专利名称：具有提高的杨氏模量的聚丙烯纱及其制备方法
技术领域：
总体而言，本发明涉及聚丙烯。更具体而言，本发明涉及织造和非织造织物中采用的聚丙烯纱及制备这样的纱的方法。此外，本发明还涉及采用聚丙烯纱的织造和非织造织物。
背景技术：
聚丙烯被用在纱或扁丝的制造中，所述纱和扁丝可用在纺织作业中。特别地，聚丙 烯可用来形成膜和厚度小或减小的类似材料。这样的材料的一个实例为聚丙烯切膜扁丝。聚丙烯切膜扁丝被用于无数应用中。聚丙烯切膜扁丝的常见应用包括地毯背衬；エ业型袋、大袋或包；绳或索具；人工草皮；和土工织物。通常采用挤出法来制造聚丙烯切膜扁丝。但对于某些织造织物应用例如土工织物应用来说，常规制造的聚丙烯切膜扁丝的強度可能不够。聚丙烯膜可以由熔融的聚合物通过众多常规方法形成。例如，在流延膜挤出中，可向冷水浴中或向冷却辊上挤出平膜以便淬火。可以通过用张紧装置热牵伸和退火使膜取向在ー个方向上。也可通过合适的张紧装置使膜取向在两个方向(纵向和横向)上。取向的聚丙烯膜可用于广泛的应用。切膜扁丝可自挤出的聚丙烯膜通过用刀或其他切割装置在淬火之后、使膜取向之前或之后切开膜来制备。然后可通过用张紧装置在纵向上热牵伸并对经拉伸的扁丝退火而将所述扁丝拉伸(即单轴取向)至其初始长度的若干倍。为节省材料并因此节省成本，期望减小扁丝的旦尼尔和膜的厚度，通常是通过增大牵伸比。然而，使用常规聚丙烯组合物时，较高的牵伸比和减小的旦尼尔可能导致物理性质如拉伸断裂载荷、韧度(拉伸断裂应力)和断裂伸长率不可接受的变差。另外，仍存在改善切膜扁丝中使用的聚丙烯组合物的机械性质如拉伸断裂载荷、韧度和断裂伸长率的需要。本发明g在解决该需要。
发明内容
本发明涉及单丝、纱、扁丝或短纤维及它们的制备方法。在本发明的ー个方面，所述单丝、纱、扁丝或短纤维的单丝旦数为1-12，000，牵伸比为2. 5 I至25 I。所述单丝、纱、扁丝或短纤维由聚丙烯组合物制成，所述聚丙烯组合物包含约94重量％至约95重量％的聚丙烯和约5重量％至约6重量％的こ烯含量为共聚物的约16重量％的聚丙烯共聚物的熔体共混混合物。
在本发明的另一个方面，所述单丝、纱、扁丝或短纤维由聚丙烯组合物制成，所述聚丙烯组合物包含约93重量％的聚丙烯、约5重量％的乙烯含量为共聚物的约16重量％的聚丙烯共聚物和约2重量％的添加剂的熔体共混混合物。在本发明的又一个方面，所述单丝、纱、扁丝或短纤维包含占混合物总重量的约92重量％至约95重量％的聚丙烯和约5重量％至约8重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的熔体共混混合物，并且杨氏模量比由聚丙烯均聚物形成的具有同样的横截面形状和旦尼尔的单丝、纱、扁丝或短纤维有至少10%的提高百分数。一种制备切膜扁丝的方法，所述方法包括a)制备组合物，所述组合物包含约94重量％至约95重量％的聚丙烯和约5重 量％至约6重量％的乙烯含量介于共聚物的约8重量％和约25重量％之间的聚丙烯共聚物；b)将所述组合物形成为膜；c)将所述膜切成扁丝；和d)在低于所述组合物的熔点的温度及2. 5 : I和25 : I之间的牵伸比下热牵伸所述扁丝以产生切膜扁丝。在本发明的另一个方面，制备切膜扁丝的方法包括a)制备组合物,所述组合物包含约93重量％的聚丙烯、约5重量％的乙烯含量介于共聚物的约8重量％和约25重量％之间的聚丙烯共聚物和约2重量％的添加剂；b)将所述组合物形成为膜；c)将所述膜切成扁丝；和d)在低于所述组合物的熔点的温度及2. 5 : I和25 : I之间的牵伸比下热牵伸所述扁丝以产生切膜扁丝。在本发明的又一个方面，制备单丝的方法包括a)制备组合物，所述组合物包含约94重量％至约95重量％的聚丙烯均聚物和约5重量％至约6重量％的乙烯含量介于共聚物的约8重量％和约25重量％之间的聚丙烯共聚物；b)将所述组合物形成为长丝；和c)在低于所述均聚物的熔点的温度及2. 5 I和25 I之间的牵伸比下热牵伸
所述单丝以产生单丝。在本发明的再一个方面，制备单丝的方法包括a)制备组合物，所述组合物包含约93重量％的聚丙烯、约5重量％的乙烯含量介于共聚物的约8重量％和约25重量％之间的聚丙烯共聚物和约2重量％的添加剂；b)将所述组合物形成为长丝；和c)在低于所述均聚物的熔点的温度及2. 5 I和25 I之间的牵伸比下热牵伸
所述单丝以产生单丝。所述添加剂包括但不限于着色剂、填料、消光剂、热稳定剂、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、终止剂、抗氧化剂、金属钝化剂、亚磷酸酯、亚膦酸酯、荧光增白剂、硫代增效剂、过氧化物清除剂、成核剂、增塑剂、润滑剂、乳化剂、流变添加剂、催化剂、流动控制剂、光学增白齐U、阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、苯并呋喃酮、喷哚满酮、亲水剂、疏水剂、疏油剂、亲油剂或它们的任意组合。在本发明的一个方面，所述添加剂炭黑。
图I为根据本发明的方法的示意图。图2为比较根据本发明的4600旦尼尔纱与常规的4600旦尼尔聚丙烯均聚物纱的拉伸强度的曲线图。图3为比较根据本发明的1000旦尼尔纱与常规的1000旦尼尔聚丙烯均聚物纱的拉伸强度的曲线图。图4为比较根据本发明的1360旦尼尔纱与常规的1360旦尼尔聚丙烯均聚物纱的拉伸强度曲线图。 发明详述本发明涉及一种聚合物组合物以及由这样的聚合物组合物制得的膜、扁丝、单丝、纱或短纤维。根据本发明制得的扁丝、单丝和纱可用在织造或针织织物中。此外，根据本发明制得的短纤维可用来制造非织造织物或产品。“纤维”指其中长径比大于约10的材料。纤维通常按其直径分类。长丝纤维通常定义为单根纤维直径大于约15单丝旦数、常常大于约30单丝旦数的纤维。细旦纤维通常指直径小于约15单丝旦数的纤维。微细旦纤维通常定义为直径小于约100微米单丝旦数的纤维。“长丝纤维”或“单丝纤维”指不确定(即非预定)长度的材料的连续股，与“短纤维”相反。“短纤维”为确定长度的材料的不连续股(即，已被切割或以其他方式分成预定长度段的股)。根据本发明制得的短纤维可用目前使用的或今后发现的任何方法，包括射流喷网、针刺、热粘结和梳理-粘合加工，制成非织造幅材和织物。“熔纺纤维”为通过熔化本文所述的热塑性聚合物组合物、然后在熔体中拉伸纤维至直径(或其他横截面形状)小于模头直径(或其他横截面形状)所形成的纤维。“纺粘纤维”为通过喷丝头(未示出)的多个细的、通常圆形的模头毛细管以长丝挤出熔融的本文所述的热塑性聚合物组合物所形成的纤维。挤出的长丝的直径快速减小，然后长丝被沉积到收集表面上以形成平均直径通常为约7至约30微米的随机分布的纤维的幅材。“非织造”指具有单根纤维或线随机交织而非如针织或织造织物那样以可识别的方式交织的结构的幅材或织物。根据本发明的纤维可用来制备非织造结构。“纱”指连续长度的加捻或以其他方式缠结的多根长丝(即复丝)，其可用在织造或针织织物及其他制品的制造中。纱可以是包覆的或未包覆的。包覆纱为至少部分地包绕在另一纤维或材料如棉或羊毛的外覆盖层内的纱。可用目前使用的或今后发现的将纤维和纱制成织物的任何方法将纤维和纱制成织物，包括但不限于织造和针织。织造织物通常具有两个主方向，一个为经向，另一个为纬向。纬向也称纬线方向(fill direction)。经向为织物的长度方向或纵向。纬线方向或纬向为从边到边跨过织物的方向或横越织机的宽度的方向。因此，经向和纬向通常彼此垂直。在每个方向上延伸的纱、线或单丝组分别称为经纱和纬纱。可以不同的密度生产出织造织物。这常用每个方向上每英寸的经纱支数和纬纱支数来指定。此值越高，则每英寸有越多的支数，因此，织物密度越大或越高。织物结构的组织图案为其中经纱与纬纱交织的图案。织造织物以这些纱的交织为特征。例如，平纹组织以其中各经纱编织在一根纬纱之上、然后编织在下一纬纱之下的重复图案为特征。纺织工业中通常采用的组织图案有许多变型，本领域普通技术人员熟悉大多数基本图案。虽然引入这些众多织纹图案的公开内容在本申请的范围之外，但本发明可采用基本的平纹、斜纹、缎纹织纹图案。然而，这样的图案仅是说明性的，本发明不限于这样的图案。应理解，根据本文中公开的参数，本领域普通技术人员将容易地确定在本发明的实施中可如何采用给定的组织图案。 相对于平纹组织，斜纹组织在给定的面积中具有较少的交织。斜纹为一种基本的组织类型，存在众多不同的斜纹组织。斜纹组织以单根经纱在之上走过和然后在之下走过的纬纱的数量命名。例如，在2/2斜纹组织中，单根经纱编织在两根纬纱之上、然后编织在两根纬纱之下。在3/1斜纹组织中，单根经纱编织在三根纬纱之上、然后编织在一根纬纱之下。对于自相同类型和尺寸的相同的线或单丝密度的纱构造的织物，斜纹组织比相应的平纹组织织物具有较少的单位面积交织。相对于斜纹和平纹组织，缎纹组织在给定的面积中具有较少的交织。其为另一基本的组织类型，且自其可产生广泛的变型。缎纹组织以组织图案在其上重复的根数命名。例如，五综缎纹组织在五根上重复且单根经纱浮织在四根纬纱之上并在一根纬纱之下走过。八综缎纹组织在八根上重复且单根经纱浮织在七根纬纱之上并在一根纬纱之下经过。对于自相同类型的纱构造的具有相同纱密度的织物，缎纹组织比相应的平纹或斜纹组织织物具有较少的交织。用于制造织物(包括土工纺织品)的方法是本领域熟知的。因此，所采用的织造方法可在适于生产所述织物的任何常规纺织操作设备上进行。此外，可采用任何前述图案组织，只要自其制得的保护层足以提供前述耐切割和撕裂性而同时保持对水、污物和空气的渗透性即可。采用包含本文中所述的新型单丝、纱和/或扁丝的织物的产品的一个实例为降落伞，特别是降落伞的伞盖。降落伞通常包含伞盖、多条吊索(也称吊带或拉索)和连接设备(例如索具、挂钩机构、带等)以向降落伞连接载荷。伞盖限定周缘，各吊索在其上端紧邻周缘接到伞盖。各吊索的下端连接至连接设备。载荷，例如跳伞员或货物，通过固定载荷至连接设备而连接至降落伞。通常，人员和货物的空载运输采用三种基本的降落伞设计类型。一种类型是伞盖大体半球形，吊索连接在伞盖的连续圆形下缘即周缘的周围。另一降落伞设计是冲压空气式降落伞，上下表面大体呈机翼形状，吊索连接至底面。第三类型为十字形或十字降落伞。十字形降落伞的伞盖为大体方形的冠或中部有四个翼或臂连接至四侧，吊索沿臂的外缘连接。这三种基本的降落伞设计有许多变型。对于大的重量和/或为在空中降落过程中提供附加的稳定性，采用超过一个降落伞也是常见的。包含本文中所述的新型单丝、纱和/或扁丝的织造织物可用在降落伞设计中以形成伞盖。降落伞降落的速率和稳定性及伞盖张开的成功与否受到用来制造伞盖的织物的显著影响。期望织物是可悬垂性的并且可易于折叠以便其可缝纫或成型在所需的伞盖设计中并随后封装在紧密展开的容器或袋中。例如，用作降落伞伞盖的采用本文中所述的新型单丝、纱和/或扁丝的织物具有下表I中所述的性质。采用所示的美国试验与材料协会(ASTM)试验方法来评价指定的性质。表I
权利要求
1.一种单丝、纱、扁丝或短纤维，其各自的单丝旦数为1-12，000，牵伸比为2. 5 I至25 1，并且由包含如下组分的组合物制成 约94重量％至约95重量％的聚丙烯和约5重量％至约6重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的熔体共混混合物。
2.根据权利要求I所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约8重量％至约25重量％。
3.根据权利要求I所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中在I%应变下，其各自的韧度高于0. 6g/旦尼尔。
4.根据权利要求I所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中各自的杨氏模量高于3.5GPa。
5.一种单丝、纱、扁丝或短纤维，其各自的单丝旦数为1-12，000，牵伸比为2. 5 I至25 1，并且由包含如下组分的组合物制成 约93重量％的聚丙烯、约5重量％的聚丙烯/乙烯共聚物和约2重量％的添加剂的熔体共混混合物。
6.根据权利要求6所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约8重量％至约25重量％。
7.根据权利要求5所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中在I%应变下，其各自的韧度高于0. 6g/旦尼尔。
8.根据权利要求5所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中各自的杨氏模量高于3.5GPa。
9.根据权利要求5所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中所述添加剂为着色剂、填料、消光齐IJ、热稳定剂、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、终止剂、抗氧化剂、金属钝化剂、亚磷酸酯、亚膦酸酯、荧光增白剂、硫代增效剂、过氧化物清除剂、成核剂、增塑剂、润滑剂、乳化剂、流变添加剂、催化剂、流动控制剂、光学增白剂、阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、苯并呋喃酮、吲哚满酮、亲水剂、疏水剂、疏油剂、亲油剂或它们的任意组合。
10.根据权利要求5所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中所述添加剂为炭黑。
11.一种制备切膜扁丝的方法，所述方法包括 a)制备包含约94重量％至约95重量％的聚丙烯和约5重量％至约6重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的组合物； b)将所述组合物形成为膜； c)将所述膜切成扁丝；和 d)在低于所述组合物的熔点的温度及2.5 : I和25 : I之间的牵伸比下热牵伸所述扁丝以产生所述切膜扁丝。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约8重量％至约25重量％。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述牵伸比为约12 I。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述牵伸比为约6 I。
15.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括对所述切膜扁丝退火。
16.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括原纤化所述切膜扁丝。
17.一种制备切膜扁丝的方法，所述方法包括 a)制备包含约93重量％的聚丙烯、约5重量％的聚丙烯/乙烯共聚物和约2重量％的添加剂的组合物； b)将所述组合物形成为膜； C)将所述膜切成扁丝；和 d)在低于所述组合物的熔点的温度及2. 5 : I和25 : I之间的牵伸比下热牵伸所述扁丝以产生所述切膜扁丝。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约8重量％至约25重量％。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述牵伸比为约12 I。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述牵伸比为约6 I。
21.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括对所述切膜扁丝退火。
22.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括原纤化所述切膜扁丝。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述添加剂为着色剂、填料、消光剂、热稳定剂、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、终止剂、抗氧化剂、金属钝化剂、亚磷酸酯、亚膦酸酯、荧光增白剂、硫代增效剂、过氧化物清除剂、成核剂、增塑剂、润滑剂、乳化剂、流变添加剂、催化剂、流动控制剂、光学增白剂、阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、苯并呋喃酮、吲哚满酮、亲水剂、疏水齐Li、疏油剂、亲油剂或它们的任意组合。
24.根据权利要求17所述的方法，其中所述添加剂为炭黑。
25.—种制备单丝的方法，所述方法包括 a)制备包含约94重量％至约95重量％的聚丙烯均聚物和约5重量％至约6重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的组合物； b)将所述组合物形成为长丝；和 c)在低于所述均聚物的熔点的温度及2.5 : I和25 : I之间的牵伸比下热牵伸所述单丝以产生单丝。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约8重量％至约25重量％。
27.—种制备单丝的方法，所述方法包括 a)制备包含约93重量％的聚丙烯、约5重量％的聚丙烯/乙烯共聚物和约2重量％的添加剂的组合物； b)将所述组合物形成为长丝；和 c)在低于所述均聚物的熔点的温度及2.5 : I和25 : I之间的牵伸比下热牵伸所述单丝以产生单丝。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约8重量％至约25重量％。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述添加剂为着色剂、填料、消光剂、热稳定剂、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、终止剂、抗氧化剂、金属钝化剂、亚磷酸酯、亚膦酸酯、荧光增白剂、硫代增效剂、过氧化物清除剂、成核剂、增塑剂、润滑剂、乳化剂、流变添加剂、催化剂、流动控制剂、光学增白剂、阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、苯并呋喃酮、吲哚满酮、亲水剂、疏水齐Li、疏油剂、亲油剂或它们的任意组合。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述添加剂为炭黑。
31.一种单丝、纱、扁丝或短纤维，其各自在I %应变下的韧度为至少0. 75g/旦尼尔，在2%应变下的韧度为至少I. 5g/旦尼尔，在5%应变下的韧度为至少3. 75g/旦尼尔，并且由包含如下组分的组合物制成 约94重量％至约95重量％的聚丙烯和约5重量％至约6重量％的乙烯含量为共聚物的约8重量％至约25重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的熔体共混混合物。
32.根据权利要求31所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约8重量％至约25重量％。
33.根据权利要求31所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中其各自在1%应变下的韧度为至少0. 9g/旦尼尔，在2%应变下的韧度为至少I. 75g/旦尼尔，在5%应变下的韧度为至少4g/旦尼尔。
34.根据权利要求31所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中其各自在1%应变下的韧度为约Ig/旦尼尔，在2%应变下的韧度为约I. 95g/旦尼尔,在5%应变下的韧度为约4. 6g/旦尼尔。
35.一种单丝、纱、扁丝或短纤维，其各自在1%应变下的韧度为至少0. 75g/旦尼尔，在2%应变下的韧度为至少I. 5g/旦尼尔，在5%应变下的韧度为至少3. 75g/旦尼尔，并且由包含如下组分的组合物制成 约93重量％的聚丙烯、约5重量％的聚丙烯/乙烯共聚物和约2重量％的添加剂的熔体共混混合物。
36.根据权利要求35所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中所述聚丙烯/乙烯共聚物的乙烯含量为共聚物的约8重量％至约25重量％。
37.根据权利要求35所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中其各自在1%应变下的韧度为至少0. 9g/旦尼尔，在2%应变下的韧度为至少I. 75g/旦尼尔，在5%应变下的韧度为至少4g/旦尼尔。
38.根据权利要求35所述的单丝、纱、扁丝或短纤维，其中其各自在1%应变下的韧度为约Ig/旦尼尔，在2%应变下的韧度为约I. 95g/旦尼尔,在5%应变下的韧度为约4. 6g/旦尼尔。
39.一种单丝、纱、扁丝或短纤维，其包含占混合物总重量的约92重量％至约95重量％的聚丙烯和约5重量％至约8重量％的聚丙烯/乙烯共聚物的熔体共混混合物，并且杨氏模量比由聚丙烯均聚物形成的具有同样的横截面形状和旦尼尔的单丝、纱、扁丝或短纤维有至少10%的提高百分数。
全文摘要
本发明涉及单丝、纱、扁丝或短纤维，其各自的单丝旦数为1-12,000，牵伸比为2.5∶1至25∶1，并且由聚丙烯组合物制成，所述聚丙烯组合物包含约93重量％的聚丙烯、约5重量％的聚丙烯/乙烯共聚物和约2重量％的添加剂的熔体共混混合物。此外，本发明公开了一种制备所述单丝、纱、扁丝或短纤维的方法。
文档编号D01F1/02GK102834555SQ201180018568
公开日2012年12月19日 申请日期2011年4月12日 优先权日2010年4月12日
发明者大卫·迈克尔·琼斯, 凯文·纳尔逊·金 申请人:尼科伦有限公司