專利名稱：具有分形結(jié)構(gòu)的聚酯纖維及其制造方法和由此纖維得到的織物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚酯纖維，更具體地說(shuō)，涉及一種具有區(qū)域結(jié)晶分形結(jié)構(gòu)的聚酯纖維及其制造方法，和由該聚酯纖維得到的織物。
眾所周知，合成纖維如聚酯纖維，具有挺括、結(jié)實(shí)、耐洗和耐穿等優(yōu)點(diǎn)。但從本質(zhì)上講，合成纖維仍然與天然纖維存在著較大的區(qū)別，主要由于合成纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的、無(wú)(納米級(jí))的扭曲單元存在，因此其織物總是呆板的(橫平豎直)，有極光，并且穿著舒適性較差。而羊毛等天然纖維，在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，從納米級(jí)的單元(基元纖、微元纖)開(kāi)始，就具有分形(fractal)的扭曲存在，所謂“分形結(jié)構(gòu)”是指天然纖維特有的、內(nèi)在的分形維(分?jǐn)?shù)維)的自然扭曲結(jié)構(gòu)，因此它們能自相似放大，最后導(dǎo)致成纖維的柔軟而不對(duì)稱的扭曲，并與大自然的色、光對(duì)應(yīng)，其紡織品沒(méi)有極光、不呆板，光澤自然和諧。
為了克服聚酯纖維存在的上述缺陷，人們?cè)谥圃炀埘ダw維的過(guò)程中試圖模仿天然纖維，但在現(xiàn)有技術(shù)中主要是從纖維織物的性能上模仿天然纖維，如制備陽(yáng)離子可染滌綸，抗起毛起球滌綸以及三異(異纖度、異截面、異收縮)滌綸、超細(xì)滌綸等，甚至可以合成含兩個(gè)或兩個(gè)以上上述功能的多功能滌綸。雖然它們?cè)谕庑?、手感和力學(xué)性能等方面接近了天然纖維，但常壓可染性較差，而且由此纖維制得的織物，仍存在結(jié)構(gòu)單調(diào)(橫平豎直)、外形死板、有極光，舒適性較差等缺點(diǎn)。近年來(lái)，人們對(duì)合成纖維仿天然性能的研究已從表面逐漸向內(nèi)在結(jié)構(gòu)方向發(fā)展，因此模仿天然纖維內(nèi)在的自然扭曲的分形結(jié)構(gòu)，使合成纖維內(nèi)部的結(jié)晶晶胞產(chǎn)生聚集扭曲，形成納米級(jí)的區(qū)域(domain)性結(jié)晶結(jié)構(gòu)，是人們一直所追求的目標(biāo)。但目前所有的研究工作均處于研究階段，并未得到令人滿意的結(jié)果。例如日本發(fā)明人采取超高速紡絲的方法，將紡絲速度控制在＞8000m/min(《新纖維科學(xué)》，1995，155——200頁(yè)，東京通商產(chǎn)業(yè)調(diào)查出版社)；美國(guó)發(fā)明人采取在紡絲線上附加液杯的方法；但上述的方法均只能得到纖維斷面不均一結(jié)構(gòu)的纖維，并沒(méi)有形成分形結(jié)構(gòu)。而且上述報(bào)道均只停留在試驗(yàn)研究階段，并未應(yīng)用于規(guī)?；纳a(chǎn)中。迄今為止，尚未見(jiàn)到具有有關(guān)分形結(jié)構(gòu)聚酯纖維及其制造方法的文獻(xiàn)報(bào)道。
本發(fā)明人正是從模仿天然纖維內(nèi)在所具有的分形結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究和實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)聚酯熔融紡絲工藝中紡絲溫度和張力的控制，提供了一種聚酯纖維，它具有只有天然纖維才存在的自然扭曲的分形結(jié)構(gòu)，所加工的紡織品綜合了天然纖維和合成纖維的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的染色性和定型性。
而且本發(fā)明還提供了一種上述具有分形結(jié)構(gòu)的聚酯纖維的制造方法。
另外本發(fā)明還提供了由上述聚酯纖維與毛、棉、絲、麻、羊絨或其他化學(xué)纖維混紡或交織的聚酯紗，這種聚酯紗或織物與普通的聚酯紗不同，形成了自然的“龍纏柱”狀紗結(jié)構(gòu)，不僅挺括、保形性良好，而且穿著舒適。
本發(fā)明提供了一種聚酯纖維或長(zhǎng)絲，其特征在于(1)纖維的雙折射率在Δn＝155-180×10-3；(2)從干涉顯微鏡觀察，其干涉條紋存在凹凸不規(guī)則的形狀；(3)纖維的X光小角衍射圖中，衍射角度偏離了15°-30°。
本發(fā)明的聚酯纖維的雙折射率Δn在155-180×10-3，較好為160-176×10-3。
從干涉顯微鏡的圖案來(lái)觀察，一般普通的聚酯纖維的干涉條紋，呈現(xiàn)一光滑的圓弧形狀，而本發(fā)明的聚酯纖維的干涉條紋則與之不同，呈現(xiàn)凹凸不規(guī)則形狀。
從本發(fā)明聚酯纖維的X光小角衍射圖中，我們可以很清楚的看到，其衍射角度與現(xiàn)有的聚酯纖維相比，發(fā)生了偏離，一般偏離15°-30°左右。
我們認(rèn)為上述凹凸不規(guī)則干涉條紋的形成，和X光小角衍射角度的偏離，均說(shuō)明了該聚酯纖維中區(qū)域結(jié)晶結(jié)構(gòu)是一種扭曲分形結(jié)構(gòu)。這種潛在的分形扭曲自相似放大后，使該纖維存在著外形不變、內(nèi)在不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的微觀自旋轉(zhuǎn)和外形彎曲的宏觀旋轉(zhuǎn)。這種潛在扭曲的分形結(jié)果，使本發(fā)明的聚酯纖維既能具有天然纖維的柔軟、豐滿、舒適性和諸多自然的聲、光、色性能，而且還能使織物具有保形性、洗可穿性和微彈性等，因此具備了天然纖維和合成纖維的優(yōu)點(diǎn)。
另外應(yīng)該指出的是由于本發(fā)明聚酯纖維具有區(qū)域結(jié)晶分形結(jié)構(gòu)，因此其粒子較大，一般根據(jù)X光小角和廣角衍射圖，按Tsvankin模型推算，本發(fā)明聚酯纖維的粒子大小為20-22納米×30-32納米。當(dāng)聚酯纖維為滌綸時(shí)，其粒子大小為21納米×31納米，其尺寸大小至少為普通滌綸的6倍以上，一般普通滌綸的粒子大小為3.5納米×7納米。由于本發(fā)明聚酯纖維粒子的尺寸較大，這樣使其無(wú)定形區(qū)尺寸與普通的聚酯纖維相比加大了，所以染色性大大提高，具有很好的常壓可染性。例如，采用同樣的方法進(jìn)行染色，本發(fā)明滌綸的上染率均高于普通滌綸，特別是在常溫常壓下的上染率更加明顯。
可通過(guò)對(duì)聚酯熔融紡絲工藝中紡絲溫度和張力的控制來(lái)制造本發(fā)明所述的具有分形結(jié)構(gòu)聚酯纖維，例如滌綸的制備方法為在常規(guī)的滌綸長(zhǎng)絲紡絲機(jī)上，通過(guò)選擇以下條件進(jìn)行紡絲，控制纖維細(xì)頸點(diǎn)的溫度在80——150℃，較好為80——130℃，紡絲速度4500——5300米/分鐘，張力0.5——1.8g/d。上述的三個(gè)工藝條件只有相互匹配，才能得到較好的紡絲效果。例如可以選擇以下工藝條件紡絲速度為4800米/分，控制細(xì)頸點(diǎn)的為129℃，纖維的張力為0.7g/d；或紡絲速度為4900米/分，控制細(xì)頸點(diǎn)的為90℃，纖維的張力為1.0g/d；或紡絲速度為5300米/分，控制細(xì)頸點(diǎn)的為80℃，纖維的張力為1.7g/d。
有選擇地控制熱管紡絲機(jī)細(xì)頸處的溫度和張力，即控制了纖維取向結(jié)晶和熱結(jié)晶的比例，保證了纖維內(nèi)部區(qū)域結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，從而得到了具有分形結(jié)構(gòu)的聚酯纖維。
在上述制造方法中，纖維細(xì)頸點(diǎn)的溫度的控制是較為關(guān)鍵的，可采用在普通的聚酯長(zhǎng)絲紡絲機(jī)上，沿紡絲線配置一可上下移動(dòng)的加熱管，通過(guò)控制該加熱管上下部位的溫度及加熱管的位置來(lái)保證纖維細(xì)頸點(diǎn)的溫度在80——130℃。該加熱管的長(zhǎng)度一般為0.5-2米，上、下部位的溫度分別控制在90——200℃和80——190℃。最好使纖維的細(xì)頸(沿紡絲線)處于熱管的中上部。
本發(fā)明還提供了具有分形結(jié)構(gòu)的聚酯紗，該聚酯紗的制造是將上述的聚酯纖維，自身或分別與棉、毛、絲、麻、羊絨等紗線進(jìn)行合股并紗，也可將上述的聚酯纖維或長(zhǎng)絲與其他纖維(包括天然纖維和合成纖維)進(jìn)行交織。
在進(jìn)行合股并紗時(shí)，可控制捻數(shù)≤8捻/cm和定捻溫度為70——110℃，時(shí)間為1——50分鐘。
值得指出的是由于本發(fā)明的聚酯纖維具有類似天然纖維的超維自然扭曲存在，因此使用本發(fā)明的聚酯長(zhǎng)絲與棉、毛、絲、麻、羊絨等天然纖維合股并紗所制得的聚酯紗，例如滌綸紗，與普通滌綸制得的滌綸紗的最大區(qū)別在于，本發(fā)明的滌綸長(zhǎng)絲可卷縮于紗線的內(nèi)部，所混紡的天然纖維則如“龍纏柱”一般纏繞在紗線的外部，也就是說(shuō)，從宏觀上看，天然纖維總是突出在纖維的表面，而采用普通滌綸或錦綸則無(wú)此特點(diǎn)。這可能是由于本發(fā)明的聚酯纖維中存在的分形結(jié)構(gòu)，即自扭曲結(jié)構(gòu)的存在，因此在其與天然纖維混紡時(shí)，在適宜的加工條件下，聚酯纖維中可能存在的未被束縛的可以自由扭轉(zhuǎn)的纖維段會(huì)自動(dòng)地遷移至紗的中心，即卷縮于紗線的內(nèi)部，而天然纖維則纏繞在外部。因此使用該紗線得到的織物不僅保持了合成纖維的挺括，而且由于接觸人體為天然纖維，因此穿著非常舒適，吸濕性和透氣性均較好，并且消除了極光。例如，本發(fā)明聚酯纖維與天然纖維混紡的紗織物的透氣性要優(yōu)于相同品種的純天然織物，并且透濕性也相當(dāng)。因此可以說(shuō)，該聚酯紗或織物完全集中了合成纖維和天然纖維的優(yōu)點(diǎn)，大大提高了織物的使用價(jià)值，具有很好的商業(yè)前景。
根據(jù)色那蒙補(bǔ)償法，測(cè)定該滌綸長(zhǎng)絲的雙折射率為160×10-3，從干涉顯微鏡觀察，其干涉條紋，如

圖1所示，呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，纖維的X光小角衍射圖中，衍射角度偏離了約30°。對(duì)比例1普通纖維采用天津石化化纖廠的FDY滌綸，根據(jù)色那蒙補(bǔ)償法，測(cè)定該滌綸長(zhǎng)絲的雙折射率為190×10-3，從干涉顯微鏡觀察，干涉條紋，如圖2所示，呈現(xiàn)光滑的規(guī)則形狀，纖維的X光小角衍射圖中，衍射角度未發(fā)生偏離。
其染色性能如表1所示。
圖1為干涉顯微鏡中觀察到的本發(fā)明滌綸的干涉條紋。
圖2為干涉顯微鏡中觀察到的普通滌綸的干涉條紋。
圖3為實(shí)施例1滌綸長(zhǎng)絲與羊毛合股紗的“毛纏滌”的照片上述聚酯紗與天然纖維的性能對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、3、4和5。
表2
透氣率的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5453-1997(國(guó)內(nèi))上表中，純棉針織面料為南京小河服飾有限公司產(chǎn)品；純毛織物為清河毛紡廠產(chǎn)品；純麻織物為市售亞麻織物。表3
透濕量的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12704-1991表4
彎曲長(zhǎng)度的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ZBW 04003-1987表5
彎曲長(zhǎng)度的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ZBW 04003-1987實(shí)施例3將紡絲速度改為4900米/分，控制細(xì)頸點(diǎn)的為90℃，纖維的張力為1.0g/d，其余同實(shí)施例1，制得聚酯長(zhǎng)絲。測(cè)定該滌綸長(zhǎng)絲的雙折射率為168×10-3，
表1 本發(fā)明滌綸與普通滌綸(PET)對(duì)分散染料上染百分率的對(duì)比
注上述三種染色方法均采用染浴殘液比色法。
從上表的比較可以看出，對(duì)于三種染色方法來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的聚酯纖維的上染百分率均要高于普通聚酯纖維，特別是常溫常壓下的染色性能，本發(fā)明的聚酯纖維的染色性能明顯優(yōu)于普通纖維。
權(quán)利要求
1.一種聚酯纖維，其特征在于(1)纖維的雙折射率在Δn＝155-180×10-3；(2)從干涉顯微鏡觀察，其干涉條紋存在凹凸不規(guī)則的形狀；(3)纖維的X光小角衍射圖中，衍射角度偏離了15°-30°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酯纖維，其特征在于，該聚酯纖維粒子的大小為20～22納米×30～32納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酯纖維，其特征在于，該聚酯纖維為滌綸，其粒子大小為21納米×31納米。
4.一種權(quán)利要求1——3之一所述聚酯纖維的制造方法，在常規(guī)的聚酯長(zhǎng)絲紡絲機(jī)上，通過(guò)選擇以下條件進(jìn)行紡絲，控制纖維細(xì)頸點(diǎn)的溫度在80——150℃，紡絲速度4500——5300米/分鐘，張力0.5——1.8g/d。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚酯纖維的制造方法，控制紡絲速度為4800米/分，控制細(xì)頸點(diǎn)的溫度為129℃，纖維的張力為0.7g/d。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚酯纖維的制造方法，控制紡絲速度4900米/分，控制細(xì)頸點(diǎn)的溫度為90℃，纖維的張力為1.0g/d。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚酯纖維的制造方法，控制紡絲速度為5300米/分，控制細(xì)頸點(diǎn)的溫度為80℃，纖維的張力為1.7g/d。
8.一種聚酯紗，其特征在于，該聚酯紗是采用權(quán)利要求1——3之一所述的聚酯纖維與棉、毛、絲、麻、羊絨中的一種紗線進(jìn)行合股并紗。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聚酯紗，其特征在于，所述的聚酯纖維卷縮于紗線的內(nèi)部，所混紡的天然纖維纏繞在紗線的外部。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聚酯紗，其特征在于，所述的聚酯纖維，與棉、毛、絲、麻、羊絨中的一種紗線進(jìn)行合股并紗時(shí)，控制捻數(shù)≤8捻/cm、定捻溫度為70——110℃，時(shí)間為1——50分鐘。
11.一種聚酯織物，其特征在于，采用權(quán)利要求1——3之一所述的聚酯纖維，與其他的天然纖維或合成纖維進(jìn)行交織。
全文摘要
本發(fā)明通過(guò)對(duì)聚酯熔融紡絲工藝中紡絲溫度和張力的控制,提供了一種聚酯纖維或長(zhǎng)絲,它具有只有天然纖維才存在的超維自然扭曲的分形結(jié)構(gòu),常壓上染率大大提高;使用本發(fā)明的聚酯長(zhǎng)絲與棉、毛、絲、麻、羊絨等天然纖維合股并紗或交織所制得的聚酯紗或織物,穿著非常舒適,吸濕性和透氣性均較好,并且消除了極光,完全集中了合成纖維和天然纖維的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)D01F6/62GK1385566SQ0111586
公開(kāi)日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2001年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月11日
發(fā)明者高緒珊, 童儼, 王柏華, 張輝 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司