CN115652476A - 一种新型聚烯烃弹性纤维及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型聚烯烃弹性纤维及其制造方法；包含如下步骤：a)通过共混来提供一种聚烯烃弹性体混合物，其包含至少一种苯乙烯嵌段共聚物A、以及至少一种丙烯聚合物B和/或至少一种丙烯共聚物C；b)对所述聚烯烃弹性体混合物在添加适当的助剂后熔融造粒从而得到所述的均匀混合物；c)对所述的均匀混合物进行熔融纺丝得到所述的新型聚烯烃弹性纤维；其中，所述苯乙烯嵌段共聚物A的苯乙烯/橡胶比例在10:90‑30:70之间；所述丙烯聚合物B的密度在0.900‑0.915g/cm³之间，其熔点>160℃；所述丙烯共聚物C的密度在0.855‑0.899g/cm³之间；所述苯乙烯嵌段聚合物A的含量在30‑90重量％之间，丙烯聚和物B和/或丙烯共聚物C的总含量在10‑70重量％之间。

Description

一种新型聚烯烃弹性纤维及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种新型聚烯烃弹性纤维及其制造方法；以及一种使用所述制造方法制成的聚烯烃弹性纤维；以及所述弹性纤维在各类纺织面料或弹性线绳等领域中的应用。

背景技术

目前纺织面料或者弹性线绳领域中用到三类弹性纤维：聚氨酯弹性纤维、二烯烃类弹性纤维(包括天然橡胶弹性纤维)、聚烯烃弹性纤维，而聚氨酯弹性纤维(简称“氨纶”，以下都简称“氨纶”，英文名“Spandex”，包括干法氨纶、湿法氨纶以及熔纺氨纶)因占据绝大多数市场份额而居统治地位。但氨纶也存在比较明显的缺陷或者短板，例如：易老化降解、易断裂松弛、含残余有害溶剂、不耐碱、不耐氯漂、不易染深色等缺陷。

在弹性线绳领域，使用传统氨纶或者天然橡胶纤维(二烯烃类弹性纤维)而导致弹性线绳不耐老化、强度逐渐下降等缺陷，亟需一种稳定耐久抗老化的弹性纤维替代之。

传统交联的聚烯烃弹性纤维是陶氏公司(DowChemical)于2002年左右推出的新型弹性纤维产品。该类弹性纤维可耐高达220℃的定型温度、耐氯漂、强酸碱、抗紫外线降解、弹性柔和、可以低温定型，在纺织品中的用法用量也基本与氨纶相似，但克服了氨纶不耐老化、不耐氯漂不耐碱的缺点，是综合性能较优的一种弹性纤维。

但上述聚烯烃弹性纤维(基于POE弹性体材料熔融纺丝、再经过电子辐照交联所制成的)由于其内在结构所限，弹性回复率较差，300％拉伸后的弹性回复率一般仅在85％左右，比普通干法氨纶的300％拉伸后弹性回复率要低将近10％甚至更多，以致于无法推广到许多需要正常回弹率要求的面料(例如内衣、泳衣，牛仔服，运动服等等)中去。

同时，经电子辐射交联制成的聚烯烃弹性纤维还有一些局限，主要是：昂贵的辐照费用显著地增加了纤维的生产成本；高剂量的辐照会引起纤维发热，可能造成纤维互相粘连而在织造时退绕困难；辐照剂量的均匀度难以控制，会造成同一丝饼中不同部位的纤维交联程度的差异而导致纤维各部分的强度、CV值变异明显，最终会引起含有此类弹性纤维的面料布面不平整、起拱、气泡等问题。此外，热塑性聚烯烃弹性体在进行交联后变成热固性聚烯烃弹性体，也给纺织品后续的循环回收造成了困难。

为了降低制作聚烯烃弹性纤维的成本，参考文献CN103361767B和CN103290509B分别提供了一种改进的热塑性聚烯烃弹性纤维的制造方法。上述两种发明纤维是由丙烯基的聚烯烃混合物加工而成，不需要电子交联，简化了制造方法。上述发明纤维保持了交联聚烯烃弹性纤维的绝大多数优点，其耐热性受到聚丙烯熔点(160℃-169℃)的限制，但也可达到或者接近110℃-150℃的范围，可满足部分纺织类面料或者弹性线绳的染色、干燥及低温热定型等工艺温度的要求。但上述发明纤维跟交联聚烯烃弹性纤维一样，受其内在结构所限，弹性回复率较差，300％拉伸后的弹性回复率一般低于82％甚至低于80％。参考文献CN109811425B提供了另外一个开发聚烯烃弹性纤维的思路，但是所述的弹性纤维的同样因回复率太低而没有实用价值，上述的产品缺陷使得上述发明的弹性纤维在纺织面料上的运用上受到了很大的限制或者没有太大的实际使用价值。

众所周知，苯乙烯嵌段共聚物(SBCs)相较普通聚烯烃弹性体(POE)具有更好的弹性回复性，而苯乙烯嵌段共聚物亦是一类特殊的聚烯烃类共聚物，其耐酸耐碱等特性远强于聚氨酯弹性体。但苯乙烯嵌段共聚物的使用温度较低，主要是由于苯乙烯嵌段共聚物中的苯乙烯硬嵌段的玻璃化温度在95℃左右，可以承受的正常使用温度都在60℃-80℃以下。所以使用传统方法生产的苯乙烯嵌段共聚物弹性纤维将不能承受纺织类面料或者弹性线绳的染色、干燥及热定型等正常工艺温度的要求，无法直接运用到纺织面料或者弹性线绳领域中去。

参考文献1：CN1505660

参考文献2：CN103361767B

参考文献3：CN103290509B

参考文献4：CN109811425B

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型聚烯烃弹性纤维及其制造方法，这一发明的直接结果是提供了一种新型不需电子交联的聚烯烃弹性纤维；与现有的聚烯烃弹性纤维相比，该纤维呈现了更优越的弹性回复率；该纤维不需电子交联即可具有足够的耐热性，可满足大部分纺织类面料或者弹性线绳的染色、干燥及低温热定型等正常工艺温度的要求，显著地降低了生产成本并简化了生产流程；与现有聚烯烃弹性纤维相比具有更好的弹性回复率及耐温性。

本发明涉及一种新型聚烯烃弹性纤维的制造方法，包含如下步骤：

a)通过共混来提供一种聚烯烃弹性体混合物，其包含至少一种苯乙烯嵌段共聚物A、以及至少一种丙烯聚合物B和/或至少一种丙烯共聚物C；

b)对所述聚烯烃弹性体混合物使用适合于共聚物造粒的造粒机将混合物熔融后重新造粒，从而得到各组分充分混合后的聚烯烃弹性体混合物；

c)对所述聚烯烃弹性体混合物进行熔融纺丝从而得到所述的弹性纤维。

其中，所述苯乙烯嵌段共聚物A，其苯乙烯/橡胶比例在10:90-30:70之间，熔融指数(230℃/2.16kg)在0.5-30g/10min之间。所述丙烯聚合物B是丙烯单体单元含量为90重量％以上的丙烯聚合物，其密度在0.900-0.915g/cm³之间，熔融指数(230℃/2.16kg)在1.0-50g/10min之间,其熔点>160℃。所述丙烯共聚物C是丙烯单体单元含量为70-89重量％的丙烯共聚物，其密度在0.855-0.899g/cm³之间，熔融指数(230℃/2.16kg)在0.1-30g/10min之间。基于100重量％的上述苯乙烯嵌段共聚物混合物，所述苯乙烯嵌段聚合物A的含量在30-90重量％之间，丙烯聚和物B和/或丙烯共聚物C的总含量在10-70重量％之间。

在本发明的制造方法中，所述苯乙烯嵌段共聚物A可以是下述几类聚合物中的一种或者其中几种的混合物：苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-异戊二烯/丁二烯-苯乙烯(SIBS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)等。

在本发明的制造方法中，所述聚烯烃弹性体混合物可包含塑料加工助剂(PPA)诸如含氟添加剂或硅油母粒，优先采用含氟添加剂。

可选的本发明中还可以包含塑料工业常用加工助剂如：抗氧化剂、UV稳定剂、除酸剂、抗静电剂、润滑剂、成核剂、相容剂、脱模剂、吸水剂、增白剂、填充剂、着色剂、PPA含氟助剂等，所述添加剂的含量为0.05-10重量％、优选至多5.0重量％、更优选至多3.5重量％。

所述[0014]步骤到[0021]步骤中任一种制造方法制成的聚烯烃弹性纤维可以是长丝、粗细节丝、变形丝或异形纤维，纤度为10旦-1000旦。

利用本发明制造方法而制成的聚烯烃弹性纤维,所述的弹性纤维在拉伸至2.0-3.5倍于原长的情况下，可以耐受110℃-150℃的纺织品后续加工温度而不易断裂。

利用本发明制造方法而制成的聚烯烃弹性纤维,所述的弹性纤维在经过110℃-130℃相对低温的热定型后就有85％-90％以上的定型效果。

利用本发明制造方法而制成的聚烯烃弹性纤维,所述的弹性纤维在拉伸300％后的弹性回复率在90％以上。

此外，本发明还涉及使用上述弹性纤维用于与其它纤维或纱线一起制成的混纺纱或者复合纱线(例如：包芯纱、包覆纱或者包缠纱等)，所述其它纤维或纱线包括合成纤维、天然纤维及类纤维类材料等。

本发明还涉及使用上所述弹性纤维直接加入或以混纺纱、复合纱线形式运用到纺织织物或者线绳的制作中去，制成弹性纺织品或者弹性线绳制品，以及在纺织品或者弹性线绳领域的应用。

具体实施方式

在下文中将对本发明进行详细说明。

本发明中的术语“聚烯烃弹性纤维”是指采用聚烯烃弹性体或以聚烯烃弹性体为主的混合物经熔融纺丝所制成的弹性纤维。

本发明中的术语“聚烯烃弹性体”材料可包含下列四种类型的聚烯烃弹性体之一或者几种类型的聚烯烃弹性体的改性混合物：

1)乙烯基的聚烯烃弹性体，主要包括乙烯-丙烯，乙烯-丁烯、乙烯-戊烯、乙烯-己烯、乙烯-庚烯、乙烯-辛烯、乙烯-壬烯、乙烯-癸烯以及上述聚烯烃弹性体的同系异构体等共聚物之一或其中几种的混合物，市售产品如一些乙烯基POE产品(一般为乙烯-辛烯共聚物)，通常其熔点小于100℃。

2)丙烯基的聚烯烃弹性体，丙烯基的聚烯烃弹性体包括丙烯-丁烯、丙烯-戊烯、丙烯-己烯、丙烯-庚烯、丙烯-辛烯、丙烯-壬烯、丙烯-癸烯以及上述聚烯烃弹性体的同系异构体等共聚物之一或其中几种的混合物，通常其熔点小于100℃。

3)聚烯烃嵌段共聚物,或乙烯/α-烯烃共聚物，是上述[0031]1)传统乙烯基聚烯烃弹性体的改进型，其耐热/耐磨/回弹性都有所改善，其熔点在120℃左右。

4)聚苯乙烯类嵌段共聚物，是一种特殊的聚烯烃弹性体(它本质上属于碳氢化合物，仅包含“C-C”和“C-H”健，因此可列入)。它具备硬质的聚苯乙烯末端嵌段和柔软的橡胶中间嵌段的两相结构,回弹性好，但因聚苯乙烯段的玻璃化温度在95℃左右，苯乙烯类嵌段共聚物的使用温度在60-80℃之间。

本发明中的术语“苯乙烯嵌段共聚物”是指一种独特的热塑性聚烯烃弹性体材料。它具备硬质的聚苯乙烯末端嵌段(即“PS硬链段”，以下简称“硬链段”)和柔软的橡胶中间嵌段(即“软链段”，以下简称“软链段”)的两相结构。聚苯乙烯末端嵌段(硬链段)聚集构成物理接枝点/交联点，无需硫化即可将聚合物大分子相对固定，从而提供良好的强度；而橡胶中间嵌段(软链段)提供弹性性能。依据氢化程度的不同，苯乙烯嵌段共聚物可分成不饱和苯乙烯嵌段共聚物(USBS)，例如SIS,SBS；部分饱和苯乙烯嵌段共聚物，例如SIBS；全氢化苯乙烯嵌段共聚物(HSBC)，例如SEBS、SEEBS、SEPS、SEEPS等。

本发明中的术语“聚烯烃弹性体混合物”是指含至少一种苯乙烯嵌段共聚物A，以及至少一种丙烯聚合物B和/或至少一种丙烯共聚物C，在添加了适当的塑料加工助剂后经过混合、熔融搅拌、造粒后所形成的混合物颗粒。

本发明中的术语“嵌段共聚物”是指由两种或多种链段相互镶嵌而形成的嵌段共聚物产物，即两种或多种单体单元在共聚体主链上成段存在。

本发明中的术语“聚合物”是指通过聚合一种或多种单体而制备成的聚合化合物。这里所用的通用术语“聚合物”包含术语“均聚物”、“共聚物”等。聚合物一般在一个反应器或聚合反应容器中制备，但是也可以使用多个反应器或聚合反应容器制备。

本发明中的术语“共聚物”又称为共聚体，是指由两种或两种以上不同单体经聚合反应而得的聚合物。术语“共聚物”包括术语“无规共聚物”、“交替共聚物”、“嵌段共聚物”、“接枝共聚物”、“二元共聚物”、和“三元共聚物”等。

本发明中的术语“无规共聚物”是指二种或多种单体在生成的共聚物主链上呈不规则排列的聚合物，例如÷÷÷÷M₁M₁M₂M₂M₂M₁M₂M₁M₂M₂M₁÷÷÷÷。

本发明中的术语“熔融指数”是指MFR(英文：MeltFlowRate,“MFR”，或MeltIndex,“MI”，中文亦称：“熔体流动速率”或者“熔体流动指数”)，是指聚合物熔体在规定温度和负荷(压力)作用下，10分钟通过标准口模的质量(g)，单位为g/10min。

本发明中的术语“耐热性”是指纤维形式的聚烯烃弹性体混合物通过本发明中耐受高温烘焙试验的能力。

所述术语“耐受”是指纤维形式的聚烯烃弹性体混合物能够在一定温度下经过所需各种加工步骤而不断裂。

本发明涉及一种新型聚烯烃弹性纤维的制造方法，包含如下步骤：

a)通过共混来提供一种聚烯烃弹性体混合物，其包含至少一种苯乙烯嵌段共聚物A、以及至少一种丙烯聚合物B和/或至少一种丙烯共聚物C；

b)对所述聚烯烃弹性体混合物使用适合于共聚物造粒的造粒机将混合物熔融后重新造粒，从而得到各组分充分混合后的苯乙烯嵌段共聚物混合物；

c)对所述聚烯烃弹性体混合物进行熔融纺丝从而得到所述的弹性纤维。

其中，所述苯乙烯嵌段共聚物A，其苯乙烯/橡胶比例在10:90-30:70之间，熔融指数(230℃/2.16kg)在0.5-30g/10min之间。所述丙烯聚合物B是丙烯单体单元含量为90重量％以上的丙烯聚合物，其密度在0.900-0.915g/cm³之间，熔融指数(230℃/2.16kg)在1.0-50g/10min之间,其熔点>160℃。所述丙烯共聚物C是丙烯单体单元含量为70-89重量％的丙烯共聚物，其密度在0.855-0.899g/cm³之间，熔融指数(230℃/2.16kg)在0.1-30g/10min之间。基于100重量％的上述苯乙烯嵌段共聚物混合物，所述苯乙烯嵌段聚合物A的含量在30-90重量％之间，丙烯聚和物B和/或丙烯共聚物C的总含量在10-70重量％之间。

苯乙烯嵌段共聚物A

所述苯乙烯嵌段共聚物A可以是任一市售商品或根据现有技术进行制备的苯乙烯嵌段共聚物，只要其苯乙烯/橡胶比例在10:90-30:70之间，熔融指数(230℃/2.16kg)范围在0.5-30g/10min之间。

在本发明的制造方法中，所述苯乙烯嵌段共聚物A可以是下述几类聚合物中的一种或者其中几种的混合物：苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-异戊二烯/丁二烯-苯乙烯(SIBS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)等。

丙烯聚合物B

所述丙烯聚合物B是丙烯单体单元含量为90重量％以上的丙烯聚合物，其密度范围在0.900-0.915g/cm³之间，熔融指数(230℃/2.16kg)范围在1.0-50g/10min之间，熔点在160-169℃之间。

当所述丙烯聚合物B的丙烯单体单元含量为90质量％时，所述丙烯聚合物B是丙烯均聚物，并且可使用市售商品或根据现有技术进行制备。

当所述丙烯聚合物B是丙烯单体单元含量为90重量％以上的丙烯共聚物时，除了丙烯之外，所述丙烯共聚物还可以包含乙烯和/或至少一种C4-C20烯烃。所述C4-C20烯烃单体的非限制性例子包括：α-烯烃单体，例如，1-丁烯、异丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、其支链异构体、苯乙烯、α-甲基苯乙烯及它们的混合物。所述C4-C20烯烃单体及聚合条件可视需要进行选择，只要能够满足丙烯聚合物B的密度范围在0.900-0.915g/cm³之间，熔融指数(230℃/2.16kg)范围在1.0-50g/10min之间，优选熔融指数范围在2.0-30g/10min之间，更优选熔融指数范围在5.0-25g/10min之间。

丙烯共聚物C

所述丙烯共聚物C是丙烯单体单元含量为70重量％-89重量％的丙烯共聚物，其密度为0.855-0.899g/cm³，熔融指数(230℃/2.16kg)为0.1-30g/10min。除了丙烯之外，所述丙烯聚合物B还可包含乙烯、和/或C4-C20烯烃。所述C4-C20烯烃单体的非限制性例子包括：α-烯烃单体，例如，1-丁烯、异丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、其支链异构体、苯乙烯、α-甲基苯乙烯及它们的混合物。所述C4-C20烯烃单体及聚合条件可视需要进行选择，只要能够满足丙烯共聚物B的密度为0.855-0.899g/cm³，熔融指数(230℃/2.16kg)为0.1-30g/10min即可。

在本发明的制造方法中，所述聚烯烃弹性体混合物可包含塑料加工助剂(PPA)诸如含氟添加剂或者硅油母粒，优先采用含氟添加剂。

PPA助剂是由含氟高分子聚合物为基础结构的聚合物加工助剂，PPA助剂广泛应用于聚乙烯(包括LLDPE，mLLDPE，MDPE，HDPE，HMW-HDPE,LDPE,VLDPE等),乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)，聚丙烯(PP)，聚氯乙烯(PVC)，聚苯乙烯(PS)，尼龙，聚酯PET，以及PC，ABS等工程塑料的加工。PPA助剂在工程塑料加工中的主要作用包括：

1)降低表观粘度、挤出机压力和挤出温度；

2)减少甚至消除熔体破裂现象和模口积料现象；

3)减少熔体与螺杆之间的粘性、提升螺杆的清洁能力；

4)减少挤出过程中的接枝凝胶和氧化凝胶；

5)提供优异的耐高温加工性能；

6)使最终产品具有更佳的表面光洁度和外观、不易断裂。

在本实施例中使用PPA助剂的主要作用是改善树脂的加工性能、降低熔体压力、改善熔体流动性、降低加工扭矩能耗、增加产品挤出质量，提高产效、提高产品表面光泽度，减少挤出过程中的氧化凝胶，同时也减少了喷丝口积料、降低纺丝断裂情况，而且降低了熔体对于纺丝管路的粘性，提升纺丝设备的使用寿命。

本发明的聚烯烃弹性体混合物中可以视需要进一步包含各种常规的添加剂，例如：抗氧化剂、UV稳定剂、除酸剂、抗静电剂、润滑剂、成核剂、相容剂、脱模剂、澄清剂、填料、着色剂、吸水剂等。基于聚烯烃弹性体混合物的重量，所述添加剂的含量为0.05-10重量％、优选至多5.0重量％、更优选至多3.5重量％。

可以将上述添加剂添加到聚烯烃弹性体混合物中。通常这些添加剂在造粒挤出过程之前预先与混合物搅拌均匀，或在造粒挤出过程中通过单独的失重式喂料机或螺杆喂料机按重量比、与混合物分别加入到造粒机的进料口中。

对于所述本发明制造方法[0015]步骤a)中的混合，可使用常规的立式颗粒混料机、卧式混料机、双锥混合机、槽型混合机、高速混合机、双动混合机、三维混合机等。为了获得更均匀的混合效果，可以在初次混合后，通过[0016]步骤b)使用常规的捏合或混合设备，例如班伯里混合机、双辊橡胶辊炼机、Buss共捏合机、双螺杆挤出机、三螺杆挤出机等进行二次混合、或使用橡胶间隙混合机(RubberBatchMixer)叠加螺杆挤出造粒机进行二次混合造粒，由此获得混合均匀的颗粒原料。需要注意的是，聚烯烃弹性体混合物的各主要组分必须在混合造粒前确保被充分干燥。

在所述本发明制造方法[0017]步骤c)中，可以将步骤b)中所获得的聚烯烃弹性体混合物之颗粒原料直接使用熔融纺丝法来进行纺丝，亦即：将聚烯烃弹性体混合物之颗粒原料在单螺杆挤压机中高温熔融、经过密封加热的管道输入纺丝箱体、然后通过喷丝计量泵将熔体压入喷丝头、熔体从喷丝头流出形成细丝、细丝经冷凝形成纤维、然后再用纺丝卷绕头受丝卷取成丝饼等过程。

本发明中可使用适合于纺熔融纺氨纶设备或类似的设备来进行纺丝，通常纺丝的速度在400-1000米/分钟之间，纺丝温度可视需要由本领域技术人员根据常识进行调整。

本发明中所述聚烯烃弹性体混合物可制成纤度为10旦-1000旦的弹性纤维。当将本发明聚烯烃弹性体混合物制成纤度大于140旦的弹性纤维(在本发明中，纤度大于140旦的弹性纤维亦称为粗纤)时，在纺丝卷绕过程中，可能需要使用水冷来代替空气冷却，以防止所述的弹性纤维粘结在导丝辊上或者相互粘连。

本发明中的术语“旦”全称“旦尼尔”、英文Denier简写“D”，是指9000米长的纤维或纱线在公定回潮率时重量的克数，其可通过公式：D＝(G/L)×9000(式中：G为纤维或纱线在公定回潮率时的重量(克)，L为纤维或纱线的长度(米))来进行计算。克重越大，亦即旦数越高，表明纤维或纱线越粗。

本发明中的术语“tex”是指特克斯，英文TEX，简称特，是指1000米长的纤维或纱线在公定回潮率下重量的克数，其可通过公式：tex＝(G/L)x1000(其中：G为纤维或纱线在公定回潮率时的重量(克)，L为纤维或纱线的长度(米))来计算。克重越大，亦即特数越高，表明纱线越粗。

本发明中的术语“dtex”是指分特，是指10000米长的纤维或纱线在公定回潮率下重量的克数。其可通过公式：dtex＝(G/L)x10000(其中：G为纤维或纱线在公定回潮率时的重量(克)，L为纤维或纱线的长度(米))来计算。克重越大，亦即分特数越高，表明纱线越粗。

根据上述定义可知，D与tex、dtex可互相换算，1tex＝1/10dtex＝1/9D。

本发明所述的聚烯烃弹性体混合物可视需要进行纺丝从而形成长丝、粗细节丝、变形丝、或异形纤维，或者与其它共聚物形成复合纤维。

本发明中术语“单丝”是指用单孔喷丝头纺制而成的一根连续单纤维。

本发明所述的聚烯烃弹性体混合物可视需要进行纺丝从而形成长丝、粗细节丝、变形丝、或异形纤维，或者与其它共聚物共纺形成复合纤维。

本发明中术语“长丝”是指长度以千米计的纤维，可分为：单丝、复丝、帘线丝。

本发明中术语“复丝”是指由二根或二根以上单纤维组和而成的复合丝条。

本发明中术语“粗细节丝”是指在纺丝过程中通过技术手段或特殊附加设备成形不均匀粗细、交替出现粗节和细节部分，以达到特殊使用要求的丝或纱。

本发明中术语“变形丝”是指通过技术手段或特殊附加设备对纤维进行变形加工处理后的丝或纱。

本发明中术语“异形纤维”是指经一定几何形状(非圆形)喷丝孔纺制的具有特殊截面形状的化学纤维。

本发明中术语“复合纤维”是指截面上存在两种或两种以上不相混合、性能有差异的聚和物，截面可分为并列型、皮芯型、裂离型、海岛型等。

本发明还涉及使用本发明所述的弹性纤维与其它纤维或纱线一起制成的混纺纱或者复合纱线，例如包芯纱、包覆纱或者包缠纱等，所述“其它纤维”包括合成纤维和天然纤维。

本发明中的术语“混纺纱”是指由两种或两种以上纤维组成的混纺纱线，例如涤/棉混纺纱、毛/涤混纺纱、毛/腈混纺纱、涤/粘/腈混纺纱、真丝/棉纱交捻纱等。

本发明中的术语“天然纤维”包括例如各种羊毛、兔毛、驼毛或其它动物毛发、蚕丝、棉花、麻或其它植物纤维以及石棉纤维等。

本发明中的术语“复合纱线”是指由两种或两种以上纤维、按一定的规律组合的纱线。优选的复合纱线包括：使用本发明所述的弹性纤维长丝与其它纤维一起制成包芯纱、包覆纱或者包缠纱。

本发明中的术语“包芯纱”是指由以强力或者弹性较好的合成纤维长丝为芯丝，外包棉、毛、粘胶纤维等纺织用短纤维一起加捻而纺制成的复合纱线。本发明所述的包芯纱具体由其它纺织用短纤维通过纺织业内所熟知的包芯纺纱设备包覆于本发明所述的弹性纤维长丝上形成的包芯纱。适用于本发明中的“纺织用短纤维”包括但不限于下列三类：

一)棉纤维、类棉纤维的天然纤维以及切断为30-40mm长度的化学短纤维，纺织业内称为“棉型短纤维”。

二)羊毛、驼毛、兔毛、羊绒、类羊毛动物纤维以及切断为70-150mm长度的化学短纤维，纺织业内称为“毛型短纤维”。

三)切断为51-76mm长度的化学短纤维，纺织业内称为“中长型短纤维”。

本发明所述术语“包覆纱”是指以强力或者弹性较好的合成纤维长丝为芯丝，通过空气打结方式包覆住芯丝而制成的复合纱线。本发明所述的包覆纱具体由其它复合长丝纤维通过纺织业内所熟知的空包纺纱设备包覆于本发明所述的弹性纤维长丝上形成的包覆纱。适合于上所述的包覆纱的外包“复合长纤维”包括但不限于：尼龙长丝、涤纶长丝、黏胶长丝、腈纶长丝、天丝长丝、丙纶长丝等各类化纤长丝，优选使用尼龙长丝、涤纶长丝、黏胶长丝、腈纶长丝等生产相应的包覆纱。

本发明所述术语“包缠纱”是指以强力或者弹性较好的合成纤维长丝为芯丝，采用其他复合长纤维或者纱线通过围绕芯丝包缠的方式包缠住芯丝而制成的复合纱线。本发明所述的包缠纱具体由其它复合长丝纤维或者纱线通过纺织业内所熟知的包缠纺纱设备包缠于本发明所述的弹性纤维长丝上形成的包缠纱。适合于上所述包缠纱的外包“复合长纤维或者纱线”包括但不限于：尼龙长丝、涤纶长丝、黏胶长丝、腈纶长丝、天丝长丝、丙纶长丝等各类化纤长丝已及各类棉纱、涤棉纱、棉腈纶、涤纶纱、棉粘纱、棉锦纱、锦粘纱等各类纱线，优选使用尼龙长丝、涤纶长丝、黏胶长丝、腈纶长丝、棉纱、涤棉纱、棉腈纱等生产相应的包缠纱。

采用上述成纱方法制得的复合纱线产品兼有各组成纤维的特点，并可根据需要获得特殊的外观效果。

根据本发明的制造方法所制备的聚烯烃弹性纤维长丝以及包含根据本发明的制造方法所制备的聚烯烃弹性纤维的复合纱线(即上述的包芯纱、包覆纱、包缠纱等复合纱线)可用于纬编弹性针织面料、经编弹性针织面料、弹性梭织面料、弹性绳索等的制作，在纺织或绳索领域中具有非常广泛的用途。

实施例

本发明将通过以下实施例进行进一步详细说明。

将如表1所示的各组分预先充分干燥后分别添加到搅拌预混合机中，再根据需要添加适当的塑料加工助剂后进行预混合，然后分别输送到双螺杆挤出机中进行熔融混合后再造粒烘干，从而为每个实施例生产5到10公斤所述的聚烯烃弹性体混合物颗粒，并分别标记实施例的编号以区分不同实施例进行后续试样及测试。

如上所述的聚烯烃弹性体混合物中主要添加的添加剂还包括：抗氧化剂、UV稳定剂、抗静电剂、润滑剂、成核剂、相容剂、脱模剂、着色剂等。基于聚烯烃弹性体混合物的重量，所述添加剂的总重量百分比在0.8％-3.5％之间。

根据GB/T3682-2000《热塑性塑料熔体流动速率和熔体体积流动速率的测定》，在260℃和2.16kg负载条件下测定所获得的聚烯烃弹性体混合物颗粒的熔体流动速率。结果如表1所示。

表1比较例和实施例的组成和含量(重量％)及混合后混合物熔融指数：

注1)美国陶氏化学公司产品，聚烯烃弹性体OBC-9107，熔融指数(190℃/2.16kg)MFR：1.0g/10min，密度：0.866g/cm³；

注2)美国陶氏化学公司产品,聚烯烃弹性体OBC-9507，熔融指数(190℃/2.16kg)MFR：5.0g/10min，密度：0.866g/cm³；

注3)中国台橡(南通)实业有限公司产品，SEBS-6014，熔融指数(230℃/2.16kg)MFR：5.0g/10min，苯乙烯PS含量16.5％-19.5％，密度：0.91g/cm³；

注4)日本旭化成公司产品，SEBS-1221，熔融指数(230℃/2.16kg)MFR：4.5g/10min，苯乙烯PS含量12％，密度：0.89g/cm³；

注5)日本三井化学公司产品，PN-3560，熔融指数(230℃/2.16kg)MFR：6.0g/10min；密度：0.866g/cm³,熔点：160℃。

注6)中石化燕山石化公司产品，PP-3804，熔融指数(230℃/2.16kg)MFR：20g/10min，密度：0.91g/cm³，熔点：165℃。

注7)美国3M公司产品，PPA-5924，含氟高分子聚合物助剂。

注8)非电子交联聚烯烃弹性纤维，D22F40D,山东柔卡新材料科技有限公司。

为了更准确地评估实际纺丝时的聚烯烃弹性体混合物熔体流动速率，选择260℃/2.16kg作为测试条件来测量所述聚烯烃弹性体混合物的熔融指数MFR。

随后，除开比较例2，将在比较例和实施例中所获得的聚烯烃弹性体混合物造粒后的试验样品分别在25mm单螺杆单头纺丝机上进行纺丝，喷丝板的孔径是1.0mm，纺丝速度设定为450m/min，纤维的纤度为111dtex(约100旦)。实施例和比较例中，螺杆挤出机的温度区设定为：150℃-235℃-245℃-255℃-265℃，而纺丝头(包括喷丝板)的温度设定为265℃，纺丝的具体工艺条件按照本行业技术人员的经验进行相应的调整。

所获得的各纤维样品在YG008E型纤维强伸测试仪(温州际高检测仪器有限公司)上进行了如下测定。

纤维的断裂强度和伸长率

根据FZ/T50006-1994(2007)《氨纶丝断裂强度和断裂伸长率试验方法》进行测定。根据如下设定试验设备：样品夹持距离：50mm；拉伸速度：500mm/min；试验压力感应器测量范围：1000cN。每个样品进行3次有效试验，3次试验所获得数据的平均数为所测定样品的测定结果。结果如表2所示。

纤维的定伸长(300％)弹性回复率

根据FZ/T50006-1994(2007)《氨纶丝断裂强度和断裂伸长率试验方法》进行测定。根据如下设定试验设备：样品夹持距离：50mm；拉伸速度500mm/min。在拉伸应变300％时，第1次拉伸后停留30秒；第2次拉伸时取有张力值那一刻的纤维长度为拉伸回复后长度(L₂)。通过下式进行计算：

拉伸300％后的弹性回复率：Er＝((L₁-L₂)/(L₁-L₀))x100％

式中，L₁为拉伸300％后的纤维长度，此处为200mm；L₂为拉伸回复后长度,L₀为纤维拉伸前夹持长度，此处为50mm。3次试验所获得数据的平均数为所测定样品的测定结果。结果如表2所示。

表2比较例和实施例机械性能测试结果：

从如表2所示结果可知，实施例弹性纤维样品的断裂强度、断裂伸长率以及300％伸长弹性回复率均高于比较例1和比较例2的弹性纤维样品，各个指标同步提升。

从表2所示结果可知，依据本发明所述的方法制造的新型聚烯烃弹性纤维有更高的断裂强度及更高的弹性回复率，尤其是300％伸长弹性回复率的提升非常明显，这是所述弹性纤维在下游行业中正常使用所必需的、也是本发明的技术突破点之一。

其次，将比较例1的弹性纤维样品进一步进行电子辐照交联，辐照剂量分别为60KGy和120KGy。辐照过程在空气中实施。将经过和未经辐照的比较例1弹性纤维样品,未经辐照的比较例2弹性纤维样品以及实施例1和实施例2弹性纤维样品根据如下方法进行耐高温烘培试验，以检验弹性纤维的耐温性。

耐高温烘焙试验

所获得的纤维样品根据如下方法进行高温烘培试验以检验弹性纤维的耐温性：

1)把电热恒温干燥箱(苏州品格烘箱电炉制造有限公司，PG88-1型)预先加热到设定温度，所述设定温度如表3所示。

2)将两条碳胶带(又称高温胶带)胶面朝上、相互平行、相距60mm固定在桌面上，从纺丝获得的试样纤维中取出5段、相距10mm左右平行放置在已经固定好的二段碳胶带上，所以测试用丝的原始长度为60mm的长度。

3)另取一段碳胶带粘住已经放置好的5段待测试试样纤维的碳胶带，使5段待测试纤维夹在2片相互粘住的碳胶带之间；重复此过程，粘住另一片碳胶带。

4)将粘住试样纤维的双层碳胶带折叠后，用夹子夹住固定一头。重复此过程用另一个夹子夹住另一头。

5)将夹住碳胶带的夹子固定在自制的已经预制好的焙烘夹具(自制的预制的焙烘夹具见说明书附图[图1])的一头；将另一个夹子固定在另一头。

6)预制的焙烘夹具套装按照这样设计的：当使二个夹子固定到焙烘夹具之上后，二个夹子之间的距离为210mm，如上述2)所述原始测试丝的长度为60mm，现在被拉伸到210mm，即被拉伸到了原来的(210/60＝3.5)倍。

7)将如上制备的焙烘夹具连同拉伸后待测试的纤维放入已预热到指定温度的电热恒温干燥箱中然后开始计时，烘培10分钟后取出；

8)检查是否有纤维断头，所有纤维样品都断裂标记为“X”，1至2根纤维样品断裂且其余纤维样品不断裂标记为“X(1)”，3至4根纤维样品断裂且其余纤维样品不断裂标记为“X(2)”，没有纤维样品断裂标记为“√”。

需要指出的是，上述5)所述的自制的焙烘夹具在说明书附图[图1]中展示，只是为了便于阐述对样品纤维进行耐热试验的方法及所用工具，所自制的焙烘夹具并非为本发明的创新点之一。

根据如上步骤1)-8)，同一组实施例或者比较例所制成的纤维在同一温度下进行3次重复测定，测试记录表3中的记录数据为3次测试的平均值。要注意的是，在每个设定温度下，每一次测试所使用的纤维都是依照上述步骤1)-8)重新准备的纤维样品。

表3各试样的测定结果：

样品	拉伸倍数	110℃	130℃	150℃
					比较例1(未辐照)	3.5	X	X	X
比较例1(60KGy)	3.5	X(1)	X(2)	X
					比较例1(120KGy)	3.5	√	√	√
比较例2(未辐照)	3.5	√	X(1)	X(2)
					实施例1(未辐照)	3.5	√	√	√
实施例2(未辐照)	3.5	√	√	√

从表3中可以看到，未经辐照或仅经过低剂量辐照的传统的聚烯烃弹性纤维(比较例1)耐热性很差，其原因是它的组成材料是乙烯基的烯烃嵌段互聚物(OBC)，其熔点在120℃左右。只有当辐照剂量达到一定水平后，弹性纤维内部产生了足够的凝胶含量，才能具有耐温性。

从表3中可以看到，非交联的聚烯烃弹性纤维比较例2(见参考文献2，3)耐热性难以达到下游面料行业正常使用的要求(在进行3次、每次5根的130℃焙烘时总共有记录2根丝断裂，断裂比例：2/(5x3)＝13.3％；在进行3次、每次5根的150℃焙烘试验时总共有记录11根次的断裂，11/(5x3)＝73.3％)，这是由于作为比较例2弹性纤维的结晶硬链段的聚丙烯的熔点仅在160-169℃左右决定的。

从表3中可以看到，实施例1和2弹性纤维(未辐照)耐温性能达到了150℃(3次、每次5根的耐温焙烘试验都没有出现断裂情况)，这由于该实施例弹性纤维在材料中采用了足量的聚丙烯(10重量％或以上)及丙烯基共聚物，其熔点高于160℃而且含量合适。

弹性纤维样品热定型效率试验

所获得的新型聚烯烃弹性体弹性纤维样品和市售的普通氨纶弹性纤维根据如下方法进行热定型试验，以比较与验证所述新型聚烯烃弹性体弹性纤维的低温热定型效果。

1)把电热恒温干燥箱(苏州品格烘箱电炉制造有限公司，PG88-1型)预先加热到设定温度，所述设定温度如表4所示；

2)从本发明所述的方法纺丝获得的弹性纤维样品中分别取出单根弹性纤维，将其剪为5根，每根不短于100mm长；

3)采用浙江华峰氨纶股份有限公司的市售氨纶40D作为“比较例3”，以同样的方法进行热定型对比试验；

4)将所述弹性纤维一头(30mm处)用碳胶带(又称高温胶带)固定在铺有毫米方格纸的硬纸板(大小：300mm×300mm)上，纤维的另一头在40mm处用碳胶带黏住，拉伸到140mm处(140/40＝3.5倍拉伸)，固定在硬纸板上，如此每隔40mm平行固定一根纤维；

5)将如上制备的固定有拉伸后的弹性纤维的硬纸板放入已预热的电热恒温干燥箱中，烘培3分钟；

6)从电热恒温干燥箱中取出固定有拉伸后的弹性纤维的硬纸板，将拉伸到140mm处那一头的碳胶带与弹性纤维一起从硬纸板上剥离，让其自由恢复。在室温条件下保持平衡状态30分钟，然后测量经过热定型并松弛后的弹性纤维长度。

计算弹性纤维热定型效率(E_HS)的公式为：

E_HS＝((L₂-L₀)/(L₁-L₀))x100％

式中，L₁为拉伸3.5倍后弹性纤维的长度，此处为140mm；L₂为经过热定型处理、松弛后的弹性纤维长度；L₀为弹性纤维拉伸前原长度，此处为40mm。

根据如上1)-6)步骤，同一种弹性纤维样品在同一温度下进行5次重复测定。需要注意的是，在每个设定温度下，所使用的纤维都是新准备的弹性纤维样品。将5次试验所获得数据求平均值即为该样品的热定型效率测试结果。

从热定型效率的公式中可以看到，当L₂＝L₁时(即弹性纤维样品经过热定型并松弛后完全没有收缩)，所述弹性纤维在经历指定温度的热定型后的内应力完全消除、即热定型效率为100％。

从热定型效率的公式中可以发现，当L₂＝L₀时(即弹性纤维样品经过热定型并松弛后恢复到原长L₀)，所述弹性纤维在经历指定温度的热定型后其内应力一点也没有消除、即热定型效率为0％。

热定型效率的测定结果如表4所示：

样品	拉伸倍数	110℃	130℃
				比较例3氨纶40D	3.5	39.8％	62.5％
实施例1	3.5	85.9％	95.5％
				实施例2	3.5	87.1％	96.8％

从表4中可以看到，传统氨纶在较低的热定型温度(110℃或者130℃)下的定型效果非常差，热定型的效率只有39.8％和62.5％，也就是说传统氨纶在经过110℃或者130℃热定型后氨纶内部的应力只消除了一部分，这样就没有达到热定型消除内应力的目的，使用所述氨纶的面料如果采用相应的低温(110℃或者130℃)进行热定型、所述面料就表现为面料会剧烈收缩、不能正常使用。这也是为什么含有传统氨纶的面料必须要采用180℃-195℃的高温进行热定型的原因(以消除面料内氨纶弹性纤维90％以上的内应力)。

从表4中同时也可以发现，实施例1和2(本发明所述的新型聚烯烃弹性纤维)弹性纤维在经过110℃热定型后就有85％以上的内应力消除率；而在经过130℃热定型后内应力的消除率已经在95％以上，基本达到了热定型的消除弹性纤维内应力的目的。如果表现在含所述弹性纤维的面料上，就达到了热定型的效果。含所述弹性纤维的面料经过低温定型后就可以稳定并正常使用，达到了低温、节能、绿色环保、高效生产的目的。

综上所述，本发明所述的一种新型聚烯烃弹性纤维采用所述的原料混合配方、加工方法、特种添加剂等综合手段，所揭示的新型聚烯烃弹性纤维，既能够耐受正常的大部分纺织面料的加工条件、又可以采用低温热定型来消除所述弹性纤维的内应力，是一种实用的、绿色低能耗、具有很大市场潜力的新产品。

本发明所举例说明的实施例只是为了更清晰的阐述本发明的主旨，并不限制本发明所指明的创新技术及实现路径，对于本领域的专业技术人员而言，在不背离本发明所阐述的技术路径或基本特征的情况下，显然能够以其他类似的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将本发明中阐述的实施例看作是示范性的、非限制性的，本发明所保护的范围由所附权利要求书而不是上述说明性实施例所限定，在不脱离本发明的原理和技术路径的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求书及其等同物限定。

附图说明

附[图1]为焙烘夹具的示意图

焙烘夹具[图1]套装按照这样设计和使用的：

1)使用可以耐300℃以上、并且不易变形的材料制作底座及框架，优选的材料为木材成型板材。

2)裁切180x400mm的成型木材板材作为最基础层，再裁切180x90mm的成型板材4块，分2组叠加分别固定在180x400mm板材的二侧形成凸起的平台，二个凸起的平台之间的距离为220mm左右。

3)采购二个市售的不锈钢夹子，将其中一个夹子固定在一侧的凸起平台上，另一个夹子以活动式定位在另一侧的凸起平台上，并且使二个夹子间的距离为210mm。

4)在不锈钢夹子的内测衬垫耐高温塑料片，以防止在测试时样品直接接触金属而导致样品意外断裂。

5)依据测试样品丝的颜色，在基础底座的内侧平铺不同颜色的纸，以便清晰观察被测试样品丝的变化情况，例如测试白色样品丝时使用黑色纸垫在基础底座上、测试黑色样品丝时使用白色纸垫在基础底座上。

6)需要指出的是，所述的自制的焙烘夹具在说明书附图[图1]中展示，只是为了便于阐述对样品纤维进行耐热试验的方法及所用工具，所自制的焙烘夹具并非为本发明的创新点之一。

结论

本发明的目的在于提供一种新型聚烯烃弹性纤维及其制造方法。这一发明的直接结果是提供了一种新型的不需电子交联的聚烯烃类弹性纤维，它具有良好的耐热性(可以耐受正常纺织面料的加工条件)，比现有的聚烯烃弹性纤维展现了更好的弹性回复率；该新型聚烯烃弹性纤维可以耐受正常纺织面料的加工条件，但是又不需要像传统氨纶弹性纤维那样需要很高的高温热定型、相对低温热定型即可正常使用，显著地简化了生产工艺、降低了生产成本、更为绿色低能耗生产提供了材料支撑。

产业应用前景

本发明提供了一种可低温定型的聚烯烃类弹性纤维的制造方法。该纤维具有良好的耐热性，比现有的聚烯烃弹性纤维展现了更高的弹性回复率，同时简化了生产流程并节约了生产成本，又不需要像传统氨纶那样需要很高的高温热定型，相对低温热定型即可正常使用。根据本发明的制造方法所制备的新型聚烯烃弹性纤维可用于制作各类纺织品面料或者弹性线绳等领域，用途非常广泛。

Claims (9)

1.本发明涉及一种新型聚烯烃弹性纤维的制造方法，包含如下步骤：

a)通过共混来提供一种聚烯烃弹性体混合物，其包含至少一种苯乙烯嵌段共聚物A、以及至少一种丙烯聚合物B和/或至少一种丙烯共聚物C；

b)对所述聚烯烃弹性体混合物使用适合于共聚物造粒的造粒机将混合物熔融后重新造粒，从而得到各组分充分混合后的聚烯烃弹性体混合物；

c)对所述聚烯烃弹性体混合物进行熔融纺丝从而得到所述的弹性纤维。

其中，所述苯乙烯嵌段共聚物A的苯乙烯/橡胶比例在10:90-30:70之间，熔融指数(230℃/2.16kg)在0.5-30g/10min之间；所述丙烯聚合物B是丙烯单体单元含量为90重量％以上的丙烯聚合物，其密度在0.900-0.915g/cm³之间，熔融指数(230℃/2.16kg)在1.0-50g/10min之间,其熔点>160℃；所述丙烯共聚物C是丙烯单体单元含量为70-89重量％的丙烯共聚物，其密度在0.855-0.899g/cm³之间，熔融指数(230℃/2.16kg)在0.1-30g/10min之间；基于100重量％的上述聚烯烃弹性体混合物，所述苯乙烯嵌段聚合物A的含量在30-90重量％之间，丙烯聚和物B和/或丙烯共聚物C的总含量在10-70重量％之间。

2.如权利要求1所述的制造方法中，所述苯乙烯嵌段共聚物A可以是下述几类聚合物中的一种或者其中几种的混合物：苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-异戊二烯/丁二烯-苯乙烯(SIBS)、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)、苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯(SEPS)等。

3.如权利要求1所述的制造方法中，所述聚烯烃弹性体混合物可包含塑料加工助剂(PPA)诸如含氟添加剂或硅油母粒，优先采用含氟添加剂；还可以包含各类塑料加工助剂如：抗氧化剂、UV稳定剂、除酸剂、抗静电剂、润滑剂、成核剂、相容剂、脱模剂、吸水剂、增白剂、填充剂、着色剂、PPA含氟助剂等，所述添加剂的含量为0.05-10重量％、优选至多5.0重量％、更优选至多3.5重量％。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述的制造方法所制成的新型聚烯烃弹性纤维，所述弹性纤维可以是长丝、粗细节丝、变形丝或异形纤维，纤度为10旦-1000旦。

5.如权利要求4所述的新型聚烯烃弹性纤维，其特征在于，所述的弹性纤维在拉伸至2.0-3.5倍于原长的情况下，可以耐受110℃-150℃的纺织品后续加工温度而不易断裂。

6.如权利要求4所述的新型聚烯烃弹性纤维，其特征在于，所述的弹性纤维在经过110℃-130℃相对低温的热定型后就有85％-90％以上的定型效果。

7.如权利要求4所述的新型聚烯烃弹性纤维，其特征在于，所述的弹性纤维拉伸300％的弹性回复率在90％以上。

8.一种使用如权利要求4中所述的新型聚烯烃弹性纤维用于与其它纤维或纱线一起制成的混纺纱或者复合纱线，所述其它纤维或纱线包括合成纤维、天然纤维及类纤维类材料等。

9.一种使用如权利要求4中所述的新型聚烯烃弹性纤维，所述弹性纤维直接加入或以混纺纱、复合纱线形式所制成的弹性纺织品或者弹性线绳制品。

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