專利名稱：具有聚亞芳基硫醚組份的多組份纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有聚亞芳基硫醚組份的纖維和包括其的產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
通過將流體通過過濾介質(zhì)，使用過濾方法將一個(gè)相的化合物從另一個(gè)相的流體中分離出來，過濾介質(zhì)收集夾帶的或懸浮的物質(zhì)。該流體可以是含固體顆粒的液態(tài)流，或者含有液體或固體氣溶膠的氣態(tài)流。
例如，過濾器用于收集從焚燒爐、燃煤鍋爐、金屬熔融爐等排出的粉塵。這樣的過濾器通常被稱為“袋式過濾器”。由于廢氣溫度可能高，因此用于收集從這些裝置和類似裝置中排出的熱粉塵的袋式過濾器需要具有耐熱性。袋式過濾器也可以用于化學(xué)腐蝕環(huán)境中。這樣，粉塵收集環(huán)境也可能需要由具有耐化學(xué)性的材料制備的過濾袋。通常過濾介質(zhì)實(shí)例包括由芳族聚酰胺纖維、聚酰亞胺纖維、氟纖維和玻璃纖維制成的織物。
聚亞苯基硫醚(“PPS”)聚合物顯示耐熱性和耐化學(xué)性。正因?yàn)槿绱?，PPS聚合物可以用于各種應(yīng)用中。例如，PPS可以用于制造用于機(jī)動車、電氣和電子器件、工業(yè)/機(jī)械產(chǎn)品、消費(fèi)產(chǎn)品等的模制組件。
PPS也已被用作用于過濾介質(zhì)的纖維、阻燃顆粒、和高性能組合物。盡管該聚合物具有這些優(yōu)點(diǎn)，但是，存在與由PPS制備纖維相關(guān)的困難。PPS纖維典型地具有差的機(jī)械性能。因此，對于許多應(yīng)用來說，PPS纖維不具備足夠的拉伸強(qiáng)度。此外，PPS纖維脆，這樣不容易被制成在下游應(yīng)用中使用的織物。
先前用以改進(jìn)PPS纖維機(jī)械性能的嘗試已獲得有限的成功。將PPS與另一種聚合物共混，并將該共混物熔融紡織制成單絲。但是，該共混單絲并未必須克服與PPS拉伸強(qiáng)度差和脆性相關(guān)的問題。進(jìn)一步地，該共混單絲可以顯示相對于另一性能損失而對一種性能有小的改進(jìn)。具有相對大直徑的單絲，相對于較小直徑纖維，其本質(zhì)上也是低效過濾介質(zhì)。
更進(jìn)一步地，制備PPS共混纖維的問題由PPS與其它聚合物之間的有限相容性而被復(fù)雜化增加。首先，制備該纖維典型地需要相容劑。然而，這可能損害所期望的纖維性能，并且對于纖維生產(chǎn)增加了額外的方法步驟和成本。另一種途徑是，將礦物填料或增強(qiáng)纖維與PPS聚合物混合，以提供由PPS材料制備的產(chǎn)品足夠的強(qiáng)度。但是，由于存在礦物填料和/或增強(qiáng)纖維，這樣的共混物不能被用于纖維擠出。
Ballard等人的美國專利US5,424,125涉及由聚合物共混物制備的單絲，也就是PPS與至少一種選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、高溫聚酯樹脂、和聚苯醚(PPO)的其它聚合物的共混物。該共混物的聚合物存在于整個(gè)纖維橫截面，使得纖維外表面除了PPS外還含有聚合物。這樣可以反過來限制所獲纖維在惡劣應(yīng)用高溫和/或腐蝕環(huán)境下的有效性。進(jìn)一步地，雖然Ballard等人的專利指出不需要相容劑，但是該專利描述了在制備纖維中使用相容劑。此外，Ballard等人的專利還需要大量PPS聚合物之外的聚合物，并且特別地為至少50重量％和更高。
已經(jīng)公布的日本專利申請03104924涉及被宣稱具有良好染色性的共軛纖維。該纖維包括聚亞苯基硫醚聚合物層和保護(hù)層。該保護(hù)層由PPS之外的聚合物形成，其需要存在于纖維外表面，以賦予其染色性。否則，纖維將是不能染色的。將所獲得的纖維使用例如過氧化氫進(jìn)行氧化處理，以氧化PPS。該文獻(xiàn)指出，纖維必須被氧化，否則纖維將不能如所需那樣完成。
其它已經(jīng)公布的日本專利申請討論了PPS纖維的制備。通常來說，該纖維除了在其外表面上的PPS之外，還包括至少一種聚合物，使得能賦予最終產(chǎn)品所期望的性能。然而，在纖維表面上存在PPS之外的聚合物，損害了由PPS賦予其的性能。而且，通常該纖維需要存在結(jié)合到該纖維中的額外材料，如導(dǎo)電性材料、粘合促進(jìn)劑，如外皮與芯組份之間的粘結(jié)層等。然而，這樣可能增加纖維制備的復(fù)雜性和成本。
JP3040813描述了具有與PPS外皮組份組合的聚酰胺芯組份的纖維。但是，如上所述，PPS顯示與其它聚合物有限的相容性。使用通常不能良好粘結(jié)于其它類型聚合物的聚酰胺，這種相容性喪失進(jìn)一步被加劇。
已做出了使用各種粘結(jié)促進(jìn)技術(shù)來改進(jìn)聚酰胺與PPS之間粘結(jié)和/或相容性的嘗試。例如，JP4343712描述了包括由聚酰胺與PPS共混物形成的組份的纖維。JP4327213描述了具有改性PPS外皮的纖維，其中PPS包括馬來酸酐。也參加JP2099614，其描述了包括聚酯/PPS共混物芯組份和PPS外皮組份的纖維。然而，這些技術(shù)會增加纖維制造的成本和復(fù)雜性，并進(jìn)一步損害纖維性能，尤其是對于已被改性為包含除外露于其表面上的PPS之外的聚合物的纖維來說，更是如此。
JP6123013和JP5230715提出了包括各向異性的(即液晶聚合物)組份和PPS組份的復(fù)合纖維。但是，液晶聚合物可以是價(jià)格昂貴的，并且難以熔體紡絲，由此也增加了這種纖維的成本和復(fù)雜性。
Pellegrin等人的美國專利US5,702,658，涉及制備雙組份纖維的循環(huán)方法。該循環(huán)方法，類似于在制備玻璃纖維中所使用的方法，據(jù)稱適用于使用具有不同物理性能(如不同粘度)的聚合物來制備纖維。該循環(huán)方法使用離心力細(xì)化纖維，和傳統(tǒng)纖維擠出方法的機(jī)械細(xì)化形成對比。對于具有不同粘度的聚合物，離心力將低粘度聚合物環(huán)繞在較高粘度聚合物周圍，使得二者之間的界面彎曲。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了在單一纖維產(chǎn)品中具有所期望的但是相對立的性能的多組份纖維。此外，本發(fā)明容許以降低的成本來制備這樣的纖維。
該纖維具有完全由聚亞芳基硫醚聚合物組份形成的外露外表面。該聚亞芳基硫醚聚合物組份可以包括一種或多種聚亞芳基硫醚聚合物。示例性的聚亞芳基硫醚聚合物為聚亞苯基硫醚(PPS)。聚亞芳基硫醚聚合物組份可以賦予纖維耐熱性和耐化學(xué)性。
本發(fā)明的纖維也包括至少一種其它聚合物組份，其與聚亞芳基硫醚組份的至少一部分直接相接觸。該另外的聚合物組份由一種或多種形成纖維的各向同性半結(jié)晶聚酯或聚烯烴聚合物形成。示例性的各向同性半結(jié)晶聚酯包括芳族聚酯，如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)；脂肪族聚酯，如聚乳酸；和其混合物。示例性的聚烯烴包括聚丙烯、聚乙烯、和聚丁烯，也包括其共聚物和三元共聚物及其混合物。
與聚亞芳基硫醚聚合物組份相接觸的聚合物組份不包括聚亞芳基硫醚聚合物。這樣可以降低制造成本和復(fù)雜性。然而令人驚訝地，盡管在與聚亞芳基硫醚組份相接觸的組份中沒有聚亞芳基硫醚聚合物，本發(fā)明的纖維對于下游處理還是顯示足夠的完整性?？紤]到對于改進(jìn)PPS與其它聚合物之間粘結(jié)的先前的努力，例如通過使用額外的結(jié)合試劑如粘合劑(接枝至聚合物或與其混合)、連接層、聚合物共混物等，這點(diǎn)是令人驚訝的。甚至對于具有很小或不具有相容性的聚合物組份，該纖維的結(jié)構(gòu)也保持完好。
本發(fā)明的纖維旨在以它們的多組份形式使用，在使用該纖維期間，具有保持完好的各個(gè)聚合物組份。這樣，聚合物組份選自基本不溶解于該纖維旨在遇到的所有介質(zhì)中的聚合物。這與多組分纖維結(jié)構(gòu)形成對比，其中至少一種聚合物組份旨在被溶解以留下至少另一種更小纖度纖絲形式的聚合物組份。
通常，聚亞芳基硫醚聚合物和額外的聚合物本質(zhì)上是不導(dǎo)電的。為了本發(fā)明的目的，該聚合物不進(jìn)行賦予電導(dǎo)性的處理。
將聚合物組份彼此相對地排列，使得聚亞芳基硫醚聚合物組份形成纖維的整個(gè)外露外表面。在纖維外表面上或沿該外表面，不存在聚亞芳基硫醚聚合物之外的聚合物。結(jié)果，由聚亞芳基硫醚聚合物賦予纖維的耐熱性和耐化學(xué)性不會被損害。此外，盡管聚亞芳基硫醚聚合物總體積降低，但是該纖維在耐熱性和耐化學(xué)性上顯示最小降低的或不顯示降低。然而，即使在纖維外表面上不存在聚亞芳基硫醚之外的聚合物，這樣的聚合物也可以賦予其有益的性能。
例如，額外的聚合物組份可以賦予纖維良好機(jī)械性能，如拉伸強(qiáng)度，同時(shí)最小限度損失或不損失耐熱性和耐化學(xué)性。雖然不期望受本發(fā)明任何解釋的限制，但是應(yīng)被相信的是，額外的聚合物組份可以作為承載組份，因?yàn)轭~外的聚合物在整個(gè)纖維橫截面上并非非連續(xù)的，因?yàn)槠鋺?yīng)是在共混物中。由于額外的組份并非非連續(xù)的，所以額外的聚合物組份能夠有助于纖維強(qiáng)度。
額外的聚合物組份也可以改進(jìn)纖維柔韌性，同時(shí)最小限度損失或不損失耐熱性和耐化學(xué)性。結(jié)果，可以調(diào)整該耐熱性和耐化學(xué)性纖維，以形成用于各種應(yīng)用的下游產(chǎn)品。
可以以降低的成本生產(chǎn)該耐熱性和耐化學(xué)性纖維。與多種傳統(tǒng)纖維形成聚合物如PET相比較，聚亞芳基硫醚聚合物是相對昂貴的聚合物。在本發(fā)明纖維中，可以降低聚亞芳基硫醚聚合物的量，并用便宜的聚合物來取代，同時(shí)最小限度或不損害所期望的纖維性能，由此降低纖維的總成本。由于不需要粘結(jié)促進(jìn)劑如接枝聚合物、聚合物共混物、粘結(jié)層等，也可以降低成本。
本發(fā)明示例性的纖維結(jié)構(gòu)為皮芯纖維，其中外皮為內(nèi)芯組份周圍的連續(xù)覆蓋層。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，外皮形成纖維的整個(gè)外表面，并且包括聚亞芳基硫醚聚合物。芯組份由額外的聚合物形成，其并不暴露于纖維表面，并且其不通過任何插入的層如粘結(jié)層而直接接觸外皮組份。
本發(fā)明的另一示例性纖維為“海中的島”纖維結(jié)構(gòu)。這種纖維結(jié)構(gòu)包括“?！苯M份，其形成纖維的整個(gè)外露外表面；和多個(gè)“島”組份，其分布于纖維內(nèi)部，而不在其外表面上?！昂！庇删蹃喎蓟蛎丫酆衔镄纬桑⑶摇皪u”由額外的聚合物形成。
使用傳統(tǒng)多組份織物纖維方法和設(shè)備來制備本發(fā)明的多組份纖維。通常這樣的方法包括以下步驟分別擠出至少兩種不同聚合物，在這種情形下為聚亞芳基硫醚和至少一種額外的聚合物如PET；和將聚合物喂入聚合物分布系統(tǒng)中。聚合物在分布系統(tǒng)內(nèi)沿著單獨(dú)的通道前進(jìn)，并在噴絲頭孔中混合。離開噴絲頭之后，將流體纖維股機(jī)械細(xì)化。所獲得的多組份纖維或細(xì)絲包括兩種或更多聚合物組份。
本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使對于不能相容的聚合物，該纖維對于下游處理保持了足夠的完整性。這樣，不需要額外的連接試劑如粘合劑或粘結(jié)層來將組份彼此膠粘。即使對于具有很小或不具有相容性的聚合物組份，該纖維的結(jié)果仍保持完好。
本發(fā)明也包括含有在本文中所述的纖維的產(chǎn)品。本發(fā)明的纖維適用于例如過濾介質(zhì)，尤其是惡劣使用條件下的過濾介質(zhì)，如高溫和/或化學(xué)腐蝕環(huán)境。本發(fā)明的纖維特別適用于制造收集熱粉塵的袋式過濾器，例如由焚燒爐、燃煤鍋爐、金屬熔融爐等產(chǎn)生的粉塵。


這樣描述本發(fā)明的一般形式后，現(xiàn)在將參考附圖，附圖并非按照比例繪制的，其中圖1為本發(fā)明的示例性多組份纖維即雙組份纖維的橫剖面圖；圖2為本發(fā)明的另一示例性多組份纖維即“海中的島”纖維的橫截面圖；和圖3為本發(fā)明的另一示例性多組份纖維即多葉片狀纖維的橫截面圖。
發(fā)明詳述下文中將參考附圖更全面地描述本發(fā)明，其中給出了一些、但并非全部的本發(fā)明實(shí)施方式。實(shí)際上，這些發(fā)明可以以多種不同的形式來實(shí)施，并且不應(yīng)被解釋為限定于本文中給出的實(shí)施方式；相反地，提供這些實(shí)施方式是為了使得本公開內(nèi)容將滿足申請的法律要求。全文中相似的數(shù)字表示相似元件。
本文中使用的術(shù)語“多組份纖維”，包括由兩種或更多種聚合物制備的切斷纖維和連續(xù)纖維，該聚合物存在于纖維中離散的結(jié)構(gòu)區(qū)域單元中，其與其中區(qū)域結(jié)構(gòu)傾向于為分散的、無規(guī)的或未組織的的共混物相反。該兩種或多種結(jié)構(gòu)聚合物組份排列于基本固定定位的不同區(qū)域中，該區(qū)域橫過多組份纖維的橫截面并沿著多組份纖維的長度連續(xù)延伸。
只是出于說明的目的，本發(fā)明通常以包含兩種組份的雙組份纖維形式來描述。但是，應(yīng)該被理解的是，本發(fā)明的范圍含義是包括具有兩種或更多種結(jié)構(gòu)組份的纖維。
圖1為適用于本發(fā)明的一種示例性纖維構(gòu)造的橫剖面圖。圖1闡明了具有內(nèi)芯聚合物區(qū)域結(jié)構(gòu)12和周圍外皮聚合物區(qū)域結(jié)構(gòu)14的雙組份纖維10。外皮組份14由聚亞芳基硫醚聚合物形成。芯組份12可以由纖維制備領(lǐng)域中公知的、并區(qū)別于外皮14的聚亞芳基硫醚聚合物的任意類型聚合物來形成。本發(fā)明中，外皮14是連續(xù)的，如完全環(huán)繞芯12，并且形成纖維10的整個(gè)外表面。芯12可以是同軸的，如圖1中所示。另外，芯可以是偏心的，如下面更詳細(xì)描述。
也可以使用本領(lǐng)域中公知的其它結(jié)構(gòu)纖維構(gòu)造方式，只要聚亞芳基硫醚聚合物形成纖維的整個(gè)外露外表面。例如，另一合適的多組份纖維構(gòu)造包括“海中的島”分布。圖2闡明了在“?！崩w維20中一個(gè)這種“島”的截面圖。通常在“?！崩w維中“島”包括環(huán)繞多個(gè)“島”聚合物組份24的“?！本酆衔锝M份22。該“島”組份可以基本均勻地排列于“?！苯M份22基體內(nèi)，如圖2中所示。另外，該“島”組份可以無規(guī)地分布于“?！被w內(nèi)。
“?！苯M份22形成該纖維的整個(gè)外露外表面，并且由聚亞芳基硫醚聚合物形成。對于皮芯雙組份纖維10的芯組份12，“島”組份24可以由纖維制備領(lǐng)域中公知的、并區(qū)別于“?！本酆衔锝M份的任意類型聚合物來形成。在“?！崩w維中的“島”也可以可選地包括芯26，其可以是下面所述的同軸的或偏心的。當(dāng)存在時(shí)，芯26由任意合適的纖維形成聚合物形成。
本發(fā)明的纖維也包括具有三個(gè)或更多個(gè)從其中心部分向外延伸的臂或葉片的多葉片狀纖維。圖3為本發(fā)明的示例性多葉片狀纖維30的橫截面圖。纖維30包括中間芯32和從其向外延伸的臂或葉片34。該臂或葉片34由聚亞芳基硫醚聚合物形成，并且中間芯32由額外的、區(qū)別于聚亞芳基硫醚聚合物的聚合物來形成。雖然在圖3中描述為位于中間的芯，但是該芯可以是偏心的。
可以使用任意這些或其它多組份纖維構(gòu)造形式，只要該纖維的整個(gè)外露外表面是由聚亞芳基硫醚聚合物形成。參考文獻(xiàn)是Kaneko等的US5,108,820、Strack等的US5,336,552、Pike等的US5,382,400、Hogle等的US5,277,976、和Largman等的US5,057,368與US5,069,970。
由于在合成纖維制備中典型使用的設(shè)備通常制造出具有基本圓形橫截面的纖維，因此該纖維的橫截面優(yōu)選為圓形的。在具有圓形橫截面的雙組份纖維中，第一和第二組份的構(gòu)造可以是同軸的或偏心的，后一種構(gòu)造有時(shí)被稱為“改性的并排”或“偏心”的多組份纖維。
有益地，本發(fā)明的皮/芯纖維是同軸的纖維，并且這樣將通常是非自身卷曲的或非潛在地可卷曲的纖維。該同軸構(gòu)造特征是，外皮組份具有基本均一的厚度，使得芯組份近似地位于纖維中心，如圖1中所示。這與偏心構(gòu)造形成對比，在偏心構(gòu)造中，外皮組份的厚度不相同，并且芯組份因此不位于纖維中心。同軸的皮/芯纖維可以被定義為這樣的纖維，其中芯組份的中心偏離外皮組份的中心不超過約0～約20％、優(yōu)選不超過約0～約10％，基于皮/芯雙組份纖維的直徑。
本發(fā)明的“海中的島”和多葉片狀纖維也可以包括基本居中位于纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)的同軸芯組份，分別如圖2和3中所示的芯26和32。另外，額外的聚合物組份可以偏心定位，以使得環(huán)繞的聚亞芳基硫醚聚合物組份的厚度沿纖維橫截面而各不相同。
任何的額外聚合物組份可以具有基本圓形的橫截面，分別如圖1、2和3中所示的組份12、24和32。另外，本發(fā)明纖維的任何額外聚合物組份可以具有非圓形的橫截面。
聚亞芳基硫醚包括含有亞芳基硫醚單元的線性、支化或交聯(lián)聚合物。聚亞芳基硫醚聚合物和其合成是本領(lǐng)域所公知的，并且這樣的聚合物可以在商業(yè)上獲得。
適用于本發(fā)明的示例性聚亞芳基硫醚包括含有式-[(Ar1)n-X]m-[(Ar2)i-Y]j-[(Ar3)k-Z]l-[(Ar4)o-W]p-聚亞芳基硫代醚的重復(fù)單元，其中Ar1、Ar2、Ar3、和Ar4相同或不同，并且是6～18個(gè)碳原子的亞芳基單元；W、X、Y、和Z相同或不同，并且為選自-SO-2、-S-、-SO-、-CO-、-O-、-COO-、或1～6個(gè)碳原子的亞烷基或亞烷基的二價(jià)連接基團(tuán)，并且其中至少一個(gè)連接基團(tuán)為-S-；并且n、m、i、j、 k、l、o和p各自獨(dú)立地為0、或1、2、3、或4，前提是它們的總和不小于2。亞芳基單元Ar1、Ar2、Ar3、和Ar4可以選擇地被取代或不被取代。有益的亞芳基體系是亞苯基、聯(lián)亞苯基、亞萘基、亞蒽基和亞菲基。聚亞芳基硫醚典型地包括至少30mol％、特別地至少50mol％和更特別地至少70mol％的亞芳基硫醚(-S-)單元。優(yōu)選地，聚亞芳基硫醚聚合物包括至少85mol％直接連接于兩個(gè)芳環(huán)的硫化鏈接。有益地，聚亞芳基硫醚聚合物為聚亞苯基硫醚(PPS)，本文中其被定義為含有作為其組份的亞苯基硫醚結(jié)構(gòu)-(C6H4-S)n-(其中n為1或更大的整數(shù))。
至少一種其它聚合物組份包括本領(lǐng)域公知的基本不可溶的形成纖維的各向同性半結(jié)晶聚酯或聚烯烴聚合物。本文中使用的術(shù)語“各向同性半結(jié)晶”表示為這樣的聚合物，其并非各向異性的液晶聚合物。示例性的各向同性半結(jié)晶聚酯非限定性地包括芳族聚酯，如聚對苯二甲酸乙二醇酯；脂肪族聚酯，如聚乳酸；和其混合物。示例性的聚烯烴非限定性地包括聚丙烯、聚乙烯(低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯)、和聚丁烯，也包括其共聚物和三元共聚物與其混合物。
雖然可以使用各向同性半結(jié)晶聚合物的混合物，但至少一種其它聚合物組份不包括如上所定義的聚亞芳基硫醚聚合物。這樣可以降低制造成本和復(fù)雜性。更令人吃驚地，盡管沒有與外層聚合物組份的聚亞芳基硫醚聚合物相同或化學(xué)類似的聚合物，本發(fā)明的纖維對于下游處理仍顯示足夠的完整性。
在本發(fā)明一種實(shí)施方式中，纖維形成聚合物可以是脂肪族聚酯聚合物，例如聚乳酸(PLA)。進(jìn)一步地，可以適用于本發(fā)明的脂肪族聚酯實(shí)例非限定性地包括由(1)脂肪族二醇(例如乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、辛二醇或癸二醇)或乙二醇低聚物(例如二乙二醇或三乙二醇)與脂肪族二羧酸(例如丁二酸、己二酸、己烷二甲酸或癸烷二甲酸(decaneolicarboxylic acid))的結(jié)合，或(2)聚乳酸之外的羥基羧酸(如聚羥基丁酸酯、聚己二酸亞乙基酯、聚己二酸亞丁基酯、聚己二酸亞己基酯)的自身縮合、和含有它們的共聚物，形成的纖維形成聚合物。脂肪族聚酯是本領(lǐng)域所公知的，并且可以從商業(yè)上獲得。
在發(fā)明的另一有益實(shí)施方式中，本發(fā)明纖維的纖維形成組份可以包括芳族聚酯聚合物。熱塑性芳族聚合物包括(1)具有2～10個(gè)碳原子的亞烷基二醇和芳族二酸的聚酯；(2)聚亞烷基萘酸酯，其為2，6-萘二甲酸與亞烷基二醇的聚酯，例如聚亞乙基萘酸酯；和(3)由1，4-環(huán)己烷二甲醇和對苯二甲酸衍生的聚酯，例如聚環(huán)己烷對苯二甲酸酯。特別適用于各種應(yīng)用的是聚亞烷基對苯二甲酸酯，尤其是聚對苯二甲酸乙二醇酯(也稱為PET)和聚對苯二甲酸丁二醇酯。這樣的聚酯也是本領(lǐng)域所公知的，并且可以從商業(yè)上獲得。
本發(fā)明纖維的各種聚合物組份的重量比可以不同。例如，聚合物組份重量比范圍可以為約10∶90～90∶10。本發(fā)明纖維的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以使用顯著降低量的聚亞芳基硫醚聚合物，同時(shí)最小限度或不破壞所期望的纖維性能，如耐熱性和耐化學(xué)性。在這點(diǎn)上，纖維形成聚合物存在量可以高達(dá)50重量％和更高，例如高達(dá)約60重量％，并且甚至可以高達(dá)約70重量％和更高，盡管顯著減少了聚亞芳基硫醚聚合物的總量，該纖維仍可以顯示有益的耐化學(xué)性和耐熱性。
例如，該纖維可以顯示與由100％聚亞芳基硫醚聚合物制備的相同纖維的耐化學(xué)性相當(dāng)?shù)哪突瘜W(xué)性，甚至對于包括含量高達(dá)50重量％和更高的纖維形成聚合物的纖維來說也是如此。本發(fā)明纖維顯示的耐熱性，可以隨給定纖維結(jié)構(gòu)中聚亞芳基硫醚聚合物含量的不同而變化。這樣可以微調(diào)纖維的結(jié)構(gòu)，以包括提供給定最終應(yīng)用中所需耐熱性而所需要的較多或較少量聚亞芳基硫醚聚合物。
聚合物可以可選地包括對其所期望的性能有負(fù)面影響的其它組份?？梢杂米黝~外組份的示例性材料非限定性地包括殺菌劑、顏料、抗氧劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、石蠟、流動促進(jìn)劑、固體溶劑、顆粒、和其它被添加用來提高第一和第二組份的加工性能的材料。這些和其它添加劑可以以通常用量來使用。
制備多組份纖維的方法也是公知的，并且不必在此詳細(xì)描述。通常，使用傳統(tǒng)的多組份織物纖維紡紗方法和裝置，并利用本領(lǐng)域公知的機(jī)械牽伸(drawing)技術(shù)來制備本發(fā)明的多組份纖維。聚亞芳基硫醚聚合物的熔融擠出與纖維形成的方法條件也是本領(lǐng)域所公知的，并且可以在本發(fā)明中采用。適用于該纖維額外聚合物組份的其它纖維形成聚合物的熔融擠出與纖維形成的方法條件也是本領(lǐng)域所公知的，并且可以在本發(fā)明中采用。
為了形成本發(fā)明的多組份纖維，將至少兩種聚合物即聚亞芳基硫醚聚合物和至少一種額外的纖維形成聚合物，分別熔融擠出，并喂入到聚合物分布系統(tǒng)中，其中聚合物被引入到噴絲頭盤中。聚合物沿單獨(dú)的通道流動到纖維噴絲頭，并在噴絲頭孔中結(jié)合。將噴絲頭設(shè)定成使得擠出物具有所期望的形狀。
通過模口擠出之后，所獲得的細(xì)流體股或絲仍保持熔融態(tài)，然后在周圍的流體介質(zhì)中將它們冷卻固化，該流體介質(zhì)可以是吹過該股的冷凍氣體、或在液體槽如水槽中浸泡。一旦被固化后，在導(dǎo)絲盤或另一卷取(take-up)表面上將纖絲卷取。在連續(xù)纖絲方法中，在與卷取導(dǎo)絲盤速率成比例地拉伸(draw down)細(xì)流體的導(dǎo)絲盤上，卷取纖股。在噴絲方法中，在噴射例如氣體槍中收集纖股，并將其吹到卷取表面如輥或傳動帶上，以形成紡粘網(wǎng)(spunbond web)。在熔噴(meltblown)方法中，在噴絲頭表面噴射氣體，其用于同時(shí)拉伸和冷卻細(xì)流體，這樣它們被沉積在冷卻氣體通道中的卷取表面上，由此形成纖維網(wǎng)絡(luò)。
不管所使用的熔融噴絲方法是什么類型，都是在熔融狀態(tài)下，也就是在為了良好韌性而進(jìn)行取向聚合物分子的固化之前，熔融拉伸該細(xì)流體?？梢岳帽景l(fā)明所公知的典型熔融拉伸比例。當(dāng)在采用連續(xù)纖絲或切斷纖維方法時(shí)，可以期望的是，在固體狀態(tài)下，使用傳統(tǒng)的拉伸裝置例如在不同速率下操作的順序?qū)Ыz盤來拉伸該纖股。
在固體狀態(tài)下拉伸之后，可以將該連續(xù)的纖絲卷曲或結(jié)構(gòu)化，并切割成所期望的纖維長度，由此制備切斷切斷纖維。切斷纖維的長度通常范圍在約25～約50毫米，但是該纖維可以如所期望的那樣更長或更短。
本發(fā)明的纖維可以是切斷纖維，連續(xù)纖絲、或熔噴纖維。通常，依據(jù)本發(fā)明形成的切斷纖維、復(fù)合纖絲、和紡粘纖維(spunbund fiber)，可以具有約0.5～約100旦尼爾的細(xì)度。熔噴纖維可以具有約0.001～約10.0旦尼爾的細(xì)度。該纖維也可以是單纖絲，其可以具有范圍在約20～約10,000旦尼爾的細(xì)度。
本發(fā)明的纖維適用于制備多種產(chǎn)品，非限定性地包括無紡結(jié)構(gòu)，非限定性地例如梳理纖維網(wǎng)、濕法搓捻纖維網(wǎng)(wet laid web)、干法搓捻纖維網(wǎng)(dry laid web)、紡粘纖維網(wǎng)、熔噴纖維網(wǎng)等。本發(fā)明的纖維也可以用于制備其它織物結(jié)構(gòu)，非限定性地例如織物和編織織物。本發(fā)明纖維之外的纖維可以存在由其制備的制品中，包括本領(lǐng)域公知的任何各種合成的和/或天然的纖維。示例性的合成纖維包括聚烯烴、聚酯、聚酰胺、丙烯酸類、人造絲、纖維素乙酸酯、熱塑性多組份纖維(如傳統(tǒng)皮/芯纖維，例如聚乙烯皮/聚酯芯纖維)等和其混合物。示例性的天然纖維包括羊毛、棉花、木質(zhì)紙漿纖維等和其混合物。
在本發(fā)明的一個(gè)特別有益方面，該纖維可以用于制備過濾介質(zhì)。在這種實(shí)施方式中，本發(fā)明的纖維可以顯示良好的耐熱性和耐化學(xué)性。該纖維也可以顯示良好的柔韌性和拉伸強(qiáng)度，并且可以用來制備用于腐蝕和/或高溫環(huán)境下的產(chǎn)品。例如，本發(fā)明的纖維可以容易地處理以制備用作過濾介質(zhì)的產(chǎn)品，如用于收集由焚燒爐、燃煤鍋爐、金屬熔融爐等產(chǎn)生的熱粉塵的袋式過濾器(或袋-室過濾器)。本發(fā)明纖維的另一用途是，制備用于熱油變壓器的絕緣體。
將通過下列非限定性的實(shí)施例，更進(jìn)一步地闡明本發(fā)明。
實(shí)施例1100％PPS纖維將從Ticona獲得的結(jié)晶Fortron 0309 PPS注入兩個(gè)干燥料斗中，并在280下干燥8小時(shí)。將干燥的聚合物從料斗喂入到兩個(gè)擠出機(jī)中，擠出機(jī)運(yùn)行時(shí)入口溫度為280℃，并且出口溫度為305℃。將聚合物擠入兩個(gè)齒輪泵中，其將兩個(gè)聚合物流喂入雙組份紡紗包中，紡紗包被設(shè)計(jì)用來制備具有皮/芯結(jié)構(gòu)的纖維，在每個(gè)纖維外皮中具有來自一個(gè)擠出機(jī)的聚合物，同時(shí)在每個(gè)纖維芯中具有來自另一擠出機(jī)的聚合物。在12.5℃氣流中將纖維固化，并通過一對以992米/分鐘運(yùn)行、且在線軸以1000米/分鐘環(huán)繞的導(dǎo)絲盤將其機(jī)械細(xì)化。進(jìn)一步地，通過165下的水槽，以2.65∶1的總拉伸比例，將這些纖維在未加熱的輥上機(jī)械拉伸。這些纖維被證實(shí)可以適用于在袋-室過濾器中使用，但是成本過高。
實(shí)施例240％PPS/60％PET皮/芯纖維將從Ticona獲得的結(jié)晶Fortron 0309 PPS和從NanYa Plastics獲得的0.55i.v.PET分別注入兩個(gè)干燥料斗中，并在280下干燥8小時(shí)。將干燥的聚合物分別從料斗喂入到兩個(gè)擠出機(jī)中，擠出機(jī)運(yùn)行時(shí)入口溫度為280℃，并且出口溫度為295℃。將聚合物擠入兩個(gè)齒輪泵中，其將兩個(gè)聚合物流喂入雙組份紡紗包中，紡紗包被設(shè)計(jì)用來制備具有皮/芯結(jié)構(gòu)的纖維，在每個(gè)纖維外皮中具有PPS，同時(shí)在每個(gè)纖維芯中具有PET。在15℃氣流中將纖維固化，并通過一對以842米/分鐘運(yùn)行、且在線軸以865米/分鐘環(huán)繞的導(dǎo)絲盤將其機(jī)械細(xì)化。進(jìn)一步地，通過165下的水槽，以2.72∶1的總拉伸比例，將這些纖維在未加熱的輥上機(jī)械拉伸。這些纖維被證實(shí)可以適用于在袋-室過濾器中使用，并且由于PET組份的成本相對于PPS的成本降低，因此對于商業(yè)化來說該纖維是可以接收的。
對于這些發(fā)明所屬于的技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說，借助于前述說明書和附圖中呈現(xiàn)的教導(dǎo)，將能夠想到本文中提出的本發(fā)明的各種方案和其它實(shí)施方式。由此，應(yīng)被理解的是，本發(fā)明并不是限定于所公開的特定實(shí)施方式，并且改進(jìn)和其它實(shí)施方式也是包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。雖然在此采用了特定的實(shí)施方式，但是它們只是以普遍性和描述性的意義來使用的，并且不是出于限定的目的。
權(quán)利要求
1.具有外露外表面的多組份纖維，包括至少第一組份，其含有聚亞芳基硫醚聚合物，其中所述聚亞芳基硫醚聚合物形成多組份纖維的整個(gè)外露外表面；和至少第二組份，其中不含聚亞芳基硫醚聚合物，并且與所述第一組份的至少一部分相接觸，所述第二組份含有基本不可溶的聚合物，其選自各向同性半結(jié)晶聚酯和聚烯烴。
2.權(quán)利要求1的纖維，其中所述纖維是在熔融狀態(tài)下機(jī)械拉伸的。
3.權(quán)利要求1的纖維，其中所述聚亞芳基硫醚聚合物包含其中至少85mol％硫醚鏈接直接連接于兩個(gè)芳環(huán)上的聚合物。
4.權(quán)利要求3的纖維，其中所述聚亞芳基硫醚聚合物為聚亞苯基硫醚(PPS)。
5.權(quán)利要求1的纖維，其中所述各向同性半結(jié)晶聚酯選自芳族聚酯、脂肪族聚酯及其混合物。
6.權(quán)利要求5的纖維，其中所述芳族聚酯選自聚對苯二甲酸亞烷基二醇酯、聚萘酸亞烷基二醇酯、由環(huán)己烷二甲醇與對苯二甲酸衍生的聚酯及其混合物。
7.權(quán)利要求6的纖維，其中所述芳族聚酯選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘酸乙二醇酯、和聚環(huán)己烷對苯二甲酸酯。
8.權(quán)利要求7的纖維，其中所述芳族聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
9.權(quán)利要求5的纖維，其中所述各向同性半結(jié)晶聚酯為脂肪族聚酯。
10.權(quán)利要求9的纖維，其中所述脂肪族聚酯為聚乳酸。
11.權(quán)利要求1的纖維，其中所述各向同性半結(jié)晶聚烯烴選自聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯和聚丁烯及其共聚物與三元共聚物和其混合物。
12.權(quán)利要求1的纖維，其中所述纖維為包含皮組份和芯組份的雙組份纖維，其中所述皮組份形成所述纖維的整個(gè)外露外表面，并且包含所述聚亞芳基硫醚聚合物。
13.權(quán)利要求12的纖維，其中所述皮/芯纖維為同軸的皮/芯纖維。
14.權(quán)利要求1的纖維，其中所述纖維為“海中的島”纖維，其包含“海”組份和多個(gè)分布于所述“?！苯M份內(nèi)的“島”組份，其中所述“?！苯M份形成所述纖維的整個(gè)外露外表面，并且包含所述聚亞芳基硫醚聚合物。
15.權(quán)利要求1的纖維，其中所述纖維具有圓形的橫截面。
16.權(quán)利要求1的纖維，其中所述纖維具有多葉片狀的構(gòu)造。
17.權(quán)利要求1的纖維，其中所述纖維選自切斷纖維、連續(xù)纖絲、熔噴纖維和紡粘纖維。
18.權(quán)利要求1的纖維，其中纖維形成組份構(gòu)成纖維總重的大于50重量％。
19.權(quán)利要求18的纖維，其中纖維形成組份構(gòu)成纖維總重的大于約60重量％。
20.權(quán)利要求19的纖維，其中纖維形成組份構(gòu)成纖維總重的大于約70重量％。
21.權(quán)利要求1的纖維，其中將所述纖維為機(jī)械拉伸皮/芯雙組份纖維，其包含聚亞苯基硫醚皮組份，其中所述聚亞苯基硫醚形成所述雙組份纖維的整個(gè)外露外表面；和聚對苯二甲酸乙二醇酯芯組份，其中不含聚亞苯基硫醚，并且與所述聚亞苯基硫醚皮組份相接觸。
22.包含多個(gè)依據(jù)權(quán)利要求1～21中任一項(xiàng)的多組份纖維的制品。
23.權(quán)利要求22的制品，其中所述制品為袋式過濾器。
24.制備耐熱性和耐化學(xué)性的多組份纖維的方法，該方法包括將至少一種聚亞芳基硫醚聚合物和至少一種不含聚亞芳基硫醚聚合物的基本不可溶的聚合物分別熔融擠出，其中所述不可溶的聚合物選自各向同性半結(jié)晶聚酯和聚烯烴；使所述分別擠出的聚合物沿分開的聚合物流動路徑通過聚合物分布系統(tǒng)；結(jié)合所述分開的聚合物流動路徑，以形成多組份纖維，所述多組份纖維具有外表面和至少第一組份與至少第二組份，其中第一組份包含形成多組份纖維整個(gè)外露外表面的聚亞芳基硫醚聚合物，第二組份包含與至少一部分所述第一組份接觸的基本不可溶的聚合物；和在流體狀態(tài)下，將所述多組份纖維機(jī)械細(xì)化。
全文摘要
一種具有外露外表面的多組份纖維，包含聚亞芳基硫醚聚合物組份和至少一種由不同聚合物形成的額外組份。聚亞芳基硫醚聚合物組份形成纖維的整個(gè)外露外表面，并賦予纖維良好的耐熱性和耐化學(xué)性。
文檔編號D01F8/16GK1890415SQ200480035803
公開日2007年1月3日 申請日期2004年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者M·A·霍基, R·斯里尼瓦森 申請人:提克納有限責(zé)任公司, 光纖創(chuàng)新技術(shù)公司