[发明专利]小型长程纺丝工艺和装置

说明书

发明背景

1、发明领域

本发明一般涉及聚烯烃纤维，例如包括聚丙烯的纤维。本发明特别涉及聚烯烃纤维的生产工艺和设备。本发明还涉及用小型长程纺丝工艺和设备生产的纤维和由这些纤维制成的产品。

2、现有技术

在生产聚合物纤维和单丝时通常使用单聚合物或与标定数量稳定剂、颜料和/或象Elvax或Kemamine之类添加剂混合的聚合物的混合物。该混合物使用现有商品化工艺挤出成纤维和纤维制品。在生产非编织织物时，通常制成连续纤维或短纤维的纤维网后把这些纤维粘合在一起。例如，可使用比方说梳理机梳理短纤维，然后粘合经梳理的纤维网，例如使用热辊、激光或超声波焊接之类热粘合，从而把短纤维转变成非编织织物。

通过熔体挤出生产纤维一般使用两步骤″长程纺丝″工艺或一步骤″短程纺丝″工艺。聚丙烯长程纺丝工艺首先一般在约500-3,000m/min、更通常在约500-1,500m/min的纺丝速度下熔体-挤出纤维。热挤出物经骤冷而形成单丝，然后可在单丝上涂整理剂。经骤冷的这些单丝然后在一卷取轮上集束或用该卷取轮转向。纺丝高度即从纺丝板到该卷取轮的垂直距离一般约为6m，或者，在现有长程纺丝工艺中大于6m。此外，在第二步拉伸工艺中，运行速度通常为100-500m/min，这些纤维可拉伸、卷曲和/或切割成短纤维。

与此相对照，一步骤短程纺丝是在单一步骤中从块状聚合物转变成短纤维，此时纺丝速度一般为约50-200m/min。短程纺丝工艺纺丝板中毛细管数量约为长程纺丝工艺的约5-20倍，以此提高生产率。例如，典型商品化长程纺丝工艺中每一纺丝板包括约50-4,000、最好为700-3,500毛细管，而典型商品化短程纺丝工艺中纺丝板包括约5,000-120,000毛细管、最好为约15,000-70,000毛细管。从纺丝板到卷取轮的距离在短程纺丝工艺中一般约为2m。在使用长程纺丝或短程纺丝工艺生产双组分或其他多组分单丝时，毛细管数量指所挤出的单丝数量，一般不是纺丝板中用来挤出聚合物的孔数。

生产纤维的短程纺丝工艺与长程纺丝工艺在连续纺丝所需的骤冷条件方面也有很大差别。例如，在纺丝速度约为200m/min、使用短卷取距离和孔密度很高的纺丝板的短程纺丝工艺中，需要约达900-2,500m/min的高骤冷空气流速在纺丝板表面的约2-3cm中完成纤维骤冷。与此相对照，在纺丝速度约为1,000-1,500m/min的聚丙烯单丝长程纺丝工艺中，骤冷空气流速低得多，约为60-155m/min。

用比方说上述长程纺丝工艺制成的熔纺单丝生产的非编织材料当前有许多应用场合。如此制成的单丝可切割成短纤维后制成非编织织物或用作填充材料。该纤维或单丝也可在编织或非编织织物中用作连续纤维或单丝。这些单丝的其他应用是公知的，在此不再赘述。许多这些应用要求纤维及其非编织织物具有特殊性能，例如特殊的流化处理、高透气性、柔软性、强度、均匀完整性和耐用性。此外，要求生产工艺高效和低成本。

可生成具有优良性能、包括横向强度高、柔软的非编织织物的纤维的生产工艺公知有多种。例如，作为参考材料包括在此的Kozulla的美国专利Nos.5,281,378、5,318,735和5,431,994和欧洲专利申请No.719 879 A2(1996年3月7日公开)中的所述工艺在制备含聚丙烯纤维时，把分子重量分布广的含聚丙烯材料挤出成一有一表面的热挤出物，然后在含氧环境中对该热挤出物进行受控骤冷，使该表面发生氧化断链降解。根据Kozulla各专利所述工艺的一个方面，可控制热挤出物在含氧环境中的骤冷而把热挤出物的温度保持在约250℃以上一段时间，从而使该表面发生氧化断链降解。

如这些专利所述，在骤冷时通过诸如延迟冷却或堵塞骤冷气体气流使该表面发生氧化断链降解，从而使所生成的纤维包括多个区，这些区在诸如熔体流率、分子重量、熔点、双折射、取向和结晶度这些特性方面不同。特别是，如这些专利所述，所生成的纤维可包括一大大缺少氧化聚合降解的内区、一氧化断链降解聚合材料浓度很高的外区和氧化断链降解量从内到外递增的中间区。换句话说，可控制热挤出物在含氧环境中的骤冷而获得分子平均重量向纤维表面递减、熔体流率向纤维表面递增的纤维。