CN116971058A

CN116971058A - 芯鞘复合纤维

Info

Publication number: CN116971058A
Application number: CN202210425833.7A
Authority: CN
Inventors: 成娟; 秦飞; 胡永佳; 望月克彦
Original assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Current assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Priority date: 2022-04-22
Filing date: 2022-04-22
Publication date: 2023-10-31

Abstract

本发明公开了一种芯鞘复合纤维，芯成分是二氧化钛含量为0.0～20.0wt%的热塑性树脂，鞘成分是含有有机粒子的热塑性树脂；所述纤维表面，每1000μm²范围内有10～1000个凸起。该纤维具有防透、抗紫外线以及具有光扩散效果，可用于服装，尤其是铁路、电车等工作人员的制服。

Description

芯鞘复合纤维

技术领域

本发明涉及一种芯鞘复合纤维，更具体的，涉及一种含有有机粒子、具有光扩散效果的芯鞘复合纤维。

背景技术

功能纤维作为一种高附加值的产品，不仅在提高服装的舒适性和赋予特殊功能方面具有重要意义，而且在非服用方面也展现出优异的性能，因此在技术上出现了多种多样赋予纤维诸如抵御紫外线，抗菌，体感的凉爽、保暖、蓄热、发热、爽滑，视觉的色彩、明暗、鲜艳，嗅觉的香味、消臭等功能的方法以及相应的产品。此外，赋予纤维抗紫外线以及光扩散效果的特殊功能纤维也被大量研究开发。

视觉遮蔽性是纺织品的一项重要性能，在服用领域，它关系到最基本的遮羞蔽体功能；在装饰和军事领域，它涉及到单向透视、伪装等特殊的视觉要求。另外，随着世界范围内氟利昂的大量使用及环境污染的日益严重，导致大气中臭氧层严重破坏。长期接受紫外线照射，会降低有机分子寿命，使人体免疫功能下降，不仅损害皮肤引起皮炎、红斑、雀斑和皮肤癌，而且会促进眼疾，引起白内障疾病。聚酯纤维由于折射率较高，在光照下给人闪闪发光的感觉，降低了服装（尤其是黑色服装）的高级感。

光扩散目前主要在LED、LCD等产品的膜材料中应用，通过将具有光扩散效果的材料添加在相应的膜中得到具有光扩散效果的膜材料，使点光源变成面光源，且光线变得很柔和，从而在视觉上给人以舒适感。日本专利特开平11-2705、特开2008-209919和特开2015-197614中均公布了利用光扩散材料制备得到具有光调节功能的树脂薄膜，而这种具有光扩散效果的材料在纤维中的应用目前尚未明确。

虽然单独的功能赋予相对而言比较容易获得，但是对于同时具有多种功能的纤维的研究开发仍然具有相当大的难度。

目前，二氧化钛可以赋予纤维一定的防透、抗紫外线性能以及光扩散效果，但通常的二氧化钛添加量下并不能使纤维获得良好的防透、抗紫外线以及光扩散效果，只有大量添加二氧化钛才能达到符合高级感服装的效果，但是由于二氧化钛粒子对光的反射作用，大量的二氧化钛会导致纤维及织物有发白现象，影响使用的视觉体验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防透、抗紫外线以及具有光扩散效果的芯鞘构造纤维。

本发明的技术解决方案是：

芯鞘复合纤维，芯成分是二氧化钛含量为0.0～20.0wt%的热塑性树脂，鞘成分是含有有机粒子的热塑性树脂；所述纤维表面，每1000μm²范围内有10～1000个凸起。

所述有机粒子的中值粒度D₅₀优选0.1～10.0μm，更优选0.5～2.0μm。

所述纤维中有机粒子含有量优选0.5～20.0wt%。

所述有机粒子的折射率优选在1.60以下。

所述有机粒子优选聚硅氧烷。

所述纤维横面上，芯成分与鞘成分的面积比优选30:70～90:10。

所述纤维染在光照下的光泽度峰值优选在0.5%以下；染黑色后在光照下的光泽度优选在2.5%以下，发色性L^＊值优选在14.0以下；所述纤维的防透性优选85%以上，抗紫外性指标UPF值优选50以上。

本发明通过在纤维中添加有机粒子，并将有机粒子置于纤维的鞘成分中，使得有机粒子在纤维表面形成凸起，从而提高了纤维的防透性、抗紫外线性以及光扩散效果，可用于服装，尤其是铁路、电车等工作人员的制服。

附图说明

图1为测试方法（4）有机粒子折射率的角度示意图。

图2为测试方法（6）光泽度结果示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种芯成分为二氧化钛含量0.0～20.0wt%的热塑性树脂、鞘成分为含有有机粒子的热塑性树脂的芯鞘复合纤维。所述纤维的表面具有凸起，且每1000μm²的范围内凸起数量为10～1000个。

本发明芯鞘复合纤维的鞘成分中含有有机粒子，光线从纤维表面进入后遇到有机粒子后偏离入射方向而发生散射，减少了光的透过与吸收，使得纤维的防透性能、抗紫外性能得到提高，同时获得光扩散效果。并且，鞘成分中的有机粒子在纤维表面形成凸起，增加了入射光的散射效果，从而可以进一步提高的纤维的防透性、抗紫外和光扩散效果。所述纤维表面的凸起的个数为每1000μm²的范围内10～1000个。如果纤维表面的凸起物个数低于10个/1000μm²的话，达不到很好的光扩散效果；如果纤维表面的凸起物个数高于1000个/1000μm²的话，纤维之间的摩擦系数变大，不易滑移，加工性能变差，并且会造成制品的手感粗糙，柔软性、悬垂性等变差，穿着舒适性降低。因此，为了平横纤维的光扩散效果以及纤维手感，本发明优选所述凸起个数为100～800个/1000μm²。

所述芯成分的热塑性聚酯中二氧化钛含量为0.0～20.0wt%，即芯成分中可以不含二氧化钛，也可以含有二氧化钛。含有二氧化钛时，二氧化钛的含量相对于芯成分不宜超过20.0wt%，否则光线进入纤维内部照射到二氧化钛后反射的白色光太多，导致织物产生发白的现象。

本发明通过芯鞘复合的形式，将含有有机粒子的热塑性树脂作为鞘成分，使得有机粒子能够尽可能多的分布在纤维表面从而形成凸起。同时以二氧化钛含量0.0～20.0wt%的热塑性树脂作为芯成分，可以获得比含有机粒子的热塑性树脂单独成纤的物性高的纤维。

所述有机粒子的粒径太小的话，粒子在纤维中不易均匀分散，团聚效果明显，纤维的光泽改善效果较差；所述有机粒子的粒径太大的话，纺丝性恶化，断丝的概率增大，纤维的强度下降，此外纤维的光扩散效果也降低。本发明所述有机粒子的粒径以中值粒度D₅₀表示，所述D₅₀优选0.1～10.0μm，更优选0.5～2.0μm，该中值粒度范围内的有机粒子在纤维中的流动性较高，粒子基本没有团聚发生，分散均匀，纺丝性良好，所得纤维具有较好防透性能、抗紫外线性能以及光扩散效果。

所述纤维中有机粒子的含量太低的话，光泽改善效果较差；所述纤维中有机粒子的含量太高的话，纺丝性恶化，纤维的强度下降，断丝的概率增大，此外，纤维的光扩散效果也降低。从有机粒子对纺丝效果以及纤维功能的影响综合考虑，本发明所述纤维中有机粒子含有量优选0.5～20.0wt%，更优选0.5～5.0wt%。

物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而发生散射，与光的吸收一样，光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。所述有机粒子的折射率越低，与纤维基体的折射率差越大，光线进入纤维后发生的散射效果越强，光扩散的效果也越好。为了获得优异的光扩散效果，有机粒子的折射率优选在1.60以下。

所述有机粒子可以为聚硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚苯乙烯等，由于聚硅氧烷粒子表面较光滑，光扩散效果较好，因此成为优选。

所述聚硅氧烷粒子的形状优选为正球形，并且粒径分布的范围较窄为好，同一粒径的粒子占总体粒子的50%以上最好。所述同一粒径的粒子是指以某一粒径值为中心，所有与该粒径值的偏差在10%以内的粒子，所述某一粒径值是指可加入纤维中粒子粒径范围中的任意值。为了获得优异的光扩散效果纤维，更优选同一粒径的粒子占总体粒子的80%以上。

所述芯鞘复合纤维中鞘成分比例过高的话，即鞘太厚的话，纤维中有机粒子不能在纤维表面呈凸起状态，不能达到很好的光扩散效果；鞘成分比例过低的话，即鞘太薄的话，纤维表面的有机粒子凸起太多，在纤维加工以及使用过程中，粒子容易脱落，加工困难并且达不到预期的防透、抗紫外以及光扩散效果。本发明优选所述纤维横截面上芯成分与鞘成分的面积比为30:70～90:10。

本发明中，适用于熔融纺丝的树脂即热塑性树脂都可以被应用来生产。例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（PET）、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维（PPT）、聚对苯二甲酸丁二酯纤维（PBT）、聚酰胺-6纤维（PA6）、聚酰胺-66纤维（PA66）、聚酰胺-610纤维（PA610）、聚丙烯纤维（PP）、聚乙烯纤维（PE）等。

本发明的芯鞘复合纤维可以用现有技术中通常的方法制备，具体可以列举如下方法，

（1）鞘成分的制备：在热塑性树脂中添加2.0～30.0wt%有机粒子，用双螺杆挤出机进行混合使有机粒子在热塑性树脂中分散，

（2）芯成分的制备：在热塑性树脂中添加0.0～20.0wt%二氧化钛，混合均匀，

（3）复合纤维的制备：以芯鞘复合比30:70～90:10进行复合纺丝后得到芯鞘复合纤维。

所述芯鞘复合纤维可以是全牵伸丝FDY，也可以是假捻加工丝DTY等，不管以何种加工丝的形式存在均不会对纤维的防透性、抗紫外线性以及光扩散效果产生影响。

将所述芯鞘复合纤维在光照下的光泽度峰值在0.5%以下；染黑色后在光照下的光泽度在2.5%以下，发色性L^＊值在14.0以下。所述纤维的防透性为85%以上，抗紫外性指标UPF值为50以上。

根据公知的方法，本发明的芯鞘复合纤维可以制成各种形态的纤维构造体，如机织物、编织物、毛圈布帛、不织布等。制成编织物时，对编织物的组织不做特别限定，可以是平织、斜纹织、朱子织或这些的变化织，经编、纬编、圆编、蕾丝编或这些的变化编等。在形成上述纤维构造体时，可以单独使用本发明的芯鞘复合纤维，也可以将本发明新桥复合纤维与其他纤维一起使用。

本发明中，必要时可以对纤维或者纤维构造体的任一状态时进行染色。本发明中，染料优先采用分散染料。

本发明的染色方法，没有进行特别的限定，根据公知的方法，可以采用液流染、滚筒式染、轴染以及卷染等。

本发明中，对染料的浓度和染色温度不再特别限定，可以采用公知的方法。同时，必要时可以在染色加工前进行精炼，也可以在染色加工后进行还原洗净。

本发明的芯鞘复合纤维可以用于制备高防透、抗紫外、光泽改善的织物。在织物中可以部分使用或者全部使用本发明的芯鞘复合纤维。部分使用本发明的芯鞘复合纤维时，其他纤维可以是普通聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、聚氨酯纤维等。利用本发明的芯鞘复合纤维制成的织物具有高防透、抗紫外、光扩散的效果。

本发明各项指标的测定方法及评价方法如下：

（1）纤维横截面上芯成分和鞘成分的面积比

通过SEM拍摄该复合纤维断面，将断面照片打印在纸上，通过面积仪求出芯成分断面面积S₁，鞘成分断面面积S₂，芯成分与鞘成分的面积比为S₁/S₂。

（2）纤维中有机粒子含量

根据测试方法（1）得到的芯鞘面积比以及芯成分和鞘成分的密度算出芯鞘的重量比A:B（A+B=100），用5g/L的NaOH水溶液对纤维进行减量处理，减量率控制在B%以下，得到只含有鞘聚合物的碱减量液体，再把减量液浓缩得到鞘聚合物。通过选择适当的溶剂将鞘聚合物溶解，分离出粒子，称量粒子重量占鞘聚合物的重量比即为鞘成分中的含量，再通过芯鞘成分的重量比，算出纤维中有机粒子的含量。

各种树脂纤维对应的溶剂如下：

树脂纤维	溶剂
		聚酯纤维（PET、PBT、PPT）	六氟异丙醇
聚酰胺纤维（PA6、PA66）	苯酚-甲醇混合液
		聚烯烃纤维（PP、PE）	二氯甲烷和环己酮

（3）有机粒子的D₅₀

使用动态光散射将测试方法（2）中分离出的有机粒子的中值粒度D₅₀。

（4）有机粒子折射率

测试方法（2）中分离出的有机粒子，采用最小偏向角法，使用ATAGO（爱拓）公司的阿贝折射仪对固体的折射率进行测定，测量精度为±5*10^-6。

由于光线折射，单色平行光穿过三棱镜后折射方向③和入射方向①之间存在一定的夹角δ，此角被称为偏向角。当入射角等于出射角时，偏向角具有最小值δmin。由折射率定理和几何关系有：

其中，n、α、β、δmin、θ分别表示棱镜折射率、入射角、折射角、最小偏向角、棱镜顶角。在测角仪上，测量棱镜顶角（主要有自准直法、反射法）和最小偏向角δmin（主要有单值法、两倍角法、互补法和三像法）即可计算出其折射率n。

（5）芯成分中二氧化钛含量

根据测试方法（1）得到的芯鞘面积比以及芯成分和鞘成分的密度算出芯鞘的重量比A:B（A+B=100），用5g/L的NaOH水溶液对纤维进行减量处理，减量率控制在B%以上，得到只含有芯的纤维，取该纤维4g左右，熔融制样，通过X射线荧光光谱仪（生产商：Rigaku，型号：ZSX PrimusⅢ+）测定其中钛元素的含量，然后通过分子式推算出芯成分中二氧化钛含量。

（6）纤维的光泽度以及峰值

步骤①：用英光产业制圆编机NCR-BL（釜径3英寸（8.9cm）、27针）将纤维制成2g筒编物后，在碳酸钠1g/L、含有日华化学制界面活性剂BK-80水溶液中，80℃条件下精炼20分钟后，在60℃条件下热风干燥机内干燥60分钟，得到精炼后的筒编物。

步骤②：使用三次元变角光度计GP-700在照射角60°、受光角60°条件下样品面法线N进行360°回转，得出360°范围内各个角度的反射率，反射率的峰值（b）与基线（a）之间的差为光泽度的峰值。

步骤③：将步骤①制得的筒编物在160℃条件下热定型2分钟，对干热定型后的筒编物，在添加有5.0wt%的分散染料DK9Z3（黑色）、调整PH值为5.0的染色液中，浴比1：100、染色温度130℃，染色时间60分钟。

步骤④：按照步骤②的方法测试步骤③染色后的筒编物，在得到的反射率图上，以基线（a）的绝对值点作为纤维染黑色后的光泽度。

（7）纤维的防透性（光线透过率）

根据标准JIS L 1923：2017（B法）测试。

（8）纤维的抗紫外性指标UPF值

抗紫外线参数UVA、UPF根据标准GB/T 6529评价。

（9）纤维表面凸起物的个数

用SEM观察单位面积凸起物的个数，分别取10处观察后取平均值，再换算成1000μm²的面积范围内的凸起物个数。

（10）纺丝性

纺丝性的判断是通过对聚合物的滤过压力，纺丝时断丝、飘丝情况的判断。

滤过压力:滤网单位面积内每分钟的聚合物流量为4.9g，12小时的滤过压力小于2MPa判断为〇，滤过压力为2～5MPa为△，滤过压力大于5MPa以上为×。

断丝:纺丝时12小时内的断丝次数为2次以内判断为〇，断丝次数为3～10次判断为△，断丝次数为10次以上判断为×。

飘单丝:纺丝时12小时内的断丝次数为4次以内判断为〇，断丝次数为5～10次判断为△，断丝次数为11次以上判断为×。

滤过压力、断丝和飘单丝三项之间全部判断为〇时，纺丝性判断为〇；三项全部判断为×时，纺丝性判断为×；出现除了判断为〇和×的两种情况以外的其他所有情况时，纺丝性判断为△。

（11）纤维强伸度积

本发明中的强伸度积的测试及计算方法如下所示:

（a）用拉伸试验机（RTC-1225）测试本发明的纤维，得到强度和伸度，并计算强伸度积记为SS1（计算方法参考式1）；

（b）将本发明的纱线用筒编机（无锡宏佳针纺织机械厂）编成筒编物，通过90℃×20min去油处理及130℃×60min热水处理以后自然晾干，然后置于190℃热空气中加热处理2min，然后用拉伸试验机测试纤维强度和伸度，并计算强伸度积记为SS2；

（c）用以下式2计算强伸度积保持率：

　　　式1，

　式2。

以下通过实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

在8.5kg粘度为0.6的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中添加1.5kg粒径D₅₀为1.0μm、折射率为1.43的聚硅氧烷粒子，用双螺杆挤出机在290℃条件下进行混合使聚硅氧烷粒子在PET中均匀分散；将上述步骤制得的树脂作为复合纺丝纤维断面的鞘成分，将含有0.3wt%二氧化钛的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂30kg作为芯成分，芯与鞘的面积比控制在80:20，把芯鞘成分分别预结晶、干燥至水分50ppm以下，分别投入纺丝A、B料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能以及低光泽度得长纤维。

所得纤维表面每1000μm²的面积范围内有250个凸起物存在，将所得纤维制成筒编物，所得筒编物的防透性能为92%，UPF值为52，该筒编物未染色时在60°受光方向上的光泽度峰值为0.3%，黑色染色后再60°受光方向上的光泽度为2.0%。

实施例2～22

制备过程同实施例1，具体配方和物性如表1、表2所示。°

比较例1

在8.5kg粘度为0.6的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中添加1.5kg粒径D₅₀为1.0μm、折射率为1.43的聚硅氧烷粒子，用双螺杆挤出机在290℃条件下进行混合使聚硅氧烷粒子在PET中均匀分散；将上述步骤制得的树脂作为复合纺丝纤维断面的鞘成分，将含有40wt%二氧化钛的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂30kg作为芯成分，芯与鞘的面积比控制在80:20，把芯鞘成分分别预结晶、干燥至水分50ppm以下，分别投入纺丝A、B料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能以及低光泽度的长纤维。该纤维中二氧化钛的添加量较高，纺丝性较差。

比较例2

在8.5kg粘度为0.6的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中添加1.5kg粒径D₅₀为1.0μm、折射率为1.43的聚硅氧烷粒子，用双螺杆挤出机在290℃条件下进行混合使聚硅氧烷粒子在PET中均匀分散；将上述步骤制得的树脂作为复合纺丝纤维断面的鞘成分，将含有0.3wt%二氧化钛的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂30kg作为芯成分，芯与鞘的面积比控制在10:90，把芯鞘成分分别预结晶、干燥至水分50ppm以下，分别投入纺丝A、B料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能以及低光泽度的长纤维。该纤维中鞘比较厚，纤维表面的粒子无法凸起，光扩散效果不佳。

比较例3

在8.5kg粘度为0.6的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中添加1.5kg粒径D₅0为1.0μm、折射率为1.43的聚硅氧烷粒子，用双螺杆挤出机在290℃条件下进行混合使聚硅氧烷粒子在PET中均匀分散；将上述步骤制得的树脂作为复合纺丝纤维断面的鞘成分，将含有0.3wt%二氧化钛的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂30kg作为芯成分，芯与鞘的面积比控制在95:5，把芯鞘成分分别预结晶、干燥至水分50ppm以下，分别投入纺丝A、B料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能以及低光泽度的长纤维。该纤维中鞘太薄，在纤维制备过程中纤维表面的粒子大部分脱落，光扩散效果不佳。

比较例4

在8.5kg粘度为0.6的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中添加1.5kg粒径D₅₀为1.0μm、折射率为1.43的聚硅氧烷粒子，用双螺杆挤出机在290℃条件下进行混合使聚硅氧烷粒子在PET中均匀分散；将上述步骤制得的树脂直接进行纺丝，假捻制得长纤维。该纤维中有机粒子含量过高，纤维的强伸度积较低。

比较例5

将含有2.6wt%二氧化钛的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂直接进行纺丝，假捻制得长纤维。该纤维的发色性L^＊值较高。

比较例6

在6.0kg粘度为0.6的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中添加4.0kg粒径D₅0为1.0μm、折射率为1.43的聚硅氧烷粒子，用双螺杆挤出机在290℃条件下进行混合使聚硅氧烷粒子在PET中均匀分散；将上述步骤制得的树脂作为复合纺丝纤维断面的鞘成分，将含有0.3wt%二氧化钛的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂30kg作为芯成分，芯与鞘的面积比控制在80:20，把芯鞘成分分别预结晶、干燥至水分50ppm以下，分别投入纺丝A、B料仓进行纺丝、假捻制得高防透性能以及低光泽度的长纤维。所得纤维表面凸起个数太多，纺丝过程中会破坏导丝器等，纺丝性差。

Claims

1.芯鞘复合纤维，其特征是：芯成分是二氧化钛含量为0.0～20.0wt%的热塑性树脂，鞘成分是含有有机粒子的热塑性树脂；所述纤维表面，每1000μm²范围内有10～1000个凸起。

2.根据权利要求1所述芯鞘复合纤维，其特征是：所述有机粒子的中值粒度D₅₀为0.1～10.0μm。

3.根据权利要求2所述芯鞘复合纤维，其特征是：所述有机粒子的中值粒度D₅₀为0.5～2.0μm。

4.根据权利要求1或2所述芯鞘复合纤维，其特征是：所述纤维中有机粒子含有量为0.5～20.0wt%。

5.根据权利要求1或2所述芯鞘复合纤维，其特征是：所述有机粒子的折射率在1.60以下。

6.根据权利要求1或2所述芯鞘复合纤维，其特征是：所述有机粒子为聚硅氧烷。

7.根据权利要求1或2所述芯鞘复合纤维，其特征是：所述纤维横面上，芯成分与鞘成分的面积比为30:70～90:10。

8.根据权利要求1或2所述芯鞘复合纤维，其特征是：所述纤维染在光照下的光泽度峰值在0.5%以下；染黑色后在光照下的光泽度在2.5%以下，发色性L^＊值在14.0以下。

9.根据权利要求1或2所述芯鞘复合纤维，其特征是：所述纤维的防透性为85%以上，抗紫外性指标UPF值为50以上。