Улучшенные синтетические волокна на основе полиолефинов и способ их получения

Улучшенные синтетические волокна на основе полиолефинов и способ их получения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область изобретения

Изобретение относится к синтетической пряже на основе полиолефина, характеризующейся улучшенными механическими свойствами, улучшенной окрашиваемостью, и способу получения пряжи для изготовления лицевой стороны ковров, текстильных изделий и обивочного материала.

Известный уровень техники

Данное изобретение относится к изобретению, описанному в заявке с регистрационным № 08/787241 на имя Mallonee, поданной 24 января 1997, теперь патент США № 5811040, которая является частичным продолжением заявки с регистрационным № 08/339336 на имя Mallonee, поданной 14 ноября 1994, теперь патент США № 5597650, и частичным продолжением заявки с регистрационным № 08/523470 на имя Mallonee, поданной 5 сентября 1995, теперь патент США № 5620797.

Изобретение относится также к заявке с регистрационным № 08/407507 на имя Mallonee, поданной 14 марта 1995, теперь патент США № 5587118.

Пряжи на основе полиолефина характеризуются низкой стоимостью и химической стойкостью по отношению ко многим жидкостям и, следовательно, представляют интерес для изготовления ковров и текстильных изделий, в том числе пряжи для обивки, где проблемой является окрашивание. Пряжи на основе полиолефина являются также подходящими для технических применений, таких как фильтры. Однако имеется несколько недостатков у обычной пряжи и волокон на основе полиолефина. Например, температура стеклования (Tg) ниже комнатной температуры (т.е. между -5 и -15°С). Вследствие низкой Tg пряжи на основе полиолефинов устойчивость формы при внешней нагрузке при комнатной температуре является ограниченной. Пряжа на основе полиолефина имеет тенденцию адаптироваться к новой форме благодаря молекулярному движению в полимере. В результате этого эластичность ковров, изготовленных с пряжей на основе полиолефина, является нежелательно низкой для использования в качестве волокна для ковровых изделий. Эластичность и другие механические свойства пряжи являются низкими даже при температурах выше, чем комнатная температура. Отверждение при нагревании пряжи на основе полиолефина делает возможной релаксацию внутренних напряжений волокон пряжи и позволяет сохранять форму пряжи после кручения, но отверждение при нагревании не может приводить к устойчивой форме пряжи, если применяют достаточное внешнее напряжение.

Другим недостатком пряж на основе полиолефина является то, что пряжа способна только слабо окрашиваться диспергированными красителями и совсем не способна окрашиваться реакционноспособными (активными) красителями. Цветостойкость таких пряж часто является неудовлетворительной даже при мойке пряжи при низкой температуре.

Из других синтетических волокон найлон был основным вариантом волокон для изготовления ковров, где требуется высокое качество и эластичность. Однако найлон не является волокном без недостатков. Известно, что ковер, изготовленный с найлоновой пряжей, склонен к образованию статических электрических зарядов и поэтому должен быть химически или физически обработан для снижения образования статических зарядов. Другими недостатками найлонового ковра является то, что он легко пачкается. В соответствии с этим, найлоновый ковер обычно подвергают обработкам, которые снижают его тенденцию к загрязнению. Такая обработка, однако, не предотвращает все загрязнение, и обработка не будет эффективной для всего срока службы ковра.

С другой стороны, ковры, изготовленные из полиолефиновых материалов, таких как полипропилен, являются очень стойкими к загрязнению и по природе являются антистатическими. Однако, как указано выше, полипропилен является менее прочным волокном и не может сохранять внешний вид или форму при пролонгированном использовании или использовании в тяжелых условиях или после многократных деформаций.

Аналогичные аргументы в отношении пряжи на основе полиолефина могут быть адресованы для текстильных изделий, в том числе пряжи для обивочного материала, где удаление грязи является особенно трудным. Использование пряжи на основе полиолефина может быть еще более благотворным вследствие низкой стоимости полимера и его превосходной водостойкости, прочности в сухом состоянии и устойчивости к загрязнению. К сожалению, использование пряжи на основе полиолефина ограничивается его низкими механическими свойствами и ограниченным сохранением формы вследствие низкой эластичности такой пряжи и тем фактом, что механические свойства такой пряжи при температурах, выше комнатной, имеют тенденцию быстро снижаться.

Стандартные способы крашения с использованием красильной ванны невозможны для пряж на основе полиолефина, как возможны в случае полиэфирных или найлоновых волокон. В соответствии с этим полиолефиновые полимеры или сополимеры, такие как сополимеры этилена и акриловых мономеров, использовали в сочетании с пряжами на основе полиолефина. Были разработаны другие добавки с аналогичными свойствами для введения аминогрупп в полиолефиновый полимер во время фазы полимеризации. Для достижения окрашиваемости пряж на основе полиолефина дисперсными красителями использовали добавки на основе сложного полиэфира и полярные сополимеры. Крашение пряж на основе полиолефина лиганд-образующими красителями сделали возможным благодаря добавлению соединения никеля. Для стандартных полиолефиновых полимеров было предложено также крашение растворимыми в углеводородах красителями с длинными алкильными цепями. Окрашиваемый полипропиленовый полимер предложен посредством использования специальных дендримеров и сверхразветвленных полимеров. Плазменная обработка была предложена в лабораторном масштабе для введения реакционноспособных групп в поверхность пряжи.

Хотя предшествующие разработки имели ограниченный успех, все из указанных выше способов страдают повышением стоимости, которая снижает конкурентную способность полимера, снижением механических свойств полученной пряжи, формуемости пряж и могут неблагоприятным образом влиять на термическую стабильность пряжи. Свойства устойчивости к загрязнению такой пряжи и цветостойкость окрашенных волокон являются также неприемлемыми или находятся на уровне ниже требуемых величин.

Поэтому остается потребность в улучшенных пряжах и волокнах на основе полиолефина для использования в коврах, текстиле, обивочном материале и других применениях, где свойства полиолефиновых материалов могут быть благотворными.

Краткое изложение сущности изобретения

С точки зрения вышеуказанного и других задач, изобретение предлагает способ изготовления пряж и волокон, имеющих величину денье на элементарную нить (dpf) приблизительно от 1 до приблизительно 30 dpf и улучшенные механические свойства. Способ включает смешивание приблизительно от 55 до приблизительно 95 мас.% полиолефинового полимера и приблизительно от 5 до приблизительно 45 мас.% образующего фибриллы полимера для получения смеси полиолефина и образующих фибриллы полимеров. Экструдер для горячего расплава, в который подают смесь, используют для получения по существу гомогенной расплавленной смеси полиолефина и образующих фибриллы полимеров. Расплавленную смесь затем выдавливают через фильеру, имеющую отношение длины к диаметру (L/D), составляющее приблизительно от 3 до приблизительно 30 при скорости сдвига, составляющей приблизительно от 1000 до приблизительно 5000 обратных секунд, с получением волокна, имеющего полиолефиновую матрицу и удлиненные, по существу прерывные фибриллы образующего фибриллы полимера, диспергированные в полиолефиновой матрице, в результате чего наружная поверхность волокон по существу свободна от фибрилл.

В другом аспекте изобретение относится к пряже, имеющей улучшенные механические свойства и повышенную окрашиваемость. Пряжа включает приблизительно от 55 до приблизительно 95 мас.% полиолефиновой непрерывной фазы и приблизительно от 5 до приблизительно 45 мас.% прерывной фазы фибрилл, диспергированных в полиолефиновой непрерывной фазе, причем фибриллы получены из образующего фибриллы полимера, выбранного из группы, состоящей из полиамидных полимеров и полимеров на основе сложных полиэфиров. Полиолефиновая непрерывная фаза по существу свободна от фибрилл на ее внешней поверхности, пряжа является окрашиваемой реакционноспособными красителями, такими как кислотные или катионные красители, и пряжа проявляет остаточную деформацию приблизительно при 25°С ниже, чем приблизительно 3%.

В другом аспекте изобретение относится к способу улучшения механических свойств пряж, изготовленных из синтетических волокон при температуре выше, чем комнатная температура, включающему:

подачу смеси, содержащей приблизительно от 55 до приблизительно 95 мас.% полиолефинового полимера, приблизительно от 5 до приблизительно 45 мас.% образующего фибриллы полимера и приблизительно от 0 до приблизительно 20 мас.% полиолефинового агента совместимости, выбранного из группы, состоящей из малеатированного полипропилена, малеатированного сополимера этилена/пропилена, малеатированного сополимера стирола/бутадиена/стирола, малеатированного сополимера стирола/этилена/бутадиена/стирола, малеатированного сополимера этилена/пропилена/диенового мономера (EPDM) и малеатированного каучука из этилена/пропилена (EPR), к экструдеру горячего расплава с образованием по существу гомогенной расплавленной смеси полиолефина, образующего фибриллы полимера и агента совместимости;

выдавливание расплавленной смеси через фильеру при скорости сдвига, составляющей приблизительно от 1000 до приблизительно 5000 обратных секунд, причем фильера имеет отношение длины к диаметру (L/D), выбранное между 1 и 3 для достижения повышенной окрашиваемости волокон катионными красителями, и отношение L/D, выбранное между 3 и 30 для достижения повышенной окрашиваемости волокон красителями в растворе, с получением волокна, имеющего полиолефиновую матрицу и удлиненные, по существу прерывные фибриллы образующего фибриллы полимера, диспергированного в полиолефиновой матрице.

Настоящее изобретение является усовершенствованием изобретения, описанного в родственных патентах США №№5587118, 5597650, 5620797 и 5811040 на имя Mallonee, в которых предложен способ смешения несмешиваемых полимеров для получения улучшенной пряжи для лицевой стороны ковров. Показано, что элементарные нити, изготовленные по изобретению, имеют по существу непрерывную полиолефиновую фазу и по существу прерывную фазу фибрилл, диспергированную в полиолефиновой фазе. Прерывная фаза фибрилл придает волокну для ковров на основе полиолефинов свойства типа полиамида и/или сложного полиэфира в терминах эластичности и цветостойкости, но без явных характерных недостатков материала, образующего фибриллы. То есть пряжа проявляет превосходные антизагрязняющие свойства полиолефина и его благоприятные свойства задерживать горение и антистатические свойства, но не проявляет недостатки обычных полиолефиновых волокон. Волокно имеет также меньшую стоимость при получении, чем многие полиамидные и сложные полиэфирные элементарные нити, так как полипропилен в настоящее время приблизительно до 60% дешевле на фунт, чем полиамид и приблизительно на 40% дешевле, чем сложный полиэфир.

Кроме указанных выше свойств, пряжа изобретения включает полиолефиновую матрицу и сложные полиэфирные фибриллы имеют матовое покрытие, таким образом снижающее необходимость добавления наполнителей, таких как диоксид титана, для снижения блеска пряжи, как это требуется для обычных полиамидных волокон для изготовления ковров.

Краткое описание графического материала

Дополнительные преимущества изобретения станут очевидными при помощи ссылки на подробное описание при рассмотрении в сочетании с фигурами, где ссылочные цифры указывают одинаковые элементы в нескольких видах и где:

Фиг.1 является иллюстрацией, но в другом масштабе, предпочтительной конфигурации отверстия фильеры для получения синтетических волокон по изобретению;

Фиг.2 и 3 являются иллюстрациями поперечного сечения, но в другом масштабе, имеющих форму трех выступов или дельта-форму синтетических волокон, изготовленных по изобретению;

Фиг.4 является графическим сравнением предела прочности на разрыв для волокон, изготовленных из отдельных полимеров и смесей полимеров;

Фиг.5 представляет собой микрофотографию полиолефинового волокна после химического травления, полученного способом, в котором отношение L/D фильеры, использованной для получения волокна, меньше, чем 3;

Фиг.6 представляет собой микрофотографию полиолефинового волокна после химического травления, полученного способом, в котором отношение L/D фильеры, использованной для получения волокна, равно 3;

Фиг.7 представляет собой микрофотографию полиолефинового волокна после химического травления, полученного способом, в котором отношение L/D фильеры, использованной для получения волокна, равно 6;

Фиг.8 представляет собой микрофотографию полиолефинового волокна после химического травления, полученного способом, в котором отношение L/D фильеры, использованной для получения волокна, равно 15;

Фиг.9а представляет собой дискретное изображение образца ткани, изготовленной из общепринятой полиэфирной пряжи, после 2500 циклов обработки щеткой;

Фиг.9b представляет собой дискретное изображение образца ткани, изготовленной из общепринятой полиэфирной пряжи, после 10000 циклов обработки и

Фиг.10 представляет собой графическое сравнение механических свойств волокон, изготовленных по изобретению (кривые А и В) и чистых полиолефиновых волокон (кривые С и D) с термической обработкой (кривые В и D) и без термической обработки (кривые А и С).

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Синтетические волокна и пряжи, изготовленные по изобретению с использованием смеси несмешивающихся полимеров, предпочтительно, имеют величину денье на элементарную нить (dpf) приблизительно от 1 до приблизительно 30. Поскольку полиолефин и образующий фибриллы полимер, не смешиваемый с полиолефином, смешивают в расплаве и выдавливают через капиллярные отверстия фильеры в виде расплавленной смеси, каждая из полученных элементарных нитей содержит по существу такое же количество полиолефина и образующего фибриллы полимера, как и расплавленная смесь.

Полученные волокна характеризуются полиолефиновой матрицей с непрерывной фазой, имеющей диспергированные в ней по существу совместно линейные, прерывные удлиненные фибриллы на всем протяжении матрицы. Важным признаком синтетической пряжи на основе полиолефина настоящего изобретения является то, что она имеет эластичность, аналогичную эластичности полиамидной пряжи, такой как найлон 6 и найлон 66, однако имеет устойчивость к загрязнению полиолефиновой пряжи, такой как полипропилен. Кроме того, синтетическая пряжа данного изобретения имеет значительно более высокую окрашиваемость, огнестойкость и механическую прочность при температурах выше, чем комнатная температура, чем чистый или исходный полиолефиновый полимер. Наконец, синтетическая пряжа настоящего изобретения является устойчивой к образованию статических электрических зарядов, обычных для пряжи для ковров на полиамидной основе.

Для обеспечения подходящей смеси несмешиваемых полимеров для изготовления синтетических волокон и пряжи смесь, содержащую приблизительно от 55% до приблизительно 95 мас.% полиолефина, смешивают с образующим фибриллы полимером в количестве приблизительно от 5 до приблизительно 45 мас.%. Предпочтительно, чтобы смесь полиолефина и образующего фибриллы полимера, используемая для изготовления волокон и пряжи данного изобретения, содержала приблизительно от 60 до приблизительно 95 мас.%, более предпочтительно, приблизительно от 70 до приблизительно 85 мас.% и, наиболее предпочтительно, 75 мас.% полиолефина. Образующий фибриллы полимер, предпочтительно, присутствует в смеси в количестве, составляющем приблизительно от 5 до приблизительно 40 мас.%, более предпочтительно, приблизительно от 15 до приблизительно 30 мас.% и, наиболее предпочтительно, 25 мас.% полимера, образующего фибриллы.

Полиолефины, которые могут быть использованы для получения пряжи и волокон изобретения, включают, но не ограничиваются перечисленным, полиэтилен, полипропилен, как гомополимер, так и сополимеры, поли-(1-бутен), поли-(3-метил-1-бутен), поли-(4-метил-1-пентен) и тому подобное, а также комбинации или смеси двух или более из перечисленных выше. Из указанных выше полиолефиновых полимеров особенно предпочтительным является полипропиленовый гомополимер. Полипропилен в массе, подходящий для получения пряжи изобретения, доступен от, но без ограничения указанными источниками, Shell Chemical Company of Houston, Texas, под торговыми знаками NRDS-126-3, 5E40 и 5Е70, Basell Polyolefins Company N.V. of Brussels, Belgium, под торговыми знаками MOPLEN X69S, ADSTIF 855 ADXP, X500251, ADFLEX X102S и Aristech Chemical Company of Pittsburgh, PA, под торговыми знаками D-115-F и D-080-А.

Образующий фибриллы полимер, смешанный с полиолефином для получения элементарных нитей, может быть выбран из группы, состоящей из полиамида и/или сложного полиэфира. Полиамидные полимеры, которые могут быть использованы, включают продукт конденсации двухосновной кислоты и диамина, таких как адипиновая кислота и гексаметилендиамин (найлон 66) и продукты реакции присоединения мономеров, содержащих как кислотную группу, так и аминогруппу в молекуле, такие как продукт полимеризации ε-капролактама с образованием поликапроамида (найлон 6). Могут быть также использованы более высокие аналоги или смеси найлонов 6 и 66. Из указанного выше найлон 6 является наиболее предпочтительным полиамидом для использования при получении пряжи лицевой стороны ковров настоящего изобретения. Подходящие источники полиамидных полимеров включают, но не ограничиваются перечисленным, полимеры найлон 6, доступные от AQUAFIL S.P.A. of Arco, Italy, под торговым знаком AQ2700 и от BASF Corporation of Asheville, N.C. под торговым знаком Type 403. Могут быть подходящими также другие источники полиамидного полимера.

Сложные полиэфирные полимеры, которые могут быть использованы для изготовления пряжи изобретения, включают, но не ограничиваются перечисленным, продукты поликонденсации дикарбоновых кислот или их ангидридов с двухатомными спиртами и смеси продуктов поликонденсации. Дикарбоновые кислоты и их ангидриды, которые могут взаимодействовать с двухатомными спиртами, включают насыщенные или ненасыщеннные жирные кислоты и их ангидриды, такие как малеиновая, фумаровая, фталевая и адипиновая кислоты и ангидриды. Особенно предпочтительной дикарбоновой кислотой или ее ангидридом является фталевая кислота или ее ангидрид.

Двухатомные спирты, которые подвергают взаимодействию с дикарбоновыми кислотами или их ангидридами с получением полиэфирных полимеров, включают, но не ограничиваются перечисленным, алкиленгликоли, имеющие приблизительно от 2 до приблизительно 10 атомов углерода. Предпочтительные двухатомные спирты включают этиленгликоль, пропиленгликоли, диэтиленгликоль и дипропиленгликоль. Особенно предпочтительные продукты поликонденсации дикарбоновых кислот или их ангидридов и двухатомных спиртов включают полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат и политриметилентерефталат.

Подходящим источником сложного полиэфирного полимера является полиэтилентерефталатный полимер, доступный от Wellman Corporation, of Johnsonville, C,C. под торговым знаком PERMACLEAR PET. Другие источники полиэфирного полимера, которые могут быть использованы, включают полибутилентерефталатный полимер, доступный от Montefibre of Milano, Italy, под торговым знаком TQ9/04/N и от BASF Corporation of Portsmouth, Virginia под торговым знаком ULTRADUR B 4500. Другим источником является политриметилентерефталат, доступный от Du Pont Company of Wilmington, Delaware под торговым знаком 3GT или SONORA и политриметилентерефталат, доступный от Shell Chemical Company под торговым знаком CORTERRA, а также другие подходящие источники.

Кроме полиолефина и образующих фибриллы полимеров, смесь может содержать приблизительно от 0 мас.% до 20 мас.% полиолефинового агента совместимости. Полиолефиновые агенты совместимости, которые могут быть использованы, могут быть выбраны из нескольких полиолефиновых полимеров, подвергнутых взаимодействию с кислотами или ангидридами, в том числе с фумаровой кислотой, акриловой кислотой или метакриловой кислотой, а также малеатированные полиолефины. Примеры малеатированных полиолефинов включают малеатированный полипропилен, малеатированный сополимер этилена-пропилена, малеатированный сополимер стирола-бутадиена-стирола, малеатированный сополимер стирола-этилена-бутадиента-стирола, малеатированный этилен-пропиленовый каучук (EPR), малеатированный этилен-пропилен-диеновый каучук (EPDM) и их смеси. Источники малеатированных полиолефинов включают, но не ограничиваются перечисленным, POLYBOND 3200, доступный от Uniroyal Chemicals of Middleburg, Connecticut, и EPOLENE E-43, доступный от Eastman Chemical Company of Kingsport, Tennessee.

Синтетическая пряжа изобретения может содержать также любую одну или несколько добавок, выбранных из антипиренов, красителей, пигментов, антиоксидантов, наполнителей, антистатических агентов, веществ для улучшения технологических свойств расплава, УФ-стабилизаторов, термических стабилизаторов, пластификаторов и тому подобное. Особенным преимуществом изобретения является синергическое замедление возгорания пряжи и волокон. Даже если элементарные нити пряжи могут содержать негалогенированный, образующий фибриллы полимер и не содержат антипирены, пряжи по изобретению могут проявлять приблизительно от 45 до приблизительно 75% повышение замедления возгорания относительно чистой полиолефиновой пряжи. Чтобы далее увеличить замедление возгорания синтетической пряжи изобретения образующий фибриллы полимер может быть галогенированным. Например, одна или обе из дикарбоновой кислоты или ее ангидрида и двухатомных спиртов, используемых для получения полиэфирного полимера, могут быть галогенированными. Галогены, которые могут быть использованы, включают хлор, бром и фтор. Если нужно, галогенированные полиэфирные соединения, полученные из галогенированных кислот или спиртов, можно также смешать с другими хорошо известными галогенированными и негалогенированными антипиренами для дальнейшего повышения замедления возгорания волокон и пряжи изобретения.

При желании, смесь полиолефин/образующий фибриллы полимер изобретения может содержать также другие антипирены. Антипирены, подходящие для использования с одним или обоими компонентами смеси, включают, но не ограничиваются перечисленным, бромированный полистирол, гексабромциклододекан, декабромдифенилоксид, этиленбис(тетрабромфталимид), этиленбис(дибромнорборандикарбоксамид), пентабромдифенилоксид, октабромдифенилоксид, декабромдифеноксиэтан, полидибромфениленоксид, галогенированный фосфатный эфир, тетрабромфталевый ангидрид, бис(трибромфталевый ангидрид), тетрабромбисфенол-А, бис-(2-гидроксиэтиловый эфир), тетрабромбисфенол-А, бис-(2,3-дибромпропиловый эфир), дибромнеопентилгликоль, тетрадекабромдифеноксибензол, тригидратрованный оксид алюминия, оксид сурьмы, антимонат натрия, борат цинка, диакрилатный эфир тетрабромбисфенола-А и тому подобное и их смеси.

Предпочтительная система замедления возгорания обычно содержит галогенированное органическое соединение и синергист замедления возгорания, такой как оксид сурьмы. Общее количество антипирена в пряже может составлять приблизительно от 5 до приблизительно 15 мас.% общей массы волокон. Приблизительно при 10 мас.% антипирена часто наблюдается приблизительно 50% повышение замедления возгорания, как определено испытанием на замедление возгорания с панелью излучателя.

Термические стабилизаторы, полезные с используемыми компонентами для получения волокон изобретения, включают, но не ограничиваются перечисленным, кальцевые порошки, стеарат кальция, фенолы и затрудненные фенолы, оксид цинка, ариловые сложные эфиры, гидроксибензофенон, гидроксибензотриазол и тому подобное.

Добавки-антиокислители могут быть выбраны из алкилированных фенолов и бисфенолов, алкилиденбисфенолов, алкилидентрисфенолов, алкилиденполифенолов, тиофенолов, дитиобисфенолов, дитиотрисфенолов, тиополиалкилированных фенолов, продуктов конденсации фенолов, аминов, дилаурилтиодипропионата, дистеарилтиодипропионата, димиристилтиодипропионата, дитридецилтиодипропионата, тетракис(β-лаурилтиопропионата) пентаэритрита, п-бензохинона, 2,5-ди-трет-бутилгидрохинона и тому подобное.

Могут также быть использованы антибактериальные добавки и добавки против клещей пыли. Среди них могут быть выбраны неорганические, имеющие стеклянную фазу добавки или добавки на основе цеолитов. Могут быть также использованы другие типы антибактериальных добавок и добавок против клещей пыли.

Полиолефин, образующий фибриллы полимер и необязательные добавки могут быть объединены различными путями, однако предпочтительным является сухое смешивание компонентов перед подачей смеси к экструдеру. В альтернативном варианте каждый из полиолефина, компонентов-полимеров, образующих фибриллы, и необязательных ингредиентов могут быть введены непосредственно в экструдер в любом порядке, при условии, что время пребывания в экструдере является достаточным, чтобы гарантировать по существу гомогенное смешивание компонентов. Должно быть понятно, что предварительно смешанная, по существу гомогенная смесь полиолефина и образующего фибриллы полимера может также быть введена в экструдер.

Что касается образующего фибриллы полиэфирного полимера, после объединения, смесь полиолефина и полиэфира смешивают в расплаве и экструдируют под давлением с получением по существу гомогенной смеси двух компонентов. Давление, составляющее приблизительно от 700 до приблизительно 2000 фунт/кв. дюйм (приблизительно от 4,8 МПа до приблизительно 13,8 МПа), предпочтительно, используют для получения гомогенной смеси компонентов перед экструзией. Расплавленную смесь выдавливают из фильеры экструдера при температуре в диапазоне от 240°С до приблизительно 300°С через фильерные отверстия. Используемая температура экструдера является функцией вязкости образующего фибриллы полимера в смеси. Когда образующий фибриллы полимер имеет более высокую вязкость, должны быть использованы более высокие температуры экструзии. Например, при использовании найлона 6 температура экструзии, предпочтительно, находится в диапазоне приблизительно от 250°С до приблизительно 290°С. При использовании полиэтилентерефталата температура экструзии, предпочтительно, находится в диапазоне приблизительно от 260°С до приблизительно 300°С.

Нижеследующие фигуры могут быть использованы для иллюстрации других аспектов изобретения. На фиг.1 иллюстрировано капиллярное отверстие (10) для фильеры, используемое для получения элементарных нитей для изготовления волокон и пряжи по данному изобретению. Капиллярное отверстие имеет, предпочтительно, капиллярную конфигурацию с тремя выступами. Капиллярное отверстие (10) имеет выступы (12) по существу равной длины, так что расплавленная смесь течет через капиллярное отверстие (10) в выступы (12), тем самым повышая скорость смещения на расплавленной смеси и заставляя элементарную нить затвердевать по существу обычно в конфигурации с поперечным сечением с тремя выступами (14), как показано на фиг.2, или конфигурации с поперечным сечением в форме дельты (16), как показано на фиг.3. На фиг.2 и 3 полиолефин (18) образует объем элементарной нити с удлиненными, продольно ориентированными фибриллами (20), сделанными образующим фибриллы полимером, диспергированным в элементарной нити, и обычно концентрированными по направлению к центру элементарной нити.

Скорость сдвига расплавленной смеси во время экструзии является другим важным фактором в практике настоящего изобретения для достижения оптимальных результатов. Предпочтительными являются скорости сдвига в диапазоне приблизительно от 1000 до приблизительно 5000 обратных секунд. Особенно предпочтительной является скорость сдвига в диапазоне приблизительно от 2000 до приблизительно 4000 обратных секунд, причем особенно предпочтительной является скорость сдвига приблизительно от 2500 до приблизительно 3800 обратных секунд. Посредством выбора множества капиллярных отверстий подходящего размера, имеющих форму с тремя выступами, может быть достигнута требуемая скорость сдвига для экструзии смеси.

Особенно важным параметром, который нужно принимать во внимание, является отношение высоты или длины (L) отверстия капилляра к среднему гидравлическому диаметру (D) капилляра 10, через который принуждают проходить расплавленную смесь. Предпочтительное отношение L/D находится в диапазоне приблизительно от 3 до приблизительно 30, в зависимости от вязкости расплава полиолефина и образующего фибриллы полимера и от скорости сдвига в отверстии капилляра 10. Для минимализации или по существу исключения присутствия фибрилл на внешней поверхности, предпочтительно, используют отношение в диапазоне приблизительно от 6 до приблизительно 10. Реакционная окрашиваемость волокон с использованием кислотных или катионных красителей может быть повышена посредством использования отношения L/D, составляющего приблизительно от 1 до приблизительно 3. В соответствии с этим, подходящим образом выбранное отношение L/D повышает концентрацию образующего фибриллы полимера внутри полиолефиновой матрицы и снижает средний диаметр фибрилл.

Не претендуя на конкретную теорию, считают, что свойства волокон и пряжи изобретения обусловлены, по меньшей мере, частично, образованием in-situ удлиненных, по существу прерывных фибрилл в непрерывной полиолефиновой фазе. Считается, что образование фибрилл in-situ промотируется несмешиваемостью средний диаметр фибрилл.

Не претендуя на конкретную теорию, считают, что свойства волокон и пряжи изобретения обусловлены, по меньшей мере, частично, образованием in-situ удлиненных, по существу прерывных фибрилл в непрерывной полиолефиновой фазе. Считается, что образование фибрилл in-situ промотируется несмешиваемостью компонентов смеси друг с другом и силой сдвига, воздействующей на расплавленную смесь, когда ее выдавливают через капиллярные отверстия 10 фильеры. Присутствие полиолефинового агента совместимости помогает повысить формуемость и механическую прочность границы между полиолефиновой матрицей и несмешиваемым полимером.

Во время экструзии образуемые полимером фибриллы концентрируются обычно с продольной, установленной в линию ориентацией по направлению к центру капиллярных отверстий 10 фильеры, где сила смещения наименьшая. В результате удлиненные фибриллы диспергируются в непрерывной полиолефиновой фазе, которая концентрируется около стенок отверстий капилляров фильеры, где сила смещения наибольшая. Полиамидные и/или полиэфирные фибриллы и/или фибриллы других полимеров, не смешиваемых с полиолефином, которые образуются силами сдвига, связанными с прохождением материала через отверстия капилляров 10, имеют диаметр в диапазоне от доли микрона до нескольких микрон и длину несколько десятков микронов, тогда как относящаяся к поперечному сечению общая длина каждой стороны содержащих фибриллы элементарных нитей с формой, имеющей три выступа, или дельта-формой, может составлять приблизительно от 1 до приблизительно 3 миллиметров. Фибриллы обычно имеют средний диаметр приблизительно от 0,1 до приблизительно 5 микрон и среднюю длину, составляющую приблизительно от 100 до приблизительно 1000 микрон, в зависимости от отношения вязкости и параметров формования.

Хотя феномен не является полностью понятым, полиолефин превращается в непрерывную фазу, обеспечивая матрицу, капсулирующую полимерные фибриллы. Полимерные фибриллы обеспечивают упрочнение полиолефиновой матрицы, подобное упрочнению, обеспечиваемому стекловолокном в термопластичной или термореактивной смоле. В соответствии с этим, полимерные фибриллы, которые являются более эластичными, чем полиолефин, повышают эластичность пряжи и волокон по сравнению с обычными полиолефиновыми волокнами и пряжей, предоставляя тем самым превосходный материал для изготовления пряжи BCF,CF, применяемой в качестве пряжи для лицевой стороны ковров, пряжи POY, FDY или LDY, применяемой в качестве пряжи для текстиля, пряжи для обивочного материала или штапельную пряжу.

Считается, что другим фактором, вносящим вклад в образование фибрилл в центре элементарной нити, является разность в вязкости расплава между фазами полиолефина и образующего фибриллы полимера. Обычно более низкая вязкость расплава полиолефина может заставить полиолефин протекать значительно более легко через отверстие капилляра 10 у стенок отверстия, где скорость смещения самая высокая, тогда как более вязкий, образующий фибриллы полимер концентрируется на площади отверстия капилляра 10 вдали от стенок. Например, при скорости сдвига 3800 обратных секунд полипропилен имеет вязкость расплава 240 пуаз при 280°С у стенки капилляра. Вязкость расплава при такой же температуре и скорости сдвига для сложного полиэфира, имеющего характеристическую вязкость 0,64, составляет 2600 пуаз и 7800 пуаз для полиэфира, имеющего характеритическую вязкость 0,81 при 280°С. В соответствии с этим, отношение вязкости расплава полиэфирного полимера к вязкости расплава полиолефина, предпочтительно, находится в диапазоне приблизительно от 10:1 до приблизительно 40:1 для получения элементарных нитей изобретения, содержащих полиэфирные фибриллы в полиолефиновой матрице.

При скорости сдвига 2500 обратных секунд полипропилен имеет вязкость расплава 330 пуаз при 260°С у стенки капилляра. Вязкость расплава для такой же температуры и скорости сдвига для найлона 6, имеющего относительную вязкость 2,4, составляет 700 пуаз и 1160 пуаз для найлона 6, имеющего относительную вязкость 2,7. В соответствии с этим, отношение вязкости расплава полиамидного полимера к вязкости расплава полиолефина находится, предпочтительно, в диапазоне приблизительно от 2:1 до приблизительно 3:1 для получения элементарных нитей, содержащих полиамидные фибриллы в полиолефиновой матрице.

После формования элементарные нити вытягивают один или несколько раз, предпочтительно, три раза и затем текстурируют либо соплом с горячим воздухом, либо паровым эжектором. Формование, вытягивание и текстурирование можно проводить как одностадийным, так и двустадийным способом, в зависимости от типа требуемого конечного продукта, подобного пряже BCF (объемная непрерывная пряжа, используемая для производства ковров), CF (непрерывная пряжа, используемая для производства ткани и обивочного материала), применяемой в качестве пряжи для лицевой стороны ковров, пряже POY (предварительно ориентированная пряжа, используемая для получения полностью ориентированной пряжи), FDY (полностью ориентированная пряжа), применяемой в качестве пряжи для текстиля, пряже для обивочного материала или штапельной пряже, и с параметрами, установленными в зависимости от используемого определенного для целей получения окрашенной пряжи для лицевой стороны ковров компоненты, которые объединяют для получения пряжи изобретения, могут, каждый, содержать пигменты или химические красители, или готовые пряжи или волокна могут быть окрашенными. Пригодные неорганические пигменты включают, но не ограничиваются перечисленным, кадмиевую ртуть, кадмиевую ртуть оранжевую, сульфид кадмия желтый, сульфоселенид кадмия, диоксид титана, титановый желтый, титановый зеленый, титановый синий, алюминат кобальта, марганцевый синий, марганцевый фиолетовый, ультрамарин красный, ультрамарин синий, ультрамарин фиолетовый и тому подобное. Органические пигменты включают, но не ограничиваются перечисленным, перманентный красный 2В, периленовый красный, хинакридоновый красный, диазооранжевый, отиазожелтый, изоиндолинон, ганза желтый, фталоцианин зеленый, фталоцианин синий, хинакридон фиолетовый, допамин фиолетовый и тому подобное.

Химические красители включают, но не ограничиваются перечисленным, моно- и дисульфированные кислотные красители, а также трифенилметановые, пиразолоновые, азиновые, хинолиновые красители и нитрокрасители. При использовании пигментные к