專利名稱：賦予成形的非熱塑性纖維材料永久性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將永久性賦予含有氨基基團(tuán)的成形的非熱塑性纖維材料的方法。還涉及自這種方法得到的永久性成形的纖維材料。
背景技術(shù)：
許多紡織品加工涉及復(fù)絲纖維的加捻工藝，此后制造成機(jī)織、針織或編結(jié)結(jié)構(gòu)。加捻是通過將長絲按照螺旋方式進(jìn)行排列使長絲組合成紗或者通過這種方法使兩根或多根平行單根紗線組合成合股線或合股繩的工藝過程。一般將捻度表示為每單位長度纖維圍繞其縱軸轉(zhuǎn)圈的數(shù)目，即每米的圈數(shù)，縮略為tpm。一般認(rèn)為復(fù)絲紗加捻為一種有助于向紗線提供高抱合力的工藝。還認(rèn)為它是對于最佳載荷分配而言的適宜的絲的排列形式。加捻還用于賦予紗線表面以均勻的形態(tài)，以便于基質(zhì)如橡膠更好地粘結(jié)，進(jìn)而有助于更有效地進(jìn)行應(yīng)力轉(zhuǎn)遞以及使基質(zhì)和增強(qiáng)纖維之間的機(jī)械粘合性更好。所以一般說使用加捻工藝增加強(qiáng)度、平滑性和均勻性，或者，使紗線獲得特定效果。
為此，感興趣的是提供穩(wěn)定在特定形狀的纖維，例如，加捻的形式。美國專利5,794,428公開了一種使熱塑性纖維捻度永久定形的方法。
但是，高模量、高強(qiáng)度非熱塑性纖維材料，以及，更一般地說，結(jié)晶纖維如芳族聚酰胺纖維則難以穩(wěn)定在中高檔捻度水平上，因?yàn)槠渚哂锌焖俳饽淼墓逃汹厔荨?br> 對于低中擋捻度水平而言，已知應(yīng)用所謂的S捻和Z捻排列，這是一種將S捻紗線和Z捻紗線相組合形成一種穩(wěn)定的組合系統(tǒng)的二步工藝。然而，在包含氨基基團(tuán)的非熱塑性纖維的情況下，對于例如1670dtex紗線的每米一百捻以上的高tpm而言，應(yīng)用這種工藝是不實(shí)用的，包括在生產(chǎn)能力和均勻度方面。
現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過使成形的纖維材料經(jīng)受特定微波產(chǎn)生的恒定和均勻分布的電磁場的作用，能夠賦予所述成形的纖維材料以永久性能，即使該材料是高模量或高強(qiáng)度的含有氨基基團(tuán)的非熱塑性材料，也能這樣。
微波加熱是在工業(yè)及家庭應(yīng)用方面的一種眾所周知的工藝。US5,175,239和US 5,146,058公開了應(yīng)用微波加熱處理對位芳族聚酰胺纖維以便獲得在絲的橫截面具有內(nèi)部龜裂的纖維。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種賦予成形的非熱塑性纖維材料以永久性的方法，包括使成形的非熱塑性纖維材料在低張力下經(jīng)受由單模橫磁010型圓筒形共振腔微波反應(yīng)器(single mode Transverse Magnetic 010mode cylindrical resonant cavity microwave reactor)產(chǎn)生的恒定和均勻分布的電磁場的作用，-均勻分布的電磁場在5MHz～500GHz的頻率下運(yùn)行，-成形的非熱塑性纖維材料以0.01～1200m/min的速度通過均勻分布的電磁場進(jìn)行處理，-成形的非熱塑性纖維材料的升溫速度為300℃/s以下，-成形的非熱塑性纖維材料包含i)至少一種含有氨基基團(tuán)的聚合物結(jié)構(gòu)和ii)至少0.05重量％含水組合物。
本發(fā)明的另一方面是一種通過上述方法可得到的或得到的永久性成形的非熱塑性纖維材料。
本發(fā)明的另一方面是一種包含本發(fā)明的永久性成形的非熱塑性纖維材料的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以是機(jī)織、針織、偏結(jié)、螺旋式、氈制、單向鋪層或非織造結(jié)構(gòu)。非織造結(jié)構(gòu)可以包括纖維網(wǎng)、填絮、氈。
本發(fā)明的另一方面是一種賦予成形的非熱塑性纖維材料以永久性的方法，包括使所述成形的非熱塑性纖維材料經(jīng)受由單模橫磁010型圓筒形共振腔微波反應(yīng)器產(chǎn)生的恒定和均勻分布的電磁場的作用。
本發(fā)明的另一方面是一種賦予加捻的對位芳族聚酰胺纖維以永久性的方法，包括使所述纖維在0.2gpd以下的張力下經(jīng)受由單模橫磁010型圓筒形共振腔微波反應(yīng)器產(chǎn)生的恒定和均勻分布的電磁場的作用，-均勻分布的電磁場在5MHz～500GHz的頻率下運(yùn)行，-纖維以0.01～1200m/min的速度通過微波反應(yīng)器進(jìn)行處理，
-纖維的升溫速度為300℃/s以下，-纖維包含至少0.05重量％含水組合物。
非熱塑性纖維材料的永久性形狀可以是為特別應(yīng)用所需要的，例如，賦予纖維與其彈力性能無關(guān)的拉伸系數(shù)。例如，在橡膠復(fù)合材料中可以使用這種永久成形的纖維，以便減少纖維和橡膠之間的伸長差異。
關(guān)于本發(fā)明方法，能夠賦予非熱塑性纖維以永久性加捻直達(dá)最大捻度加工水平。一般認(rèn)為最大捻度加工水平為不誘發(fā)構(gòu)成加捻系統(tǒng)的絲斷裂或破損的加捻水平。例如，該永久加捻水平，對于由對位芳族聚酰胺纖維制造的1670dtex紗線而言，能夠達(dá)到1000tpm。這樣纖維沒有內(nèi)部裂紋，例如，正如US 5,175,239中所述，在絲橫斷面能夠出現(xiàn)的裂紋。該纖維具有高抱合力和高穩(wěn)定性。特別是，對于本發(fā)明方法而言，能夠以高度均勻的方式使加捻的非熱塑性纖維穩(wěn)定。這種高度穩(wěn)定化可以以對于任何隨后加工例如螺旋、針織、機(jī)織、編結(jié)、氈制等，或者，以對于嵌在彈性基質(zhì)或復(fù)合基質(zhì)中必須的任何加捻水平來進(jìn)行。
這種永久性加捻非熱塑性纖維可以用作縫紉線、增強(qiáng)各種基質(zhì)或者機(jī)織或針織織物的纖維，使其能夠在機(jī)織或針織結(jié)構(gòu)中具有高抱合力和穩(wěn)定性。由本發(fā)明永久性加捻非熱塑性纖維制造的機(jī)織或針織結(jié)構(gòu)是尺寸高度穩(wěn)定的且不存在剩余扭矩作用。這種結(jié)構(gòu)也是可拉伸的。
本發(fā)明方法還具有消除現(xiàn)有技術(shù)方法為維持纖維材料形狀所必須的中間步驟的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是在纖維材料是纖維時(shí)按照本發(fā)明的方法的示意圖。
圖2示出具有線性軌跡纖維路線的微波反應(yīng)器的透視圖。
圖2a示出通過按照圖2微波反應(yīng)器產(chǎn)生的恒定和均勻分布的電磁場。
圖3示出具有正弦軌跡纖維路線的微波反應(yīng)器的透視圖。
圖4是本申請實(shí)施例1的絲束的橫斷面的掃描電子顯微照片。
圖4a是圖4的單絲的相關(guān)近視圖。
圖5是本申請實(shí)施例2的絲束的橫斷面的掃描電子顯微照片。
圖5a是圖5的單絲的相關(guān)近視圖。
圖6是本申請實(shí)施例3的絲束的橫斷面的掃描電子顯微照片。
圖6a是圖6的單絲的相關(guān)近視圖。
圖7是本申請實(shí)施例4的絲束的橫斷面的掃描電子顯微照片。
圖7a是圖7的單絲的相關(guān)近視圖。
圖8是本申請實(shí)施例5的絲束的橫斷面的掃描電子顯微照片。
圖8a是圖8的單絲的相關(guān)近視圖。
附圖詳述關(guān)于圖1，自張力供給調(diào)節(jié)輥12的纖維11經(jīng)滾動導(dǎo)絲輥13喂入，以保證纖維按需要排列。將纖維喂入預(yù)處理裝置14，在其中浸水，這樣纖維中水含量至少為0.05重量％。水的預(yù)處理在纖維是未進(jìn)行干燥的、已經(jīng)含水0.05重量％以上的情況下能夠任選進(jìn)行。預(yù)處理裝置14，換種方式，能夠是脫水裝置，以使原料纖維11的含水量滿足要求。它也能夠是溫度調(diào)節(jié)預(yù)處理和/或涂層或等離子體或任何適宜處理裝置。任選，預(yù)處理裝置能夠是加捻裝置或任何變形裝置，賦予絲以形變。纖維自預(yù)處理裝置14喂入張力控制輥15，然后進(jìn)入微波共振腔反應(yīng)器16。該過程能夠改裝成為包括幾個(gè)共振腔反應(yīng)器，可以采取串聯(lián)或并聯(lián)任何適宜的排列方式。微波電磁場通過微波控制器17來控制。保持纖維在腔內(nèi)于較低張力下，優(yōu)選張力適宜于保持纖維材料的形狀，優(yōu)選張力為0.2g/d以下。纖維自微波共振腔反應(yīng)器出口喂入張力控制輥18，然后至導(dǎo)絲輥19。此后，將纖維喂入滾動導(dǎo)絲器20，以保證纖維按需要排列。纖維喂入后處理裝置21，在其中能夠進(jìn)一步加熱，干燥，或者進(jìn)行表面處理，例如涂層或等離子處理，或者任何其它適宜的后處理。應(yīng)用后處理裝置是任選的。然后使纖維通過滾動張力導(dǎo)絲器22。最后，采用張力控制精絡(luò)筒機(jī)23卷繞纖維。
圖1工藝能夠進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，以便同時(shí)處理若干纖維。
觀看圖2，該圖描述了適用于本發(fā)明的圓筒形微波共振腔反應(yīng)器，表示為30。反應(yīng)器包括由圓筒31所限定的腔，該圓筒設(shè)計(jì)成能支持TM010(橫磁010)型和在中心頻率的所要求的共振條件，中心頻率對于工業(yè)應(yīng)用而言一般設(shè)定在915MHz或2450MHz。圖2提供915MHz共振條件所適宜的尺寸。典型裝置為915MHz、400W放大器，其同28VDC、53A切換電源配合，或915MHz、800W放大器，其同28VDC、107A電源配合。
圓形橫斷面反應(yīng)器將徑向?qū)ΨQ電磁場分布和界限分明的軸向電磁場分布相結(jié)合。所謂“圓形橫斷面”意指圓形或惰圓形斷面。
微波源32激發(fā)微波。纖維11通過入口33進(jìn)入，經(jīng)出口34出來。纖維路線為直線形。
關(guān)于圖3，描述了圓筒形微波共振腔反應(yīng)器40，與圖2所示相似，但是還包含使纖維路徑為正弦的陶瓷導(dǎo)絲器41。
具體實(shí)施例方式
本文所用術(shù)語“纖維材料”包括諸如長絲等未切斷纖維、短纖維結(jié)構(gòu)、短纖維、微纖維、復(fù)絲、簾子線、紗線、纖維、氈、織物、機(jī)織、針織、編結(jié)、螺旋式、氈制結(jié)構(gòu)或非織造形式。可以將纖維制成紡成短纖維的短纖維結(jié)構(gòu)紗線、未切斷纖維紗線或者能夠描述為短纖紗和長絲紗之間的中間紗的牽切紗。紗、纖維、機(jī)織、針織、編結(jié)、螺旋、氈制結(jié)構(gòu)或非織造形式可以由長絲、短纖維或漿粕制造。
本文所用術(shù)語“成形的纖維材料”包括上文限定的、經(jīng)受任何成形工藝如加捻、織造、編結(jié)、卷曲、合股、針織、螺旋、制氈、單向鋪置或任何其它形變等的纖維材料制造的任何纖維、織物、紡織品、衣服、纖維結(jié)構(gòu)或成品。
本文所用術(shù)語“含水組合物”包括水、溶劑和/或其混合物，其形式為溶液、乳液或分散體。其能夠含有鹽、聚合物或其它乳化的、分散的或溶解的化合物。優(yōu)選，含水組合物是水。該含水組合物可以以游離形式和/或束縛形式存在于纖維材料中。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，含水組合物以兩種形式存在，即以游離形式和束縛形式存在。
本文所用術(shù)語“熱塑性材料”意指在經(jīng)受加熱時(shí)是柔軟的、當(dāng)冷卻到室溫時(shí)又返回至其原來狀況的材料。非熱塑性材料在經(jīng)受加熱時(shí)不柔軟。
適宜于本發(fā)明的非熱塑性纖維材料包括任何包含至少一種含有氨基基團(tuán)的聚合物結(jié)構(gòu)的天然或人造非熱塑性纖維材料。在本文中所用術(shù)語“氨基基團(tuán)”包括胺基團(tuán)、酰胺基團(tuán)和/或氨基酸基團(tuán)。人造和天然纖維材料包括聚酰胺、聚胺、聚酰亞胺和聚苯并咪唑(PBI)、聚亞苯基苯并雙唑、天然蠶絲、蜘蛛絲、存在氨基酸序列的頭發(fā)和所有天然纖維。這些基團(tuán)能夠是線形或支化、環(huán)狀或雜環(huán)、飽和或非飽和、脂族或芳族化學(xué)結(jié)構(gòu)的部分。優(yōu)選的含有氨基基團(tuán)的聚合物結(jié)構(gòu)包括聚酰胺、聚胺、聚酰亞胺、芳族聚酰胺以及其共混物和混合物。優(yōu)選，含有氨基基團(tuán)的聚合物結(jié)構(gòu)是芳族聚酰胺。
芳族聚酰胺是部分地、占優(yōu)勢地或全部地由芳族環(huán)組成的聚合物，所述環(huán)通過脲橋或任選另外還通過其它橋結(jié)構(gòu)連接。這些芳族聚酰胺結(jié)構(gòu)可以由如下通式的重復(fù)單元說明(-NH-A1-NH-CO-A2-CO)n其中A1和A2是相同的或不同的，表示芳族和/或多芳族和/或雜芳環(huán)，也可以是被取代的。典型地，A1和A2可以彼此無關(guān)地選自1，4-亞苯基、1，3-亞苯基、1，2-亞苯基、4，4’-亞聯(lián)苯基、2，6-亞萘基、1，5-亞萘基、1，4-亞萘基、苯氧基苯基-4，4’-二亞基(diyelen)、苯氧基苯基-3，4’-二亞基(diylen)、2，5-亞吡啶基和2，6-亞喹啉基，它們可以或者不可以取代上一個(gè)或多個(gè)取代基，所述取代基可以包括鹵素、C1～C4烷基、苯基、烷氧羰基、C1～C4-烷氧基、酰氧基、硝基、二烷氨基、硫代烷基、羧基和磺酰基。-CONH-基團(tuán)也可以取代上羰酰肼(-CONHNH-)基團(tuán)、偶氮或氧化偶氮基團(tuán)。
這些芳族聚酰胺一般通過二酰氯，或相應(yīng)二酸，和二胺進(jìn)行聚合來制備。
芳族聚酰胺的例子是聚間苯二甲酰間苯二胺和聚對苯二甲酰對苯二胺。
另外的適宜的芳族聚酰胺是如下結(jié)構(gòu)(-NH-Ar1-X-Ar2-NH-CO-Ar1-X-Ar2-CO)n其中，X代表O、S、SO2、NR、N2、CR2、CO。
R代表H、C1～C4-烷基，Ar1和Ar2可以是相同的或不同的，選自1，2-亞苯基、1，3-亞苯基和1，4-亞苯基，其中至少一個(gè)氫原子可以以鹵和/或C1～C4-烷基取代。
另外的有用的聚酰胺公開在美國專利No 4,670,343中，其中芳族聚酰胺是下述的共聚酰胺，其中全部A1和A2的至少80mol％是1，4-亞苯基和苯氧基苯基-3，4’-二亞基(diylene)，其可以是或者可以不是被取代的，苯氧基苯基-3，4’-二亞基(diylene)含量為10～40mol％。
可以將添加劑與芳族聚酰胺一起應(yīng)用，事實(shí)上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以將10重量％那么多的其它聚合物材料與芳族聚酰胺共混，或者可以應(yīng)用下述的共聚物，即，含有10％那么多的取代芳族聚酰胺的二胺的其它二胺者，或者含有10％那么多的取代芳族聚酰胺的二酰氯的其它二酰氯。
除了至少一種含有氨基基團(tuán)的聚合物結(jié)構(gòu)之外，本發(fā)明的非熱塑性纖維材料也可以包含至少一種熱塑性聚合物。這類熱塑性聚合物包括聚氯乙烯、尼龍、聚氟碳化合物、聚乙烯、聚丙烯和其混合物。
本文所用術(shù)語“恒定和均勻分布的電磁場”，意指徑向?qū)ΨQ而軸向不變的電磁場。這種電磁場可以通過微波反應(yīng)器來產(chǎn)生。本文所用的術(shù)語“微波”意指頻率范圍為5MHz～500GHz的電磁輻射。因政府規(guī)定和磁控管動力源的目前可用性，對于工業(yè)應(yīng)用而言，一般說頻率為915或2450MHz。
適于本發(fā)明應(yīng)用的微波反應(yīng)器是具有圓筒幾何形狀的單模微波反應(yīng)器。在這種幾何形狀下，當(dāng)纖維材料是纖維時(shí)，電磁場是可預(yù)測的，均勻分布在纖維周圍。
圖2和3所描繪的這種圓形橫截面反應(yīng)器將徑向?qū)ΨQ電磁場分布和良好限定的軸向電磁場分布相結(jié)合。
特別適于本發(fā)明的反應(yīng)器的例子是單模TM010(橫磁010型)圓筒形共振腔，敘述在A.C.Metaxas和R.J.Meredith，工業(yè)微波加熱(Industrial Microwave Heating)，Peter Peregrinus公司，倫敦；英格蘭，1983，pp183～193，裝有美國微波技術(shù)(AMT)固態(tài)放大器作微波動力源，波長為32.7cm，其動力來自28VDC電源，最大功率水平為400W，內(nèi)長(L)為30cm，內(nèi)半徑(R)為12.5cm，產(chǎn)生的共振頻率為915MHz。
前述腔的并聯(lián)，或串聯(lián)或任何適宜組裝方式之組合體均認(rèn)為是本發(fā)明范圍的一部分。
本文所用術(shù)語“在低張力下”意指基本上很低的張力。當(dāng)纖維材料是除了纖維之外的任何纖維結(jié)構(gòu)時(shí)，優(yōu)選完全不經(jīng)受張力。當(dāng)纖維材料是纖維時(shí)，優(yōu)選張力為0.2gpd(g/d)以下。
本文所用術(shù)語“永久性”按照如下試驗(yàn)進(jìn)行測定將經(jīng)過本發(fā)明方法得到的永久性成形的非塑性纖維材料去成形換句話說，使包含永久性成形的纖維材料的基本纖維材料回到在曾賦予其某形狀之前所具有的原有的線性狀態(tài)。例如，如果永久性成形的纖維材料是加捻纖維，那么將其解捻；如果其是卷曲纖維，那么將其去卷曲；如果其是針織織物，那么將其拆開；如此纖維材料以其原有線性狀態(tài)延展。這種“去成形的方法”必須在一定張力下進(jìn)行，這是因?yàn)橥ㄟ^本發(fā)明方法的纖維材料具有固有彈性。在纖維材料是完全去成形的情況下，即，其回到它的原有線性狀態(tài)的情況下，其不受任何張力并且可以自由復(fù)原到在“去成形”工藝之前其所具有的形狀。通過比較纖維材料在“去成形”工藝前后的形狀的相應(yīng)水平，于是就能夠測定纖維材料的形狀保持的百分率。該百分率就是形狀的永久性。對于本發(fā)明方法而言，永久性至少為30％，優(yōu)選為至少50％，更優(yōu)選為至少70％。這意味著，經(jīng)受本發(fā)明方法的成形的纖維材料在“去成形”工藝之后保持其形狀的至少30％。當(dāng)成形的纖維是加捻纖維時(shí)，纖維保持所賦于的捻度的至少70％，優(yōu)選至少80％，更優(yōu)選至少90％，甚至更優(yōu)選至少96％，所述捻度如在下述實(shí)施例中所敘述的進(jìn)行測定。
本發(fā)明方法能夠賦予對位芳族聚酰胺纖維以從前從未達(dá)到的永久性高捻度。例如，對于工業(yè)纖維而言，最佳捻度Tpm(每米捻數(shù))可采用ASTM D 885-98中以式(10)給出的如下關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，該式用于一般可接受的捻度系數(shù)TM為1.1的情況。
Tpm＝960(1.1)/(tex)-1/2以1670dtex對位芳族聚酰胺纖維、TM為1.1為例，最佳計(jì)算捻度為約80tpm。該值按下述過程計(jì)算出Tpm＝(1.1)960(tex)-1/2＝(1.1)960(167)-1/2在1670dtex對位芳族聚酰胺纖維，初捻度為500tpm，然后經(jīng)本發(fā)明方法的情況下，可觀察到永久捻度為400tpm。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，纖維材料是纖維。本文所用術(shù)語“纖維”意指長度至少為其直徑或?qū)挾鹊?000倍的纖維材料。優(yōu)選所述纖維為聚酰胺纖維，更優(yōu)選為芳族聚酰胺纖維。優(yōu)選完全由芳族聚酰胺組成的纖維。更優(yōu)選由聚對苯二甲酰對苯二胺形成的對位芳族聚酰胺纖維。
優(yōu)選，纖維模量為約10～約2500g/d，更優(yōu)選為約1000～約2500g/d，強(qiáng)度為約3～約50g/d，更優(yōu)選為約3～約38g/d。所述模量和強(qiáng)度均按照ASTM D 885-98方法進(jìn)行測定。
一般說，該纖維采用眾所周知的氣隙紡絲法自各向異性紡絲液進(jìn)行紡絲，敘述在美國專利No 3,767,756或4,340,559。纖維制造過程為在約80℃下自各向異性紡絲液進(jìn)行紡絲，纖維經(jīng)過氣隙，進(jìn)入約5℃水凝固浴，再經(jīng)過水漂洗洗滌。所得纖維是所謂的“未干燥的”，含水至少0.05重量％，優(yōu)選0.05～400重量％，該水含量按照ASTM D885-98回潮率進(jìn)行測定。所含水沿纖維長度均勻分布。
能夠應(yīng)用未干燥的或部分干燥的或完全干燥的纖維作為本發(fā)明方法的纖維材料在完全干燥的纖維的情況下，重要的是，在進(jìn)行微波處理之前，將纖維浸在含水組合物中幾小時(shí)，這樣其含有含水組合物至少0.05重量％。
也能夠應(yīng)用包含上述材料混合物的纖維，包括多組分纖維、諸如天然纖維和人造纖維的不同纖維的共混物。另外，按照本發(fā)明也可以應(yīng)用雙組分纖維，例如，芯由不同于皮的材料組成的纖維，或者，其中各種絲具有不同特性的纖維。
適用于本發(fā)明的纖維可以是圓形的、扁平的，或者，可以具有其它形狀的橫斷面，或者，它們可以是中空纖維。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，成形的纖維材料是加捻纖維。
成形的纖維材料，優(yōu)選加捻纖維以下述速度經(jīng)過恒定和均勻分布的電磁場進(jìn)行加工，所述速度可以在0.01～2000m/min進(jìn)行調(diào)節(jié)。纖維材料處理的典型速度為60m/min，這不同于紡絲過程者，在制造纖維材料期間的速度為800m/min。
在本發(fā)明工藝期間，纖維材料保持很低張力。優(yōu)選完全不受張力作用。當(dāng)纖維材料是纖維時(shí)，優(yōu)選張力為0.2g/d以下。
非常重要的是，在本發(fā)明工藝期間纖維材料不降解。按此觀點(diǎn)，在經(jīng)受電磁場作用期間，纖維材料升溫速度為300℃/s以下。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，纖維材料在微波反應(yīng)器中的停留時(shí)間為0.1s以上，更優(yōu)選停留時(shí)間為出口的纖維材料的溫度和入口的纖維材料的溫度差為300℃以下所必須的時(shí)間。
可以選擇入口纖維材料的溫度，該溫度僅受組分耐溫性的限制，這對很低或很高溫度均適用。盡管如此，依然優(yōu)選溫度范圍為10℃～100℃，更優(yōu)選溫度范圍為15℃～45℃。
當(dāng)纖維材料是纖維時(shí)，纖維路線可以是完全與反應(yīng)器主中心軸一致的線性軌跡，如圖2所示。纖維路線可以替代地為圖3所示正弦軌跡，在這種情況下，電磁分布沿纖維周期性變化，這能夠得到沿纖維長度均勻分布的特定的纖維機(jī)械性能和纖維化學(xué)性能。另外，正弦纖維路線能夠偏離反應(yīng)器的幾何中心，也產(chǎn)生相似的效果。替代地能夠設(shè)計(jì)適宜地置于反應(yīng)器中的插入件，以產(chǎn)生相似的周期性的纖維處理效果。另外，能夠應(yīng)用具有諸如可變厚度的這種插入件，產(chǎn)生軸向電磁場的梯度分布，以與纖維在自反應(yīng)器入口至其出口的吸收性的變化相匹配。后一種情況能夠用于線性的纖維路線，仍在反應(yīng)器的入口至出口產(chǎn)生梯度。其它變種，例如具有可變波幅的正弦纖維路線，或者，非圓形而是惰圓形腔橫截面，能夠在本發(fā)明范圍之中，本發(fā)明范圍不應(yīng)限制在上述替代結(jié)構(gòu)和纖維路線形狀中。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，氮?dú)饣蚩諝饽軌蜓h(huán)經(jīng)過反應(yīng)器以排出水蒸汽。
在微波反應(yīng)器出口，出來的纖維材料的溫度優(yōu)選為100℃以下，更優(yōu)選為45℃以下。
在微波反應(yīng)器出口，纖維材料可以經(jīng)受其它處理。例如，其可以進(jìn)一步經(jīng)受加熱或表面處理或采用各種聚合物溶液涂布，例如，用于氣流生產(chǎn)線的環(huán)氧膠乳配方。其也能經(jīng)受等離子、靜電放電或電暈處理。
通過對本發(fā)明方法反應(yīng)器進(jìn)行特定設(shè)計(jì)，將初始沿其長度具有固定微波損失率的纖維暴露于遍及其整個(gè)長度均相同的電磁場強(qiáng)度中，除了作為特定邊界的入口和出口之外。所以，纖維沿其長度完全經(jīng)受各向同性處理，因而纖維在強(qiáng)度、模量、殘余水含量、捻度均勻性和永久性成形等方面均顯示恒定性能。
經(jīng)過本發(fā)明方法得到的永久性成形的纖維沒有內(nèi)部龜裂。其形態(tài)和密度幾乎保持不變。它們在加工期間不收縮。其特定斷裂強(qiáng)度通常為約2.65～約33.5cN/dtex(約3～約38g/d，優(yōu)選約15～約38g/d)，特定模量約8.33～約2297cN/dtex(約10～約2500g/d，優(yōu)選約1000～約2500g/d)。
現(xiàn)參見下列實(shí)施例更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
實(shí)施例實(shí)施例1
將Kevlar29對位芳族聚酰胺紗線普通筒管用作下述所有實(shí)施例的原材料，該紗線由1000根1.5d/f的絲組成，其總線密度相當(dāng)于1670dtex。此后該材料稱作K29。采用ASTM D885-98測定K29的含濕量為5.9重量％。
采用SAURER ALLMA彈性加捻機(jī)(elasto-twister)AZB 200/240Kevlar，設(shè)定為500tpm，將足量K29紗加捻，直接卷繞在塑料圓筒紗管上，已知所述紗管耐水，在水中暴露沒有發(fā)現(xiàn)可觀的溶脹或收縮。下文將加捻500tpm的K29紗線稱作M3D。采用計(jì)捻器Zeigle D311確認(rèn)實(shí)際tpm為609tpm，相對于500tpm設(shè)定點(diǎn)這是相當(dāng)普通的偏離，因?yàn)檫@是采用手工控制加捻機(jī)而得的高捻度。
使50cm M3D樣品自由松馳，使其解捻至其自然平衡水平。采用計(jì)捻器，使M3D松馳樣品完全解捻，測定殘余捻度。通過驅(qū)使針穿過絲束中部并沿絲束軸運(yùn)動確認(rèn)零捻水平。針在軸向應(yīng)該能夠從樣品的一個(gè)邊界自由運(yùn)動到另一個(gè)邊界，不發(fā)生因針受到阻礙而停止運(yùn)動的情況。殘余捻度經(jīng)測定為309tpm，即初始捻度的51％。所以永久性為51％。松馳樣品的水含量沒有變化，約為5.9重量％。
SEM(掃描電子顯微)分析M3D樣品的形態(tài)表明，絲沒有發(fā)生變化，特別是未發(fā)現(xiàn)與絲的縱軸平行的龜裂。圖4表示M3D絲束的橫截面，而圖4a表示M3D單根絲的沒有發(fā)生變化的橫截面。所謂沒有發(fā)生變化的橫截面意指橫截面未受破壞，換句話說，橫截面沒有龜裂。
實(shí)施例2采用SAURER ALLMA彈性加捻機(jī)(elasto-twister)AZB 200/240Kevlar，設(shè)定為500tpm，將足量K29紗加捻，直接卷繞在塑料圓筒紗管上，已知所述紗管耐水，在水中暴露沒有發(fā)現(xiàn)可觀的溶脹或收縮。下文將加捻500tpm的K29紗線稱作M3D。采用計(jì)捻器Zeigle D311確認(rèn)實(shí)際tpm為617tpm，相對于500tpm設(shè)定點(diǎn)這是相當(dāng)普通的偏離，因?yàn)檫@是采用手工控制加捻機(jī)而得的高捻度。
將足夠數(shù)量的M3D筒管在裝有去離子水的容器中浸漬48hr，下文稱所得纖維為M1-500。采用ASTM D885-98測定M1-500的濕含量為22.1重量％。
使50cm M1-500樣品自由松馳，使其解捻至其自然平衡水平。采用計(jì)捻器，使M1-500松馳樣品完全解捻，測定殘余捻度。通過驅(qū)使針穿過絲束中部并沿絲束軸運(yùn)動確認(rèn)零捻水平。針在軸向應(yīng)該能夠從樣品的一個(gè)邊界自由運(yùn)動到另一個(gè)邊界，不發(fā)生因針受到阻礙而停止運(yùn)動的情況。殘余捻度經(jīng)測定為409tpm，即初始捻度的66％。所以永久性為66％。
SEM(掃描電子顯微)分析M1-500樣品的形態(tài)表明，絲沒有發(fā)生變化，特別是未發(fā)現(xiàn)與絲的縱軸平行的龜裂。圖5表示M1-500絲束的橫截面，而圖5a表示M1-500單根絲的沒有發(fā)生變化的橫截面。
實(shí)施例3采用SAURER ALLMA彈性加捻機(jī)(elasto-twister)AZB 200/240Kevlar，設(shè)定為500tpm，將足量K29紗加捻，直接卷繞在塑料圓筒紗管上，已知所述紗管耐水，在水中暴露沒有發(fā)現(xiàn)可觀的溶脹或收縮。下文將加捻500tpm的K29紗線稱作M3D。采用計(jì)捻器Zeigle D311確認(rèn)實(shí)際tpm為611tpm，相對于500tpm設(shè)定點(diǎn)這是相當(dāng)普通的偏離，因?yàn)檫@是采用手工控制加捻機(jī)而得的高捻度。
將足夠數(shù)量的M3D筒管在裝有去離子水的容器中浸漬48hr。從容器中取出筒管，以6m/min喂入圖1離線處理裝置。在圓筒TM010共振腔的相應(yīng)停留時(shí)間為3秒。圖2描繪了共振圓筒腔，還提供了其尺寸。進(jìn)入腔的纖維溫度為約20℃，而排出腔的“處理了的”纖維為40℃以下。采用ASTM D885-98方法測定的進(jìn)入腔的纖維的水含量為22.1重量％，而排出腔的“處理了的”纖維為18.8重量％。排出纖維此后稱作M3A，卷繞在圓筒塑料紗管上。
使50cm M3A樣品自由松馳，使其解捻至其自然平衡水平。采用計(jì)捻器，使M3A松馳樣品完全解捻，測定殘余捻度。通過驅(qū)使針穿過絲束中部并沿絲束軸運(yùn)動確認(rèn)零捻水平。針在軸向應(yīng)該能夠從樣品的一個(gè)邊界自由運(yùn)動到另一個(gè)邊界，不發(fā)生因針受到阻礙而停止運(yùn)動的情況。殘余捻度經(jīng)測定為589tpm，即初始捻度的96％。所以永久性為96％。
SEM(掃描電子顯微)分析M3A樣品的形態(tài)表明，絲沒有發(fā)生變化，特別是未發(fā)現(xiàn)與絲的縱軸平行的龜裂。圖6表示M3A絲束的橫截面，而圖6a表示M3A單根絲的沒有發(fā)生變化的橫截面。
實(shí)施例4采用SAURER ALLMA彈性加捻機(jī)(elasto-twister)AZB 200/240Kevlar，設(shè)定為500tpm，將足量K29紗加捻，直接卷繞在塑料圓筒紗管上，已知所述紗管耐水，在水中暴露沒有發(fā)現(xiàn)可觀的溶脹或收縮。下文將加捻500tpm的K29紗線稱作M3D。采用計(jì)捻器Zeigle D311確認(rèn)實(shí)際tpm為604tpm，相對于500tpm設(shè)定點(diǎn)這是相當(dāng)普通的偏離，因?yàn)檫@是采用手工控制加捻機(jī)而得的高捻度。
M3D筒管以6m/min喂入圖1離線處理裝置。在圓筒TM010共振腔的相應(yīng)停留時(shí)間為3秒。圖2描繪了共振圓筒腔，還提供了其尺寸。進(jìn)入腔的纖維溫度為約20℃，而排出腔的“處理了的”纖維為40℃以下。采用ASTM D885-98方法測定的進(jìn)入腔的纖維的水含量為5.9重量％，而排出腔的“處理了的”纖維為1.5重量％。排出纖維此后稱作M3C，卷繞在圓筒塑料紗管上。
使50cm M3C樣品自由松馳，使其解捻至其自然平衡水平。采用計(jì)捻器，使M3C松馳樣品完全解捻，測定殘余捻度。通過驅(qū)使針穿過絲束中部并沿絲束軸運(yùn)動確認(rèn)零捻水平。針在軸向應(yīng)該能夠從樣品的一個(gè)邊界自由運(yùn)動到另一個(gè)邊界，不發(fā)生因針受到阻礙而停止運(yùn)動的情況。殘余捻度經(jīng)測定為483tpm，即初始捻度的80％。所以永久性為80％。
SEM(掃描電子顯微)分析M3C樣品的形態(tài)表明，絲沒有發(fā)生變化，特別是未發(fā)現(xiàn)與絲的縱軸平行的龜裂。圖7表示M3C絲束的橫截面，而圖7a表示M3C單根絲的沒有發(fā)生變化的橫截面。
實(shí)施例5采用SAURER ALLMA彈性加捻機(jī)(elasto-twister)AZB 200/240Kevlar，設(shè)定為500tpm，將足量K29紗加捻，直接卷繞在塑料圓筒紗管上，已知所述紗管耐水，在水中暴露沒有發(fā)現(xiàn)可觀的溶脹或收縮。下文將加捻500tpm的K29紗線稱作M3D。采用計(jì)捻器Zeigle D311確認(rèn)實(shí)際tpm為583tpm，相對于500tpm設(shè)定點(diǎn)這是相當(dāng)普通的偏離，因?yàn)檫@是采用手工控制加捻機(jī)而得的高捻度。
將足夠數(shù)量的M3D筒管在裝有去離子水的容器中浸漬48hr。從容器中取出筒管，以50m/min喂入圖1離線處理裝置。在圓筒TM010共振腔的相應(yīng)停留時(shí)間為0.4秒。圖2描繪了共振圓筒腔，還提供了其尺寸。進(jìn)入腔的纖維溫度為約20℃，而排出腔的“處理了的”纖維為40℃以下。采用ASTM D885-98方法測定的進(jìn)入腔的纖維的水含量為22.1重量％，發(fā)現(xiàn)排出腔“處理了的”纖維的水含量重量百分?jǐn)?shù)幾乎沒有變化。排出的纖維下文稱作M4A，卷繞在塑料圓筒形紗管上。
使50cm M4A樣品自由松馳，使其解捻至其自然平衡水平。采用計(jì)捻器，使M4A松馳樣品完全解捻，測定殘余捻度。通過驅(qū)使針穿過絲束中部并沿絲束軸運(yùn)動確認(rèn)零捻水平。針在軸向應(yīng)該能夠從樣品的一個(gè)邊界自由運(yùn)動到另一個(gè)邊界，不發(fā)生因針受到阻礙而停止運(yùn)動的情況。殘余捻度經(jīng)測定為357tpm，即初始捻度的61％。所以永久性為61％。
SEM(掃描電子顯微)分析M4A樣品的形態(tài)表明，絲沒有發(fā)生變化，特別是未發(fā)現(xiàn)與絲的縱軸平行的龜裂。圖8表示M4A絲束的橫截面，而圖8a表示M4A單根絲的沒有發(fā)生變化的橫截面。

這些結(jié)果表明經(jīng)受本發(fā)明方法的纖維材料能夠保持其形狀的高達(dá)96％。
權(quán)利要求
1.賦予成形的非熱塑性纖維材料以永久性的方法，包括使所述成形的非熱塑性纖維材料在低張力下經(jīng)受由單模橫磁010型圓筒形共振腔微波反應(yīng)器產(chǎn)生的恒定和均勻分布的電磁場的作用，所述材料升溫速度為300℃/s以下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種賦予成形的非熱塑性纖維材料以永久性的方法，包括使成形的非熱塑性纖維材料在低張力下經(jīng)受由單模橫磁010型圓筒形共振腔微波反應(yīng)器產(chǎn)生的恒定和均勻分布的電磁場的作用，均勻分布的電磁場在5MHz～500GHz的頻率下運(yùn)行，成形的非熱塑性纖維材料以0.01～1200m/min的速度通過均勻分布的電磁場進(jìn)行處理，成形的非熱塑性纖維材料的升溫速度為300℃/s以下，成形的非熱塑性纖維材料包含至少一種含有氨基基團(tuán)的聚合物結(jié)構(gòu)和至少0.05重量％含水組合物。本發(fā)明還涉及通過本方法得到的永久性成形的非熱塑性纖維材料，特別是永久性加捻纖維，以及涉及包含這種成形的非熱塑性纖維材料的結(jié)構(gòu)。
文檔編號D02J13/00GK1840772SQ20061007378
公開日2006年10月4日 申請日期2002年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月6日
發(fā)明者S·勒布瓦拉特, N·龐特, B·斯蒂芬尼諾 申請人:納幕爾杜邦公司