Усовершенствование поперечных сечений волокна

1 Область изобретения Изобретение относится к улучшениям поперечных сечений волокна и, более конкретно, к новым полиэфирным волокнам, имеющим улучшенное зубчато-овальное поперечное сечение и особенно применимым для велюровых тканей, а также относящимся к ним способам и получаемым из них продуктам, имеющим также другие преимущества. Предшествующий уровень техники Нити из синтетических волокон, таких как полиэфирные волокна, можно в общем разделить на две группы, а именно (1) непрерывные филаментарные нити и (2) штапельные нити,что означает нити из волокон, которые не являются непрерывными, и эти волокна часто называют штапельными волокнами (иногда резаными волокнами). Полиэфирные штапельные волокна и такие же волокна из других синтетических полимеров формуют путем экструзии синтетического полимера в непрерывные элементарные волокна, которые затем превращают в штапельное волокно. Термины "волокно" (fiber) и "элементарное волокно" (filament) часто используются здесь вместе, имея в виду, что использование одного термина не должно исключать использование другого. Велюровые ткани можно получать несколькими способами, включая изготовление трикотажа и ткачество, но для всех них характерно то, что они содержат резаные волокна,которые на их концах стоят перпендикулярно к поверхности ткани. Резаные волокна обычно являются короткими, длиной от 0,06 до 0,25 дюйма (от 1,5 до 7 мм) и расположены вертикально по отношению к волокнам основы. Велюровые ткани часто используются в качестве обивки или драпировки для квартир, салонов автомобилей и для изготовления нарядной одежды. Велюровые ткани, применяемые для обивки салонов автомобилей, должны иметь высокое качество и улучшенные эстетические свойства. Критерии качества для велюровых тканей включают пониженную склонность к продавливанию (сминаемость), тогда как желаемые эстетические свойства включают большую мягкость на ощупь и отсутствие "следов от пальцев" (fingermarking) или "вмятин" (mark-off). Для улучшения всех этих параметров ткани обычно требуются такие свойства волокна, которые трудно совместить в одном и том же волокне; другими словами, улучшение желаемого качества может ухудшить желаемые эстетические свойства и наоборот. Одним из способов изменить качество и эстетические свойства ткани является изменение толщины волокна. Например, круглое в сечении полиэфирное элементарное волокно с номером 1 денье на элементарное волокно (dpf,что приблизительно соответствует линейной плотности 1 децитекс) можно использовать для 2 изготовления велюровой ткани для автомобилей, чтобы сделать ее очень мягкой на ощупь. Однако эстетические свойства, проявляющиеся в наличии следов от пальцев и качество, зависящее от сминаемости, для такой ткани являются неприемлемыми. И наоборот, круглое в сечении полиэфирное элементарное волокно с номером 5 dpf (около 5/5 децитекс) можно использовать, чтобы изготовить велюр для автомобилей с очень хорошими характеристиками по сминаемости и эстетическими свойствами, связанными со следами от пальцев, но с неприемлемой мягкостью на ощупь. В результате этого промышленным стандартом являются волокна круглого сечения с номером от 2,2 до 3 dpf (от 2,4 до 3,3 децитекс); однако эти волокна не обеспечивают ни должного качества ткани, ни желаемых эстетических свойств. Другие обычные поперечные сечения волокон, такие как восьмилопастное (патент США 4 041 689) и треугольное (патент США 3 698 177) дают только ограниченное улучшение. Согласно настоящему изобретению, которое описано и проиллюстрировано здесь ниже,предложено элементарное волокно из синтетического полимера, например, полиэфирное элементарное волокно, которое улучшает качества велюровых тканей, а именно снижает склонность к сминанию и в то же время улучшает эстетические свойства таких велюровых тканей,а именно уменьшает появление следов от пальцев и дает большую мягкость на ощупь. Сущность изобретения Согласно одному аспекту настоящего изобретения, предложено элементарное волокно,имеющее зубчато-овальное по периферии поперечное сечение, с отношением длины к ширине(А:В) примерно от 3:1 до 1,1:1, где В - это максимальная ширина и А измеряется вдоль главной оси зубчато-овального по периферии поперечного сечения, и имеющее 8 канавок, идущих вдоль волокон, по 4 из 8 канавок расположены на каждой стороне главной оси, 4 из 8 канавок расположены по направлению к концам главной оси и являются внешними канавками, причем пара внешних канавок, которые расположены на одном и том же конце главной оси, определяют находящийся между ними выступ на том же конце главной оси и отделены друг от друга минимальным расстоянием между ними di, ширина сечения, измеренная на выступе, равна bi,остальные 4 канавки, которые не являются внешними канавками, являются внутренними канавками, каждая из внутренних канавок располагается между одной из внешних канавок и местом расположения максимальной ширины,пары внутренних канавок, которые отделены друг от друга главной осью, разделены минимальным расстоянием между ними d2, 4 внешних выступа в зубчато-овальном по периферии поперечном сечении определяются тем, что находятся между одной из внешних канавок и од 3 ной из внутренних канавок, ширина поперечного сечения, измеренная на внешних выступах,равна b2, внутренние выступы в зубчатоовальном по периферии поперечном сечении между 2 внутренними канавками на стороне главной оси определяют местоположение максимальной ширины В, и численные соотношения между шириной В, bi и b2, и расстояниями di и d2 следующие: di/bi равно от примерно 0,5 до примерно 1; d2/b2 - от примерно 0,5 до примерно 0,9; d2/B - от примерно 0,3 до примерно 0,7; bi/b2- от примерно 0,25 до примерно 0,9 и b2/B - от примерно 0,5 до примерно 0,9. Эта улучшенная конфигурация поперечного сечения с 8 канавками часто называется здесь "зубчатоовальная", и "имеющая 8 канавок" и "восьмиканальная". Как указывалось, термин "элементарное волокно" здесь используется в широком смысле. Этот термин используется, как для непрерывных элементарных волокон, так и для резаных (штапельных) волокон. Сущность изобретения состоит в новом поперечном сечении элементарного волокна, которое дало неожиданные преимущества, как будет описано далее. Настоящее изобретение в первую очередь направлено на решение проблем, возникающих при получении полиэфирных волокон для велюровых тканей, как уже указывалось. Однако преимущества специфической конфигурации поперечного сечения новых элементарных волокон настоящего изобретения можно также хорошо применить к другим синтетическим волокнам, например,волокнам из полиамидов или полиолефинов и для других областей применения. Согласно другому аспекту этого изобретения, также предложены изделия, получаемые из волокон, такие как ткани и одежда. Согласно другим аспектам изобретения,предложены дальнейшие технологические продукты из новых элементарных волокон и другие изделия. Краткое описание чертежей Фиг. 1 представляет собой увеличенную(2000 х) фотографию предпочтительного варианта элементарных волокон согласно настоящему изобретению, которые были разрезаны, чтобы показать их специфические поперечные сечения, а также часть отрезка длины этих волокон, как обсуждается более подробно ниже. Фиг. 2 - схематическое изображение такого поперечного сечения, которое служит для иллюстрации расчетов размеров. Фиг. 3 - схематическое изображение предпочтительного капиллярного отверстия фильеры, используемой для формования элементарных волокон согласно настоящему изобретению. Подробное описание изобретения Как было указано, сущность настоящего изобретения состоит в новом поперечном сечении элементарного волокна, и поэтому описание 4 также будет в первую очередь направлено на это. Поперечные сечения полиэфирных волокон согласно настоящему изобретению должны быть не круглыми, а зубчато-овальными, т.е. по существу овальными по форме с зубцами (т.е. с вырезами) по всей периферии овала, так чтобы получить 8 канавок (каналов), которые идут вдоль по длине элементарных волокон. Двадцать лет тому назад полиэфирное элементарное волокно с зубчато-овальным поперечным сечением было описано Gorrafa в патенте США 3 914 488, основное содержание которого включено в настоящее описание посредством ссылки, так же как основное содержание патента США 4 634 625 (Franklin) и патента США 4 707 407 (clark et al) , в которых описаны элементарные волокна с аналогичным зубчатоовальным поперечным сечением для использования в нитях из элементарных волокон и в штапельном волокне. Кроме того, Aneja подал находящиеся на рассмотрении заявки 08/662804 (DP-6400) от 12 июня 1996, 08/497495(DP-6255) от 30 июня 1995, по которой в скором будущем будет выдан патент США 5 591 523,и 08/642650 (DP-6365-A) 3 мая 1996, по которой вынесено решение о выдаче патента, основное содержание которых также включено в настоящее описание посредством ссылки. Зубчатоовальное с 8 канавками (выемками) поперечное сечение согласно настоящему изобретению четко отличается от зубчато-овальных поперечных сечений с 4 и 6 выемками, описанных - Gorrafa,Franklin, clark et al. и Aneja. Волокна согласно настоящему изобретению обеспечивают преимущества по сравнению с волокнами, имеющими другие зубчато-овальные поперечные сечения, что является неожиданным. Сущность настоящего изобретения заключается в форме поперечного сечения или конфигурации новых элементарных волокон согласно настоящему изобретению, что является, главным образом, результатом подбора соответствующей формы выходных отверстий фильеры для экструзии полимера, как обсуждается в патентной литературе, хотя другие факторы, такие как вязкость полимера и условия формования,также влияют на форму элементарных волокон. Это будет теперь обсуждено со ссылкой на сопроводительные чертежи. Конфигурацию поперечного сечения элементарных волокон согласно настоящему изобретению можно видеть на фиг.1, которая представляет собой микрофотографию (2000 х), показывающую действительные поперечные сечения элементарных волокон, полученных в примере. Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение типичного поперечного сечения с восемью канавками, которое служит для облегчения обсуждения размеров, которые имеют значение. Наибольший размер А по периферии поперечного сечения волокна, как показано, 5 простирается вдоль главной оси. Максимальная ширина (В) поперечного сечения волокна расположена под прямыми углами к главной оси. Отношение А к В называется отношением длины к ширине (aspect ratio) (А/В). Это отношение сторон должно обычно доходить до примерно 3:1 и, по меньшей мере, должно быть равно примерно 1,1:1 (соответственно отношение В/А должно быть равно от примерно 0,35 до примерно 0,9); было найдено, что предпочтительное отношение длины к ширине должно быть равно примерно 2:1. Как можно видеть, поперечное сечение обычно имеет овальную форму по периферии, которая имеет выемки, и в этом смысле отчасти аналогично зубчато-овальным поперечным сечениям, ранее описанным Gorrafa и другими авторами. Однако в отличие от зубчатого овала с четырьмя канавками, эта периферия имеет восемь (8) выемок (которые соответствуют 8 каналам или канавкам, которые идут вдоль по длине волокна). Четыре (4) канавки(выемки) расположены на каждой стороне поперечного сечения, т.е. на каждой стороне от главной оси. Четыре (4) из восьми канавок (выемок) называются "внешними" канавками (выемками), т.к. они расположены по направлению к концам главной оси таким образом, что пара этих внешних канавок расположена по одной на каждой стороне вблизи от каждого конца, и эта пара определяет выступ (лопасть) на каждом конце оси. Этот выступ имеет ширину bi, измеряемую обычно под прямыми углами к главной оси. Такая пара внешних канавок на одном и том же конце главной оси отделена друг от друга расстоянием di, также, как показано, расположенным под прямым углом к главной оси,поскольку канавки, как показано, расположены симметрично. Следует понимать, что если выемки не расположены напротив друг друга, то разделяющее их расстояние di не будет точно перпендикулярно главной оси. Остальные канавки с каждой стороны главной оси расположены между этими внешними канавками и называются соответственно "внутренними" канавками (выемками). Между канавками в по существу овальной (т.е. обычно имеющей форму выпуклой кривой) периферии, которая находится вблизи одной стороны поперечного сечения,расположено то, что называется здесь "выпуклости" (bulge). Их можно считать в некоторой степени аналогичными тому, что Gorrafa называет "выступами" (lobe), которые у него располагаются на каждой оконечности его меньшей оси, но вероятно более правильно называть их выпуклостями (bulge), чем выступами. Поскольку предпочтительные элементарные волокна настоящего изобретения являются волокнами с восемью канавками, у которых поперечное сечение имеет восемь (8) выемок в отличие от четырех (4) у Gorrafa, поперечные сечения волокон согласно настоящему изобретению имеют по четыре (4) канавки на каждой стороне и по 6 три (3) выпуклости на каждой стороне; для удобства, эти три выпуклости на каждой стороне называются "внешние выпуклости" и "внутренние выпуклости", причем внутренние выпуклости находятся в середине каждого ряда из 3 выпуклостей на каждой стороне и находятся между двумя внутренними выемками на той же стороне, тогда как каждая "внешняя выттук.пость" находится между внешней выемкой и ближайшей к ней внутренней выемкой на той же стороне. Ширина поперечного сечения элементарного волокна на внешних выпуклостях обозначается b2 (соответственно ширине выпуклости, а именно b1), и пара внутренних выемок(канавок) отделены друг от друга (через главную ось) расстоянием d2 (соответствующим расстоянию d1 между парой внешних выемок). Как можно понять, максимальная ширина выпуклостей равна В, т.е. максимальной ширине поперечного сечения элементарного волокна, по существу равной ширине внутренних выпуклостей. Численные соотношения между упомянутыми выше параметрами должны быть приблизительно следующими: А/В - от 3 до 1,1 - предпочтительно 2;b2/В - от 0,5 до 0,9 - предпочтительно 0,75. Были рассмотрены различные альтернативные восьмиканальные поперечные сечения для элементарных волокон согласно настоящему изобретению. Хотя поперечное сечение, показанное схематически на фиг. 2, является более или менее симметричным, и это предпочтительно для некоторых вариантов осуществления изобретения, но это несущественно. Например,нет необходимости, чтобы выемки были симметрично расположены напротив друг друга на каждой стороне волокна. Кроме того нет необходимости, чтобы расстояния и ширина были одинаковыми, но они могут изменяться в пределах, указанных здесь по существу, в качестве средних значений. Предпочтительное капиллярное отверстие фильеры для получения элементарных волокон согласно настоящему изобретению показано на фиг. 3 и описано более подробно в находящейся на рассмотрении заявке 08/778458 (DP-6555) на патент США, поданной одновременно с настоящей заявкой, и в примере, приведенном здесь ниже, как и другие подробности процессов получения волокна. Необходимо сослаться на находящуюся одновременно на рассмотрении заявку 08/778458 (DP-6555) на патент США,где даны указания, как измерить ширину (Н) и проходное сечение (А) отверстий в форме ромба, путем экстраполяции сторон ромба, до тех пор, пока они не сойдутся в щелях между такими отверстиями и где, аналогично этому, приве 7 дены отношения а/А и h/H. Однако длины, измеренные вдоль ряда, как дано здесь в примере,были измерены до средней точки каждой щели между отверстиями. Длина щелей была измерена до того места, где они пересекались с ромбами. Изменения в полимерах и элементарных волокнах и в их получении и обработке часто могут зависеть от того, какие требования предъявляются к готовым изделиям, таким как ткани и одежда. Эстетические соображения очень важны для одежды и для других применений текстильных материалов. Настоящее изобретение далее иллюстрируется в следующем примере, в котором велюровые ткани, изготовленные из нитей, состоящих из элементарных волокон, согласно настоящему изобретению, сравниваются со сравнительными тканями, изготовленными из нитей,состоящих из элементарных волокон с другими формами поперечного сечения. Все части и проценты являются весовыми, если это не оговорено особо. Получали и текстурировали путем вытяжки частично ориентированные нити из непрерывных элементарных волокон(POY),поскольку такие нити предпочтительны для изготовления велюровых тканей (хотя изобретение не ограничено этим и применимо, например, к полностью ориентированным нитям и к прядению элементарных волокон для изготовления штапеля, и к получаемому штапелю). Аналогично, в качестве образцов тканей был изготовлен тканый велюр (хотя трикотажный велюр также может быть приемлем для настоящего изобретения) стандартными методами изготовления тканей. Весовые номера (в денье) текстурированных вытяжкой нитей были одинаковыми (150 денье эквивалентно 167 децитекс),так что вес тканей были равным. Однако индивидуальные весовые номера (денье) элементарного волокна (dpf) были различными, так как они подбирались, чтобы получить оптимальный баланс конкурирующих свойств ткани для каждого поперечного сечения элементарного волокна. Ткани субъективно оценивали по мягкости(на ощупь), по следам от пальцев и по несминаемости. Мягкость на ощупь оценивали по шкале от 1 до 5, причем 5 было высшей оценкой, а 1 - низшей; в качестве системы отсчета,ткань, изготовленная из элементарного волокна с номером 1 денье (dpf, соответствующем 1,1 текс) с круглым поперечным сечением оценивали цифрой 5, и ткань, изготовленную из волокна круглого сечения с номером 5 dpf (5,5 текс) оценивали цифрой 1. Следы от пальцев оценивали от 1 до 5, причем оценку 5 имела ткань при незначительных следах или их отсутствии,оценку 3 имела ткань при приемлемых следах от пальцев и 1 - при ужасных следах от пальцев. Оценка несминаемости была основана на стандартном ускоренном испытании на сминае 000918 8 мость, известном под названием "Катящийся шарик" (Rolling Sphere). В этом испытании ткань подвергали многократному удару стальным шариком. Затем ткани оценивали по шкале от 1 до 5, причем оценку 5 давали ткани, на которой не видно или видно незначительное количество следов от вдавливания, оценку 3 имела ткань с приемлемым с точки зрения смятости внешним видом (crush appearance), и оценку 1 имела ткань с ужасными вмятинами. Образцы оценивали обычно пять человек, и приведенные здесь оценки являются средними из пяти отдельных оценок. Пример. Элементарные волокна полиэтилентерефталата получали формованием из расплава при 295 С из полимера, имеющего относительную вязкость (LRV) 21 и содержащего 1,5% диоксида титана (TiO2) в качестве матирующего агента. Полимер экструдировали при скорости 11,1 фунтов (5,0 кг) в час через фильеры, имеющие число капилляров и поперечные сечения, показанные в таблице 1. На фиг. 3 показано капиллярное отверстие фильеры, используемое для получения восьмиканальных зубчато-овальных элементарных волокон согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг. 3, капилляр для восьмиканального волокна состоял из пяти ромбов, соединенных щелями, чтобы получить определенную форму элементарного волокна, хорошее качество формования и низкую склонность волокна к фибриллообразованию. Ширина (Н) малого,среднего и большого ромбических отверстий была равна 13,6 мил (345 мкм), 24 мил (610 мкм) и 35,8 мил (909 мкм) соответственно. Внутренние углы малого, среднего и большого ромба были равны 60, 40 и 26 соответственно. Все пять ромбов были расположены в ряд по прямой. Общая длина отверстия вдоль ряда была равна 52,6 мил (1336 мкм). Длины, измеренные вдоль ряда (как упомянуто выше), были равны по порядку 9,1 мил (231 мкм), 11,2 мил(284 мкм), 12 мил (305 мкм), 11,2 мил (284 мкм) и 9,1 мил (231 мкм) соответственно. Каждая из щелей между ромбическими отверстиями имела длину 3,5 мил (89 мкм) и ширину (h) 2,6 мил (66 мкм) . Капилляры давали отношения площадей поперечных сечений струи a1/A1, a1/A2, а 2/А 2 и а 2/А 3, равные 0,11, 0,05, 0,08 и 0,06 соответственно. Отношения h/H1, h/Hz и h/Н 3 были равны 0,19, 0,11 и 0,07 соответственно. Элементарные волокна, выходящие из фильеры с 50 отверстиями, показанными на фиг. 3 настоящего изобретения, охлаждались с использованием стандартного метода охлаждения поперек струи частично ориентированной нити и затем наматывались со скоростью 3131 метр в минуту (м/мин) . Пучок элементарных волокон согласно настоящему изобретению при намотке имел номер 255 денье (283 децитекс) , и напряжение при вытягивании составляло приблизительно 93 г/денье, 9 около 84 г/текс. Элементарные волокна имели восьмиканальные поперечные сечения (как показано на фиг. 1) со следующими параметрами: А/В = 2b2/B = 0,65 Скорости намотки (м/мин) и напряжение при вытягивании (г/денье) даны для всех поперечных сечений в таблице 1. Каждая нить была затем текстурирована путем вытягивания ложной круткой (величины денье/волокно (dpf) после вытягивания также даны в таблице 1), окрашена на паковках, переплетена в струе воздуха и соткана в велюровую ткань с последующей отделкой с использованием стандартных методов отделки ткани. Для образцов тканей оценивалась мягкость на ощупь, следы от пальцев и несминаемость (как описано выше). Результаты оценки показаны в таблице 2. Таблица 1 Денье на элементарное волокно 2,2 3,75 Круглое Ленточное (вытянутое) Смесь: ленточное (зубчато-овальное) восьмилопастное Смешанное из волокон с разным номером,восьмилопастное Смешанное из волокон с разным номером,круглое Смесь ленточного и круглого Восьмиканальное Поперечное сечение Круглое Ленточное (вытянутое) Смесь: ленточное (зубчато-овальное) восьмилопастное Смешанное из волокон с разным номером, восьмилопастное Смешанное из волокон с разным номером, круглое Смесь ленточного и круглого Восьмиканальное Мягкость Следы от на ощупь пальцев 1,9 2,6 2,5 3,6 Восьмиканальное поперечное сечение настоящего изобретения обеспечивает лучшее сочетание мягкости на ощупь, меньшего числа 10 следов от пальцев и несминаемости по сравнению с другими сечениями, демонстрируя, что элементарные волокна настоящего изобретения дают превосходное сочетание свойств, которые желательны в таких велюровых тканях. Можно полагать, что новое восьмиканальное поперечное сечение будет также давать преимущества в других областях применения, например, как описано Aneja, в областях применения, указанных выше, таких как жгуты и пряди для изготовления камвольной ткани и шерстяной ткани. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Элементарное волокно, имеющее зубчатоовальное по периферии поперечное сечение с отношением длины к ширине (А:В) примерно от 3:1 до 1,1:1, где В - максимальная ширина, и А измеряется вдоль главной оси зубчатоовального по периферии поперечного сечения, и имеющее 8 канавок, идущих вдоль элементарного волокна, 4 из 8 канавок расположены на каждой стороне от главной оси, 4 из 8 канавок расположены в направлении к концам главной оси и являются внешними канавками, пара внешних канавок, которые расположены у одного и того же конца главной оси, определяют находящийся между ними выступ на том же конце главной оси и отделены друг от друга минимальным расстоянием между этой паройd1, ширина поперечного сечения, измеренная на выступе, равна b1, остальные 4 из 8 канавок,которые не являются внешними канавками, являются внутренними канавками, каждая из внутренних канавок расположена между одной из внешних канавок и местом расположения максимальной ширины, пары внутренних канавок, которые отделены друг от друга главной осью, разделены минимальным расстоянием между ними d2, 4 внешних выпуклости в зубчато-овальном по периферии поперечном сечении сформированы посредством их нахождения между одной из внешних канавок и одной из внутренних канавок, ширина поперечного сечения,измеренная у внешних выпуклостей, равна b2,внутренние выпуклости в зубчато-овальном по периферии поперечном сечении между 2 из внутренних канавок по одну сторону от главной оси обеспечивают местоположение для максимальной ширины В, при этом числовые соотношения между шириной В, шириной b1 и шириной b2 и расстояниями d1 и d2 являются следующими: d1/b1 - от примерно 0,5 до примерно 1; d2/b2 - от примерно 0,5 до примерно 0,9; d2/B от примерно 0,3 до примерно 0,7; b1/b2 - от примерно 0,25 до примерно 0,9; и b2/B - от примерно 0,5 до примерно 0,9.