專利名稱：卷曲聚酯纖維及包含其的纖維結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有三維卷曲的聚酯纖維及使用此纖維的纖維結構。更詳言之，涉及梳理性能良好、能提供富具膨松性和壓縮耐久性良好的制品如非織造織物、纖維填料等的卷曲聚酯纖維，及包含該卷曲聚酯纖維和熱粘合復合短纖維的纖維結構。
卷曲聚對苯二甲酸乙二酯纖維所制造的上述纖維制品，雖于剛剛使用后具有高膨松性，但若長時間使用則具有易發生壓縮耐久性消失的問題。
與此相反，于特開平11-189938號(1999)(下文中，特開平指日本未審專利公布)中提出具有規定的拉伸彈性恢復率、彎曲恢復率等的卷曲聚對苯二甲酸丙二酯短纖維，此類短纖維的壓縮耐久性，與包含聚對苯二甲酸乙二酯的卷曲纖維的壓縮耐久性相比，有所改善。但是，該短纖維為將聚對苯二甲酸丙二酯纖維予以熱處理后，施以填塞箱式卷曲機卷曲，并將卷曲纖維切割成短纖維的方法制造而成，所存在的問題是短纖維僅僅是平面的，所謂二維的卷曲，由該纖維所得的纖維制品膨松性不足。此外，USP3,681,188提出，通過不對稱驟冷而在絲的徑向賦予對于聚對苯二甲酸丙二酯的擠出長絲不對稱雙折射并且形成三維卷曲，而制造的纖維。但是，根據此先前技術方法所得的卷曲纖維為卷曲數極低，或者卷曲率過高，存在的問題是由此類卷曲纖維僅可制得膨松性和壓縮耐久性不足的纖維制品，另外，當于梳理步驟中在纖網于滾筒或輥上卷繞時，會產生下腳纖維、纖網破損等。
另一方面，以往，聚酯短纖維，尤其是聚對苯二甲酸乙二酯(以下，簡稱為PET)系短纖維已被廣泛用作寢具、家具和衣料等的纖維填料材料。尤其是，將此類聚酯短纖維和熱粘合性復合纖維混纖并且熱處理所得混合纖維所制得的纖維結構，作為聚氨酯替代材料，被用于諸如墊材和蒲團(futon)襯墊、汽車片材、床墊等各種應用。使用如上述熱粘合性復合纖維所得的纖維結構已于根據專利合作條約發表的國際申請WO91/19032號，特開平4-240219號(1992)等中被提出。但是，對于這些纖維結構，期望進一步改善壓縮耐久性。
因此，根據本發明，提出了卷曲聚酯纖維，其特征在于包含聚對苯二甲酸丙二酯基聚酯，具有卷曲數為9～30個/25mm、卷曲率為20～50％和卷曲彈性模量為80％或以上的三維卷曲；及一種纖維結構，其特征在于包含上述的卷曲聚酯纖維的短纖維和熱粘合性復合短纖維，該卷曲聚酯纖維的短纖維和該熱粘合性復合短纖維的重量比為30∶70至95∶5，和具有由所述卷曲聚酯纖維的短纖維與所述熱粘合性復合短纖維的接觸點和/或熱粘合性復合短纖維彼此間的接觸點的至少一部分所形成的熱粘合點。
可以用作優選使用的第三成分的各種成分是，例如間苯二甲酸、琥珀酸、己二酸、2，6-萘二羧酸或金屬磺基間苯二甲酸等的酸成分、和例如1，4-丁二醇、1，6-己二醇、環己烷二醇或環己烷二甲醇等的二元醇成分等各種成分，并且通過考慮紡絲性能等可適當使用。
另外，視需要可添加各種添加劑例如消光劑、熱穩定劑、消泡劑、正色劑、阻燃劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、紅外線吸收劑、螢光增白劑或著色顏料等。
于本發明中，重要的不僅是本發明的卷曲聚酯纖維為包含上述的聚對苯二甲酸丙二酯基聚酯的卷曲纖維，而且是該纖維具有滿足下述的卷曲數、卷曲率和同時滿足后述條件的卷曲彈性模量的三維卷曲。因此，可獲得梳理性能良好，且，膨松性、壓縮耐久性優良的纖維制品。
即，本發明的卷曲聚酯纖維的卷曲數必須為9～30個/25mm，且優選為11～20個/25mm。若卷曲數低于9個/25mm，則由該纖維所得的纖維制品的膨松性不足。另一方面，卷曲數若超過30個/25mm，則纖維間的纏合性過高，因此梳理性能變差。
另外，該聚酯纖維的卷曲率必須為20～50％，且以30～40％為更優選。該卷曲率低于20％則纖維彼此間的纏合性低，且梳理性能惡化并且無法取得充分的膨松性。另一方面，卷曲率若超過50％，則不僅纏合性過高，導致纏結使梳理通過性降低，且所得的纖網不均勻。
再者，該聚酯纖維的卷曲彈性模量必須為80％或以上，且以85％或以上為更優選。卷曲彈性模量低于80％時，因為卷曲的壓縮耐久性消失較大，故梳理性能極差，纖維易于在滾筒和輥上卷繞，產生大量下腳纖維，并且發生纖網破損等。結果，生產率極低，所得纖維制品的膨松性亦不足。同時亦令該纖維制品的壓縮耐久性顯著降低。因為聚對苯二甲酸丙二酯基聚酯纖維，比聚對苯二甲酸乙二酯纖維的模量低且結晶度低，故易引起卷曲的壓縮耐久性消失。所以重要的是令卷曲彈性模量為如上述。
于本發明中，通過使卷曲聚酯纖維同時滿足如所述的百分率卷曲、卷曲率、及卷曲彈性模量的要求，上述效果協同作用，令梳理性能良好，且可提高纖維制品的膨松性和壓縮耐久性。
并且，此類效果在賦予該聚酯纖維的卷曲為三維卷曲時更為顯著。因此，該卷曲若為以諸如填塞箱卷曲機等卷曲方法所賦予的平面卷曲，則無法取得充分的效果。
本發明的卷曲聚酯纖維包括通過將粘度不同的聚對苯二甲酸丙二酯聚合物成形為并列型或偏心皮芯型復合纖維，并將所得復合纖維熱處理和產生卷曲而制得的纖維，或者，通過于紡絲步驟中施以不對稱驟冷，對所得纖維進行熱處理和產生卷曲而制得的纖維，等等。在本發明中，特別以后者的通過不對稱驟冷產生卷曲的纖維為優選。上述的卷曲，與卷曲機等填塞箱卷曲所賦予的機械卷曲不同，即使在將纖維加以壓縮壓力包裝成包狀長期放置時，其卷曲的壓縮耐久性消失得亦非常少，且以后在將纖維供于梳理步驟時加工性能亦極佳，且纖維不會卷繞滾筒或輥，并且不會產生下腳纖維、纖網破損等。
本發明的卷曲聚酯纖維的單絲截面形狀并無特別限定，可以配合用途目的適當選擇圓形、三角形、扁平形、六角形等。于本發明中，考慮到紡絲步驟中在徑向上易賦予不對稱雙折射率，且易于產生三維卷曲，上述纖維較優選為中空率5～80％的中空纖維。
以上說明的本發明的卷曲聚酯纖維可按照例如下述方法制造即，將聚對苯二甲酸丙二酯聚合物熔融，并對剛從抽絲板表面抽出的長絲，從其一側吹送具有1.0m/s或以上流速的驟冷空氣流，吹送氣流與長絲行進方向的垂直方向成±20度范圍內的角度，并以350～2500m/min牽引形成的長絲。以此取得沿長絲徑向具有以雙折射率表示的高度不對稱雙折射的未拉伸紗。其次，將該未拉伸紗在50～95℃的熱水中，拉伸1.2～3.5倍，更優選進行二段拉伸，未進行定長熱處理而切斷為短纖維，并在100～150℃進行松馳熱處理。此時，可令驟冷空氣流流速為1.0m/s或以上，借此則可賦予高度的沿長絲徑向的不對稱雙折射，并且易于和利于產生卷曲數為9或以上的三維卷曲。另外，特別優選調節驟冷氣流從長絲一側的吹送方向與長絲行進方向的垂直方向成±20度，這樣可令紡絲性能改善，且可易賦予沿長絲徑向的不對稱雙折射。如上所述，在將本發明的卷曲聚酯纖維切成短纖維時，切斷長度以10～100mm的范圍為優選，且特別以15～90mm的范圍為優選。所得的卷曲短纖維可以進行梳理加工以及相應制品所需要的加工，以提供膨松性、壓縮耐久性良好的非織造織物、纖維填料和墊材等。
例如，能夠制造包含本發明的卷曲聚酯纖維的短纖維和下述熱粘合性復合纖維，其重量比為30∶70～95∶5，優選為40∶60～90∶10，且具有該卷曲聚酯纖維的短纖維和該熱粘合性復合短纖維的接觸點和/或熱粘合性復合短纖維彼此間的接觸點的至少一部分形成的熱粘合點的纖維結構，借此可生產膨松性、壓縮耐久性為格外提高的纖維填料、墊材等。形成上述纖維結構骨架的纖維為上述的卷曲聚酯纖維，借此生產的纖維結構，與包含單獨的熱粘合性短纖維的或者包含熱粘合性短纖維和聚對苯二甲酸乙二酯基聚酯短纖維的慣用纖維結構相比，前者的壓縮耐久性得到更顯著的改善。
優選上述的熱粘合性復合短纖維為聚酯基復合纖維，其制法包括將熱塑性聚酯基彈性體(E)和比該彈性體熔點高10℃或以上的聚酯(P)，以在纖維橫截面中的E與P面積比＝20∶80至80∶20進行配置，以使該彈性體(E)的至少一部分露出在纖維表面。將此類纖維和本發明的卷曲聚酯纖維的組合，可提供更好的彈性，且改進壓縮耐久性。
此外，上述的熱塑性聚酯基彈性體(E)優選為以聚酯做為硬鏈段，且以聚環氧烷二元醇做為軟鏈段的聚醚酯基嵌段共聚物。上述硬鏈段可例示包括由至少一種二羧酸與至少一種二醇形成的聚酯，所述二羧酸選自芳香族二羧酸如對苯二甲酸、間苯二甲酸、萘-2，6-二羧酸、萘-2，7-二羧酸、聯苯-4，4′-二羧酸、二苯氧基乙烷二羧酸或5-鈉磺基間苯二甲酸，脂環族二羧酸等如1，4-環己烷二羧酸，脂族二羧酸等如琥珀酸、草酸、己二酸、癸二酸、十二烷酸或二聚酸；二元醇組分選自脂族二醇如乙二醇、二甘醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、新戊二醇、癸66二醇，或脂環族二醇等如1，1-環己烷二甲醇或三環癸烷二甲醇。另外，軟鏈段可列舉平均分子量為400～5000左右的諸如聚乙二醇、聚(1，2-環氧丙烷)二醇、聚(環氧丁烷)二醇、聚(環氧丙烷)二醇、環氧乙烷和環氧丙烷的共聚物或環氧乙烷和四氫呋喃的共聚物等的聚環氧烷二醇。
特別優選的熱塑性聚酯基彈性體(E)是，硬鏈段成分為包含主要酸成分為40～100摩爾％的對苯二甲酸和0～50摩爾％的間苯二甲酸，且主要二元醇成分為1，4-丁二醇的聚酯，且主要軟鏈段成分為平均分子量400～5000的聚環氧烷二醇，并且該硬鏈段成分和該軟鏈段成分的共聚比例(重量比)為95∶5至20∶80重量％的聚醚酯基嵌段共聚物。
另外，上述的熱塑性聚酯基彈性體(E)為熔點為100～210℃，更優選為130～180℃。熔點為此范圍內時，制造該熱粘合性復合纖維時的纖維彼此間的熔合和接觸粘合的發生進一步被抑制，并且令制造纖維結構時的粘合不勻亦更被抑制。更且，上述彈性體(E)的特性粘度就紡絲性能等方面而言以0.6～1.7為優選。
另一方面，聚酯(P)可為聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸己二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚對苯二甲酸環己烷二甲醇酯、聚新戊內酯、或其共聚物等的任一者，然而由所得纖維結構的彈性恢復性觀點而言，以聚對苯二甲酸丙二酯基聚酯、聚對苯二甲酸丁二酯基聚酯或聚對苯二甲酸環己烷二甲醇酯基聚酯為優選。
上述聚酯(P)為比前述聚酯基彈性體(E)的熔點高10℃或以上為優選。若滿足此技術條件，則可將前述聚醚酯基嵌段共聚物中構成硬鏈段成分的聚酯相同的各種共聚成分進行共聚。
在本發明的熱粘合性復合纖維中，如前所述，上述的熱塑性聚酯基彈性體(E)優選和聚酯(P)復合以在纖維橫截面中使E∶P面積比＝20∶80至80∶20。此時，E、P兩成分的復合狀態除了皮芯型以外，亦可為諸如偏心皮芯型、并列型、海島型復合紡絲纖維或海島型混合紡絲纖維或柑橘鏈段型排列(分割)纖維等公知的復合狀態；但成分E和P的排列優選為該彈性體(E)的一部分露出纖維表面，且優選該彈性體占纖維截面中圓周的30％或以上。其中，在并列型、偏心皮芯型的情況，于成型纖維結構時的熱處理時，可輕易賦予易于實現微細卷曲的潛在卷曲能力，所以特別優選并列型和偏心皮芯型，這是由于纖維彼此間的纏合增加且可提高粘合性。
本發明的熱粘合性復合纖維的單纖維纖度優選為0.5～200dtex，且更優選為2～100dtex。優選使單根纖維纖度保持在上述的范圍內，則可使在為作成纖維結構而進行的熱接合處理時，該纖維結構中所形成的熱粘合點的數目適當，可取得充分的強度，并且亦可極度抑制制造該熱粘合性復合纖維時的膠著現象。
另外，纖維橫截面的形狀并非必要為正圓形，可采用多角形和附翼形、丸型等，但是，若考慮形成短纖維且通過梳理步驟的情況，則以正圓形為佳。也可具有1個或以上的中空部。
在制造本發明的熱粘合性復合纖維時，可根據先前公知的方法進行制造。
將上述的熱粘合性復合纖維切成短纖維時，切斷長度優選為10～100mm，特別優選為15～95mm。于此范圍則梳理性能和纖維結構的粘合性為特別良好。
另外，對于上述的熱粘合性復合短纖維，可卷曲至在工程上不發生問題的程度。此時，卷曲數優選為8～20個/25mm、卷曲率優選為6～18％。
由上述說明的卷曲聚酯纖維的短纖維和熱粘合性復合短纖維制造本發明的纖維結構可采用已知方法，只要在該纖維結構內部，于卷曲聚酯纖維的短纖維和熱粘合性復合短纖維的接觸點和/或熱粘合性復合短纖維彼此間的接觸點的至少一部分可形成熱粘合點。可以優選采用的方法是例如，將纖維在特定模具中吹塑成型后對所得模制纖維進行熱處理的方法，和一邊以熱風等熱處理纖維且一邊形成纖維團并將其吹入特定模具中，再視需要再度予以熱處理，從而模制出目的結構的方法等。
僅使得熱塑性聚酯基彈性體(E)熔融的溫度及時間可用作上述模制時的熱處理條件。具體而言，熱處理溫度優選為約100～210℃，熱處理時間優選為約10～30分鐘。
以下，列舉實施例等更加具體說明本發明的構成及效果，但本發明完全不受這些實施例所限定。實施例中的各數值依據下列方法求出1)特性粘度于鄰氯苯酚溶液中，將聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)以1.2g/dl溶解，聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)以0.8g/dl溶解，且分別于35℃依常法測定特性粘度。2)纖度、纖維長度、卷曲數、卷曲率、卷曲彈性模量依據JIS-L1015定義的方法測定。3)比容、壓縮率和恢復率所得的短纖維通過梳理機作成纖網，并且依據JIS-L1097定義的方法測定。4)梳理性能纖維在落紗機的表面速度為35m/min，紡出纖網的單位面積重量為50g/m2的條件下進行梳理，評價運轉1小時的梳理性能，其結果以良好、差和劣表示。纖維結構評價5)硬度(彈性)根據JIS-K6401(5.4)中定義的方法測定。數值130～200N為良好。6)重復壓縮殘留應變(耐久性)根據JIS-K6401(5.6)中定義的方法測定。數值10％或以下為良好。7)硬度不勻任意選出熟練者10名，以手觸摸每個纖維結構的表面，并且根據下述判定基準，進行硬度不勻、柔軟性的感官評價。
5優良(極為均勻且未察見不勻)4相當好(幾乎沒有不勻且大部分均勻)3良好(雖有部分不勻但并不令人介意)2差(察見不勻)
1劣(明顯的許多不勻)
以所得的熱塑性彈性體做為皮成分，且聚對苯二甲酸丁二酯(PBT；特性粘度0.85，熔點232℃)做為芯成分，令纖維截面積比為芯/皮＝60/40，使用公知的偏心皮芯復合纖維用噴絲板(260孔)，以吐出量720克/分鐘紡絲，且以1100m/min卷繞取得未拉伸絲。其次，將所得的未拉伸絲作成50萬dtex的絲束后，以70℃×90℃的二段熱水拉伸法拉伸4.4倍。將此拉伸絲以填塞型卷曲機賦予卷曲后，于50℃施以松弛熱收縮處理后，切斷成51mm長的纖維，取得熱粘合性復合短纖維。所得的纖維為單纖維纖度6dtex，卷曲數11個/25mm，卷曲率8％。
將上述的熱粘合性復合短纖維和實施例1的聚對苯二甲酸丙二酯纖維以表2記載的比例混纖，且通過羅拉梳理機2回，取得混纖網。將此纖網以一定密度放入模具型腔中，且以循環式熱風干燥機進行180℃×15分鐘的熱處理，取得密度0.04g/cm3，厚度5cm的纖維結構。所得的纖維結構柔軟且觸感良好。評價該纖維結構特性的結果示于表2。
除了使用上述的熱粘合性復合短纖維代替于實施例5中包含聚對苯二甲酸丁二酯做為芯成分(P)的熱粘合性復合短纖維以外，同實施例5進行處理，取得纖維結構。所得的纖維結構柔軟且觸感良好。評價該纖維結構特性的結果示于表2。比較例5除了使用比較例3的聚對苯二甲酸乙二酯短纖維代替于實施例5中的聚對苯二甲酸丙二酯短纖維以外，同實施例5進行處理，取得纖維結構。所得的纖維結構比實施例5的結構的觸感稍硬。評價該纖維結構特性的結果示于表2。表2

工業上的可利用性本發明的卷曲聚酯纖維包含聚對苯二甲酸丙二酯基聚酯，且具有卷曲數、卷曲率、卷曲彈性模量的平衡良好的三維卷曲。故通過這些協同效應，可改善梳理性能，且由該纖維所得的纖維制品的壓縮耐久性、膨松性得到顯著提高。因此，該聚酯纖維為特別適合使用于非織造織物、纖維填料或墊材的用途中。特別是，使用上述卷曲聚酯纖維的本發明的纖維結構可充分發揮該卷曲聚酯纖維的性能，且膨松性、壓縮耐久性優良。故該纖維結構適合使用于寢具、家具、車輛材料(墊材、天花板材料、防護材料)、衣料、過濾材料、建筑/土木工程材料、農業用材料等，在工業上具有高的利用價值。
權利要求
1.一種卷曲聚酯纖維，其特征為包含聚對苯二甲酸丙二酯基聚酯，具有卷曲數為9～30個/25 mm、卷曲率為20～50％的三維卷曲，且卷曲彈性模量為80％或以上。
2.按照權利要求1的卷曲聚酯纖維，其中卷曲聚酯纖維為中空率為5～80％的中空纖維。
3.一種纖維結構，其特征為包含權利要求1的卷曲聚酯纖維的短纖維和熱粘合性復合短纖維，該卷曲聚酯纖維的短纖維和該熱粘合性復合短纖維的重量比為30∶70至95∶5，且該卷曲聚酯纖維的短纖維和該熱粘合性復合短纖維的接觸點和/或熱粘合性復合短纖維彼此間的接觸點的至少一部分形成熱粘合點。
4.按照權利要求3的纖維結構，其中熱粘合性復合短纖維是由熱塑性聚酯基彈性體(E)和比該彈性體熔點高10℃或以上的聚酯(P)配置而成的聚酯基復合纖維，在纖維橫截面中E∶P的面積比＝20∶80至80∶20，該彈性體(E)的至少一部分在纖維表面露出。
5.按照權利要求4的纖維結構，其中熱塑性聚酯基彈性體(E)為包含硬鏈段成分和軟鏈段成分的、硬鏈段成分與軟鏈段成分的共聚比例按重量計為95∶5至20∶80的聚醚酯基嵌段共聚物，該硬鏈段成分為包含主要的酸成分為40～100摩爾％的對苯二甲酸和0～50摩爾％的間苯二甲酸和主要的二元醇成分為1，4-丁二醇的聚酯，該軟鏈段成分為平均分子量為400～5,000的聚環氧烷二元醇。
全文摘要
由聚對苯二甲酸丙二酯聚酯生產的,具有卷曲數為9～30個/25mm,卷曲率為20～50%的三維卷曲的,且卷曲彈性模量為80%或以上的卷曲聚酯纖維,以及,上述卷曲聚酯纖維的短纖維與熱粘合性復合短纖維的重量比為30∶70至95∶5且兩短纖維的接觸點和/或熱粘合性復合短纖維彼此間的接觸點的至少一部分形成了熱粘合的纖維結構。
文檔編號D04H1/42GK1343271SQ00804766
公開日2002年4月3日 申請日期2000年12月28日 優先權日2000年1月7日
發明者山田敏弘, 田代干雄, 塚本亮二, 馬場健二 申請人:帝人株式會社