高韧性长椭圆截面的单纤维制造技术

一种定向热塑聚合物单纤维，它具有一个为该单纤维所限定的大于２．０的宽厚比的长椭圆形横截面，及约大于４．０的变形比，约大于１０００的登尼尔值，约大于７．５．ｇ／ｄ的强度和约大于４５ｇ／ｄ的模数。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适于多种应用，包括用作橡胶产品中的增强物的高韧性单纤维，尤其是，本专利技术所涉及的是具有高韧性及长椭圆截面的单纤维，以及含有这种单纤维的涂胶帘布。一般，尼隆或聚酯多纤维纱被用于绳索、缆绳、编织结构和工业织物，以及用作轮胎、带类、软管和其它机械用橡胶产品的增强物。对于作为橡胶增强物这一应用的线是由多纤维纱制成的，所说的多纤维纱是由数目适当的，绞合在一起而产生总登尼尔(值)在1500-6000的范围内或更高登尼尔值的一些单根的丝所构成。在这样的线中，纱及线本身是被绞合的，并且一般具有圆形的截面。虽然生产具有更高登尼尔(值)的多纤维线对提高强度和最终厚度另有好处，但一般圆形截面的线尚有一些不足。弯曲力矩随厚度的增加呈指数增长，随之在织造及处理用这类线所增强的制品方面就有了困难。结合有这样的线的轮胎，由于厚度的原因，所需的橡胶要比在相反的情况下所需的橡胶多，这就使成本提高，并导致轮胎在使用时产生热积累。在非橡胶的应用中，含有各种登尼尔(值)的多纤维纱的产品则受到磨耗而破坏。高韧性单纤维作为多纤维纱的代替物是已知的。在美国专利4，009，551和4，056，652中，以及在ProductLicensingIndex(1972年4月)中公开了单纤维在轮胎中的应用。序号为106，661的待批申请公开了一种含单纤维的子午线轮胎。然而，已知的高韧性单纤维并未达到足以超过多纤维的进步而被广泛地使用。单纤维的其它的已知用途包括如美国专利4，055，941所公开的含两到四(股)单纤维的网球拍弦，以及如待批的申请No，106，653所公开的钓鱼丝。根据本专利技术提供了一种定向热塑聚合物单纤维，该单纤维具有宽厚比大于(约)2.0的长椭圆截面，和约大于4.0的变形比。该单纤维的登尼尔(值)约大于1000，扯断强度约大于7.5g/d，模数约大于45g/d。根据本专利技术的一个优选形式，该热塑聚合物选自由聚酰胺的和聚酯的均聚物和共聚物所构成的种类中。最好是，该热塑聚合物是一种至少含大约90%的聚(ε-己酰胺)或聚(六亚甲基己二酰二胺)中至少一种的聚酰胺类，而该单纤维的强度大于8.0g/d，模数约大于50g/d。最优选的实例是聚(六亚甲基己二酰二胺)均聚物的单纤维。对于该单纤维而言，具有一层至少为约3微米，而又小于约15微米厚的表面层是有益的，该表面层具有比内芯低的取向性，约小于1.57的对于表面层中的聚合物的平行折光指数。根据本专利技术的另一种形式，该单纤维的热塑聚合物是一种聚酯，最好是聚(对苯二酸亚乙酯)。在本专利技术的另一优选形式中，该单纤维是“准备用于橡胶”的，而且该单纤维的表面具有一层占该单纤维重量约0.5%-约6.0%的粘附层，并且该单纤维的收缩率约小于6%，最好小于4.5%。与本专利技术相适应的涂胶帘布包括一个含有作为增强物的高强度、高变形比的单纤维的橡胶基体。该单纤维最好是无捻曲的，并且一般以平行的，间隔均匀的关系排列在该涂胶帘布中。与本专利技术相适应的单纤维在最终的使用中表现出优越性，而且与多纤维线及已知的单纤维相比，在其制造方面，它为达到更大的生产率创造了条件。在橡胶增强物应用方面，与本专利技术相适应的单纤维提供了新颖的增强涂胶帘布，每英寸该涂胶帘布上的线数比已知的涂胶帘布的线数少。同时，该单纤维减少了在既具有给定强度，而又达到相当的，或更好的抗疲劳性能的涂胶帘布中所需的橡胶用量。在多种非橡胶应用中，本专利技术的单纤维达到了优良的耐磨蚀性能，并由于它具有非常低的刚性而允许使用高登尼尔(值)。附图说明图1a和1b是与本专利技术相适应的单纤维的横截面图。可用的与本专利技术相适应的聚合物包括多种热塑性的均聚物和共聚物，它们具有足够高的分子量以获得高强度单纤维。相对粘度约超过50(以甲酸为基准)的聚酰胺均聚物和共聚物是特别有用的。用于制备本专利技术的单纤维的聚酰胺包括聚(六亚甲基己二酰二胺)，聚(ε-己酰胺)，聚(四亚甲基己二酰二胺)等，以及它们的共聚物。最好是，至少该聚酰胺的90%是聚(ε-己酰胺)或聚(六亚甲基己二酰二胺)中的至少一种。该聚酰胺是聚(六亚甲基己二酰二胺)则最为可取。采用固有粘度约为0.7以上的聚酯均聚物及共聚物是有益的。该聚酯包括聚一(对苯二酸亚乙酯)、聚一(对苯二酸亚丙酯)，聚一(对苯二酸亚丁酯)，聚一(2，6萘甲酸亚乙酯)、聚一(1，4对苯二酸环己烷二甲醇酯)以及其共聚物。聚(对苯二酸亚乙酯)是尤为适宜的。在一种产生该高强度单纤维的过程中，通过将该聚合物拉成丝而生产与本专利技术相适应的单纤维。收入本文以备参考的美国专利4，009，511所述的工艺，对于聚酰胺单纤维是特别适宜的，因为在第一阶段拉伸中使用了蒸汽，结果在纤维表面上形成了一层约厚3-约15微米的，高度非定向的层，该层的方向性比内芯的低。该表面层的特征是它具有一个如以美国专利4，009，511所述的方法测定的，约小于1.57的平行折光指数n‖。当使用诸如间苯二酚甲醛橡浆(RFL)这样的粘附物时，该不定向的表面被认为是形成这种表层的聚酰胺单纤维与橡胶间优良粘结的主要原因。只要采用一个合适的，如矩形的，非圆形的，椭圆形的喷丝头，则述于收入本文以备参考的美国专利3，963，678中的方法对将聚酯，特别是聚(对苯二酸亚乙酯)制成聚酯单纤维是有用的，这一点在以下的叙述中将会变得更为明显。参照描绘与本专利技术相适应的优选的单纤维的示意图1a和1b，本专利技术的单纤维10有一个长椭圆的横截面。所谓“长椭圆”指的是围在图1a-1b的矩形12中的拉长了的截面形状的任何一种变型，在该图中该矩形的宽(主尺寸)用“X”表示，其厚度(次尺寸)用“Y”表示。可取的是，在与本专利技术相适应的单纤维中，其横截面是如图1a所示的非圆形(Obround)的，即它具有一个大致是矩形截面，但又带有圆角或半圆形的端部，并且该截面是通过一个非圆形(Obround)的或矩形的喷丝头抽丝而形成的。所得到的单纤维的截面，依据被挤出时聚合物的粘度，会与喷丝头的截面形状稍有改变，而且可能呈现一些椭圆的特征，而“平坦”区可能产生一些凸出。正如本文所用于单纤维横截面的，非圆形指的是非圆形截面，或那些近似非圆形的横截面。其它的优选的实例包括具有图1b所示的椭圆形截面的单纤维。单纤维的宽厚比，即外围的矩形的宽度X除以厚度Y的商约大于2.0。虽然随着宽厚比的增加，本专利技术的优点就越来越能被认识到，但当欲将该单纤维用作橡胶增强物时，它终究会达到该单纤维的一个实际上的上限。在稳固定铆钉面积为，比如为35%时(单纤维间的相对间距保持固定在35%)，相邻的线间的所需的间距会变得如此之大，以致对线间的橡胶的支持不足而导致橡胶的破裂。而且，由于宽厚比变得非常大时(成为膜状纤维)，在各种应用中，高的剪切力及弯曲应力最终将引起纤维的皱曲及开裂。因此，对本专利技术的单纤维而言，其优选的宽厚比一般不超过约20。与本专利技术相适应的单纤维的变形率约大于4.0。从截面的角度考虑该单纤维，变形比指的是该单纤维横截面所限定的最小外接圆直径与最大内切圆直径之比。与本专利技术相适应的单纤维的扯断强度约大于7.5g/d，而当聚合物是聚酰胺，并且至少它的约90%至少是聚一(ε-己酰胺)或聚一(六亚甲基己二酰二胺)中的一种时，其扯断强度最是好约大于8.0g/d。模数大约是45g/d以上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定向热塑聚合物单纤维，它具有长椭圆的，且宽厚比大于２．０的横截面，及约大于４．０的变形比，所说的单纤维具有约大于１０００的登尼尔（值），约大于７．５ｇ／ｄ的扯断强度及大于４５ｇ／ｄ的模数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里N亨宁，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]