專利名稱：潤(rùn)滑的流動(dòng)纖維擠出的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物纖維擠出加工和裝置的領(lǐng)域。
常規(guī)纖維形成方法和裝置通常涉及到通過(guò)孔擠出聚合材料。通常纖維擠出方法的速率、壓力和溫度代表了在經(jīng)濟(jì)需求和聚合材料的物理性能之間的權(quán)衡。例如，聚合材料的分子量與熔融粘度和聚合材料性能直接相聯(lián)系。不幸地是，聚合材料性能的改進(jìn)常規(guī)上與分子量增大和相應(yīng)地相對(duì)較高的熔融粘度有關(guān)。熔融粘度越高，通?？尚械姆椒ㄔ铰⒔?jīng)濟(jì)性越差。
為解決較高分子量聚合物的高熔融粘度問(wèn)題，常規(guī)方法可能依賴于相對(duì)較高溫度加工，來(lái)降低聚合材料的熔融粘度。然而，通常因在高溫下聚合材料降解的原因限制了加工溫度。與加工溫度增大相結(jié)合的是也可以增大加工壓力，即擠出聚合物時(shí)的壓力，從而提高加工速度。然而，用于擠出纖維的設(shè)備可能會(huì)限制加工壓力。因此，常規(guī)方法中的加工速度通常受上述各種因素限制。
鑒于上述問(wèn)題，用于纖維制造中擠出熔融聚合物的常規(guī)策略是降低聚合材料的分子量，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)是可行的加工速率。分子量降低會(huì)相應(yīng)地?fù)p害擠出的聚合纖維的材料性能。
為至少部分地解決常規(guī)擠出的纖維的材料性能的損害，通過(guò)使聚合材料在纖維中取向可以提高纖維強(qiáng)度。在纖維退出擠出模后，通過(guò)拉扯或拉伸使其取向。因此，纖維用的聚合材料在退出沖模的半熔融態(tài)時(shí)通常必須具有承載足夠拉伸應(yīng)力的能力(或者僅當(dāng)纖維被拉扯時(shí)才破裂)。這種性能通常在半結(jié)晶聚合物中可以得到，例如，聚乙烯，聚丙烯，聚酯，和聚酰胺。因此，常規(guī)纖維擠出方法僅能針對(duì)有限數(shù)量的聚合材料進(jìn)行。
發(fā)明概述本發(fā)明提供用于擠出聚合纖維的方法和系統(tǒng)。擠出方法優(yōu)選包括獨(dú)立于聚合物熔融流將潤(rùn)滑劑輸送到擠出模的各孔，使得潤(rùn)滑劑在通過(guò)模孔時(shí)優(yōu)選封裝聚合物熔融流。使用在聚合纖維擠出方法中獨(dú)立于聚合物熔融流輸送的潤(rùn)滑劑能夠提供許多潛在的優(yōu)點(diǎn)。
例如，使用獨(dú)立輸送的潤(rùn)滑劑能夠在沒(méi)有拉扯的情況下提供取向的聚合纖維，即在一些實(shí)施方案中，在纖維退出沖模后不必須拉扯或拉伸就能得到取向聚合纖維。如果在擠出后沒(méi)有拉扯聚合纖維，那么它們不需要在退出沖模后的半熔融態(tài)表現(xiàn)出承載足夠拉伸應(yīng)力的能力。相反，在一些情況下，本發(fā)明的潤(rùn)滑擠出方法能夠在聚合材料通過(guò)沖模時(shí)使其取向，使得在聚合材料退出沖模之前優(yōu)選被取向。
降低或消除拉扯或拉伸以提供取向的一個(gè)可能的優(yōu)點(diǎn)在于，擠出聚合纖維用的候選聚合材料能夠被明顯拓寬到包括不能以其他方式用于擠出的纖維的聚合材料。通過(guò)所提出的方法異相聚合物也可被擠壓成取向纖維。復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)如′殼/芯′或′海中島′或′餡餅′或′中空餡餅′也適用于此方法。
本發(fā)明方法的可能的優(yōu)點(diǎn)可以包括例如具有在相對(duì)低壓下同時(shí)擠出多個(gè)聚合纖維的能力。相對(duì)低壓能夠降低設(shè)備成本和加工成本。
本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“纖維”(及其變形)指相對(duì)于寬度具有基本上連續(xù)長(zhǎng)度的纖細(xì)的線狀結(jié)構(gòu)或細(xì)絲，例如，長(zhǎng)度至少是寬度的1000倍。本發(fā)明纖維的寬度優(yōu)選被限制到最大尺寸為5毫米或更小，優(yōu)選2毫米或更小，再更優(yōu)選1毫米或更小。
本發(fā)明的纖維可以是單組分纖維；雙組分或組合纖維(為方便起見，術(shù)語(yǔ)“雙組分”經(jīng)常用來(lái)指由兩種組分構(gòu)成的纖維和由超過(guò)兩種組分構(gòu)成的纖維)；和雙組分纖維的纖維部分，即占據(jù)部分雙組分纖維的橫截面的一部分并沿其長(zhǎng)度延伸的部分。
本發(fā)明一些實(shí)施方案的另一種可能的優(yōu)點(diǎn)可以是具有擠出低熔流指數(shù)(MFI)聚合物的能力。在常規(guī)聚合纖維擠出方法中，擠出的聚合物的MFI約35或更高。使用本發(fā)明的方法，使用MFI為30或更小，在一些情況下為10或更小，在其他情況下為1或更小，和在其他情況下為0.1或更小的聚合物，可以實(shí)現(xiàn)聚合纖維的擠出。在本發(fā)明之前，擠出加工這種高分子量(低MFI)聚合物形成纖維通常是通過(guò)使用溶劑來(lái)溶解聚合物、從而降低其粘度來(lái)進(jìn)行。這種方法的難題在于用溶劑溶解高分子量聚合物，然后除去溶劑(包括棄去或再循環(huán))。低熔流指數(shù)聚合物的例子包括從BASF Corporation of Wyandotte，MI得到的LURANS 757(ASA，8.0MFI)，從Huntsman Polymers of Houston，TX得到的P4G2Z-026(PP，1.0MFI)，從PolyOne Corporation of Avon Lake，OH得到的FR PE 152(HDPE，0.1MFI)，從ExxonMobil Chemical ofHouston，TX，得到的7960.13(HDPE，0.06MFI)，從ExxonMobilChemical of Houston，TX得到的ENGAGE 8100(ULDPE，1.0MFI)。
本發(fā)明一些方法的另一種可能的優(yōu)點(diǎn)包括可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的質(zhì)量流速。例如，使用本發(fā)明的方法，可以按10克/分鐘或更高，在一些情況下100克/分鐘或更高，和在其他情況下400克/分鐘或更高的速率將聚合材料擠出成纖維?？梢酝ㄟ^(guò)面積為0.2平方毫米(mm2)或更小的孔實(shí)現(xiàn)這些質(zhì)量流速。
本發(fā)明一些方法的另一種可能的優(yōu)點(diǎn)可以包括擠出具有在分子水平上取向的聚合纖維的能力，例如可以增強(qiáng)強(qiáng)度或提供其他有利的機(jī)械、光學(xué)等性能。如果聚合纖維由無(wú)定形聚合物構(gòu)成，那么無(wú)定形聚合纖維的任選特征在于，包括剛性或有序的無(wú)定形聚合物相或取向的無(wú)定形聚合物相的部分(即，其中纖維內(nèi)的分子鏈通常沿纖維軸對(duì)齊的部分，對(duì)齊程度變化)。
盡管取向的聚合纖維是已知的，但通常在纖維退出模孔時(shí)通過(guò)拉扯或抽拉纖維來(lái)實(shí)現(xiàn)取向。然而，由于許多聚合物擠出后在熔融態(tài)或半熔融態(tài)沒(méi)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，不能在不破裂下被拉扯，因此不能被拉扯。然而，本發(fā)明的方法能夠避免抽拉聚合纖維來(lái)實(shí)現(xiàn)取向的需求，因?yàn)榭梢栽诰酆喜牧贤顺隹字霸跊_模內(nèi)取向。因此，可以使用不能在商業(yè)可行方法中常規(guī)地被擠出和抽拉的聚合物，來(lái)擠出取向的纖維。
在本發(fā)明的一些方法中，可以優(yōu)選的是控制潤(rùn)滑劑，沖模，或潤(rùn)滑劑和沖模兩者的溫度，使聚合材料淬火，使得取向不會(huì)因沖模外的松弛損失或不會(huì)明顯降低。在一些情況下，可以至少部分地基于例如通過(guò)蒸發(fā)使聚合材料淬火的能力來(lái)選擇潤(rùn)滑劑。
在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種制造聚合纖維的方法，包括使聚合物熔融流通過(guò)沖模內(nèi)的孔，其中該孔包括入口、出口和從入口延伸到出口的內(nèi)表面，其中該孔是半雙曲線會(huì)聚孔，以及其中聚合物熔融流在該入口進(jìn)入該孔和在該出口離開該孔；將潤(rùn)滑劑獨(dú)立于聚合物熔融流輸送到該孔中，其中在該孔的入口引入潤(rùn)滑劑；和在聚合物熔融流離開該孔的出口后，收集包括聚合物熔融流的纖維。
在另一種方面中，本發(fā)明提供一種制造聚合纖維的方法，包括使聚合物熔融流通過(guò)沖模的孔，其中該孔具有入口、出口和從入口延伸到出口的內(nèi)表面，其中該孔是半雙曲線會(huì)聚孔，其中聚合物熔融流在該入口進(jìn)入該孔和在該出口離開該孔，其中聚合物熔融流包括本體聚合物，其中本體聚合物是聚合物熔融流的主體，以及其中本體聚合物基本上由在ASTM D1238的對(duì)聚合物規(guī)定的條件下測(cè)量的熔流指數(shù)為1或更小的聚合物構(gòu)成；將潤(rùn)滑劑獨(dú)立于聚合物熔融流輸送到該孔中；和在聚合物熔融流離開該孔的出口后，收集包括本體聚合物的纖維。
下面結(jié)合本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方案描述本發(fā)明方法，系統(tǒng)，和制品的各實(shí)施方案的這些和其他特征以及優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是表明本發(fā)明方法的方法窗口的示意圖。
圖2是本發(fā)明所用的一個(gè)示例性沖模的一部分的放大截面圖。
圖3是圖2沖模的孔的放大圖。
圖4是本發(fā)明所用的一個(gè)示例性擠出沖模板的一部分的俯視圖。
圖5是包括本發(fā)明沖模的一個(gè)系統(tǒng)的示意圖。
圖6是本發(fā)明所用的另一種擠出裝置的放大截面圖。
圖7是本發(fā)明所用的另一種示例性?？缀蜐?rùn)滑通道的放大俯視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明方法退出?？椎囊环N示例性聚合纖維的放大截面圖。
發(fā)明示例性實(shí)施方案詳細(xì)說(shuō)明在下面的本發(fā)明示例性實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明中，參考構(gòu)成本發(fā)明一部的各附圖，其中闡明了實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施方案。應(yīng)該理解，可以利用其他實(shí)施方案，可以做出不脫離本發(fā)明范圍的結(jié)構(gòu)變化。
如上所述，本發(fā)明提供通過(guò)潤(rùn)滑流動(dòng)擠出方法制造聚合纖維的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明還可以包括使用這種系統(tǒng)和方法制造的聚合纖維。
本發(fā)明的方法優(yōu)選包括從具有一個(gè)或多個(gè)孔的沖模擠出聚合物熔融流。潤(rùn)滑劑與聚合物熔融流獨(dú)立地輸送到?jīng)_模，優(yōu)選使得潤(rùn)滑劑通過(guò)沖模時(shí)其優(yōu)選包圍聚合物熔融流的外表面。潤(rùn)滑劑可以是另一種聚合物或另一種材料，例如，礦物油等?？梢詢?yōu)選的是，潤(rùn)滑劑的粘度基本上小于潤(rùn)滑的聚合物的粘度(在擠出潤(rùn)滑的聚合物的條件下)。下面說(shuō)明一些示例性的沖模和從其擠出的纖維。
在本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中使用潤(rùn)滑劑的一個(gè)可能的優(yōu)點(diǎn)是，可以使制造纖維的方法窗口相對(duì)于常規(guī)聚合物纖維擠出方法被加寬。圖1是闡明這種可能的優(yōu)點(diǎn)的無(wú)量綱圖。聚合物熔融流的流速沿x-軸向右增大，潤(rùn)滑劑的流速沿y-軸向上增大。虛線(最接近x-軸)和實(shí)線(虛線上方)之間的區(qū)域是聚合物熔融流的流速和潤(rùn)滑劑的流速可以彼此相對(duì)保持穩(wěn)定態(tài)的區(qū)域的指示。穩(wěn)定態(tài)流動(dòng)的特性優(yōu)選是聚合物熔融流和潤(rùn)滑劑的穩(wěn)定壓力。此外，還可以在潤(rùn)滑劑和/或聚合物熔融流的相對(duì)低壓下優(yōu)選出現(xiàn)穩(wěn)定態(tài)流動(dòng)。
實(shí)線上方(實(shí)線距虛線的相反側(cè))的區(qū)域是過(guò)量潤(rùn)滑劑可能使聚合物熔融流通過(guò)沖模脈沖流動(dòng)的區(qū)域的指示。在一些情況下，脈沖可能足夠強(qiáng)，而中斷聚合物熔融流的流動(dòng)，打斷或終止任何纖維從沖模中退出。
虛線下方(即，虛線和x-軸之間)的區(qū)域是潤(rùn)滑劑流動(dòng)停止或移動(dòng)為0的條件下的指示。在這種情況下，聚合物熔融流的流動(dòng)不再被潤(rùn)滑，聚合物熔融流和潤(rùn)滑劑的壓力通常快速升高。例如，在這種條件下聚合物熔融流的壓力可以在大約數(shù)秒內(nèi)從200psi(1.3×106Pa)升高到2400psi(1.4×107Pa)。該區(qū)域應(yīng)被看作是傳統(tǒng)未潤(rùn)滑的纖維形成沖模的常規(guī)操作窗口，其中高操作壓力基本上限制了聚合物的質(zhì)量流速。
使用沖?？梢詢?yōu)選提供圖1中所示的加寬的方法窗口，沖模中各孔會(huì)聚，導(dǎo)致聚合物是基本上純的伸長(zhǎng)流動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)此操作，可以優(yōu)選的是，所述的?？籽仄溟L(zhǎng)度(即，第一聚合物流動(dòng)的方向)具有半雙曲線會(huì)聚分布。
本發(fā)明至少一些實(shí)施方案的可能優(yōu)點(diǎn)是具有制造通常不能被擠出成聚合纖維的聚合材料的聚合纖維的能力。熔流指數(shù)是涉及到聚合物的熔融粘度的一種通用工業(yè)術(shù)語(yǔ)。美國(guó)試驗(yàn)和材料協(xié)會(huì)(ASTM)包括一種測(cè)試方法(ASTM D1238)。這種測(cè)試方法規(guī)定了被用于測(cè)量特定聚合物種類的載荷和溫度。本文中，對(duì)于給定聚合物類型在ASTM D1238規(guī)定的條件下得到熔流指數(shù)值。熔融指數(shù)測(cè)試的一般原理包括在筒中加熱待測(cè)試的聚合物，其中活塞在筒的頂部，小的毛細(xì)管或孔在筒的底部。當(dāng)熱平衡時(shí)，在活塞上施加預(yù)定重量，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)收集擠出物，并稱重。較高熔融指數(shù)值通常與較高流速和較低粘度相關(guān)，而較高流速和較低粘度都可以是較低分子量的表征。相反，較低熔融指數(shù)值通常與較低流速和較高粘度相關(guān)，而較低流速和較高粘度都可以是較高分子量聚合物的表征。
在常規(guī)聚合纖維擠出方法中，擠出的聚合物的MFI為約35或更高。使用本發(fā)明的方法，用于形成擠出的聚合纖維的聚合物熔融流可以包括一種或多種聚合物，其中一種或多種聚合物都表現(xiàn)出MFI為30或更小，在一些情況下為10或更小，在其他情況下為1或更小，和在其他情況下為0.1或更小。在一些實(shí)施方案中，聚合物熔融流可以基本上由優(yōu)選表現(xiàn)出MFI為30或更小，在一些情況下為10或更小，在其他情況下為1或更小，和在其他情況下為0.1或更小的一種聚合物構(gòu)成。
在一些實(shí)施方案中，聚合物熔融流的特征可以是包括占聚合物熔融流體積至少大部分的本體聚合物。在一些情況下，可以優(yōu)選的是，本體聚合物占聚合物熔融流體積的60％或更多，或在其他情況下，可以優(yōu)選的是，本體聚合物占聚合物熔融流體積的75％或更多。在這些情況下，體積以輸送到模具孔的聚合物熔融流測(cè)定。
本體聚合物可以優(yōu)選表現(xiàn)出MFI為30或更小，在一些情況下為10或更小，在其他情況下為1或更小，和在其他情況下為0.1或更小。在特征是包括本體聚合物的實(shí)施方案中，除了本體聚合物之外，聚合物熔融流還可以包括一種或更多種第二聚合物。在各種實(shí)施方案中，第二聚合物可以優(yōu)選表現(xiàn)出MFI為30或更小，在一些情況下為10或更小，在其他情況下為1或更小，和在其他情況下為0.1或更小。
可以是低MFI聚合物并可以被擠出成本發(fā)明的纖維的聚合物的一些例子可以包括例如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，乙烯-丙烯-二烯-單體(EPDM)橡膠，高分子量聚丙烯，聚碳酸酯，ABS，AES，聚酰亞胺，降冰片烯，Z/N和金屬茂共聚物(EAA，EMAA，EMMA等)，聚苯硫醚，離聚物，聚酯，聚酰胺，和衍生物(例如，PPS，PPO，PPE)。
可以與本發(fā)明相容的低MFI聚合物的其他例子是傳統(tǒng)“玻璃狀”聚合物。這里用的術(shù)語(yǔ)“玻璃狀”與表現(xiàn)出玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、密度、流變性、光學(xué)和介電變化特性的材料的致密隨機(jī)形態(tài)的傳統(tǒng)應(yīng)用相同。玻璃狀聚合物的例子可以包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，聚氯乙烯等。
可以與本發(fā)明相容的低MFI聚合物的其他例子是傳統(tǒng)“橡膠狀”聚合物。術(shù)語(yǔ)“橡膠狀”與傳統(tǒng)命名相同具有足夠分子量以形成明顯的纏繞，從而使具有長(zhǎng)松弛時(shí)間的無(wú)規(guī)大分子材料。“橡膠狀”聚合物的例子可以包括但不限于聚氨酯，超低密度聚乙烯，苯乙烯嵌段共聚物如苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)，苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)，聚異戊二烯，聚丁二烯，EPDM橡膠，和其類似物。
本發(fā)明也可用于將無(wú)定形聚合物擠出成纖維。本文中，“無(wú)定形聚合物”是一種結(jié)晶度較小或沒(méi)有結(jié)晶度的聚合物，通常表現(xiàn)為根據(jù)ASTM D3418在差示掃描量熱計(jì)中加熱時(shí)缺少明顯的熔點(diǎn)或第一級(jí)轉(zhuǎn)化。
在其他實(shí)施方案中，本發(fā)明的可能的優(yōu)點(diǎn)是能夠使用多相聚合物作為聚合物熔融流和潤(rùn)滑劑擠出聚合纖維。多相聚合物是指例如由聚結(jié)成各自單獨(dú)區(qū)域的不同物質(zhì)構(gòu)成的有機(jī)大分子。各區(qū)域具有其本身的明顯性能，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，重量密度，光學(xué)密度等。多相聚合物的一種這類性能是單獨(dú)的聚合物相表現(xiàn)出不同的溫度流變響應(yīng)。更具體而言，它們?cè)跀D出加工溫度下的熔融粘度明顯不同。一些多相聚合物的例子公開在例如美國(guó)專利4,444,841(Wheeler)，4,202,948(Peascoe)，和5,306,548(Zabrocki等人)中。
本文中，“多相”指包括不混溶單體的共聚物的大分子的排列。由于存在的共聚物不相容，在同一塊材料中可存在明顯不同的相或“區(qū)”。在本發(fā)明中適用于擠出多相聚合物纖維的熱塑性聚合物包括但不限于以下類別的材料聚醚，聚酯，或聚酰胺的多相聚合物；取向間同立構(gòu)聚苯乙烯，乙烯-丙烯-二烯單體的聚合物(“EPDM”)，包括用苯乙烯和丙烯腈的混合物接枝的乙烯-丙烯-非共軛二烯三元共聚物(也稱作丙烯腈EPDM苯乙烯或“AES”)；苯乙烯-丙烯腈(“SAN”)共聚物，包括接枝橡膠組合物，如包括用苯乙烯和丙烯腈或其衍生物(例如，α-甲基苯乙烯和甲基丙烯腈)接枝的交聯(lián)的丙烯酸酯橡膠基質(zhì)(例如，丁基丙烯酸酯)的那些，被稱作“ASA”或丙烯酸酯-苯乙烯-丙烯腈共聚物，和包括用苯乙烯或丙烯腈或其衍生物(例如，α-甲基苯乙烯和甲基丙烯腈)接枝的丁二烯或者丁二烯和苯乙烯或丙烯腈的共聚物的基質(zhì)的那些，被稱作“ABS”或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，以及可提取的苯乙烯-丙烯腈共聚物(即，未接枝共聚物)，通常也稱作“ABS”聚合物；和其組合或共混物。本文中，術(shù)語(yǔ)“共聚物”應(yīng)該被理解成包括三聚物，四聚物等。
在多相共聚物樹脂的苯乙烯家族(即，多相苯乙烯熱塑性共聚物)內(nèi)可以發(fā)現(xiàn)可用于擠出多相聚合物纖維的聚合物的一些例子，上面稱作AES，ASA，和ABS，和其組合或共混物。這種聚合物公開在美國(guó)專利4,444,841(Wheeler)，4,202,948(Peascoe)，和5,306,548(Zabrocki等人)中。共混物可以是多層纖維的形式，其中每一層是不同的樹脂，或是聚合物的物理共混物，然后被擠出成單纖維。例如，ASA和/或AES樹脂可被共擠出在ABS上。
多相聚合物系統(tǒng)在纖維加工中仍存在很大難題，因?yàn)椴煌嗑哂蟹浅２幌嗤募庸ち髯冺憫?yīng)。例如，結(jié)果可能是多相聚合物的拉伸響應(yīng)極差。不同相的不同流變響應(yīng)可能在包括抽拉或拉扯擠出纖維的常規(guī)纖維形成方法中引起拉伸反應(yīng)的很大變化。在許多情況下，存在多個(gè)聚合物相會(huì)表現(xiàn)出不充分的內(nèi)聚力以抵抗抽拉過(guò)程的拉伸應(yīng)力，使纖維破裂或斷裂。
在本發(fā)明中，基于在纖維形成過(guò)程中怎樣使材料取向，可以解決與擠出多相聚合物相關(guān)的獨(dú)特難題。可以優(yōu)選的是，本發(fā)明中，多相聚合物材料通過(guò)模孔被擠壓或‘推出’，從而使聚合物材料取向(與拉扯或抽拉相反)。因此，本發(fā)明可以基本上降低破裂的可能。
可用本發(fā)明方法中的一些多相聚合物是多相AES和ASA樹脂，和其組合或共混物。市售AES和ASA樹脂或其組合包括例如如下的那些以商品名ROVEL從Dow Chemical Company，Midland，MI得到，以商品名LORAN S 757和797從BASF Aktiengesellschaft，Ludwigshafen，F(xiàn)ed.Rep.of Germany得到，以商品名CENTREX 833和401從Bayer Plastics，Springfield，CT得到，以商品名GELOY從GeneralElectric Company，Selkirk，NY得到，以商品名VITAX從HitachiChemical Company，Tokyo，Japan得到。據(jù)信一些市售AES和/或ASA材料中共混有ABS。市售SAN樹脂包括以商品名TYRIL從DowChemical，Midland，MI得到的那些。市售ABS樹脂包括以商品名CYOLAC如CYOLAC GPX3800從General Electric，Pittsfield，MA得到的那些。
也可以從一種或多種上列材料和一種或多種其他熱塑性聚合物的共混物制備多相聚合物纖維?？梢耘c上面列出的得到的材料共混的這類熱塑性聚合物的例子包括但不限于以下類別的材料雙軸取向聚醚；雙軸取向聚酯；雙軸取向聚酰胺；丙烯酸類聚合物如聚(甲基丙烯酸甲酯)；聚碳酸酯；聚酰亞胺；纖維素類，如纖維素乙酸酯，纖維素(乙酸酯-共-丁酸酯)，纖維素硝酸酯；聚酯，如聚(對(duì)苯二甲酸丁二醇酯)，聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)；氟聚合物如聚(氯氟乙烯)，聚(偏二氟乙烯)；聚酰胺，如聚(己內(nèi)酰胺)，聚(氨基己酸)，聚(六亞甲基二胺-共-己二酸)，聚(酰胺-共-酰亞胺)，和聚(酯-共-酰亞胺)；聚醚酮；聚(醚酰亞胺)；聚烯烴如聚(甲基戊烯)；脂肪族和芳香族聚氨酯；聚(苯醚)；聚(苯硫醚)；無(wú)規(guī)立構(gòu)聚(苯乙烯)；鑄型用間同立構(gòu)聚苯乙烯；聚砜；硅樹脂改性的聚合物(即，含有較小重量百分比(小于10wt.％)的硅樹脂的聚合物)，如硅樹脂聚酰胺和硅樹脂聚碳酸酯；含有鈉或鋅離子的乙烯共聚離聚物，如聚(乙烯-共-甲基丙烯酸)，以商品名SURLYN-8920和SURLYN-9910從E.I.duPont de Nemours，Wilmington，DE得到；酸官能的聚乙烯共聚物，如聚(乙烯-共-丙烯酸)和聚(乙烯-共-甲基丙烯酸)，聚(乙烯-共-馬來(lái)酸)，和聚(乙烯-共-富馬酸)；氟改性的聚合物，如全氟聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)；和上述聚合物的混合物，如聚酰亞胺和丙烯酸類聚合物的共混物，和聚(甲基丙烯酸甲酯)和氟聚合物的共混物。
本發(fā)明所用的聚合物組合物可以包括其他成分，例如，UV穩(wěn)定劑和抗氧化劑(如從Ciba-Geigy Corp.，Ardsley，NY，以商品名IRGANOX得到的那些)，顏料，阻燃劑，抗靜電劑，脫模劑(如以商品名LOXILG-715或LOXIL G-40從Henkel Corp.，Hoboken，NJ，或以WAX E從Hoechst Celanese Corp.，Charlotte，NC得到的脂肪酸酯)。著色劑，如顏料和染料，也可被加到聚合物組合物中。著色劑的例子可以包括以商品名R960從DuPont de Nemours，Wilmington，DE得到的金紅石TiO2顏料，氧化鐵顏料，碳黑，硫化鎘，和酞菁銅。經(jīng)常，上述含有一種或多種添加劑尤其是顏料和穩(wěn)定劑的聚合物可市售得到。通常，這種添加劑的用量能夠提供所需特性。優(yōu)選地，按聚合物組合物總重計(jì)，它們的用量為約0.02-20wt-％，更優(yōu)選約0.2-10wt-％。
本發(fā)明至少一些實(shí)施方案的另一種可能的優(yōu)點(diǎn)是具有能夠在相對(duì)較低溫度下擠出聚合物熔融流的能力。例如，在半結(jié)晶聚合物的情況下，當(dāng)通過(guò)進(jìn)入沖模各孔被推動(dòng)的聚合物熔融流的平均溫度比聚合物熔融流的熔融加工溫度高10℃或更小時(shí)，可以擠出聚合物熔融流。在一些實(shí)施方案中，在聚合物熔融流離開孔的入口之前，聚合物熔融流的平均溫度優(yōu)選是在聚合物熔融流的熔融加工溫度或比其低。
盡管不希望限于理論，但理論上認(rèn)為，本發(fā)明可以依賴潤(rùn)滑劑性能的優(yōu)勢(shì)在擠壓過(guò)程中加工聚合物，其中聚合物粘度在應(yīng)變(壓力和溫度)響應(yīng)中起到相對(duì)較小的作用。此外，存在潤(rùn)滑劑還允許聚合物在沖模內(nèi)“淬火”(例如，晶體或玻璃“玻璃化”形成)。沖模內(nèi)淬火的可能的優(yōu)點(diǎn)可以包括例如保持?jǐn)D出物的取向和尺寸精度。
本文中，聚合物熔融流的“熔融加工溫度”是聚合物熔融流能夠在1秒或更短時(shí)間內(nèi)通過(guò)沖模的各孔的最低溫度。在一些情況下，如果聚合物熔融流是無(wú)定形的，那么熔融加工溫度可以是在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或比其略高，如果聚合物熔融流是結(jié)晶或半結(jié)晶的，那么可以是在熔融溫度或比其略高。如果聚合物熔融流包括與一種或多種結(jié)晶和一種或多種半結(jié)晶聚合物中的任一種或兩種共混的一種或多種無(wú)定形聚合物，那么熔融加工溫度是無(wú)定形聚合物的最低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或結(jié)晶和半結(jié)晶聚合物的最低熔融溫度中的更低者。
可用于本發(fā)明沖模中的一種示例性?？资居趫D2的截面圖中，其中沖模板10和互補(bǔ)沖模板蓋12示于截面圖。沖模板10和沖模板蓋12限定了與沖模板10中的孔22流體連通的聚合物輸送通道20。形成在沖模板蓋12中的聚合物輸送通道20的一部分在開口16終止，聚合物熔融流通過(guò)開口14進(jìn)入形成在沖模板10內(nèi)的聚合物輸送通道20的一部分。在圖示實(shí)施方案中，沖模板蓋12中的開口16通常與沖模板10中的開口14具有相同大小。
圖3示出了孔22的放大圖，加入附圖標(biāo)記“r”表示孔22的半徑，和附圖標(biāo)記“z”表示孔22沿軸11的長(zhǎng)度。形成在沖模板10中的孔22優(yōu)選可以會(huì)聚，使得截面積(垂直于軸11測(cè)量的)小于入口24的截面積?？梢詢?yōu)選的是，如本文所述，可以設(shè)計(jì)?？?2的形狀，使得聚合物熔融流的伸長(zhǎng)應(yīng)變率沿孔22的長(zhǎng)度(即，沿軸11)恒定。
如本文所述，可以優(yōu)選的是，?？拙哂袝?huì)聚半雙曲線分布。“半雙曲線”形狀的定義從體積流動(dòng)，通道面積和流體速度間的基本關(guān)系開始。盡管對(duì)孔22的說(shuō)明使用圓柱形例子，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明所用的模孔可以不具有圓柱形特征。
沿軸11通過(guò)孔22的流動(dòng)可沿軸11在每個(gè)位置用下面公式描述Q＝V*A(1)其中Q是通過(guò)孔的體積流動(dòng)的量度，V是通過(guò)孔的流速，和A是孔22在選定位置沿軸11的截面積。
公式(1)可被重排，解出速度，得到下面的公式V＝Q/A(2)由于會(huì)聚孔的截面積沿孔的通道的長(zhǎng)度變化，因此可以使用下面的公式描述公式(2)中各變量間的各種關(guān)系dVz/dz＝(-Q/A2)(dA/dz)(3)在公式(3)中，隨著沿孔的長(zhǎng)度的位置變化而變化的速度表達(dá)式也定義了流體的拉伸流動(dòng)(ε)。穩(wěn)定或恒定的拉伸流動(dòng)是通過(guò)會(huì)聚孔流動(dòng)的優(yōu)選結(jié)果。因此，可以優(yōu)選的是，孔的截面積變化使得產(chǎn)生通過(guò)孔的恒定拉伸流動(dòng)。定義穩(wěn)定或恒定的拉伸流動(dòng)的公式表達(dá)為dVz/dz＝ε＝常數(shù) (4)可以被隨著沿孔的長(zhǎng)度的位置變化而變化的面積取代并產(chǎn)生恒定或穩(wěn)定的拉伸流動(dòng)的表達(dá)式可以被表達(dá)為f(r，z)＝常數(shù)＝r2Z(5)公式(5)的表達(dá)式的一般形式可以如下
f(r，z)＝C1+C2r2Z (6)公式(6)可被用于測(cè)定本發(fā)明中所用的孔22的形狀。為設(shè)計(jì)孔的形狀，可以優(yōu)選的是，測(cè)定孔22的出口26的直徑幾何限制(應(yīng)該理解，出口直徑是從孔22擠出的纖維尺寸的指示)?？蛇x擇地，可以使用孔22的入口24的直徑。
當(dāng)選擇了孔22的入口24或出口26之一的半徑(以及相應(yīng)的面積)時(shí)，通過(guò)選擇所需的拉伸應(yīng)變可以測(cè)定另一個(gè)，選擇通過(guò)孔22的流體(即，聚合物熔融流)所經(jīng)歷的所需的拉伸應(yīng)變優(yōu)選可以測(cè)定另一個(gè)的半徑(即，入口24或出口26的半徑)。
該值即拉伸應(yīng)變有時(shí)可以被稱作“Hencky應(yīng)變”。Hencky應(yīng)變基于被拉伸的材料的拉伸或工程應(yīng)變。下面的公式描述了通過(guò)通道例如本發(fā)明的孔的流體的Hencky應(yīng)變流體上的Hencky應(yīng)變＝ln(r02/rz2)＝ln(A0/Az)(7)選擇通過(guò)孔的流體所經(jīng)歷的所需的Hencky應(yīng)變來(lái)固定或設(shè)置上述孔的另一端的半徑(以及面積)。設(shè)計(jì)特征的最后是確立待潤(rùn)滑的孔的長(zhǎng)度。一旦選擇了孔22的長(zhǎng)度(圖3中的“z”)，并且入口24和出口的半徑/面積是已知的，通過(guò)用隨著沿孔22的長(zhǎng)度(沿“z”方向)的位置變化而變化的半徑(面積)回歸公式6，得到常數(shù)C1和C2。下面的公式提供沿“z”尺寸(rz)的每一位置的孔的半徑rz＝[((z)(es-1)+長(zhǎng)度)/(r入口*長(zhǎng)度)]-1/2(8)其中z是從孔的入口測(cè)量的沿縱軸在z方向的位置；e＝(r入口)2/(r出口)2；s＝Hencky應(yīng)變；r入口是孔的入口處的半徑；r出口是孔的出口處的半徑；和長(zhǎng)度是在z方向從孔的入口到出口的孔的總長(zhǎng)度。為討論Hencky應(yīng)變和相關(guān)原理，必須參考C.W.Macosko“Rheology-Principles，Measurements and Applications”，285-336頁(yè)(Wiley-VCHInc.，New York，第1版，1994)。
參考圖2，沖模板10還包括與在沖模板10和沖模板蓋12間形成的潤(rùn)滑劑高壓室32流體連通的潤(rùn)滑劑通道30。沖模板10和沖模板蓋12優(yōu)選限定了間隙34，使得通過(guò)潤(rùn)滑劑通道30進(jìn)入潤(rùn)滑劑高壓室32的潤(rùn)滑劑將從狹槽36并通過(guò)開口14進(jìn)入聚合物輸送通道20。這樣，可以將潤(rùn)滑劑獨(dú)立于聚合物熔融流被輸送進(jìn)孔22中。
狹槽36優(yōu)選繞聚合物輸送通道20的周邊延伸。狹槽36優(yōu)選繞聚合物輸送通道20周邊是連續(xù)或不連續(xù)的。可以基于各種因素調(diào)整形成間隙34和狹槽36的沖模板10和沖模板蓋12之間的間距，如聚合物熔融流通過(guò)聚合物輸送通道20時(shí)的壓力，聚合物熔融流和潤(rùn)滑劑的相對(duì)粘度等。在一些情況下，狹槽36可以是在形成間隙34的兩個(gè)粗糙(例如，噴砂的，研磨的等)表面(或一個(gè)粗糙表面和一個(gè)相對(duì)的光滑表面)的界面間形成的一個(gè)開口或多個(gè)開口的形式。
圖4是除去沖模板蓋12的沖模板10的俯視圖。其中示出了多個(gè)開口14，聚合物輸送通道20，模孔22，和潤(rùn)滑劑高壓室32。所示的聚合物輸送通道20具有恒定截面積(垂直于圖2中的軸11測(cè)量的)，并且在所示的實(shí)施方案中是圓柱形。然而，應(yīng)該理解，聚合物輸送通道20和相關(guān)的?？?2可以是任何適合的截面形狀，例如矩形、卵形、橢圓形、三角形、正方形等。
可以優(yōu)選的是，如圖4所示，潤(rùn)滑劑高壓室32繞聚合物輸送通道20的周邊延伸，可以繞聚合物輸送通道20的周邊輸送潤(rùn)滑劑。這樣，當(dāng)潤(rùn)滑劑通過(guò)聚合物輸送通道20并進(jìn)入?？?2時(shí)，它優(yōu)選繞聚合物熔融流周邊形成層。在所示的實(shí)施方案中，如圖4所示，由延伸到?jīng)_模板10外緣的潤(rùn)滑劑通道30向高壓室32供應(yīng)。
可以優(yōu)選的是，如圖4所示，每個(gè)高壓室32由獨(dú)立地潤(rùn)滑劑通道30供應(yīng)。通過(guò)獨(dú)立地供應(yīng)每個(gè)高壓室32(以及它們相關(guān)的?？?2)，可以控制各種加工變量。這些變量可以包括例如潤(rùn)滑劑壓力，潤(rùn)滑劑流速，潤(rùn)滑劑溫度，潤(rùn)滑劑組合物(即，不同的潤(rùn)滑劑可以被供應(yīng)到不同的孔22)等。
然而，作為選擇可以優(yōu)選的是，在一些系統(tǒng)中主高壓室用于將潤(rùn)滑劑供應(yīng)到每個(gè)潤(rùn)滑劑通道30，然后將潤(rùn)滑劑供應(yīng)到與孔22相連的每個(gè)高壓室32。在這種系統(tǒng)中，潤(rùn)滑劑到每個(gè)孔的輸送可以優(yōu)選在所有孔間平衡。
圖5是本發(fā)明所用的一個(gè)系統(tǒng)90的示意圖。系統(tǒng)90可以優(yōu)選包括將聚合物輸送到擠出機(jī)96的聚合物源92和94。盡管示出了兩個(gè)聚合物源，但是應(yīng)該理解，在一些系統(tǒng)中可以僅提供一個(gè)聚合物源。此外，其他系統(tǒng)可以包括三個(gè)或更多個(gè)聚合物源。此外，盡管只示出了一個(gè)擠出機(jī)96，但是應(yīng)該理解，系統(tǒng)90可以包括能夠?qū)⑺杈酆衔镙斔偷奖景l(fā)明的沖模98的任何擠出系統(tǒng)或裝置。
系統(tǒng)90還包括與沖模98可操作地連接的潤(rùn)滑劑裝置97，以將潤(rùn)滑劑輸送到根據(jù)本發(fā)明原理的沖模。在一些情況下，潤(rùn)滑劑裝置97可以是潤(rùn)滑劑聚合物源和擠出裝置的形式。
此外，在所示的系統(tǒng)90中，從沖模98擠出兩根纖維40。盡管示出了兩根纖維40，但是應(yīng)該理解，在一些系統(tǒng)中僅可以制造出一根纖維，而在其他系統(tǒng)中可以同時(shí)制造出三根或更多根聚合物纖維。
圖6示出了本發(fā)明所用的模孔的另一種示例性實(shí)施方案。在圖6中僅示出了裝置的一部分，以闡明在模孔122的入口114和通過(guò)沖模板110和沖模板蓋112之間的間隙134輸送潤(rùn)滑劑間的可能關(guān)系。在所示裝置中，獨(dú)立于聚合物熔融流輸送的潤(rùn)滑劑通過(guò)間隙134在孔122的入口116被引入。聚合物熔融流本身通過(guò)通過(guò)沖模板蓋112中的聚合物輸送通道120輸送到?？?22的入口116。
在圖6的示例性裝置中所示的另一種任選關(guān)系是與從聚合物輸送通道120引導(dǎo)進(jìn)入口114的開口116的尺寸相比?？?22的入口114的相對(duì)尺寸。可以優(yōu)選的是，開口116的截面積小于進(jìn)入?？?22的入口114的截面積。本文中，通常在垂直于縱軸111的平面中測(cè)定開口的“截面積”(優(yōu)選地，沿聚合物熔融流通過(guò)聚合物輸送通道和?？?22移動(dòng)的方向)。
圖7示出了本發(fā)明所用的另一種可能裝置。圖7是從沖模板210上方看的一個(gè)模孔222的放大俯視圖(與圖4所示相似)。沿?？?22的出口226示出模孔222的入口216。圖7和之前附圖設(shè)計(jì)的一個(gè)不同處在于，潤(rùn)滑劑通過(guò)在通道234a，234b，和234c端部的多個(gè)開口被輸送到?？?22。這是與在上述實(shí)施方案中的沖模板和沖模板蓋間的間隙形成的連續(xù)狹槽相比而言。盡管示出了輸送潤(rùn)滑劑的三個(gè)開口，但是應(yīng)該理解，可以設(shè)置小至兩個(gè)開口或多于三個(gè)的開口。
圖8示出了從聚合物熔融流40和潤(rùn)滑劑42從本發(fā)明的沖模的出口26的流動(dòng)。聚合物熔融流40和潤(rùn)滑劑42以截面圖示出，顯示了聚合物熔融流40的外表面41上的潤(rùn)滑劑42?？梢詢?yōu)選的是，潤(rùn)滑劑被提供在整個(gè)外表面41上，使得潤(rùn)滑劑42位于聚合物熔融流40和?？椎膬?nèi)表面23之間。
盡管示出的是在聚合物熔融流40離開孔出口26后潤(rùn)滑劑42在聚合物熔融流40的外表面41上，但是應(yīng)該理解，在一些情況下，在聚合物熔融流40和潤(rùn)滑劑42離開沖模出口26時(shí)或之后不久，可以從聚合物熔融流40的外表面41上除去潤(rùn)滑劑42。
除去潤(rùn)滑劑42可以是主動(dòng)的或被動(dòng)的。被動(dòng)除去潤(rùn)滑劑42可以包括例如蒸發(fā)、重力或吸附。例如，在一些情況下，潤(rùn)滑劑42和/或聚合物熔融流40的溫度可能足夠高，使?jié)櫥瑒?2蒸發(fā)，而在離開沖模出口26后沒(méi)有任何進(jìn)一步作用。在其他情況下，可以使用例如水或另一種溶劑，空氣射流等從聚合物熔融流40主動(dòng)除去潤(rùn)滑劑。
取決于潤(rùn)滑劑42的組成，部分潤(rùn)滑劑42可以保留在聚合物熔融流40的外表面41上。例如，在一些情況下，潤(rùn)滑劑42可以是兩種或更多種成分的組合物，如一種或多種載體和一種或多種其他成分。載體可以是例如溶劑(水，礦物油等)，它們被主動(dòng)或被動(dòng)除去，從而在聚合物熔融流40的外表面41上留下一種或多種其他成分。
在其他情況下，潤(rùn)滑劑42可以被保留在聚合物熔融流40的外表面41上。例如，潤(rùn)滑劑42可以是相對(duì)于聚合物熔融流40的粘度而言粘度足夠低的聚合物，使得它可以在擠出過(guò)程中用作潤(rùn)滑劑。也可用作潤(rùn)滑劑的可能適合的聚合物的例子可以包括例如聚乙烯醇，高熔流指數(shù)聚丙烯，聚乙烯等。
不管是否從聚合物熔融流40的表面41除去潤(rùn)滑劑42，潤(rùn)滑劑42都可用作淬火劑，以提高聚合物熔融流40冷卻的速率。這種淬火作用可以有助于在聚合物熔融流40中保持特別需要的結(jié)構(gòu)，如在聚合物熔融流40內(nèi)的取向。為有助于淬火，可以優(yōu)選的是，例如在足夠低以加速淬火加工的溫度下將潤(rùn)滑劑42供應(yīng)至?？?。在其他情況下，可以依靠使用一些潤(rùn)滑劑來(lái)提供蒸發(fā)冷卻，以增強(qiáng)聚合物熔融流40的淬火。例如，當(dāng)用作潤(rùn)滑劑42的礦物油在退出沖模后從聚丙烯(聚合物熔融流)表面蒸發(fā)時(shí)可使聚丙烯纖維淬火。
本發(fā)明可以優(yōu)選地依靠潤(rùn)滑劑材料和擠出的聚合物間的粘度差。聚合物與潤(rùn)滑劑的粘度比例如為40∶1或更高，或50∶1或更高，可以優(yōu)選地用作選擇用于本發(fā)明方法中的潤(rùn)滑劑的重要因素。潤(rùn)滑劑化學(xué)行為相對(duì)于其流變行為是次要的。在這一點(diǎn)上，材料如SAE 20重量的油，白石蠟油，和聚二甲基硅氧烷(PDMS)流體都是可能適合的潤(rùn)滑劑材料的例子。下列物質(zhì)不意圖限制候選潤(rùn)滑劑，即其他材料也可用作本發(fā)明的潤(rùn)滑劑。
無(wú)機(jī)或合成油的非限制性例子可以包括礦物油，礦脂，直鏈和支鏈烴(及其衍生物)，液體石蠟和低熔點(diǎn)固體石蠟，甘油的脂肪酸酯，聚乙烯蠟，烴蠟，褐煤蠟，酰胺蠟，甘油單硬脂酸酯等。
多種油及其脂肪酸衍生物也是本發(fā)明適用的潤(rùn)滑劑。可以使用油的脂肪酸衍生物，如但不限于油酸、亞油酸和月桂酸。還可以使用取代的油的脂肪酸衍生物，如但不限于，油酰胺，油酸丙酯和油醇(可以優(yōu)選的是，這種材料的揮發(fā)性不會(huì)高到在擠壓前蒸發(fā))。一些可能適合的植物油的例子可以包括但不限于杏仁油、鱷梨油、猴面包樹油、穗醋栗油、金盞花油、大麻油、菜籽油、大風(fēng)子油、椰子油、玉米油、棉子油、葡萄籽油、榛子油、雜交葵花子油、加氫椰子油、加氫棉子油、加氫棕櫚仁油、加州希蒙得木油、獼猴桃籽油、夏威夷核油、澳洲堅(jiān)果油、芒果核油、白芒花籽油、墨西哥罌粟油、橄欖油、棕櫚仁油、部分加氫的大豆油、桃仁油、花生油、山核桃油、阿月渾子核油、南瓜子油、奎奴亞藜油、油菜籽油、米糠油、紅花油、油茶油、沙棘油、芝麻油、牛油果油、水蒜芥籽油、大豆油、葵花子油、胡桃油和麥芽油。
其他可能適合的潤(rùn)滑劑材料可以包括例如飽和脂肪酸，包括己酸，辛酸，癸酸，十一烷酸，月桂酸，肉豆蔻酸，棕櫚酸和硬脂酸，不飽和脂肪酸，包括油酸和芥酸，芳香酸，包括苯甲酸，苯基硬脂酸，聚硬脂酸和二甲苯基二十二烷酸，和其他酸包括平均鏈長(zhǎng)度為6，9，和11個(gè)碳的支鏈羧酸，塔羅油酸和松香酸，飽和伯醇，包括1-辛醇，壬基醇，癸醇，1-癸醇，1-十二烷醇，十三烷醇，十六烷醇和1-十七烷醇，不飽和伯醇，包括十一烯醇和油醇，仲醇，包括2-辛醇，2-十一醇，二壬基甲醇和二(十一烷基)甲醇，和芳香族醇，包括1-苯基乙醇，1-苯基-1-戊醇，壬基苯基，苯基硬脂醇和1-萘酚。其他可能有用的含羥基化合物可以包括油醇的聚氧化乙烯醚和數(shù)均分子量約400的聚丙二醇。其他有用的液體可以包括環(huán)醇，如4-、叔-丁基環(huán)己醇和甲醇，醛，包括水楊醛，伯胺，如辛胺，十四烷基胺和十六烷基胺，仲胺，如雙-(1-乙基-3-甲基戊基)胺，和乙氧基化的胺，包括N-月桂基二乙醇胺，N-牛油基二乙醇胺，N-硬脂基二乙醇胺和N-可可基二乙醇胺。
其他可能有用的潤(rùn)滑劑材料可以包括芳香族胺，如N-仲丁基苯胺，十二烷基苯胺，N，N-二甲基苯胺，N，N-二乙基苯胺，p-甲苯胺，N-乙基-o-甲苯胺，二苯基胺和氨基二苯基甲烷，二胺，包括N-芥酸基-1，3-丙二胺和1，8-二氨基-p-甲烷，其他胺，包括支鏈的四胺和環(huán)癸基胺，酰胺，包括可可酰胺，氫化牛油酰胺，十八烷基酰胺，芥酸酰胺，N，N-二乙基甲苯酰胺和N-三羥甲基丙烷硬脂酰胺，飽和脂肪酯，包括辛酸甲酯，月桂酸乙酯，肉桂酸異丙酯，棕櫚酸乙酯，棕櫚酸異丙酯，硬脂酸甲酯，硬脂酸異丁酯和硬脂酸十三烷基酯，不飽和酯，包括丙烯酸硬脂基酯，十一碳烯酸丁酯和油酸丁酯，烷氧基酯，包括硬脂酸丁氧基乙基酯和油酸丁氧基乙基酯，芳香族酯，包括硬脂酸乙烯基苯基酯，硬脂酸異丁基苯基酯，硬脂酸十三烷基苯基酯，苯甲酸甲酯，苯甲酸乙酯，苯甲酸丁酯，苯甲酸芐基酯，月桂酸苯基酯，水楊酸苯基酯，水楊酸甲基酯和乙酸芐基酯，和二酯，包括二硬脂酸二甲基亞苯基酯，鄰苯二甲酸二乙酯，鄰苯二甲酸二丁酯，鄰苯二甲酸二異辛酯，己二酸二癸酯，癸二酸二丁酯，癸二酸二己酯，癸二酸二異辛酯，癸二酸二癸酯和馬來(lái)酸二辛酯。其他可能有用的潤(rùn)滑劑材料可以包括含有聚乙二醇的聚乙二醇酯(優(yōu)選數(shù)均分子量約400)，二苯基硬脂酸酯，包括蓖麻油的多羥基酯(甘油三酸酯)，單硬脂酸甘油酯，單油酸甘油酯，二硬脂酸二醇酯，甘油二油酸酯和三羥甲基丙烷單苯基硬脂酸酯，醚，包括二苯基醚和芐基醚，鹵化的化合物，包括六氯環(huán)戊二烯，八溴聯(lián)苯，十溴二苯基氧化物和4-溴二苯基醚，烴，包括1-壬烯，2-壬烯，2-十一碳烯，2-十七碳烯，2-十九碳烯，3-二十碳烯，9-十九碳烯，二苯基甲烷，三苯基甲烷和反式-二苯乙烯，脂肪族酮，包括2-庚酮，甲基壬基酮，6-十一酮，甲基十一烷基酮，6-十三酮，8-十五酮，11-十五酮，2-十七酮，8-十七酮，甲基十七烷基酮，二壬基酮和二硬脂基酮，芳香族酮，包括苯乙酮和苯甲酮，和其他酮，包括呫噸酮。其他可能有用的潤(rùn)滑劑可以包括磷化合物，包括磷酸三(亞二甲苯基)酯，聚硅氧烷，Muget hyacinth(An Merigenaebler，Inc)，Terpineol Prime No.1(Givaudan-Delawanna，Inc)，Bath Oil Fragrance#5864K(InternationalFlavor & Fragrance，Inc)，Phosclere P315C(有機(jī)亞磷酸酯)，PhosclereP576(有機(jī)亞磷酸酯)，苯乙烯化的壬基苯酚，喹啉和quinalidine。
可以使用具有乳化劑性質(zhì)的油作為潤(rùn)滑劑材料，例如但不限于牛蹄油、印度楝樹籽油、PEG-5加氫蓖麻油、PEG-40加氫蓖麻油、PEG-20加氫蓖麻油異硬脂酸酯、PEG-40加氫蓖麻油異硬脂酸酯、PEG-40加氫蓖麻油月桂酸酯、PEG-50加氫蓖麻油月桂酸酯、PEG-5加氫蓖麻油三異硬脂酸酯、PEG-20加氫蓖麻油三異硬脂酸酯、PEG-40加氫蓖麻油三異硬脂酸酯、PEG-50加氫蓖麻油三異硬脂酸酯、PEG-40加州希蒙得木油、PEG-7橄欖油、PPG-3加氫蓖麻油、PPG-12-PEG-65羊毛脂油、加氫貂油、加氫橄欖油、羊毛脂油、馬來(lái)酸化的大豆油、麝香玫瑰油、腰果油、蓖麻油、犬薔薇果油、鴯鹋油、夜來(lái)香油和薺藍(lán)籽油(gold ofpleasure oil)。
測(cè)試方法質(zhì)量流速通過(guò)基本重力法測(cè)量質(zhì)量流速。在80秒內(nèi)將退出的擠出物收集在預(yù)稱重的鋁盤中。測(cè)量總重和盤重量的差(按克計(jì))，在表1中記錄為克/分鐘。
熔流指數(shù)(MFI)對(duì)于給定聚合物類型在ASTM D1238規(guī)定的條件下測(cè)量聚合物的熔流指數(shù)。
實(shí)施例1使用與圖5所示相似的裝置制造聚合纖維。使用圖6所示的單孔沖模。模孔是圓形的，入口直徑為1.68mm，出口直徑為0.76mm，長(zhǎng)度為12.7mm，具有以下公式定義的半雙曲線形狀rz＝
^0.5(9)其中z是從入口測(cè)量的沿孔的軸的位置，和rz是位置z處的半徑。
用使用套筒溫度分布為177℃-232℃-246℃的3.175cm單螺桿擠出機(jī)(30∶1L/D)和設(shè)置在19.1RPM轉(zhuǎn)速下的ZENITH管道齒輪泵(1.6立方厘米/轉(zhuǎn)(cc/rev))擠出聚丙烯均聚物(FINAPRO 5660，9.0MFI，Atofina Petrochemical Co.，Houston，TX)。沖模溫度和熔融溫度約220℃。Chevron SUPERLA白礦物油#31作為潤(rùn)滑劑，使用設(shè)置在30RPM轉(zhuǎn)速下的第二ZENITH齒輪泵(0.16cc/rev)將其供應(yīng)到?jīng)_模的入口。
熔融聚合物壓力和擠出物的相應(yīng)質(zhì)量流速列于下表1中。聚合物用的壓力傳感器就在沖模上方的給油套管中，并在那里將聚合物引入沖模。在引入潤(rùn)滑劑之前，其壓力傳感器位于潤(rùn)滑劑輸送管線中。也對(duì)未使用潤(rùn)滑劑的對(duì)照樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
實(shí)施例2按實(shí)施例1制造聚合纖維，除了使用與圖2所示相似的沖模。?？拙哂袌A形輪廓，入口直徑為6.35mm，出口直徑為0.76mm，長(zhǎng)度為10.16mm，具有上述公式(8)定義的半雙曲線形狀。
有或沒(méi)有潤(rùn)滑劑時(shí)的熔融聚合物壓力和擠出物的質(zhì)量流速如下表1所示。
實(shí)施例3按實(shí)施例1制造聚合纖維，除了使用圖2所示的沖模。?？拙哂袌A形輪廓，入口直徑為6.35mm，出口直徑為0.51mm，長(zhǎng)度為12.7mm，具有公式(8)定義的半雙曲線形狀。
使用聚氨酯(PS440-200 Huntsman Chemical，Salt Lake City，UT)形成纖維。用使用套筒溫度分布為177℃-232℃-246℃的3.81cm單螺桿擠出機(jī)(30∶1L/D)和設(shè)置在19.1RPM轉(zhuǎn)速下的ZENITH管道齒輪泵(1.6cc/rev)輸送聚合物。沖模溫度和熔融溫度約215℃。ChevronSUPERLA白礦物油#31作為潤(rùn)滑劑，分別通過(guò)設(shè)置在99RPM和77RPM轉(zhuǎn)速下的兩個(gè)串聯(lián)齒輪泵將其供應(yīng)到?jīng)_模的入口。熔融聚合物壓力和擠出物的質(zhì)量流速如下表1所示。也對(duì)未使用潤(rùn)滑劑的對(duì)照樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
表1

表1表明在相似的熔融壓力下，使用本發(fā)明方法(實(shí)施例1)得到基本上較高的質(zhì)量流速，在相似質(zhì)量流速下，可以明顯較低的壓力(實(shí)施例2)下擠出聚合物。如實(shí)施例3所示，當(dāng)使用本發(fā)明方法時(shí)，熔融壓力明顯降低，同時(shí)質(zhì)量流速基本上增加。
本文中和在所附權(quán)利要求中，除非上下文另有所指，單數(shù)形式“一種(a)”、“一種(an)”和“該(the)”包括復(fù)數(shù)。因此，例如“一種纖維”可以包括多種纖維，“該孔”可以包括一個(gè)或多個(gè)孔和本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員公知的其等同物。
討論了本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方案，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出可能的變化。本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員顯然可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出本發(fā)明的這些和其他變化和修改，應(yīng)該理解本發(fā)明不限于所述的實(shí)施方案。因此，本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求及其等同物限制。
權(quán)利要求
1.一種制造聚合纖維的方法，該方法包括使聚合物熔融流通過(guò)位于沖模內(nèi)的孔，其中該孔包括入口、出口和從入口延伸到出口的內(nèi)表面，其中該孔是半雙曲線會(huì)聚孔，以及其中聚合物熔融流在該入口進(jìn)入該孔和在該出口離開該孔；將潤(rùn)滑劑獨(dú)立于聚合物熔融流輸送到該孔中，其中在該孔的入口引入潤(rùn)滑劑；和在聚合物熔融流離開該孔的出口后，收集包括聚合物熔融流的纖維。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中聚合物熔融流通過(guò)截面積比該孔的入口的截面積更小的開口輸送到該孔的入口。
3.如權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的方法，其中輸送潤(rùn)滑劑包括通過(guò)繞該孔的入口形成的連續(xù)狹槽輸送潤(rùn)滑劑。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中在聚合物熔融流離開該孔的出口之后，潤(rùn)滑劑從聚合物熔融流蒸發(fā)，使得該纖維基本上沒(méi)有潤(rùn)滑劑。
5.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中潤(rùn)滑劑包括兩種或更多種被輸送到該孔的入口的成分，以及其中在聚合物熔融流離開該孔的出口之后，一種或多種成分從聚合物熔融流蒸發(fā)，一種或多種成分保留在該纖維中。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中聚合物熔融流包括一種或多種聚合物，以及其中所有的一種或多種聚合物在對(duì)所述一種或多種聚合物所規(guī)定的條件下測(cè)量的熔流指數(shù)都為10或更小。
7.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中聚合物熔融流基本上由在對(duì)一種聚合物規(guī)定的條件下測(cè)量的熔流指數(shù)為10或更小的所述一種聚合物組成。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，當(dāng)孔包括截面積為0.5mm2的出口并且聚合物熔融流在30兆帕或更小的壓力下被輸送到該孔的入口時(shí)，聚合物熔融流以10克/分鐘或更大的質(zhì)量流速通過(guò)該孔。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中該沖模包括多個(gè)孔，以及其中該方法還包括獨(dú)立地將潤(rùn)滑劑輸送到多個(gè)孔的每個(gè)孔中。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括平衡潤(rùn)滑劑在多個(gè)孔間的流動(dòng)。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法，其中收集纖維包括拉扯纖維，其中該纖維在拉扯過(guò)程中伸長(zhǎng)。
12.如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中進(jìn)入該孔的入口的聚合物熔融流的平均溫度比聚合物熔融流的熔融加工溫度高10℃或更小。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中在聚合物熔融流離開該孔的出口之前，聚合物熔融流的平均溫度是在聚合物熔融流的熔融加工溫度或比其低。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中聚合物熔融流包括一種或多種無(wú)定形聚合物。
15.如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中聚合物熔融流基本上由一種或多種無(wú)定形聚合物組成。
16.如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中聚合物熔融流包括多相聚合物熔融流。
17.如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中聚合物熔融流基本上由多相聚合物熔融流組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于擠出聚合纖維的方法和系統(tǒng)。擠出方法優(yōu)選包括獨(dú)立于聚合物熔融流將潤(rùn)滑劑輸送到擠出模的各孔，使得潤(rùn)滑劑在通過(guò)模孔時(shí)優(yōu)選封裝聚合物熔融流。
文檔編號(hào)D01D5/096GK1957118SQ200580016397
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
發(fā)明者布魯斯·B·威爾遜, 羅格·J·斯圖莫, 斯坦利·C·埃里克森, 威廉·J·科佩基, 詹姆斯·C·布雷斯特 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司