製備高耐熱聚合物纖維的方法

2023-08-13 16:31:11

專利名稱：製備高耐熱聚合物纖維的方法
技術領域：
本發明總的涉及由高耐熱聚合物製備纖維的方法。更具體地，本發明涉
及由具有約180 50(TC的熔融溫度的聚合物紡成纖維。
背景技術：
已發現高熔融溫度的聚合物(例如具有可在範圍約180 450。C的玻璃化 轉變溫度的聚醯亞胺聚合物)在多種應用中的效用，這是因為其在耐熱性之 外還具有通常極端的物理性質。例如，聚醚醯亞胺(可以商標ULTEM得自 General Electric Company)具有高玻璃化轉變溫度，是延性的、阻燃的且產生 低量的煙，同時又具有優良的耐化學品性。已發現這些聚合物在用於挑戰性 的物理環境如航空應用中的成形製品、片材和塗層的廣泛用途。
儘管高性能聚合物如聚醚醯亞胺的加工溫度高，但是它們可製成纖維。 然而，它們要求較高的加工溫度，所述較高的加工溫度通常不用於加工其它 聚合物纖維。這些加工條件常常在制品的商業製造中產生預料不到和困難的 力口工問題。
在製備聚合物纖維的常規體系中，將聚合物樹脂在擠出機中擠出，並通 過含有多個孔道的噴絲頭形成纖維束，使該纖維束冷卻並牽引至繞絲軸或盤 管上。高性能聚合物如聚醚醯亞胺，要求較高的加工溫度，所述較高的加工 溫度通常不用於加工其它聚合物纖維。這些加工條件常常在制品和纖維的商 業製造中產生預料不到和困難的加工問題。此外，由具有高熔融溫度或高玻 璃化轉變溫度的材料形成纖維通常生產輸出速度低，這限制了這些材料在多 種產品應用中的成本效率。因此在本領域中持續需要發展用高耐熱材料製備 纖維的方法。

發明內容
在一實施方案中， 一種製備聚合物纖維的方法包括熔融具有熔融溫度 約180 45(TC的聚合物來製備熔融聚合物，使該熔融聚合物通過含有多個孔道的噴絲頭形成纖維束，在纖維束從噴絲頭出來時使該纖維束與冷卻介質接 觸，所述冷卻介質在橫穿纖維束的束寬上具有基本均勻的流動分布，其中該
冷卻介質的溫度在約0 80。C範圍內。
在另一實施方案中，製備聚合物纖維的方法包括使冷卻介質朝向纖維 束，流經冷卻區，其與纖維束接觸而冷卻該纖維束，其中該冷卻區的寬度大 於該纖維束的寬度至多約10%。
在又一實施方案中，製備聚合物纖維的方法包括熔融具有熔融溫度約 180 45(TC的聚合物來製備熔融聚合物，使該熔融聚合物通過含有多個孔道 的噴絲頭形成纖維束，所述纖維束包含截面第一區和截面第二區，所述截面 第二區的纖維密度小於所述截面第一區的纖維密度。


本發明的各種實施方案可參考下面附圖進行理解。附圖中的各組件不一 定是按比例的。在附圖中，用同樣的數字標號表示幾個視圖中的相應部分。
圖1為根據本發明的實施方案的紡絲裝置的示意圖。
圖2為根據本發明的實施方案，沿圖1中紡絲裝置的線2-2穿過噴絲頭 下的纖維束所截取的截面視圖。
具體實施例方式
根據本發明，術語"旦尼爾"是指絲和一些人造纖維如尼龍的細度單位，
其等於1克每9000米紗線。
對於本發明，術語"聚合物"意指包括低聚物、均聚物和共聚物。 對於本發明，術語"聚醚醯亞胺"是指含有包括醚和醯亞胺基團的單體單
元的聚合物。
醚基是本領域眾所周知的，其由單鍵連於兩個不同碳原子的氧原子組 成。二醯亞胺基團為具有兩個雙鍵的含氮酸。
術語"去除"、"除去的"和"進行除去"均指從由纖維製成的聚合物除去外
來顆粒物質。
"濾網"是指用作過濾器的每單位面積具有特定孔數的金屬編織網或紗 網。也可使用燒結的金屬粉末或纖維。該濾網可包含方形織紋或者具有平行 斜紋(diagnol)的織紋(有時稱為"荷蘭斜紋(Dutch Twill)")。這些濾網通常按其
8目數和開孔面積進行分類。
"過濾組合件(filter pack)"或"過濾網組合(screen pack)"是用於過濾聚合 物的兩層或更多層紗網或紗羅織物的組合。例如，過濾網組合件可由20目、 60目、100目、60目和20目的各紗網的組裝製成(稱為20/60/100/60/20)。
"外來顆粒物"是指可負面影響本發明的纖維和/或製造纖維工藝的最佳 性能的外來物質(金屬、紙、木材、灰塵等)、非聚合材料在擠出熔體流中的 汙染。例如，在多種高Tg聚合物中，製備和/或使用這些聚合物所需的有機 材料暴露於高的反應或加工溫度，這些有機材料可變成碳化聚合物的各種尺 寸的黑斑。這些黑斑可導致噴絲頭中的一個或多個孔的堵塞，並導致噴絲頭 的內表面上的壓力變化。上述壓力變化負面影響纖維的速度、體積和品質。 而且，如果這些黑斑穿過噴絲頭，它們可內含在纖維中，並引起纖維具有較 差性能的區域，如脆弱點。其它外來物質可來源於反應容器、導管、運輸包 裝、未反應的反應物、凝膠、預聚物、加工副產品等。
術語"整流器"是指用於將冷卻介質擴散至從噴絲頭出來的纖維束周圍 的裝置。
術語"冷卻區"是指沿其冷卻介質指向從噴絲頭出來的纖維束的截面區域。
術語"基本均勻的流動分布"是指冷卻介質橫穿指定區域的體積流速。 術語"基本均勻冷卻速度"是指在纖維束內各單獨纖維相互之間基本均 勻冷卻。
術語"纖維密度"是指當纖維束從噴絲頭出來時，相對於纖維束的面積， 纖維束的給定區域的這些纖維的直徑所佔用的面積。纖維束的截面區域的纖 維密度是該區域中的纖維的截面積的總和除以所述區域的截面積。
本發明涉及以改善的輸出速度將高熔融溫度的聚醯亞胺聚合物轉變為 具有期望的物理性質和力學性質的纖維的方法。已發現根據本文所述的各種 實施方案通過採用熱控制技術可改善高熔融溫度聚合物的生成。
在一實施方案中，產生聚合物纖維的方法包括熔融具有熔融溫度約 180 約450。C的聚合物來製備熔融聚合物，使該熔融聚合物通過含有多個孔 道的噴絲頭形成纖維束，當纖維束從噴絲頭出來時^f吏該纖維束與冷卻介質接 觸，所述冷卻介質在橫穿纖維束的束寬上具有基本均勻的流動分布，其中該 冷卻介質的溫度在約0~約8(TC範圍內。所述聚合物的熔融溫度可以是約中約180 約470°C,在另一實施方案中約 200-450°C,在又一實施方案中約300~約425 °C。
圖1為根據本發明的實施方案通常用於製造纖維的方法的紡絲裝置10 的示意圖。熔融聚合物從擠出機12流出，進入計量泵14再流經紡絲頭組合 件的上部(packtop)16,該組合件的上部16具有至少一個通向過濾器18的通 道(未示出)，從而在材料流經含有孔22的噴絲頭20之前除去外來顆粒物質， 進而形成由多個單獨聚合物纖維或單纖維(filament)構成的纖維束30。纖維束 30中的單獨纖維的數量可取決於與噴絲頭20的設計有關的幾個因素，例如 孔的模式，孔22的數目和孔22的尺寸，以及用於容納孔的噴絲頭的尺寸和 幾何形狀。例如，在通常的噴絲頭20中可有二十到幾千個孔，取決於製造 的是紡織用單纖維(filament)、工業用單纖維(filament)、還是紡織用短纖維 (staple)。
通過驟冷系統32來使纖維束30驟冷，該驟冷系統32包括氣態冷卻介 質33、產生該冷卻介質的源34(例如電風扇)及整流器36，經過該整流器36, 所述冷卻介質在其通道上流向纖維束30。整流器36通常由帶孔的網狀物如 金屬、耐高溫塑料或者滲透性泡沫材料製成，以在自噴絲頭20中擠出的纖 維束30的路徑的橫向提供均勻的速度分布。整流器36具有預定長度L，其 定義冷卻區的長度。冷卻介質以箭頭37所代表的方向流動，以及例如圖中 所示的與纖維束30行進的路徑(箭頭38所示M黃向的方向流動。
驟冷系統32之後，通過匯聚導紗器40再進一步加工纖維束30,再用 至少一個輥或導輥(例如輥42、 44、 46和48)牽引，並纏繞在筒管或繞絲軸 50上。任選地，製造纖維的方法可包括整理步驟，其中在纖維束到達匯聚導 紗鉤40之前可經給油裝置(未示出)施加整理。
圖2為根據本發明的實施方案沿圖1中紡紗裝置10的線2-2所截取的 並穿過纖維束30向噴絲頭20方向觀察的截面示意圖。如圖所示，驟冷系統 32進一步包括對立的側壁60和62。側壁60和62 >^人與纖維束30並排的整 流器36向外伸出並且其容納流經整流器36的流動的冷卻介質33。如圖所示， 側壁64與66之間跨越寬度W2，寬度W2大於纖維束30的寬度WF,然而， 在作為選擇的實施方案中，側壁60與62之間也可跨越寬度W2，其近似等 於纖維束30的寬度WF,或者W2與Wp之間的幾個寬度之一。在一實施方 案中，側壁60與62之間的距離大於纖維束30的橫向寬度Wp，如圖2所示，
10側壁60和62可分別任選地包括第一和第二導流板64和66，它們使冷卻介 質33經具有寬度W，的冷卻區流向纖維束30。
如圖2中所示，寬度W!基本上等於纖維束30離開噴絲頭20時的寬度 WF。導流板64與66跨度寬度WP其小於側壁60與62之間的寬度\￥2從 而有助於避免冷卻介質33在纖維束30周圍移動，所述冷卻介質33在纖維 束30周圍移動引起冷卻介質33橫穿纖維束30的橫向寬度WF的不均勻流動。 導流板64和66在熱量上幫助控制冷卻介質穿過纖維束30的流動，從而使 所有從噴絲頭20出來的纖維以基本均勻的速度冷卻。也就是說，根據本發 明的實施方案，製造聚合物纖維的方法包括使纖維束與冷卻介質接觸，其中 當纖維束從噴絲頭出來時，所述冷卻介質在橫穿纖維束的束寬上具有基本均
但是該方法提供了與纖維束的接觸，其中在橫穿纖維束的寬度Wf方向上有 基本均勻流動分布，從而使冷卻介質的體積流速是基本均勻的以及纖維以基 本均勻的冷卻速度冷卻。
在作為選擇的實施方案中，側壁60與62或者導流板64與66分隔的距 離可略超過或者短於纖維束30的橫向寬度WF，然而，已發現如果使冷卻介 質33定向穿過基本上大於或者基本上小於橫向寬度Wp的寬度的話，那麼聚 合物單纖維可發生冷卻不夠或冷卻過度，並可從纖維束30中斷裂，從而降 低了纖維的生產輸出速度。纖維未因為冷卻過度或冷卻不夠而沿冷卻區從纖 維束中斷裂或者落下，表明纖維是以基本均勻的冷卻速度冷卻的。纖維束中 的單獨纖維在避免單獨纖維罔冷卻過度和冷卻不夠而斷裂的溫度範圍內冷 卻。如上所述，可能的是側壁64和66跨越的寬度W2大約等於纖維束30 的寬度WF，並且不存在從側壁延伸出的導流板。因此，在一示例性實施方
維束接觸，其中冷卻區的寬度W,比纖維束的寬度Wf大至多約20%,在另 一實施方案中至多約10%,在又一實施方案中至多約5%，在再一實施方案 中基本上等於纖維束30的寬度WF,冷卻區的寬度W,也可以是在上述寬度 之間的所有範圍內。 : 對從噴絲頭20出來的纖維束30的高溫聚合物纖維的熱控制可通過噴絲 頭20的孔的模式和纖維束30的單獨纖維形成的所得;漠式的各種排列而達 到。示於圖2中的纖維束30的截面模式基本上反映了噴絲頭20的孔22(圖
iil)的模式，纖維束30是通過所述噴絲頭20形成的。纖維束30具有截面第一 區70和截面第二區72，其中第一區70的纖維密度大於第二區72的纖維密 度。已發現，在製備纖維的工藝中這樣的噴絲頭可提高纖維生產率噴絲頭 20具有至少兩個區，其中各區具有不同的孔密度，以及產生具有至少兩個不 同聚合物纖維密度的截面區的纖維束30。
噴絲頭20的具體區的孔密度在本文中定義為該區的孔面積與該區的面 積之比。具體區的纖維密度在本文中定義為該區中纖維的截面積除以所述區 的截面積、。
在圖2的示例性的實施方案中，纖維束30具有圍繞截面第二區72的截 面第一區70,並且第一區70的纖維密度大於截面第二區72的纖維密度。纖 維束30的截面第二區的纖維密度由噴絲頭20的第二部分(未示出)的孔^f莫式 來確定，該第二部分與纖維束30的截面第二區相對，其孔密度小於噴絲頭 20的第一部分的孔密度。如圖2中所示，截面第二區72的纖維密度基本為 0,然而，第二區72的纖維密度可以是小於第一區70的纖維密度的任意纖 維密度。例如，相比於纖維束30的截面第一區70,纖維束30的截面第二區 72可具有較稀疏的纖維排列。具有較低的聚合物單纖維密度的區可減少纖維 束30內熱積累，發現這促進基本均勻的纖維冷卻並導致纖維製備工藝的生 產率的提高。截面第一區70的單獨纖維圖示為均勻間隔開的，然而，截面 第一區與第二區70和72的單纖維可以是各自均勻間隔開的或者無規間隔開 的。
截面第二區72的面積可以是小於截面第一區70的面積，在另一實施方 案中，所述截面第二區為至少約5%的所述截面第一區面積，在另一實施方 案中約5% 約50%的所述截面第一區面積，在又一實施方案中，約10%~約 20。/。的所述截面第一區面積，以及在它們之間的所有範圍。截面第二區72 的纖維密度小於約90%的截面第一區70的纖維密度，在另一實施方案中小 於約50%的截面第一區70的纖維密度，在另一實施方案中小於約25%的截 面第一區70的纖維密度，在又一實施方案中，所述第二區的纖維密度基本 為0。
在另一實施方案中，纖維束30可包含截面第一區70包圍的截面第三區 74,所述截面第三區74的纖維密度小於第一區70的纖維密度。第三區的纖 維密度由噴絲頭20的第三部分(未示出)確定，所述噴絲頭20的第三部分的孔密度小於噴絲頭20的第一部分的孔密度。在示例性的實施方案中，如圖2
所示，第三區74的纖維密度如同第二區72基本為0，然而，第三區74的纖 維密度可以是小於第一區70的纖維密度的任意纖維密度。例如，截面第三 區74為至少約5%的截面第一區70面積，在另一實施方案中約5%~約50% 的所述截面第一區面積，在又一實施方案中，約10%~約20%的所述截面第 一區面積，以及在它們之間的所有範圍。截面第三區74的纖維密度小於約 90%的截面第一區70的纖維密度，在另一實施方案中小於約50%的截面第 一區70的纖維密度，在另一實施方案中小於約25%的的截面第一區70的纖 維密度，在又一實施方案中，所述第三區的纖維密度基本為0。此外，纖維 束30可包括具有不同纖維密度的附加的區(未示出)。例如，這些附加區各自 可被第一區70包圍，並可具有小於第一區的纖維密度的纖維密度。
第三區的纖維密度可與第二區72的纖維密度相同或相異。在一實施方 案中，纖維束30的第二區72和第三區74各自的纖維密度可以是第一區70 的纖維密度的約95%或更小，在另一實施方案中為第一區70的纖維密度的 約80。/。或更小，在又一實施方案中，為第一區70的纖維密度的約50%或更 小。在另一實施方案中，所述第二區72和第三區74各自的纖維密度可以為 第一區70的纖維密度的約20%~約95%,在另一實施方案中約20~約80%, 在又一實施方案中，約30~約70%。
截面第二區72和第三區74顯示為基本上圓形，這是由基本上為圓形的 噴絲頭20孔模式決定的，然而，這些區可以是多種不同形狀中的一種，例 如長方形、三角形等，並且第二區72的形狀可不同於第三區74的形狀。按 照上述的實施方案對聚合物通過噴絲頭20形成纖維束30產生的高熱量進行 熱控制，促進了冷卻介質橫穿纖維束30的均勻流動，從而使在纖維束中每 個單獨纖維的冷卻速度基本上平衡。圖2中所示的實施方案顯示紡紗裝置 10,在其所用於工藝中，冷卻介質如上所述由側壁60和62或者突出物64 和66所定向，或者噴絲頭包括至少兩個不同孔密度的區以產生含有至少兩 個不同纖維密度的區的纖維束30。然而，可根據纖維的期望輸出速度以及其 它幾個與聚合物相關的因素(例如熔體指數、熔融溫度)來分別使用上迷的任 一熱控制技術，這是本領域普通技術人員可確定的。
度約0~約80。C的冷卻介質來冷卻以製備纖維。在另一實施方案中，所述冷
13卻介質的溫度為約0~約40°C,在又一實施方案中，所述冷卻介質的溫度為 約10 約24。C。所述冷卻介質可以是液體如水，或者氣體如空氣。當纖維束 從噴絲頭出來時，冷卻介質可流向纖維束，並具有基本均勻的速度分布。例 如氣態冷卻介質流向纖維束的速度為約0.01-20米/秒，在另一實施方案中約 0.01~約10米/秒，在又一實施方案中約0.05~約5米/秒，以及它們之間的所 有範圍。太高的速;l可導致纖維斷裂，這取決於例如聚合物的組成和纖維的 直徑等。
可實現從至少約100米/分鐘直至並包括7500米/分鐘的纖維生產輸出速 度。在另一實施方案中，輸出速度可為約100~約5000米/分鐘，在另一實施 方案中約500~約5000米/分鐘。在又一實施方案中，纖維的輸出速度可為約 750米/分鐘直至並包括約4000米/分鐘。
噴絲頭中孔的大小直接與從噴絲頭出來的纖維細度相關。噴絲頭可具有 不同的孔數，這取決於待製備的纖維的體積、旦尼爾、商業要求或最終性質。 例如，噴絲頭可具有約1 (用以產生很粗的即2.00 mm的纖維) 約3000孑L, 或者在另一實施方案中約30 約1000孔。在又一實施方案中，孔數可以為約 60 約850,或者約100-800孔例如約400~約700孑L，以及它們之間的所有 範圍。
噴絲頭孔可具有可產生所期望的旦尼爾纖維的任何直徑。直徑的範圍可 以為0.001 mm直至約3 cm，在另一實施方案中約0.1 mm直至約1 cm,例 如可以為從約0.3 mm直至約5 mm。在許多情況下，噴絲頭孔的直徑將直接 與待製備纖維的旦尼爾相關。例如，利用ULTEM 9011(PEI，可商購自GE Plastics, Pittsfield, Massachusetts,美國)，0.45 mm 0.6 mm的噴絲頭孑L直徑 將產生約2~4旦尼爾的纖維。
根據本發明的纖維的厚度優選為0.1 100000 dpf(旦尼爾/單絲)，或者， 在另一實施方案中，約0.1~約100 dpf,在另一實施方案中約0.1~約50.0 dpf， 在又一實施方案中，約0.25 約10.0dpf，或者更進一步為約0.25 約l.Odpf。 在根據本發明的實施方案中，聚合物纖維可以為約1 約20dpf，在另一實施 方案中，小於約10dpf,例如2dpf、 4dpf和6dpf。才艮據纖維的最終用途， 其它尺寸規格也可用於描述根據本發明的纖維。例如，染色纖維還包括 0.01 50000 dpf，或者例如0.1 100dpf的那些纖維。所述纖維也可用其直徑 來表徵，所述直徑為約0.00001 約2 mm,例如約0.0001~約0.5 mm,在另一實例中約0.005~約0.5 mm,在又一實例中約0.005~約0.095 mm。本領域 技術人員會理解這些範圍包括不同的寬度，這取決於噴絲頭孔測量和纖維的 用途，並且本發明意指包括聚醚醯亞胺纖維細度的整個範圍.
所製得的纖維可以是連續長絲型或者剪切為短纖維型(例如，短纖維紗 細度可以是2.25/2和10/1英制棉支數；其分別等於4703和532旦尼爾)，包 括在長度方向的厚度上均勻或無規則的那些，其截面形狀可以是圓形、三角 形、多邊形、多葉型(multi-lobal)或無定形型，包括L-型、T-型、Y-型、W-型，八角形，平坦形(flat shape)和狗骨型。根據本發明的纖維可以是實心或 空心的。
根據ASTM-02256-97測試，本文所述的包含聚醚醯亞胺的聚合物纖維 的韌度為至少約0.5克/旦尼爾，在另 一實施方案中為約0.5~約50克/旦尼爾， 在又一實施方案中為約1~約7克/旦尼爾，在再一實施方案中為約1~約3.5 克/旦尼爾。根據ASTM-02256-97測試，本文所述的包含聚醚醯亞胺的聚合 物纖維的斷裂伸長率為至少約10%,在另一實施方案中為約10% 約50%， 在又一實施方案中為約10%~約30%，在再一實施方案中為至少約30%。所 測的伸長率以輥的拉伸比的函數而變化，相對較高的拉伸比得到相對較低的 拉伸率。
復絲紗中可包括根據要求保護的本發明製備的任何最終纖維，所述復絲 紗除了包括一種或更多種包含聚醚醯亞胺的纖維之外，還包括其它合成的、 有機的、無機的或天然的纖維。可與一種或更多種聚醚醯亞胺纖維共混的其 它纖維選自合成纖維，選自尼龍、丙烯酸類纖維、變性聚丙烯睛類纖維、 PBI、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、膠乳、PET、 PI、聚酯、斯潘德克斯、聚苯硫 醚纖維(sulfar)、聚氯乙烯纖維(vivyon)、諾梅克斯、碳纖維、芳族聚醯胺， 陶瓷、金屬、玻璃等，及其混合物；天然纖維，包括但不限於纖維素纖維， 例如棉花、人造絲、亞麻纖維、滌棉混紡(poly/cottonblend)、天絲(Tencel)、 及其混合物；蛋白質纖維，例如絲、羊毛、相關哺乳動物纖維、及其混合物； 長植物纖維，例如黃麻、亞麻、薴麻、椰殼纖維、木棉、劍麻、赫納昆纖維、 蕉麻、大麻、印度麻、及其混合物；以及纖維形式的天然材料，例如包括石 棉。
可根據本領域中已知的任何方法將所述纖維轉變成紗的形式，例如由環 錠細紗機或者自由端紡紗機製造的短纖紗，具有單纖維厚度0.001-0.35英寸
15(包括超細紗)的單絲紗，軟或硬加捻紗，混合纖維紗，假4念變形紗線(包括預 取向絲(POY)的拉伸-假捻變形紗線)或者空氣噴射變形紗線。在這點上，可 通過如眾所周知的混合纖維的方法來製備根據本發明的混合纖維紗，例如混
紡法(包括ciro-spun或ciro-fil)，纏結混合法(其中將具有不同收縮率的紗線混 合在一起)，混合加捻法，複合假捻法(包括伸長-差異-假捻法)或者雙系統空 氣噴射變形法。
高耐熱聚合物如聚醚醯亞胺可經過幾種不同工藝中的至少一種來除去 多種尺寸的外來顆粒物。本領域技術人員會理解廣泛範圍的方法和設備是本 領域內已知的，以及根據顆粒物的尺寸和纖維的最終用途會有多種不同方法 來製備基本上不含外來顆粒物的含聚醯亞胺產物。去除法用來除去一種或更 多種外來顆粒物的至少一部分來製備"已純化的"聚合物，其中在本文中已純 化的聚合物定義為具有降低濃度的外來顆粒物。從材料中除去外來顆粒物的 已知方法包括但不限於，例如過濾、輻射、加熱、冷卻、加壓、減壓、化學 加成、吸附、沉澱、相轉移、及其組合，這些方法用於分離、破壞或轉化外 來顆粒物從而將其除去。作為組合工藝的一具體實例，聚醚醯亞胺聚合物可 溶解於溶劑形成液體，然後過濾再重新固化成基本上不含外來顆粒物的聚合 物。
根據本發明的一實施方案，包含聚醚醯亞胺的聚合物纖維基本上不含尺 寸大於約100 pm的外來顆粒物；在另一實施方案中所述纖維不含尺寸大於 約75 pm的外來顆粒物；在另一實施方案中所述纖維不含尺寸大於約50 pm 的外來顆粒物；在又一實施方案中所述纖維不含尺寸大於約25 pm的外來顆 粒物；在還另一實施方案中所述纖維不含尺寸大於約10jim的外來顆粒物。 在本發明的另一實施方案中，所述纖維基本上不含尺寸大於或等於約85%的 纖維直徑的外來顆粒物；在另一實施方案中，所述纖維基本上不含尺寸大於 或等於約50%的纖維直徑的外來顆粒物；在另一實施方案中，所述纖維基本 上不含尺寸大於或等於約25%的纖維直徑的外來顆粒物；在又一實施方案 中，所述纖維基本上不含尺寸大於或等於約10%的纖維直徑的外來顆粒物。
如上面對圖1的描述，聚合物可過濾除去外來物體。在加工成纖維之前， 可對聚合物進行過濾以除去可影響工業規模上纖維製造工藝的任何參數(包 括產生的纖維的速度、體積和品質)的任意顆粒物。可對聚合物進行過濾以 除去任意尺寸的顆粒物。本領域技術人員會理解廣泛範圍的方法和設備是本領域內已知的，以及根據顆粒物的尺寸和纖維的最終用途會有多種不同方法 來製備濾過的聚醯亞胺產品。
在一實施方案中，製備纖維的方法包括過濾所述聚合物以除去外來顆粒 物從而該聚合物基本上不含外來顆粒物。在加工成纖維之前，可對聚合物進 行過濾以除去可影響工業規模上纖維製造工藝的任何參數(包括產生的纖維 的速度、體積和品質)的任意顆粒物。例如，用於本發明的纖維的聚合物可 在熔融聚合物通過噴絲頭之前進行過濾，在另一實施方案中，在製備纖維過 程中包含聚醚醯亞胺的聚合物可在熔融聚合物之前或之後進行過濾。
本領域技術人員會理解過濾本發明的聚合物的很多不同方法可用於本 發明的新型纖維的商業生產。可在產生纖維之前或者之中的任意時機利用本 領域已知的各種設備和方法來過濾聚合物。
在聚合物從噴絲頭或模頭出來之前過濾聚合物，具有改變噴絲頭或模頭 的聚合物(相對於纖維)側的壓力的額外益處。可控制噴絲頭的內表面上的壓 力使之均勻且恆定，使得長期保持輸出和品質，從而允許長時間生產運行。
噴絲頭的內部壓力可維持在0至約3000磅/平方英尺之間的任何壓力，在另 一實施方案中約50~約1000磅/平方英尺，在又一實施方案中約400 約800 磅/平方英尺，在又一實施方案中約500~約600磅/平方英尺。該壓力會根據 噴絲頭中的孔數而分布於各孔。在本發明另一實施方案中，該壓力均勻分布， 並且噴絲頭的每個孔的壓力將是大約1磅/平方英尺/孔。
根據本發明的各種實施方案的纖維可僅僅由一種聚醚醯亞胺製成，或者 可包含兩種或更多種聚合物的共混物，所述聚合物包括第二聚醚醯亞胺。作 為選擇，聚醚醯亞胺共聚合物可用於製備本發明的纖維。本發明的纖維還可 由聚醯亞胺和聚醚醯亞胺與其它聚合物的共混物製成。本領域技術人員會理 解目前市場上有大量聚合物，以及滿足纖維的終端用途要求的任何聚合物 可與本發明聯合使用。
類似地，不同的聚醯亞胺和聚醚醯亞胺會具有不同的性質，並且本領域 技術人員會理解期望將一種或多種聚醯亞胺和/或聚醚醯亞胺聚合物與其它 聚合物(例如晶形或無定形聚合物，或者兩者)共混來改善本發明的聚合物纖 維的製造方法或者纖維性質。本文中的聚合物纖維可包括聚合物組合物，其 包含約1% 約99%的不同於聚醚醯亞胺的聚合物和約99%~約1%的聚醚醯 亞胺聚合物，以及它們之間的所有範圍。例如，在一實施方案中，所述聚合
17物纖維包括至少約50%聚醚醯亞胺；在另一實施方案中，至少約75%的聚醚 醯亞胺；在又一實施方案中，至少約95%的聚醚醯亞胺；在再一實施方案中 至少約99%的聚醚醯亞胺。
所述纖維可包含一種或多種聚醚醯亞胺。熱塑性聚醯亞胺具有通式
(1):
(1)
其中a大於l，通常為約10~約1000或者以上，或者更具體地為約 10~約500;以及其中V為四價連接基團，對其沒有限制，只要該連接基 團不妨礙聚醯亞胺的合成或使用即可。合適的連接基團包括但不限於(a) 具有約5~約50個碳原子的取代的或未取代的、飽和的、不飽和的或芳族 單環的和多環的基團；(b)具有1~約30個碳原子的取代的或未取代的、 直鏈的或支鏈的、飽和的或不飽和的烷基；或者包括前述中至少一種的 組合。合適的取代基和/或連接基團包括但不限於醚、環氧化物、醯胺、 酯以及包括至少一種前述的組合。至少一部分所述連接基團V含有衍生 自雙酚的部分。理想的是，連接基團包括但不限於結構式(2)的四價芳族
基團
斑
和
(2)
其中W是二價部分，其包括-O-、 -S-、 -C(O)-、 -S02-、 -SO-、 -CyH2y-(y 為1 5的整數)，及其卣化的衍生物，包括全氟亞烷基，或者式-O-Z-O-的基團，其中所述-O-或-O-Z-O-基團的二價鍵在3,3'、 3,4'、 4，3'或4,4'位 上，並且其中Z包括但不限於式(3)的二價基團。
OUCVYO其中Q包括但不限於二價部分，所述二價部分包括-O-、 -S-、 -C(O)-、
-S02-、 -SO-、《yH2y-(y為1~5的整數)，及其卣化的衍生物，所述卣化的 衍生物包括全氟亞烷基。
式(l)中的R包括但不限於取代的或未取代的二價有機基團例如(a) 具有約6~約20個碳原子的芳族烴基，及其滷化的衍生物；(b)具有約2 約20個碳原子的直鏈的或支鏈的亞烷基；(c)具有約3~約20個碳原子的 環亞烷基，或者(d)通式(4)的二價基團
其中Q包括但不限於二價部分，所述二價部分包括-O-、 -S-、 -C(O)-、 -S02-、 -SO-、 -CyH2y-(y為1 5的整數)，及其卣化的衍生物，所述卣化的 衍生物包括全氟亞烷基。
示例性類型的聚醯亞胺包括聚醯胺醯亞胺和聚醚醯亞胺，尤其是可 熔融加工的那些聚醚醯亞胺，例如美國專利3803085和3905942中描述 了其製備和性質的那些。
示例性聚醚醯亞胺樹脂包括大於1個，通常約10~約1000,或者更
19具體地，約10 約500個式(5)的結構單元，
formula see original document page 20
其中T為-O-或式-O-Z-O-的基團，其中所述-O-或-O-Z-O-基團的二價 鍵在3,3'、3,4'、4,3'或4，4'位上，其中Z包括但不限於如下所定義的式(10) 的二價基團。
在一種實施方案中，聚醚醯亞胺可為共聚物，所述共聚物除了含有
上述的醚醯亞胺單元之外，還含有式(6)的聚醯亞胺結構單元，
formula see original document page 20
其中R如前面式(l)中所定義，並且M包括但不限於式(7)的基團。
formula see original document page 20
聚醚醯亞胺可通過多種方法製備，所述方法包括但不限於 芳族雙(醚酑)與式(9)的有機二胺的反應，
式(8)的
formula see original document page 20
其中R和T的定義與式(1)和(5)中相同。
具體的芳族雙(醚酐)和有機二胺的實例公開於例如美國專利3972902 和4455410中。式(8)芳族雙(醚酐)的說明性實例包括2，2-雙[4-(3,4-二羧 基苯氧基)苯基]丙烷二酸酐；4,4'-雙(3,4-二羧基苯氧基)二苯醚二酸酐； 4,4'-雙(3,4-二羧基苯氧基)二苯硫醚二酸酐；4,4'-雙(3,4-二羧基苯氧基)二 苯曱酮二酸酐；4，4'-雙(3,4-二羧基苯氧基)二苯基碸二酸酐；2,2-二[4-(2,3-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酸酐；4,4'-雙(2,3-二羧基苯氧基)二苯醚二酸
酐；4，4'-雙(2,3-二羧基苯氧基)二苯硫醚二酸酐；4,4'-雙(2,3-二羧基苯氧基) 二苯曱酮二酸酐；4,4'-雙(2,3-二羧基苯氧基)二苯基碸二酸酐；4-(2，3-二羧 基苯氧基)-4'-(3,4-二羧基苯氧基)二苯基-2,2-丙烷二酸酐；4-(2,3-二羧基苯 氧基)-4'-(3,4-二羧基苯氧基)二苯醚二酸酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4'-(3，4-二羧基苯氧基)二苯硫醚二酸酐；4-(2,3-二羧基苯氧基)-4'-(3，4-二羧基苯氧 基)二笨曱酮二酸肝和4-(2,3-二羧基苯氧基)-4'-(3,4-二羧基苯氧基)二苯基 石風二酸酐，以及包括至少 一種前述化合物的各種混合物。
可通過使硝基取代的苯二腈在偶極非質子溶劑的存在下與雙酚化合 物(例如，BPA)的金屬鹽的反應產物水解然後脫水來製備雙(醚酐)。以上 式(8)所包括的示例性的一類芳族雙(醚酐)包括但不限於其中T為式(IO) 和該醚連接基團在例如3,3'、 3,4'、 4,3'或4,4'位上的那些化合物，以及包 括至少一種前述化合物的混合物，並且其中Q如上所定義。
-。普Q普。-(10)
可使用任何二氨基化合物。合適的化合物的實例是乙二胺；丙二胺； 三亞曱基二胺；二亞乙基三胺；三亞乙基四胺；六亞曱基二胺；七亞曱 基二胺；八亞曱基二胺；九亞曱基二胺；十亞曱基二胺；1,12-十二烷二 胺；1，18-十八烷二胺；3-曱基七亞曱基二胺；4，4-二曱基七亞曱基二胺； 4-曱基九亞曱基二胺；5-曱基九亞曱基二胺；2,5-二曱基六亞曱基二胺； 2,5-二曱基七亞甲基二胺；2,2-二曱基丙二胺；N-曱基-雙(3-氨丙基)胺； 3-曱氧基六亞曱基二胺；1,2-雙(3-氨基丙氧基)乙烷；雙(3-氨丙基)硫醚； 1,4-環己烷二胺；雙-(4-氨基環己基)曱烷；間苯二胺；對苯二胺；2,4-二 氨基曱苯；2,6-二氨基曱苯；間苯二曱胺；對苯二曱胺；2-曱基-4,6-二乙 基-1，3-苯二胺；5-曱基-4,6-二乙基-l,3-苯二胺；聯苯胺；3,3'-二曱基聯苯 胺；3,3'-二曱氧基聯苯胺；1，5-二氨基萘；雙(4-氨基笨基)曱烷；雙(2-氯-4-氨基-3,5-二乙基苯基)曱烷；雙(4-氨基苯基)丙烷；2,4-雙(b-氨基-叔丁基) 曱苯；雙(p-b-氨基-叔丁基苯基)醚；雙(p-b-曱基-o-氨基苯基)苯、雙(p-b-曱基-o-氨基戊基)苯、1,3-二氨基-4-異丙苯、雙(4-氨基苯基)硫醚、雙(4-氨基苯基)碸、雙(4-氨基苯基)醚和1,3-雙(3-氨丙基)四曱基二矽氧烷。也 可存在這些化合物的混合物。理想的是，二氨基化合物是芳族二胺，尤
21其是間苯二胺和對苯二胺，以及包括前述至少 一種的混合物。
在一種實施方案中，聚醚醯亞胺樹脂包括按照式6的結構單元，其 中R各自獨立地為對亞苯基或間亞苯基，或包括前述至少一種的混合物,
以及T是式(11)的二價基團，
在製備所述聚醯亞胺，特別是聚醚醯亞胺的許多方法中，包括美國
專利3847867、 3850885、 3852242、 3855178、 3983093和4443591中所
披露的那些。
該反應可使用溶劑如鄰二氯苯、間曱苯酚/曱苯等，以使式(8)的酸酐 和式(9)的二胺之間在約100。C 約250。C的溫度反應。或者，可如下製備 聚醚醯亞胺在將原料的混合物加熱至高溫的同時攪拌，而使芳族雙(醚 酐)(8)和二胺(9)熔融聚合。通常，熔融聚合使用約20(TC 約400。C的溫度。 在反應中也可使用鏈終止劑和支化劑。
當使用聚醚醯亞胺/聚醯亞胺共聚物時，將二酐例如均苯四酸酐與雙 (醚酐)結合使用。聚醚醯亞胺樹脂可任選地由芳族雙(醚酐)與有機二胺的 反應製備，其中所述二胺在反應混合物中存在的量為小於或等於約0.2摩 爾過量。在該條件下，聚醚醯亞胺樹脂可具有小於或等於約15微當量每 克0叫/g)的酸可滴定基團，或者更具體地，小於或等於約10 (aeq/g的酸 可滴定基團，這通過用33wt。/。氫溴酸的冰醋酸溶液滴定氯仿溶液而表示。 酸可滴定的基團基本上歸因於聚醚醯亞胺樹脂中的胺端基。
合成聚醚醯亞胺的一種途徑通過具有以下結構(12)的雙(4-卣代鄰苯 二曱醯亞胺)進行
其中R如上所述，及X為卣素。其中R為1，3-苯基的雙(4-卣代鄰苯 二甲醯亞胺)(13)是特別有用的。
22(13)
雙(卣代鄰苯二曱醯亞胺)(12)和(13)通常通過使胺如1，3-二氨基苯與 酸酐如4-卣代鄰苯二曱酸酐(14)縮合而形成
o
(14)
聚醚醯亞胺可通過雙(卣代鄰苯二曱醯亞胺)與雙酚(例如雙酚A)的石成 金屬鹽或雙酚的鹼金屬鹽和另一種二羥基取代的芳烴的鹼金屬鹽的組 合，在存在或不存在相轉移催化劑的情況下反應而合成。合適的相轉移 催化劑披露於美國專利5229482中。合適的二羥基取代的芳烴包括具有 式(15)的那些
OH-A2-OH (15)
其中八2是二價芳烴基團。合適的八2基團包括間亞苯基、對亞苯基、 4，4'-亞聯苯基和類似的基團。
典型的聚醚醯亞胺是以ULTEM(R)⑧為商標的那些聚醚醯亞胺，包括但 不限於美國麻省Pittsfield的GE plastics的ULTEM⑧1000(數均分子量 (Mn)21000克/摩爾；Mw為54000克/摩爾；分散度2.5), ULTEM 1010(Mn 為19000克/摩爾；Mw為47000克/摩爾；分散度2.5)和ULTEM 9011 (Mn為 19000克/摩爾；Mw為47000克/摩爾；分散度2.5)樹脂。ULTEM型聚醚醯 亞胺詳細描述於美國專利3847867; 4650850; 4794157; 4855391; 4820781; 以及4816527，通過參考將它們完整地併入本文，猶如完全闡述那樣。利用 聚苯乙烯標樣通過凝膠滲透色"i普測量，所述聚醚醯亞胺樹脂的重均分子量 (Mw)可以為約1000~ 1000000克/摩爾，更具體為約5000 500000克/摩爾， 還更具體為約10000-75000克/摩爾。
根據下式計算用作根據本發明的纖維的聚醚醯亞胺的粘度數據熔體流 動指數(MFI)xio -熔體流動速率(MFR)，所述熔體流動速率^4居ASTM D1238(體積08/200)在337。C和6.6 kgf的條件下進行試驗。 一些熔體流動速 率提供如下
23Ultem9011: MFR 16-20 g/10 min Ultem 1040: MFR 50-111 g/10 min Ultem 1010: MFR 16-20 g/ 10 min Ultem 1000: MFR 7-11 g/10 min
根據ASTM 1238測量，包含聚醚醯亞胺的聚合物的熔體指數可以為約 0.5 約12，在另一實施方案中為約1~約8,在另一實施方案中為約1.5~約 2.5,在又一實施方案中為約1.8~約2.2,以及它們之間的所有範圍。熔體指 數範圍將取決於包含聚醚醯亞胺的聚合物的組成，它不該太低以致太粘而不 能均勻通過噴絲頭的孔，但又不該太高以致損失熔體強度或者損害製備的纖 維的物理性質，這是本領域普通技術人員可確定的。
用於乾燥具有熔融溫度180-500。C的聚合物的常規乾燥條件是本領域
技術人員所熟知的。例如，通過將聚醚醯亞胺聚合物加熱至約300。C約4 約
12小時來乾燥該聚合物。可在其進入擠出機機筒進行熔融之前，在擠出機中
完成乾燥。如上所述，本發明的範圍旨在包括由聚醯亞胺和聚醚醯亞胺與其
它聚合物的共混物製造的纖維。本領域技術人員會理解目前市場上有大量
聚合物，以及滿足纖維的終端用途要求的任何聚合物可與本發明聯合使用。
類似地，不同的聚醯亞胺和聚醚醯亞胺會具有不同的性質，並且本領域技術 人員會理解期望將一種或多種本發明的聚醯亞胺和/或聚醚醯亞胺聚合物與
其它聚合物共混來改善待共混的任意聚合物纖維的製造或者纖維的性質。
可添加附屬成分，其量能有效賦予或改善期望的纖維性質，如顏色亮度、 強度、可清潔性、阻燃性、不褪色性或可染色性。例如，可將下列類型的成 分的一種或多種添加至纖維中香料，氣味抑制劑，抗菌活性劑和/或防腐劑， 表面活性劑，光學增白劑，抗氧化劑，包括氨基羧酸鹽螯合劑在內的螯合劑， 抗靜電劑，染料遷移抑制劑，織物柔順劑(softening active)和/或靜電抑制劑。 根據本發明的上述示例性實施方案製備的最終纖維可依據聚合物而具 有不同性質，如果是聚醚醯亞胺的話，則依據聚醚醯亞胺的類型、加工條件 以及期望的終端用途。例如，作為提出本發明申請時的一般觀察(並不意在 以任何方式限制本發明)，隨著聚醚醯亞胺的熔體指數增大，韌度趨於下降。
實施例
下列實施例是為了向那些實施本申請所要求保護的發明的本領域技術作的代表，並有助於指導如何實施本發明。因此，這些實施例不是要以任何方式限制本發明的保護範圍。
這些實驗是為了評價以較高的輸出速度製備聚醚醯亞胺纖維的可行性和觀察在進行不同的處理過程中各種變化所帶來的影響。聚醚醯亞胺樹脂，
具體為可從GE Plastics, Pittsfield， Massachusetts獲得的粒料形式的且具有熔體指數大約1.8-2.2的ULTEM9011在擠出之前在30(TC乾燥約12小時。該粒料通過1英寸(1")的單螺杆擠出機(170=24/1)以1 10 Kg/hr的供料速度進行供料。聚合物的實際熔融溫度在約340 400。C範圍內。將聚醚醯亞胺擠出，經過計量泵、紡絲頭組合件上部，然後在熔融聚合物流經噴絲頭的孔產生纖維之前進行過濾。網組的最小網孔尺寸為約25微米。在下述的4個實施例中，製備聚醚醯亞胺纖維輸出速度至多約80磅/小時，這取決於製得的纖維的旦尼爾。用速度在範圍0.1~10米/秒中的空氣對從噴絲頭出來的纖維束進行驟冷。如下所述對冷卻條件進行多種變化。用於製造纏繞至盤管上的聚醚醯亞胺纖維的工藝參數範圍總結於下表1中。
表1
實施例1實施例2實施例3實施例4
材料ULTEM 9011ULTEM 9011ULTEM 9011ULTEM 9011
顏色100100100100
LotAABC
旦尼爾/單絲7.8
噴絲頭孔直徑mm0.70.450.450.45
孔/噴絲頭637637637~570 (637)*
擠出才幾傳動%505040-5680
壓力psi1600160016001600
區1°C350350350350
區2°C354354370360
區3°c377377407397
機頭溫度°c350-390380410410
炫融溫度°c350-390380402-405401
R&L熔體泵rpm2525-2712-2130
25psi600350630
驟冷溫度°C11-131110-2312
驟冷速度 (吹風機)rpm750-1282805412-900+1000
室溫°C18-231820-2325.5
導絲輥溫度1°C40120100-150133
輥速1rpm19-2415.912-2525.2
拉伸比%00031
* 637孔中約70孔堵塞，導致約577根長絲實施例1
按照表l中所述的加工條件，利用具有637孔和孔直徑0.7毫米的噴絲頭製備聚醚醯亞胺纖維。使驟冷空氣吹過整流器，從而均勻地分布流向纖維束的氣流。氣流受限於從整流器伸出的側壁，使得所述側壁之間的寬度(40cm)大於從噴絲頭出來的纖維束(25 cm)的寬度。這些加工條件導致無規纖維沿著空氣流-纖維束的前界面(即前緣(leadingedge))區域發生固化、斷裂、從束中落紗。
實施例2
利用具有637孔和孔直徑0.45毫米的噴絲頭製備聚醚醯亞胺纖維，其它擠出條件類似於實施例1並列於表中的實施例2下。此外，卡紙板導流片或者突出物附於側壁，所述側壁平行於纖維束流動並且^Mv整流器向外伸出。從側壁伸出的導流片使得側壁之間的距離近似等於噴絲頭邊緣之間的距離，所述導流片橫向定位於整流器與噴絲頭之間。相對於實施例l作出的改進在於較少數股紗發生落紗。
實施例3
利用具有637孔和孔直徑0.45毫米的噴絲頭製備聚醚醯亞胺纖維，其它擠出條件類似於上面實施例並列於表1中的實施例3下。改變網組以力圖增大流經噴絲頭的反壓。將過濾器網改變為包括網孔約15微米的網的細網組(網組構型為20/60/325/200x400)。還改進了噴絲頭，將在纖維發生落紗的
26前面角落中的孔堵住。此外，為了促進冷卻，引入真空並安置在驟冷空氣入口的對面，從而增加空氣穿過纖維的橫向流動。較細的網組引起在噴絲頭的面上產生集結(buildup),這可能是聚醚醯亞胺聚合物的剪切降解的結果。該集結堆積在孔的周圍，並且所述集結抓住纖維，導致纖維巻曲和破裂。真空一定程度改善了冷卻，但高速的抽氣導致纖維落紗和/或導致破裂的纖維拉向真空裝置同時幹擾附近的單纖維的流動。
實施例4
根據列於表1的實施例4下的擠出條件製備聚醚醯亞胺纖維。使用實施例2和3中所述的具有637孔和孔直徑0.45毫米的相同噴絲頭，然而將噴絲頭孔的70孔堵住，該70孔布局使得形成如上在圖2中所示和所述的兩個基本上圓形的區域。將如實施例2所述從側壁伸出並與噴絲頭的邊緣對準的導流片移至不同的橫向位置，從而使得它們與空氣流-纖維束的前界面(即前緣(leading edge))大致對準，如圖2所示。這些改變改進了纖維的加工，而且纖維在繞絲軸上纏繞了 IO分鐘。
雖然已經參考示例的實施方式描述了本發明，本領域技術人員應該理解，可以做各種變化，並且可將其要素做等同替代，而不偏離本發明的範圍。此外，可以做出許多變化形式，以使具體的情況或材料適應於本發明的教導，而不偏離其基本範圍。因此，期望本發明不限於作為進行本發明的預期最佳方式公開的具體實施方式
，而本發明將包括落入所附權利要求的範圍內的所有實施方式。
2權利要求
1.一種製造聚合物纖維的方法，其包括熔融具有約150℃至約500℃的熔融溫度的聚合物，形成熔融聚合物；使該熔融聚合物經過包含多個孔道的噴絲頭，產生包括多個纖維的纖維束；及使該纖維束從噴絲頭出來時與冷卻介質接觸，所述冷卻介質在纖維束的束寬方向具有基本均勻的流動分布，該冷卻介質的溫度為約0℃至約80℃。
2. 權利要求1的方法，其中所述聚合物為無定形的。
3. 權利要求l的方法，其中所述聚合物包括聚醚醯亞胺。
4. 權利要求1的方法，其中所述纖維束的多個纖維以基本均勻的冷卻 速度冷卻。
5. 權利要求1的方法，還包括當所述冷卻介質接觸纖維束時，使該冷 卻介質朝向經過冷卻區的纖維束，其中該冷卻區的寬度比該纖維束的寬度大 至多約20%。
6. 權利要求5的方法，其中所述冷卻區寬度的尺寸基本等於所述束寬 的尺寸。
7. 權利要求5的方法，其中所述冷卻介質指向第一導流板與第二導流 板之間，所述第一導流板和第二導流板相隔的距離界定冷卻區的寬度，而且 第 一導流板和第二導流板位於冷卻介質源與纖維束之間。
8. 權利要求7的方法，其中界定冷卻區寬度的第一導流板和第二導流 板基本上沿著纖維束的前緣定位。
9. 斥又利要求7的方法，其中所述冷卻介質流經整流器，並在第一側壁和第二側壁之間流動，所述第 一側壁和第二側壁與纖維束並排自整流器中伸出；及所述第 一導流板和所述第二導流板分別從對立的第 一側壁和對立的第 二側壁突出。
10. 權利要求1的方法，其中所述冷卻介質為氣體。
11. 權利要求IO的方法，其中所述氣體為空氣。
12. 權利要求10的方法，其中使所述纖維束與速度為約0.01 10米/秒 的氣體冷卻介質接觸。
13. 權利要求1的方法，其中所述纖維的輸出速度為約100-5000米/分鐘。
14. 權利要求l的方法，其中所述聚合物包括聚醚醯亞胺，根據ASTM D 1238，所述聚醚醯亞胺的熔體指數為約1~8。
15. 權利要求1的方法，還包括在所述聚合物經過噴絲頭之前過濾該聚 合物。
16. 權利要求15的方法，其中使所述聚合物通過至少一個具有濾網孔 道的篩網過濾，且該至少一個篩網的孔道尺寸為至少約15微米。
17. 權利要求l的方法，還包括從纖維束中抽出冷卻介質，以加速冷卻 介質流經纖維束。
18.image see original document page 0
19. 權利要求1的方法，其中所述纖維束包括截面第一區和截面第二區， 所述第二區的纖維密度小於第一區的纖維密度。
20. 權利要求18的方法，其中所述截面第二區被截面第一區包圍。
21. 權利要求18的方法，其中所述截面第二區的面積小於截面第一區的面積。
22. 權利要求18的方法，其中所述截面第二區的纖維密度為截面第一 區的纖維密度的至少約5%。
23. 權利要求18的方法，其中所述第二區的纖維密度為0。
24. 權利要求18的方法，其中所述纖維束包括截面第三區，該第三區的纖維密度小於截面第一區的纖維密度。
25. 權利要求18的方法，其中根據ASTM 2256-97，所述纖維的韌度為 至少約0.5克/旦尼爾或更高。
26. 權利要求18的方法，其中根據ASTM-02256-97，所述纖維的斷裂 伸長率為至少10%。
27. —種製造聚合物纖維的方法，該方法包括熔融具有約150。C至約50(TC的熔融溫度的聚合物，形成熔融聚合物； 使該熔融聚合物經過包含多個孔道的噴絲頭，產生包含多個纖維的纖維 束；及其中所述纖維束包括截面第一區和截面第二區，所述截面第二區的纖維 密度小於截面第一區的纖維密度。
28. 權利要求27的方法，其中所述聚合物為無定形的。
29. 權利要求27的方法，其中所述聚合物包括聚醚醯亞胺。
30. 權利要求27的方法，其中所述纖維束的多個纖維以基本均勻的冷 卻速度冷卻。
31. 權利要求27的方法，其中所述截面第二區被截面第一區包圍。
32. 權利要求27的方法，其中所述截面第二區的面積小於截面第一區 的面積。
33. 權利要求27的方法，其中所述截面第二區的面積為截面第一區的 面積的至少約5%。
34. 權利要求27的方法，其中所述纖維束包括截面第三區，該截面第 三區的纖維密度小於截面第一區的纖維密度。
35. 權利要求34的方法，其中所述截面第三區被截面第一區包圍。
36. 權利要求27的方法，其中所述截面第二區的纖維密度小於第一區 的纖維密度的約90%。
37. 權利要求27的方法，
38. 權利要求27的方法，
39. 權利要求34的方法 區的纖維密度的約90%。
40. 權利要求34的方法，
41. ;f又利要求34的方法 少約5%。
42. 權利要求27的方法 均勻間隔開的。
43. 權利要求27的方法 則間隔開的。
44. ;f又利要求27的方法，
45. 權利要求27的方法其中所述截面第二區的纖維密度為0。 其中所述纖維束中的纖維數為50~1000。 其中所述第三區的聚合物纖維密度小於第一其中所述第三區的纖維密度為0。 其中所述第三區的面積為第一區的面積的至其中所述第 一 區的各個聚合物單纖維是基本其中所述第 一 區的各個聚合物單纖維是無規其中所述截面第二區的形狀基本為圓形。 其中所述聚合物施於所述噴絲頭上的壓力在 噴絲頭的內表面上是基本均勻的。
46. 權利要求27的方法，其中所述聚合物包括聚醚醯亞胺，所述聚醚 醯亞胺的熔體指數為約1.5至約2.5。
47. 權利要求27的方法，其中所述聚合物包含至少50。/。的聚醚醯亞胺。
48. 權利要求27的方法，其中所述聚合物包含至少99%的聚醚醯亞胺。
49. 權利要求27的方法，還包括在纖維束從噴絲頭出來時使該纖維束 與冷卻介質接觸，所述冷卻介質在纖維束的束寬方向具有基本均勻的流動分 布，該冷卻介質的溫度在約0 8(TC範圍內。
50. 權利要求49的方法，其中所述冷卻介質為氣體。
51. 權利要求49的方法，其中朝向纖維束的冷卻介質的速度為0.01米/ 秒至10米/秒。
52. 權利要求50的方法，其中所述氣體為空氣。
53. 權利要求49的方法，其中當所述冷卻介質接觸纖維束時，使該冷 卻介質朝向經過冷卻區的纖維束，且該冷卻區的寬度比該纖維束的寬度大至 多10%。
54. 權利要求53的方法，其中所述冷卻區寬度的尺寸基本等於所述束 寬的尺寸。
55. 權利要求27的方法，其中所述纖維束的各個纖維的直徑可以為 0.00001毫米至2毫米。
56. 權利要求27的方法 至少約0.5克/旦尼爾或更高。
57. 權利要求27的方法 伸長率為至少10%。
58. 4又利要求27的方法 約5000米/分鐘。
59. 4又利要求27的方法 至約24°C。
60. —種製造聚合物纖維的方法，包括熔融具有約15(TC至約50(TC的熔融溫度的聚合物，形成熔融聚合物； 使該熔融聚合物通過包含多個孔道的噴絲頭，產生包括多個纖維的纖維 束；及以基本均勻的冷卻速度冷卻所述多個纖維的過程。
61. 權利要求60的方法，其中所述冷卻過程包括使纖維束與冷卻介質 接觸的過程，該冷卻介質在纖維束的束寬方向具有基本均勻的流動分布。
62. 權利要求61的方法，其中所述使纖維束與冷卻介質接觸的過程包 括使所述冷卻介質導向第一導流板與第二導流板之間，所述第一導流板和第，其中根據ASTM2256-97,所述纖維的韌度為 ，其中根據ASTM-02256-97，所述纖維的斷裂 ,其中所述纖維的輸出速度為約100米/分鐘至 ，其中流經纖維束的冷卻介質的溫度為約10°C二導流板相隔的距離基本上等於所述纖維束的寬度。
63. 權利要求62的方法，其中所述聚合物的熔融溫度為約30(TC至約 450 。C。
64. 權利要求60的方法，其中所述冷卻過程包括在纖維束的束寬方向 上改變纖維密度。
全文摘要
本申請公開了包含高耐熱聚合物的纖維的製造方法的多種實施方案。製造聚合物纖維的方法包括擠出熔融溫度在約180～500℃範圍內的熔融聚合物，使熔融聚合物穿過噴絲頭的多個孔道來產生纖維束，以及使該纖維束與冷卻介質接觸，所述冷卻介質在橫穿纖維束的寬度上具有基本上均勻流動分布，並且所述冷卻介質溫度為約0～80℃。
文檔編號D01D5/088GK101517136SQ200780033848
公開日2009年8月26日 申請日期2007年5月23日 優先權日2006年7月14日
發明者克雷格·沃傑西基, 蘭德爾·T·邁爾斯, 安·M·萊克 申請人:沙伯基礎創新塑料智慧財產權有限公司