单一成分多结构长丝及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多结构纤丝，其包括在通过模具组件挤出后具有两种或多种形态的单一成分，其中该纤丝的一个不连续区域包括该成分的一种形态，该纤丝的至少另一个不连续区域包括相同成分的另一种形态，及其中该纤丝的每个区域包括至少约为７％的纤丝。本发明专利技术也公开了该纤丝的制备方法。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请要求在2001年10月18日提交的美国临时申请第60/330,318号的优先权。
技术介绍
纤丝和纤维的制造在本领域长期以来是众所周知的。这些纤丝和纤维通常采用公知的挤压技术制备。一般而言，这种技术包括使用单挤压机，诸如聚合物材料等可通过挤压机熔化，然后通过迫使其通过冲压头而形成纤丝。尽管术语“单纤丝”通常指任何无限长或极长的纤丝，但从这种单挤压过程制造的纤丝通常都具有单纤丝的特征。因此与单挤压过程相关过程中所用的术语“单纤丝”更尤其是以“单成分”或“单组分”的单纤丝为特征，也就是说它们仅从一种聚合物挤压而来，且在纤维的整个长度方向上有均匀的横截面。为在本文中容易说明，“单纤丝”指的是通过单挤压过程制造的纤维。术语“纤丝”指的就是通常被称作“单纤丝”的纤丝。由于使用单挤压机，操作条件和参数例如温度(热量)分布、螺杆速度、剪切力、模具尺寸、模具形状、拉伸比等，都能以直接影响所制造的单纤丝的整体物理或机械性能的方式进行控制和操作，这是由于众所周知这些条件可以也确实影响聚合物内结晶结构的形态，即大体形状、排列和功能，然后再影响单纤丝的性质。然而，可以理解对于整个纤丝来说，全部单纤丝的形态基本上是相同的。尽管操作条件和参数可被控制和操作以影响单纤丝的最终物理性质，但是单纤丝本身的形态基本上自始自终相同。因此为了得到较好的结果，已经使用各种聚合物或共聚物的混合物以根据所需要的应用来改善单纤丝的某些所需要的物理性质。传统的单纤丝线的应用包括除草机切割线、钓鱼线和缝纫线。这些单纤丝也可以通过纺织或者其它制造过程而制成各种工业和商业上应用的织物，包括造纸机织物、袜子、挂钩和扣环。可以理解由于聚合物的混合物中至少有一种不同组分，所以与单一的聚合物相比聚合物的混合物可对单纤丝提供不同的形态。因此包含聚合物混合物的单纤丝的机械性能不同于包含单一组分的单纤丝的机械性能。尽管单纤丝在大多数应用中可提供适合的结果，但具有一种常规整体形态的单纤丝对某个材料(即一种成分或者多种成分的混合物)的局限性已引起了对多结构纤丝的兴趣。术语“多结构”指的是在沿纤丝长度方向的任何位置处的每股纤丝的横截面有两个或多个挤压组分的不连续区域。在此之前所公知的多结构纤丝通常被称为“多组分单纤丝”或“复合纤丝”。这些多结构纤丝基本上是以每种聚合物占据分布在纤丝长度内的不连续区域的方式共挤压两种或者多种聚合物而制得的。当这种纤丝由两种不连续材料或者聚合物组分构成时，有时也将纤丝称为“双组分纤丝”。不连续区域的实际形状和尺寸由所用的挤压控制技术和模具组件预定。典型的多结构横截面结构包括纤芯-外壳型结构(core-sheath)、并行排列结构(side-by-side)和溪中小岛型结构(islands-in-the-stream)。此外，更复杂的结构包括纤芯-覆盖层-外壳型(core-mantle-sheath)结构、具有多种尺寸小岛的溪中小岛型结构或者外壳不完全包围纤芯的纤芯-外壳型结构，例如纤芯-尖型结构。在此之前，多结构纤丝指的是双组分或者多组分纤丝，是使用串联工作的两个或多个挤压机使两种或者多种不同的材料(或者不同材料的混合物)通过同一冲压头的不同通道挤压制得的，从而制造出含有不同材料的两个或者多个不连续区域的纤丝，不连续区域被挤压成的轮廓形状所包围，且由相应的挤压机和冲压头通道所决定。例如为制造纤芯-外壳型结构的双组分纤丝，除了使用两个串联的单独挤压机加工两种不同的材料外，基本上采用与制造单纤丝相同的挤压技术。一个挤压机用于熔化第一组分并将其挤压进模具组件从而最终形成为纤丝的纤芯，同时另一个挤压机熔化第二种不同的组分并将其挤压进模具组件，第二种不同的组分流经不同的流道从而在纤线的制备中最终形成为包围纤芯的外壳。由于采用两个独立控制的挤压机并使用不同的材料，因此每个不连续材料的特征和由这些不连续材料中的一种制成的纤丝的每一个不连续区域内的物理性质均可按有益于双组分纤丝性能特征的方式进行调整。例如如果一种组分具有优异的耐磨性和坚韧性，但是其缺少尺寸稳定性，而另一方面第二种组分不耐磨，但是具有较大的尺寸稳定性。取决于不同的应用，使耐磨损材料做成的外壳包围尺寸稳定性优异的纤芯组分对于提供较好的纤丝是有益的。因此，可以理解使用两个挤压机和两种材料通过控制所使用的材料，控制操作条件，控制材料被挤压、通过模具组件传送和被拉伸的取向或结构将会提高最终产物物理性能的多功能性。尽管双组分纤丝越来越受到欢迎，但应用双组分方法制造纤丝仍然存在局限性。首先和最重要的是组分或者成分的兼容性问题。在上述涉及一种成分具有优异的耐磨性和较差的尺寸稳定性及第二种成分具有较好的尺寸稳定性但耐磨性较差的例子中，第一种成分可看作是尼龙，而第二种成分可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。然而，众所周知的是尼龙和PET彼此不充分兼容，因此不能仅使用这两种材料制造双组分纤丝。如果将尼龙做成环绕PET纤芯的外壳，而在二者之间没有某些额外的粘结剂、兼容剂或者兼容层，那么由于二者对于纤丝的制备不兼容，所以纤丝会容易破坏掉。事实上，公知的是尽管使用添加剂将它们维持在一起，但外部压力和其它作用力足以引起这些不兼容材料分层。因此，许多双组分方法的专利权人和使用者使用化学结构不同但相似且兼容的材料或其它加工材料的混合物或者共聚物。例如美国第6,207,276号专利揭露了一种纤芯-外壳型结构的双组分纤维，其中纤芯是从尼龙6或者尼龙6，6制备的，而外壳为从熔点至少为280℃的聚酰胺制备的，如尼龙4，6、9T、10T、12T，或者尼龙共聚物46/4T、66/6T和6T/6I。这些较后的尼龙均聚物和共聚物及其基本单体在形态上与尼龙6或者尼龙6，6及其基本单体极不相同。与此相似的是美国第4,069,363号专利揭露了一种双组分纤丝，其中纤芯为六亚甲基十二烷酰胺(尼龙6，12)和E-己酰胺(尼龙6)的共聚物，而外壳为尼龙6，12、尼龙6，6或者只是尼龙6。此外，挤压前所用的起始材料不同，所以挤压前具有不同的化学结构、形态和物理性质。还有双组分制造方法的其它例子，包括美国专利第5,948,529号，其中公开了具有PET纤芯和聚乙烯外壳的双组分纤丝。PET纤芯还包括混合在其中的功能化的乙烯共聚物。很明显在此专利中的纤芯和外壳起始材料的形态很不相同。美国第6,254,987号专利揭露了一种表现出增强的耐磨性的纤芯-外壳型结构的双组分纤丝。纤芯是液态晶体聚酯，外壳是按重量计为1-5％的聚碳酸酯和聚酯的混合物。此外，纤芯和外壳起始材料的化学结构不相同。此外，美国第5,540,992号专利揭露了一种双组分纤维，其包括含有高密度聚乙烯的高熔点纤芯和含有低密度聚乙烯的低熔点外壳。因此，尽管纤维的纤芯和外壳中包含有同类聚合物(即聚乙烯)，但纤维不含有具有相同化学结构和物理形态的相同成分。也就是说其中在挤出前纤芯组分和外壳组分之间的化学结构、分子量和分子量分布是不同的。换句话说，尽管低密度聚乙烯和高密度聚乙烯具有相似的化学组成，但是在形态和布局上完全不同。因此至此为止现有技术还没有预见到采用相同成分制造多结构纤丝的所有结构部分或者不连续区域。出乎意料的是，人们已经发现在制造过程中通过控制挤压过程来控制成分分布和剪切速率，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多结构纤丝，其包括在通过模具组件挤出后具有两种或多种形态的单一成分，其中所述纤丝的一个不连续区域包括所述成分的一种形态，所述纤丝的至少另一个不连续区域包括相同成分的另一种形态，及其中所述纤丝的每个区域包括按体积计至少约为７％的所述纤丝。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：查德博伊德，彼得布里塞特，阿提耶坦韦尔蒂，
申请(专利权)人：莎士比亚有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]