專利名稱：可拉伸聚合物纖維、用于成形纖維的紡絲板及由它生產(chǎn)的制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種可伸長合成聚合物纖維，包含含有熱塑性彈性體聚合物的軸向芯，和多個附著在芯外周邊上徑向間隔分布、含有熱塑性非彈性體聚合物的翼。翼聚合物或芯聚合物至少之一凸出到另一聚合物中以改善翼在芯上的固著。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)此種纖維的方法和可用于成形該纖維的紡絲組件。本發(fā)明還涉及由該纖維成形的制品，包括紗線、服裝等。
相關(guān)技術(shù)人們希望賦予許多由合成纖維制成的產(chǎn)品，包括各種服裝，如運動服和襪類，一定的伸長性。正如授予Ishii的美國專利4,861,660所公開的，已知有各種各樣方法可用于賦予合成長絲以伸長性。在一種方法中，纖維被沿二維或三維卷曲。在另一種此類方法中，由彈性聚合物，例如，天然或合成橡膠，或者合成彈性體如聚氨酯彈性體，生產(chǎn)可拉伸長絲。此種類型可拉伸長絲的缺點在于，橡膠或聚氨酯彈性體長絲本身表現(xiàn)出非常差的耐磨和針織加工性和不良的染色性。于是，就通過用另一種類型具有滿意加工性和染色性能的長絲包覆橡膠或彈性體長絲來克服橡膠或聚氨酯長絲的缺點。
然而，此種包覆的彈性體長絲存在缺點。Ishii試圖通過賦予由兩種聚合物成形的長絲以不對稱性來克服此種長絲的缺點?？墒?，此種纖維常常存在兩種聚合物在加工期間頻繁發(fā)生彼此脫離(剝離)的嚴(yán)重缺陷。所制成的分裂纖維具有低斷裂強度，所制成的織物的透明輕薄程度差強人意，導(dǎo)熱性差。還可參見授予Breen等人的美國專利3,017,686，文中公開由兩種不同非彈性體聚合物成形的纖維，同樣也存在這樣的缺點。
事實上，授予Tanner的美國專利3,418,200承認，在芯聚合物伸長到翼聚合物的某些條件下，事實上使由不同于芯的聚合物成形的翼部分和該翼的凸出部分比較容易從凸出部分上脫離。相比之下，人們可能希望改善長絲中兩種不同聚合物之間的固著，正如美國專利3,458,390所公開的，利用機械互鎖將兩種高模量低彈性聚合物結(jié)合在一起。然而，這樣的聚合物，以及Breen和Tanner所公開那些，由于彈性低，因此缺乏當(dāng)今所追求的高伸長服裝所要求的伸長和回復(fù)性能。
含有兩種聚合物的纖維可用美國專利3,418,200和美國專利5,344,297中公開的紡絲板紡絲。然而，這兩篇專利公開的紡絲板，當(dāng)多種聚合物流股在紡絲板前在進料通道內(nèi)合并時常出現(xiàn)聚合物遷移的問題。這類問題在《聚合物科學(xué)雜志.物理輯》(Journal of PolymerScience[Physics Edition])卷13(5)p.863，1975做了描述，并且更具體和最近見諸于《國際纖維雜志》(International FiberJournal)(1998)，卷13(5)p.48，關(guān)于另外的一種具有旨在從芯上分裂下來的尖端的三葉形纖維的現(xiàn)有技術(shù)紡絲方法。
可見，目前仍然需要一種纖維及由它制成的制品，它具有優(yōu)異伸長和回復(fù)并且在加工和使用期間保持其強度，以及制造此種纖維和制品的便利方法。還需要用于兩種聚合物紡絲的紡絲板，它克服了當(dāng)多種聚合物流股在紡絲板前在進料通道內(nèi)合并時常出現(xiàn)聚合物遷移的問題。
發(fā)明概述現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，可拉伸兩種聚合物纖維內(nèi)的分裂(脫離或剝離)可大大減少或消除，只要這兩種聚合物彼此插入，就是說，一個或多個翼的翼聚合物至少一部分凸出到芯聚合物中，或者芯聚合物的至少一部分凸出到翼聚合物中。此種現(xiàn)象是預(yù)料不到的，因為原來以為，在張力下，彈性體聚合物理應(yīng)輕易地變形并被從與非彈性體聚合物互插的接合部拉出，特別是按照上面提到的Tanner的觀點。
根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供一種可拉伸合成聚合物纖維，它包括含有熱塑性彈性體聚合物的軸向芯和許多附著在芯上、含有熱塑性非彈性體聚合物的翼，其中翼聚合物或芯聚合物至少之一凸出到另一聚合物中。在一種實施方案中，軸向芯包含外半徑R1和內(nèi)半徑R2，且R1/R2大于約1.2。
在另一種實施方案中，本發(fā)明提供一種可拉伸合成聚合物纖維，它包括含有第一聚合物的軸向芯和許多附著在芯上、含有第二聚合物的翼，其中纖維具有低于約1的剝離等級以及至少約20％的煮沸后伸長。
另外，憑借本發(fā)明的紡絲組件，有可能將多組分聚合物流股直接計量送入到紡絲板中纖維成形孔的背面入口處特定點。這便消除了當(dāng)多種聚合物流股在離紡絲孔相當(dāng)距離就在進料通道內(nèi)合并時常出現(xiàn)聚合物遷移的問題。
于是，本發(fā)明提供一種用于多種合成聚合物熔融擠出以生產(chǎn)纖維的紡絲組件，它包含計量板，包含適合用于接受第一聚合物熔體的第一組孔和適合用于接受第二聚合物熔體的第二組孔；紡絲板，與計量板對齊并接觸，該紡絲板具有紡絲通孔并具有小于紡絲孔長度的約60％的錐口孔(counterbore)長度；以及紡絲板底板，它具有大于紡絲孔的孔，與紡絲板對齊并接觸；其中各板對齊后使得多種聚合物喂入到計量板中，流經(jīng)紡絲板和紡絲板底板從而成形為纖維。


圖1是本發(fā)明纖維的斷面視圖，其中翼聚合物凸出到芯中。
圖2是本發(fā)明纖維的斷面視圖，其中芯聚合物凸出到翼中。
圖3是本發(fā)明纖維一種實施方案的斷面視圖，其中凸出的聚合物，例如，翼聚合物如同牙根似地凸出到被插入聚合物，例如，芯聚合物中。
圖4是本發(fā)明纖維一種實施方案的斷面視圖，其中凸出的聚合物，例如，芯聚合物，凸出到被插入聚合物，例如，翼聚合物中，該插入聚合物如同花鍵似的。
圖5是本發(fā)明纖維一種實施方案的斷面視圖，其中芯聚合物凸出到翼聚合物中并包括擴大的遠端段和連接遠端段與芯聚合物其余部分的縮頸段從而在其中形成至少一個縮頸部分。
圖6是本發(fā)明纖維一種實施方案的斷面視圖，其中芯包圍著一個或多個翼側(cè)面的一部分，從而造成翼插入芯。
圖7是可用于制造本發(fā)明纖維的工藝-設(shè)備示意圖。
圖8是可用于制造本發(fā)明纖維的重疊板紡絲組件側(cè)視圖。
圖8A是垂直于圖8所示重疊板紡絲組件看去并沿圖8的線段8A-8A截取的細孔板A的平面視圖。
圖8B是垂直于圖8所示重疊板紡絲組件看去并沿圖8的線段8B-8B截取的細孔板B的平面視圖。
圖8C是垂直于圖8所示重疊板紡絲組件看去并沿圖8的線段8C-8C截取的細孔板C的平面視圖。
圖9顯示現(xiàn)有技術(shù)紡絲板斷面的部分剖視表達。
圖9A和9B顯示兩種本發(fā)明紡絲板的部分剖視表達。
圖10是可用于制造本發(fā)明纖維替換方案的重疊板紡絲組件側(cè)視圖。
圖10A、10B和10C分別表示垂直于圖10重疊板紡絲組件看去紡絲板、分配板和計量板的替換方案平面視圖，它們每一個均可用于本發(fā)明紡絲組件中以制造本發(fā)明的替換方案纖維。
圖11A、11B和11C分別表示垂直于圖10重疊板紡絲組件看去紡絲板、分配板和計量板的另一替換方案平面視圖，它們每一個均可用于本發(fā)明紡絲組件中以制造本發(fā)明的替換方案纖維。
圖12是作為實例6中例子的本發(fā)明纖維斷面視圖。
圖13是作為實例7中例子的本發(fā)明纖維斷面視圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供一種可拉伸合成聚合物纖維，大致如圖1、2、3、4、5、6、11和12中的10所示。本發(fā)明纖維包括如圖1和2中12所示軸向芯和如圖1和2中14所示多個翼。該軸向芯包含熱塑性彈性體聚合物；該翼含有附著在芯上的至少一種熱塑性非彈性體聚合物。優(yōu)選的是，熱塑性非彈性體聚合物為可永久延伸(permanently drawable)。
本文中使用的術(shù)語“纖維”可與術(shù)語“長絲”通用。術(shù)語“紗(線)”包括單絲組成的各種紗線。術(shù)語“復(fù)絲紗”一般指二或更多根單絲組成的紗線。術(shù)語“熱塑性”是指可反復(fù)地熔融-加工(例如，熔融紡絲)的聚合物。所謂“彈性體聚合物”是指一種處于不含稀釋劑的單組分纖維形式的聚合物，具有超過100％的斷裂伸長并且當(dāng)拉伸到其長度的兩倍，保持1min，然后松開時，將在松開的1min內(nèi)回縮到其原來長度的不足1.5倍。本發(fā)明纖維中的彈性體聚合物可具有小于約14,000磅每平方英寸(96,500kPa)，更典型地小于約8500磅每平方英寸(58,600kPa)的撓曲模量，其中以紡成單組分纖維存在并按照ASTM標(biāo)準(zhǔn)D790撓曲性能在室溫或23℃并按照基本上如此中所述的條件測定。本文中使用的術(shù)語“非彈性體聚合物”是指任何不是彈性體聚合物的聚合物。此種聚合物也可稱作“低彈性”、“硬”和“高模量”的。所謂“可永久延伸”是指該聚合物具有某一屈服點，而倘若聚合物拉伸到超過這一點，它將不回復(fù)到其原來的長度。
本發(fā)明纖維，當(dāng)由至少兩種沿纖維全長彼此粘附的聚合物組成，每種聚合物屬于不同類別，例如，聚酰胺、聚酯或聚烯烴時，就稱作“雙成分”纖維。如果聚合物的彈性特征之間差異足夠大，以致可以采用相同類別的聚合物，則所制成的纖維是“雙組分”纖維。此種雙組分纖維也在本發(fā)明范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明，翼聚合物與芯聚合物至少之一凸出到另一聚合物中。圖1顯示翼聚合物凸出到芯聚合物中；圖2顯示芯聚合物凸出到翼聚合物中。芯和翼聚合物的插入可通過任何能有效減少纖維分裂的方法實現(xiàn)。例如，在一種實施方案中，插入聚合物(例如，翼聚合物)可如同牙根似地凸出到被插聚合物(例如，芯聚合物)中從而形成許多凸起(參見圖3)。在另一種實施方案中，插入聚合物(例如，芯聚合物)可凸出到被插聚合物(例如翼聚合物)中，于是插入聚合物就像個花鍵似的(參見圖4)?；ㄦI具有基本上一致的直徑。在又一種實施方案中，至少一種聚合物可具有至少一個凸出部分，即一個翼插入芯或者芯插入翼，這包括擴大的遠端段和縮頸段，后者連接該遠端段與至少一種聚合物的其余部分從而形成在其中的至少一個縮頸部分。圖5顯示芯聚合物凸出到每個翼聚合物中，并具有這樣的擴大遠端段16和縮頸段18。翼與芯彼此借助這樣的擴大遠端段和縮頸段彼此固定，即稱作“機械互鎖”。為便于制造和翼與芯之間更有效附著，通常優(yōu)選最后提到的具有縮頸段的實施方案。其他凸出方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以預(yù)見的。例如，如同在圖6中看到的，芯可包圍著一個或多個翼側(cè)面的一部分，于是翼便插入到芯中。
本發(fā)明纖維包括軸向芯，它具有外半徑和內(nèi)半徑(例如，“R1”和“R2”，分別如圖1和2所示)。外半徑是包圍芯最外部分的外接圓的半徑；內(nèi)半徑是與翼最內(nèi)部分內(nèi)接的圓的半徑。在本發(fā)明纖維中，R1/R2一般大于約1.2。優(yōu)選的是，R1/R2介于約1.3～約2.0。抗剝離能力隨著該比例的降低而下降；而在較高比例時，高含量彈性體聚合物處于翼中(或者非彈性體聚合物在芯中)，會降低纖維的伸長和回復(fù)。當(dāng)芯形成翼內(nèi)的花鍵時，R1/R2趨于2。相反，在翼或芯聚合物之一不凸出到另一種聚合物中的纖維中，R1接近R2，以致翼或芯都不插入對方中。在有眾多翼的情況下，某些翼的聚合物凸出到芯聚合物中，而其他翼中的聚合物又被芯聚合物插入，此時R1和R2僅當(dāng)作對應(yīng)于每個翼的一對來確定，如圖2所示，于是R1/R2和R1’/R2’每個比值一般都大于1.2，優(yōu)選介于約1.3～2.0。在另一種實施方案中，某些翼可被芯聚合物插入，而相鄰的翼則不被插入，則R1和R2根據(jù)被插翼來確定；類似地，R1和R2根據(jù)插入翼來確定，若僅一部分芯被翼聚合物插入的話。各個翼可采取芯插入翼、翼插入芯以及不插入的任意組合，只要至少一個翼插入到芯中或者被芯插入即可。
本發(fā)明纖維沿其自己的縱軸扭轉(zhuǎn)(捻回)，而沒有顯著二-或三-維卷曲特征。(在此種較高維度的卷曲中，纖維的縱軸本身呈曲折或螺旋構(gòu)型；此種纖維不屬于本發(fā)明范圍)。本發(fā)明纖維可表征為具有基本上螺旋形的捻回和一維螺旋形捻回。“基本上螺旋形捻回”既包括完全圍繞著彈性體芯盤繞的螺旋形捻回，也包括僅部分地圍繞該芯盤繞的螺旋形捻回，因為據(jù)觀察，纖維要達到合乎需要的伸長性能不一定要求完整360°的螺旋形捻回。基本上螺旋形捻回可以是幾乎完全沿周邊的基本上螺旋形捻回也可以是幾乎完全不沿周邊的基本上螺旋形捻回。“一維”螺旋形捻回是指，雖然纖維的翼可以為基本上螺旋形的，但纖維的軸線即便在低張力下也基本上保持直線，以此區(qū)別于具有2-或3-維卷曲的纖維。然而，具有一定波紋的纖維則在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
是否存在二-和三維卷曲可根據(jù)將纖維基本拉直(抻直存在的任何非直線部分)所需要的拉伸量來判斷，同時也是判斷具有螺旋形捻回的纖維的徑向?qū)ΨQ性的尺度。本發(fā)明纖維可要求小于約10％伸長，更典型地小于約7％伸長，例如約4％～約6％，便可將纖維基本拉直。
本發(fā)明纖維具有基本上徑向?qū)ΨQ斷面，正如特別是可從圖1和2所看到的。所謂“基本上徑向?qū)ΨQ斷面”是指一種斷面，其中各個翼的位置和尺寸滿足如下條件當(dāng)纖維圍繞其縱軸旋轉(zhuǎn)360/n度，其中n是代表纖維的“n-重”-對稱的整數(shù)時，產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)前基本相同的斷面。該斷面就圍繞著芯在尺寸、聚合物和間隔角度等方面而言基本對稱。此種基本上徑向?qū)ΨQ斷面提供高伸長與高均一性和沒有顯著程度二-或三維卷曲出乎意料的組合。此種均一性在纖維的高速加工中具有優(yōu)勢，例如，在通過導(dǎo)絲器和針織用針時，以及在制造平滑、無花點(non-“picky”)織物，特別是透明輕薄織物如襪類等方面。具有基本徑向?qū)ΨQ斷面的纖維不具有自卷曲傾向，即，它們沒有明顯二-或三維卷曲特性。關(guān)于一般描述可參見《紡織研究雜志》(Textile ResearchJournal)1967-06，p.449。
為達到最高的斷面徑向?qū)ΨQ性，芯可具有基本上圓形或規(guī)則多邊形的斷面，例如，如同在圖1和2中看到的。所謂“基本圓形”指的是，過纖維斷面中心彼此成90°交叉的兩個軸的長度比不大于約1.2∶1。采用基本圓形或規(guī)則多邊形芯，不同于美國專利4,861,660中的芯，可保護彈性體，避免與輥、導(dǎo)絲器之類接觸，正如稍后在討論翼的數(shù)目時所描述的。多個翼可圍繞芯排列成任何要求的方式，例如，如圖1和2那樣不連續(xù)地，即，翼聚合物不構(gòu)成芯上的連續(xù)壁爐臺(mantel)，也不與相鄰翼在芯表面相接合，例如像美國專利3,418,200的圖4和5所表示的那樣。翼可以具有相同或不同的尺寸，只要保持基本徑向?qū)ΨQ性。再有，每個翼可具有與其他翼不同的聚合物，同樣只要基本上徑向幾何和聚合物組成的對稱性得到維持。然而，為制造起來簡單和容易達到徑向?qū)ΨQ，優(yōu)選的是，各個翼具有大致相同的尺寸，并且由相同聚合物或聚合物共混物制成。還優(yōu)選的是，各個翼不連續(xù)地包圍著芯，以便于制造。
雖然纖維斷面就圍繞芯的尺寸、聚合物和角度間隔而言為基本對稱，但要知道，偏離完美對稱的小波動，由于諸如驟冷的不均一或聚合物熔體流動的不完美或紡絲孔的不完美，一般在紡絲過程中在所難免。應(yīng)當(dāng)理解，此種波動是允許的，只要它們不大到足以偏離本發(fā)明的目的，例如，通過一維螺旋形捻回提供具有要求伸長和回復(fù)，同時最大限度降低二-和三維卷曲的纖維。就是說，纖維不故意做成如美國專利4,861,660中那樣的不對稱。
從芯朝外凸起的翼粘附在芯上并且構(gòu)成許多至少部分地包圍芯的螺旋形，尤其是在經(jīng)過有效加熱后。這些螺旋形之間的節(jié)距在纖維受到拉伸時可能增加。本發(fā)明纖維具有多個翼，優(yōu)選3～8，更優(yōu)選5或6個。采用的翼的數(shù)目可根據(jù)纖維的其他特征和纖維制造及使用條件來確定。例如，當(dāng)制造單絲時，可采用5或6個翼，尤其在較高拉伸比和纖維張力情況下。在此種情況下，翼間距可圍繞著芯足夠密，以保護彈性體使之，與采用較少翼數(shù)的情況相比，較少與輥筒、導(dǎo)絲器之類接觸并從而較少斷絲，纏輥和磨損。較高牽伸比和纖維張力的效應(yīng)是將纖維壓向輥筒和導(dǎo)絲器的力更大，從而使各個翼外展并導(dǎo)致彈性體芯與輥筒或?qū)Ыz器相接觸；因此，在高牽伸比和纖維張力的情況下優(yōu)選多于2個翼。在單絲中，常常優(yōu)選5或6個翼，以達到容易制造與較少芯接觸之間的最佳組合。當(dāng)要求復(fù)絲紗時，可采用少到二或三個翼，因為彈性體芯與輥筒或?qū)Ыz器接觸的可能由于其他纖維的存在而減少。
雖然優(yōu)選的是，翼不連續(xù)地包圍著芯以便于制造，但芯也可在其外表面包括介于翼與芯接觸點之間的非彈性體聚合物皮層。皮層厚度可介于纖維芯最大半徑的約0.5％～約15％。皮層可通過在芯與翼聚合物之間提供更多接觸點來促進翼與芯之間的粘附，這是一項當(dāng)雙成分纖維中聚合物之間彼此粘附得不很好時特別有用的特性。皮層還可減少芯與輥筒、導(dǎo)絲器等之間的磨損性接觸，尤其當(dāng)纖維具有少數(shù)翼時。
本發(fā)明的多翼斷面的芯和/或翼可以是實心的或者是中空或包括空洞的。在典型情況下，芯和翼都是實心的。另外，翼可具有任何形狀，例如橢圓、T-、C-或S-形(例如參見圖4)。有用的翼形狀的例子可見諸于美國專利4,385,886。T-、C-或S-形可能有助于保護彈性體芯，使之免于接觸導(dǎo)絲器和輥筒，正如上面所述。
總翼聚合物與芯聚合物之間的重量比可有所不同，以提供所要求的性能組合，例如，由芯提供所要求的彈性并由翼聚合物提供其他性能例如低粘著性。例如，翼與芯的重量比可采用約10/90～約70/30，優(yōu)選約30/70～約40/60。當(dāng)在該纖維不需要與某種伴隨紗線一起使用(例如，襪類)時，為達到使用中的耐用與高伸長的結(jié)合，通常優(yōu)選翼/芯重量比介于約35/65～約50/50。為達到芯與翼之間的最佳粘附，就典型而言，纖維總重量的約5wt％～約30wt％可以是非彈性體聚合物插入到芯中或者彈性芯聚合物插入到翼中。
如上面所指出的，本發(fā)明纖維的芯可由任何熱塑性彈性體聚合物成形。有用彈性體的例子包括熱塑性聚氨酯、熱塑性聚酯彈性體、熱塑性聚烯烴、熱塑性聚酯酰胺彈性體和熱塑性聚醚酯酰胺彈性體。
有用的熱塑性聚氨酯芯彈性體包括由聚合二醇、二異氰酸酯和至少一種二醇或二胺增鏈劑制備的那些。優(yōu)選二醇增鏈劑，因為由它制成的聚氨酯的熔點比用二胺增鏈劑制成的熔點低?？捎糜谥苽鋸椥泽w聚氨酯的聚合二醇包括聚醚二醇、聚酯二醇、聚碳酸酯二醇和它們的共聚物。此類二醇的例子包括聚(亞乙基醚)二醇、聚(四亞甲基醚)二醇、聚(四亞甲基-共聚-2-甲基-四亞甲基醚)二醇、聚(乙二醇-共聚-1，4-丁二醇的己二酸酯)二醇、聚(乙二醇-共聚-1，2-丙二醇的己二酸酯)二醇、聚(1，6-己二醇-共聚-2，2-二甲基-1，3-丙二醇的己二酸酯)、聚(3-甲基-1，5-戊二醇的己二酸酯)二醇、聚(3-甲基-1，5-戊二醇的壬酸酯)二醇、聚(2，2-二甲基-1，3-丙二醇的十二烷酸酯)二醇、聚(戊烷-1，5-碳酸酯)二醇和聚(己烷-1，6-碳酸酯)二醇。有用的二異氰酸酯包括1-異氰酸根合-4-[(4-異氰酸根合苯基)甲基]苯、1-異氰酸根合-2-[(4-異氰酸根合-苯基)甲基]苯、異佛爾酮二異氰酸酯、1，6-己烷二異氰酸酯、2，2-雙(4-異氰酸根合苯基)丙烷、1，4-雙(對-異氰酸根合，α，α-二甲基芐基)苯、1，1’-亞甲基雙(4-異氰酸根合環(huán)己烷)以及2，4-甲苯二異氰酸酯。有用的二醇增鏈劑包括乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、二甘醇及其混合物。優(yōu)選的聚二醇是聚(四亞甲基醚)二醇、聚(四亞甲基-共聚-2-甲基-四亞甲基醚)二醇、聚(乙二醇-共聚-1，4-丁二醇的己二酸酯)二醇以及聚(2，2-二甲基-1，3-丙二醇的十二烷酸酯)二醇。1-異氰酸根合-4-[(4-異氰酸根合苯基)甲基]苯是優(yōu)選的二異氰酸酯。優(yōu)選的二醇增鏈劑是1，3-丙二醇和1，4-丁二醇。單官能鏈終止劑如1-丁醇之類，可加入其中以控制聚合物的分子量。
有用的熱塑性聚酯彈性體包括通過聚醚二醇與低分子量二醇，例如，分子量小于約250的，與二羧酸或其二酯，例如，對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿岫柞?，之間的反應(yīng)制備的聚醚酯。有用的聚醚二醇包括聚(亞乙基醚)二醇、聚(四亞甲基醚)二醇、聚(四亞甲基醚-共聚-2-甲基-四亞甲基醚)二醇[由四氫呋喃與3-甲基四氫呋喃之間的共聚衍生而來]和聚(亞乙基-共聚-四亞甲基醚)二醇。有用的低分子量二醇包括乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇及其混合物；1，3-丙二醇和1，4-丁二醇是優(yōu)選的。有用的二羧酸包括對苯二甲酸，任選地與少量間苯二甲酸，及其二酯(例如，＜20mol％)共用。
可用于制造本發(fā)明纖維的芯的有用熱塑性聚酯酰胺彈性體包括美國專利3,468,975中描述的那些。例如，此類彈性體的制備所用聚酯鏈段可通過乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，10-癸二醇、1，4-二(羥甲基)環(huán)己烷、二甘醇或三甘醇，與丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、2-甲基己二酸、3-甲基己二酸、3，4-二甲基己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸或十二烷二酸或者它們的酯之間的反應(yīng)來制備。此種聚酯酰胺中的聚酰胺鏈段的例子包括通過六亞甲基二胺或十二亞甲基二胺與對苯二甲酸、草酸、己二酸或癸二酸之間的反應(yīng)，以及通過己內(nèi)酰胺的開環(huán)聚合制備的那些。
熱塑性聚醚酯酰胺彈性體如美國專利4,230,838中描述的那些，也可用于制造該纖維芯。此類彈性體例如可這樣制備先用以下原料制備具有二羧酸鏈端的聚酰胺預(yù)聚物低分子量(例如約300～約15,000)聚己內(nèi)酰胺、聚庚內(nèi)酰胺、聚十二內(nèi)酰胺、聚十一內(nèi)酰胺、聚(11-氨基十一烷酸)、聚(12-氨基十二烷酸)、聚(己二酸1，6-己二醇酯)、聚(壬二酸1，6-己二醇酯)、聚(癸二酸1，6-己二醇酯)、聚(十一烷酸己二醇酯)、聚(十二烷酸己二醇酯)、聚(己二酸1，9-壬二醇酯)之類，與琥珀酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、對苯二甲酸、十二烷二酸等。該預(yù)聚物隨后可與羥基鏈端的聚醚，例如，聚(四亞甲基醚)二醇、聚(四亞甲基-共聚-2-甲基四亞甲基醚)二醇、聚(亞丙基醚)二醇、聚(亞乙基醚)二醇之類起反應(yīng)。
如上所述，翼可由任何非彈性體或硬聚合物成形。此類聚合物的例子包括非彈性體聚酯、聚酰胺和聚烯烴。
有用的熱塑性非彈性體翼聚酯包括聚(對苯二甲酸乙二醇酯)(“2G-T”)及其共聚物、聚(對苯二甲酸1，3-丙二醇酯)(“3G-T”)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(“4G-T”)和聚(2，6-萘二甲酸乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二甲醇酯)、聚(丙交酯)、聚(壬二酸乙二醇酯)、聚[2，7-萘二甲酸乙二醇酯]、聚(羥基乙酸)、聚(丁二酸乙二醇酯)、聚(α，α-二甲基丙內(nèi)酯)、聚(對-羥基苯甲酸酯)、聚(羥基苯甲酸-乙二醇酯)、聚(間苯二甲酸乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸1，4-丁二醇酯)、聚(對苯二甲酸1，6-己二醇酯)、聚(對苯二甲酸1，12-十二烷二醇酯)、聚(對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二甲醇酯)(反式)、聚(1，5-萘二甲酸乙二醇酯)、聚(2，6-萘二甲酸乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二甲醇酯)(順式)以及聚(對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二甲醇酯)(順式)、聚(1，5-萘二甲酸乙二醇酯)、聚(2，6-萘二甲酸乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二甲醇酯)(順式)和聚(對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二甲醇酯)(反式)。
優(yōu)選的非彈性體聚酯包括聚(對苯二甲酸乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸1，3-丙二醇酯)和聚(對苯二甲酸1，4-丁二醇酯)以及它們的共聚物。當(dāng)采用較高熔點聚酯如聚(對苯二甲酸乙二醇酯)時，可在聚酯中加入共聚單體以便能夠在較低溫度下紡絲。此類共聚單體可包括4～12個碳原子的線型、環(huán)狀和支化脂族二羧酸(例如，戊二酸)；對苯二甲酸以外的8～12個碳原子的芳族二羧酸(例如，間苯二甲酸)；3～8個碳原子的線型、環(huán)狀和支化脂族二醇(例如，1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇和2，2-二甲基-1，3-丙二醇)；以及4～10個碳原子的脂族和芳脂族醚二醇(例如，氫醌雙(2-羥乙基)醚)。共聚單體在共聚聚酯中可以約0.5～15mol％的數(shù)量存在。間苯二甲酸、戊二酸、己二酸、1，3-丙二醇和1，4-丁二醇為用于聚(對苯二甲酸乙二醇酯)的優(yōu)選共聚單體，因為它們商業(yè)上易得且便宜。
翼聚酯還可包含少量其他共聚單體，只要這些共聚單體對纖維性能不具有負面影響。此類其他共聚單體包括5-磺基間苯二甲酸鈉，用量例如介于約0.2～5mol％?？杉尤敕浅Ｉ倭?，例如約0.1～約0.5重量％，以全部組分為基準(zhǔn)計，三官能共聚單體，例如偏苯三酸，用于控制粘度。
有用的熱塑性非彈性體翼聚酰胺包括聚(己二酰己二胺)(尼龍6，6)；聚己內(nèi)酰胺(尼龍6)；聚庚內(nèi)酰胺(尼龍7)；尼龍10；聚(12-十二內(nèi)酰胺)(尼龍12)；聚己二酰丁二胺(尼龍4，6)；聚癸二酰己二胺(尼龍6，10)；聚(十二烷二酰己二胺)(尼龍6，12)；十二烷二胺與正十二烷二酸的聚酰胺(尼龍12，12)、由雙(4-氨基環(huán)己基)甲烷和十二烷二酸衍生的PACM-12聚酰胺、30％間苯二甲酸-己二銨鹽與70％己二酸己二銨鹽的共聚酰胺、最高30％雙(對-酰氨基環(huán)己基)亞甲基與對苯二甲酸和己內(nèi)酰胺的共聚酰胺、聚(4-氨基丁酸)(尼龍4)、聚(8-氨基辛酸)(尼龍8)、聚(庚二酰庚二胺)(尼龍7，7)、聚(辛二酰辛二胺)(尼龍8，8)、聚(壬二酰壬二胺)(尼龍9，9)、聚(壬二酰癸二胺)(尼龍10，9)、聚(癸二酰癸二胺)(尼龍10，10)、聚[1，10-癸烷二甲酰雙(4-氨基-環(huán)己基)甲烷]、聚(己二酰間苯二甲胺)、聚(癸二酰對苯二甲胺)、聚(庚二酰2，2，2-三甲基己二胺)、聚(癸二酰哌嗪)、聚(11-氨基十一烷酸)(尼龍11)、聚間苯二甲酰己二胺、聚對苯二甲酰己二胺和聚(9-氨基壬酸)(尼龍9)、聚己內(nèi)酰胺。共聚酰胺也可使用，例如，聚(己二酰己二胺-共聚-2-甲基戊二胺)，其中六亞甲基部分可占到二胺衍生部分的約75～90mol％。
有用的聚烯烴包括聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯以及一種或多種乙烯或丙烯與其他不飽和單體的共聚物和三元共聚物。例如，包含非彈性體聚丙烯翼和彈性體聚丙烯芯的纖維屬于本發(fā)明范圍內(nèi)；此種纖維是雙組分纖維。
彈性體與非彈性體聚合物的組合可包括聚醚酰胺，例如，聚醚酯酰胺彈性體芯與聚酰胺翼，以及聚醚酯彈性體芯與聚酯翼。例如，翼聚合物可包含尼龍6-6及其共聚物，例如，聚(己二酰己二胺-共聚-2-甲基戊二胺)，其中六亞甲基部分占到約80mol％，任選地混以約1％～約15wt％尼龍-12，而芯聚合物可包含具有彈性體嵌段的聚醚酯酰胺?！扒抖蔚木勖氧ヵ０贰笔侵妇酆衔锞哂熊涙湺?長鏈聚醚)，共價地(由酯基團)鍵合到硬鏈段(短鏈聚酰胺)上。類似的定義對應(yīng)于嵌段聚醚酯、嵌段聚氨酯以及諸如此類。尼龍12可改善翼與芯的粘附力，尤其當(dāng)芯主要由PEBAXTM3533SN(Atofina供應(yīng))構(gòu)成時。另一種優(yōu)選的翼聚合物可包含選自下列的非彈性體聚酯聚(對苯二甲酸乙二醇酯)及其共聚物、聚(對苯二甲酸1，3-丙二醇酯)和聚(對苯二甲酸1，4-丁二醇酯)；適合與之配合使用的彈性體芯可包含聚醚酯，后者包含選自聚(四亞甲基醚)二醇與聚(四亞甲基-共聚-2-甲基四亞甲基醚)二醇的聚醚二醇，與對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿岫柞ヒ约斑x自1，3-丙二醇和1，4-丁二醇的低分子量二醇的反應(yīng)產(chǎn)物。
彈性體聚醚酯芯也可與非彈性體聚酰胺翼配合使用，尤其當(dāng)使用增粘劑時，正如本文其他地方所描述的。例如，此種纖維的翼可選自(a)聚(己二酰己二胺)及其與2-甲基戊二胺的共聚物和(b)聚己內(nèi)酰胺；而此種纖維的芯可選自(a)聚醚酯酰胺和(b)聚(四亞甲基醚)二醇或聚(四亞甲基-共聚-2-甲基四亞甲基醚)二醇與對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿岫柞ヒ约斑x自1，3-丙二醇和1，4-丁二醇的二醇的反應(yīng)產(chǎn)物。
制造上面描述的聚合物的方法是技術(shù)上已知的，且可包括催化劑、助催化劑和鏈支化劑的采用，正如技術(shù)上已知的。
由于芯具有高彈性，故它能夠吸收當(dāng)纖維拉長并松弛時附著的翼導(dǎo)致其扭轉(zhuǎn)過程中的壓縮和拉伸力。這些力有可能導(dǎo)致翼與芯聚合物的剝離，倘若它們的附著力太弱的話。本發(fā)明任選地采用翼與芯聚合物的機械互鎖來提高固著并進一步大大減少纖維加工和使用后的剝離。翼與芯之間的結(jié)合力甚至可通過翼與芯組成的選擇和/或采用增強聚合物之一或二者粘附力的添加劑來提高。增粘劑可加入到每一個或某些翼中。于是每個翼可具有相對于芯的不同程度的層合。例如，其中一些翼可以制備成故意分層。此種添加劑的一例是尼龍12，例如，5wt％，以總翼聚合物為基準(zhǔn)，即，聚(12-十二內(nèi)酰胺)，亦稱作“12”或“N12”，由Atofina按商品名Rilsan“AMNO”市售供應(yīng)。還有，馬來酐衍生物(例如，BynelCXA，杜邦公司的一種注冊商標(biāo)，或Lotader乙烯/丙烯酸酯/馬來酐三元共聚物，由Atofina供應(yīng))也可用來改性聚醚酰胺彈性體，以改善其對聚酰胺的粘附力。
作為另一個例子，熱塑性線型酚醛樹脂，例如，HRJ12700(Schenectady International)，數(shù)均分子量介于約400～約5000，可加入到彈性體(共)聚醚酯芯中以改善其與(共)聚酰胺翼的粘附力。線型酚醛樹脂的用量應(yīng)介于1～20wt％，更優(yōu)選2～10wt％?？捎糜诒景l(fā)明的線型酚醛樹脂的例子包括但不限于，苯酚-甲醛、間苯二酚-甲醛、對丁基苯酚-甲醛、對乙基苯酚甲醛、對己基苯酚-甲醛、對丙基苯酚-甲醛、對戊基苯酚-甲醛、對辛基苯酚-甲醛、對庚基苯酚-甲醛、對壬基苯酚-甲醛、雙酚-A-甲醛、萘酚甲醛和松香(特別是部分馬來酸化的松香)的烷基-(例如，叔丁基-)苯酚改性的酯(例如，季戊四醇酯)。參見批準(zhǔn)的美國專利申請序列號09/384,605，申請日1999-08-27，關(guān)于改進共聚聚酯彈性體與聚酰胺之間粘附力的技術(shù)的以馬來酐(“MA”)官能化的聚酯也可用作增粘添加劑。例如，聚(對苯二甲酸丁二醇酯)(“PBT”)可通過在雙螺桿擠塑機中的自由基接枝來達到用MA的官能化，參見J.M.Bhattacharya，《PolymerInternational(2000-08)，498，pp.860～866，文中還報道，生成少數(shù)重量百分?jǐn)?shù)的PBT-接枝-MA作為分別由聚(對苯二甲酸丁二醇酯)與尼龍66和聚(對苯二甲酸乙二醇酯)與尼龍66組成的二元共混物的相容劑的應(yīng)用。例如，此種添加劑可用來更牢固地將本發(fā)明纖維的(共)聚酰胺翼粘附到(共)聚醚酯芯上。
本發(fā)明中使用的聚合物和制成的纖維、紗線和制品可包含傳統(tǒng)添加劑，可在聚合過程期間加入，或者加入到制成的聚合物或制品中，并可對改善聚合物或纖維的性能做出貢獻。這些添加劑的例子包括抗靜電劑、抗氧化劑、抗微生物劑、耐焰劑、染料、光穩(wěn)定劑、聚合催化劑和各種助劑、增粘劑、去光劑(delustrants)如二氧化鈦、消光劑(matting agents)和有機磷酸酯。
其他可施加到纖維上的添加劑，例如在紡絲期間和/或牽伸過程中，包括抗靜電劑、滑爽劑、增粘劑、親水劑、抗氧化劑、抗微生物劑、耐焰劑、潤滑劑和它們的組合。另外，這些附加添加劑可在方法的各種不同步驟期間加入，正如技術(shù)上已知的那樣。
雖然上面的描述集中在當(dāng)纖維具有基本徑向?qū)ΨQ斷面時的優(yōu)點，但此種對稱，盡管常常是希望的，在以下情況下卻不是本發(fā)明實施方案所要求的(a)可拉伸合成聚合物纖維具有低于約1的剝離等級和至少約20％煮沸后收縮；(b)可拉伸合成聚合物纖維具有至少約20％煮沸后收縮且要求小于約10％伸長便可基本拉直纖維；(c)可拉伸合成聚合物纖維包含含有彈性體聚合物的軸向芯以及多個附著在芯上的含有非彈性體聚合物的翼，其中芯在其外表面包括在翼與芯接觸點之間的非彈性體聚合物的皮層；(d)可拉伸合成聚合物纖維包含含有彈性體聚合物的軸向芯以及多個附著在芯上的含有非彈性體聚合物的翼，其中芯具有基本圓形或規(guī)則多邊形斷面；或者(e)可拉伸合成聚合物纖維包含含有彈性體聚合物的軸向芯以及多個附著在芯上的含有非彈性體聚合物的翼，其中至少一個翼具有T、C或S形狀。
本發(fā)明纖維可呈連續(xù)長絲形式(復(fù)絲紗或單絲)或者短纖維(包括，例如，纖維束或短纖維紡制紗)。本發(fā)明的牽伸纖維可具有約1.5～約60的單絲旦數(shù)(約1.7～67分特)。典型的本發(fā)明具有聚酰胺翼的全牽伸纖維具有約1.5～3.0g/dtex(克/分特)的強度；而具有聚酯翼的纖維，則具有約1～2.5g/dtex，具體隨翼/芯比而定。制成的本發(fā)明纖維的煮沸后伸長至少為約20％。為達到由本發(fā)明纖維制成的織物具有較大伸長和回復(fù)，纖維可具有至少約45％的煮沸后伸長。
當(dāng)制造包含多根纖維的紗線時，纖維可具有任何要求的纖維支數(shù)和任何要求的單絲旦數(shù)(dpf)，并且彈性體與非彈性體聚合物的比例可從一根纖維到另一根彼此不同。復(fù)絲紗可包含許多不同纖維，例如，2～100根纖維。另外，包含本發(fā)明纖維的紗線可具有某一范圍的單纖維線密度并且也可包含非本發(fā)明的纖維。
本發(fā)明合成聚合物纖維可按照已知方式制成織物，包括采用機織、經(jīng)編、緯編(包括圓機)針織，或者襪類針織。此種織物具有優(yōu)異伸長和回復(fù)能力。該纖維可用于紡織品和織物，例如，裝飾織物，以及服裝(包括女性內(nèi)衣和襪類)，以制成服裝的全部或一部分，包括狹幅織物(花邊)。服裝，例如，采用本發(fā)明纖維和紗線制造的襪類和織物，據(jù)發(fā)現(xiàn)平滑、質(zhì)輕并且非常均一(“無花點”)，具備優(yōu)良伸長和回復(fù)性能。
另外，按照本發(fā)明，提供一種用于紡制連續(xù)聚合物纖維的熔融紡絲方法。該方法將結(jié)合著圖7加以描述，該圖是可用于制造本發(fā)明纖維的設(shè)備示意圖。然而，要知道，其他設(shè)備也可使用。本發(fā)明方法包括讓包含彈性體聚合物的熔體穿過紡絲板成形為多根可拉伸合成聚合物纖維，它們包括含有彈性體聚合物的軸向芯和多個附著在芯上并含有非彈性體聚合物的翼。參見圖7，熱塑性硬聚合物進料(未畫出)從20引入到重疊板紡絲組件35中，同時熱塑性彈性體聚合物進料(未畫出)從22引入到紡絲組件30中。預(yù)結(jié)合和后結(jié)合紡絲板組件均可采用。兩種聚合物從具有設(shè)計成產(chǎn)生要求斷面的紡絲孔的重疊板紡絲組件35中以未牽伸絲40的形式擠出。本發(fā)明方法還包括在絲束離開紡絲板之后將它們驟冷以便使纖維冷卻，以任何已知的方式，例如借助圖7中的冷空氣50。任何合適的驟冷方法均可采用，例如側(cè)吹風(fēng)或徑向流動風(fēng)。
絲束任選地采用已知技術(shù)以整理劑如硅油，任選地輔以硬脂酸鎂，在圖7所示的上油輥60處進行處理。驟冷后，這些絲束接著進行牽伸，以使它們表現(xiàn)出至少約20％煮沸后伸長。絲束可在至少一個牽伸步驟中接受牽伸，例如在喂絲輥80(它可以150～1000m/min運轉(zhuǎn))和牽伸輥90之間，如圖7示意地表示的，結(jié)果形成牽伸絲100。牽伸步驟可與紡絲偶聯(lián)，從而制造出全牽伸紗，或者，若要求部分取向紗的話，按照分開進行的方法，紡絲與牽伸之間有一定時間延遲。牽伸也可在長絲卷繞成經(jīng)紗的同時完成；即本領(lǐng)域技術(shù)人員所謂的“牽伸整經(jīng)”?？少x予絲束任何要求的牽伸比(只要不因斷絲而影響加工的進行)；例如，全取向紗可通過約3.0～4.5倍的牽伸比制成；部分取向紗通過約1.2～3.0倍的牽伸比制成。這里，牽伸比是牽伸輥90的圓周速度除以喂絲輥80的圓周速度。牽伸可在約15～100℃，典型值約15～40℃進行。
牽伸絲100任選地可部分地松弛，例如在圖7中110處借助水蒸汽。任何程度熱松弛皆可在紡絲期間實施。松弛得越多，長絲的彈性越大，在下游操作中的收縮越少。經(jīng)如下所述松弛之后的最終牽伸絲可具有至少約20％煮沸后伸長。優(yōu)選令剛紡出的絲束熱松弛約1～35％，以牽伸絲長度為基準(zhǔn)，然后再將其卷繞起來，以使它能夠當(dāng)作典型硬紗操作。
該驟冷、牽伸并任選地松弛過的長絲，隨后可在圖7的卷繞機130處以200～約3500m/min，最高4000m/min的速度卷繞收集?；蛘?，倘若紡制并驟冷的是復(fù)絲，則纖維可集束并任選地接受交絡(luò)處理，然后再在卷繞機130上以例如最高4000m/min，例如以約200～約3500m/min的速度范圍卷繞。單絲與復(fù)絲紗可在圖7的卷繞機130上按照相同方式卷繞。在復(fù)絲紡出并驟冷之后，絲束可集束并任選地交絡(luò)處理，然后再按照本技術(shù)領(lǐng)域的通常做法卷繞。
牽伸后的任何時刻，雙成分長絲可在完全松弛的狀態(tài)下進行干-或濕-熱處理，以發(fā)展出所要求的伸長和回復(fù)性能。此種松弛可在長絲生產(chǎn)期間完成，例如在上面描述的松弛步驟期間，或者在長絲已經(jīng)結(jié)合到紗線或織物中以后，例如，在煮練、染色之類的處理期間。以纖維或紗線形式的熱處理可采用，例如，熱輥或熱箱或噴射-網(wǎng)(jet-screen)膨化步驟來實施。優(yōu)選的是，此種松弛熱處理能夠在纖維處于紗線或織物中以后實施，以使得在此之前它可以像非彈性體纖維一樣加工；然而，希望的話，它也可以先熱處理并完全松弛，接著以高伸長纖維形式卷繞。為使最終織物達到較大均一性，纖維可均一地?zé)崽幚砗退沙?。熱處?松弛溫度可介于約80℃～約120℃，若加熱介質(zhì)為干燥空氣的話；約75℃～約100℃，當(dāng)加熱介質(zhì)是熱水時；以及約101℃～約115℃，當(dāng)加熱介質(zhì)是超計大氣壓壓力水蒸汽時(例如，在壓熱釜中)。溫度不足可能導(dǎo)致很少或沒有熱處理效果，而溫度過高，又會使彈性體芯聚合物熔融。熱處理/松弛步驟通常可在數(shù)秒鐘內(nèi)完成。
如上所述，紡絲孔具有對應(yīng)于本發(fā)明纖維要求斷面的式樣，如上所述，或者適合產(chǎn)生其他雙成分或雙組分纖維。紡絲孔可采用任何合適的方法切割，例如，采用激光打孔，正如美國專利5,168,143中所述，鉆孔，電火花加工(EDM)和沖孔，正如本技術(shù)領(lǐng)域已知的。紡絲孔可利用激光束切割，以達到對本發(fā)明纖維斷面對稱性的良好控制。紡絲孔可具有任何適當(dāng)尺寸并可切割成連續(xù)(預(yù)結(jié)合)或不連續(xù)(后結(jié)合)的。不連續(xù)紡絲孔可通過沿某種圖案鉆出許多小孔來獲得，該圖案將容許聚合物在紡絲板面以下合并并形成本發(fā)明的多翼斷面。
例如，本發(fā)明長絲可采用如圖8、8A、8B和8C中所示預(yù)結(jié)合紡絲組件制造。在圖8中，給出如圖7所示的重疊板紡絲組件的側(cè)視圖，聚合物沿著箭頭F的方向流動。紡絲組件中的第一板是包含聚合物熔體池并具有傳統(tǒng)式樣的板D。板D坐落在計量板C(斷面圖如圖8C所示)上，后者又坐落在任選的分配板B(斷面圖如圖8B所示)上，后者又坐落在紡絲板A(斷面圖如圖8A所示)上，后者由紡絲組件底板E支撐。計量板C與計量板底下的分配板B對齊并接觸；分配板在紡絲板A上面并與之對齊和接觸；紡絲板A雖開有細小通孔但缺乏實質(zhì)性錐口孔；紡絲板又與紡絲板底板(E)對齊并接觸，后者的孔大于紡絲孔。對齊的情況是這樣的，喂入到計量板C中的聚合物可穿過分配板B、紡絲板A和紡絲板底板E，從而形成纖維。熔體匯集板D，是一種常規(guī)板，用于給計量板供料。聚合物熔體匯集板D和紡絲組件底板E的厚度和剛度足夠大，以致它們可牢度地彼此相對地壓緊，從而防止聚合物從紡絲組件的重疊板之間泄漏。板A、B和C足夠薄，因此這些細孔可用激光方法切割。優(yōu)選的是，紡絲組件底板(E)中的孔為喇叭形，例如呈約45°～60°錐角，以便讓初生纖維不接觸其孔邊緣。還優(yōu)選的是，當(dāng)要求聚合物預(yù)結(jié)合時，不同的聚合物可在纖維成形之前彼此接觸(預(yù)結(jié)合)小于約0.30cm，一般小于0.15cm，以便計量板C、任選的分配板D和紡絲板的式樣E所預(yù)期的斷面形狀能更精確地表現(xiàn)在纖維中。纖維斷面的更精確的規(guī)定也可借助于按照美國專利5,168,143所描述的板中開孔方法來實現(xiàn)，其中，來自固態(tài)激光器的多模式光束被還原為基本單模式光束(例如，TM00模式)并聚焦在直徑小于100μm的點和金屬板上方0.2～0.3mm處。產(chǎn)生的熔融金屬由與激光束同軸流動的帶壓流體從金屬板下表面趕出。最上面的分配板頂面到紡絲板面的距離可縮短到小于約0.30cm。
為制造具有任何數(shù)目對稱分布翼聚合物部分的絲，在每一塊板中將采用相同數(shù)目對稱排列的細孔。例如，在圖8A中，紡絲板A被表示為在垂直于圖7重疊板紡絲組件的平面內(nèi)的視圖。圖8A中的板A由6個與中心圓紡絲孔142相連、對稱排列的翼紡絲孔140組成。每個翼紡絲孔140可具有不同寬度144和146。圖8B表示出互補的分配板B，它具有的分配孔150從孔端152到連接分配孔與中心圓孔156的任選狹縫154之間呈錐形。圖8C表示計量板C，包括用于翼聚合物的計量孔160和用于芯聚合物的中心計量孔162。聚合物熔體匯集板D可具有本技術(shù)領(lǐng)域已知的任何傳統(tǒng)式樣。紡絲組件底板E具有通孔，這些孔足夠大并且朝外漸擴(例如沿45～60°)以便遠離新生絲束的路徑，使得絲束不觸及孔壁，如圖7和8中側(cè)視圖所示。重疊板紡絲組件，紡絲板A～D彼此對齊，使得芯聚合物從聚合物熔體匯集板D，穿過計量板C的中心計量孔162并穿過6個小紡絲孔164，穿過分配板B的中心圓紡絲孔156，穿過紡絲板A的中心圓紡絲孔142并經(jīng)過紡絲組件底板E的大喇叭口孔流出。與此同時，翼聚合物從聚合物熔體匯集板D穿過計量板C的翼聚合物計量孔160，穿過分配板B的分配孔150(其中若存在任選的狹縫154，于是這兩種聚合物在此首次彼此接觸)，穿過紡絲板A的翼聚合物紡絲孔140，并最后經(jīng)過紡絲組件底板E中的孔流出。
本發(fā)明紡絲組件可用于多種合成聚合物的熔融擠出以生產(chǎn)纖維。在本發(fā)明的紡絲組件中，聚合物可直接喂入到紡絲孔中，因為紡絲板沒有實質(zhì)的錐口孔(a substantial counterbort)。所謂沒有實質(zhì)的錐口孔是指，任何存在的錐口孔的長度(包括連接大量紡絲孔的任何凹陷部分)皆小于紡絲孔長度的約60％，優(yōu)選小于約40％。參見圖9A，圖中表示現(xiàn)有技術(shù)紡絲板的斷面；以及圖9B和C，圖中表示本發(fā)明紡絲板的斷面。多組分聚合物流股從紡絲板的成纖紡絲孔背面入口直接計量進入特定點，消除了多個聚合物流股在距離進入紡絲孔尚有相當(dāng)一段時間(或距離)就在進料通道內(nèi)合并時，正如一般情況那樣，所出現(xiàn)的聚合物遷移問題。
可能有用的是，將兩塊板的功能合并到一塊中，具體做法可采用在單一一塊板的一面或兩面上做成凹槽，并借助適當(dāng)?shù)耐走B接凹槽。例如，可在紡絲板的上游側(cè)切割出凹陷、溝槽和下沉(例如，采用電火花加工)，并讓它們起到分配通道、淺溝、非實質(zhì)性錐口孔等作用。
各種各樣包含二或更多種聚合物的纖維可利用本發(fā)明紡絲組件制成。例如，本文沒有公開和/或要求保護的其他雙成分纖維和雙組分纖維也可以這樣制造，包括美國專利4,861,660、3,458,390和3,671,379中公開的斷面。制成的纖維斷面例如可以是并列、偏心皮芯、同心皮芯、翼-和-芯、翼-和-皮-和-芯以及諸如此類。另外，本發(fā)明紡絲組件還可用來紡制可分裂或非-可分裂纖維。
本發(fā)明紡絲組件可經(jīng)過修改以獲得不同的多翼纖維，例如，改變細孔腿數(shù)目以獲得不同的要求翼數(shù)目，根據(jù)需要改變狹縫尺寸以改變幾何參數(shù)生產(chǎn)出不同單絲旦數(shù)或紗線支數(shù)，或者按照各種不同合成聚合物的使用要求來改變。例如，在圖10的實施方案中表示出一種用于制造三翼纖維的較薄紡絲組件，正如下面實例7中的例子那樣。在圖10A中，紡絲板為0.015英寸(0.038cm)厚并具有采用本文所公開的激光方法貫通不銹鋼板全部厚度加工出來的細孔，呈三個直線翼140形式，各自具有兩個寬度(分別具有長度144和146)并圍繞對稱中心相隔120°對稱地排列；紡絲孔上方?jīng)]有錐口孔。每個翼140從其尖端到直徑0.012英寸(0.030cm)且中心與對稱中心重合的中心圓形紡絲孔142的圓周為0.040英寸(0.102cm)。下面看圖10B，0.010英寸(0.025cm)厚的分配板B同軸地從紡絲板A的上方對齊，使得每隔一個分配板B的翼紡絲孔150與紡絲板A的翼140對齊；分配板B的每個翼紡絲孔150為從其尖端到對稱中心0.1375英寸(0.349cm)長。計量板C(圖10C)為0.010(0.025cm)英寸厚，并具有0.025英寸(0.064cm)直徑的孔160，0.015英寸(0.038cm)直徑的孔162，以及0.010英寸(0.025cm)直徑的中心孔164。板C與分配板B對齊，以使得在使用中，翼聚合物由熔體匯集板D(參見圖10)供料給孔160，同時芯聚合物喂入分配板C的孔162和164，繼而由板B分配給板A形成纖維，其中翼插入芯。在紡絲板A中不存在錐口孔，且板A、B和C的總厚度僅為約0.035英寸(0.089cm)。
在另一種紡絲組件實施方案中，未使用紡絲組件底板E(參見圖8)。這是下面實例8中的例子。在圖11A中，紡絲板A是0.3125英寸(0.794cm)厚，且每個紡絲孔具有0.100英寸(0.254cm)直徑的錐口孔和錐口孔底部的0.015英寸(0.038cm)長毛細孔。如圖11A所示，紡絲板A中的每個紡絲孔具有六個直線形翼紡絲孔170，每個翼孔的長軸中心線過對稱中心且從其尖端到中心圓孔172的圓周的長度為0.035英寸(0.089cm)。從每個翼尖端到0.015英寸(0.038cm)處的長度174為0.004英寸(0.010英寸)寬；長度176為0.020英寸(0.051cm)長和0.0028英寸(0.007cm)寬。每個翼的尖端切割成半徑為尖端寬度一半的圓頭。分配板B(參見圖11B)為0.015英寸(0.038cm)厚并具有六個翼孔，每個翼孔在紡絲板A中的對應(yīng)錐口孔上方對中地布置且其取向保證板B中的每個翼孔與板A中的翼孔對齊。板B中的每個翼孔150為0.060英寸(0.152cm)長和0.020英寸(0.051cm)寬，且其尖端為半徑0.010英寸(0.025cm)的圓頭。板B中的中心孔152為0.100英寸(0.254cm)直徑。計量板C(參見圖11C)也是0.015英寸(0.038cm)厚。在板C中，孔160的直徑為0.008英寸(0.020cm)并且距中心孔162的圓心為0.100英寸(0.254cm)，它聯(lián)通板B和A的中心孔并形成纖維芯。非彈性體翼聚合物喂入到板C中的孔160并流過板B和A的翼孔從而形成纖維的翼。翼與芯聚合物在分配板B頂部首次接觸，即在纖維擠出的紡絲板A板面的上方0.328英寸(0.833cm)處，為0.080英寸(0.203cm)直徑。板C與板B對齊，使得板C的六個孔160位于板B的翼孔150中心線上方。這些板對齊后使得喂入到板C的孔162中的彈性體芯聚合物穿過中心流過。
本發(fā)明將利用下列非限定性實施例來說明。下面的試驗方法曾在試驗方法術(shù)語煮沸后伸長，在技術(shù)上與以下術(shù)語通用“％伸長(伸長百分?jǐn)?shù))”、“可回復(fù)伸長”、“可回復(fù)收縮”和“潛在卷曲”。術(shù)語“不可回復(fù)收縮”與以下術(shù)語通用“％收縮”、“表觀收縮”和“絕對收縮”。
實施1A、B、C和D中制備的纖維的伸長性能(煮沸后伸長、煮沸后收縮和煮沸后伸長回復(fù))按如下方法測定。5000旦(5550dtex(分特))的絞紗卷繞在54英寸(137cm)紗框上。成圈的絞紗兩側(cè)都包括在總旦數(shù)中。分別量取2g重物(長度CB)和1000g重物(0.2g/旦)(長度LB)下的初始絞紗長度。絞紗被置于95℃水中處理30分(“煮沸”)，測定2g重物(長度CA初始)和1000g重物(長度LA初始)下的初始(煮沸后)長度。測定了1000g重物下的長度之后，再測定30秒后(長度CA30s)和2小時后(長度CA2h)2g重物下的長度。煮沸后收縮按照100×(LB-LA)/LB來計算。煮沸后伸長百分率按照100×(LA-CA@30s)/CA@30s算出。煮沸后回復(fù)按照100×(LA-CA2h)/(LA-CA初始)算出。
按以下程序進行20％和35％可用伸長(available stretch)下的卸載力試驗。制備煮沸后的5000(5550分特)總旦數(shù)雙成分纖維絞紗。成圈絞紗的兩側(cè)都包括在總旦數(shù)中。Instron抗張試驗機(Canton，MA)在21℃和65％相對濕度條件下使用。將絞紗放在試驗機夾具中、二夾具之間隔距3英寸(76mm)。試驗機完成3次“拉伸-并-松弛(加載-并-卸載)”的周期，每個加載周期具有最大500g力(0.2克/旦)，然后測定第三次卸載周期的力。測定在第三卸載周期的20％和35％可用伸長時的有效旦數(shù)(也就是，試驗伸長狀態(tài)下的實際線密度)?！?0％和35％可用伸長”是指，該絞紗在第三周期中已從500g力分別松弛了20％和35％。記錄20％和35％可用伸長下的卸載力，以“毫克/(有效)旦”為單位。
纖維的翼與芯的剝離(脫離)是這樣測定的，首先在1.25m紗框上卷繞5000旦(5550分特)絞紗(絞紗尺寸包括所成圈的兩側(cè))。絞紗在壓熱釜中、102℃水蒸汽條件下處理30min。從絞紗中選擇20cm長度單根纖維并對折一次。所形成的圈的絲頭用膠粘帶在下邊粘貼在一起，粘貼好的絲圈垂直懸掛在鉤子上。1克/旦(25旦的絲圈懸掛50g)的重物被固定在絲圈的下(膠粘帶粘貼的)端。抬起重物至絲圈變松，然后再緩慢放下以拉伸絲圈，直至施加上全部重量。經(jīng)過10個這樣的周期之后，在放大的情況下查看絲圈的剝離情況并評級。3個樣品按如下評級0＝無翼/可見芯沿纖維剝離1＝在一個或多個結(jié)的拐彎處觀察到輕微剝離2＝在纖維抵住懸吊鉤子摩擦處觀察到剝離3＝開始出現(xiàn)剝離(呈小圈，以及僅在少數(shù)點處)4＝小毛圈，表明沿整個纖維剝離
5＝大范圍剝離(沿纖維全長到處是大圈)將3個樣品的結(jié)果平均。
測定R1和R2在纖維斷面的顯微照片上做出兩個圓，一個圓(R1)是包圍芯聚合物的大致最外范圍的外接圓，另一個圓(R2)是翼聚合物部分的大致最內(nèi)程度的內(nèi)接圓。
實施例實例1每根牽伸纖維具有26旦(28.6分特)的線密度并基本上徑向?qū)ΨQ。煮沸后性能見表1。
實例1A(對比例)采用如圖7所示設(shè)備和圖8所示的重疊板紡絲組件紡出雙成分纖維。即將形成纖維芯的第一聚合物從圖7的20引入到紡絲過濾組件30。芯聚合物是聚醚酯酰胺(PEBAXTM3533SN，Atofina供應(yīng))并按體積計量加入以形成占每根纖維的51wt％的芯。從圖7的22，熔融尼龍共聚物引入到紡絲過濾組件30中。形成六個翼的尼龍共聚物是聚(己二酰1，6-己二胺-共聚-2-甲基-1，5-戊二胺)，其中六亞甲基部分以80mol％二胺衍生部分的形式存在。沒有明顯的芯插入翼或翼插入芯(R1/R2＝1.09)。
預(yù)結(jié)合紡絲組件由A～E的重疊板組成，其側(cè)視圖如圖8所示。紡絲孔貫通0.015英寸(0.038cm)厚不銹鋼紡絲板A切割而成，成為圍繞對稱中心以60°對稱排列的6個翼，方法按美國專利5,168,143所述。如圖8A所示，每個翼紡絲孔140為直線孔，其長軸中心線穿過對稱中心并具有從尖端到中心圓紡絲孔142(直徑0.012英寸
)圓周0.049英寸(0.124cm)的長度，中心圓紡絲孔半徑的原點與對稱中心為同一點。紡絲孔的進口沒有錐口孔。從尖端起到0.027英寸(0.069cm)這段翼長度144的寬度為0.0042英寸(0.0107cm)；其余0.022英寸(0.056cm)的長度146的寬度是0.0032英寸(0.0081cm)。每個翼在尖端切割成半徑為半寬度的圓。0.015英寸(0.038cm)厚的分配板B(圖8B)與紡絲板A(圖8A)對齊，使得其分配孔與紡絲板A中的紡絲孔相適配。板B的六個翼紡絲孔150為0.094英寸(0.239cm)長和0.020英寸(0.051cm)寬，并且其翼尖制成半徑為其寬度一半的圓頭。如圖8B所示，分配板B的六個翼紡絲孔150每一個漸縮至圓形(0.006英寸
直徑)開口端，然后以0.013英寸(0.033cm)長和0.0018英寸(0.0046cm)長的狹縫154形式延伸至中心孔156。中心孔156在該板中的直徑是0.0125英寸(0.032cm)。狹縫154連接中心孔與每個翼分配孔的一端。計量板C為0.010英寸(0.025cm)厚(參見圖8C)。每計量孔對中地布置在分配板B翼長軸中心線上方或者在對稱中心的上方。中心計量孔162和每個翼的一個孔160直徑都是0.010英寸(0.025cm)；孔160的中心距離孔162的中心0.120英寸(0.305cm)。向中心計量孔喂入的是過濾的熔融彈性體聚合物，它來自傳統(tǒng)熔體匯集板D(參見圖7)并形成最終纖維內(nèi)的芯要素。板C的外面6個計量孔160喂入的是非彈性體聚合物，來自熔體匯集板D，將成為聚合物翼。紡絲組件底板E(參見圖8)中的大孔(典型地，0.1875英寸(0.4763cm)直徑)，與紡絲板A中的紡絲孔對齊并以45°錐角漸擴。紡絲板A、分配板B和計量板C被夾在熔體匯集板D與紡絲組件底板E之間，如圖8所示。就典型而言，板E為0.2～0.5英寸(0.4～1.3cm)厚；板D為0.02～0.03英寸(0.05～0.08cm)厚。
紡絲板A中沒有錐口孔，且板A、B和C的合并厚度僅為約0.040英寸(0.102cm)。翼與芯聚合物剛好在分配板B上方首次彼此接觸，使得它們在纖維成形前約0.076cm(0.038cm分配板+0.038cm紡絲板)彼此預(yù)結(jié)合。
初生的單絲40(參見圖7)在流動空氣50的作用下冷卻至固化，并在60處施涂約5wt％(以纖維為基準(zhǔn))包含硅油和硬脂酸金屬鹽的整理劑。纖維繼續(xù)前進到喂絲輥80與牽伸輥90之間的牽伸區(qū)，其中在每個輥上各纏繞幾圈。牽伸輥90的速度是喂絲輥80的4倍(后者的速度是350m/min)，以達到4倍的牽伸比。隨后，纖維在腔110內(nèi)接受6psi(0.87kPa)水蒸汽的處理；卷繞機130以比牽伸對輥90低20％的速度運轉(zhuǎn)，以便使纖維得到部分(20％)松弛，借此減少最終纖維的收縮。牽伸并部分松弛的纖維120在卷繞機130上卷繞并具有26旦(29分特)的線密度。
實例1B(對比例)按照基本上如同實例1A那樣紡制具有6個由聚(己二酰1，6-己二胺-共聚-2-甲基戊二胺)構(gòu)成的翼的纖維，其中六亞甲基部分以80mol％的數(shù)量存在，芯由PEBAXTM3533SN構(gòu)成，所不同的是在翼聚合物中加入了5wt％，以總翼聚合物為基準(zhǔn)，尼龍12[聚(十二內(nèi)酰胺)“N12”](RilsanAMNO，由Atofina供應(yīng))以助于翼與芯的附著。翼/芯重量比是48/52；R1/R2是1.05。
實例1C(本發(fā)明)按照類似于實例1A的方法制備一種具有6個由聚(己二酰1，6-己二胺-共聚-2-甲基戊二胺)(20mol％2-甲基五亞甲基部分，基于二胺衍生的部分)構(gòu)成的翼和PEBAXTM3533SN芯(撓曲模量2800psi(19,300kPa))的纖維，所不同的是計量板C具有另一組孔164(如圖8C所示)，每個翼一個在翼中心線上，每孔0.005英寸(0.013cm)直徑，距孔的對稱中心0.0475英寸(0.121cm)。向這些附加孔和中心孔中喂入的是來自同一熔體池的熔融聚合物，以形成芯和在翼內(nèi)的“凸出芯”要素。結(jié)果，翼被芯聚合物插入(R1/R2＝1.6，根據(jù)類似制備的纖維的比例估計)，從而改善了翼與芯的附著。纖維斷面基本如圖2所示。
實例1D(本發(fā)明)纖維基本上如實例1C那樣紡絲，但在翼中加入5wt％尼龍12[聚(十二內(nèi)酰胺)](RilsanAMNO)內(nèi)聚添加劑。纖維的翼部分被芯聚合物插入(R1/R2＝1.5)，改善了翼與芯的附著。纖維斷面基本上如圖2所示。
表1

這些數(shù)據(jù)顯示該纖維非常適合襪類和服裝的應(yīng)用。纖維在翼與芯的附著牢度上的超卓表現(xiàn)反映在剝離數(shù)據(jù)上。本發(fā)明纖維可具有低于約1.0的剝離等級。另外，該數(shù)據(jù)還顯示諸如N12之類增粘劑在翼聚合物中的使用是有利的。
實例2A一種本發(fā)明由三根絲組成的雙成分紗線基本上按照實例1D那樣紡絲。區(qū)別在于，每塊板具有5個每隔72°對稱排列的用于翼聚合物的孔，因此每根纖維具有5個翼。5個翼中的聚合物為95wt％聚己內(nèi)酰胺(3.14IV，由杜邦(巴西)制造并提供)與5wt％尼龍12添加劑。翼/芯比如表2A所示改變。整理劑是椰子油、季銨、水和非離子表面活性劑的混合物，施涂量2wt％，以纖維為基準(zhǔn)。喂絲輥速度為420m/min；牽伸纖維在卷繞前接受15％松弛處理。斷面基本如圖2所示；R1/R2為約1.4，牽伸纖維是23旦(25分特)。
改變翼/芯比，按如上所述測定煮沸后伸長百分?jǐn)?shù)。
表2A

表2A的結(jié)果表明，在本實例的纖維中，翼/芯重量比小于約50/50時，獲得較高煮沸后伸長，這在本發(fā)明纖維不與伴隨纖維使用的情況下是優(yōu)選的。更低的翼/芯比(例如約20/80～約40/60)通常優(yōu)選在有伴隨纖維與本發(fā)明纖維配合使用時采用，以提高組合紗中的回復(fù)力。
實例2B針對襪子耐久牢度、透明輕薄性和伸長隨翼的總線密度(旦，分特)的變化進行了評估。來自實例2A的纖維針織成襪子。沒使用其他纖維。纖維的總旦數(shù)和翼-芯體積比做了改變。一組評判員對襪子的如下方面做了評定a)基于耐磨壽命的牢度，b)透明輕薄美學(xué)品質(zhì)(以10旦萊卡(LYCRATM)氨綸用5根、共7旦(8分特)尼龍6-6的纖維包覆的部分紗按類似方法編織成的襪子作為參照標(biāo)準(zhǔn))，以及c)煮沸后伸長百分?jǐn)?shù)。若超過7日，則牢度評定為可接受；若與參照標(biāo)準(zhǔn)相等，則透明輕薄定為可接受；若介于40～120％并且杜絕了襪子的局部拱脹和燈籠褲狀(“ride-down”)，則伸長百分?jǐn)?shù)認為可接受。在表2B中，標(biāo)星號(*)和黑體的數(shù)字標(biāo)出，根據(jù)這三項指標(biāo)優(yōu)選的纖度(分特)和翼/芯比。表中所載數(shù)字是每種纖維的翼的總分特數(shù)。
表2B

隨著總分特數(shù)超過約33，襪子的透明輕薄性下降。隨著總分特數(shù)下降到約22以下以及翼總分特數(shù)下降到約11以下，牢度開始下降。隨著翼/芯重量比超過約50/50，伸長百分?jǐn)?shù)開始下降(如前面在實例2A中所示)。
根據(jù)試驗的結(jié)果可得出以下結(jié)論，本發(fā)明優(yōu)選的雙成分纖維可具有介于約22～33分特的總線密度，至少約11的翼部分總分特數(shù)，介于35/65～50/50的翼與芯的重量比。
實例3A一種本發(fā)明雙成分纖維基本上按照實例2A所述紡絲，不同的是，施加4wt％(以纖維為基準(zhǔn))聚硅氧烷為基礎(chǔ)的整理劑(如美國專利4,999,120所述)以替代實例2A的整理劑，纖維在卷繞前松弛20％，以及松弛步驟期間所用水蒸汽為3psi(20.7kPa)。翼/芯/凸出芯重量比是38/53/9，R1/R2為約1.4。圖5是纖維的斷面顯微照片，它是32旦(36分特，剛剛紡出)并具有108％煮沸后伸長，24％煮沸后收縮和92％煮沸后回復(fù)。
實例3B用實例3A的纖維在按照每橫列典型配置的機械雙層包覆氨綸腿組織用商業(yè)針織機上編織成襪子毛坯。機器是MATEC HSE4.5，在大腿區(qū)域以約700rpm，而在踝部以800rpm編織并按尺寸F配置。每條腿毛坯編織約2min。腿部紗按通常硬紗采取的方式喂入機器不使用電子松緊調(diào)節(jié)器。管狀毛坯通過在大氣壓壓力下轉(zhuǎn)鼓水蒸汽汽蒸30min完成后加工。隨后，服裝采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)自動化壓熱釜襪板熱定形設(shè)備在102℃熱定形4s，隨后在95℃干燥30s。熱定形的織物長度選擇得盡可能小同時又保持織物沒有褶皺。服裝采用標(biāo)準(zhǔn)酸性染料在98℃染色45min，并采用同樣尺寸的襪板和條件進行后熱定形。
獲得的織物具有3.38×10-4w/cm-℃的出乎意料高的導(dǎo)熱率。
實例4一種本發(fā)明三根絲的雙成分紗用聚酯翼和聚醚酯芯在如圖7所示設(shè)備上制備。纖維4A的芯聚合物是HYTREL3078聚醚酯彈性體(杜邦公司的商品名；撓曲模量4000psi(27,600kPa)。實例4B和實例4C的纖維的芯聚合物是一種聚醚酯彈性體，具有聚(四亞甲基-共聚-2-甲基四亞甲基醚)二醇軟嵌段和對苯二甲酸1，4-丁二醇酯(4G-T)硬嵌段，基本如美國專利4,906,721所述那樣制備。3-甲基四氫呋喃在共聚醚二醇中的加入量是9mol％，二醇的數(shù)均分子量是2750，且4G-T與共聚醚二醇的摩爾比是4.6∶1。在表4中，該聚合物被標(biāo)為“2MePO4G4G-T”。實例4A和4B的纖維中的翼聚合物是聚(對苯二甲酸1，4-丁二醇酯)(4G-T，Crastin6129；杜邦公司的商品名；撓曲模量350,000psi(2.4百萬kPa))，在纖維4C中，它是聚(對苯二甲酸1，3-丙二醇酯)(3G-T)。3G-T是由1，3-丙二醇與對苯二甲酸二甲酯在二容器方法中以60ppm(以聚合物為基準(zhǔn))四異丙基鈦，TyzorTPT(杜邦公司的商品名)為催化劑制備的。在酯交換容器中，185℃下，熔融DMT加入到3G和催化劑中，然后在不斷移出甲醇的同時溫度升高至210℃。獲得的中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到縮聚容器中，在此，壓力降低到1mbar(10.2kg/cm2)，溫度升高到255℃。當(dāng)達到要求的熔體粘度時，提高壓力，然后，聚合物擠出、冷卻和切成切片。切片在操作于212℃的轉(zhuǎn)鼓干燥機中以固相形式進一步聚合到1.04dl/g的特性粘度。本實例的每種纖維使用的紡絲組件和紡絲條件基本與實例2A相同，不同的是，在翼中不加聚合物添加劑，翼是整個纖維的40wt％，施加了4wt％(以纖維為基準(zhǔn))實例3A中描述的整理劑，纖維在卷繞前借助3psi壓力(20.7kPa)的水蒸汽松弛20％。纖維性能載于表4。
表4

實例4B纖維的剝離等級是0.0。由實例4A、4B和4C纖維編織的透明輕薄襪子毛坯在經(jīng)過水蒸汽熱定形，染色和整理之后，具有均一外觀和良好伸長及回復(fù)。
實例5A一種本發(fā)明雙成分纖維由實例1D的聚合物和整理劑采用圖7所示設(shè)備和實例3A的紡絲組件及紡絲條件紡絲，不同的是，使用13wt％整理劑，以纖維重量為基準(zhǔn)。翼與芯聚合物在紡成纖維前約0.076cm首次彼此接觸。
芯插入到翼中，獲得翼/芯/凸出芯重量比是39/51/10(R1/R2為約1.5)。纖維的線密度是20旦(22分特)；煮沸后伸長百分?jǐn)?shù)，100％；煮沸后收縮百分?jǐn)?shù)，23％；煮沸后回復(fù)，94％。
實例5B4根實例5A的纖維經(jīng)空氣噴射交絡(luò)處理成形為雙成分紗線。在SULZER RUTI 5100(噴氣織機)上織成3/1組織，其中采用該空氣噴射交絡(luò)雙成分紗線作為緯紗，緯密38根紗/厘米(96根緯紗/英寸)和44旦(48分特)/34根絲TACTELTM(杜邦公司商品名)型號6342尼龍作為經(jīng)紗，經(jīng)密48根每厘米(121根/英寸)。機織織物接受以下后加工115℃下水蒸汽松弛；70℃下MCF噴射煮練；100℃，MCF噴射染色60min，使用尼龍用標(biāo)準(zhǔn)酸性染料；并在190℃熱定形30s。該織物在風(fēng)干后不膨松，而是平滑、無褶皺，并且它們顯示良好伸長和回復(fù)以及超卓的硬纖維手感和視覺美感。松弛整理的機織織物具有以下性能基重＝3.29盎司每平方碼(112g/m2)厚度＝0.079英寸 (2mm)緯密＝160每英寸 (63/cm)經(jīng)密＝208每英寸 (82/cm)一塊5cm寬×10cm長的織物用手可拉長40％，隨后它可回復(fù)95％以上。
實例6本實例例示一種全厚度的紡絲板用于制造本發(fā)明纖維的應(yīng)用。采用與實例1C相同的預(yù)結(jié)合紡絲組件，不同的是，底板E被換成一塊厚度0.3125英寸(0.794cm)的紡絲板(圖11A)，它的紡絲孔(0.015英寸(0.038cm)長)具有與紡絲板A(圖8A)中的紡絲孔相同的排列圖案、尺寸、軸向?qū)?zhǔn)方式和徑向取向并具有0.1406英寸(0.357cm)直徑的圓錐口孔。翼與芯聚合物在纖維成形前約0.87cm(0.794cm紡絲板+0.038cm板A+0.038cm板B)處彼此首次接觸。紡制成一種25旦(28分特)雙成分纖維，它具有六個由聚(己二酰1，6-己二胺-共聚-2-甲基戊二胺)，其中六亞甲基部分以80mol％二胺衍生部分存在(按常規(guī)方法制備，相對粘度90)，構(gòu)成的翼，以及PEBAX 3533SN聚醚酯酰胺的芯，采用如圖7所示設(shè)備，和4倍的牽伸比，并以1400m/min卷繞。翼/芯/凸出芯重量比是45/48/7，R1/R2為約1.4。在如此紡制的纖維中，芯插入到翼中但不具有通常所優(yōu)選的縮頸段，如圖3所示。
實例7本實例例示具有三個翼的雙成分纖維，其中翼插入到芯中，還例示一種薄紡絲組件用于制造纖維的應(yīng)用。翼聚合物是聚(十二烷酰己二胺)(特性粘度1.18，Zytel158，杜邦公司的商品名)；芯聚合物是PEBAX 3533SA聚醚酯酰胺。在紡絲板溫度265℃下紡出10根絲組成共70旦(78分特)的紗線，翼/芯體積比為40/60。用的是大致如圖10所示預(yù)結(jié)合紡絲組件，但各單個板不同于前面實例中的那些。如圖10A所示的不銹鋼紡絲板A為0.015英寸(0.038cm)厚，其中采用實例1A的方法切割出通孔，呈3條直線翼，每條翼具有兩種寬度并沿對稱中心每隔120°對稱排列；紡絲板上方?jīng)]有錐口孔。每個翼140從其尖端到直徑0.012英寸(0.030cm)且中心與對稱中心重合的中心圓形紡絲孔142的圓周的距離為0.040英寸(0.102cm)長(在圖10A中，長度144加長度146)。下面看圖10B，0.010英寸(0.025cm)厚的分配板B同軸地從紡絲板A的上方對齊，使得每隔一個分配板B的翼紡絲孔150與紡絲板A的翼140對齊；分配板B的每個翼紡絲孔150從其尖端到對稱中心為0.1375英寸(0.349cm)長。計量板C(圖10C)為0.010(0.025cm)英寸厚，并具有0.025英寸(0.064cm)直徑的孔160，0.015英寸(0.03cm)直徑的孔162，以及0.010英寸(0.025cm)直徑的中心孔164。板C與分配板B對齊，以便在使用中，翼聚合物由熔體匯集板D(參見圖10)供料給孔160，同時芯聚合物喂入分配板C的孔162和164，繼而由板B分配給板A形成長絲，其中翼插入芯。在紡絲板A中不存在錐口孔，且板A、B和C的總厚度僅為約0.035英寸(0.089cm)。紗線在牽伸輥速度1225m/min條件下牽伸3.5倍，然后在大氣壓壓力水蒸汽射流中松弛，最后以1045m/min的速度卷繞。當(dāng)在松弛狀態(tài)汽蒸時，紗線產(chǎn)生螺旋形捻回，并具有高伸長和回復(fù)。本實例制造的纖維斷面顯微照片示于圖13。
實例8本實例例示常規(guī)厚度紡絲板在制造本發(fā)明纖維中的應(yīng)用。
重復(fù)實例1A但不同的是不采用紡絲組件底板E(參見圖8)。紡絲板A是0.3125英寸(0.794cm)厚，每個紡絲孔具有0.100英寸(0.254cm)直徑的錐口孔和錐口孔底部的0.015英寸(0.038cm)長毛細孔。如圖11A所示，紡絲板A中的每個紡絲孔具有六個直線形翼紡絲孔170，每個翼孔的長軸中心線過對稱中心且從其尖端到中心圓孔172的圓周的長度為0.035英寸(0.089cm)。從每個翼尖端到0.015英寸(0.038cm)處的長度174為0.004英寸(0.010英寸)寬；長度176為0.020英寸(0.051cm)長和0.0028英寸(0.007cm)寬。每個翼的尖端切割成半徑為尖端寬度一半的圓頭。分配板B(參見圖11B)為0.015英寸(0.038cm)厚并具有六個翼孔150，每個翼孔在紡絲板A中的對應(yīng)錐口孔上方對中布置且取向保證板B中的每個翼孔150與板A中的翼孔170對齊。板B中的每個翼孔150為0.060英寸(0.152cm)長和0.020英寸(0.051cm)寬，且其尖端為半徑0.010英寸(0.025cm)的圓頭。板B中的中心孔152為0.100英寸(0.254cm)直徑。計量板C(參見圖11C)也是0.015英寸(0.038cm)厚。在板C中，孔160的直徑為0.008英寸(0.020cm)并且距中心孔162的中心為0.100英寸(0.254cm)，中心孔是0.080英寸(0.203cm)直徑。板C與板B對齊，使得板C的六個孔160位于板B的翼孔150中心線上方。這些板對齊后使得喂入到板C的孔162中的彈性體芯聚合物穿過板B和A的中心流過并形成纖維的芯。非彈性體翼聚合物喂入板C的孔160并穿過板B和A的翼孔，而形成纖維的翼。翼與芯聚合物在分配板B頂面首次接觸，也就是纖維擠出的紡絲板A板面的上方0.328英寸(0.833cm)處。
紡絲板溫度是247℃。紡出一種14根絲的紗線，施加5wt％聚醚酯為主要成分的整理劑以替代以前使用的整理劑，然后，紗線在卷繞前松弛15％(以牽伸紗長度為基準(zhǔn))。牽伸并部分松弛的紗線具有75旦(83分特)的線密度，并且R1/R2是1.20。該纖維斷面的顯微照片示于圖6。
雖然已對本發(fā)明做了詳細描述，但要知道，上面的描述不過是舉例說明而已，旨在說明本發(fā)明及其優(yōu)選的實施方案。通過常規(guī)實驗，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚地看出在不偏離本發(fā)明精神的前提下尚可做出各種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種可伸長合成聚合物纖維，包含含有熱塑性彈性體聚合物的軸向芯，和多個附著在芯上、含有熱塑性非彈性體聚合物的翼，其中翼聚合物或芯聚合物至少之一凸出到另一聚合物中。
2.權(quán)利要求1的纖維，其中所述芯包含外半徑R1和內(nèi)半徑R2，且R1/R2大于約1.2。
3.權(quán)利要求2的纖維，其中R1/R2在約1.3～約2.0范圍，非彈性體翼聚合物與彈性體芯聚合物的重量比在約10/90～約70/30范圍，且煮沸后伸長至少為約20％。
4.權(quán)利要求1的纖維，其中凸出聚合物包括擴大遠端段和縮頸段，后者連接該遠端段與凸出聚合物的其余部分，從而在其中形成至少一個縮頸部分。
5.權(quán)利要求1的纖維，其中各個翼具有基本相同的尺寸并且基本上對稱地圍繞軸向芯排列。
6.權(quán)利要求1的纖維，其中非彈性體聚合物選自聚酰胺、非彈性體聚烯烴和聚酯，而彈性體聚合物則選自熱塑性聚氨酯、熱塑性聚酯彈性體、熱塑性聚烯烴、熱塑性聚酯酰胺彈性體和熱塑性聚醚酯酰胺彈性體。
7.權(quán)利要求1的纖維，還包含加入到翼聚合物中的添加劑，用于改善翼與芯的粘附，其中該纖維的剝離等級低于約2.5。
8.權(quán)利要求7的纖維，其中非彈性體聚合物選自a)聚(己二酰己二胺)及其與2-甲基戊二胺的共聚物，以及b)聚己內(nèi)酰胺，而彈性體聚合物是聚醚酯酰胺。
9.一種包含權(quán)利要求1的纖維的服裝。
10.一種可伸長合成聚合物纖維，包含含有熱塑性彈性體聚合物的軸向芯，和多個附著在芯上、含有至少一種熱塑性非彈性體聚合物的翼，其中纖維具有低于約1的剝離等級和至少約20％的煮沸后伸長。
11.一種紡制連續(xù)聚合物纖維的熔融紡絲方法，包括讓包含非彈性體聚合物的熔體和包含彈性體聚合物的熔體穿過紡絲板成形為具有多個附著在芯上的翼的可拉伸合成聚合物纖維，其中翼聚合物或芯聚合物至少之一凸出到另一聚合物中；纖維從紡絲孔出來后對其實施驟冷以使纖維冷卻，然后收集纖維。
12.權(quán)利要求11的方法，包括驟冷后的附加步驟令纖維熱松弛以使它顯示至少約20％煮沸后伸長。
13.權(quán)利要求12的方法，其中熱松弛步驟在下列條件下實施以干燥空氣、熱水或超計大氣壓壓力水蒸汽作為加熱介質(zhì)；溫度當(dāng)加熱介質(zhì)是所述干燥空氣時在約80℃～約120℃范圍，當(dāng)加熱介質(zhì)是所述熱水時在約75℃～約100℃，或當(dāng)加熱介質(zhì)是所述超計大氣壓壓力水蒸汽時在約101℃～約115℃。
14.權(quán)利要求11的方法，包括，在驟冷后讓纖維松弛，以松弛前纖維長度為基準(zhǔn)計，約1～約35％的附加步驟。
15.一種供第一與第二合成聚合物熔融擠出以生產(chǎn)纖維用的紡絲組件，包含計量板，包含適合用于接受第一聚合物熔體的第一組孔和適合用于接受第二聚合物熔體的第二組孔；紡絲板，與分配板對齊并接觸，該紡絲板具有紡絲通孔并具有小于紡絲孔長度的約60％的錐口孔長度；以及紡絲板底板，具有大于紡絲孔的孔，與紡絲板對齊并接觸；其中各板對齊后使得第一與第二聚合物喂入到計量板，流經(jīng)分配板、紡絲板和紡絲板底板從而成形為纖維。
16.權(quán)利要求15的紡絲組件，其中紡絲板錐口孔長度小于紡絲孔長度的約40％。
17.權(quán)利要求15的紡絲組件，其中紡絲板底板孔是喇叭口。
18.權(quán)利要求15的紡絲組件，其中孔和紡絲孔是采用激光切割的。
19.權(quán)利要求15的紡絲組件，還包括分配板。
20.權(quán)利要求19的紡絲組件，其中分配板與紡絲板二者的最大合并厚度小于約0.3cm。
全文摘要
一種可拉伸合成聚合物纖維，它包含由彈性體聚合物成形的軸向芯和二或更多個附著在芯上、由非彈性體聚合物成形的翼，其中優(yōu)選至少一個翼與軸向芯機械地互鎖。此種纖維可用于制造服裝如襪類。還提供一種生產(chǎn)此種纖維的紡絲組件。
文檔編號D01D5/253GK1466636SQ01816617
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月29日
發(fā)明者G·D·菲古利, A·J·索羅卡, G D 菲古利, 索羅卡 申請人:納幕爾杜邦公司