专利名称：并列双组份复合多孔型中空纤维纺丝组件的制作方法
技术领域：
本发明是关于并列双组份复合多孔型中空纤维纺丝组件。适用于PE/PP、PET/PBT、PET高粘度/PET低粘度等多种聚合物复合熔融纺丝。它是由隔离腔分配板、复合调整板和多孔喷丝板组成的纺丝组件。双组份熔体经上述组件并列地到达喷丝板的导孔，通过多孔喷丝孔挤出，冷却，卷绕后经后牵伸和热定型，制得并列双组份复合多孔型中空立体卷曲纤维(附图5-2-3-4)。由于双组份的引入使纤维的卷曲性能得以根本改善，只要对现有复合纺丝设备的纺丝组件略加以改造，即可在复合纺丝机上进行规模生产，制备上述纤维。
中空纤维已被广泛用于充填材料，如被絮、服装等，以发挥中空纤维的保暖、轻质性能。然而充填材料的蓬松、回弹性又对该纤维提出了卷曲的要求。
JP81-29007提出了一种偏心非对称冷却工艺过程，由此制备三维卷曲单中空纤维。分析三维卷曲的成因是从喷丝孔挤出的聚合物由于喷孔的偏心造成熔体在纤维截面分布不对称，中空管壁厚度出现差异，当这种熔体在环吹冷却过程中，壁厚不同和中空绝热作用，造成其冷却的不对称性；冷却作用既使其发生收缩，同时又形成结晶的速率不同，导致聚合体内部潜在应力的差异。这种应力差异最终导致纤维在纵向与横向发生扭曲，形成纤维的三维卷曲。然而进一步剖析，这种由温度引起的应力是微弱的，它可以从成纤聚合体的热线膨胀系数的胀数量级10-5K-1可见。喷丝口聚合物熔体的冷却受到种种因素限制，在纤维的两侧不可能出现悬殊的差别，由此出现的收缩和结晶度差异显然是微弱的，更为主要是这种瞬间产生的应力差会随着时间的推逝和外力作用下会较快减退消失，这就决定了单组份中空纤维的三维卷曲难以持久的原因。
JP96-226008针对单组份中空纤维卷曲所存在的原则问题，提出了以高粘度PET与低粘度PET，通过特殊的喷丝板挤出冷却、拉伸制得并列复合双组份单中空卷曲纤维。该技术借助于聚合体分子量的差异，使之在冷却过程中出现收缩率和结晶的不同，达到改善纤维的卷曲性能。然而，单中空已受到多中空纤维的冲击，作为保暖材料的单中空纤维已被多中空纤维所取代。如杜邦的七中空和本发明人先期申请的专利(公开号CN1177022A)。由此，如何使纤维得到持久良好的卷曲性能，这是赋予多中空纤维成为新一代高性能保暖材料及军工、医用等特种需求材料的重要课题。
本发明的目的是在保持纤维的多孔型中空基础上寻求合理的熔体分配和稳压组件系统，从而满足双组份熔体纺丝成形工艺，制取复合双组份多孔型中空立体卷曲纤维的要求。
本发明的原理是“双金属片”的记忆效应。众所周知，双金属片的热形变取决于不同材质的热膨胀差异。分析双组份成纤聚合体(不同聚合物或不同粘度同类聚合物)，由于双组份的不同分子结构和粘度差异造成的同一根初生纤维两侧的形态结构和取向度不一致也会导致热膨胀出现差异。不同聚合体的热线膨胀系数差异有的甚至高达一倍左右。如，PE/PP的热线膨胀系数分别为20.0-22.0×10-5k-1/6.0-8.0×10-5k-1，PET/PBT热线膨胀系数分别为7-8×10-5k-1/6.0-8.0×10-5k-1。这种差异悬殊的聚合体一旦能并列地在纤维的两侧出现，其热收缩引起的差异，既是巨大，而且是持久的，从而它可以根本改善纤维的卷曲性能。但如何利用并且达到上述性能，将初生纤维潜在的自卷能力充分得到体现，设计一套较完美合理的纺丝组件(其中包括隔离、分配板、复合调整板及相适应的几何形状的喷丝板)是本发明的核心所在。
本发明的难点是将双组份按需求比例并列地呈现在多孔型中空纤维的两侧，由于受纤维纤度的限制，多孔型中空纤维的管壁是很薄的，这对双组份的各自成孔和双组份交界处的牢固结合提出了严格要求。如何使双组份按比例均匀、稳定地输送至喷丝板导孔成为解决的难点。
本发明解决上述难点的途径是采用特殊设计的复合调整板，将它置于分配板与喷丝板之间。熔体通过复合调整板首先起到储存、缓冲、建立压力，使双组份稳定、定量地通过导孔，然后在导孔的出口处，将双组份按比例地输入喷丝板导孔(详见附图1—1至2—1及图1—2至2—2)。由于双组份熔体仅在喷丝板导孔内汇合，之后在极短暂时间内彼此接触，并熔为一体通过喷丝孔挤压。这一过程既要使双组份并列地出现在成品纤维之中，又要使接触界面紧密结合，凭借两种组份固有特性差异，最终使该纤维达到永久卷曲之目的。上述过程提出了对双组份需严格按比例地输入喷丝板导孔，而且需有相似的压力在喷丝板导孔中融为一体，但又有明显的并列界面，这需要对双组份流量压力有严格保证，按常规采用的分配方式是无法达到。为此，经过锐意分析研究，设计了复合调整板。
本发明的复合调整板是由均匀对称分布导孔的板面而构成，为使熔体流入导孔的流量稳定，压力均匀，在导孔入口一侧设有斜槽。双组份熔体首先在斜槽内储存，待整个斜槽内熔体充满之后才可通过斜槽顶端与导孔贯通的狭缝流入导孔之中。鉴于斜槽的储量远大于导孔，故斜槽起到了缓冲作用；又鉴于斜槽与导孔的贯通处仅存在很小的狭缝，熔体需建立一定压力才能通过狭缝，故狭缝存在起到了均衡输出作用。由此解决了熔体通过分配板到达喷丝板导孔易造成短路和输入不均匀的现象。上述设计虽解决了双组份的对称均衡输出，但欲使纤维中并列地分布还是存在困难的。为此在复合调整板导孔出口处设有喇叭扩口，相邻导孔的喇叭扩口交汇在复合调整板的底面上所形成的锥形劈端，它置于喷丝板导孔圆心左右。双组份熔体在劈端的两侧流动，以此来达到严格按比例地双组份输出，既保证了双组份的可调性，又在劈端开始形成明确的并列界面，为双组份并列复合纤维的成形提供了极可靠的保证。
本发明的多孔型中空喷丝板结构为适应由于双组份的引入，提出了更为苛刻的要求，具体表现在两个方面(1)喷丝板微孔长径比的控制，(2)喷丝孔型的设计。鉴于双组份在进入喷丝板导孔后在同一长径比的微孔中流动，而双组份的固有特性又存在着差异，不同长径比会导致熔体孔口膨化出现区别，两者膨化出现太大的不同，将会造成纤维孔形消失或破裂。由此需要针对不同的双组份选择相应的长径比，以控制孔口膨化；又鉴于双组份在喷丝孔形在复合调整板劈端两侧分布出现的随机性，双组份纤维截面的交界处又十分狭窄，这给多中空的成形又提出了新的要求，设计一种能适宜不同熔体粘度的喷丝孔形成为喷丝板设计的关键。为适应双组份多中空熔体闭环的要求，选择了C字型和E字型狭缝，上述狭缝分布在以喷丝孔圆心为中心的射线一侧，构成几种多孔型中空喷丝板，凭借了这独特孔型和分布的卓越闭环性能，实现了并列双组份复合多孔型中空纤维的成形。
本发明的复合调整板在圆形或矩形纺丝组件中以圆形或矩形板呈现出来。在板面上对称均匀分布着导孔，导孔的直径宜在2-3.5mm。在圆形板中导孔的径向间距宜在3-8mm，周向间距也宜在3-8mm；在矩形板中导孔的横向间距宜在4-7mm，纵向间距宜在4-7mm。
本发明的复合调整板导孔入口(附图1—3)与斜槽贯通处呈一狭缝，熔体在斜槽充满后，且在一定的压力下方能通过狭缝进入导孔。斜槽在此起到储存、缓冲、均衡和稳流的作用，针对上述要求，斜槽宽宜在5—7mm、深宜在3—5mm，斜槽的倾角宜在25°—45°。斜槽在圆形板中为圆环型的凹槽，而在矩形槽中为直线凹槽。
本发明的复合调整板导孔出口(附图1—3)设有喇叭扩口，相邻导孔(圆形板为径向相邻导孔、矩形板为横向相邻导孔)喇叭口的相交点即在复合调整板的底面，将上述相同交汇点(圆形板上将相同圆径的交汇点筑成锥形的圆环、矩形板上将纵向交汇点筑成锥形的纵向直线隔板)构成了双组份复合调整板。由于相邻导孔中流动着不同组份的熔体，通过此复合调整板在此交汇并列地输出，为严格达到复合调节作用，复合调整板锥形端点与板的底面之间间距宜在0.2-0.5mm。
本发明的喷丝板(附图2)与复合调整板外形尺寸相同，是圆形或矩形。针对不同双组份喷丝板的长径比(L∶D)有所区别，根据不同双组份需选择相应长径比的喷丝板。
本发明的喷丝板(附图2—3)微孔长径比(L∶D)的设计是应满足双组份相仿的孔口膨化，最终使纤维孔型完整和中空度的提高。双组份PE/PP其长径比宜在2∶1～4∶1；PET/PBT其长径比宜在1.75∶1～3.5∶1；高粘PET/低粘PET其长径比宜在1.5∶1～3∶1。导孔的中心置于锥形圆环或直线隔板上，或略有偏差，由此达到双组份按所需比例并列进入喷丝板导孔。
本发明的喷丝板(附图3)数个弧形狭缝构成。其弧形可以是C字型或E字型的狭缝，其狭缝分布在以喷丝孔圆心为中心射线的一侧构成的多孔型中空喷丝板。由上述狭缝构成的空腔宜在3-17个，所形成的多中空纤维与上述空腔数相同；狭缝(C字型)宽度宜在0.04-0.12mm，(E字型)宽度宜在0.03-0.10mm，相邻狭缝的最近间距宜在0.05-0.15mm。
上述复合调整板、喷丝板与其他部件(分配板等)构成了并列双组份复合多孔型中空纤维的纺丝组件(附图4)。将此组件置于复合纺丝机上，即可制备并列双组份复合多孔型中空立体卷曲纤维(附图5—1)(详见中国纺织大学倪建华等人提交的专利申请——并列双组份复合多孔型中空立体卷曲纤维的制备)。由此方法制得持久卷曲性能的优良纤维产品，从根本上改善了以往三维卷曲所存在的缺陷。它是一项投资少，见效快，迅速扩大规模化实施的生产过程。
说明书
图1复合调整板示意图1—圆形；2—矩形；3剖析2喷丝板示意图1—圆形；2—矩形；3—剖析3喷丝孔示意图1—C字型；2—C字型；3—E字型图4纺丝组件示意图1—圆形(1)帽盖(2)外套圈(3)隔离板(4)过滤器(5)预分配板(6)第一分配板(7)第二分配板(8)复合调整板(9)喷丝板(10)纺丝孔(11)A成分积存处(12)B成分积存处(13)预分配板A成份积存处(14)预分配板B成份积存处
(15)第一分配板A成份环形槽(16)第一分配板B成份环形槽(17)铝垫圈2—矩形(1)帽盖(2)铝垫圈(3)A组份隔离腔(4)B组份隔离腔(5)喷丝板导孔(6)第一分配板(7)第二分配板(8)复合调整板(9)喷丝板(10)纺丝孔图5复合多中空纤维及纤维截面图1—多中空纤维立体卷曲图2—五中空纤维截面图3—九中空纤维截面图4—十三中空纤维截面图本发明以下列实例予以详细说明，但本发明的权利要求不受实例的范围限制。实施例1《圆形复合纺丝组件》圆形复合纺丝组件是由图4-1所示(1)帽盖(2)外套圈(3)隔离板(4)过滤器(5)预分离板(6)第一分离板(7)第二分离板(8)复合调整板(9)喷丝板(10)纺丝孔等组成。
双组份A、B熔体经(18)(19)导管将其分别输送至(11)(12)的积存处然后通过各自的。(13)(14)预分离板的积存处再一次分配，最终到达(15)(16)的环形槽，在相邻的环形框内存积不同份的熔体，上述双组份熔体在复合调整板的精确分配下并列地进入喷丝板每个导孔，通过喷丝孔挤出、冷却闭环，拉伸得并列复合双组份多孔型中空立体卷曲纤维(详见倪建华等人提交的“并列双组份复合多孔型中空立体卷曲纤维的制备”专利申请)。实施例2《矩形复合纺丝组件》矩形复合纺丝组件是由图4-2所示(1)帽盖(2)垫圈(3)A组份隔离腔(4)B组份隔离腔(9)喷丝板(10)纺丝孔等组成。
双组份A、B熔体经(11)(12)导管进入(3)(4)的隔离腔内积存，通过(6)(7)第一、第二分离板到达复合调整板的顶部，双组份熔体在复合调整板的精确分配下并列地进入喷丝板的每个导孔。之后过程为同实施例1所述。实施例3最佳复合调整板的设计《圆形复合调整板》(图1-1和1-3)由园径为Φ180mm的园板构成在园板上设有圆的导孔，导孔的径向间距为6mm，周向间距为6mm，导孔直径D＝3mm；导孔入口的园环形斜槽宽度e＝5mm，深度h＝4mm，倾角为α＝30°；导孔与斜槽贯通处狭缝间隙为δ1＝0.4mm；导孔出口的喇叭倾角β＝60°，由此形成锥形的端点与复合调整板底面间的距离δ2＝0.10mm。
《矩形复合调整板》(图1-2和1-3)由长为500mm，宽为140mm的矩形板构成。是矩形板上的纵横向对称分布导孔，导孔的横向间距为6mm，纵向间距为6mm，其余数导孔入口、出口与斜槽同圆形复合调整板相同。实施例4《PE/PP多孔喷丝板》(图3-2)喷丝板导孔的D＝4.5mm，喷丝板的长径比L∶DΔ＝2∶1。(DΔ为当量直径，即以喷丝孔狭缝累积面积折算成面积相应的直径称当量直径)；复合纺丝喷丝孔是由C字型狭缝中心对称地分布在喷丝孔上，喷丝孔R＝1.5mm的九孔为例，C字型狭缝的缝隙ε＝0.08mm，α＝110°，β＝45°，1＝0.70mm两个狭缝之间间隙δ1＝0.12mm，δ2＝0.12mm；r＝0.40mm。
权利要求
1.一种包含双组份隔离槽，喷丝板组成的并列双组份复合中空纤维纺丝组件，其特征在于它是由复合调整板和多孔喷丝板组成的并列双组份复合多孔型中空纤维纺丝组件。
2.按权利要求1所述复合调整板其特征在于圆形复合调整板由对称均匀分布在不同圆径上的导孔构成。导孔的入口置于斜槽的一侧；导孔出口有喇叭口，相邻圆径导孔喇叭口交汇在圆板底面，相同圆径交汇点构筑成一个锥形圆环。圆板导孔直径宜在2—3.5mm，导孔间径向间距3—8mm，周向间距宜在3—8mm；导孔入口斜槽宽宜在5—7mm、深宜在3—5mm，斜槽的倾角宜在25°—45°，导孔入口平面与上面分配板间距宜在0.3—0.6mm；导孔出口喇叭倾角宜在40°—60°，锥形劈口与圆形喷丝板面间距离宜在于0.2—0.5mm。
3.按权利要求1所述的多孔喷丝板其特征在于它是由对称均匀分布在同心圆直径上的多中空喷丝孔构成的圆板。
4.按权利要求1、3所述的分布在共同圆径上的多孔喷丝板其特征在于上述圆径与权利要求2所述的复合调整板底面锥形圆环的圆径相同。
5.按权利要求1、3所述的多孔喷丝板其特征在于多孔喷丝板为C字型、E字型的弧形狭缝。C字型狭缝宽度宜在0.04—0.12mm；E字型狭缝宽度宜在0.03—0.1mm。相邻狭缝的最近距离宜在0.05—0.15mm。上述狭缝分布在以喷丝孔圆心为中心所构成的射线一侧，由上述狭缝构成的空腔数宜在3—17个，更为可取得空腔数宜在3—15个。
6.按权利要求1所述的双组份复合调整板其特征在于矩形隔离板由纵横等间距分布的导孔构成，导孔入口处置于斜槽的一侧。每导孔出口处有喇叭口，横向相邻导孔喇叭口交汇矩形板底面，从纵向形成锥形劈口。矩形板导孔直径宜在2—3.5mm，导孔纵向、横向间距宜在4—7mm，导孔入口斜槽宽宜在5—7mm、深宜在3—5mm，斜槽的倾角宜在25°—45°，导孔入口平面与上面分配板间距宜在0.3—0.6mm导孔出口喇叭倾角宜40°—60°，锥形劈口与矩形喷丝板面间距离宜在于0.2—0.5mm。
7.按权利要求1所述的多孔喷丝板其特征在于它是由纵横等间距分布的多中空喷丝孔构成的矩形板。
8.按权利要求1、7所述的纵横等间距分布的多孔喷丝板其特征在于上述横向间距与权利要求所述的锥形劈口横向间距相同。
9.按权利要求1、7所述的多孔喷丝板其特征在于多孔喷丝板为C字型、E字型的弧形狭缝。C字型狭缝宽度宜在0.04—0.12mm；E字型狭缝宽度宜在0.03—0.1mm。相邻狭缝的最近距离宜在0.05—0.15mm。上述狭缝分布在以喷丝孔圆心为中心所构成的射线一侧，由上述狭缝构成的空腔数宜在3—17个，更为可取得空腔数宜在3—15个。
全文摘要
本发明是关于并列双组分复合多孔型中空纤维纺丝组件，属纤维制造类。它是将几种双组份聚合物(PE/PP、PET/PBT、高粘度PET/低粘度PET)熔融，经隔离腔进入双组份的储存腔体，通过逐步分配板使之均衡地输送，且在复合调整板的分隔下将双组份熔体并列进入喷丝导孔。由于选用双组份彼此相容，使之一并从多孔喷丝板挤出，经冷却和拉伸制得常规三维卷曲无法比拟的立体卷曲性能的复合多中空纤维。仅对复合纺丝机的纺丝组件略加改造，即可进行多孔型中空双组份纤维的生产，是一种投资少，见效快的方法。
文档编号D01D5/28GK1239743SQ9811106
公开日1999年12月29日 申请日期1998年9月7日 优先权日1998年9月7日
发明者王永亮, 倪建华, 陈凯年 申请人:上海德全化纤设备厂, 中国纺织大学