CN1051115C

CN1051115C - 调温纤维及其制品

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Publication number: CN1051115C
Application number: CN96105229A
Authority: CN
Inventors: 张兴祥; 张华�; 牛建津; 胡灵; 王学晨; 段谨源
Original assignee: TIANJIN INSTITUTE OF SPINNING AND WEAVING TECHNOLOGY
Current assignee: TIANJIN INSTITUTE OF SPINNING AND WEAVING TECHNOLOGY
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 2000-04-05
Anticipated expiration: 2016-05-22
Also published as: CN1165877A

Abstract

本发明涉及功能纤维制造技术。其特征是其采用熔融温度为20～40℃，熔融热为30J/g以上，并且结晶温度为20～5℃，结晶热为30J/g以上的热塑性聚合物A为纤维的芯或岛成分，以熔融温度在150℃以上的常规热塑性聚合物B为鞘成分或海成分，聚合物A与B的重量比为2～8∶8～2，经复合熔融纺丝制成。该纤维经常规或非常规纺织加工成的制品，在10℃下，其表面温度高于对比织物2～6℃，而在40℃下又低于对比织物2～6℃，具有较好的双向调温功能。

Description

调温纤维及其制品

本发明涉及一种新型功能纤维及其制品的制造技术，具体是一种在环境温度变化时，通过组成纤维的聚合物发生相转变而吸收或释放热能，从而使纤维及制品具有双向温度调节作用的纤维组成及制品的制造技术。

虽然古时人类就已经懂得利用自然界中具有良好保温效果的植物纤维(如棉、麻等)和动物纤维(如丝、毛、羽绒及毛皮等)制作御寒服装，但到了二十世纪中后期，随着世界人口的增长，天然纤维无论在产量上，还是在质量上均不能满足人类日益增长的需求。于是，人造纤维和合成纤维技术得到了广泛的研究和发展，以粘胶、维纶、锦纶、涤纶、腈纶等为原料的仿棉、仿毛、仿麻、仿丝及仿羽绒纤维被相继投入工业化生产，并逐渐成为保温衣料研究与开发的主流。

目前已有的动、植物纤维和人造及合成纤维均利用纤维纺织或编织后形成的空隙或夹层隔绝服装内外的空气流通，达到保温目的。当外界环境温度升高或降低时，服装内温度也会相应地随之升高或降低，人们就会感觉闷热或寒冷，但当外界温度的变化幅度超出人体自身的调节能力时，会引起人体诸多不适，甚至导致疾病。

近年来，随着人们生活质量的日益提高以及相关学科不断取得进展，尤其是空调制冷技术的广泛应用，人们已不再满足于常规纺织纤维原有的只能通过隔绝空气流通所起的被动保温作用，希望能够研制出其本身具有温度调节功能的纤维，例如，欧洲专利EP302141就公开了一种将第IV过渡族金属元素的碳化物和铝微粉一起混入热塑性聚合物，并进一步纺丝后制成具有能量吸收作用纤维的方法。这种纤维织物在吸收了太阳光中的红外线以后，服装内温度可以较常规纤维织物高3～8℃，提高了纤维的保温效能。但它在阴天或夜间环境温度下降时，服装内温度也随之下降，其结果与常规纤维服装内部的温度区别不大，也就是说，它的温度调节功能是单向的。

又例如，美国专利US3607591中公开了另一种调温纤维的制造方法。它将二氧化碳等气体溶入溶剂后，充填在纤维的中空部分，而在纺织加工前将中空部分封闭。这种纤维通过二氧化碳在低温下溶入溶剂和在高温下从溶剂中析出时的能量变化，可得到具有能量吸收和释放作用的纤维。这种纤维虽在调温功能上是双向的，但在性能上却是不稳定的，比如当纤维在使用中受到外界压力时极易将气体泄漏，导致调温功能的突然或逐渐丧失，同时制造工艺复杂，成本高。

再例如，日本公开特许平4-163370中公开了一种将70份石蜡(熔点为52℃)和30份高密度聚乙烯混合后熔融纺丝制造具有温度调节功能纤维的方法。当环境温度升高时，这种纤维中的石蜡可以通过吸收外界热量而熔融；当外界温度降低时，液状石蜡结晶固化释放出相变热，从而使纤维具有双向温度调节作用，保持服装内的温度相对稳定。但为了防止石蜡在使用过程中从纤维表面逃逸，需在纤维表面涂敷环氧树脂，这显然使纤维的纺织和服用性能不能令人满意，工艺也复杂。

本发明的目的是针对上述缺陷，提供一种工艺简单、成本低，且具有较好双向温度调节作用、性能稳定的纤维。这种纤维及其制品可以根据外界温度的变化，通过组成纤维的聚合物的相转变，吸收或释放热能，从而使纤维及其制品具有主动温度调节功能，并且保持或说不降低纤维原有的可纺织加工性和服用舒适性。

本发明的目的是这样实现的：以熔融温度为20～40℃，熔融热30J/g以上，结晶温度20～5℃，结晶热30J/g以上的热塑性聚合物为聚合物A，以熔融温度在150℃以上的常规热塑性聚合物为聚合物B，聚合物A为纤维芯或岛组分的主成分，聚合物B为纤维鞘或海组分的主成分，并且聚合物A与聚合物B的重量比为2～8∶8～2，经复合熔融纺丝并经常规的牵伸、定型处理，即可得到本发明目的的纤维。

本发明只通过一次熔融纺丝成型，而不需要经过其它特殊的后处理，即可得到具有双向温度调节作用的纤维，因此工艺简单、成本低，并且由于具有热能吸收和释放功能的物质-聚合物A以纤维的芯或岛成分的形式被纤维的鞘或海成分包藏在纤维内部，避免了在使用过程中的纤维性能劣化，所以纤维及其制品的性能稳定，调温功能更理想，同时也不影响或说至少不降低纤维的可纺织加工性能和服用性能。

本发明所述的聚合物A包括下述物质中的一种：石蜡类物质；聚醚；脂肪族聚酯；芳香族聚酯醚和脂肪族聚酯醚。具体说石蜡类物质是指碳原子数为10～40的烃类；聚醚是指分子量为600～4000的脂肪族聚醚，尤其是聚乙二醇和聚丁二醇更能满足要求，其它性能与之相似的聚丙二醇和聚乙二醇-丁二醇、聚丙二醇-丁二醇也能满足本发明的要求；脂肪族聚酯中的聚戊二酸己二酯和聚己二酸戊二酯能满足本发明的要求，其它性能与之相似的含4～10个碳原子的脂肪族二酸和含2～8个碳原子的脂肪族二醇共聚成的脂肪族聚酯，如丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、癸二酸等与乙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、辛二醇等聚合成的脂肪族聚酯也能满足本发明的要求；芳香族聚酯醚是指原料聚醚分子量在1000以上，且聚醚重量百分比为45以上的芳香族聚酯醚，如聚对苯二甲酸乙二醇-聚乙二醇和聚对苯二甲酸乙二醇-聚丁二醇。其它聚酯醚，如聚对苯二甲酸乙二醇-聚丙二醇、聚对苯二甲酸丁二醇-聚乙二醇、聚对苯二甲酸丁二醇-聚丙二醇和聚对苯二甲酸丁二醇-聚丁二醇可用于本发明目的。聚醚分子量在1000以上，且聚醚重量百分比为45以上的脂肪族聚酯醚如聚戊二酸丁二醇-聚乙二醇、聚戊二酸丁二醇-聚丙二醇、聚戊二酸丁二醇-聚丁二醇、聚戊二酸己二醇-聚乙二醇、聚戊二酸己二醇-聚丙二醇、聚戊二酸己二醇-聚丁二醇、聚戊二酸戊二醇-聚乙二醇、聚戊二酸戊二醇-聚丙二醇、聚戊二酸戊二醇-聚丁二醇及聚癸二酸丙二醇-聚乙二醇、聚癸二酸丙二醇-聚丙二醇、聚癸二酸丙二醇-聚丁二醇也可用于本发明目的。

本发明所述的聚合物B应是熔融温度在150℃以上的常规热塑性聚合物，例如是聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇、聚对苯二甲酸丁二醇、聚己内酰胺、聚己二酰癸二胺或它们的混合物及共聚物。

本发明的特征还在于，在聚合物A中添加有过热熔融防止剂和过冷结晶防止剂。其作用是保证聚合物A在环境温度变化过程中，能够在达到相转变温度时准确地发生相转变，从而很好地吸收或放出能量，而不至于发生环境温度低于聚合物A的结晶温度很多时，仍不结晶，或环境温度高于聚合物A的熔融温度很多时，仍不熔融的现象。

聚合物A中添加的过热熔融防止剂和过冷结晶防止剂可以分别是或同是下述物质中的一种或二种：金属元素的氧化物以及它们的硬脂酸盐；苯酚类物质；胺类物质和聚醚。如氧化钛、硬脂酸锌、2，6-二叔丁基-4-正丁基苯酚、N-环己基-N’-苯基对苯二胺和分子量大于等于4000的脂肪族聚醚如聚乙二醇和聚丁二醇。其它的金属元素的氧化物如氧化铝、氧化锌、氧化钙、氧化镁等也可用于本发明目的；其它的金属元素的硬脂酸盐如硬脂酸铝、硬脂酸钛、硬脂酸钙、硬脂酸镁也可用于本发明的目的；其它的苯酚类物质如4-羟基-2，6-二叔丁基苯酚、4，4’-双(2，6-二叔丁基苯酚)也可用于本发明的目的；其它的胺类物质如N，N’-二苯基乙撑二胺、N，N’-二苯基对苯二胺也可用于本发明的目的。

为了更好地实现本发明的目的，本发明纤维中过热熔融防止剂或过冷结晶防止剂的用量应为聚合物A重量的0.1～3％。过热熔融防止剂或过冷结晶防止剂的用量低于0.1％时，则不能很好地发挥其功能，而用量大于3％又可能会造成浪费，尽管过热熔融防止剂和过冷结晶防止剂的用量超过3％时，仍可实现本发明的目的。

为了得到可纺织性和服用性良好的本发明纤维，聚合物A与B的重量比应在2～8∶8～2之间，较好地是在4～6∶6～4之间。芯或岛组分比例过低，难以得到具有良好双向温度调节功能的纤维，失去本发明的意义。而芯或岛组分比例过高，则其难以很好地被鞘成分或海成分包覆，纤维的使用性能不理想。

本发明纤维的截面形状对本发明纤维的双向温度调节作用没有影响。根据制品的要求，其可以是圆形、三叶形或矩形截面，还可以是单中空型或多中空型截面，以及单一芯鞘截面或多芯鞘截面。

本发明纤维的成型方法为复合熔融纺丝法，成型温度根据所用鞘成分或海成分聚合物B的种类不同而略有不同，但一般与常规热塑性聚合物熔融纺丝没有明显区别。一般纺丝温度为230～320℃。

本发明纤维中还可含有对人体无毒的热稳定剂、抗氧化剂和抗紫外光剂及阻燃剂等，其种类和用量与常规功能纤维没有明显区别。

本发明纤维的使用与其它纺织纤维相同，可常规纺织加工，如纺纱、针织或梭织等；也可经非常规纺织方法加工，如非织造、层压等方法制成的各种厚度和结构的制品。

尽管本发明纤维的加工与常规纤维没有明显区别，但其制品与常规纤维制品却有明显的差异，即它有随环境温度变化而在一定温度范围内自动双向调节温度的作用，具有较显著技术效果。

采用差示扫描量热仪测试，本发明纤维加工成的纺织或非纺织品具有10～70J/g的热量吸收和释放功能。采用高灵敏红外测温仪测试，在10℃下本发明纤维加工成的纺织或非纺织品，其表面温度高于常规纺织或非纺织品2～6℃；在40℃下，这些纺织或非纺织品的表面温度又低于常规纺织或非纺织品2～6℃，具有常规纺织或非纺织品所不具有的且较为明显的温度调节功能。

本发明纤维尤其适合制成各种民用服装：如T恤衫、衬衣、连衣裙、内衣裤和睡衣裙等；床上用品：如被、褥、枕芯和床单等；室内装饰布：如窗帘、沙发套、靠垫和野营帐篷等；医疗保健服装：如烧、烫伤病员服、老弱病人服和儿童服等；运动服：如滑雪衫、游泳衣、体操服和极地探险服等；职业服装：如消防服内衬、炼钢服内衬、潜水衣内衬、军用服装和宇航服内衬等。

下面以实施例更具体地描述本发明：

实施例1 以数均分子量为800的聚乙二醇(熔点33℃)为聚合物A，并在其中加入1％的平均颗粒直径为1.5微米的氧化钛作为过热熔融和过冷结晶防止剂，及0.3％的抗氧化剂1010；以在1∶1的苯酚-1，1，2，2-四氯乙烷中特性粘数为0.68的聚己内酰胺为聚合物B，并在聚合物B中加入2％(以聚合物B重量为基准，下同)的紫外线吸收剂UV-326，聚合物A为纤维的芯层，聚合物B为纤维的鞘层，A与B的重量比为4∶6，采用Φ160×400孔同心圆型芯鞘复合喷丝板，喷丝孔直径0.28mm，在280℃下熔融，以500米/分钟的卷绕速度纺丝，得到单丝纤度为6.6dtex的卷绕丝，集束后，在65～70℃的水浴和110℃的蒸汽浴中共牵伸4.0倍，在进行机械卷曲、松弛热定型后，切断为38mm的短纤维，其单丝纤度为1.7dtex，单纤维断裂强度为3.2CN/dtex，断裂伸长28％。

用该纤维纺成32支纱线，经机织加工成180g/M²的机织布。经测试其在33℃时的熔融吸热为50J/g，在5℃下的结晶放热为48J/g。用该机织布加工成T恤衫、连衣裙，夏季穿用具有良好的温度调节作用，所以特别舒适。

实施例2 以数均分子量为3000的聚丁二醇(熔点35℃)为聚合物A，并在其中加入1％的2，6-二叔丁基-4-正丁基苯酚做为过热熔融防止剂，再加入2％的分子量为6000的聚丁二醇做为过冷结晶防止剂；以在1∶1的苯酚-1，1，2，2-四氯乙烷中特性粘数为0.65的聚对苯二甲酸乙二醇为聚合物B，并在其中加入0.15％的亚磷酸三苯酯为热稳定剂。聚合物A为纤维的芯层，聚合物B为纤维的鞘层，A与B的重量比为4∶6，采用Φ160×400孔，外接圆直径0.30mm的三叶形芯鞘复合喷丝板，在300℃下熔融，以800米/分钟的卷绕速度纺丝，得到三叶形截面卷绕丝，集束后，在65～70℃的水浴和130℃的蒸汽浴中共牵伸3.5倍，在进行机械卷曲、松弛热定型后，切断为72mm的短纤维。单丝纤度为2.3dtex，单纤维断裂强度为3.1CN/dtex，断裂伸长32％。

用该纤维加工成210g/M²的非织造布。经测试，其在35℃下的熔融热为60J/g，7℃下的结晶放热为52J/g，用其加工成被褥内衬，具有良好的温度调节功能，因而可使被褥更轻、更薄，铺盖更为舒适。

实施例3 以1，2-二氯乙烷中特性粘数为0.69的聚戊二酸己二醇(熔点32℃)为聚合物A，并在聚合物A中加入1％的N-环己基-N’-苯基对苯二胺和1％的硬脂酸锌；以熔融指数25g/10Min的纤维级聚丙烯为聚合物B；聚合物A为纤维的岛成分，聚合物B为纤维的海成分，A与B的重量比为5∶5，采用Φ90×48孔，喷丝孔直径0.25mm的海岛型复合喷丝板，在260℃下熔融，以2500米/分钟的牵引速度纺丝，得到单丝纤度5.1dtex的P0Y丝，经在65～70℃的水浴和110℃的热板上共牵伸3.0倍，得到单丝纤度1.8dtex，断裂强度为2.8CN/dtex，断裂伸长31％的纤维。

用该纤维针织加工成210g/M²的针织布，经测试其在40℃下布料的表面温度较常规棉织物低4℃，10℃下布料的表面温度高于常规棉织物3℃，可用其加工成针织内衣裤、睡衣裙，在环境温度变化时，具有良好的环境温度适应性和服用舒适性。

实施例4 以数均分子量为4000的聚乙二醇与对苯二甲酸二甲酯、乙二醇为原料，醋酸锌和三氧化二锑为催化剂，缩聚成聚乙二醇重量含量为50％的聚对苯二甲酸乙二醇-聚乙二醇，其在1∶1的苯酚-1，1，2，2-四氯乙烷中特性粘数为0.58，以此为聚合物A，并在其中加入1％的数均分子量为6000的聚乙二醇为过热熔融和过冷结晶防止剂；以在1∶1的苯酚-1，1，2，2-四氯乙烷中特性粘数为0.68的聚对苯二甲酸乙二醇为聚合物B，并在聚合物B中加入2％的三氧化二锑和3％的四溴联苯醚及1％的紫外线吸收剂UV-531。聚合物A为纤维的芯层，聚合物B为纤维的鞘层，A与B的重量比为6∶4；采用Φ160×500孔，长宽分别为0.20mm×0.15mm的矩形芯鞘复合喷丝板，在290℃下熔融，以800米/分钟的卷绕速度纺丝，得到单丝纤度为7.2dtex的卷绕丝，集束后，在6 5～70℃的水浴和125℃的蒸汽浴中共牵伸3.5倍，在机械卷曲、松驰热定型后，切断为38mm，单丝纤度为2.1dtex的短纤维，单纤维断裂强度为2.9CN/dtex，断裂伸长33％。

用该纤维纺成27支纱线，经机织加工成220g/M²的机织布，其在35℃的熔融吸热为25J/g，5℃下的结晶放热为22J/g，极限氧指数为27％。该针织布用做消防服内层，在穿用时具有较好的温度调节作用和阻燃效果。

实施例5 以1，6-己二酸、1，5-戊二醇、数均分子量为4000的聚乙二醇为原料，在钛酸正丁酯催化下，缩聚得到1，2-二氯乙烷溶液中特性粘度为0.68的聚己二酸戊二醇-聚乙二醇酯，以该脂肪族聚酯醚为聚合物A，并在其中加入2，6-二叔丁基-4-正丁基苯酚和N，N′-二苯基对苯二胺各0.1％。以在1∶1的苯酚-1，1，2，2-四氯乙烷中特性粘数为0.58的聚己二酸己二胺为聚合物B。以聚合物A为纤维的岛成分，聚合物B为纤维的海成分，聚合物A与聚合物B的重量比为3∶7，采用Φ90×48孔，直径为0.28mm的海岛型喷丝板在270℃下熔融纺丝，卷绕速度为1500米/Min，得到单丝纤度为7.1dtex的长丝，经进一步牵伸定型处理得到成品纤维的纤度为2.1dtex，拉伸断裂强度3.2CN/dtex，断裂伸长28％。

该纤维经针织后得到的针织布在34℃下具有18J/g的吸热量，在10℃下其表面温度较对比织物高2.1℃。

Claims

1、一种随环境温度变化而具有双向温度调节功能的纤维，其特征在于它以特定热塑性聚合物A为纤维芯或岛组分的主成分，以常规热塑性聚合物B为纤维鞘或海组分的主成分，经复合熔融纺丝法制成，所述的特定热塑性聚合物A是指熔融温度为20～40℃，熔融热30J/g以上，结晶温度20～5℃，结晶热30J/g以上的热塑性聚合物；所述的常规热塑性聚合物B指熔融温度在150℃以上的热塑性聚合物，并且聚合物A与聚合物B的重量比为2～8∶8～2。

2、根据权利要求1所述的纤维，其特征在于聚合物A与聚合物B的重量比是4～6∶6～4。

3、根据权利要求1或2所述的纤维，其特征在于所述的热塑性聚合物A包括下述物质中的一种：聚醚、脂肪族聚酯或芳香族聚酯醚。

4、根据权利要求3所述的纤维，其特征在于所述的聚醚是指分子量为600～4000的聚乙二醇和聚丁二醇；脂肪族聚酯是指聚戊二酸己二酯和聚己二酸戊二酯；芳香族聚酯醚是指原料聚醚分子量在1000以上，且聚醚重量百分比为45以上的聚对苯二甲酸乙二醇-聚乙二醇。

5、根据权利要求1、2或4所述的纤维，其特征在于所述的热塑性聚合物A中还添加有占其重量0.1～3％的过热熔融防止剂和过冷结晶防止剂。

6、根据权利要求5所述的纤维，其特征在于过热熔融防止剂和过冷结晶防止剂可以分别是下述物质中的一种或二种：氧化钛、硬脂酸锌、2，6-二叔丁基-4-正丁基苯酚、N-环已基-N’-苯基对苯二胺、分子量大于等于4000的聚乙二醇和聚丁二醇。

7、根据权利要求1、2、4或6所述的纤维，其特征在于纤维的截面形状为圆形、三叶形或矩形。

8、根据权利要求1、2、4或6所述纤维经常规纺丝或非常规纺丝方法制成的制品。

9、根据权利要求7所述的纤维经常规纺织或非常规纺织方法制成的制品。