專利名稱：用于制造多層、多組分長絲的方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)熔紡多層橫截面多組分長絲的方法和裝置。這些長絲可以收集和加工成用于過濾器、服裝、抹布和衛(wèi)生產(chǎn)品的非織造纖網(wǎng)。
在熔融紡絲工藝中，熱塑性合成聚合物被熔融和壓過噴絲頭的噴嘴而形成長絲。這些長絲可以借助于空氣射流或者機(jī)械法被拉伸或者拉細(xì)并且收集在運動多孔表面上，從而生產(chǎn)出無規(guī)沉積的長絲或者非織造纖網(wǎng)。所述纖網(wǎng)可以被粘接在一起以保持其完整性。此外，在熔噴工藝中，空氣射流可以在噴絲頭末端加入，以提供非?？焖俚睦爝^程，得到很小直徑的長絲。
為了從一排噴絲孔中生產(chǎn)均勻長絲，在紡絲裝置中每根長絲的聚合物應(yīng)該經(jīng)受盡可能幾乎相同的熱歷史和停留時間。這可以使用聚合物分配歧管來實現(xiàn)，該分配歧管使具有較長移動距離的熔融聚合物比具有較短移動距離的熔融聚合物運動得更迅速。分配歧管的一個例子是衣架(coat hanger)(體現(xiàn)歧管的一般形狀)，其可見于美國專利3,860,383；4,043,739；4,285,655；5,728,407和6,120,276。
也可以熔紡由兩種不同的聚合物制造的雙組分長絲。獨立的熔融聚合物物流可以合并成層狀聚合物物流，以生產(chǎn)具有并列式橫截面的長絲，其中長絲部分各具有不同的聚合物組分，這些長絲部分在每根長絲的大部分長度上延續(xù)。在熔噴工藝中，這種例子是美國專利號6,057,256。在制造并列式橫截面長絲時，在使用衣架之前匯合聚合物流動物流是已知的。令人遺憾地，這將喪失下游過濾的能力，因為雙組分熔體物流的過濾將引起層狀聚合物物流的混合。同樣已知的是，對于每一聚合物流動物流使用一個衣架，然后在匯合以前將聚合物流動物流進(jìn)料到分離的孔模。令人遺憾地，該分離的孔模可能生產(chǎn)出不均勻的長絲。
在其中聚合物不被過濾的體系中，在模頭啟動期間和在操作期間會有很多噴絲孔堵塞，因為噴嘴沒有得到保護(hù)，防止通過熔融體系的顆粒的堵塞?；旧纤腥廴诠に嚩紝⑿纬赡芏氯徑z噴嘴的足夠大的顆粒。這些顆粒的來源可以是降解的聚合物、凝膠、附聚物、污染物等等。對于大多數(shù)工藝，典型的堵塞孔的數(shù)目在開始時為10-15％，并且在運行期間不斷增加。
在現(xiàn)有技術(shù)方法中，當(dāng)聚合物在熔體從模頭出來以前被匯合時，在兩種聚合物熔體之間存在界面。該界面未被直接控制，并且可能受許多工藝因素的影響。由于缺少對該界面的控制而可能出現(xiàn)的重要問題的兩個例子是1)當(dāng)使用兩種相似的聚合物時，在聚合物開始混合時該界面可能開始擴(kuò)散，因此纖維將更象熔融共混纖維，而非雙組分纖維；和2)如果所述聚合物在熔體粘度方面具有顯著差異，則較高粘度的聚合物有可能開始以不成比例的量占據(jù)熔體可用空間，這可能導(dǎo)致兩種熔體在離開模頭時的速度失調(diào)，因為聚合物熔體可能彼此沿著界面滑過，這很可能引起紡絲問題。需要一種用于制造均勻的多層橫截面長絲的熔融紡絲裝置和方法，其允許下游過濾，允許使用具有不同熔體粘度的聚合物，和能夠最小化熔融聚合物之間不希望的混合的接觸時間。
發(fā)明概述在第一個實施方案中，本發(fā)明涉及用于從多種熱塑性合成聚合物制備許多的多層長絲的方法，其包括分別地熔融和擠出多種熱塑性合成聚合物形成獨立的熔融聚合物流動物流，分配所述獨立的熔融聚合物流動物流形成獨立的平面熔融聚合物流動物流，然后過濾所述獨立的平面熔融聚合物流動物流，和進(jìn)料所述獨立的平面熔融聚合物流動物流進(jìn)入包括許多獨立的聚合物流動通道的噴絲頭，其中每一平面熔融聚合物流動物流進(jìn)料到不同系列的與噴絲頭出口連通的所述聚合物流動通道，這些出口被排列成使得從所述出口出來的多個熔融聚合物流動物流被引導(dǎo)而互相接觸，從而形成多層長絲。
本發(fā)明的另一實施方案是用于實施上述方法的裝置，其包括用于將多種熱塑性合成聚合物分別地熔融和擠出形成熔融聚合物流動物流的許多擠出機(jī)，用于將所述獨立的熔融聚合物流動物流分配成獨立的平面熔融聚合物流動物流的位于所述擠出機(jī)下游和與所述擠出機(jī)連通的獨立的分配歧管，用于過濾所述獨立的平面熔融聚合物流動物流的位于所述分配歧管的下游和與所述分配歧管連通的獨立的過濾器，和位于所述過濾器的下游和與所述過濾器連通的噴絲頭，其包括用于輸送所述獨立的平面熔融聚合物流動物流的每一個到許多的噴絲頭出口的許多獨立的聚合物流動通道，所述通道被排列成使得從所述出口出來的獨立的熔融聚合物流動物流互相接觸而形成多層長絲。
本發(fā)明的另一個實施方案涉及用于上述方法和裝置的熔融紡絲箱體，其包括各自與獨立的多個衣架分配歧管連通的多個聚合物入口通道，位于每一衣架分配歧管的下游和與每一衣架分配歧管連通的獨立的過濾器，和位于所述過濾器的下游和與所述過濾器連通的噴絲頭，所述噴絲頭具有許多與用于紡制所述多層長絲的出口連通的獨立的聚合物流動通道。


附圖1是用于生產(chǎn)本發(fā)明并列式橫截面雙組分長絲的熔融紡絲箱體的橫截面的示意圖。
詳細(xì)說明在此，術(shù)語多層長絲指這樣的長絲，其中沿著纖維縱向延伸的第一聚合物層與沿著纖維縱向延伸的第二聚合物層接觸，該第二聚合物任選地與一個或多個其他聚合物層接觸。
在此，術(shù)語多種熱塑性合成聚合物指多于一種的不同的或者不相似的合成制備的可熱加工的聚合物。這些包括，但是不局限于，聚烯烴、聚酯和聚酰胺。其也包括均聚物、共聚物和聚合物共混物。
在此，術(shù)語熔融聚合物流動物流指加熱到其熔點以上、可以流過紡絲裝置的聚合物。
在此，術(shù)語平面熔融聚合物流動物流指通常具有高寬度-高度比值橫截面的熔融聚合物流動物流。
在此，術(shù)語分配歧管指用于將聚合物流動物流分布成通常高的寬度-高度比值的橫截面的裝置，優(yōu)選沿著流動物流橫截面的全部聚合物經(jīng)受幾乎相同的熱歷史。
在此，使用術(shù)語獨立的或者各別地通常用于表示對根據(jù)本發(fā)明使用的多種聚合物組分進(jìn)行獨立的輸送、處理或者其他這類操作。例如，短語許多的獨立的聚合物流動通道用以表示存在許多的流動通道，用于獨立地輸送該方法中使用的每種不同的聚合物。
本發(fā)明涉及熔融紡絲均勻多層橫截面多組分長絲。這些長絲可以收集在成型篩網(wǎng)上并且粘接在一起而得到非織造纖網(wǎng)。這些纖網(wǎng)可以用于例如過濾器、服裝、抹布和衛(wèi)生產(chǎn)品。
按照本發(fā)明，多種熱塑性合成聚合物被分別地熔成熔融聚合物流動物流，分配形成平面熔融聚合物流動物流，過濾，進(jìn)料到許多獨立的噴絲孔中，這些噴絲孔以這樣一種方式定位，使得用于每一長絲的聚合物被排列成在聚合物從噴嘴出來之后，聚合物互相接觸產(chǎn)生多層橫截面長絲。任選地，當(dāng)多層熔融聚合物流動物流從噴絲孔出來時，形成長絲的多層熔融聚合物流動物流可以用高速流體、例如來自流體射流裝置的空氣進(jìn)行冷卻和拉細(xì)，以形成很小直徑的長絲，如在熔噴工藝中那樣。
在多組分長絲中，所述多種熱塑性合成聚合物包括至少兩種不相似的聚合物，其可以是化學(xué)上或者物理上不相似的。所述聚合物可以包括聚烯烴、聚酯和聚酰胺，并且可以是均聚物、共聚物或者聚合物共混物。
利用傳統(tǒng)方法、例如擠出機(jī)將聚合物熔成獨立的熔融聚合物流動物流，并且強制通過分配歧管以產(chǎn)生獨立的平面熔融聚合物流動物流。分配歧管將熔融聚合物流動物流排列成長而薄的平面熔融聚合物，其中沿著平面的全部聚合物具有幾乎相同的熱歷史和停留時間。熔融聚合物物流具有盡可能相同的熱歷史和停留時間是最適宜的，以便最小化接觸歧管壁的聚合物的降解，其傾向于形成固化的顆粒，該顆粒會堵塞下游噴絲孔，和/或形成不很均勻的紡絲長絲。普通的分配歧管是衣架歧管，其之所以如此命名是由于在形式上一般與衣架相似(縱向截面)。由于衣架分配歧管具有長而薄的形式，來自熔融紡絲箱體壁的熱被幾乎瞬間地傳遞通過熔融聚合物，因此使紡絲箱體中的熱梯度最小化，并且減小了聚合物的不均勻加熱。
同樣地，由于衣架分配歧管所具有的形狀，在歧管內(nèi)具有較長移動距離的熔融聚合物比具有較短移動距離的熔融聚合物以更快的速度移動。因此，在適當(dāng)設(shè)計衣架分配歧管情況下，歧管中的全部熔融聚合物將具有幾乎相同的停留時間。
盡管使用了衣架分配歧管，但是在衣架歧管和紡絲箱體的入口通道內(nèi)，紡絲箱體內(nèi)的熔融聚合物總是在與紡絲箱體壁的界面處稍微降解。因此，在本發(fā)明中，平面熔融聚合物流動物流在被匯合之前、但是在所述衣架分配歧管的下游被單獨地過濾，從而大大減少或者消除了進(jìn)入噴絲頭的可能堵塞噴絲頭噴口的顆粒。因此，可以過濾多個熔融聚合物物流的每一個，而不引起在物流合并之后流量的失調(diào)，這種流量失調(diào)將不利地影響物流的層狀性質(zhì)并因此不利地影響得到的長絲。
所述過濾的平面熔融聚合物流動物流通過許多噴絲孔被紡絲，這些噴絲孔以這樣一種方式定位，使得用于每一長絲的聚合物被排列成在聚合物長絲從噴嘴出來之后，獨立的聚合物長絲互相接觸產(chǎn)生需要的多層橫截面長絲。例如，獨立的熔融聚合物流動通道13和14可以在噴絲頭15內(nèi)彼此形成角度，如圖1所示，使得從噴絲孔16出來的所述獨立的聚合物長絲被引導(dǎo)而彼此接觸和結(jié)合?？蛇x擇地，所述獨立的聚合物流動通道可以在噴絲頭內(nèi)排列成基本上平行的并且足夠地接近，使得從噴絲孔出來的不同的聚合物長絲被迫彼此接觸，例如借助于從流體射流裝置20出來的流體的力，以下將對此進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
聚合物可以任何次序?qū)盈B，并且可以根據(jù)需要重復(fù)多次。每個層接觸長絲的表面并且在大部分的長絲長度上延續(xù)。
在最簡單的例子中，只包含兩種不相似的用于制備本發(fā)明長絲的聚合物的長絲被稱為雙組分長絲。同樣，在兩層的情況下，長絲被稱為并列式橫截面長絲。在本發(fā)明另一個實施方案中，紡絲箱體可以包含用于多于兩個熔融聚合物物流的多于兩個的流動通道。因此，如果需要三組分的長絲，所述紡絲箱體將被構(gòu)造成具有三個獨立的聚合物入口通道，三個獨立的衣架分配歧管和三個獨立的過濾器，所述過濾器全部進(jìn)料到噴絲頭，在噴絲頭中三個獨立的熔融聚合物物流被分別地擠出進(jìn)入許多的獨立的熔融聚合物通道，用于所述三種熔融聚合物每一種的一系列這類通道，其全部進(jìn)料到在下游的紡絲頭出口，當(dāng)它們從紡絲箱體出來時形成三組分長絲。技術(shù)人員將認(rèn)識到，在紡絲箱體內(nèi)可以形成許多獨立的流徑，以便形成多組分長絲。
可以參考按照圖1的紡絲裝置制備并列式橫截面雙組分長絲的特定例子描述本發(fā)明。
圖1是雙組分正交紡絲箱體1的橫剖面視圖，其在縱向上，即垂直于頁面的方向上延伸幾米。兩種不同的熱塑性合成聚合物被分別地在獨立的擠出機(jī)(未顯示)中熔融和通過入口通道2和4進(jìn)料到紡絲箱體中。熔融聚合物被輸送到兩個衣架分配歧管6和8，其引導(dǎo)熔融聚合物流動物流形成兩個平面熔融聚合物流動物流。通過仔細(xì)選擇歧管的幾何結(jié)構(gòu)，在歧管中沿著熔融聚合物流動物流的平面的長度，全部聚合物具有幾乎相同的溫度、粘度和停留時間。通過過濾器10和12，其在熔融紡絲箱體的長度上延伸，平面熔融聚合物流動物流被單獨地過濾。所述獨立的平面熔融聚合物流動物流被進(jìn)料通過紡絲頭15中的獨立的熔融聚合物通道13和14。當(dāng)所述流動物流被進(jìn)料到許多噴絲孔16時，所述獨立的聚合物流動物流的完整性和獨立性得到保持。在從噴絲孔出來之后，如此形成的單個的聚合物長絲結(jié)合形成雙層熔融聚合物長絲。
任選地，在熔噴法中，當(dāng)獨立的熔融聚合物長絲從噴絲孔出來時，可以利用從射流裝置20出來的高速流體、例如空氣將如此形成的雙層熔融聚合物長絲冷卻和拉細(xì)以形成很小直徑的長絲。
實施例以下實施例描述了由以上參考圖1裝置描述的方法得到的熔噴雙組分纖維制成的纖網(wǎng)的制備過程。
實施例1熔噴雙組分纖網(wǎng)用聚乙烯組分和聚(對苯二甲酸乙二醇酯)組分制成。聚乙烯組分由線性低密度聚乙烯制造，該聚乙烯具有135g/10分鐘的熔融指數(shù)(按照ASTM D-1238測定)，可以GA594得自Equistar。所述聚酯組分由聚(對苯二甲酸乙二醇酯)制造，其報告的特性粘度為0.53dl/g，可以從DuPont以Crystar聚酯(Merge4449)獲得。在獨立的擠出機(jī)中，聚乙烯聚合物被加熱到260℃和聚酯聚合物被加熱到305℃。兩種聚合物被分別地擠出和計量到兩個獨立的衣架型聚合物分配器。從每個分配器出來的平面熔體物流被獨立地過濾和擠出通過雙組分熔噴模頭，該模頭具有2個線性的獨立孔組，其排列使得用于每種聚合物的紡絲噴嘴接近地定位，形成紡絲噴嘴對的線性陣列。所述對以這樣的方式排列，使得通過所述對中的兩個噴嘴中心的線垂直于孔對的線性陣列的方向，其中所述對中的2個孔之間的中心點位于模頭端的頂點。模頭被加熱到305℃。模頭具有645對毛細(xì)管孔，其排列在54.6cm線中。聚乙烯聚合物以0.16g/孔/min的聚合物通過速率紡絲。聚酯聚合物以0.64g/孔/min的聚合物通過速率紡絲。拉細(xì)空氣被加熱到305℃的溫度和以5.5每平方英寸磅的壓力通過兩個1.5mm寬的空氣通道提供。所述兩個空氣通道沿著毛細(xì)管孔的54.6厘米線的長度設(shè)置，在毛細(xì)管組的線的每個側(cè)面有一個通道，距離毛細(xì)管孔向后1.5mm。聚乙烯以6.2kg/hr的速率提供給紡絲組合件，和聚酯以24.8kg/hr的速率提供給紡絲組合件。雙組分熔噴纖網(wǎng)生產(chǎn)成具有20重量百分?jǐn)?shù)聚乙烯和80重量百分?jǐn)?shù)聚酯。以20.3cm的模頭-收集器距離將長絲收集在運動的成型篩網(wǎng)上以生產(chǎn)熔噴纖網(wǎng)。將熔噴纖網(wǎng)收集在輥上。該熔噴纖網(wǎng)的基礎(chǔ)重量為51g/m2。
平面熔融聚合物流動物流的過濾有效地消除了噴絲頭噴口的堵塞，因此提高了形成的非織造纖網(wǎng)的均勻性，并且延長了紡絲系統(tǒng)的運行時間。
權(quán)利要求
1.用于從多種熱塑性合成聚合物制備許多的多層長絲的方法，其包括獨立地熔融和擠出多種熱塑性合成聚合物形成獨立的熔融聚合物流動物流；分配所述獨立的熔融聚合物流動物流形成獨立的平面熔融聚合物流動物流；然后過濾所述獨立的平面熔融聚合物流動物流；和進(jìn)料所述獨立的平面熔融聚合物流動物流進(jìn)入紡絲頭，該紡絲頭包括許多的獨立的聚合物流動通道，其中每一平面熔融聚合物流動物流被進(jìn)料到與紡絲頭出口連通的不同系列的所述聚合物流動通道，所述通道被排列使得從所述出口出來的多個熔融聚合物流動物流被引導(dǎo)而互相接觸，從而形成多層長絲。
2.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括用從定位于所述許多的紡絲頭出口附近的流體射流裝置出來的流體冷卻和拉細(xì)如此形成的所述多層長絲。
3.權(quán)利要求1的方法，其中多種熱塑性合成聚合物的數(shù)目為2。
4.權(quán)利要求1的方法，其中多種熱塑性合成聚合物的數(shù)目多于2。
5.用于從多種熱塑性合成聚合物紡絲許多的多層長絲的裝置，其包括用于獨立地熔融和擠出多種熱塑性合成聚合物形成熔融聚合物流動物流的多個擠出機(jī)；用于分配所述獨立的熔融聚合物流動物流形成獨立的平面熔融聚合物流動物流的位于所述擠出機(jī)的下游和與所述擠出機(jī)連通的獨立的分配歧管；用于過濾所述獨立的平面熔融聚合物流動物流的位于所述分配歧管的下游和與所述分配歧管連通的獨立的過濾器；和位于所述過濾器的下游和與所述過濾器連通的紡絲頭，其包括用于輸送所述獨立的平面熔融聚合物流動物流的每一個到許多的紡絲頭出口的許多獨立的聚合物流動通道，所述通道被排列使得從所述出口出來的獨立的熔融聚合物流動物流互相接觸形成多層長絲。
6.利要求5的裝置，其進(jìn)一步包括定位于所述紡絲頭出口附近的提供用于冷卻和拉細(xì)所述多層長絲的流體的流體射流裝置。
7.權(quán)利要求5的裝置，其中所述分配歧管為衣架歧管。
8.權(quán)利要求5的裝置，其被設(shè)置成用于兩種熱塑性合成聚合物。
9.權(quán)利要求5的裝置，其被設(shè)置成用于多于兩種的熱塑性合成聚合物。
10.用于從多種熱塑性合成聚合物形成許多的多層長絲的熔融紡絲箱體，其包括各自與獨立的多個衣架分配歧管連通的多個聚合物入口通道，位于每一衣架分配歧管的下游和與每一衣架分配歧管連通的獨立的過濾器，和位于所述過濾器的下游和與所述過濾器連通的紡絲頭，所述紡絲頭具有與用于紡制所述多層長絲的出口連通的許多獨立的聚合物流動通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于從多種熱塑性合成聚合物形成許多的多層長絲的方法和用于紡制該多層長絲的裝置，該裝置包含包括正交箱體的熔融紡絲箱體，在所述箱體內(nèi)配置有衣架分配歧管(6，8)，在每個衣架分配歧管的下游連接的獨立的過濾器，在每個衣架分配歧管(10，12)的下游連接的噴絲頭，在所述過濾器的下游連接的噴絲頭(15)，其具有與獨立的出口連通的獨立的聚合物流動通道(13，14)。
文檔編號D01D5/32GK1511207SQ02810443
公開日2004年7月7日 申請日期2002年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月21日
發(fā)明者E·N·魯?shù)衔鳡? V·班薩爾, M·C·達(dá)維斯, E N 魯?shù)衔鳡? 達(dá)維斯 申請人:納幕爾杜邦公司