CN101351581A - 有三个主叶和三个小叶的六叶横截面纤丝，由具有该纤丝的纱线簇绒成的地毯，和用于制造该纤丝的毛细喷丝头孔 - Google Patents

Abstract

一种纤(维)丝包含合成聚合物和其特征在于六叶的横截面有三个主叶和三个小叶，以及主半径(R₁)和小半径(R₂)。每叶的横截面有基本直的侧边部分向外伸出并在每一端与凸的顶点相切。主半径(R₁)对小半径(R₂)之比定义一个大于(1)的外修正比(R₁/R₂)。

Description

有三个主叶和三个小叶的六叶横截面纤丝，由具有该纤丝的纱线簇绒成的地毯，和用于制造该纤丝的毛细喷丝头孔

与相关申请的互相参考

这个申请要求在2005年12月6日提交的美国临时申请60/742,706号的权益。

技术领域

本发明涉及有三个主叶和三个小叶的六叶横截面形状的合成聚合物纤丝(filament)。该纤丝特别适合制作成有弱的光彩、不闪光的柔和光泽、高的着色率、和优良的抗沾污特性的地毯。

发明内容

本发明是一种合成聚合物纤丝，它有六叶的横截面包括在相对所述中心轴的主半径(R₁)内围绕中心轴对称布置的三个主叶和在相对所述中心轴的小半径(R₂)内每个对称布置在主叶之间的三个小叶，其中主半径(R₁)对小半径(R₂)的比定义一个大于1的外修正比(R₁/R₂)。由按照本发明横截面的合成聚合物纤丝构成的地毯有弱的光彩、不闪光的柔和光泽、高的着色率、和优良的抗沾污，即隐藏尘土的性能。

附图说明

从下面与附图一起的详细描述将能更充分地理解本发明，附图组成这个申请的一部分和附图有：

图1是按照本发明纤丝的横截面图；

图2是对应本发明另一个实施例的纤丝的横截面图；

图3是生产按照本发明纤丝的喷丝头板的平面图；

图4是生产本发明另一个实施例的喷丝头板的平面图；

图5是生产用于比较实例1的纤丝的喷丝头板的平面图；

图6是用于比较实例1的3叶纤丝的横截面图；

图7是用于生产比较实例4中纤丝的喷丝头板的平面图；

图8是比较实例4中所用3叶纤丝的横截面图。

具体实施方式

在本发明下面的整个详细描述中，使用相同的参考数字表示在所有的附图中相同的元件。

本发明的纤丝有包含三个主叶和三个小叶大致均匀的实心六叶横截面。每个主叶部分有向外伸展的基本直的侧边部分并终止在大体凸的顶点。在一个实施例中，直的侧边部分的各侧边是平行的。在另一个实施例中，直的侧边部分可以是向内逐渐变细，从宽变窄，从中心轴朝凸的顶点方向移动离开。在又一个实施例中，直的侧边部分可以向内逐渐变细，从宽变窄，从凸的顶点向中心轴的方向朝中心轴移动。

横截面的主叶相对纤丝横截面的中心轴可以对称或非对称定位。从中心轴到凸的顶点测量的每个主叶的长度是大于每个小叶对应的长度尺寸。在叶片是对称的各实施例中布置的叶片有两条侧边是互相基本镜像对称的。

现在参考图1，图中表示按照本发明由参考数字10整体表示的横截面图。中心轴，即纵向轴12通过纤丝伸展并作为它的几何中心。从中心轴12到纤丝10外轮廓的最外点的距离定义为纤丝的主半径(R₁)。在每个主叶上这些点分别表示为16A、16B和16C。从中心轴12到小叶的最外点的距离定义为小半径(R₂)，在每个小叶上这些点分别表示为17A、17B、和17C。

用主顶点半径R₃表示从各自生成的中心18A、18B、18C到每个主叶的凸顶点16A、16B、16C的距离(为说明清楚起见在图1中仅图示说明其中一个)。用小顶点半径R₄表示从各自生成的中心19A、19B、19C到每个小叶的凸顶点17A、17B、17C的距离(为说明清楚起见在图1中仅图示说明其中一个)。

如图所示凸边界22设置在每个主叶和每个小叶之间。

按照一个实施例，纤丝10有大于1的外修正比(R₁/R₂)。换句话说，每个主叶从纤丝的中心轴到主叶顶点测量的长度(R₁)大于每个小叶对应的长度(R₂)。按照本发明另一个实施例，外修正比(R₁/R₂)是在1.2到约3.5的范围内。在又一个实施例中，外修正比(R₁/R₂)是在约1.5到约2.5范围内。

另外，主半径(R₁)对主顶点半径(R₃)之比定义为“主顶点比”(R₁/R₃)，它是在约2.0到约10.0的范围内。在按照本发明的另一个实施例中，主顶点比(R₁/R₃)是在约2.5到约4.0的范围内。

主半径(R₁)对小顶点半径(R₄)之比定义为“小顶点比”(R₁/R₄)，它是在约2.0到约40.0的范围内。在另一个实施例中小顶点比(R₁/R₄)是在约3.75到约14.0的范围内。

按照本发明的纤丝，即常产纤维或连续的纤丝，是用合成的热塑可熔纺的聚合物或共聚物制备的。合适的聚合物和共聚的包括聚酰胺、聚酯、聚烯烃、和聚丙烯腈。这里下面所用的术语“聚合物”指的是聚合物、和无规和嵌段共聚物。将聚合物混合料熔融然后挤出(即“纺丝”)通过如在图3和图4中所示的有合适尺寸的喷丝头毛细孔54(下面将要描述)，在依据所用的各个聚合物混合料的物理特性和/或化学组成而改变的条件下生产有所需旦尼尔(denier)、外修正比、和主或小顶点比的纤丝10。接着纤丝被对着它流过的冷空气急冷。然后纤丝在一个或多个加热的拉伸丝架上通过。随后通过先有技术中已知的任何方法可将纤丝皱缩并切割成短的长度以便制成常产的纤维，或者膨化变形制成膨化连续纤丝(BCF)。

纤丝沿着它们长度的横截面基本上是均匀的并可以有纹理，按照已知的方法也称为膨化或皱缩的。可以在几种不同的应用中使用它们，包括地毯、织物或无纺布的使用。

可将按照本发明生产的许多膨化连续纤丝汇编在一起组成膨化连续纱。由于所需纤丝的特定特性，相信由它生成的纱是特别有利于簇绒成地毯(如需要那样，有或没有其他类型的纱)，从而获得特别希望的特性。如果需要，该纱可以包括其他形式的纤丝。

包含按照本发明的纤丝结合的由纱地毯可在喷射染料的印花机下通过。使用设计的软件，喷射器将染料喷到地毯上和形成无限种变化和颜色的设计和图案。然后用蒸汽蒸烘地毯，接着充分漂洗，再将它转动甩干。可以使用毛圈绒头和割绒两种地毯生产印花的地毯。

图3说明用于生产按照本发明纤丝10’的喷丝头板的一个例子。喷丝头板是有上表面和下表面相对厚重的部件。如本发明所属技术领域普通技术人员所熟知的那样，喷丝头板上表面的一部分装有孔槽(未表示)从而可将该板连接到聚合物源。取决被挤出聚合物的流变学，孔槽的下边可以是倾斜的以便有利于聚合物从供给源到喷丝头板的流动。

许多毛细孔从凹的上表面穿过喷丝头板到下表面。每个毛细孔54用于生成一根丝。在图3中仅图示说明一个这样的毛细孔54。装设在给定喷丝头板中的毛细孔的数目因此对应于汇编生成预定数目纱的纤丝的数目。请注意，以任何常规的方式可将补充的纤丝(如果使用的话)***到该纱中。

如在图3中清楚可见，在本发明中每个毛细孔54有6条腿，包括三个主腿62A、62B、62C和三个小腿63A、63B、63C。每个主腿62A、62B、62C有各自的纵轴64A、64B、64C从毛细孔的腿尖伸展到中心轴68。主轴64A、64B、64C相互分离120°角。每个小腿63A、63B、63C有各自的纵轴65A、65B、65C从腿尖伸展到纤丝的中心轴。小轴65A、65B、65C相互分离120°角。每个主轴与最接近的小轴分离约60°角。主腿62A、62B、62C的主轴64A、64B、64C和小腿63A、63B、63C的小轴65A、65B、65C在毛细孔的中心轴68处交叉。

用各自的参考数B₁、B₂、B₃表示主腿62A、62B和62C的宽度尺寸。用各自的参考数D₁、D₂、D₃表示小腿63A、63B、63C的宽度尺寸。通常，主腿的宽度大于小腿的宽度。

用各自的数A₁、A₂和A₃表示主腿62A、62B和63C的长度尺寸(为说明清楚起见，在图3中仅表示一个)。用各自的参考数C₁、C₂、C₃表示小腿63A、63B和63C的长度尺寸(为说明清楚起见，在图3中仅图示一个)。通常，主腿的长度大于小腿的长度。

每条腿的侧边是大体平行和向外伸出并终止在凸的顶点。另一种是，腿的宽度可逐渐变细，在从中心轴68到圆形顶点的方向上以宽到窄。在又一个实施例中，直的侧边部分宽度可逐渐变细，在从横截面的圆形顶点到中心轴68的方向上从宽到窄。

图4说明用于生产按照本发明纤丝10的喷丝头板的另一个例子。在图4中表示的毛细孔54与图3中的相同，只是每条腿的凸的顶点如图所示有点扩大。参考数D表示位于每条主腿上放大的顶点的直径。参考数d表示位于每条小腿上放大的顶点的直径。

喷丝头板可用任何合适的方式制造，如使用在美国专利5,168,143中描述的激光技术。

现在将用下面非限定性的实例更详细地描述本发明。

实例

试验方法

相对粘度

将尼龙6，6聚合物5.5克溶解在50立方厘米(50cc)的甲酸中测量相对粘度(RV)。RV是尼龙6，6/甲酸溶液的绝对粘度对甲酸的绝对粘度之比。在摄氏25℃下测量两者的绝对粘度。

地毯闪光效应

在不知道用哪种纱制成哪个地毯的情况下用肩并肩的比较法目视比较不同割绒地毯样品的闪光度。通过一组5个有经验的测试者来测试各地毯，每人熟悉地毯的结构和表面织物组织。由测试者按“1”到“5”的等级测量闪光值，用“5”表示最大的闪光度。对每个样品的闪光度等级进行平均并根据平均的等级给出各样品的低、中间或高闪光度的等级。地毯的松密度用相同的方法评估。得到的闪光度列在表3中。

实验室沾污试验

在每个地毯样品上用Vetterman鼓进行沾污试验。用手抓握颜色测量仪器对样品的底色进行测量，该仪器由Minolta公司出售，“Chromameter”(彩度仪)型号CR-210。

将地毯样品放到Vetterman鼓中。将200g清洁的尼龙101 Zytel尼龙珠和50克脏的珠(杜邦加拿大，Mississauga，Ontario)放在样品上。脏的珠是由10克AATCC TM-122合成地毯污物(由TextileInnovators公司，Windsor，N.C制造)与1000克新的尼龙101 Zytel尼龙珠混合制成。将1600-1700克陶瓷圆筒形珠[110到130 ¹/₂

长的小珠和25到35³/₄″直径，3/4″长(1.91cm直径，1.91cm长)的大珠]加到Vetterman鼓中。将Vetterman鼓转动500转然后取出样品。

再测量样品的颜色和记录下由于沾污颜色改变对控制值(ΔE)的曲线。将样品放回鼓中，放出50克沾污小球混合物并将50克新的沾污小球放入鼓中。重复上述的程序进行3次附加的500转运转。

在总的2000转之后，在抽真空之后测量和记录颜色改变对控制值的曲线。有大数目ΔE的样品其性能比有小数目ΔE的样品差。

通过脚步行走的沾污试验

在由本发明纤丝织成的毛圈地毯上进行脚步行走的沾污性能试验。试验包括通过实际的脚步行走试验使地毯遭受足够量的尘土。一般的脚步行走的程度在每星期约100,000到200,000次来回的速率下范围在150,000到1,000,000次。

地毯样品的尺寸可以改变。为了复盖走廊的宽度地毯样品的宽度通常为约6英尺。地毯的长度通常在约12到18英寸范围内，取决于现有的样品数目。在这个实例中，商业水平的毛圈地毯测量值为12英寸×6英尺。在每次测量前将地毯抽真空。

按每12小时使用Minolta Chromagraph Meter CR-210测量装置在不同的地毯样品上进行反射测量。CR-210是一种紧凑的三色颜色分析仪用于测量反射物体的颜色。在地毯样品上三个不同区域读取颜色的读数。该Chromagraph Meter对每个读数计算出ΔE、色差。

ΔE色偏差代表总的色差。该方程式假定颜色空间是欧几里德(三维)空间并计算的ΔE为代表样品和标准的坐标之间的差的三个分量的平方和的平方根，如下面的公式表示：

$\mathrm{\ΔE}=\sqrt{{\left(\mathrm{\Δ}{L}^{*}\right)}^2+{\left(\mathrm{\Δ}{a}^{*}\right)}^2+{\left(\mathrm{\Δ}{b}^{*}\right)}^2}$

式中L^*是亮度变量，和a^*及b^*是色度坐标。在进行沾污性能比较试验时，重要的是要在同一时间试验所有的样品并试图保持不变的地板位置。还使用临时的垫子来防止最接近走廓入口的地毯样品接受过度的尘土量。这可防止试验中的偏差。一般认为在脚步行走后有低ΔE的试验样品比有高ΔE的样品有较好的性能。

实例1-3

纺丝工艺

在下面的实例中，生产有不同横截面的尼龙6，6纤丝。从图3、4和5所示类型的不同喷丝头纺出尼龙6，6丝。

在所有实例中所用的尼龙6，6聚合物是一种消光的聚合物，意味着聚合物纤丝原液含有0.15重量百分比的TiO₂，和相对粘度(RV)68±～3单位。将在喷丝头组件之前的聚合物温度控制在约285+/-1℃。纺丝生产量是每小时70磅(70lb；31.8kg)。

通过不同的喷丝头挤出聚合物并将其分成各为80根纤丝的2部分。喷丝头板的毛细孔尺寸描述如下。然后在通风筒中将熔融的纤维迅速骤冷，通风筒中约9℃的冷却空气以每分钟300立方英尺(300cfm；8.49米³/分钟)的速度通过骤冷区吹过纤丝。接着用润滑剂以每分钟800码(800yds/分钟；731.52米/分钟)的速度涂复纤丝用于拉伸和皱缩。使用一对加热的拉伸辊以每分钟2197码(2009米/分钟和2.75×拉伸比)的速度拉伸涂复的纱，拉伸辊的温度是190℃。然后使纤丝进入到类似于美国专利3,525,134号描述的双重冲击膨化变形喷射器中(210℃热空气)，以便生成2组每根丝995旦尼尔(1106分特)和12.5旦尼尔(dpf)的纱(每根丝13.9分特)。

将纺出、拉伸过，和皱缩的膨化连续纤丝(BCF)在缆捻机上缆捻到每英寸5转并在Superba热定形机上在给定温度265度华氏(265°F；129.4℃)下热定形。

接着将试验纱在1/10英寸规格(0.254cm)的簇绒机上簇绒成每平方码55盎司(55oz/sq.yd；1865克/M²)有0.625英寸(5/8″；1.59cm)绒高的割绒地毯、在连续幅度的染色机上将簇绒地毯染成毛本色的彩色地毯。由一组专家鉴定地毯的美观。它们还要在Vetterman鼓中经受沾污试验。

实例1(比较的)

应用上述的方法制成如在图6中所示的有波曲状三叶横截面的纤丝(美国专利5,108,838)。通过如在图5中所示的喷丝头毛细孔纺出纤丝。

实例2(本发明)

应用上述的方法制成如在图1中所示的按照本发明的有六叶横截面的纤丝。通过如在图4中所示的喷丝头毛细孔纺出纤丝。在表1和2中描述了毛细孔的尺寸。

表1表示在图3-4中的主腿的各种尺寸A₁、A₂、A₃、B₁、B₂、B₃和D的大小。表2表示在图3-4中小腿的各种尺寸C₁、C₂、C₃、D₁、D₂、D3和d的大小。该尺寸是以厘米表示。

表1主腿尺寸

	A1，A2，A3	B1，B2，B3	D
				实例2	0.0607	0.0135	0.0269
实例3	0.0640	0.0183	0.0183

表2小腿尺寸

	C1，C2，C3	D1，D2，D3	d
				实例2	0.0300	0.0081	0.0163
实例3	0.0320	0.0091	0.0091

实例3(本发明)

应用上述的方法制成如在图2中所示按照本发明的有六叶横截面的纤丝。通过如在图3中所示的喷丝头毛细孔纺出纤丝。毛细孔尺寸描述在表1和2中。

将使用上述纤丝生产的地毯在Vetterman鼓中经受前面所述的沾污试验。根据ΔE测量值评价沾污性能，认为有低ΔE的样品地毯比高ΔE地毯有较好的沾污性能，即有较好的抗沾污性能。认为将ΔE减小1个或多个单位是很大的改进。

还由一组专家来评估地毯样品的光泽和闪光度。认为没有任何闪光的地毯比有很强闪光的地毯更加适合。所有天然的纤维都没有使人不愉快的闪光。试验的结果总结在下面的表3中

表3试验结果

实例	无闪光的光泽	沾污ΔE
			1	优	20.7
2	良到优	17.7
			3	优	19.1

实例4-6

纺丝方法

在下面的各实例中，生产有各种横截面的尼龙6，6纤丝。通过如在图3、4、5和7中所示的不同的喷丝头纺出尼龙6，6纤丝。

所有的实例使用的尼龙6，6聚合物是消光的聚合物，这意味着该聚合物含有0.2重量百分比的TiO₂和有相对粘度(RV)为68±～3单位。在喷丝头组件之前聚合物温度控制在约286±1℃。纺丝生产量是每小时75磅(75lb；34.1kg)。

通过不同的喷丝头挤出聚合物并将其分成各为64根的2部分。然后在通风筒中将熔融的纤维迅速骤冷，通风筒中约9℃的冷却空气以每分钟300立方英尺(300cfm；8.49米³/分钟)的速度通过骤冷区吹过纤丝。接着用润滑剂以每分钟715码(715yds/min；654米/分钟)的速度涂复纤丝用于拉伸和皱缩。使用一对加热的拉伸辊以每分钟1930码(111米/分钟和2.75×拉伸比)的速度拉伸涂复的纱。拉伸辊的温度是190℃。然后使纤丝进入到类似于在Coon的美国专利3,525,134号描述的双重冲击膨化变形喷射器中(230℃热空气)，以便生成2组每根丝1245旦尼尔(1385分特)，和19旦尼尔(dpf)的纱(每根丝21.1分特)。

通过在缆捻机上缆捻到每英寸4.5转并在给定温度为265°F(129.4℃)的Supreba热定形机上热定形，制备用于抗沾污试验的地毯。

然后将这些试验纱在1/10英寸规格(0.254cm)的簇绒机上簇绒成每平方码32盎司(32oz/sq.yd；1085克/m²)有0.25英寸(8/32″；0.635cm)绒高的割绒地毯。将簇绒地毯在槽式染色机中染成近似L^*＝71的本色的彩色地毯。

通过在缆捻机上缆捻到每英寸4.8转(tpi)和在给定温度为265°F(129.4℃)的Supreba热定形机上热定形，制备用于印花试验的地毯样品。

然后将这些试验纱在1/10英寸规格(0.254cm)的簇绒机上簇绒成每平方码36盎司(36oz/sq.yd；1221克/m²)有0.31英寸(5/16″；0.794cm)绒高的割绒地毯。

实例4(比较的)

使用上述熔纺的方法制成如在图6中所示的有3叶横截面的纤丝。通过如图5中所示的喷丝头毛细孔纺出纤丝。

实例5(本发明)

使用上述熔纺的方法制成如在图2中所示的按照本发明的有六叶横截面的纤丝。通过如图3中所示的喷丝头毛细孔纺出纤丝。毛细孔的尺寸描述在表1和2中。

实例6(本发明)

使用上述的熔纺方法制成如在图2中所示的按照本发明有六叶横截面的纤丝。通过如在图4中所示的喷丝头毛细孔纺出纤丝。毛细孔的尺寸描述在表1和2中。

实例7(比较例)

使用与前述熔纺方法类似的方法制成如在图8中所示的有3叶横截面的纤丝。通过如在图7中所示的喷丝头毛细孔纺出纤丝。

将实例4-6转换成1/10英寸规格、1/4英寸绒高、32盎司的毛圈绒头地毯和分别染色到浅的原色(L^*≈71)色彩。在这些样品上使用脚步行走进行抗沾污试验。在表4中列出沾污的数据。

表4脚步行走的沾污试验

	ΔE@185,000脚步来回
		实例4	20.3
实例5	11.5
		实例6	14.2

将实例5-7转换成1/10英寸规格、5/16英寸绒高、每平方码36盎司的割绒地毯。用蒸汽处理地毯样品并在Chromojet印花机上印花成多色的带图案地毯。所有的地毯样品接受相同量的染料。然后用蒸汽处理印花的地毯使染料固定，和用水充分清洗以便除去还未用的染料。使用Minolta比色计测量地毯(仅为一部分)的色深度(L^*值)。有低L^*值的地毯比有印花质量的地毯有较深的颜色。其余的结果列在表5中。

表5割绒印花地毯评估

	带图案地毯颜色深度和清晰度	本色地毯*
			实例7	良	56,6
实例5	良到优	53.0
			实例6	优	49.6

Claims (18)

1.一种合成聚合物纤丝，其特征在于它的六叶横截面有在相对所述中心轴的主半径(R₁)内对中心轴对称布置的三个主叶和在相对所述中心轴的小半径(R₂)内每个对称布置在主叶之间的三个小叶，其中主半径(R₁)对小半径(R₂)的比定义一个大于1的外修正比(R₁/R₂)。

2.按照权利要求1所述的纤丝，其特征在于R₁/R₂之比是在约1.2到约3.5的范围内。

3.按照权利要求1所述的纤丝，其特征在于R₁/R₂之比是在约1.5到约2.5的范围内。

4.按照权利要求1、2或3任一项所述的纤丝，其特征在于每个主叶终止在有顶点半径(R₃)的凸的顶点，和主半径(R₁)对顶点半径(R₃)之比定义一个主顶点比(R₁/R₃)在从2.0到10.0的范围内。

5.按照权利要求4所述的纤丝，其特征在于主顶点比(R₁/R₃)是在从2.5到4.0的范围内。

6.按照权利要求1、2或3任一项所述的纤丝，其特征在于每个小叶有小顶点半径(R₄)，主半径(R₁)对小顶点半径(R₄)之比是在从约2.0到约40.0的范围内。

7.按照权利要求6所述的纤丝，其特征在于R₁/R₄之比是在从3.75到约14.0的范围内。

8.按照权利要求4所述的纤丝，其特征在于每个小叶有顶点半径(R₄)，主半径R₁对顶点半径(R₄)的比是在从约2.0到约40.0的范围内。

9.按照权利要求5所述的纤丝，其特征在于顶点比R₁/R₄是在从3.75到约14.0的范围内。

10.按照权利要求1所述的纤丝，其特征在于从一组包括聚酰胺、聚酯、聚烯烃、和聚丙烯腈的聚合物中选择该合成的聚合物。

11.一种地毯，包括簇绒在衬里中的许多膨化连续纱，每根纱包括许多膨化连续聚合物纤丝，每根所述膨化连续纤丝的特征在于其六叶横截面有在相对所述中心轴的主半径(R₁)内围绕中心轴对称布置的三个主叶和在相对所述中心轴的小半径(R₂)内各个对称布置在主叶之间的三个小叶，其中主半径(R₁)对小半径(R₂)的比定义一个大于1的外修正比(R₁/R₂)。

12.按照权利要求11所述的地毯，其特征在于地毯是印花地毯。

13.一种毛细喷丝孔，包括：三个相等间隔和径向朝外伸出的相同的主腿，和三个相等间隔和径向朝外伸出的相同的小腿，它们都起源于六叶中心区中的中心点，其特征在于2条腿基本是互相镜像对称和每条主腿的长度大于每条小腿的长度。

14.按照权利要求13所述的毛细喷丝孔，其特征在于每条主腿的宽度大于每条小腿的宽度。

15.按照权利要求13或14所述的毛细喷丝孔，其特征在于每条主腿有伸出的圆的顶点。

16.按照权利要求13或14所述的毛细喷丝孔，其特征在于每条小腿有伸出的圆的顶点。

17.按照权利要求15所述的毛细喷丝孔，其特征在于伸出的圆形顶点的直径对主腿的宽度之比是在从约1.0到约4.0的范围内。

18.按照权利要求16所述的毛细喷丝孔，其特征在于伸出的圆形顶点的直径对小腿的宽度之比是从约1.0到约4.0的范围内。

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