一种表面开裂的皮芯复合纤维及其制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 103993386 A(43)申请公布日 2014.08.20

(21)申请号 201310754331.X(22)申请日 2013.12.31

(71)申请人江苏德力化纤有限公司

地址223800 江苏省宿迁市宿城区经济开发

区黄河南路599号(72)发明人赵金广 倪凤军 张秉怀 唐辉

王浩 宋江颂 沙跃 蔡瑞杨培恒 李振宇 王雨生(51)Int.Cl.

D01F 8/14(2006.01)D01D 5/34(2006.01)D01D 5/088(2006.01)C08G 63/199(2006.01)

权利要求书2页 说明书5页权利要求书2页 说明书5页

(54)发明名称

一种表面开裂的皮芯复合纤维及其制备方法(57)摘要

本发明涉及一种表面开裂的皮芯复合纤维及其制备方法，表面开裂的皮芯复合纤维由皮层和芯层组成，表面有轴向裂纹。皮层采用的材料为高结晶速率聚酯，芯层采用的材料为低结晶速率聚酯。由于皮层材料和芯层材料在结晶速率上存在差值，纤维从喷丝板喷出至冷却拉伸过程中，皮层和芯层的冷却结晶情况不同，皮层迅速完成结晶

有序而芯层较慢，拉伸时皮层易产生轴向的裂纹，

控制得到表面开裂的皮芯复合纤维。

CN 103993386 ACN 103993386 A

权 利 要 求 书

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1.一种表面开裂的皮芯复合纤维，其特征是：所述表面开裂的皮芯复合纤维由皮层和芯层组成，所述表面开裂的皮芯复合纤维表面有轴向裂纹，所述轴向裂纹的宽度为0.2～0.5μm，深度为0.1～0.3μm，所述皮层采用的材料为PBT，所述芯层采用的材料为低结晶速率聚酯；所述低结晶速率聚酯的半结晶期t1/2为1000～2000s。

2.根据权利要求1所述的一种表面开裂的皮芯复合纤维，其特征在于，所述皮层和所述芯层的截面积之比为2:8～5:5。

3.根据权利要求1所述的一种表面开裂的皮芯复合纤维，其特征在于，所述表面开裂的皮芯复合纤维的单丝纤度为0.7～7dtex，断裂强度为1.5～2.5cN/dtex，伸长率为130%～180%。

4.根据权利要求1所述的一种表面开裂的皮芯复合纤维，其特征在于，所述PBT的半结晶期t1/2为0.5～2.0s。

5.如权利要求1所述的一种表面开裂的皮芯复合纤维的制备方法，其特征是：包括低结晶速率聚酯的制备方法和皮芯复合纤维的制备方法：

1）所述低结晶速率聚酯的制备方法分为酯化反应和缩聚反应两步：所述酯化反应：采用对苯二甲酸、乙二醇、间苯二甲酸和1,4-环己二醇作为原料，配成均匀浆料后进行酯化反应，得到酯化产物；酯化反应在氮气氛围中加压，压力控制在常压～0.4MPa，温度在230～250℃，酯化水馏出量达到理论值的90%以上为酯化反应终点；所述乙二醇与所述对苯二甲酸的摩尔比为1.2～2.0:1，所述间苯二甲酸为所述对苯二甲酸的摩尔数的0.5%～3%，所述1.4-环己二醇为所述对苯二甲酸的摩尔数的0.5%～5%；

所述缩聚反应：

包括缩聚反应低真空阶段和缩聚反应高真空阶段：所述缩聚反应低真空阶段，在所述酯化产物中加入催化剂和稳定剂，在负压的条件下开始缩聚反应，该阶段压力由常压平稳抽至绝对压力1KPa以下，温度控制在250～270℃，反应时间为40～60分钟；

所述缩聚反应高真空阶段，经所述缩聚反应低真空阶段后，继续抽真空，使反应压力降至绝对压力小于100Pa，反应温度控制在270～285℃，反应时间1～2小时；

即得到半结晶期t1/2为1000～2000s的低结晶速率聚酯；所述的催化剂选自三氧化二锑、乙二醇锑和醋酸锑中的一种，催化剂用量为所述对苯二甲酸重量的0.01%～0.05%；

所述稳定剂选自磷酸三苯酯、磷酸三甲酯和亚磷酸三甲酯中的一种，稳定剂用量为所述对苯二甲酸重量的0.01%～0.05%；

2）所述皮芯复合纤维的制备方法为：将所述PBT作为皮层材料，所述低结晶速率聚酯作为芯层材料，进行皮芯复合纺丝，得到皮芯复合纤维，即为表面开裂的皮芯复合纤维；所述皮层材料与所述芯层材料的质量比为2:8～5:5；

纺丝温度为275～290℃；冷却分为三部分：第一部分强冷区，位于喷丝板下方，纤维从喷丝板挤出直接进入强冷区，冷却方式为环吹风，冷却吹风温度为10～20℃，相对湿度为90%±5%，风速为0.7～0.9m/s，所述强冷区

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权 利 要 求 书

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长度为20～30cm；

第二部分为无风区，位于强冷区下方，长度为20～30cm；第三部分为二次冷却区，位于无风区下方，冷却方式为侧吹风，冷却吹风温度为20～25℃，相对湿度为65%±5%，风速为0.5～0.7m/s，长度为20～30cm；

卷绕速度控制在2700～3200m/min。

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说 明 书

一种表面开裂的皮芯复合纤维及其制备方法

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技术领域

本发明涉及一种皮芯复合纤维及其制备方法，特别涉及一种表面开裂的皮芯复合

纤维及其制备方法。

[0001]

背景技术

聚酯（PET）是目前人类使用最为广泛的合成高聚物之一，早在二十世纪40年代就

合成出了PET，并发现其具有优异的性能，而广泛的应用于纺织、包装、医疗卫生、汽车、电子电器、安全防护、环境保护等领域。随着社会的进步，人民生活水平的提高，对聚酯纤维的差别化、功能化需要越来越高。涤纶的差别化纤维主要以形态（细旦、异形截面等）、高性能（高强、高模、低缩等）、高功能（高感性、吸湿性、透湿防水性、抗静电及导电性、离子交换性和抗菌性等）为主要改性方向。目前市场上应用较为广泛的主要有细旦及超细旦、吸湿排汗、防水透湿、大有光、中空保温、全消光、阳离子可染、阻燃、抗菌、抗紫外线等品种。虽然我国化纤的差别化率在不断提高，但远不及发达国家。因此，多种形态、性能及功能复合改性也是目前的开发趋势之一。

[0003] 皮芯复合纤维的产生更进一步促进了纤维差别化的发展。皮芯复合纤维是由皮层和芯层两种组分构成，可以使纤维兼具皮层和芯层两种材料的部分性能，赋予纤维更多性能组合。目前，关于PBT-PET皮芯复合纤维的开发，以PBT为皮层，以PET为芯层，主要是利用PBT的一些固有性质，使PBT-PET皮芯复合纤维具有优良的舒适弹性，兼有手感柔软、透气吸湿，外观优雅无涤纶极光等性能。这仅仅是利用了PBT本身的固有性质，来达到提高复合纤维性能的目的，这对PBT-PET皮芯复合纤维的研究还是远远不够的。

[0002]

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种表面开裂的皮芯复合纤维及其制备方法。通常，纺丝过程中都是要尽量保持纤维材料的均匀，避免纤维出现瑕疵而引起性能的下降，然而本发明则是通过对材料结晶速率从的控制及工艺条件的变化，有序可控的得到表面开裂的皮芯复合纤维。通过控制皮芯复合纤维皮层材料和芯层材料的结晶速率，使皮层材料的结晶速率高，芯层材料的结晶速率低，在相同的冷却条件下，皮层的结晶更充分完全，结晶所用时间更短；纺丝过程中，冷却区换成由强冷区-无风区-二次冷却区三部分组成，使纤维经过喷丝板挤出后，皮层迅速冷却结晶，而芯层依旧处于冷却过程中，这样，在拉伸过程中，由于皮层结晶完全，所以会产生开裂，就得到表面开裂的皮芯复合纤维。[0005] 本发明的一种表面开裂的皮芯复合纤维，由皮层和芯层组成，所述表面开裂的皮芯复合纤维表面有轴向裂纹，所述轴向裂纹的宽度为0.2～0.5μm，深度为0.1～0.3μm，所述皮层采用的材料为PBT，所述芯层采用的材料为低结晶速率聚酯；所述低结晶速率聚酯的半结晶期t1/2为1000～2000s。

[0006] 如上所述的一种表面开裂的皮芯复合纤维，所述皮层和所述芯层的截面积之比为2:8～5:5。

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说 明 书

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如上所述的一种表面开裂的皮芯复合纤维，所述表面开裂的皮芯复合纤维的单丝

纤度为0.7～7dtex，断裂强度为1.5～2.5cN/dtex，伸长率为130%～180%。[0008] 如上所述的一种表面开裂的皮芯复合纤维，所述PBT的半结晶期t1/2为0.5～2.0s。

[0009] 本发明还提供了一种表面开裂的皮芯复合纤维的制备方法，包括低结晶速率聚酯的制备方法和皮芯复合纤维的制备方法：[0010] 1）所述低结晶速率聚酯的制备方法分为酯化反应和缩聚反应两步：[0011] 所述酯化反应：[0012] 采用对苯二甲酸、乙二醇、间苯二甲酸和1,4-环己二醇作为原料，配成均匀浆料后进行酯化反应，得到酯化产物；酯化反应在氮气氛围中加压，压力控制在常压～0.4MPa，温度在230～250℃，酯化水馏出量达到理论值的90%以上为酯化反应终点；所述乙二醇与所述对苯二甲酸的摩尔比为1.2～2.0:1，所述间苯二甲酸为所述对苯二甲酸的摩尔数的0.5%～3%，所述1.4-环己二醇为所述对苯二甲酸的摩尔数的0.5%～5%；[0013] 所述缩聚反应：

[0014] 包括缩聚反应低真空阶段和缩聚反应高真空阶段：[0015] 所述缩聚反应低真空阶段，在所述酯化产物中加入催化剂和稳定剂，在负压的条件下开始缩聚反应，该阶段压力由常压平稳抽至绝对压力1KPa以下，温度控制在250～270℃，反应时间为40～60分钟；[0016] 所述缩聚反应高真空阶段，经所述缩聚反应低真空阶段后，继续抽真空，使反应压力降至绝对压力小于100Pa，反应温度控制在270～285℃，反应时间1～2小时；[0017] 即得到半结晶期t1/2为1000～2000s的低结晶速率聚酯；[0018] 所述的催化剂选自三氧化二锑、乙二醇锑和醋酸锑中的一种，催化剂用量为所述对苯二甲酸重量的0.01%～0.05%；[0019] 所述稳定剂选自磷酸三苯酯、磷酸三甲酯和亚磷酸三甲酯中的一种，稳定剂用量为所述对苯二甲酸重量的0.01%～0.05%；[0020] 2）所述皮芯复合纤维的制备方法为：将所述PBT作为皮层材料，所述低结晶速率聚酯作为芯层材料，进行皮芯复合纺丝，得到皮芯复合纤维，即为表面开裂的皮芯复合纤维；所述皮层材料与所述芯层材料的质量比为2:8～5:5；[0021] 纺丝温度为275～290℃；[0022] 冷却分为三部分：[0023] 第一部分强冷区，位于喷丝板下方，纤维从喷丝板挤出直接进入强冷区，冷却方式为环吹风，冷却吹风温度为10～20℃，相对湿度为90%±5%，风速为0.7～0.9m/s，所述强冷区长度为20～30cm；[0024] 第二部分为无风区，位于强冷区下方，长度为20～30cm；[0025] 第三部分为二次冷却区，位于无风区下方，冷却方式为侧吹风，冷却吹风温度为20～25℃，相对湿度为65%±5%，风速为0.5～0.7m/s，长度为20～30cm；[0026] 卷绕速度控制在2700～3200m/min。[0027] 通常纺丝，喷丝板与吹风装置之间设置无风区的目的是为了给纤维一个缓冲的区域，使纤维更加的均匀，避免骤冷而引起的不均。而本发明中，喷丝板下方设置强冷区-无

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说 明 书

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风区-二次冷却区三部分，纤维直接经喷丝板喷出后直接进入强冷区，强冷区采用较大的风速、风量及相对湿度，是为了达到更好的冷却效果，扩大表层与芯层的差异，使表层能够更快的冷却结晶，区的目的是为了在一定程度上减少强冷区的冷却吹风对纤维芯层的影响，防止芯层冷却太快，同时也加大了皮层和芯层冷却的差异，二次冷却区进行正常的冷却，确保纤维的性能，最终达到卷绕拉伸得到表面开裂的皮芯复合纤维的目的。有益效果：

[0029] 纯PET的半结晶期t1/2为30～70s，芯层的低结晶速率聚酯是在聚酯的聚合中加入了间苯二甲酸和1.4-环己二醇，得到的聚酯的半结晶期t1/2达到1000～2000s，这就使结晶速率大大降低；而皮层的PBT，其半结晶期t1/2可达到0.5～2.0s，结晶速率快，这就造成了皮层材料的结晶速率要远远大于芯层材料的结晶速率。在纺丝过程中，冷却区换成由强冷区-无风区-二次冷却区三部分组成，当纤维从喷丝板出来之后进入冷却区，就使纤维皮芯结构更加明显，同时，皮层的PBT因结晶速率快就会迅速的完成结晶过程，而芯层的低结晶速率聚酯的结晶过程很慢。在进行牵伸时，皮层因结晶速率高，完成冷却结晶过程所用时间短，使得在拉伸过程中易产生轴向的开裂等，这样就得到了表面开裂的皮芯复合纤维。这种纤维表面具有裂纹，形成凹凸的狭缝构造，在使纤维具有麻的手感的同时，能够使光产生非同向反射，而大部分被纤维内部吸收，同样染色条件下，裂纹边缘的颜色效果及染色深度要比无裂纹区的好，最终，织物的颜色感觉深，提高鲜艳度并具有浓染效果。表面的裂纹在一定程度上也起到吸湿排汗的作用。

[0028]

具体实施方式

[0030] 下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

[0031] 本发明的一种表面开裂的皮芯复合纤维，由皮层和芯层组成，所述表面开裂的皮芯复合纤维表面有轴向裂纹，所述轴向裂纹的宽度为0.2～0.5μm，深度为0.1～0.3μm，所述皮层采用的材料为PBT，所述芯层采用的材料为低结晶速率聚酯；所述低结晶速率聚酯的半结晶期t1/2为1000～2000s。

[0032] 如上所述的一种表面开裂的皮芯复合纤维，所述皮层和所述芯层的截面积之比为2:8～5:5。

如上所述的一种表面开裂的皮芯复合纤维，所述表面开裂的皮芯复合纤维的单丝

纤度为0.7～7dtex，断裂强度为1.5～2.5cN/dtex，伸长率为130%～180%。[0034] 如上所述的一种表面开裂的皮芯复合纤维，所述PBT的半结晶期t1/2为0.5～2.0s。

[0035] 实施例1

[0036] 一种表面开裂的皮芯复合纤维的制备方法，包括低结晶速率聚酯的制备方法和皮芯复合纤维的制备方法：[0037] 1）所述低结晶速率聚酯的制备方法分为酯化反应和缩聚反应两步：[0038] 所述酯化反应：

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说 明 书

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采用对苯二甲酸，乙二醇，间苯二甲酸和1,4-环己二醇作为原料，摩尔比对苯二

甲酸:乙二醇:间苯二甲酸:1,4-环己二醇=100:120:0.5:0.5，配成均匀浆料后进行酯化反应；酯化反应在氮气氛围中，压力控制在0.4MPa，温度控制在250℃，酯化水馏出量达到理论值的90%为酯化反应终点。[0040] 所述缩聚反应：

[0041] 包括缩聚反应低真空阶段和缩聚反应高真空阶段：[0042] 所述缩聚反应低真空阶段，在酯化产物中加入对苯二甲酸重量的0.01%的催化剂三氧化二锑和对苯二甲酸重量的0.01%的稳定剂磷酸三苯酯，在负压的条件下开始缩聚反应，该阶段压力由常压平稳抽至绝对压力小于1KPa，温度控制在255℃，反应时间为60分钟。

[0043] 所述缩聚反应高真空阶段，经所述缩聚反应低真空阶段后，继续抽真空，使反应压力降至绝对压力小于100Pa，反应温度控制在270℃，反应时间2小时。缩聚反应以反应釜搅拌电机功率或在线粘度计读数为准判断反应终点。当聚合物粘度达到所需值时出料，经铸带、冷却、切粒，即得到低结晶速率聚酯切片，经测试，其t1/2=1000s。[0044] 2）所述皮芯复合纤维的制备方法为：将PBT(t1/2=2s)作为皮层材料，上述低结晶速率聚酯作为芯层材料，进行皮芯复合纺丝；所述皮层材料与所述芯层材料的质量比为5:5；纺丝温度为275℃；所述强冷区为环吹风，冷却吹风温度为20℃，相对湿度为90%±5%，风速为0.7m/s，长度为20cm；所述无风区，位于强冷区下方，长度为30cm；所述二次冷却区为侧吹风，冷却吹风温度为25℃，相对湿度为65%±5%，风速为0.5m/s，长度为30cm；卷绕速度控制在2700m/min；[0045] 经测试，所得到的表面开裂的皮芯复合纤维的裂纹宽度为0.2～0.5μm，深度为0.1～0.3μm，单丝纤度为7dtex，强度为1.5cN/dtex，伸长率为180%。[0046] 实施例2

[0047] 一种表面开裂的皮芯复合纤维的制备方法，包括低结晶速率聚酯的制备方法和皮芯复合纤维的制备方法：[0048] 1）所述低结晶速率聚酯的制备方法分为酯化反应和缩聚反应两步：[0049] 所述酯化反应：[0050] 采用对苯二甲酸，乙二醇，间苯二甲酸和1,4-环己二醇作为原料，摩尔比对苯二甲酸:乙二醇:间苯二甲酸:1,4-环己二醇=100:120:1:2，配成均匀浆料后进行酯化反应；酯化反应在氮气氛围中加压，压力控制在0.3MPa，温度控制在245℃，酯化水馏出量达到理论值的90%为酯化反应终点。[0051] 所述缩聚反应：

[0052] 包括缩聚反应低真空阶段和缩聚反应高真空阶段：[0053] 所述缩聚反应低真空阶段，在酯化产物中加入对苯二甲酸重量的0.02%的催化剂乙二醇锑和对苯二甲酸重量的0.02%的稳定剂磷酸三甲酯，在负压的条件下开始缩聚反应，该阶段压力由常压平稳抽至绝对压力小于800Pa，温度控制在250℃，反应时间为50分钟。

[0054] 所述缩聚反应高真空阶段，经所述缩聚反应低真空阶段后，继续抽真空，使反应压力降至绝对压力小于80Pa，反应温度控制在275℃，反应时间1.5小时。缩聚反应以反应釜

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说 明 书

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搅拌电机功率或在线粘度计读数为准判断反应终点。当聚合物粘度达到所需值时出料，经铸带、冷却、切粒，即得到低结晶速率聚酯切片，经测量，其t1/2=1350s。[0055] 2）所述皮芯复合纤维的制备方法为：将PBT(t1/2=1s)作为皮层材料，上述低结晶速率聚酯作为芯层材料，进行皮芯复合纺丝；所述皮层材料与所述芯层材料的质量比为5:8；纺丝温度为280℃；所述强冷区为环吹风，冷却吹风温度为15℃，相对湿度为90%±5%，风速为0.8m/s，长度为30cm；所述无风区，位于强冷区下方，长度为20cm；所述二次冷却区为侧吹风，冷却吹风温度为22℃，相对湿度为65%±5%，风速为0.6m/s，长度为20cm；卷绕速度控制在3000m/min；[0056] 经测试，所得到的表面开裂的皮芯复合纤维的裂纹宽度为0.2～0.5μm，深度为0.1～0.3μm，单丝纤度为4dtex，强度为2.0cN/dtex，伸长率为155%。[0057] 实施例3

[0058] 一种表面开裂的皮芯复合纤维的制备方法，包括低结晶速率聚酯的制备方法和皮芯复合纤维的制备方法：[0059] 1）所述低结晶速率聚酯的制备方法分为酯化反应和缩聚反应两步：[0060] 所述酯化反应：[0061] 采用对苯二甲酸，乙二醇，间苯二甲酸和1,4-环己二醇作为原料，摩尔比对苯二甲酸:乙二醇:间苯二甲酸:1,4-环己二醇=100:120:3:5，配成均匀浆料后进行酯化反应；酯化反应在氮气氛围中，压力控制在0.4MPa，温度控制在230℃，酯化水馏出量达到理论值的90%为酯化反应终点。[0062] 所述缩聚反应：

[0063] 包括缩聚反应低真空阶段和缩聚反应高真空阶段：[00] 所述缩聚反应低真空阶段，在酯化产物中加入对苯二甲酸重量的0.05%的催化剂醋酸锑和对苯二甲酸重量的0.05%的稳定剂亚磷酸三甲酯，在负压的条件下开始缩聚反应，该阶段压力由常压平稳抽至绝对压力小于400Pa，温度控制在270℃，反应时间为40分钟。

[0065] 所述缩聚反应高真空阶段，经所述缩聚反应低真空阶段后，继续抽真空，使反应压力降至绝对压力小于50Pa，反应温度控制在285℃，反应时间1小时。缩聚反应以反应釜搅拌电机功率或在线粘度计读数为准判断反应终点。当聚合物粘度达到所需值时出料，经铸带、冷却、切粒，即得到低结晶速率聚酯切片，经测试，其t1/2=2000s。[0066] 2）所述皮芯复合纤维的制备方法为：将PBT(t1/2=0.5s)作为皮层材料，上述低结晶速率聚酯作为芯层材料，进行皮芯复合纺丝；所述皮层材料与所述芯层材料的质量比为2:8；纺丝温度为290℃；所述强冷区为环吹风，冷却吹风温度为10℃，相对湿度为90%±5%，风速为0.9m/s，长度为20cm；所述无风区，位于强冷区下方，长度为30cm；所诉二次冷却区为侧吹风，冷却吹风温度为20℃，相对湿度为65%±5%，风速为0.7m/s，长度为30cm；卷绕速度控制在3200m/min；[0067] 经测试，所得到的表面开裂的皮芯复合纤维的裂纹宽度为0.2～0.5μm，深度为0.1～0.3μm，单丝纤度为0.7dtex，强度为2.5cN/dtex，伸长率为130%。

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