[发明专利]利用可纺性物质的溶液制取纤维的气体牵伸纺丝方法及其装置

说明书

本发明涉及化学纤维的溶液纺丝方法，特别是气体牵伸纺丝方法。

自1883年世界上第一根化学纤维——硝酸纤维诞生以来，人们又陆续不断地发明了许多化学纤维新品种。特别是第一次世界大战以后，合成纤维的研究和探索得到了迅速的发展，与之相应，各种纺丝方法也应运而生。现在应用最普遍的纺丝方法主要有熔体纺丝、干法纺丝和湿法纺丝，用上述纺丝方法纺出的纤维还只是初生纤维，不能适应加工和使用的需要，必须对其进行一系列复杂的后处理加工后才能应用于工业生产中。其它如相分离纺丝、闪蒸纺丝、静电纺丝、液晶纺丝、反应纺丝等方法都是新发展起来的特殊工艺纺丝方法。

美国Exxon化工公司最早开发成功了熔喷纺丝技术并获得了使用许可证。熔喷法纺丝工艺是将粒状或粉状原料直接成布的一步法生产工艺，适用于分解温度高于熔融温度的聚合物如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯(PET)、聚己内酰胺(PCL)等。其具体工艺流程是：将经干燥机于燥后的热塑性粒状聚合物加入到料斗中，输送到螺杆挤压机，聚合物在此被加热熔融，经计量泵计量后进入熔喷模头，在热的压缩空气流作用下，熔体从模头中吹出、拉伸，同时在环境空气的作用下冷却、固化，得到很细、不透明的丝，固化后的超细纤维丝被捕集器装置捕集，经压辊进入铺网机成网，最后被切边、卷装为无纺布成品。

据文献报道，熔喷生产的效果主要取决于熔体的流动速度，流动速度又与熔体的粘度有关。如果原料具有较高的粘度，熔体的流动性能就会变差，不利熔喷过程的进行，因此必须对流动性能差的聚合物进行预降解，使其粘度达到熔喷工艺所要求的范围，并减少甚至消除熔喷产品的“结块”。熔体的流动速度还与使熔体从模孔中吹出的热气流速度有关，一般情况下，熔喷纤维的直径随气流速度的增加而减少，但气流速度过高，易产生“结块”，造成纤维断头率增加。美国专利US3,849,241报道，当气流速度变化在29.3-1173kg(s·m³)，聚合物的流动速度在1.67-83.5mg/(s·孔)时，所制备的纤维直径为8-200μm，且无粗糙的“结块”产生。

熔喷模头是决定熔喷产品质量的主要因素之一，图1给出了一个典型的熔喷模头结构示意图。从图1可以看出，模头盖板1的中部构成了熔体的通道——熔体腔2和毛细管6，模头盖板1和气室盖板4共同形成了气室3和空气狭缝5，空气狭缝5的出口正对毛细管6的出口。在美国专利US3,825,380中给出了一组较理想的熔喷模头设计参数：毛细管长度A＝2.87-50.8mm，毛细管内径B＝0.076-0.56mm，气流狭缝宽度G＝0.203-0.381mm，毛细管凸出部锐度α＝55-60°，毛细管凸出部分长度H＝0.15-0.23mm。

应用熔喷法工艺生产超细纤维无纺布，具有占地少、工艺流程短、产品性能优越等特点。特别是利用高速狭缝气流直接将从熔喷模头微孔中挤出的熔体牵伸、切断成短纤维并一步制成成品，省去了传统纺丝工艺中一系列繁琐的后处理加工工序，简化了工艺环节，因此被迅速工业化和应用于许多领域。

然而，熔喷法纺丝工艺还是属于熔体纺丝类，只能应用于熔融温度低于分解温度的聚合物纺丝。对于熔融温度高于分解温度而采用溶液纺丝的聚合物，目前还没有类似能够一步纺制纤维成品的工艺方法报道。

借鉴熔喷法纺丝工艺，开发出一种能够适合于溶液纺丝，将纺丝原液用高速气流牵伸，一次成形而省去后处理工序的溶液纺丝新方法——气体牵伸纺丝方法，是本发明的发明目的。

本发明的目的还在于提供一种用实现气体牵伸纺丝方法的装置。

本发明气体牵伸纺丝方法的具体过程是：将可纺性物质制成粘度为200-600厘泊的纺丝原液并过滤、脱泡后，以0.5-3.0kg/cm²的压强进入气牵模头喷丝，用8-15m³/h流速的高速压缩空气把刚喷出气牵模头的丝条牵伸并切断，切断的牵伸丝经过有适宜温度和足够长的加热甬道脱除溶剂后，或者干燥固化成短纤维，或者直接压制为无纺布。

为了验证气体牵伸纺丝的可纺性，本发明设计了与熔喷模头结构相近似的单孔喷丝模头，通过单孔模头的模拟喷丝试验，证明利用气体牵伸法将纺丝原液一步纺制成超细纤维是完全可行的。