CN107208321B - 聚酯中空纤维球状体 - Google Patents

Abstract

本发明提供不仅轻量且具有优异的蓬松性、而且柔软且富有近似于羽毛的质地、适合用作垫子、羽绒服等的填充物原材料的聚酯中空纤维球状体。本发明的聚酯中空纤维球状体是使用单纤维纤度为2.0~6.6dtex、中空率为15~35%、卷曲数为2~8个/25mm、卷曲率为6~14%、纤维长度为20~50mm的聚酯中空纤维而得到的纤维球状体，蓬松度为8,200以上~11,500cm³/50g以下。

Description

聚酯中空纤维球状体

技术领域

本发明涉及聚酯中空纤维球状体。更详细而言，本发明涉及不仅轻量且具有优异的蓬松性、而且柔软且富有近似于羽毛的质地、保温性优异、适合用作垫子或羽绒服等的填充物原材料的使用聚酯中空纤维而得到的纤维球状体。

背景技术

一直以来，作为羽绒服和睡袋的填充物原材料、垫子材料，广泛使用羽毛、聚酯系短纤维。

羽毛通常使用水禽的羽毛，已知其质地丰盈、轻量且保温性优异、容易贴合身体、蓬松度优异、恢复率高。然而，在想要获得天然羽毛时，存在的课题在于其供给量有限，且供给量因自然条件、疫病的影响而发生变动。

进一步，从自然保护的观点出发，在捕捉野生鸟方面存在极限，在想要饲养水禽而得到羽毛时，必须饲养大量的水禽，其结果是，不仅需要大量的饲料，还产生由水禽的***物而导致的水质污染、传染病的发生及其扩散的课题。

此外，为了能够将羽毛用作填衬棉，需要经过采毛、甄选、消毒、脱脂和铺盖填充等多个步骤，并且在羽毛飞散这一方面，作业也变得繁杂，其结果是，存在使用羽毛得到的制品制具的价格变高的倾向。

进一步，采毛时在羽毛末端残留有肉，从而成为腐烂臭味的原因，在欧洲等地，出于动物保护的观点还出现了废除羽毛的动向。

另一方面，聚酯系短纤维的价格低廉且蓬松性优异，制造纤维时的制丝性、加工成无纺布等制品时的加工性良好。因此，熟知的是：通过梳理机等将聚酯短纤维进行开纤并将纤维网层叠成层状从而得到片材、并且用被壳覆盖所得片材的方法。然而，该方法中存在的问题在于，为了用被壳覆盖层状的纤维网层叠体而耗费精力。

针对这样的课题，提出了由质地柔软且弹性优异、压缩耐久性优异的具有形态稳定性的高弹性纤维球状体(纤维球)形成的填充物(参照专利文献1和专利文献2)。

进一步，作为球状棉的主体原材料，提出了聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维和丙烯酸类纤维(参照专利文献3和专利文献4)。

然而，前述专利文献1、专利文献2、专利文献3和专利文献4的提案中，所使用的纤维原材料是例如由聚酯纤维和粘结剂纤维形成的纤维球状体，由于在形成球状体时通过热风等而使粘结剂纤维热融合，因此存在的课题在于，在热成型时纤维收缩而形成密度高的纤维球状体，导致作为球状体的柔软性差，或者由于存在热粘接部而导致球状体的柔软性差。

进一步，还提出了向球状棉的表面喷洒粘结剂液体并进行模具成型、从而使球状棉的表面与其它球状棉的表面之间相粘接而得到的垫子材料(参照专利文献5)。然而，该提案中存在的课题在于，由于向球状棉喷洒粘结剂液体并进行模具形成，因此，由于使球状体彼此粘接而导致加工成最终产品的加工性、即吹入性差，或者球状体的流动性差，或者蓬松度降低。

此外，提出了纤维球状体，其通过下述方式得到：将丝束拉伸后进行热处理，使施予至表面的硅酮平滑剂热固化，并在裁切后再次热处理从而得到纤维，将所得纤维成型而得到纤维球状体(参照专利文献6)。然而，将丝束拉伸后进行热处理，使硅酮平滑剂固化，在裁切后再次进行热处理，由于使丝束在裁切之前进行热固化，因此存在的课题在于，卷曲形态成为三维的螺旋状，且形成S方向、Z方向随机的形态，所得纤维球状体过度交缠，质地坚硬，进而蓬松性差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-212868号公报

专利文献2：日本特开2007-169846号公报

专利文献3：日本特开H10-259559号公报

专利文献4：日本特开S61-125377号公报

专利文献5：日本特开2003-169978号公报

专利文献6：日本特开昭62-033856号公报。

发明内容

发明要解决的问题

因此，本发明的目的在于，解决上述现有技术的课题，提供不仅轻量且具有优异的蓬松性、而且柔软且富有近似于羽毛的质地、适合用作垫子或羽绒服等的填充物原材料的聚酯中空纤维球状体。

用于解决问题的方法

本发明人等认为：为了获得兼具轻量性和蓬松度的纤维球状体，适合使用聚酯中空纤维。此外，着眼于聚酯中空纤维的卷曲形态与所得纤维球状体的蓬松度之间的关系，为了获得恰当的卷曲形态而反复进行了研究。进一步，还反复研究了聚酯中空纤维的单纤维纤度和中空率，从而想到了本发明。

即，本发明是为了实现上述目的而进行的，本发明的聚酯中空纤维球状体是单纤维纤度为2.0~6.6dtex、中空率为15~35%、卷曲数为2~8个/25mm、卷曲率为6~14%、纤维长度为20~50mm的纤维球状体，其特征在于，蓬松度为8,200以上~11,500cm³/50g以下。

根据本发明的聚酯中空纤维球状体的优选方式，前述聚酯中空纤维的特性粘度为0.60~0.75。

根据本发明的聚酯中空纤维球状体的优选方式，以相对于前述聚酯中空纤维的质量为0.3~1.0质量%的比例附着有包含聚硅氧烷的油剂。

根据本发明的聚酯中空纤维球状体的优选方式，前述聚酯中空纤维的纤维摩擦系数μs为0.06~0.14。

根据本发明的聚酯中空纤维球状体的优选方式，前述聚酯中空纤维的下述式(1)所示的卷曲率数比为1.5~3.0，

・卷曲率数比=卷曲率/卷曲数・・・・(1)。

本发明的前述聚酯中空纤维球状体的制造方法的特征在于，将聚酯从中空丝用纺丝管头纺出，从纺出丝的单侧吹附冷却风从而进行非对称冷却后，进行牵拉、热拉伸，然后不经过卷曲赋予步骤而施予包含聚硅氧烷的油剂，裁切为规定的纤维长度后，通过加热蒸汽处理而使卷曲表现为螺旋状，然后进行热定型，得到聚酯中空纤维，对所得聚酯中空纤维进行开纤，加工成纤维球状体。

发明的效果

根据本发明，能够得到不仅轻量且具有优异的蓬松性、柔软且富有近似于羽毛的质地、保温性优异、适合用作垫子或羽绒服等的填充物原材料的使用聚酯中空纤维而得到的纤维球状体。

附图说明

图1为例示出本发明的聚酯中空纤维球状体的附图替代照片。

具体实施方式

接着，针对本发明的聚酯中空纤维球状体及其制造方法的实施方式进行具体说明。

本发明的聚酯中空纤维球状体是使用聚酯中空纤维而得到的纤维球状体，所述聚酯中空纤维是由特性粘度为0.60~0.75的聚酯形成的聚酯中空纤维，所述聚酯中空纤维的单纤维纤度为2.0~6.6dtex、中空率为15~35%、卷曲数为2~8个/25mm、卷曲率为6~14%、纤维长度为20~50mm，以相对于聚酯纤维质量为0.3~1.0%的比例附着有包含聚硅氧烷的油剂，纤维摩擦系数μs为0.06~0.14；并且，所述聚酯中空纤维球状体是蓬松度为8,200以上~11,500cm³/50g以下的由聚酯中空纤维形成的球状体。

作为构成本发明中使用的聚酯中空纤维的聚酯，可以举出聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸丁二醇酯等，其中，优选使用聚对苯二甲酸乙二醇酯。

本发明中使用的聚酯的特性粘度优选为0.60~0.75。特性粘度进一步优选为0.62~0.72。特性粘度低于0.6时，卷曲的表现力降低、卷曲程度变低，导致加工成纤维球状体时纤维难以团成球状，难以形成纤维球状体。进一步，由于纤维的刚性也变低，导致存在无法得到具有充分蓬松度的纤维球状体的情况。另一方面，如果特性粘度超过0.75，则存在熔融粘度变高、难以制造纤维的情况。

重要的是，本发明中使用的聚酯中空纤维的单纤维纤度为2.0~6.6dtex。单纤维纤度优选为2.2~4.4dtex。如果公量单纤维纤度低于2.0dtex，则公量单纤维纤度变细，因此卷曲的表现力降低、卷曲程度变低，导致加工成纤维球状体时纤维难以团成球状，难以形成纤维球状体。进一步，由于纤维的刚性变低，因此形成欠缺蓬松度的纤维球状体。另一方面，如果单纤维纤度超过6.6dtex，则制成纤维时的刚性变高，导致无法得到柔软且近似于羽毛的纤维球状体。

重要的是，本发明中使用的聚酯中空纤维的中空率为15~35%。中空率更优选为20~30%。如果中空率低于15%，则非对称冷却变得不足、卷曲的表现力降低、卷曲程度变低，导致加工成纤维球状体时纤维难以团成球状，难以形成纤维球状体。另一方面，如果中空率超过35%，则有时制丝中的断头多、难以稳定地制造纤维。

该聚酯中空纤维的中空率可以通过纤维横截面放大照片算出中空部分面积相对于包括中空部分在内的纤维截面的总面积的比例，并用%来表示。

本发明中，中空是指：在纤维横截面中，在纤维外形内部具有空洞部。空洞部优选位于纤维中心部，但还存在从纤维中心部偏离而处于偏心位置的情况，空洞部优选位于纤维中心。

中空率取决于管头设计、聚酯特性粘度和冷却条件，本领域技术人员可以通过各种特定的设定来进行控制。

重要的是，本发明中使用的聚酯中空纤维的卷曲数为2~8个/25mm。卷曲数优选为3~7个/25mm。如果卷曲数低于2个/25mm，则加工成纤维球状体时纤维难以团成球状，难以形成纤维球状体。另一方面，如果卷曲数超过8个/25mm，则所得纤维球状体的直径小、其密度变高，从而形成欠缺蓬松度的纤维球状体。

本发明中使用的聚酯中空纤维的卷曲率优选为6~14%。卷曲率更优选为8~12%。如果卷曲率低于6%，则加工成纤维球状体时纤维难以团成球状，难以形成纤维球状体。另一方面，如果卷曲率超过14%，则所得纤维球状体的直径变小、密度变高，从而形成欠缺蓬松度的纤维球状体。

重要的是，本发明中使用的聚酯中空纤维的纤维长度为20~50mm。纤维长度优选为25~40mm。如果纤维长度低于20mm，则加工成纤维球状体时纤维彼此的交缠变弱、纤维的交缠解除，导致难以维持球状体的形状。另一方面，如果纤维长度超过50mm，则加工成纤维球状体时纤维难以团成球状，难以形成纤维球状体，进一步纤维球状体彼此容易交缠，因此欠缺流动性、制品品级变差。

优选以相对于本发明中使用的聚酯中空纤维的质量为0.3~1.0质量%的范围(比例)施予并附着有包含聚硅氧烷的油剂。油剂附着量进一步优选为0.4~0.8质量%。包含聚硅氧烷的油剂低于0.3质量%时，纤维的平滑性变低、纤维球状体彼此容易交缠，因此存在纤维球状体欠缺流动性、制品品级变差的情况。另一方面，即使油剂附着量超过1.0质量%，也观察不到纤维平滑性的进一步提高，还存在导致单位消耗恶化的问题。

作为本发明中使用的聚硅氧烷，可以使用例如氨基改性硅酮等。为了对聚酯中空纤维施予聚硅氧烷并使其附着，可以通过施予包含聚硅氧烷的油剂来实施。该油剂优选在包含聚硅氧烷的基础上，还包含磷酸系化合物、脂肪族化合物和卤素系化合物，进一步优选的方式是包含抗氧化剂、阻燃剂和防静电剂。

该包含聚硅氧烷的油剂的施予优选在制造本发明中使用的聚酯中空纤维的短纤维的步骤中，在即将裁断丝束之前进行施予。施予油剂时，优选的是，制成聚硅氧烷的浓度优选为3~10质量%、进一步优选为4~8质量%的油剂水溶液，并施予至聚酯中空纤维，其后在任意温度下进行干燥。

本发明中使用的聚酯中空纤维的纤维摩擦系数μs优选为0.06~0.14。纤维摩擦系数μs进一步优选为0.07~0.12。纤维摩擦系数μs低于0.07时，纤维的平滑性变低、纤维球状体彼此容易交缠，导致存在纤维球状体欠缺流动性、制品品级变差的情况。另一方面，即使纤维摩擦系数μs超过0.12，也观察不到纤维平滑性的进一步提高。

重要的是，聚酯中空纤维球状体的蓬松度为8,200以上~11,500cm³/50g以下。蓬松度优选为9,000以上~10,700cm³/50g以下。如果蓬松度低于8,200cm³/50g，则无法得到蓬松度，形成轻量感、充盈感差的纤维球状体。另一方面，难以获得可得到蓬松度超过11,500cm³/50g的纤维球状体的制造条件。

本发明中使用的聚酯中空纤维的卷曲率数比优选为1.5~3.0。卷曲率数比更优选为8~12%。如果卷曲率数比低于1.5，则加工成纤维球状体时纤维难以团成球状，导致难以形成纤维球状体。另一方面，如果卷曲率数比超过3.0，则难以稳定地进行用于获得高卷曲表现性的纤维制造。

卷曲率数比用下述式(1)表示。

卷曲率数比=卷曲率/卷曲数・・・・(1)。

接着，针对本发明中使用的聚酯中空纤维和聚酯中空纤维球状体的制造方法，具体地例示出一个方式来进行说明。

首先，将聚酯熔融，通过优选具有90~400个中空纤维用喷出孔的纺丝管头，在比熔点高15~30℃左右的纺丝温度下熔融纺出以形成中空部，紧接纺出之后，使温度优选为10~25℃的空气以优选80~130m/分钟的风量进行非对称冷却后，进一步使温度优选为10~25℃的空气以优选140~170m/分钟的风量进行冷却，施予纺丝油剂，优选以1000~1700m/分钟的牵拉速度暂时容纳于釜中，从而得到未拉伸丝束。

接着，将所得未拉伸丝束优选以2.3~3.0倍的拉伸倍率、优选使用温度为75~100℃的液浴实施1级拉伸，不经过卷曲赋予步骤而通过喷淋以相对于纤维质量优选达到0.3~1.0质量%范围的方式施予优选以3~10质量%的浓度含有包含聚硅氧烷的油剂的油剂水溶液，裁切成规定的纤维长度，通过优选100~250℃的加热蒸汽处理而使卷曲表现为螺旋状，在优选145~165℃的温度下进行优选5~20分钟的热定型，从而能够制造聚酯中空纤维。

上述螺旋卷曲是指纤维表现出的线圈状卷曲。

本发明的聚酯中空纤维球状体的形成方法中，使用设有多个在表面设置了锯齿条的辊的梳理机等，对以前述方式得到的聚酯中空纤维充分地进行开纤，在室内的容易引发空气紊流的圆筒状空间中设置带有多个叶片并旋转的旋转体，在所述室内，对充分进行了开纤的纤维通过能够将其吹入并以规定时间进行紊流搅拌后将其取出的装置等进行球状体化，或者，对充分进行了开纤的纤维通过在一定程度较大的室内引发空气涡流并使其滞留从而进行球状体化，通过经受源自刚体(叶片)、空气的力学作用力，由此圈状的卷曲进一步加剧，能够形成纤维球状体。

此外，聚酯中空纤维球状体的尺寸优选平均直径为3~8mm、更优选为4~6mm。平均直径低于3mm的纤维球状体的加工困难，如果平均直径超过8mm，则纤维球状体形成欠缺吹入等制品加工性的制品。

图1是例示出本发明的聚酯中空纤维球状体的附图替代照片。图1的聚酯中空纤维球状体的尺寸偏差小，蓬松性良好，基本不存在未成型纤维。

本发明的聚酯中空纤维球状体不仅轻量且具有优异的蓬松性，而且柔软且富有近似于羽毛的质地，适合用作垫子、羽绒服等的填充物原材料。

实施例

接着，针对本发明的聚酯中空纤维球状体及其制造方法，使用实施例进行详细说明。物性等的测定方法如下所示。

(特性粘度)

将试样溶解于邻氯苯酚中，使用乌氏粘度计测定自然下落时间，以其与标准试样的相对值的形式用N=3的平均值来求出特性粘度。

(单纤维纤度、卷曲数、卷曲率、纤维长度和纤维摩擦系数μs)

按照JIS L1015(2010年)进行测定。

(卷曲率数比)

按照JIS L1015(2010年)来测定卷曲数和卷曲率，通过式1所示的方法来算出卷曲率数比。

(式1)卷曲率数比 = 卷曲率/卷曲数。

(包含聚硅氧烷的油剂相对于纤维质量的附着量)

将试样用发烟硫酸和发烟硝酸分解，用电炉碳化后，用碱溶解。其后，用钼酸铵使其显色，用分光光度计测定吸光度，由标准曲线算出无机硅酮(Si)量，将N=3的平均值换算成油分量。

(中空率)

使用显微镜以400倍的倍率拍摄所得聚酯中空纤维的截面，进一步放大复印截面照片。针对复印得到的纸，切取纤维部截面，用电子天平测定N=20的质量。接着切取中空部，用电子天秤测定N=20的质量，以下述式(2)所示的质量比率的形式进行计算。

中空率(%) = (中空部质量/纤维部截面质量)×100・・・(2)。

(纤维球状体的蓬松度)

量取纤维球状体样品50g±0.1g，投入至内径为28.8cm且高度为50cm的测定缸中，施加94.3g的载重并测定5分钟后的蓬松度。测定结果取5次的平均值，通过下述式(3)进行计算。

蓬松度 = V = πd²H/4(单位：cm³/50g)・・・(3)

(式中，d为下述测定缸的内径d=28.8cm；H为试样的蓬松度(平均值)，单位为cm)。

(纤维球状体的直径)

通过游标卡尺来测定任意选择的纤维球状体的直径，求出N=100的平均值。

(纤维球状体的质地/柔软度)

10人专家组对用手触碰时的触感(质地；柔软性/柔软度)进行分级，将良好~不良评价为5~0分。如果其平均分超过4分，则记作质地良好(○)，低于4分时评价为质地不良(×)。

[实施例1]

通过下述方法来制造聚酯中空纤维。将特性粘度为0.650的聚对苯二甲酸乙二醇酯(熔点为260℃)熔融，通过具有300个喷出孔的中空管头，在280℃的纺丝温度下熔融纺丝，紧接从管头纺丝之后，使温度为20℃的空气以100m/分钟的风量进行非对称冷却后，以1500m/分钟的牵拉速度得到未拉伸丝束。

接着，使用温度为80℃的液浴，将所得未拉伸丝束以2.6倍的拉伸倍率实施1级拉伸，不经过卷曲赋予步骤而通过喷淋来施予包含聚硅氧烷的油剂，裁切成表1中记载的规定纤维长度，通过温度为200℃的加热蒸汽处理使卷取表现成螺旋状，在165℃的温度下进行10分钟的热定型，从而制作表1所示的各特性的聚酯中空纤维。

接着，通过设有多个在表面设置了锯齿条的辊的梳理机，对所得聚酯中空纤维充分地进行开纤，在室内的容易引发空气紊流的圆筒状空间中设置带有多个叶片并旋转的旋转体，在所述室内，通过能够吹入纤维并以规定时间进行紊流搅拌后将其取出的装置，得到聚酯中空纤维球状体。确认到的是，所得纤维结构体具有优异的蓬松度，且为质地柔软的聚酯中空纤维球状体。将结果示于表1。

[比较例1]

除了制成纤维长度为64mm的聚酯中空纤维之外，在与实施例1相同的条件下制造聚酯中空纤维，得到聚酯中空纤维球状体。构成所得聚酯中空纤维球状体的聚酯中空纤维由于纤维长度长，因此在加工成纤维球状体时纤维难以团成球状，导致确认到纤维球状体形状的不良部分、纤维球状体彼此交缠的部分。将结果示于表1。

[比较例2]

除了制成单纤维纤度为1.7dtex的聚酯中空纤维之外，在与实施例1相同的条件下制造聚酯中空纤维，得到纤维球状体。由于单纤维纤度和卷曲率低，因此在加工成纤维球状体时纤维难以团成球状，导致无法形成聚酯中空纤维球状体。将结果示于表1。

[比较例3]

除了制成单纤维纤度为7.5dtex的聚酯中空纤维之外，在与实施例1相同的条件下制造聚酯中空纤维，得到纤维球状体。由于单纤维纤度大、纤维的刚性高，因此得到欠缺柔软度的纤维球状体。将结果示于表1。

[比较例4]

实施例1中至通过喷淋来施予包含聚硅氧烷的油剂的步骤为止均相同，其后，在160℃的温度下进行10分钟的热定型，然后裁切成规定的纤维长度，在160℃的温度下进行10分钟的热定型，由此制造表1所示的各特性的聚酯中空纤维，得到纤维球状体。卷曲形态成为三维的螺旋状，且形成S方向、Z方向随机的形态，因此所得纤维球状体过度交缠，质地坚硬，进而形成蓬松性差的纤维球状体。将结果示于表1。

[表1]

。

Claims (7)

1.聚酯中空纤维球状体，其为使用单纤维纤度为2.0~6.6dtex、中空率为15~35%、卷曲数为2~8个/25mm、卷曲率为6~14%、且纤维长度为20~50mm的聚酯中空纤维而得到的纤维球状体，其特征在于，蓬松度为8,200以上~11,500cm³/50g以下。

2.根据权利要求1所述的聚酯中空纤维球状体，其特征在于，该聚酯中空纤维的特性粘度为0.60~0.75。

3.根据权利要求2所述的聚酯中空纤维球状体，其特征在于，该聚酯中空纤维上，以相对于聚酯纤维质量为0.3~1.0质量%的比例附着有包含聚硅氧烷的油剂。

4.根据权利要求3所述的聚酯中空纤维球状体，其特征在于，该聚酯中空纤维的纤维摩擦系数μs为0.06~0.14。

5.根据权利要求1所述的聚酯中空纤维球状体，其特征在于，下述式(1)所示的聚酯中空纤维的卷曲率数比为1.5~3.0，

卷曲率数比=卷曲率/卷曲数····(1)。

6.羽绒服，其特征在于，将权利要求1所述的中空纤维球状体作为填充物。

7.制造权利要求1的聚酯中空纤维球状体的方法，其特征在于，将聚酯从中空丝用纺丝管头纺出，从纺出丝的单侧吹附冷却风从而进行非对称冷却后，进行牵拉、热拉伸，然后不经过卷曲赋予步骤而施予包含聚硅氧烷的油剂，裁切为规定的纤维长度后，通过加热蒸汽处理而使卷曲表现为螺旋状，然后进行热定型，得到聚酯中空纤维，对所得聚酯中空纤维进行开纤，加工为纤维球状体。

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