[发明专利]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

说明书

技术领域

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

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。

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

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熔体以产生纺丝纤维，在推进辊(forwarding roll)，有时也称为进料辊上，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0至2.5dpf范围内的dpf，和小于或等于2％的收缩率。

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。

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。

附图说明

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：

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；

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；

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；

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。

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

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：

“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。

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。