生产精细非晶形聚合物纤维的方法、精细非晶形聚合物纤维以及用于生产这种纤维的喷丝头的制作方法
【专利摘要】一种方法，包括在400至1500psi的压力下通过喷丝头挤出包含非晶形聚合物组合物的熔体以生产纺丝纤维；在没有抽出纺丝纤维的情况下在进料辊上收集纺丝纤维；由纺丝纤维生产固化的纤维。所述固化的纤维可以具有大于0至2.5dpf的dpf，和小于或等于2％的收缩率。该方法也可以包括在没有使所述固化的纤维经历抽出步骤的情况下，将所述固化的纤维收集至线轴上。一种喷丝头，用于由包含非晶形聚醚酰亚胺的组合物生产至多2.5dpf的纤维，所述喷丝头包括具有多个圆形熔体通道但是没有分布板的模头。还公开了通过所述方法并且由所述喷丝头生产的纤维。
【专利说明】生产精细非晶形聚合物纤维的方法、精细非晶形聚合物纤 维以及用于生产这种纤维的喷丝头
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及纤维和用于生产纤维的系统、方法和装置。更具体地，本发明涉 及精细的旦尼尔非晶形聚合物纤维（如精细的旦尼尔聚醚酰亚胺纤维），以及在没有抽出 纺丝纤维的情况下，通过熔融纺丝聚合物用于生产这样的纤维的系统、方法和装置。
【背景技术】
[0002] 使用针对半晶质材料的熔体和物理特性，即低熔体粘度、优异的热稳定性和结晶 性已经优化完全建立的方法和加工设备已经生产合成纤维很多年。传统上，已经使用半晶 质材料生产合成纤维，这些半晶质材料在熔融状态下具有很低的粘度，并且需要加工方法 或模头设计方法以产生在喷丝头孔图案上均匀的熔体分布。设计喷丝头（spinneret)以有 助于熔体的均匀分布。但是这些设计没有有利地使用非晶形聚合物，包括热塑性塑料诸如 聚醚酰亚胺。使用熔融纺丝方法将非晶形热塑性塑料加工成纤维，是在传统的熔融纺丝线 上尝试的新方法，具有有限的成功。这些问题中的一些可以归咎于加工设备的设计不适合 于非晶体材料。尽管需要，还是没有针对在没有抽出合成的纤维的情况下，通过将其熔融纺 丝来将非晶形热塑性塑料生产成精细纤维以减少它们的旦尼尔的专门设计的熔融纺丝线 (melt spinning line)或喷丝头。
[0003] 传统上，已经使用半晶质材料生产合成纤维，这些半晶质材料在从喷丝头抽出后 结晶，并且轻易地熔融纺丝成每细线2旦尼尔（dpf)及以下的精细的旦尼尔纤维。非晶体 材料在抽出后并不形成晶体，并且因此在使用常规的熔融纺丝方法，将所述过程的抽出部 分拉伸至2dpf及以下期间，并不具有充足的延伸率和强度。传统的加工方案不适合把某些 非晶形工程热塑性组合物（如聚醚酰亚胺（PEI)球粒）转换为精细的旦尼尔纤维，因为传 统的方法导致对于可以实现多精细的纤维的限制。对于具有2或更低的dpf的聚醚酰亚胺 纤维存在需求。需要开发方法和加工技术，其将允许由非晶形工程热塑性塑料如PEI来生 产2dpf和更低的纤维。目前尝试用传统方法进行精细的旦尼尔纤维的生产，并且是在后转 换过程延伸操作中抽出，或不能抽出低至2dpf及更低。
【发明内容】
[0004] 一种实施方式涉及一种方法，包括如下步骤：在400至1500psi的压力下通过喷丝 头挤出聚合物恪体以产生纺丝纤维，在推进棍（forwarding roll)，有时也称为进料棍上， 收集纺丝纤维，由纺丝纤维生产固化的纤维，并且在没有使固化的纤维经历抽出步骤的情 况下，将固化的纤维收集至线轴（spool)上。熔体可以包含非晶形聚合物组合物，如聚醚酰 亚胺。固化的纤维可以具有大于〇至2. 5dpf范围内的dpf，和小于或等于2%的收缩率。
[0005] 另外的实施方式涉及具有小于2. 5的旦尼尔和大于0至小于或等于2%的收缩率 的未抽出的非晶形聚合物纤维。
[0006] 仍有其它实施方式涉及用于由组合物（包括非晶形聚醚酰亚胺，如聚醚酰亚胺） 生产至多2. 5dpf的非晶形未抽出的聚醚酰亚胺纤维的喷丝头。该喷丝头可以避免分布板 的使用，并且可以在比包括分布板的喷丝头的操作压力低至少40%的压力下操作。该喷丝 头可以包括与模头结合的过滤网组件过滤器（screen pack filter)以将组合物分布至模 头。该模头可以具有多个圆形熔体通道，其中，每个圆形熔体通道具有长度和直径，并且其 中，每个圆形熔体通道的长度：直径的比率是2:1至6:1。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 参考以下的描述和随附的权利要求，和附图将更好地理解这些和其它特征、方面 和优点，其中：
[0008] 图1是包括在本发明的各种实施方式的设计中不存在的两种分布板的现有技术 喷丝头设计的示意图；
[0009] 图2是根据本发明的各种实施方式，具有进料毛细管的三个同心环的中心核芯分 布的72孔喷丝头设计的示意图；
[0010] 图3是根据本发明的各种实施方式，具有进料毛细管的六个同心环的用于分布的 过滤网组件过滤器的144孔喷丝头设计的示意图；
[0011] 图4是现有技术纤维生产方法的示意图，可以将其修改以采用根据本发明的各种 实施方式的喷丝头。
[0012] 应当理解的是，各种实施方式不局限于在附图中显示的布置和手段。
【具体实施方式】
[0013] 在以下的详细说明和随附的权利要求中，将提及许多术语，它们限定为具有以下 含义：
[0014] "旦尼尔"是对于纤维的线性质量密度的测量单位。在本申请和权利要求中，将其 限定为每9000米按克计的质量。
[0015] 如在本申请和权利要求中使用的，"喷丝头"是多孔设备，通过它挤出塑料聚合物 熔体以形成纤维。
[0016] 无论是否明确地表明，在本文中所有的数值都假定被术语"约"修饰。术语"约" 通常是指本领域技术人员将其认为等同于所述值的数量范围（例如，具有同样的功能或结 果）。在许多情况下，术语"约"可以包括四舍五入成最近有效数字的数量。
[0017] 本发明的实施方式涉及用于由工程热塑性塑料（如聚醚酰亚胺）生产精细的旦尼 尔纤维的方法。
[0018] 在通过熔体挤出形成纤维的传统处理中，高压（1000至2000psi)对于维持横过喷 丝头孔的熔体的均匀分布，并且其中采用骤冷装置以控制冷却速度，以及因此当它从喷丝 头抽出时材料的结晶度是关键性的。本发明的各种实施方式避免这些条件，它们对于将非 晶形工程热塑性塑料加工成精细的旦尼尔纤维并不是合乎需要的。根据本发明的实施方 式，可以降低压力（400至2000psi)以减少在熔体状态下材料上的剪切，并且因此减少那 种弊端的负面影响，即纤维束（fiber strand)的滴落或者破碎。已经发现，在熔体状态中 非晶形热塑性塑料的较高的粘度，可以在系统中提供足够的背压以横过喷丝头均匀分布熔 体。当离开喷丝头后，并不在骤冷柜（quench cabinet)中冷却材料，而实际上，出人意料地 得益于在这个空间中使用热量以减慢非晶体材料的降温速度，并且减少对纺成材料造成的 骤冷影响。使用上面描述的方法，根据本发明的方法可以成功地用于将聚醚酰亚胺纤维熔 纺成2dpf以及更低。
[0019] 一种实施方式涉及包括一系列步骤的方法。这些步骤可以是连续的或非连续的。 该方法可以包括通过喷丝头挤出熔体以生产纺丝纤维的步骤。
[0020] 在具有下限和/或上限的范围内的压力下，可以通过喷丝头挤出熔体。该范围 可以包括或不包括下限和/或上限。下限和/或上限可以选自100，150,200,250,300， 350,400,450,500,550,600,650,700,750,800,850,900,950,1000,1050,1100,1150,1200， 1250,1300,1350,1400,1450,1500,1550,1600,1650,1700,1750,1800,1850,1900,1950 和 2000psi。例如，根据某些优选的实施方式，可以在400至1500psi的压力下通过喷丝头挤 出熔体。
[0021] 熔体可以包含非晶形聚合物组合物。非晶形聚合物组合物可以具有在具有下限和 /或上限的范围内的熔体流速。该范围可以包括或不包括下限和/或上限。下限和/或上 限可以选自 1，2, 3,4, 5,6, 7,8,9,10,11，12,13,14,15,16,17,18,19, 20, 21，22, 23, 24, 25， 26, 27,28,29,30,31，32,33, 34, 35, 36,37,38,39,40,41，42, 43,44,45,46,47,48,49,50， 51，52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59和60g/10min中任何一种。例如，根据某些优选的实施方式， 非晶形聚合物组合物可以具有每IOmin 4至18克（g/10min)的熔体流速。
[0022] 熔体可以包括一种或多种晶状材料。非晶形聚合物组合物可以包含聚酰亚胺。聚 酰亚胺包含聚醚酰亚胺和聚醚酰亚胺共聚物。聚醚酰亚胺可以选自（i)聚醚酰亚胺均聚 物，例如，聚醚酰亚胺，（ii)聚醚酰亚胺共聚物，例如，聚醚酰亚胺砜，以及（iii)它们的组 合。聚醚酰亚胺是已知的聚合物，并且在ULTEM?*、EXTEM?*，和SILTEM*商标 (SABIC Innovative Plastics IP B.V.商标）下由 SABIC Innovative Plastics 出售。
[0023] 在一种实施方式中，聚醚酰亚胺具有式（1):
[0024]
【权利要求】
1. 一种方法，包括： 在400至1500psi的压力下通过喷丝头挤出烙体W生产纺丝纤维，其中，所述烙体包含 非晶形聚合物组合物； 在没有抽出所述纺丝纤维的情况下在进料漉上收集所述纺丝纤维， 由所述纺丝纤维生产固化的纤维， 其中，所述固化的纤维具有大于0至2. 5化f的化t 其中，所述固化的纤维具有小于或等于2%的收缩率；W及 在没有使所述固化的纤维经历抽出步骤的情况下，将所述固化的纤维缠绕至线轴上。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述非晶形聚合物组合物具有4至18g/10min的 烙体流速。
3. 根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述压力是400至lOOOpsi。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括在没有退火步骤的情况下，将 所述纤维收集至所述线轴上。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述固化的纤维在没有强制空气冷 却步骤的情况下生产。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括在所述纺丝纤 维离开所述喷丝头之后，加热所述纺丝纤维。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述烙体包含一种或多种晶状材 料。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，非晶形聚合物组合物包含聚離酷亚 胺。
9. 一种未抽出的非晶形聚合物纤维，具有小于2. 5的旦巧尔和大于0至小于或等于 2%的收缩率。
10. 根据权利要求9所述的未抽出的非晶形聚合物纤维，其中，所述聚合物纤维是聚離 酷亚胺纤维，其中，所述纤维具有大于或等于2. 5的多分散性（Mw/Mn)。
11. 根据权利要求9至10中任一项所述的未抽出的非晶形聚離酷亚胺纤维，其中，所述 纤维具有小于2. 2的旦巧尔。
12. 根据权利要求9至11中任一项所述的未抽出的非晶形聚離酷亚胺纤维，其中，所述 纤维具有至少2. 6cNAltex的强度。
13. 根据权利要求9至12中任一项所述的未抽出的非晶形聚離酷亚胺纤维。
14. 一种物品，包含根据权利要求9至13中任一项所述的未抽出的非晶形聚離酷亚胺 纤维。
15. -种喷丝头，用于由包含非晶形聚離酷亚胺的组合物生产至多2. 5化f的非晶形未 抽出的聚離酷亚胺纤维，所述喷丝头包括 没有分布板；W及 具有多个圆形烙体通道的模头，其中，每个圆形烙体通道具有长度和直径，并且其中， 每个圆形烙体通道长度；直径的比率是2:1至6:1。
16. 根据权利要求15所述的喷丝头，其中，所述喷丝头在比包括分布板的相同的喷丝 头的操作压力至少低40%的压力下操作。
17. 根据权利要求15至16中任一项所述的喷丝头，其中，所述喷丝头进一步包括与所 述模头结合的至少一种过滤网组件过滤器，W将所述组合物分布至所述模头。
18. 根据权利要求17所述的喷丝头，其中，所述过滤网组件过滤器具有200至400目的 US筛孔尺寸。
【文档编号】D01D5/098GK104471119SQ201380037820
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2012年8月6日
【发明者】理查德·彼得斯, 戴维·沃伦, 迈克尔·林赛 申请人:沙特基础创新塑料Ip私人有限责任公司