[发明专利]用于制造高强度纤维的纺丝头装置

说明书

本发明涉及一种用于制造高强度纤维的纺丝头装置。根据本发明的用于制造高强度纤维的纺丝头装置设计为在熔融纺丝过程中优化纺丝头的纺丝区域的加热方法。通过在包装体正下方的外侧设置市面上销售的纺丝头的纺丝头孔并使用加热体对纺丝头孔加热，来优化热传递方法。此外，采用高温瞬时热处理来控制熔融聚合物中的分子缠结结构，提高了热塑性树脂的拉伸性，由此提高了机械性能，例如强度和伸长率。

技术领域

本发明涉及一种用于制造高强度纤维的纺丝头装置，更具体地涉及一种在通过纺丝头对热塑性树脂进行熔融纺丝的过程中，将从纺丝头出来的熔融纤维短时间内加热至包装体温度以上的温度，且没有发生热降解的情况下，来优化加热方法的用于制造高强度纤维的纺丝头装置。因此，有可能控制热塑性树脂熔融聚合物中的分子缠结结构，而不会因高温瞬时热处理而引起分子量的劣化，从而提高了纤维的拉伸性能，由此提高了强度和伸长率等机械性能，以便利用现有的熔融纺丝和拉伸工艺降低纺丝过程中纤维的熔体粘度(喷嘴剪切压力)，从而对高粘度树脂进行纺丝，并且降低纤维的冷却速率以降低纺丝张力(方向)，进一步提高纺纱速度(生产速度)，因而以低成本实现高强度纤维的优质生产。

背景技术

至于市面上销售的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯，Polyethylene terephthalate)纤维，报道的最高强度约为1.1GPa，而实际最高强度不超过理论强度的3％～4％，仅为其他高强度纤维的三分之一(例如，极限性能对位芳纶(Kevlar)纤维约2.9GPa)。因此，PET纤维在工业纺织材料上的应用是有限的，除了普通服装或一些家用或工业纤维材料(如轮胎帘子布)外，还需要有极限性能。

如上所述，与PBO(聚对苯乙烯-2,6-苯并二恶唑纤维)和对位芳纶(Kevlar)纤维等液晶聚合物(LCP)相比，PET、尼龙纤维等非LCP热塑性聚合物纤维的强度较低且其实际强度相对于理论值并没有最终提高。这是由于树脂加工成纤维时在结构形成过程中的行为不同。

也就是说，液晶聚合物(LCP)能够在液相中形成液晶结构。在适当的剪切应力下，纺丝前后纤维结构的熵值相差不大，形成了具有相当高取向度和结晶度的纤维结构，实现了高强度、高性能纤维的生产。

相比之下，如PET和尼龙纤维等非LCP热塑性聚合物具有复杂结构，聚合物链在液相中以非晶随机线圈的形式缠结在一起。因此，即使在纺丝头的高剪切应力和高拉伸比(如牵伸比和拉伸比)下，热塑性聚合物由于缠结的随机线圈结构也相对难以形成完全定向诱导结晶(即，高强度)，导致纺纱过程前后纤维结构的熵值相差较大。

尽管普通热塑性聚合物存在结构上的缺点，但高强度的热塑性聚合物的开发可能会扩大热塑性聚合物的应用市场，并带来巨大的连锁反应。因此，以日本纺织工业为代表的普通PET纤维的性能最大化和关键性能提高的方法，近年来得到了广泛的研究。

例如，报道了使用超高分子量PET树脂制造高强度纤维的研究[Ziabicki,“分子量对高性能聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维熔融纺丝性能和力学性能的影响”，正文，研究J.,1996,66,705-712；Sugimoto,M.等人，“含少量高分子量链的聚丙烯熔体流变学。2单轴和双轴拉伸流动”，Macromol.,2001,34,6056-6063]以及采用混凝浴技术使熔体纺丝的定向最大化的研究[Ito M.等人，“试样几何形状和拉伸条件对拉伸聚对苯二甲酸乙二酯力学性能的影响”，聚合物，1990,31,58-63]。

然而，考虑到实验室规模的高强度PET纤维开发方法，由于在提高纤维性能的作用方面的可加工性和生产率存在局限性，这些研究无法用于实际应用。

最近日本有一项研究，利用基于熔融纺丝工艺的普通热塑性聚合物(如PET或尼龙)将现有纤维的强度从1.1GPa提高到2GPa，同时不会使生产成本增加两倍或更多。

此外，为了应用于最常用的工业纤维的轮胎帘布并投入实际使用而进行研发的领域有熔融结构控制技术、分子量控制技术、拉拔/退火技术和评价/分析技术。