CN101137780A - 高性能纤维混纺及由其制造的产品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混纺纱，具有由拉断纤维制成的至少一种成分纤维类型，优选地，是拉断的高性能纤维，以及含有混纺纱的多头纱，具有至少一种成分是混纺纱的复合纱，以及由混纺纱、多头纱或复合纱制成的制品。

Description

高性能纤维混纺及由其制造的产品
发明领域
本发明涉及将至少一种高性能纤维与一种或多种其它纤维结合成紧密混纺的新纤维混纺，从而提供先前达不到的综合性能。
背景技术
目前，制造纤维混纺的方法有很多。但是，由于加工高性能纤维(例如芳纶、玻璃或伸直链聚乙烯)以及传统热塑性纤维(例如聚酯、尼龙等)难度大，因此开发了很多方法用于获得同时含有高性能纤维和非高性能纤维的纱线。这些包括的方法是，例如，制备复合纱，复合纱具有芯，芯周围缠绕一层或多层纱线/纱线鞘。这些复合纱的例子参见，例如，美国专利4777789、5177948、5628172、5845476、6351932、6363703和6367290。
用于制造这些类型的复合材料的其它可选工艺包括交替地编织多丝形式的增强纤维(碳、芳纶或玻璃)与热塑性基体纤维多丝。这种制造技术具有很多缺点，包括：润湿性差、开孔比大以及增强纤维分层。
另一种技术包括混合增强纤维多丝与热塑性纤维多丝。但是，这种技术受使用较短纤维长度的增强纤维的能力的限制，对制备切割增强纤维中的切割操作没有要求。由于这个缺点，难以得到最终产品的所需感觉以及高性能纤维所需要的强度特性。
这些技术都在几个方面存在明显的缺点，至少是制造纱线的成本高，而且纺织或编排难度大。
美国专利5910361披露了通过裂化工艺得到的增强纤维和热塑性基体纤维的紧密混纺，其中纤维的排列是，单丝都是平行的，并且必须通过将热塑性纤维缠绕在平行纤维组合混合物周围而保持在一起。虽然这产生了高模量产品，但会产生在确保混合纤维平行排列时存在的困难，除此之外也增加生产成本。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种混纺纱，该混纺纱线的至少一种成分是拉断纤维。
本发明的另一个目的是提供一种混纺纱，可以用于生产纺织、编织和非织造材料，同时含有大量高性能纤维进行强化。
本发明的另一个目的是提供一种混纺纱，其中至少一种成分是拉断高性能纤维，使混纺纱具有高强度，同时保持优秀的手感、可加工性和可洗涤性。
本发明的再一个目的是提供一种复合纱，其中复合纱的至少一种成分是混纺纱。
本发明的另一个目的是提供一种由混纺纱制成的制品，或者由混纺纱作为其中一种成分的复合纱制成的制品。
实现本发明的这些和其它目的，或者单独的或者整体的，是通过发现一种混纺纱达到的，该混纺纱包括至少两种不同纤维的紧密混纺，其中至少两种不同纤维的至少一者是拉断纤维，长度从60到200mm，优选的是拉断的高性能纤维。
具有混纺纱作为至少一种成分的复合纱，以及由混纺纱或复合纱制成的制品。
具体实施方式
术语“纤维”，如同这里使用的，是指纱线和织物的组合中使用的一种基本成分。一般地，纤维是一种长度尺寸远大于其直径或宽度的成分。此术语包括具有规则或不规则截面的带、条、短纤维以及其它形式的定长、切断或不连续纤维以及类似物。“纤维”还包括多种上述或上述组合的任一种。
如同这里使用的，术语“高性能纤维”是指一类合成或天然非玻璃纤维，具有大于10g/denier的高韧度值，从而它们可以应用于高磨损和/或耐切割重要的用途。通常高性能纤维在最终纤维结构中具有非常高的分子取向程度以及结晶度。
术语“单丝”，如同这里使用的，是指无限长或极长的纤维，例如在蚕丝中天然发现的。此术语还指通过除了别的以外的挤压工艺等方法制造的人造纤维。形成纤维的各个单丝可以具有很多截面中的任何一种，例如圆形、锯齿形或细圆齿状、豆状或其它形状。
术语“紧密混纺”，如同这里使用的，是指至少两种纤维的混合物，其中混合物的形成方式是每种类型纤维的各个单丝基本完全与其它类型的各个单丝相互混合，从而提供基本均匀的纤维混合物，并具有足够的缠结，从而在随后其它加工和使用时保持其完整性。
术语“拉断”，如同这里使用的，是指将纤维热拉伸并断裂形成短纤维长度的工艺，但不是切割，以便防止切割工艺产生的一些损坏。
术语“纱线”，如同这里使用的，是指以适合于编织、纺织或其它缠结的形式形成纺织织物的纺织纤维、单丝或材料的连续纱条。纱线可以按多种方式出现，包括由短纤维构成、通常通过捻束在一起的细纱；由很多连续单丝或纱条构成的多丝纱线；或者由单纱条构成的单丝纱线。这里使用的“混纺纱线”是指至少两种不同类型纤维的紧密混纺的纱线。
术语“头”，如同这里使用的，是指用于制造多头纱线时使用的单一纱线股。两个或多个头可以通过捻在一起、缠绕在结合头周围的覆盖包或者通过如下所述的空气交缠而结合在一起。
术语“复合纱”是指由两根或多根纱线制成的纱线，它们可以是相同的或不同的。复合纱可以按多种形式出现，其中两根或多根纱线可以相对彼此取向不同。例如，两根或多根纱线可以是平行的、一根缠绕其它的、捻在一起或者任何或所有这些的组合，以及其它的取向，这取决于所需复合纱的性质。这些复合纱的例子请参见美国专利4777789、5177948、5628172、5845476、6351932、6363703和6367290，其内容通过引用结合在此。
术语“空气交缠”，如同这里使用的，是指使多股纱线经历空气喷射，将多纱条结合，从而形成单一的、间断混合的纱条。此处理有时称为“空气定位(air tacking)”。此术语不用于指“混合”或“缠结”，而在本领域中理解为空气压缩多丝纱线的方法，以便于其进一步加工，特别是织造工艺。已经混合的纱线纱条通常不结合其它纱线。相反，各个多丝纱在单独纱条的范围内彼此缠结。此空气压缩可以替代纱线上浆，并可以作为提供改进的抗粘性能的措施。此术语还不指示公知的、用于增大单纱或多纱纱条的蓬松度的空气变形。因此，在复合纱和适合设备中的空气交缠的方法请参见美国专利6349531、6341483和6212914，其相关部分通过引用结合在此。
本发明涉及一种混纺纱，包括至少两种不同类型纤维的紧密混纺，其中至少两个不同类型的纤维的至少一者是拉断纤维。每种纤维类型具有与此相关的优点和缺点。例如，芳纶纤维(如DuPont销售的KEVLAR，Akzo Nobel销售的TWARON，或Teijin销售的TECHNORA)是具有高耐热性的高强纤维。但是，由芳纶基纱线制成的衣服不耐洗，因为它们趋于磨损，通常仅经受约三次洗涤。伸直链聚烯烃(例如，SPECTRA，一种Allied销售的伸直链聚乙烯；或者DYNEEMA)可以耐洗并具有高强度的性能，但不耐热。热塑性聚合物基纤维，例如尼龙和聚酯，具有高耐洗性，但通常没有在高性能纤维中发现的强度性能。但是，本发明者已经发现，通过混纺不同纤维，特别是包括一种或两种高性能纤维，可以得到最终紧密混纺短纤纱，使各个纤维成分的优点最大，同时抑制缺点或使缺点最小。
在本发明的混纺纱中，每种成分纤维类型可以在任何所需水平应用，优选地占混纺纱重量的10到90％，更优选地25-80％。最优选地，为利用纤维高性能特性的优点，特别是强度，以及在很多情况下由高性能纤维得到的纱线的耐切割性，至少一种高性能纤维成分占混纺纱重量的至少40％。在一个更加优选的实施例中，本发明的混纺纱包括芳纶纤维20-60wt％，伸直链聚乙烯纤维20-60wt％，和聚酯20-60wt％，其中每种成分的百分数之和等于100％。在一个优选的实施例中，混纺纱包括芳纶纤维40wt％，伸直链聚乙烯纤维40wt％，和聚酯20wt％。由于能够包括高含量的高性能纤维，得到的混纺纱在具有优秀手感和加工性的同时，表现出很高的强度和模量。
本发明的混纺纱可以使用任何传统的纤维混纺技术制造。适合的方法包括，但不限于：混纺不同类型纤维的毛条，其中至少一种类型纤维优选的是拉断纤维，最优选的是拉断纤维是拉断高性能纤维。在一个更加优选的实施例中，至少两种不同类型的纤维都是拉断纤维，最优选的是所有纤维都是拉断纤维。混纺的起始纤维，优选地，其长度足以在混纺时提供一定程度的纤维-纤维抓持，从而足以使混纺纱保持其完整性(通过混纺中的相互混合/捻/缠结工艺)。适合的长度是那些与短切纤维典型相关的长度，更优选地每根独立纤维的长度是等于或小于3英寸。纤维成分可以通过任何传统工艺调节到恰当长度，包括但不限于：切割单丝或丝束、拉断单丝或丝束。虽然不是必需的，但如果需要，单丝可以对齐成在混纺纱内基本平行，但这增加了额外的加工步骤和成本。在本发明的上下文中，基本平行是指大部分纤维平行，而至少一部分纤维仍与其它纤维缠结，用于保持结构完整性，而不需要接结单丝。
本发明的一个重要方面是，为了提供所需韧度的混纺纱以及改进混纺纱的规则性，至少一种纤维必须是拉断的，拉断纤维的长度是重要的。在本发明中，拉断产生的纤维长度，优选地从60到250mm，更优选地从60到180mm，最优选的长度是140mm的纤维表。拉断成分可以是混纺纱中使用的任何纤维类型。此外，在特殊的混纺纱中，任何或所有的成分都可以是拉断纤维。优选地，本发明混纺纱的拉断成分是高性能纤维，例如芳纶、伸直链聚烯烃或金属。在含有一种以上类型的高性能纤维的混纺纱中，最优选的是，每种高性能纤维类型拉断到上述长度。这使混纺纱具有强度、一致性和规则性的最好组合。
一旦获得每种成分的所需长度，则将纤维成分混纺以形成作为单头的混纺纤维。此后，单头纱可以原样使用，或者与一种或多种另外的头纱(可以是与形成的混纺纱相同或不同和/或彼此相同或不同)组合，以提供多头纱。优选地，当存在多个头时，头纱一个捻在另一个周围以形成多头纱。另外，单头(或多头纱)可以在复合纱中作为一种成分。本发明的混纺纱，或者是单头形式或者是多头形式，可以在制造复合纱时用作芯成分或用作包裹成分(或者两者皆有)。
本发明可以制备混纺纱，在编织或纺织成制品或衣服时，能提供强度、耐切割性、耐洗性、手感、耐热性、耐UV性、导电等独特的综合性能。通过改变其混纺成分，可以精细地调节或专门调节性能得到所需结果。
用于制造本发明混纺纱的纤维可以是任何类型的天然或合成纤维。适合的纤维类型包括但不限于：诸如芳纶(如，KEVLAR、TWARON或TECHNORA)的高性能纤维、伸直链聚烯烃(例如SPECTRA和DYNEEMA)、陶瓷纤维、碳纤维、诸如玻璃纤维的矿物基纤维的高性能纤维；诸如钢、铜、不锈钢、钛的金属纤维；诸如尼龙、聚酯、粘胶、丙烯酸和聚乙烯的热塑性纤维；诸如棉和羊毛的天然纤维。本发明的混纺纱可能包括这些纤维类型的两个或多个，优选地包括一种或多种高性能纤维，为混纺纱提供与纤维相关的高性能。最优选的组合包括芳纶、伸直链聚烯烃以及诸如尼龙或聚酯的热塑性纤维的混纺纱。优选地，本发明混纺纱使用的每种纤维的纱支数是0.9到50dtex，更优选地是1.7到5dtex。优选地，最终混纺纱的总丹尼尔是90到9000，更优选的是180到750。但是，通过控制混纺过程的喂入率和输出，混纺纱的总丹尼尔可以根据需要超出此范围。
本发明提供的一种改进是能将任何类型的纤维以及任何数量类型的纤维混纺到单一混纺纱中。
混纺纱中使用的至少一种纤维类型必须是具有一定拉断强度的拉断纤维。制成混纺纱的剩余纤维类型可以是拉断或切割形成所需的混纺长度，或者可以是用于混纺的适当长度(或根据需要切割成这种长度)的天然纤维，例如棉或羊毛纤维。在一个更优选的实施例中，本发明的混纺纱包括所有拉断纤维的混纺纱。在最优选实施例中，混纺纱包括紧密混纺的拉断芳纶和伸直链聚乙烯纤维与至少一种热塑性非高性能纤维，例如聚酯或尼龙。
在制备本发明混纺纱的优选实施例中，优选地，将高性能纤维拉断到上述长度。拉断过程产生所需长度纤维并对齐各个纤维，由此可以进行混纺而不需要对高性能纤维进行梳理。另外，拉断过程通过断开连续单丝并去除其脆弱点得到长纤维从而获得强度高的长的短纤维纱(staple yarn)。接着将拉断纤维混纺到其它纤维毛条得到混纺纱。如果需要或必需，非拉断纤维可以在混纺之前进行梳理。
一些例证性实施例包括：
(在这些优选实施例中，芳纶、伸直链聚乙烯、不锈钢丝和玻璃纤维成分都优选地拉断到60到200mm的长度)
混纺纱实施例1：
芳纶          40％
伸直链聚乙烯  40％
聚酯(PET)     20％
混纺纱实施例2：
芳纶          40％
伸直链聚乙烯  40％
尼龙-6，6     20％
混纺纱实施例3：
芳纶          40％
不锈钢丝      40％
聚酯(PET)     20％
混纺纱实施例4：
玻璃纤维      40％
芳纶          40％
棉            20％
复合纱实施例1：
纱芯：上述混纺纱实施例1
第1包缠纱：沿Z或E方向包缠的200丹尼尔聚酯
第2包缠纱：沿与第1包缠纱方向相反的方向包缠的200丹尼尔聚酯
复合纱实施例2：
纱芯：上述混纺纱实施例3
第1包缠纱：沿Z或E方向包缠的250丹尼尔SPECTRA(伸直链聚乙烯)
第2包缠纱：沿与第1包缠纱方向相反的方向包缠的200丹尼尔尼龙-6，6
第3包缠纱：沿与第2包缠纱方向相反的方向包缠的200丹尼尔尼龙-6，6
注意：对于复合纱，包缠层包缠很多圈，必须能提供对底层成分的覆盖并足以保持纱线的平衡和完整，如同在定义术语“复合纱”中的美国专利披露的一样。
因此，本发明的混纺纱本身可以作为单头产品使用，或者可以成为含有其它纤维和纤维类型的纱线产品的一部分。优选地，本发明混纺纱可以用于单头或多头纱线，或者作为复合纱的一种或多种成分。含有本发明混纺纱的单头、多头或复合纱可以用任何传统工艺制备任何所需的制品，所述传统工艺包括但不限于：编织或纺织以及非织造产品工艺。使用本发明混纺纱制备的优选制品(无论是单头、多头还是复合纱)包括但不限于：手套、袜子、上衣、裤子、衬衫和头戴物。
例子
连续丝原料以丝束供应。如果丝束不能在市场买到，则使用传统的织造工艺制备丝束。在拉断过程中，丝束被机械拉长，直到其断裂点。对于具体方法，相对于每种原料并容易由一般技术人员确定，丝束受到不同拉伸强度直到得到具有可变长度的不连续纤维。得到的纤维表/图涉及原料的技术特性，并涉及其受到的牵引报告。拉伸断裂过程的结果是固定重量的长条。在混纺过程中，使用与所需百分数相关的不同数量长条。使用传统织物混纺机，将长条混合在一起直到得到非常均匀的合并毛条(紧密混纺)。毛条的成分精确地等于混纺百分数。在毛条中所含的纤维长度等于由开始使用的纤维得到的纤维图(fibrous diagram)的平均值(average/mear)。由此，可以使用传统纺纱工艺执行混纺。

Claims (34)

1.一种混纺纱，包括：
至少两种不同类型的纤维的紧密混纺，其特征在于所述至少两种不同类型纤维的至少一种是拉断纤维，所述拉断纤维包括长度从60到200mm的纤维。
2.根据权利要求1所述的混纺纱，其特征在于所述拉断纤维是高性能纤维。
3.根据权利要求2所述的混纺纱，其特征在于所述高性能纤维是从芳纶纤维、伸直链聚烯烃、金属纤维和玻璃纤维构成的组中选择的一种。
4.根据权利要求1所述的混纺纱，其特征在于所述至少两种不同纤维的至少一种是天然或合成纤维。
5.根据权利要求4所述的混纺纱，其特征在于所述天然或合成纤维是从棉、羊毛、尼龙、聚酯、聚烯烃和丙烯酸构成的组中选择的一种。
6.根据权利要求1所述的混纺纱，其特征在于所述至少两种不同纤维是至少三种不同纤维。
7.根据权利要求1所述的混纺纱，其特征在于所述至少两种不同纤维是至少四种不同纤维。
8.根据权利要求1所述的混纺纱，其特征在于混纺纱的纱支数从1到50dtex。
9.根据权利要求1所述的混纺纱，包括芳纶纤维、伸直链聚烯烃纤维和聚酯纤维构成的紧密混纺。
10.根据权利要求9所述的混纺纱，其特征在于所述紧密混纺包括(a)20-60％芳纶纤维，(b)20-60％伸直链聚烯烃纤维以及(c)20-60％聚酯纤维，其中(a)、(b)和(c)总和为100％。
11.根据权利要求1所述的混纺纱，其特征在于所述两种不同纤维的每一种是拉断纤维。
12.根据权利要求2所述的混纺纱，其特征在于仅有所述高性能纤维是拉断纤维。
13.根据权利要求1所述的混纺纱，其特征在于所述至少两种不同纤维的每一种可以加捻或去捻。
14.根据权利要求1所述的混纺纱，纱的丹尼尔从90到9000。
15.一种复合纱，包括：
纱芯，以及至少一种包缠在所述纱芯周围的覆盖纱条；
其特征在于所述纱芯和所述至少一种覆盖纱条的一者或二者是根据权利要求1的混纺纱。
16.一种多头纱，包括：
两个或多个头，其特征在于所述两个或多个头的至少一个是根据权利要求1的混纺纱。
17.一种多头纱，包括：
两个或多个头，其特征在于所述两个或多个头的每一个是根据权利要求1的混纺纱。
18.一种由权利要求1的混纺纱制成的制品。
19.根据权利要求18所述的制品，其特征在于所述混纺纱被编织形成制品。
20.根据权利要求18所述的制品，其特征在于所述混纺纱被纺织形成制品。
21.根据权利要求18所述的制品，其特征在于制品是由混纺纱制成的非织造制品。
22.根据权利要求18所述的制品，其特征在于所述制品是从手套、袜子、上衣、裤子、衬衫和头戴物构成的组中选择的一种。
23.一种由根据权利要求15的复合纱制成的制品。
24.根据权利要求23所述的制品，其特征在于所述复合纱被编织形成制品。
25.根据权利要求23所述的制品，其特征在于所述复合纱被纺织形成制品。
26.根据权利要求23所述的制品，其特征在于所述制品是从手套、袜子、上衣、裤子、衬衫和头戴物构成的组中选择的一种。
27.一种由权利要求16所述的多头纱制成的制品。
28.根据权利要求27所述的制品，其特征在于所述多头纱被编织形成制品。
29.根据权利要求27所述的制品，其特征在于所述多头纱被纺织形成制品。
30.根据权利要求27所述的制品，其特征在于所述制品是从手套、袜子、上衣、裤子、衬衫和头戴物构成的组中选择的一种。
31.一种由权利要求17所述的多头纱制成的制品。
32.根据权利要求30所述的制品，其特征在于所述多头纱被编织形成制品。
33.根据权利要求30所述的制品，其特征在于所述多头纱被纺织形成制品。
34.根据权利要求30所述的制品，其特征在于所述制品是从手套、袜子、上衣、裤子、衬衫和头戴物构成的组中选择的一种。
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