均聚物紗的拉伸強度曲線圖。 發明詳述本發明涉及一種聚合物組合物以及由這樣的聚合物組合物制得的膜、扁絲、單絲、紗或短纖維。根據本發明制得的扁絲、單絲和紗可用在織造或針織織物中。此外，根據本發明制得的短纖維可用來制造非織造織物或產品。“纖維”指其中長徑比大于約10的材料。纖維通常按其直徑分類。長絲纖維通常定義為單根纖維直徑大于約15單絲旦數、常常大于約30單絲旦數的纖維。細旦纖維通常指直徑小于約15單絲旦數的纖維。微細旦纖維通常定義為直徑小于約100微米單絲旦數的纖維。“長絲纖維”或“單絲纖維”指不確定(即非預定)長度的材料的連續股，與“短纖維”相反。“短纖維”為確定長度的材料的不連續股(即，已被切割或以其他方式分成預定長度段的股)。根據本發明制得的短纖維可用目前使用的或今后發現的任何方法，包括射流噴網、針刺、熱粘結和梳理-粘合加工，制成非織造幅材和織物。“熔紡纖維”為通過熔化本文所述的熱塑性聚合物組合物、然后在熔體中拉伸纖維至直徑(或其他橫截面形狀)小于模頭直徑(或其他橫截面形狀)所形成的纖維。“紡粘纖維”為通過噴絲頭(未示出)的多個細的、通常圓形的模頭毛細管以長絲擠出熔融的本文所述的熱塑性聚合物組合物所形成的纖維。擠出的長絲的直徑快速減小，然后長絲被沉積到收集表面上以形成平均直徑通常為約7至約30微米的隨機分布的纖維的幅材。“非織造”指具有單根纖維或線隨機交織而非如針織或織造織物那樣以可識別的方式交織的結構的幅材或織物。根據本發明的纖維可用來制備非織造結構。“紗”指連續長度的加捻或以其他方式纏結的多根長絲(即復絲)，其可用在織造或針織織物及其他制品的制造中。紗可以是包覆的或未包覆的。包覆紗為至少部分地包繞在另一纖維或材料如棉或羊毛的外覆蓋層內的紗。可用目前使用的或今后發現的將纖維和紗制成織物的任何方法將纖維和紗制成織物，包括但不限于織造和針織。織造織物通常具有兩個主方向，一個為經向，另一個為緯向。緯向也稱緯線方向(fill direction)。經向為織物的長度方向或縱向。緯線方向或緯向為從邊到邊跨過織物的方向或橫越織機的寬度的方向。因此，經向和緯向通常彼此垂直。在每個方向上延伸的紗、線或單絲組分別稱為經紗和緯紗。可以不同的密度生產出織造織物。這常用每個方向上每英寸的經紗支數和緯紗支數來指定。此值越高，則每英寸有越多的支數，因此，織物密度越大或越高。織物結構的組織圖案為其中經紗與緯紗交織的圖案。織造織物以這些紗的交織為特征。例如，平紋組織以其中各經紗編織在一根緯紗之上、然后編織在下一緯紗之下的重復圖案為特征。紡織工業中通常采用的組織圖案有許多變型，本領域普通技術人員熟悉大多數基本圖案。雖然引入這些眾多織紋圖案的公開內容在本申請的范圍之外，但本發明可采用基本的平紋、斜紋、緞紋織紋圖案。然而，這樣的圖案僅是說明性的，本發明不限于這樣的圖案。應理解，根據本文中公開的參數，本領域普通技術人員將容易地確定在本發明的實施中可如何采用給定的組織圖案。 相對于平紋組織，斜紋組織在給定的面積中具有較少的交織。斜紋為一種基本的組織類型，存在眾多不同的斜紋組織。斜紋組織以單根經紗在之上走過和然后在之下走過的緯紗的數量命名。例如，在2/2斜紋組織中，單根經紗編織在兩根緯紗之上、然后編織在兩根緯紗之下。在3/1斜紋組織中，單根經紗編織在三根緯紗之上、然后編織在一根緯紗之下。對于自相同類型和尺寸的相同的線或單絲密度的紗構造的織物，斜紋組織比相應的平紋組織織物具有較少的單位面積交織。相對于斜紋和平紋組織，緞紋組織在給定的面積中具有較少的交織。其為另一基本的組織類型，且自其可產生廣泛的變型。緞紋組織以組織圖案在其上重復的根數命名。例如，五綜緞紋組織在五根上重復且單根經紗浮織在四根緯紗之上并在一根緯紗之下走過。八綜緞紋組織在八根上重復且單根經紗浮織在七根緯紗之上并在一根緯紗之下經過。對于自相同類型的紗構造的具有相同紗密度的織物，緞紋組織比相應的平紋或斜紋組織織物具有較少的交織。用于制造織物(包括土工紡織品)的方法是本領域熟知的。因此，所采用的織造方法可在適于生產所述織物的任何常規紡織操作設備上進行。此外，可采用任何前述圖案組織，只要自其制得的保護層足以提供前述耐切割和撕裂性而同時保持對水、污物和空氣的滲透性即可。采用包含本文中所述的新型單絲、紗和/或扁絲的織物的產品的一個實例為降落傘，特別是降落傘的傘蓋。降落傘通常包含傘蓋、多條吊索(也稱吊帶或拉索)和連接設備(例如索具、掛鉤機構、帶等)以向降落傘連接載荷。傘蓋限定周緣，各吊索在其上端緊鄰周緣接到傘蓋。各吊索的下端連接至連接設備。載荷，例如跳傘員或貨物，通過固定載荷至連接設備而連接至降落傘。通常，人員和貨物的空載運輸采用三種基本的降落傘設計類型。一種類型是傘蓋大體半球形，吊索連接在傘蓋的連續圓形下緣即周緣的周圍。另一降落傘設計是沖壓空氣式降落傘，上下表面大體呈機翼形狀，吊索連接至底面。第三類型為十字形或十字降落傘。十字形降落傘的傘蓋為大體方形的冠或中部有四個翼或臂連接至四側，吊索沿臂的外緣連接。這三種基本的降落傘設計有許多變型。對于大的重量和/或為在空中降落過程中提供附加的穩定性，采用超過一個降落傘也是常見的。包含本文中所述的新型單絲、紗和/或扁絲的織造織物可用在降落傘設計中以形成傘蓋。降落傘降落的速率和穩定性及傘蓋張開的成功與否受到用來制造傘蓋的織物的顯著影響。期望織物是可懸垂性的并且可易于折疊以便其可縫紉或成型在所需的傘蓋設計中并隨后封裝在緊密展開的容器或袋中。例如，用作降落傘傘蓋的采用本文中所述的新型單絲、紗和/或扁絲的織物具有下表I中所述的性質。采用所示的美國試驗與材料協會(ASTM)試驗方法來評價指定的性質。表I
權利要求
1.一種單絲、紗、扁絲或短纖維，其各自的單絲旦數為1-12，000，牽伸比為2. 5 I至25 1，并且由包含如下組分的組合物制成 約94重量％至約95重量％的聚丙烯和約5重量％至約6重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的熔體共混混合物。
2.根據權利要求I所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量為共聚物的約8重量％至約25重量％。
3.根據權利要求I所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中在I%應變下，其各自的韌度高于0. 6g/旦尼爾。
4.根據權利要求I所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中各自的楊氏模量高于3.5GPa。
5.一種單絲、紗、扁絲或短纖維，其各自的單絲旦數為1-12，000，牽伸比為2. 5 I至25 1，并且由包含如下組分的組合物制成 約93重量％的聚丙烯、約5重量％的聚丙烯/乙烯共聚物和約2重量％的添加劑的熔體共混混合物。
6.根據權利要求6所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量為共聚物的約8重量％至約25重量％。
7.根據權利要求5所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中在I%應變下，其各自的韌度高于0. 6g/旦尼爾。
8.根據權利要求5所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中各自的楊氏模量高于3.5GPa。
9.根據權利要求5所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中所述添加劑為著色劑、填料、消光齊IJ、熱穩定劑、紫外光吸收劑、紫外光穩定劑、終止劑、抗氧化劑、金屬鈍化劑、亞磷酸酯、亞膦酸酯、熒光增白劑、硫代增效劑、過氧化物清除劑、成核劑、增塑劑、潤滑劑、乳化劑、流變添加劑、催化劑、流動控制劑、光學增白劑、阻燃劑、抗靜電劑、發泡劑、苯并呋喃酮、吲哚滿酮、親水劑、疏水劑、疏油劑、親油劑或它們的任意組合。
10.根據權利要求5所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中所述添加劑為炭黑。
11.一種制備切膜扁絲的方法，所述方法包括 a)制備包含約94重量％至約95重量％的聚丙烯和約5重量％至約6重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的組合物； b)將所述組合物形成為膜； c)將所述膜切成扁絲；和 d)在低于所述組合物的熔點的溫度及2.5 : I和25 : I之間的牽伸比下熱牽伸所述扁絲以產生所述切膜扁絲。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量為共聚物的約8重量％至約25重量％。
13.根據權利要求11所述的方法，其中所述牽伸比為約12 I。
14.根據權利要求11所述的方法，其中所述牽伸比為約6 I。
15.根據權利要求11所述的方法，所述方法還包括對所述切膜扁絲退火。
16.根據權利要求11所述的方法，所述方法還包括原纖化所述切膜扁絲。
17.一種制備切膜扁絲的方法，所述方法包括 a)制備包含約93重量％的聚丙烯、約5重量％的聚丙烯/乙烯共聚物和約2重量％的添加劑的組合物； b)將所述組合物形成為膜； C)將所述膜切成扁絲；和 d)在低于所述組合物的熔點的溫度及2. 5 : I和25 : I之間的牽伸比下熱牽伸所述扁絲以產生所述切膜扁絲。
18.根據權利要求17所述的方法，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量為共聚物的約8重量％至約25重量％。
19.根據權利要求17所述的方法，其中所述牽伸比為約12 I。
20.根據權利要求17所述的方法，其中所述牽伸比為約6 I。
21.根據權利要求17所述的方法，所述方法還包括對所述切膜扁絲退火。
22.根據權利要求17所述的方法，所述方法還包括原纖化所述切膜扁絲。
23.根據權利要求17所述的方法，其中所述添加劑為著色劑、填料、消光劑、熱穩定劑、紫外光吸收劑、紫外光穩定劑、終止劑、抗氧化劑、金屬鈍化劑、亞磷酸酯、亞膦酸酯、熒光增白劑、硫代增效劑、過氧化物清除劑、成核劑、增塑劑、潤滑劑、乳化劑、流變添加劑、催化劑、流動控制劑、光學增白劑、阻燃劑、抗靜電劑、發泡劑、苯并呋喃酮、吲哚滿酮、親水劑、疏水齊Li、疏油劑、親油劑或它們的任意組合。
24.根據權利要求17所述的方法，其中所述添加劑為炭黑。
25.—種制備單絲的方法，所述方法包括 a)制備包含約94重量％至約95重量％的聚丙烯均聚物和約5重量％至約6重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的組合物； b)將所述組合物形成為長絲；和 c)在低于所述均聚物的熔點的溫度及2.5 : I和25 : I之間的牽伸比下熱牽伸所述單絲以產生單絲。
26.根據權利要求25所述的方法，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量為共聚物的約8重量％至約25重量％。
27.—種制備單絲的方法，所述方法包括 a)制備包含約93重量％的聚丙烯、約5重量％的聚丙烯/乙烯共聚物和約2重量％的添加劑的組合物； b)將所述組合物形成為長絲；和 c)在低于所述均聚物的熔點的溫度及2.5 : I和25 : I之間的牽伸比下熱牽伸所述單絲以產生單絲。
28.根據權利要求27所述的方法，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量為共聚物的約8重量％至約25重量％。
29.根據權利要求27所述的方法，其中所述添加劑為著色劑、填料、消光劑、熱穩定劑、紫外光吸收劑、紫外光穩定劑、終止劑、抗氧化劑、金屬鈍化劑、亞磷酸酯、亞膦酸酯、熒光增白劑、硫代增效劑、過氧化物清除劑、成核劑、增塑劑、潤滑劑、乳化劑、流變添加劑、催化劑、流動控制劑、光學增白劑、阻燃劑、抗靜電劑、發泡劑、苯并呋喃酮、吲哚滿酮、親水劑、疏水齊Li、疏油劑、親油劑或它們的任意組合。
30.根據權利要求27所述的方法，其中所述添加劑為炭黑。
31.一種單絲、紗、扁絲或短纖維，其各自在I %應變下的韌度為至少0. 75g/旦尼爾，在2%應變下的韌度為至少I. 5g/旦尼爾，在5%應變下的韌度為至少3. 75g/旦尼爾，并且由包含如下組分的組合物制成 約94重量％至約95重量％的聚丙烯和約5重量％至約6重量％的乙烯含量為共聚物的約8重量％至約25重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的熔體共混混合物。
32.根據權利要求31所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量為共聚物的約8重量％至約25重量％。
33.根據權利要求31所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中其各自在1%應變下的韌度為至少0. 9g/旦尼爾，在2%應變下的韌度為至少I. 75g/旦尼爾，在5%應變下的韌度為至少4g/旦尼爾。
34.根據權利要求31所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中其各自在1%應變下的韌度為約Ig/旦尼爾，在2%應變下的韌度為約I. 95g/旦尼爾,在5%應變下的韌度為約4. 6g/旦尼爾。
35.一種單絲、紗、扁絲或短纖維，其各自在1%應變下的韌度為至少0. 75g/旦尼爾，在2%應變下的韌度為至少I. 5g/旦尼爾，在5%應變下的韌度為至少3. 75g/旦尼爾，并且由包含如下組分的組合物制成 約93重量％的聚丙烯、約5重量％的聚丙烯/乙烯共聚物和約2重量％的添加劑的熔體共混混合物。
36.根據權利要求35所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量為共聚物的約8重量％至約25重量％。
37.根據權利要求35所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中其各自在1%應變下的韌度為至少0. 9g/旦尼爾，在2%應變下的韌度為至少I. 75g/旦尼爾，在5%應變下的韌度為至少4g/旦尼爾。
38.根據權利要求35所述的單絲、紗、扁絲或短纖維，其中其各自在1%應變下的韌度為約Ig/旦尼爾，在2%應變下的韌度為約I. 95g/旦尼爾,在5%應變下的韌度為約4. 6g/旦尼爾。
39.一種單絲、紗、扁絲或短纖維，其包含占混合物總重量的約92重量％至約95重量％的聚丙烯和約5重量％至約8重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的熔體共混混合物，并且楊氏模量比由聚丙烯均聚物形成的具有同樣的橫截面形狀和旦尼爾的單絲、紗、扁絲或短纖維有至少10%的提高百分數。
全文摘要
本發明涉及單絲、紗、扁絲或短纖維，其各自的單絲旦數為1-12,000，牽伸比為2.5∶1至25∶1，并且由聚丙烯組合物制成，所述聚丙烯組合物包含約93重量％的聚丙烯、約5重量％的聚丙烯/乙烯共聚物和約2重量％的添加劑的熔體共混混合物。此外，本發明公開了一種制備所述單絲、紗、扁絲或短纖維的方法。
文檔編號D01F1/02GK102834555SQ201180018568
公開日2012年12月19日 申請日期2011年4月12日 優先權日2010年4月12日
發明者大衛·邁克爾·瓊斯, 凱文·納爾遜·金 申請人:尼科倫有限公司