專利名稱：改良型低熔點復合纖維的制造方法
技術領域：
本發明提供一種低熔點為聚烯烴的皮芯層熱粘結復合纖維的制造方法。所謂低熔點即指皮層高聚物的熔點低于芯層高聚物的熔點。
眾所周知，低熔點熱粘結纖維是現代非織造布工業的原料，它只需加熱熔化即可粘結成布。其優點是粘結迅速，性能穩定，無需粘合劑，節省原料，降低能耗，減少污染等。
在非織造布工業上采用熱粘結纖維起始于70年代。首先開發的是不同組份的共聚酰胺(PA)纖維和聚酯(PET)纖維，如PA6/PA66，PA6/PA612/PA12，聚酯類纖維最典型的是以芳香族二元酸(如對苯二元酸)為主，脂肪族二元酸(如己二酸)為輔與乙二醇按比例直接縮聚成酯，再與乙二醇交換而最終制得的聚酯纖維。這些種類的粘結纖維，不僅工業化流程復雜，產品價格昂貴，而且在使用中要求被粘結材料具有相似的化學結構及溶解度參數等，否則粘結性很差。因此，使用受到嚴格限制。
與此同時，歐美一些非織造布工業采用丙綸或乙綸作粘結纖維，但純組份纖維在熱加工時易被全部融熔而發生樹脂化，形成塊狀結構，嚴重影響產品手感、膨松性、抗張強度和均勻性。1977年，日本窒素公司研制成功烯烴類雙組份復合纖維，牌號有Panarion，Es和Ea，其品種多達10余種。然而在工業化過程中，始終存在著加工性和使用性兩者相互對立，彼此消長的矛盾(如表1所列)，參見日本JK62-69822，JP63-3968，JK62-69882號專利。
表1 日本窒素公司ES纖維比較
表1中PP為聚丙烯，PE-H、PE-M、PE-L分別為高、中、低三種密度聚乙烯，EVA為乙烯與醋酸乙烯共聚物，EPR為丙烯、丁烯-1和乙烯的三元共聚物。
本發明的目的，就是針對現有技術存在相互消長的缺點，從原料到成品的加工全過程進行綜合設計，提供一種工業化實施的最佳方案和技術。
本發明要點闡述。它包括纖維的分子鏈結構設計和制備加工，其特征是采用具有低熔點、粘結性、可紡性三重特性原料，以及采用同心或偏心皮芯結構的雙組分纖維的生產設備和工藝流程。
本發明要點之一是低熔點的高聚物設計。眾所周知，高聚物熔點(Tm)取決于熔融熱(△Hm)和熔融熵(△S)，其關系式為Tm＝△Hm/△Sm-(1)由式(1)可知，其中△Hm和△Sm，分別表示大分子間作用力和分子鏈的柔性，兩者均與分子結構有關。本發明選擇不同極性高聚物來減少△Hm，引入醋酸乙烯酯等共聚物來增大△Sm，其結果如表2列。
表2 不同分子鏈結構聚烯烴的熔點 上表中PE-LL表示線性低密度聚乙烯，PE-EE表示聚乙烯丙酸乙酯。
復合纖維高聚物低熔點的設計，還應同時考慮另一組分(芯)的熔點，試驗表明，通常兩者相差20℃～30℃之間。否則或影響纖維的加工性和性能指標，或無法復合。
本發明的要點之二是賦予高聚物良好的可紡性，這是實施本發明的關鍵之一。試驗表明，可紡性主要依賴于高聚物的分子鏈結構，其表征參數是熔體流動速率(MFR)，包括粘度、活化能、非牛頓指數。其相互關系如表3所列。
表3 PF/PE纖維結構與可紡性關系
上表中PE-E為聚乙烯醋酸乙酯，其他英文縮寫參見表1。
由表3可見，線型分子鏈結構的可紡性最好，表現在熔體粘流活化能低、非牛頓指數高、熔體流變性好。
為了解決低熔點、粘結性和可紡性三者間的矛盾，本發明將長支鏈或短支鏈的聚烯烴摻入線性聚烯烴進行共混紡絲。其比例一般在1至0.3之間，最好為0.7～0.5。
本發明的要點之三是具有偏心結構的纖維斷面形態的設計。復合纖維的斷面形態通常有并列型和皮芯型兩種，對本發明的產品來說，前者在拉伸、熱處理過程中，易產生剝離和應力差、收縮差，導致形成纖維三維螺旋結構，后者可能產生多種不同斷面形態的皮芯結構。
表4 纖維斷面結構與性能間的關系 從粘結性來看，表4中低熔點組分截面圓周率最好在65～95%。
除了設備條件之外，高低熔點組分的熔體流動速度MFR之比是影響截面形態的主要因素。由于熔體細流表面張力作用和壓力分配關系，纖維皮層組分的MFR′接近或高于芯層組分的MFR，否則傾向于并列型。
從本發明來看，纖維皮層與芯層的熔體流動速率之比(MFR′/MFR)一般為0.6～5(參見表5) 本發明要點之四在于皮層添加劑乙烯、丁二烯與苯乙烯共混物(EBS)的配比。
低熔點復合纖維表面摩擦系數及抗靜電能力的大小直接關系到后加工和使用性能。因此本發明在皮層高聚物中加入定量的添加物以改善其性能(如下表6所列)。
表6 添加劑對皮層性能影響 由表可見，加入添加劑后各項摩擦系數和抗靜電性能均有不同程度改善，不僅滿足后加工梳毛等工序要求，而且有利于改善皮層的流變性和皮、芯斷面的形成。
本發明采用添加劑為乙烯、丁二烯與苯乙烯共混物(EBS)，其比例一般控制在0.002～0.0001。
本發明要點之五在于紡絲成形條件。其特征參數是風溫和風速。兩者偏高、偏快或偏低、偏慢均易造成紡絲、拉伸及后加工困難，如偏高偏快則皮芯結構的纖維聚冷發硬，拉伸困難;如偏低偏慢則冷卻緩慢，皮層結晶速率快，而芯層易產生穩定的單斜晶體，這兩種現象都造成分子間引力增大，影響纖維拉伸和后加工性能(如表7和表8所列)表7 不同風溫時纖維的加工性能
由表7和表8可見，風溫一般控制在8～20℃之間，風速一般為0.1～1.0米/秒。
本發明要點之六在于利用通常的復合(同心或偏心皮芯結構雙組分纖維)紡絲設備，所述設備噴絲板組件的關鍵在于復合板芯層導管與皮層板導孔的相嵌部位，一般距皮層導孔平面±3mm，否則會導致纖維截面變化(見表9)。
表9 噴絲板芯層導管位置與制得纖維的截面形態 附圖
為紡絲機噴絲板復合部位的幾何尺寸圖。圖中芯層導管1嵌入皮層導孔2，導孔2平面有錐形傾角，大小為60°～120°，具體尺寸可按加工方便而定，深度為3mm左右，芯層導管1和皮層導孔2內兩種不同的料(熔體細流)在此部位復合后沿噴絲孔壓出。
本發明實施由以下實例給出實例1在Vc406型復合紡絲機上，以PP和PET為芯層，以PE-H為皮層，其工藝參數和纖維指標列于表10。
權利要求
1.一種改良型低熔點聚烯烴熱粘結復合纖維的制造方法，它包括纖維的分子鏈結構設計和加工，其特征是選用兼有低熔點性、粘結性、可紡性三種特性的原料，以及利用具有同心或偏心皮芯結構雙組分纖維的紡絲設備和工藝流程。
2.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于纖維皮層的熔點比芯層的熔點相差25±5℃，皮層熔點范圍在70～150℃之間。
3.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于纖維截面的偏心或同心結構的特征參數是皮層和芯層兩組分的熔體流動速率之比(MFR′/MFR)控制在0.6～5。
4.如權利要3所述的制造方法，其特征在于皮層組分的斷面圓周率為65%～95%。
5.如權利要求1或3所述的制造方法，其特征在于所述紡絲設備的復合噴絲板芯層導管嵌入皮層板導孔部位，應位于導孔平面±3mm。
6.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于皮層高聚物中添加劑乙烯、丁二烯與苯乙烯共混物(EBS)的配比為0.002～0.0001。
7.如權利要求1所述的制造方法，其特征在于紡絲成形冷卻條件，風溫控制范圍8℃～20℃，風速控制范圍為0.1～1.0米/秒。
全文摘要
本發明提供一種改良型的低熔點聚烯烴熱粘結纖維的制造方法，其特征是采用兼有熔點低、粘結性強、可紡性好的三重特性原料，以及具有偏心或同心結構的雙組分纖維生產設備和工藝流程。因此，其產品是一種只需熱軋即可粘合的主體纖維，它具有粘結迅速、加工方便、性能穩定、節約原料、降低能耗、無三廢污染等優點，且在常規滌綸紡絲設備上略加改造即可實施。
文檔編號D01D5/34GK1105399SQ94112010
公開日1995年7月19日 申請日期1994年1月14日 優先權日1994年1月14日
發明者余榮華, 王顯樓, 余鴻鈞, 何永明 申請人:上海市合成纖維研究所