[发明专利]含氟聚合物纤维的高速熔融纺丝

说明书

发明背景

本发明涉及将含氟聚合物以高纺丝速度纺制成单丝或复丝纱的方法和设备。

基于四氟乙烯的热塑性共聚物的熔融纺丝是已知的。然而，在进一步提高此种高价值聚合物的纤维纺丝速度方面仍存在相当大的经济潜力。熔融纺丝方法面临的一个问题是，在高剪切速率下，熔体破坏不断加剧，这可从挤出纤维的表面变得越来越粗糙看出。鉴于熔体破坏开始出现的临界剪切速率随着熔体粘度的增加而降低，各种降低熔体粘度的措施一直着重于提高熔体温度。然而在包括基于四氟乙烯的热塑性共聚物在内的聚合物中，在尚未实现熔体粘度的任何显著降低之前，聚合物便先出现热降解。

聚四氟乙烯(PTFE)均聚物纤维也具有很高价值，尤其是其化学和机械性能，例如低摩擦系数、热稳定性以及化学惰性。然而，采用熔融纺丝加工已证明至今仍令人困惑。鉴于聚四氟乙烯均聚物纤维传统上一直采用分散纺丝方法，这涉及许多步骤和复杂设备，因此找到此种纤维的熔融纺丝方法具有巨大经济效益。

有关由高粘度聚合物熔体纺丝制造纤维的问题，以前曾针对聚酯做过研究。美国专利3,437,725描述了一种纺丝板组件，包括项板、加热板和底板，在顶板与加热板之间设有间隔件以提供空气隙。在顶板内放入了中空插件，每个纺丝孔一个，一直延伸到底板的下表面。熔融聚合物喂入到插件中以便纺丝穿过纺丝孔(毛细孔)。电加热头供应热量以维持底板、加热板和插入件底板部分的温度比供应的熔融聚合物高出至少60℃。在实施例中，作为聚酯纺丝的条件列举了介于290～430℃的加热纺丝孔温度。未提及任何含氟聚合物或以高纺丝速度熔融纺制含氟聚合物所需温度。

发明概述

本发明提供一种含高度氟化热塑性聚合物或此类聚合物共混物的组合物的熔融纺丝方法，包括下列步骤：使含有高度氟化热塑性聚合物或此种聚合物共混物的组合物熔融，形成熔融氟化聚合物组合物；在压力下将所述熔融氟化聚合物组合物输送到熔融纺丝设备的挤出模头；以及将熔融含氟聚合物组合物通过该挤出模头挤出从而形成熔融丝束，所述模头处于至少450℃的温度、至少100s^-1的剪切速率以及至少500m/min的纺丝速度。

本发明还提供一种含有聚四氟乙烯均聚物的组合物的熔融纺丝方法，包括下列步骤：使含有聚四氟乙烯均聚物的组合物熔融形成熔融聚四氟乙烯组合物；在压力下将所述熔融聚四氟乙烯组合物输送到熔融纺丝设备的挤出模头；以及将熔融聚四氟乙烯组合物通过该挤出模头挤出从而形成熔融丝束。

本发明还提供一种熔融纺丝设备，它包括：包含过滤手段的纺丝板组件；纺丝板；细长输送管线，所述输送管线布置在所述过滤手段与所述纺丝板之间；加热所述细长输送管线的手段；加热所述纺丝板的手段；以及细长缓冷器，布置在所述纺丝板组件的下面。

附图简述

图1是传统熔融纺丝设备一部分的断面视图。

图2是本发明具有细长纺丝板的熔融纺丝设备一部分的一种实施方案断面视图。

图3是本发明具有短型细长纺丝板的熔融纺丝设备一部分的一种实施方案断面视图。

图4是本发明具有短型细长纺丝板的熔融纺丝设备一部分的一种实施方案断面视图，其中在其中心空腔内设有加热手段，并在其外表面也设有加热手段。

图5是本发明熔融纺丝设备的一种实施方案的分解断面图，其特征在于，在组件过滤器与纺丝板圆盘之间设有细长输送管线。

图6是图5熔融纺丝设备组装后的断面视图。

图7本发明熔融纺丝设备一种实施方案的分解断面视图，特征在于细长输送管线和纺丝板圆盘的另一实施方案。

图8是图7熔融纺丝设备组装后的断面视图。

图9是本发明熔融纺丝设备一种实施方案的示意图。

图10A和10B是本发明中使用的缓冷器的一种实施方案断面图。图10B是图10A的局部放大视图。

图11是实例1组合物在500℃的剪切速率(1/s)对SSF(喷丝头拉伸系数)的作图，其中涂黑的三角形代表初次断丝时的喷丝头拉伸系数(SSF)，空心三角形代表最终断丝的SSF。其中包括某些旦数/强度/速度/(g/m)的数据。

图12是一幅曲线图，显示在恒定剪切速率下，温度对初次断丝的SSF的正效应。圆点代表420℃的SSF；方块代表460℃的SSF；三角形代表500℃的SSF(还可参见实例1)。