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(yùn)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(shí)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(yùn)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(dú)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，這會喪失下游過濾器的能力，因為雙組分熔體物流的過濾會引起層狀聚合物物流的混合。對于每一種聚合物流動物流使用一個衣架，然后在被匯合以前將聚合物流動物流進(jìn)料到分離的孔模也是已知的。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(yùn)行期間不斷增加。
需要一種用于制造均勻多層橫截面長絲的裝置和方法，其允許進(jìn)行下游過濾，形成層狀聚合物流動物流，和通過普通單式模頭擠出該層狀聚合物流動物流。
發(fā)明概述在第一個實(shí)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(dú)立的熔融聚合物流動物流，將所述獨(dú)立的熔融聚合物流動物流分配成獨(dú)立的平面熔融聚合物流動物流，然后過濾所述獨(dú)立的平面熔融聚合物流動物流，匯合所述過濾的獨(dú)立的平面熔融聚合物流動物流，形成多層熔融聚合物流動物流，和將所述多層熔融聚合物流動物流進(jìn)料到許多的噴絲孔中，形成多層長絲。
本發(fā)明的另一實(shí)施方案是用于實(shí)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(dú)立的熔融聚合物流動物流分配成獨(dú)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(dú)立的分配歧管，用于過濾所述獨(dú)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(dú)立的過濾器，用于匯合所述獨(dú)立的過濾的平面熔融聚合物流動物流形成多層熔融聚合物流動物流的位于所述過濾器下游的與所述過濾器連通的匯合歧管，和用于輸送所述多層熔融聚合物流動物流通過許多的噴絲頭噴口以形成多層長絲的位于所述匯合歧管下游和與所述匯合歧管連通的噴絲頭。
本發(fā)明的另一個實(shí)施方案涉及用于上述方法和裝置的熔融紡絲箱體，其包括許多聚合物入口通道，這些入口通道各自與獨(dú)立的許多衣架分配歧管連通，位于每一衣架分配歧管的下游和與其連通的獨(dú)立的過濾器，位于所述過濾器下游和與所述過濾器連通的匯合歧管，和用于紡制所述多層長絲的位于所述匯合歧管下游和與所述匯合歧管連通的具有噴口的噴絲頭。


附圖是用于生產(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(diǎn)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)語多層熔融聚合物流動物流指由兩個或多個不相似的平面熔體流動物流形成的熔融聚合物流動物流，其中所述平面熔體流動物流沿著橫截面的寬度接觸。
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，術(shù)語匯合歧管指用于將兩個或多個平面熔融聚合物流動物流結(jié)合成多層熔融聚合物流動物流的裝置。
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，分配成平面熔融聚合物流動物流，過濾，合并成多層熔融聚合物流動物流，和進(jìn)料到生產(chǎn)多層橫截面長絲的許多噴絲頭噴口。任選地，當(dāng)多層熔融聚合物流動物流從噴絲頭噴口出來時，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)將聚合物熔成熔融聚合物流動物流，并且強(qiáng)制通過分配歧管以產(chǎn)生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(dú)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。
過濾的平面熔融聚合物流動物流被匯合和通過普通的具有噴絲頭噴口的單式模頭紡絲，以生產(chǎn)多層長絲。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(shí)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，如果需要三組分長絲，則紡絲箱體將被構(gòu)造成具有三個獨(dú)立的聚合物入口通道、三個獨(dú)立的衣架分配歧管和三個獨(dú)立的過濾器，它們?nèi)窟M(jìn)料到單一的匯合歧管中，其中所述獨(dú)立的熔融聚合物物流被匯合成三層熔融聚合物物流，其進(jìn)料到下游的噴絲頭噴口，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(dú)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(dú)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(dú)地過濾。獨(dú)立的平面熔融聚合物流動物流被進(jìn)料通過匯合歧管13，并且在噴絲頭14中合并成兩層的平面熔融聚合物物流。當(dāng)流動物流進(jìn)料到許多噴絲孔16以形成并列式長絲時，雙層的熔融聚合物流動物流的完整性得到保持。匯合歧管和噴絲頭可以結(jié)合成一個裝置。
任選地，在熔噴方法中，當(dāng)雙層熔融聚合物流動物流從噴絲孔出來時，可以利用從射流20出來的高速流體、例如空氣將雙層熔融聚合物流動物流冷卻和拉細(xì)以形成很小直徑的長絲。
以下實(shí)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(shí)施例2在聚(對苯二甲酸乙二醇酯)中包含藍(lán)色顏料。加入顏料可用于制造著色的纖網(wǎng)。
實(shí)施例1熔噴雙組分纖網(wǎng)由具有聚乙烯組分和聚(對苯二甲酸乙二醇酯)組分的熔融噴射纖維制成。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)，可以GA594得自Equistar。聚酯組分由聚(對苯二甲酸乙二醇酯)制造，該聚(對苯二甲酸乙二醇酯)具有0.53的特性粘度，可以Crystar聚酯(Merge4449)得自E.I.DuPont de Nemours and Company。在獨(dú)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(dú)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(dú)立地過濾，然后在雙組分熔噴模頭中匯合，以提供并列式長絲橫截面。模頭被加熱到305℃。模頭具有645毛細(xì)管孔，其排列在54.6cm線中。聚合物通過每個毛細(xì)管以0.80g/孔/min的聚合物通過速率被紡絲。拉細(xì)空氣被加熱到305℃的溫度和以7磅/平方英寸的壓力通過兩個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12.7cm的模頭-收集器距離將長絲收集在運(yùn)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17g/m2。
實(shí)施例2按照實(shí)施例1中的程序生產(chǎn)纖網(wǎng)，除了聚酯組分包含0.05％藍(lán)色顏料(11582-F25藍(lán)色Phthalo，可得自Americhem，Inc.)。該顏料使用添加劑給料機(jī)以25％濃縮物形式(基礎(chǔ)材料為DuPontCrystar(Merge 4449))引入擠出機(jī)注入口。熔噴纖網(wǎng)具有17g/m2的基礎(chǔ)重量。在可加工性方面沒有觀察到由于存在顏料而引起的顯著差異。
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(yùn)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，其包括分別地熔融和擠出多種熱塑性合成聚合物形成獨(dú)立的熔融聚合物流動物流；分配所述獨(dú)立的熔融聚合物流動物流形成獨(dú)立的平面熔融聚合物流動物流；然后過濾所述獨(dú)立的平面熔融聚合物流動物流；匯合所述過濾的獨(dú)立的平面熔融聚合物流動物流形成多層熔融聚合物流動物流；和將所述多層熔融聚合物流動物流進(jìn)料到許多噴絲頭噴口以形成多層長絲。
2.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括在所述多層熔融聚合物流動物流從所述許多的噴絲頭噴口出來時，使用從位于所述許多的噴絲孔附近的流體射流裝置出來的流體將所述多層熔融聚合物流動物流冷卻和拉細(xì)。
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，其包括用于分別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(dú)立的熔融聚合物流動物流形成獨(dú)立的平面熔融聚合物流動物流的在所述擠出機(jī)的下游和與所述擠出機(jī)連通的獨(dú)立的分配歧管；用于過濾所述獨(dú)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(dú)立的過濾器；用于匯合所述獨(dú)立的過濾的平面熔融聚合物流動物流形成多層熔融聚合物流動物流的位于所述過濾器的下游和與所述過濾器連通的匯合歧管；和用于輸送所述多層熔融聚合物流動物流通過許多的噴絲頭噴口以形成多層長絲的位于所述匯合歧管的下游和與所述匯合歧管連通的噴絲頭。
6.權(quán)利要求5的裝置，其進(jìn)一步包括定位在所述噴絲頭出口附近，提供用于冷卻和拉細(xì)從所述噴絲孔出來的所述多層熔融聚合物流動物流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，其包括每個與獨(dú)立的多個衣架分配歧管連通的多個聚合物入口通道，位于每個衣架分配歧管的下游和與每個衣架分配歧管連通的獨(dú)立的過濾器，位于所述過濾器下游和與所述過濾器連通的匯合歧管，和用于紡制所述多層長絲的位于所述匯合歧管下游和與所述匯合歧管連通的具有出口的噴絲頭。
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，和用于紡制所述多層長絲的包含熔融紡絲箱體(1)的裝置，該熔融紡絲箱體(1)包含許多的聚合物入口通道(2，4)，這些聚合物入口通道(2，4)與獨(dú)立的許多衣架分配歧管(6，8)連通，在每個衣架分配歧管(6，8)的下游連接獨(dú)立的過濾器(10，12)，在所述過濾器(10，12)的下游連接有匯合歧管(13)，并且在所述匯合歧管(13)的下游連接有噴絲孔(14)。
文檔編號D01D5/30GK1518611SQ02810449
公開日2004年8月4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