一种包括有一层包裹着含有炭黑的导电聚合物芯的合成聚合物的连续绝缘外皮并且具有抗静电性能的合成纤维长丝已经由赫尔（Hull）在美国专利3，803，453号中作了介绍。该专利中所示的芯部截面是圆形的。在某些产品用途场合，诸如在清洁室内穿的工作服，甚至要求进一步消除静电倾向，而且与那些要求将纤维黑度隐蔽起来的希望相反，要求具有较高的芯部可见度。 芯部为三叶形横截面的皮芯型长丝是人们所熟知的。这种皮芯型长丝可以采用美国专利2，936，483号中所介绍的那种类型的喷丝板进行制作。尽管采用这样一种喷丝板可以制作出本发明的有用产品，但是通过纺丝工艺在保持三叶形芯部轮廓方面进行改进则是一项值得努力的目标。本发明不仅提供了一种改进后的纺丝技术还提供了一种能够迅速分散电荷的新型长丝。
图1和图2是本发明的皮芯型长丝地横截面示意图，用以显示三叶形和四叶形芯部以及如何确定所要求的结构参数;
图3是沿图4中3-3截面截取的一块分配板和一块喷丝板的局部剖视图;
图4是图3所示分配板的底视图。
本发明具有两方面的重要内容。它提供了一种包括有一层包裹着由弥散在热塑合成聚合物内的导电炭黑构成的导电聚合物芯部的形成聚合物的合成热塑纤维的连续绝缘外皮且具有抗静电性能的新型合成纤维长丝，该芯部的截面为三至六叶形，并具有至少为2的变性比，每个叶形的L/D比值为1至20，此处L是从叶形两侧的两相邻谷部最低点之间连线的中心点至该叶形最远点的直线的长度，而D是在垂直于L的方向测得的叶形最大宽度。本发明还提供了一种在皮芯型纤维的熔纺过程中能够较好地保持芯部轮廓界限的改进的工艺，在该熔纺过程中，一种聚合物组分构成外皮组分，而一种不同的聚合物组分构成该芯部组分而且其中芯部具有三个或更多的叶形。该工艺包括同步挤压熔融的外皮和芯部各组成组分使它们通过纺纱孔口的过程，从而使外皮组分完全包裹着芯部组分，其改进部分包括通过下述步骤来保持芯部横截面构形：
1）通过一个位于喷丝板毛细孔上方的通道孔口以所要求的多叶形截面送进已熔融的芯部组分料流，
2）沿着通向喷线板毛细孔进入口周边从四周向芯部送进熔融的外皮组分料流以便使其完全包裹着芯部组分，
3）控制熔融的外皮组分料流在沿着喷丝板毛细孔的进入口周边留有空间的部分的流动，以便使流入各叶形之间区域内的料流多于流入叶形区域内的料流，
4）使各熔融组分在离开喷丝板小孔之后进行固化。
静电消散纤维在本专业领域内是众所周知的，而且已在编织业中使用了许多年。一种特别成功的纤维是美国专利3，803，453号中所介绍的那种纤维。这种纤维是由分别作为外皮和芯部的两种热塑性组分在熔融状态下共同挤压制作成的皮芯型双组分纤维。其外皮是绝缘的。其芯部聚合物是通过掺合导电炭黑而具有导电性的。该外皮用来增加纤维的强度，包裹黑色的芯部，并保护芯部以防止当芯部裸露在纤维表面时可能发生的切断和分层。某些当前的最终用途要求纤维具有较大的抗静电效应而对其颜色考虑较少。特别地，存在更强的愿望，希望对芯部颜色看得更清以作为使用芯部受到保护的衣服与芯部未受到保护的衣服的一种区分方法。本申请人已发现这方面可以通过对美国专利3，803，453号的皮芯型纤维进行变性来实现。这种变性主要包括采用与该专利中所用芯部具有相同组分的芯部但芯部的横面形采用三至六叶形，其变性比至少为2，而且每个叶形的L/D比值为1至20。图1示出这样一种截面形。
图1是一皮芯型纤维的横截面示意图，图中示出一个由一外皮所包裹的三叶形芯部，正如在显微照片的放大图片中所见到的。芯部和外皮的特性将在下面进行更详细描述。变性比的确定是本专业技术领域人们熟知的，但为方便起见，可以通过参看图1来确定。该变性比是指三叶形芯部最小外接圆半径与三叶形芯部各叶形最大内切圆半径之比。在图1中，是以A/B表示。
对于各叶形的L/D比值的确定也可参看图1得出。第一条直线是将叶形两侧的两相邻谷部的最低点连起来得到的，而另一条直线L是第一条直线的中心到该叶形的最远点的连线。D值表示在垂直于L的方向上测得的叶形最大宽度。图2是具有四叶形芯部的圆形纤维的横截面图。
本发明的长丝纺丝过程是可以通过常规的二聚合物皮芯型纤维纺丝设备适当地考虑两种组分的不同性能来完成的。这种长丝是很容易采用已知的纺丝技术用例如在美国专利2，989，798号中所介绍的那类聚合物进行制作的。这种用聚酰胺材料的纺丝的工艺在美国专利2，989，798号中作了进一步的描述。已经研制成功一种改进后的新工艺，使具有三，四，五或六叶形芯部的皮芯型双组分纤维在挤出时能较好地保持轮廓界限。下面将对此进行说明。
用于下面例1和例2中的皮芯型双组分丝线纺丝中的改进后的工艺是对常规的皮芯型双组分熔融纺丝工艺的改进。在常规工艺中，芯部喂入聚合物流和外皮喂入聚合物流都被送进到包括滤网和筛网的喷丝板组件中，然后再送到一块将熔融的聚合物流分配到多个小孔上的板，这些孔用于成形芯部，并用外皮包裹该芯部。参看图3和图4将有助于了解该改进的工艺。将芯部聚合物送到通道2并在通向喷丝板5上的毛细孔3的进口上方排出。外皮聚合物经过分配板8的通道7进入板5和板8之间由未示出的垫片保持的空间内。外皮聚合物在喷丝板毛细孔3的进入口附近从四周向芯部聚合物流送进，两种聚合物流以皮、芯关系流过毛细孔3，最终从毛细孔3的排出口处的喷丝板喷孔（未示出）喷出。这种改进的工艺能较好地保持芯部叶形轮廓界限。这是通过控制熔融的外皮组分聚合物流在沿着喷丝板毛细孔的进入口的周边向芯部聚合物流的流动，以便使流入各叶形之间区域内的外皮聚合物流多于流入各叶形区域内的外皮聚合物流的方法来实现的。这可以通过只加大用于使外皮聚合物进入毛细孔的通道中那些导入各叶形之间的区域内的各段通道来实现。因此，如图3和图4所示，在分配板8上腐蚀出若干凹入部分10以便使增加的外皮聚合物流能够流入各叶形间的区域内。
长丝外皮可以由任何可挤压的、合成的、热塑性、成纤聚合物或共聚物组成。这些聚合物包括聚烯烃类，例如聚乙烯和聚丙烯，聚丙烯酸，聚酰胺和成纤分子量的聚酯。特别适用的外皮聚合物是聚亚己基己二酸胺，聚己（内）酸胺，和聚对苯二甲酸乙酯。
本发明的长丝的拉伸能力及其它物理性能主要取决于外皮聚合物。对于强度高的长丝来说，外皮材料可以用具有高分子量的聚合物和那些拉伸比较高的聚合物。虽然本发明的未拉伸的长丝对于某些用途来说可以提供足够的强度，但是经拉伸的长丝要更好些。在某些应用场合，例如在本发明的长丝需与其它长丝一起经受象热流体喷射膨松化处理或其它膨松处理那样的高温处理场合，重要的是外皮聚合物要具有足够高的熔点以避免在这种条件下出现过软或熔化现象。
抗静电纤维的长丝芯部是由弥散在一种热塑性聚合物基体材料中的导电炭黑组成的。该芯部材料的选择主要考虑美国专利3，803，453号详细描述的导电性和加工性能。芯部内的炭黑浓度可以在15%至50%间选择。已经发现20%至35%的含量可在加工性能保持比较合理水平的同时，获得较佳水平的高导电性。
芯部聚合物也可以从外皮所用的同一组材料中选择或者可以选择非成纤材料，因为它是由外皮保护着的。对非抗静电纤维而言，双组分纤维的芯部当然是非导电的。
复合长丝中的芯部横截面面积的大小只需足以达到所要求的抗静电性能，而且按体积计可以低到0.3%，最好是大于0.5%小于35%。其下限值主要取决于在芯部体积比较低的条件下保持合适的芯部连续性的同时制造具有足够均匀质量的外皮/芯部长丝的能力。
可以采用常规的长丝拉伸工艺，但必须小心操作以避免出现导致抗静电纤维的芯部出现断裂或损坏的尖角。一般地说，最好是采用热拉伸，也就是在拉伸过程中，采用某些辅助长丝加热处理。这样做有助于使芯部材料进一步软化并有助于长丝的拉伸。这些抗静电长丝可以与普通合成纤维的未位伸长丝和共同拉伸的长丝合股。
对于一般应用场合，本发明的长丝的每根丝的旦尼尔（dpf）小于50，最好是小于25dpf。
本发明的长丝在所有类型的纺织品最终用途方面，其中包括针织，栽绒，织造和非织造纺织品，都能提供相当好的静电保护。这些长丝可以含有常规的添加剂和稳定剂，例如染料和抗老化剂。这种长丝可以经受种种类型的纺织加工，其中包括卷曲，变形，洗涤和漂白等。这种长丝可以与短纤维纱或长丝纱混合并可用作为短纤维或长丝。
上述长丝可以在纺纱的任何适当工序（例如纺丝、拉伸、变形、合股、倒筒、纺纱）中，或在织物织造过程中与其它长丝或短纤维混合。在这些作业过程中应注意减少抗静电长丝所不希望有的断丝现象
双组分聚合物流一旦喷出喷丝板小孔即进行冷却并开始固化。一般不希望对导电纤维施加太大的纺丝拉伸力，因为这样作会降低抗静电纤维的质量。其它双组分纤维不受这一点的限制。
试验步骤
丝线的强度和伸长率是采用ASTM（美国材料测试标准）D-2256-80测试的。聚酯聚合物的相对粘度（LRV）的测定方法在美国专利4，444，710（Most）中作了所介绍。聚酰胺的相对粘度（RV）的测定方法公开在美国专利4，145，473号（Samuelson）中。纤维的表面电组率的测定是按AATCC（美国纺织化学家和染色家协会）试验方法76-1987号进行的。毡毯的静电特性的测定是用AATCC试验方法134-1986号进行的。静衰变数据是采用Federal Test Mettod Std.No.101C（美国联邦试验方法标准No.101C）的方法4046（1980年3月13日）进行测定的。变性比和L/D比值是如本专业领域人们熟悉知的那样从显微照片所印出的横截面测定得到的。
下述各举例，除了控制装置外，都是用于说明本发明而不是构成对本发明的限定。本发明的多叶形芯部长丝在例1至例3的每一例中都进行了描述。
例1
具有相对粘度为23.5（LRV）的聚对苯二甲酸乙酯的外皮和含有28.4%炭黑的聚乙烯芯部的皮芯型长丝是以每分钟1200米速度进行纺丝和无拉伸卷绕的。随后将这种含有长丝重量6%的导电芯部和含有六根长丝的纱线加热至140℃，并按表1所列拉伸比进行拉伸。具有圆形导电芯部的试样是采用如美国专利2，936，482号中的图11所示相似的喷丝板组件进行纺丝的，而具有三叶形芯部的长丝的纺丝是利用采用了图3和图4所示的喷丝板组件和喷丝板的本发明改进的工艺进行的。该三叶形导电芯部的变性比是5，而L/D比值为3。三叶形芯部纱线比圆形芯部纱线的颜色深一些。在拉伸之后，将这种具导电芯部的纱线通过以5/16英寸的间隔织入100%涤纶的28克特平针织物中。对这些试样测得的纱线和织物的各种性能列入表1中：
表1
芯部形状 圆形 三叶形
拉伸比 2.35倍 2.10倍
总旦尼尔值 35.9 40.0
强度，g/d 1.81 1.61
伸长率，% 28.9 21.4
织物性能
表面电阻
ohms/unit sq. 1.5×10 1.9×10
美国联邦试验方法4046
标准101C（90%衰变）
时间（秒）/2秒充电电平
从：+5KV 33/900 0.23/275
-5KV 9.5/-950 0.20/-300
带有三叶形导电芯部纱线的织物与带有圆形导电芯部纱线的织物相比，具有低得多的表面电阻值和短得多的静衰变时间。
例2
用46RV的尼龙66作外皮，类似于例1中所示的圆形或三叶形导电芯作为芯，制得皮芯长丝纱（40旦尼尔，6根单丝），所不同的是在110℃时以3.2倍的拉伸比对其进行拉伸。三叶形导电芯部的变性比为4而L/D比值为2。将这些导电芯部纤维1225旦尼尔尼龙地毯纱线合股并直接对平绒圈地毯簇绒。两种地毯都是用AATCC134试验方法进行测定。含有带三叶形芯部的纱线的地毯的测量值0.8KV要远低于用带有圆形导电芯部纱线所制成的地毯的测量值1.2KV。
例2
采用美国专利2，936，483号图11中所介绍中喷丝板组件，可以生产出具有由76%的聚对苯二甲酸乙酯外皮包裹着的24%导电芯部的皮芯型产品。制得了具有或者圆形或者三叶形（其变性比为2.0，而L/D为1.0）导电芯部的长丝，芯部含有32.0%炭黑（“Vulcanp”，可从Cabot Corp公司买到），它化合成相当于高熔点指数低密度聚乙烯薄膜状产品。
成品纤维经过21℃的空气冷却，1.84倍的拉伸，并在1372米/分速度下卷绕成6股单丝35旦尼尔产品。在经过减小收缩的热退火（130℃）后，产品织成织物以便进行静电消散测定。
所准备的机织物如下：
非导电纱-150旦尼尔，34根单丝-3.3Z捻度聚酯纤维。
静电消散纱-100旦尼尔，34根单丝-4S捻度聚酯纤维加1根上面所述静电消散纱。
织造工艺：
96根经纱，88根纬纱，8×8人字呢
经纱-1根静电消散纱加23根非导电经纱。
纬纱-2根静电消散纱加22根非导电纬纱。
织物：
A.含有三叶形芯部
B.含有圆形芯部
静电性能
纱线电阻率ohms/cm（长度）（根据试样）
A.3.7×1011
B.7.4×1011
织物电阻率（AATCC 76-1987）ohms/unit squire.（经热定形和洗涤后）
A.经向-2.9×1012，向-2.7×1012
B.经向-大于1×1014，向-大于1×1013