[发明专利]多区电吹工艺

说明书

技术领域

本发明涉及多区电吹工艺，更具体地涉及用于通过电吹法制备纤维的方法和设备。

背景技术

据认为电吹工艺涉及通过在纤维上存在电荷的情况下将由高速喷气流产生的过程溶液纺丝条抽长来形成纤维。纤维上的电荷能够通过在喷丝头附近存在强电场来引入。纤维形成和溶剂去除在纺丝组合件和收集器之间的喷气流体积中发生。

理想地，所述工艺的操作者期望制备较细的纤维，同时增加最大过程吞吐量。常规工艺仅允许在以其它目标为代价下实现这些目标中的一个。因此，需要一种方法，所述方法脱离纺丝和干燥温度对纤维尺寸和吞吐量的竞争效应。

发明内容

本发明涉及用于电吹法的方法和设备，其中纺丝单元包括至少两个区，所述区任选地被物理分隔物分隔。区1包括纺丝组合件和邻近所述组合件的纤维形成体积，其中控制温度相对于区2相对低，并且区2中的温度相对于区1增加。所述方法包括以下步骤：电吹聚合物溶液，以及使随后形成的聚合物流通过区1和区2。

在一个实施例中，本发明涉及用于制备纤维的方法，所述方法包括以下步骤：从具有带出口端的纺丝喷嘴的喷丝头电吹聚合物溶液，其中所述聚合物溶液包含至少一种聚合物和至少一种溶剂，其中所述电吹法包括以下步骤：

a)将所述聚合物溶液从所述纺丝喷嘴排放到电场中，同时从邻近所述纺丝喷嘴的出口端定位的气体喷嘴注入气体；

b)由排放的聚合物溶液形成包含聚合物纤维的聚合物流，蒸发溶剂并将聚合物纤维沉积到收集器上；并且

其中所述聚合物流通过保持在第一平均温度T1的区1并持续第一停留时间，并且随后通过保持在第二平均温度T2的区2并持续第二停留时间，并且其中所述第二温度T2高于所述第一温度T1。

在一个实施例中，存在多于一个气体喷嘴和/或纺丝喷嘴。在另一个实施例中，气体喷嘴围绕纺丝喷嘴，并且与所述纺丝喷嘴同心。

在另一个实施例中，T2和T1之间的温度差值在约20℃至约200℃的范围内。在一些实施例中，T1在约20℃至约40℃的范围内。在其它实施例中，T2在约45℃至约270℃，约55℃至约200℃，或约58℃至约160℃的范围内。

在另一个实施例中，第二长度D2为介于第一长度D1的1和5倍之间，优选地为第一长度D1的1至3倍。在其它实施例中，聚合物流在区1中的停留时间通常为0.1至10毫秒，优选地0.5至2毫秒。在一些实施例中，聚合物流在区2中的停留时间为在区1中的1至20倍，优选地为在区1中的1至5倍。

在一些实施例中，由纺丝喷嘴排放的聚合物溶液包含选自下列的至少一种聚合物：聚酰亚胺、尼龙、芳族聚酰胺、聚苯并咪唑、聚醚酰亚胺、聚丙烯腈、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚丙烯、聚苯胺、聚环氧乙烷、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、SBR(丁苯橡胶)、聚苯乙烯、PVC(聚氯乙烯)、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、聚醚砜、聚乙烯丁烯、或它们的衍生物或共聚物、或它们的任何组合。

本发明还涉及用于电吹纤维的设备。在一个实施例中，所述设备包括：

a)纺丝喷嘴，所述纺丝喷嘴具有用于排放聚合物溶液的出口端；

b)气体喷嘴，所述气体喷嘴邻近所述纺丝喷嘴的出口端设置，用于注入压缩气体以形成气体流；

c)收集器，所述收集器用于收集由排放的聚合物溶液形成的纤维；

d)电压，所述电压施加于i)所述纺丝喷嘴，或ii)所述收集器，或iii)任选的电极，所述电极与所述纺丝喷嘴和所述收集器电隔离，其中电场在所述纺丝喷嘴、收集器和任选的电极中的全部三者或任意两者之间产生；

其中，在所述纺丝喷嘴出口和收集器之间包括至少两个区，由聚合物溶液形成的聚合物流通过所述区；其中所述纺丝喷嘴出口被设置成排放到所述区1中，并且其中所述区1具有第一长度D1并且维持在第一平均温度T1；其中所述区2位于所述区1的末端和收集器前之间的区域中，具有第二长度D2，并且维持在第二平均温度T2；并且其中所述区2平均温度T2高于所述区1平均温度T1。

在本发明的一个实施例中，纺丝喷嘴和收集器之间的区域包括任选地被物理分隔物分隔的至少两个区，通过所述区纤维可从纺丝喷嘴通到收集器。在其它实施例中，除了温度之外，所述区还具有受控的气流和湿度。在本发明的另一个实施例中，受控的气流、湿度和/或温度的其它区可位于区1和区2之间、在区2之后、和/或在区1或区2内部。在一些实施例中，所述设备的区2在区1的末端处开始并邻近收集器结束。