[发明专利]制造纳米纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维的制造方法，尤其涉及纳米尺寸纤维的制造方法。

背景技术

在美国专利Nos.2,810,646，4,495,030，4,565,727，4,904,343，4,929,502和5,180,630中已知原纤化纤维的制造过程。用于制造这种原纤化纤维的方法已经包括利用在工业的造纸机器和工业的搅拌器中。在多样的应用中需要在低成本情况下高效成批地生产纳米尺寸的纤维，但是现有技术的方法和装置不能有效地实现这样的目的。

发明内容

因此，考虑到现有技术的问题和缺陷，本发明的目的在于提供一种制造纳米尺寸纤维和原纤维的改进处理方法和系统。本发明的另一个目的在于提供一种制造纳米尺寸纤维的方法和系统，该纳米尺寸纤维大量降低了混合在其中的纤维芯。

本发明的又一个目的在将提供一种制造具有改善特性的纳米尺寸纤维的方法和系统，也就是具有更大的均匀性和流动性。

本发明的一个目的在于提供一种制造纳米尺寸纤维的方法和系统，它们比现有技术更有效利用能量和更具有生产能力，并且产生改善的体积和生产量。

本发明的其他目的和优点将从说明书中变得部分清楚和部分明显。

对于本领域技术人员显然的上述和其他目的将在本发明中实现，本发明提供一种制造纳米纤维的方法，其包括准备纤维的悬浮液，剪切精炼该纤维以产生原纤化纤维，并且随后闭流精炼或者均匀化原纤化纤维，以从原纤化纤维中分离纳米纤维。在悬浮液中纤维的剪切精炼过程产生具有附着纳米纤维的纤维芯，并且闭流精炼或者均匀化过程从纤维芯中分离纳米纤维。该纤维悬浮液将连续地从剪切精炼过程流动到闭流精炼或者均匀化过程，并且包括控制从剪切精炼过程到闭流精炼或者均匀化过程中纤维悬浮液的流动速率。

该过程还进一步包括从剩余的形成原纤维的或者芯纤维中大量地隔离该已分离的纳米纤维。该闭流精炼或者均匀化过程将持续，以另外地从剩余纤维芯中产生纳米纤维。

在采用闭流精炼过程中，最初以第一剪切速率进行，并且随后以更高的第二剪切速率实施从原纤化纤维，叶纤维芯中分离纳米纤维，并且从该纤维芯中产生另外的纳米纤维。原纤化纤维的这种闭流精炼可以是剪切、压碎、拍打和切削原纤化纤维。

该过程还包括除去在剪切精炼、闭流精炼或者均匀化过程期间纤维悬浮液中产生的热量。在另一个方面，本发明提供一种制造纳米纤维的方法，其包括准备包括纤维芯的原纤化纤维的悬浮液，其中该纤维芯具有附着的纳米纤维，和最初在第一剪切速率下闭流精炼或者均匀化原纤化纤维，随后以更高的第二剪切速率从纤维芯中分离纳米纤维，并且从该纤维芯中产生另外的纳米纤维。该纤维悬浮液从第一剪切速率运行的第一转子流动到第二剪切速率运行的第二转子，优选流动是连续和串联的。该过程还包括控制纤维悬浮液的流动速率。通过在彼此之间移动的齿之间的纤维悬浮液实施闭流精炼过程，隔开的齿实施充分的剪切力在纤维悬浮液中的纤维中，以从原纤化纤维中分离纳米纤维并且从纤维芯中选择性地产生另外的纳米纤维。均匀化过程可通过如下过程实施，通过对纤维悬浮液加压并且将已加压的纤维悬浮液通过一个尺寸的孔，并且在一个压力下实施足够的剪切力在纤维悬浮液中的纤维中，以从原纤化纤维中分离纳米纤维并且从纤维芯中选择性地产生另外的纳米纤维。在另一个方面，本发明涉及一种纤维组成物，其包括纤维芯和从纤维芯中分离的纳米纤维的混合物，该纤维芯具有大约500-5000nm的直径和大约0.1-6mm的长度，并且纳米纤维具有大约50-500nm的直径和大约0.1-6mm的长度。本发明还涉及一种纤维组成物，其包括大体上从纤维中脱离的纳米纤维，该纳米纤维具有大约50-500nm的直径和大约0.1-6mm的长度。

附图简述

本发明的特征认为是新颖的并且本发明的部件特征将从附加的权利要求中详细阐述。这些附图仅仅是阐述目的，而不是按比例描绘。然而，在结合附图的详细描述中，本发明自身，包括结构和运行方法将更佳的理解。

图1是根据本发明用于产生纳米纤维的启闭流精炼机的优选系统的截面的侧视图。

图2是图1的开路的精炼剂中转子的部分截面的顶部平面图。

图3是图1的第一闭流的精炼剂的顶部平面图，其产生相对低水平的剪切精炼过程。

图4是图3的闭流的精炼机的转子部分的，部分横截面的侧视图。

图5是图1的第二闭流的精炼剂的侧视图，其产生相对高水平的剪切精炼过程。

图6是图5的闭流的精炼机的转子和定子部分的顶面平面图。