專利名稱：包含聚醚酰亞胺的纖維及其制備方法
專利說明包含聚醚酰亞胺的纖維及其制備方法 發(fā)明領(lǐng)域 本發(fā)明涉及高耐熱纖維和制備該纖維的方法。更具體地，本發(fā)明涉及由包含聚醚酰亞胺且具有約180～500℃的熔融溫度的聚合物紡成的纖維。

背景技術(shù)：
直至19世紀(jì)，鮮有人造纖維的商業(yè)制造，這是因?yàn)槌嗽旖z的粗制形式外合成聚合物尚未大量發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)織物僅限于天然纖維如棉、羊毛和亞麻。隨著在二十世紀(jì)初聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，人造纖維才首次開始以商業(yè)可觀的方式上市。過去50年已發(fā)展了用于聚合物的各種纖維制造方法(如溶液紡絲和擠出紡絲)，并且在該時(shí)期內(nèi)實(shí)現(xiàn)了顯著發(fā)展?，F(xiàn)在甚至還以商業(yè)水平制備那些難以制造和制成纖維的材料(例如聚芳酰胺)來滿足全球需求。盡管有著這些發(fā)展，但是還不可能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)新的聚合物是否可制成可行的商業(yè)纖維，或者具體的聚合物必須經(jīng)歷哪種加工以商業(yè)上制成纖維。
盡管存在大量的人造纖維制造方法例如靜電紡絲、熔融紡絲、干法紡絲和濕法紡絲，但是這些制造方法的每一種均需要相當(dāng)不同的設(shè)備、不同的加工條件和不同的制造考慮因素。制造纖維的三種主要方法是熔融紡絲、干法紡絲和濕法紡絲。所有這三種方法都涉及通過強(qiáng)制使合成材料通過圓形模頭來形成連續(xù)長絲紗(filament strand)。但是熔融紡絲涉及冷卻隨后的紗來形成固體長絲，而干法紡絲和濕法紡絲涉及除去溶劑來形成固體長絲。在干法紡絲中溶劑揮發(fā)成氣體，而在濕法紡絲中溶劑瀝濾成液浴。難以(若可能的話)預(yù)測(cè)各種纖維制造方法的哪種可制成商業(yè)纖維，并且相當(dāng)大地取決于用于制成纖維的各合成聚合物材料的性質(zhì)，即其Tg、熔體粘度、熔體指數(shù)等。每種材料都必須對(duì)其自身性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，而沒有商業(yè)制造性質(zhì)的可預(yù)測(cè)的保證。
已發(fā)現(xiàn)高熔融溫度的聚合物(例如具有可在范圍約180～450℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚酰亞胺聚合物)在多種應(yīng)用中的效用，這是因?yàn)槠湓谀蜔嵝灾膺€具有通常極端的物理性質(zhì)。例如，聚醚酰亞胺(可以商標(biāo)ULTEM得自General Electric Company)具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，是延性的、阻燃的且產(chǎn)生低量的煙，同時(shí)又具有優(yōu)良的耐化學(xué)品性。已發(fā)現(xiàn)這些聚合物在用于挑戰(zhàn)性的物理環(huán)境如航空應(yīng)用中的成形制品、片材和涂層的廣泛用途。
盡管高耐熱聚合物可潛在用作纖維以及有許多制造聚醚酰亞胺纖維的嘗試，但是尚未獲知商業(yè)纖維已成功上市。Schilo等人的美國專利4943481(1990)欄1行7-33中陳述 迄今，通過熔融紡絲合成聚醚酰亞胺纖維(甚至聚酰亞胺纖維)被認(rèn)為是不可行的，盡管對(duì)于制造其它聚合物纖維是正?？尚械?例如參閱Weinrotter，Giesser公開于＂人造纖維年刊＂(1986)，16，第2408頁＂P84-Anew synthetic fiber＂)。僅與其它聚合物混合，聚醚酰亞胺才用于膜的擠出(歐洲專利A 160354)。
西德申請(qǐng)公開2829811披露了這樣合成聚醚酰亞胺纖維在紡絲浴中對(duì)聚酰胺酸于非質(zhì)子有機(jī)溶劑的溶液進(jìn)行紡絲，其后必須拉伸和熱處理新鮮紡絲纖維以獲得有用的紡織數(shù)據(jù)。
如西德申請(qǐng)公開3429074所述，注塑制成的聚醚酰亞胺型材如眼鏡架也是已知的。該文中所用的聚醚酰亞胺為General Electric公司的Ultem.RTM.1000。Ultem 1000的可注塑性同樣描述于德語產(chǎn)品手冊(cè)＂Technische Thermoplaste＂(工業(yè)熱塑性塑料)中，該手冊(cè)還指出Ultem.RTM.纖維適于制造紡織品，但未進(jìn)一步提供關(guān)于如何合成Ultem.RTM.纖維的細(xì)節(jié)。
自從1990年公開前述的′481專利以來，仍繼續(xù)對(duì)由聚醚酰亞胺制造纖維進(jìn)行研究，這是因?yàn)楸M管其加工溫度高，但聚醚酰亞胺還在低剪切速率時(shí)具有高粘度，使得該類聚合物是對(duì)用于商業(yè)纖維的測(cè)試的潛在候選。St.Clair等人的美國專利5670256披露了由單體3，4′-ODA和ODPA的反應(yīng)產(chǎn)物制備聚醚酰亞胺纖維，其在溫度范圍340℃～360℃熔融擠出成長(高)100.5英寸、209英寸和364.5英寸。St.Clair等人的美國專利5840828披露了制備聚酰亞胺具體是聚醚酰亞胺纖維的方法。但是目前還沒有已知上市的聚醚酰亞胺纖維可從任何公司獲得。
在制備聚合物纖維的常規(guī)體系中，將聚合物樹脂在擠出機(jī)中擠出，并通過含有多個(gè)孔道的噴絲頭形成纖維束，使該纖維束冷卻并牽引至繞絲軸或盤管上。聚醚酰亞胺要求較高的加工溫度，所述較高的加工溫度通常不用于加工其它聚合物纖維。這些加工條件常常在源自聚醚酰亞胺的制品的商業(yè)制造中產(chǎn)生預(yù)料不到和困難的加工問題。
例如，流經(jīng)噴絲頭孔的物流常常由于系統(tǒng)中存在的污染物發(fā)生堵塞。過濾器清洗操作后仍存在的來自Mott過濾器(即根據(jù)美國專利3570059和3802821的所謂Mott過濾器)的燒結(jié)金屬顆粒和其它碎片可被逐出并隨聚合物物流帶至下游，于此它們堵塞一個(gè)或多個(gè)噴絲頭孔。因流過該處的聚合物物流受到阻礙，故這些堵塞的噴絲頭孔在本領(lǐng)域中俗稱之為＂慢孔＂。當(dāng)出現(xiàn)慢孔時(shí)，整必須關(guān)閉個(gè)紡絲生產(chǎn)線以防止產(chǎn)出不合規(guī)格的產(chǎn)品。
因此期望最小化或消除對(duì)纖維性質(zhì)和制造纖維的生產(chǎn)力有負(fù)面影響的復(fù)雜因素。在本領(lǐng)域中持續(xù)需要開發(fā)使用新材料來制成纖維的方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種包含聚醚酰亞胺聚合物的聚合物纖維以及制成纖維的方法。在一實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及包含基本不含尺寸約100μm以上的外來顆粒物的聚醚酰亞胺的合成纖維。
一種制備聚合物纖維的方法包括熔融包含聚醚酰亞胺的聚合物來形成具有熔融溫度約180～500℃的熔融聚合物；使基本不含尺寸約100μm以上的外來顆粒物的聚醚酰亞胺，通過含有多個(gè)孔道的噴絲頭形成纖維束；以及借助溫度在約0～80℃范圍內(nèi)的冷卻介質(zhì)冷卻該纖維束，從而形成纖維。
在另一實(shí)施方案中，制備聚合物纖維的方法包括使聚合物流經(jīng)噴絲頭之前從聚合物中除去外來顆粒物。因此，制備聚合物纖維的可供選擇的方法包括熔融包含聚醚酰亞胺的聚合物來形成具有熔融溫度約180～500℃的熔融聚合物；在使熔融聚合物流經(jīng)噴絲頭形成纖維束之前，從聚醚酰亞胺中除去外來顆粒物以生成基本不含尺寸約100μm以上的外來顆粒物的聚醚酰亞胺聚合物；以及借助溫度范圍為約0～80℃的冷卻介質(zhì)冷卻該纖維束。可在熔融包含聚醚酰亞胺的聚合物之前或之后，從聚合物中除去外來顆粒物。
在又一實(shí)施方案中，除去外來顆粒物的方法包括在使熔融聚合物通過噴絲頭之前過濾聚醚酰亞胺，從而產(chǎn)生基本不含尺寸約100μm以上的外來顆粒物的聚醚酰亞胺聚合物。



本發(fā)明的各種實(shí)施方案可參考下面附圖進(jìn)行理解。附圖中的各組件不是必須按比例顯示的。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的紡紗裝置的示意圖。

具體實(shí)施例方式 根據(jù)本發(fā)明，術(shù)語＂旦尼爾＂是指絲和一些人造纖維如尼龍的細(xì)度單位，其等于1克每9000米紗線。
對(duì)于本發(fā)明，術(shù)語＂聚合物＂意指包括低聚物、均聚物和共聚物。
對(duì)于本發(fā)明，術(shù)語＂聚醚酰亞胺＂是指含有包括醚和酰亞胺基團(tuán)的單體單元的聚合物。
醚基是本領(lǐng)域眾所周知的，其由單鍵連于兩個(gè)不同碳原子的氧原子組成。二酰亞胺基團(tuán)為具有兩個(gè)雙鍵的含氮酸。
術(shù)語＂去除＂、＂除去＂和＂已去除＂均指從由纖維制成的聚合物除去外來顆粒物。
＂濾篩＂是指用作過濾器的每單位面積具有具體孔數(shù)的金屬編織網(wǎng)或紗網(wǎng)。也可使用燒結(jié)的金屬粉末或纖維。篩網(wǎng)可包含方形組織或者具有平行對(duì)角(diagnol)線的組織(有時(shí)稱為＂荷蘭斜紋(Dutch Twill)＂)。這些篩通常按其目數(shù)和開孔面積進(jìn)行分類。
＂過濾器組＂或＂篩組＂是用于過濾聚合物的兩層或更多層篩或紗網(wǎng)的組合。例如，篩組可由20目、60目、100目、60目和20目的各紗網(wǎng)的組裝制成(稱為20/60/100/60/20)。
＂外來顆粒物＂是指可負(fù)面影響本發(fā)明的纖維和/或制造纖維工藝的最佳性能的外來物質(zhì)(金屬、紙、木材、灰塵等)、非聚合材料在擠出熔體流中的污染。例如，在多種高Tg聚合物中，制備和/或使用這些聚合物所需的有機(jī)材料暴露于高的反應(yīng)或加工溫度，這些有機(jī)材料可變成碳化聚合物的各種尺寸的黑斑。這些黑斑可導(dǎo)致噴絲頭中的一個(gè)或多個(gè)孔的堵塞，并導(dǎo)致噴絲頭的內(nèi)表面上的壓力變化。上述壓力變化負(fù)面影響纖維的速度、體積和品質(zhì)。而且，如果這些黑斑穿過噴絲頭，它們可內(nèi)含在纖維中，并引起纖維具有較差性能的區(qū)域，如弱點(diǎn)。其它外來物質(zhì)可來源于反應(yīng)容器、導(dǎo)管、運(yùn)輸包裝、未反應(yīng)的反應(yīng)物、凝膠、預(yù)聚物、加工副產(chǎn)品等。
術(shù)語＂整流器＂是指用于將冷卻介質(zhì)擴(kuò)散至從噴絲頭出來的纖維束的周圍的裝置。
對(duì)于本發(fā)明，術(shù)語＂基本不含＂意指在商業(yè)制造設(shè)備中制備的聚醚酰亞胺纖維不含足夠的外來顆粒物，從而在商業(yè)上相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)不顯著干涉纖維制造線的工作。術(shù)語＂基本不含＂在另一實(shí)施方案中更具體地意指纖維產(chǎn)品含有例如小于約2wt％的纖維外來顆粒物，在另一實(shí)施方案中小于約1wt％的外來顆粒物，以及在另一實(shí)施方案中小于約0.1wt％的外來顆粒物。
術(shù)語＂基本上由……組成(consisting essentially of)＂給予其普通法律定義，需要說明的是該術(shù)語未排除可加至本文所述的已過濾的聚合物中的添加劑、其它聚合物、染料等，正如使用轉(zhuǎn)換的短語＂包含(comprising)＂所意指的那樣。
根據(jù)一種實(shí)施方案，本發(fā)明涉及包含聚醚酰亞胺聚合物的合成纖維，所述聚醚酰亞胺聚合物基本不含尺寸約100μm以上的外來顆粒物。
根據(jù)本發(fā)明的纖維可僅僅由一種聚醚酰亞胺制成，或者可包含兩種或更多種聚合物的共混物，所述聚合物包括第二聚醚酰亞胺。作為選擇，聚醚酰亞胺共聚合物可用于制備本發(fā)明的纖維。本發(fā)明的纖維還可由聚酰亞胺和聚醚酰亞胺與其它聚合物的共混物制成。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解目前市場(chǎng)上有大量聚合物，以及滿足纖維的終端用途要求的任何聚合物可與本發(fā)明聯(lián)合使用。
類似地，不同的聚酰亞胺和聚醚酰亞胺會(huì)具有不同的性質(zhì)，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解期望將一種或多種聚酰亞胺和/或聚醚酰亞胺聚合物與其它聚合物(例如晶形或無定形聚合物，或者兩者)共混來改善制造纖維工藝或者根據(jù)本發(fā)明的聚合物纖維的纖維性質(zhì)。本文中的聚合物纖維可包括聚合物組合物，其包含約1％～99％的不同于聚醚酰亞胺的聚合物和約99％～1％的聚醚酰亞胺聚合物，以及它們之間的所有范圍。例如，在一實(shí)施方案中，所述聚合物纖維包括至少約50％聚醚酰亞胺；在另一實(shí)施方案中，至少約75％的聚醚酰亞胺；在又一實(shí)施方案中，至少約95％的聚醚酰亞胺；在再一實(shí)施方案中至少約99％的聚醚酰亞胺。
本發(fā)明還涉及制備聚合物纖維的方法，所述制備聚合物纖維的方法包括熔融包含聚醚酰亞胺的聚合物來形成具有熔融溫度約180～500℃的熔融聚合物；使包含基本不含尺寸約100μm以上的外來顆粒物的聚醚酰亞胺聚合物的熔融聚合物，通過含有多個(gè)孔道的噴絲頭形成纖維束；以及借助溫度在約0～80℃范圍內(nèi)的冷卻介質(zhì)冷卻該纖維束，從而形成纖維。
在另一實(shí)施方案中，制造纖維的方法包括使聚合物流經(jīng)噴絲頭之前從聚醚酰亞胺中除去外來顆粒物。因此，制備聚合物纖維的可供選擇的方法包括熔融包含聚醚酰亞胺的聚合物來形成具有熔融溫度約180～500℃的熔融聚合物；在使熔融聚合物流經(jīng)噴絲頭形成纖維束之前，從聚醚酰亞胺中除去外來顆粒物以生成基本不含尺寸約100μm以上的外來顆粒物的聚醚酰亞胺聚合物；以及借助溫度在約0～80℃范圍內(nèi)的冷卻介質(zhì)冷卻該纖維束。可在聚合物熔融之前或之后，從聚醚酰亞胺中除去外來顆粒物。
所述聚合物或聚醚酰亞胺或兩者可經(jīng)過幾種不同工藝中的至少一種來除去多種尺寸的外來顆粒物。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解廣泛范圍的方法和設(shè)備是本領(lǐng)域內(nèi)已知的，以及根據(jù)顆粒物的尺寸和纖維的最終用途會(huì)有多種不同方法來制備基本不含外來顆粒物的含聚酰亞胺產(chǎn)物。去除工藝用來除去一種或更多種外來顆粒物的至少一部分來制備＂已純化的＂聚合物，其中在本文中已純化的聚合物定義為具有降低濃度的外來顆粒物。
從材料中除去外來顆粒物的已知工藝包括但不限于，例如過濾工藝、輻射工藝、加熱工藝、冷卻工藝、加壓工藝、減壓工藝、添加化學(xué)品工藝、吸附工藝、沉淀工藝、相轉(zhuǎn)移工藝、及其組合，這些工藝至少進(jìn)行外來顆粒物的分離、破壞和轉(zhuǎn)化中的一項(xiàng)從而將其除去。作為組合工藝的一具體實(shí)例，聚醚酰亞胺聚合物可溶解于溶劑來形成溶液，然后過濾再重新固化成基本不含外來顆粒物的聚合物。
因此，本發(fā)明涉及包含聚醚酰亞胺的聚合物纖維，其基本不含尺寸大于約100μm的外來顆粒物；在另一實(shí)施方案中所述纖維不含尺寸大于約75μm的外來顆粒物；在另一實(shí)施方案中所述纖維不含尺寸大于約50μm的外來顆粒物；在又一實(shí)施方案中所述纖維不含尺寸大于約25μm的外來顆粒物；在還另一實(shí)施方案中所述纖維不含尺寸大于約10μm的外來顆粒物。
根據(jù)本發(fā)明的纖維的厚度優(yōu)選為0.1～100000dpf(單絲旦數(shù))，或者，在另一實(shí)施方案中，約0.1～100dpf，在另一實(shí)施方案中約0.1～50.0dpf，在又一實(shí)施方案中，約0.25～10.0dpf，或者更進(jìn)一步為約0.25～1.0dpf。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案中，聚合物纖維可以為約1～20dpf，在另一實(shí)施方案中，小于約10dpf，例如2dpf、4dpf和6dpf。根據(jù)纖維的最終用途，其它尺寸特性也可用于描述根據(jù)本發(fā)明的纖維。例如，染色纖維還包括0.01～50000dpf，或者例如0.1～100dpf的那些纖維。
所述纖維也可用其直徑來表征，所述直徑為約0.00001～2毫米(mm)，例如約0.0001～0.5mm，在另一實(shí)例中約0.005～0.5mm，在又一實(shí)例中約0.005～0.095mm。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解這些范圍包括不同的寬度，這取決于噴絲頭孔測(cè)量和纖維的用途，并且本發(fā)明意指包括聚醚酰亞胺纖維尺寸的整個(gè)范圍。
所述纖維可以是連續(xù)長絲型或者短纖維型(例如，短纖維紗尺寸可以是2.25/2和10/1英制棉支數(shù)；其分別等于旦尼爾4703和532)，包括在長度方向的厚度上均勻或無規(guī)則的那些，其截面形狀可以是圓形、三角形、多邊形、多葉型(multi-lobal)或無定形型，包括L-型、T-型、Y-型、W-型，八角形，平坦形(flat shape)和狗骨型。根據(jù)本發(fā)明的纖維可以是實(shí)心或空心的。
根據(jù)ASTM-02256-97測(cè)試，本文所述的包含聚醚酰亞胺的聚合物纖維的強(qiáng)度為至少約0.5克/旦尼爾，在另一實(shí)施方案中為約0.5～50克/旦尼爾，在又一實(shí)施方案中為約1～7克/旦尼爾，在再一實(shí)施方案中為約1～3.5克/旦尼爾。根據(jù)ASTM-02256-97測(cè)試，本文所述的包含聚醚酰亞胺的聚合物纖維的斷裂伸長率為至少約10％，在另一實(shí)施方案中為約10％～50％，在又一實(shí)施方案中為約10％～30％，在再一實(shí)施方案中為至少約30％。所測(cè)的伸長率以輥的拉伸比的函數(shù)而變化，相對(duì)較高的拉伸比得到相對(duì)較低的拉伸率。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，包含聚醚酰亞胺的聚合物纖維基本不含尺寸大于或等于約85％的纖維直徑的外來顆粒物；在另一實(shí)施方案中，所述纖維基本不含尺寸大于或等于約50％的纖維直徑的外來顆粒物；在另一實(shí)施方案中，所述纖維基本不含尺寸大于或等于約25％的纖維直徑的外來顆粒物；在又一實(shí)施方案中，所述纖維基本不含尺寸大于或等于約10％的纖維直徑的外來顆粒物。
在一實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及包含聚醚酰亞胺的聚合物纖維，其中已過濾所述聚合物以除去外來顆粒物從而包含聚醚酰亞胺的聚合物基本不含外來顆粒物。在加工成纖維之前，可對(duì)聚合物進(jìn)行過濾以除去可影響商業(yè)規(guī)模上纖維制造工藝的任何參數(shù)(包括產(chǎn)生的纖維的速度、體積和品質(zhì))的任意顆粒物。例如，用于本發(fā)明的纖維的聚合物可在熔融聚合物通過噴絲頭之前進(jìn)行過濾，在另一實(shí)施方案中，在制備纖維過程中包含聚醚酰亞胺的聚合物可在熔融聚合物之前或之后進(jìn)行過濾。
按絕對(duì)尺寸，根據(jù)本發(fā)明可從用于制造纖維的包含聚酰亞胺或聚醚酰亞胺的聚合物中基本上除去顆粒物。例如可從Pall Corporation，East Hills，NY商購的聚合物過濾器以其＂FS系列＂名稱提供機(jī)織金屬絲網(wǎng)和/或纖維金屬氈的多層復(fù)合物，其可從聚合物中除去小至15、10、5、3、2和/或1μm水平的外來顆粒物?？蓮腉reensboro，North Carolina的Purolater AdvancedFiltration，CLARCOR公司以商標(biāo)名POROPLATE、POROFELT和POROMESH獲得的過濾器可過濾尺寸范圍3-200μm內(nèi)的外來顆粒物。根據(jù)本發(fā)明，除了單一的過濾器之外＂過濾器組＂也可用于過濾聚合物?？捎玫倪^濾器的另一實(shí)例為砂濾器，其可商購。
本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解過濾本發(fā)明的聚合物的很多不同方法可用于本發(fā)明的新型纖維的商業(yè)生產(chǎn)。可在產(chǎn)生纖維之前或者之中的任意時(shí)機(jī)利用本領(lǐng)域已知的各種設(shè)備和方法來過濾聚合物。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案可用于纖維制造方法的紡紗裝置10的一個(gè)實(shí)例的示意圖。熔融聚合物從擠出機(jī)12流出，進(jìn)入計(jì)量泵14再流經(jīng)紡絲頭蓋(pack top)16，紡絲頭蓋16具有至少一個(gè)通向過濾器18的通道(未示出)，從而在材料流經(jīng)含有孔22的噴絲頭20之前除去外來顆粒物，進(jìn)而形成由多個(gè)單獨(dú)聚合物纖維或單絲構(gòu)成的纖維束30。纖維束30中的單獨(dú)纖維的數(shù)量可取決于與噴絲頭20的設(shè)計(jì)有關(guān)的幾個(gè)因素，例如孔的模式，孔22的數(shù)目和孔22的尺寸，以及用于容納孔22的噴絲頭20的尺寸和幾何形狀。例如，在噴絲頭20中可有二十到幾千個(gè)孔，例如在一實(shí)施方案中約20～1000，在另一實(shí)施方案中約100～800，在另一實(shí)施方案中約150～700，以及在另一實(shí)施方案中約150～250，這取決于制造的是織物長絲(filament)、工業(yè)長絲(filament)、還是織物短纖維(staple)。
通過驟冷系統(tǒng)32來使纖維束30驟冷。驟冷系統(tǒng)32包括冷卻介質(zhì)33(例如氣體冷卻介質(zhì))、產(chǎn)生該冷卻介質(zhì)的源頭34(例如電動(dòng)風(fēng)扇)，以及整流器36。所述冷卻介質(zhì)經(jīng)整流器36的通道流向纖維束30。整流器36通常由穿孔的網(wǎng)眼(例如金屬或高溫，或者滲透性的泡沫材料)制成，從而提供在指向從噴絲頭20擠出的纖維束30的路徑方向提供均勻的速度分布。整流器36具有預(yù)定長度L，其定義為冷卻介質(zhì)定向通過的冷卻區(qū)域的長度。氣體冷卻介質(zhì)以箭頭37所代表的方向，以及例如所示的與纖維束30行進(jìn)的路徑(箭頭38所示)橫向的方向流動(dòng)。
一旦通過驟冷系統(tǒng)32，再進(jìn)一步加工纖維束30通過匯聚導(dǎo)紗鉤40，再用至少一個(gè)輥或?qū)л?例如輥42、44、46和48)牽引，并纏繞在筒管或繞絲軸50上。任選地，制造纖維的方法可包括整理步驟，其中在纖維束到達(dá)匯聚導(dǎo)紗鉤40之前可經(jīng)給油裝置(未示出)施加整理。
在聚合物從噴絲頭或模頭出來之前過濾聚合物，具有改變噴絲頭或模頭的聚合物(相對(duì)于纖維)側(cè)的壓力的其它益處?？煽刂茋娊z頭的內(nèi)表面上的壓力使之均勻且恒定，使得長期保持輸出和品質(zhì)，從而允許長時(shí)間生產(chǎn)運(yùn)行。噴絲頭的內(nèi)部壓力可維持在0至約3000磅/平方英尺之間的任何壓力，在另一實(shí)施方案中約50～1000磅/平方英尺，在又一實(shí)施方案中約400～800磅/平方英尺，在又一實(shí)施方案中約500～600磅/平方英尺。該壓力會(huì)根據(jù)噴絲頭中的孔數(shù)而分布于各孔。在本發(fā)明另一實(shí)施方案中，該壓力均勻分布，并且噴絲頭的每個(gè)孔的壓力將是大約1磅/平方英尺/孔。
在一實(shí)施方案中，制備聚合物纖維的方法包括擠出具有熔融溫度約180～500℃的熔融聚合物。在另一實(shí)施方案中，所述熔融溫度為約180～470℃；在另一實(shí)施方案中，所述熔融溫度為約200～450℃；以及在又一實(shí)施方案中，所述熔融溫度為約300～425℃。
包含聚醚酰亞胺的聚合物的熔體指數(shù)可以為約1～3，或在另一實(shí)施方案中為約1.5～2.5，在又一實(shí)施方案中為約1.8～2.2。熔體指數(shù)范圍將取決于包含聚醚酰亞胺的聚合物的組成，它不該太低以致太粘而不能均勻通過噴絲頭的孔，但又不該太高以致?lián)p失熔體強(qiáng)度或者損害制備的纖維的物理性質(zhì)，這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可確定的。
用于干燥具有熔融溫度180～500℃的聚合物的常規(guī)干燥條件是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。例如，通過將聚合物加熱至約300℃約4～12小時(shí)來干燥聚醚酰亞胺聚合物?？稍谄溥M(jìn)入擠出機(jī)機(jī)筒進(jìn)行熔融之前，在擠出機(jī)中完成干燥。
噴絲頭中孔的尺寸直接與從噴絲頭出來的纖維的尺寸相關(guān)。噴絲頭可具有不同的孔數(shù)，這取決于待制備的纖維的體積、旦尼爾、商業(yè)要求或最終性質(zhì)。例如，噴絲頭可具有1(用以產(chǎn)生很厚的即2.00mm的纖維)至3000孔，或者在另一實(shí)施方案中32～1000孔。在又一實(shí)施方案中，孔數(shù)可以為64～850，作為選擇100～700孔，例如120～150孔。
噴絲頭孔可具有可產(chǎn)生所期望的旦尼爾纖維的任何直徑。直徑可以為0.001mm直至3cm，或者0.1mm直至1cm，或者更具體可以為從0.3mm直至5mm。在許多情況下，噴絲頭孔的直徑將直接與待制備纖維的旦尼爾相關(guān)。例如，利用ULTEM 9011(PEI，可商購自GE Plastics，Pittsfield，Massachusetts，美國)，0.45mm～0.6mm的噴絲頭孔直徑將產(chǎn)生約2～4旦尼爾的纖維。
從噴絲頭出來的纖維束可根據(jù)含聚醚酰亞胺的聚合物的具體組成用溫度約0～80℃的冷卻介質(zhì)來冷卻以制備纖維。在另一實(shí)施方案中，所述冷卻介質(zhì)的溫度為約0～40℃，在又一實(shí)施方案中，所述冷卻介質(zhì)的溫度為約10～24℃。所述冷卻介質(zhì)可以是液體如水，或者氣體如空氣。當(dāng)纖維束從噴絲頭出來時(shí)，冷卻介質(zhì)可指向纖維束，并具有基本上均勻的速度分布。例如氣體冷卻介質(zhì)指向纖維束的速度為約0.01～10米/秒。過高的速度會(huì)導(dǎo)致纖維斷裂。
可實(shí)現(xiàn)至少約100米/分鐘、直至并包括7500米/分鐘的纖維生產(chǎn)輸出速率。在另一實(shí)施方案中，輸出速率可為約100～5000米/分鐘，在另一實(shí)施方案中約500～5000米/分鐘。在又一實(shí)施方案中，纖維的輸出速率可為約750米/分鐘、直至并包括約4000米/分鐘。
根據(jù)ASTM-02256-97測(cè)試，本文所述的包含聚醚酰亞胺的聚合物纖維的強(qiáng)度為至少約0.5克/旦尼爾，在另一實(shí)施方案中為約0.5～50克/旦尼爾，在又一實(shí)施方案中為約1～7克/旦尼爾，在再一實(shí)施方案中為約1～3.5克/旦尼爾。根據(jù)ASTM-02256-97測(cè)試，本文所述的包含聚醚酰亞胺的聚合物纖維的斷裂伸長率為至少約10％，在另一實(shí)施方案中為約10％～50％，在又一實(shí)施方案中為約10％～30％，在再一實(shí)施方案中為至少約30％。所測(cè)的伸長率以輥的拉伸比的函數(shù)而變化，相對(duì)較高的拉伸比得到相對(duì)較低的拉伸率。
復(fù)絲紗中可包括根據(jù)要求保護(hù)的本發(fā)明制備的任何最終纖維，所述復(fù)絲紗除了包括一種或更多種包含聚醚酰亞胺的纖維之外，還包括其它合成的、有機(jī)的、無機(jī)的或天然的纖維?？膳c一種或更多種聚醚酰亞胺纖維共混的其它纖維選自合成纖維，選自尼龍、丙烯酸類纖維、變性聚丙烯腈類纖維、PBI、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、膠乳、PET、PI、聚酯、斯潘德克斯、sulfar、vivyon、諾梅克斯、碳纖維、芳族聚酰胺，陶瓷、金屬、玻璃等，及其混合物；天然纖維，包括但不限于纖維素纖維，例如棉花、人造絲、亞麻纖維、滌棉混紡(poly/cotton blend)、天絲(Tencel)、及其混合物；蛋白質(zhì)纖維，例如絲、羊毛、相關(guān)哺乳動(dòng)物纖維、及其混合物；長植物纖維，例如黃麻、亞麻、苧麻、椰子纖維、木棉、劍麻、赫納昆纖維、蕉麻、大麻、印度麻、及其混合物；以及纖維形式的天然材料，例如包括石棉。
可根據(jù)本領(lǐng)域中已知的任何方法將所述纖維轉(zhuǎn)變成紗的形式，例如由環(huán)錠細(xì)紗機(jī)或者自由端紡紗機(jī)制造的短纖紗，具有單纖維厚度0.001～0.35英寸(包括超細(xì)紗)的復(fù)絲紗，軟或硬加捻紗，混合纖維紗，假捻變形紗線(包括預(yù)取向絲(POY)的拉伸-假捻變形紗線)或者空氣噴射變形紗線。在這點(diǎn)上，可通過如混合纖維的方法此類共知的工藝來制備根據(jù)本發(fā)明的混合纖維紗，例如混紡工藝(包括ciro-spun或ciro-fil)，纏結(jié)混合工藝(其中將具有不同收縮率的紗線混合在一起)，混合加捻工藝，復(fù)合假捻工藝(包括伸長-差異-假捻工藝)或者雙系統(tǒng)空氣噴射變形工藝。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的纖維包含一種或多種聚醚酰亞胺。熱塑性聚
酰亞胺具有通式(1) 其中a大于1，通常為約10～約1000或者以上，或者更具體地為約10～約500；以及其中V為四價(jià)連接基團(tuán)，對(duì)其沒有限制，只要該連接基團(tuán)不妨礙聚酰亞胺的合成或使用即可。合適的連接基團(tuán)包括但不限于(a)具有約5～約50個(gè)碳原子的取代的或未取代的、飽和的、不飽和的或芳族單環(huán)的和多環(huán)的基團(tuán)；(b)具有1～約30個(gè)碳原子的取代的或未取代的、直鏈的或支鏈的、飽和的或不飽和的烷基；或者包括前述中至少一種的組合。合適的取代基和/或連接基團(tuán)包括但不限于醚、環(huán)氧化物、酰胺、酯以及包括至少一種前述的組合。至少一部分所述連接基團(tuán)V含有衍生自雙酚的部分。理想的是，連接基團(tuán)包括但不限于結(jié)構(gòu)式(2)的四價(jià)芳族


和
基團(tuán)， 其中W是二價(jià)部分，其包括-O-、-S-、-C(O)-、-SO2-、-SO-、-CyH2y-(y為1～5的整數(shù))，及其鹵化的衍生物，包括全氟亞烷基，或者式-O-Z-O-的基團(tuán)，其中所述-O-或-O-Z-O-基團(tuán)的二價(jià)鍵在3，3′、3，4′、4，3′或4，4′位上，并且其中Z包括但不限于式(3)的二價(jià)基團(tuán)。



和
其中Q包括但不限于二價(jià)部分，所述二價(jià)部分包括-O-、-S-、-C(O)-、-SO2-、-SO-、-CyH2y-(y為1～5的整數(shù))，及其鹵化的衍生物，所述鹵化的衍生物包括全氟亞烷基。
式(1)中的R包括但不限于取代的或未取代的二價(jià)有機(jī)基團(tuán)例如(a)具有約6～約20個(gè)碳原子的芳族烴基，及其鹵化的衍生物；(b)具有約2～約20個(gè)碳原子的直鏈的或支鏈的亞烷基；(c)具有約3～約20個(gè)碳原子的環(huán)亞烷基，或者(d)通式(4)的二價(jià)基團(tuán)
其中Q包括但不限于二價(jià)部分，所述二價(jià)部分包括-O-、-S-、-C(O)-、-SO2-、-SO-、-CyH2y-(y為1～5的整數(shù))，及其鹵化的衍生物，所述鹵化的衍生物包括全氟亞烷基。
示例性類型的聚酰亞胺包括聚酰胺酰亞胺和聚醚酰亞胺，尤其是可熔融加工的那些聚醚酰亞胺，例如美國專利3803085和3905942中描述了其制備和性質(zhì)的那些。
示例性聚醚酰亞胺樹脂包括不止1個(gè)，通常約10～約1000，或者更
具體地，約10～約500個(gè)式(5)的結(jié)構(gòu)單元， 其中T為-O-或式-O-Z-O-的基團(tuán)，其中所述-O-或-O-Z-O-基團(tuán)的二價(jià)鍵在3，3′、3，4′、4，3′或4，4′位上，其中Z包括但不限于如上所定義的式(10)的二價(jià)基團(tuán)。
在一種實(shí)施方案中，聚醚酰亞胺可為共聚物，所述共聚物除了含有
上述的醚酰亞胺單元之外，還含有式(6)的聚酰亞胺結(jié)構(gòu)單元， 其中R如前面式(1)中所定義，并且M包括但不限于式(7)的基團(tuán)。


和
聚醚酰亞胺可通過多種方法制備，所述方法包括但不限于，式(8)的芳族雙(醚酐)與式(9)的有機(jī)二胺的反應(yīng)，
H2N-R-NH2 (9) 其中R和T的定義與式(1)和(5)中相同。
具體的芳族雙(醚酐)和有機(jī)二胺的實(shí)例公開于例如美國專利3972902和4455410中。包括式(8)芳族雙(醚酐)的二酐的說明性實(shí)例包括 2，2-雙[4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酸酐；4，4′-雙(3，4-二羧基苯氧基)二苯醚二酸酐；4，4′-雙(3，4-二羧基苯氧基)二苯硫醚二酸酐；4，4′-雙(3，4-二羧基苯氧基)二苯甲酮二酸酐；4，4′-雙(3，4-二羧基苯氧基)二苯基砜二酸酐；2，2-二[4-(2，3-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酸酐；4，4′-雙(2，3-二羧基苯氧基)二苯醚二酸酐；4，4′-雙(2，3-二羧基苯氧基)二苯硫醚二酸酐；4，4′-雙(2，3-二羧基苯氧基)二苯甲酮二酸酐；4，4′-雙(2，3-二羧基苯氧基)二苯基砜二酸酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯基-2，2-丙烷二酸酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯醚二酸酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯硫醚二酸酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯甲酮二酸酐；4-(2，3-二羧基苯氧基)-4′-(3，4-二羧基苯氧基)二苯基砜二酸酐；1，3-二(2，3-二羧基苯氧基)苯二酐；1，4-二(2，3-二羧基苯氧基)苯二酐；1，3-二(3，4-二羧基苯氧基)苯二酐；1，4-二(3，4-二羧基苯氧基)苯二酐；環(huán)丁烷四羧酸二酐；環(huán)戊烷四羧酸二酐；環(huán)己烷-1，2，5，6-四羧酸二酐；2，3，5-三羧基環(huán)戊基乙酸二酐；5-(2，5-二氧代四氫呋喃亞甲基)-3-甲基-3-環(huán)己烯-1，2-二羧酸二酐；1，3，3a，5-二氧代-3-呋喃基)-萘并[1，2，-c]-呋喃-1，3-二酮；3，5，6-三羧基降莰烷-2-乙酸二酐；2，3，4，5-四氫呋喃四羧酸二酐；3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；3，3′，4，4′-二苯甲酮四羧酸二酐；萘的二酐如(2，3，6，7-萘二酐等)；3，3′，4，4′-聯(lián)苯磺酸四羧酸二酐；3，3′，4，4′-二苯醚四羧酸二酐；3，3′，4，4′-二甲基二苯基硅烷四羧酸二酐；4，4′-二(3，4-二羧基苯氧基)二苯硫醚二酐；4，4′-二(3，4-二羧基苯氧基)二苯砜二酐；4，4′-二(3，4-二羧基苯氧基)二苯基丙烷二酐；3，3′，4，4′-全氟非那吡啶(pyridene)二鄰苯二甲酸二酐；3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；二(鄰苯二甲酸基)苯基氫氧化硫二酐；對(duì)亞苯基-二(三苯基鄰苯二甲酸)二酐；間亞苯基-二(三苯基鄰苯二甲酸)二酐；二(三苯基鄰苯二甲酸)-4，4′-二苯醚二酐；二(三苯基鄰苯二甲酸)-4，4′-二苯基甲烷二酐；2，2′-二(3，4-二羧基苯基)六氟丙烷二酐；4，4′-氧二(鄰苯二甲酸酐)；苯均四酸二酐；3，3′，4，4′-二苯砜四羧酸二酐；4′，4′-雙酚A二酐；氫醌二鄰苯二甲酸酐；乙二醇二(偏苯三酸酐)；6，6′-二(3，4-二羧基苯氧基)-2，2′，3，3′-四氫-3，3，3′，3′-四甲基-1，1′-螺二[1h-茚]二酐；7，7′-二(3，4-二羧基苯氧基)-3，3′，4，4′-四氫-4，4，4′，4′-四甲基-2，2′-螺二[2h-1-苯并吡喃]二酐；1，1′-二[1-(3，4-二羧基苯氧基)-2-甲基-4-苯基]環(huán)己烷二酐；3，3′，4，4′-二苯砜四羧酸二酐；3，3′，4，4′-二苯硫醚四羧酸二酐；3，3′，4，4′-二苯亞砜四羧酸二酐；4，4′-氧二(鄰苯二甲酸酐)；3，3′-二苯甲酮四羧酸二酐；4，4′-羰基二鄰苯二甲酸酐；3.3′，4，4′-二苯基甲烷四羧酸二酐；2，2-二(4-(3，3-二羧基苯基)丙烷二酐；2，2-二(4-(3，3-二羧基苯基)六氟丙烷二酐；(3，3′，4，4′-二苯基)苯基膦四羧酸二酐；(3，3′，4，4′-二苯基)苯基氧化膦四羧酸二酐；2，2′-二氯-3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；2，2′-二甲基-3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；2，2′-二氰基-3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；2，2′-二溴-3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；2，2′-二碘-3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；2，2′-二(三氟甲基)-3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；2，2′-二(1-甲基-4-苯基)-3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；2，2′-二(1-三氟甲基-2-苯基)-3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；2，2′-二(1-三氟甲基-3-苯基)-3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；2，2′-二(1-三氟甲基-4-苯基)-3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；2，2′-二(1-苯基-4-苯基)-3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；2，2′-二(1，3-三氟甲基-4-苯基)-3，3′，4，4′-聯(lián)苯四羧酸二酐；5，5′-[[1，1′-聯(lián)苯]-4，4′-二基二(氧基)]二[1，3-異苯并呋喃二酮](也稱為4，4′-二(3，4-二羧基苯氧基)聯(lián)苯二酐)，以及異構(gòu)體和包括至少一種前述化合物的混合物。
可通過使硝基取代的苯二腈在偶極非質(zhì)子溶劑的存在下與雙酚化合物(例如，BPA)的金屬鹽的反應(yīng)產(chǎn)物水解然后脫水來制備雙(醚酐)。以上式(15)所包括的示例性的一類芳族雙(醚酐)包括但不限于其中T為式(10)和該醚連接基團(tuán)在例如3，3′、3，4′、4，3′或4，4′位上的那些化合物，以及包括至少一種前述化合物的混合物，并且其中Q如上所定義。

可使用任何二氨基化合物。合適的化合物的實(shí)例是乙撐二胺；亞丙二胺；丙撐二胺；二亞乙基三胺；三亞乙基四胺；己撐二胺；庚撐二胺；辛撐二胺；壬撐二胺；癸撐二胺；1，12-十二烷二胺；1，18-十八烷二胺；3-甲基庚撐二胺；4，4-二甲基庚撐二胺；4-甲基壬撐二胺；5-甲基壬撐二胺；2，5-二甲基己撐二胺；2，5-二甲基庚撐二胺；2，2-二甲基丙二胺；N-甲基-二(3-氨基丙基)胺；3-甲氧基己撐二胺；1，2-二(3-氨基丙氧基)乙烷；二(3-氨基丙基)亞砜；1，4-環(huán)己烷二胺；二(4-氨基環(huán)己基)甲烷；間苯二胺；對(duì)苯二胺；2，4-二氨基甲苯；2，6-二氨基甲苯；間二甲苯二胺；對(duì)二甲苯二胺；2-甲基-4，6-二乙基-1，3-苯二胺；5-甲基-4，6-二乙基-1，3-苯二胺；聯(lián)苯胺；3，3′-二甲基聯(lián)苯胺；3，3′-二甲氧基聯(lián)苯胺；1，5-二氨基萘；二(4-氨基苯基)甲烷；二(2-氯-4-氨基-3，5-二乙基苯基)甲烷；二(4-氨基苯基)丙烷；2，4-二(b-氨基-叔丁基)甲苯；二(p-b-氨基-叔丁基苯基)醚；二(p-b-甲基-o-氨基苯基)苯，二(p-b-甲基-o-氨基戊基)苯，1，3-二氨基-4-異丙基苯，二(4-氨基苯基)亞砜，二(4-氨基苯基)砜，二(4-氨基苯基)醚；1，3-二(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷；4，4′-二氨基二苯基丙烷；4，4′-二氨基二苯基甲烷(4，4′-亞甲基二苯胺)；4，4′-二氨基二苯硫醚；4，4′-二氨基二苯砜；4，4′-二氨基二苯醚(4，4′-氧二苯胺)；1，5-二氨基萘；3，3′二甲基聯(lián)苯胺；3-甲基庚撐二胺；4，4-二甲基庚撐二胺；2，11-十二烷二胺；辛撐二胺；二(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷；二(4-氨基丁基)四甲基二硅氧烷；二(p-氨基-叔丁基苯基)醚；二(p-甲基-o-氨基苯基)苯；二(p-甲基-o-氨基戊基)苯；2，2′，3，3′-四氫-3，3，3′，3′-四甲基-1，1′-螺二[1H-茚]-6，6′-二胺；3，3′，4，4′-四氫-4，4，4′，4′-四甲基-2，2′-螺二[2H-1-苯并吡喃]-7，7′-二胺；1，1′-二[1-氨基-2-甲基-4-苯基]環(huán)己烷；甲苯-二胺；1，3-二(4-氨基苯氧基)苯；1，3-二(3-氨基苯氧基)苯，以及其所有的異構(gòu)體和包括至少一種前述化合物的混合物和共混物。
在一種實(shí)施方案中，聚醚酰亞胺樹脂包括按照式6的結(jié)構(gòu)單元，其中R各自獨(dú)立地為對(duì)亞苯基或間亞苯基，或包括至少一種前述的混合物，以及T是式(11)的二價(jià)基團(tuán)，
在制備所述聚酰亞胺，特別是聚醚酰亞胺的許多方法中，包括美國專利3847867、3850885、3852242、3855178、3983093和4443591中所披露的那些。
該反應(yīng)可使用溶劑如鄰二氯苯、間甲苯酚/甲苯等，以使式(8)的酸酐和式(9)的二胺在約100℃～約250℃的溫度反應(yīng)。或者，可如下制備聚醚酰亞胺在將原料的混合物加熱至高溫的同時(shí)攪拌，而使芳族雙(醚酐)(8)和二胺(9)熔融聚合。通常，熔融聚合使用約200℃～約400℃的溫度。在反應(yīng)中也可使用鏈終止劑和支化劑。
當(dāng)制備聚醚酰亞胺/聚酰亞胺共聚物時(shí)，將二酐例如均苯四酸酐與雙(醚酐)結(jié)合使用。聚醚酰亞胺樹脂可任選地由芳族雙(醚酐)與有機(jī)二胺的反應(yīng)制備，其中所述二胺在反應(yīng)混合物中存在的量為小于或等于約0.2摩爾過量。在該條件下，聚醚酰亞胺樹脂可具有小于或等于約15微當(dāng)量每克(μeq/g)的酸可滴定基團(tuán)，或者更具體地，小于或等于約10μeq/g的酸可滴定基團(tuán)，這通過用33wt％氫溴酸的冰醋酸溶液滴定氯仿溶液而證明。酸可滴定的基團(tuán)基本上歸因于聚醚酰亞胺樹脂中的胺端基。
合成聚醚酰亞胺的一種途徑通過具有以下結(jié)構(gòu)(12)的雙(4-鹵代鄰苯二甲酰亞胺)進(jìn)行
其中R如上所述，及X為鹵素。其中R為1，3-苯基的雙(4-鹵代鄰苯二甲酰亞胺)(13)是特別有用的。

雙(鹵代鄰苯二甲酰亞胺)(12)和(13)通常通過使胺如1，3-二氨基苯與酸酐如4-鹵代鄰苯二甲酸酐(14)縮合而形成
聚醚酰亞胺可通過雙(鹵代鄰苯二甲酰亞胺)與雙酚(例如雙酚A)的堿金屬鹽或雙酚的堿金屬鹽和另一種二羥基取代的芳烴的堿金屬鹽的組合，在存在或不存在相轉(zhuǎn)移催化劑的情況下反應(yīng)而合成。合適的相轉(zhuǎn)移催化劑披露于美國專利5229482中。合適的二羥基取代的芳烴包括具有式(15)的那些 OH-A2-OH (15) 其中A2是二價(jià)芳烴基團(tuán)。合適的A2基團(tuán)包括間亞苯基、對(duì)亞苯基、4，4′-亞聯(lián)苯基和類似的基團(tuán)。
典型的聚醚酰亞胺是以ULTEM(R)

為商標(biāo)的那些聚醚酰亞胺，包括但不限于美國麻省Pittsfield的GE plastics出售的

1000(數(shù)均分子量(Mn)21000克/摩爾；Mw為54000克/摩爾；分散度2.5)，

1010(Mn為19000克/摩爾；Mw為47000克/摩爾；分散度2.5)和ULTEM9011(Mn為19000克/摩爾；Mw為47000克/摩爾；分散度2.5)樹脂。ULTEM型聚醚酰亞胺詳細(xì)描述于美國專利3847867；4650850；4794157；4855391；4820781；以及4816527，通過參考將它們完整地并入本文，猶如完全闡述那樣。
利用聚苯乙烯標(biāo)樣通過凝膠滲透色譜測(cè)量，所述聚醚酰亞胺樹脂的重均分子量(Mw)可以為約1000～1000000克/摩爾，在另一實(shí)施方案中為約5000～500000克/摩爾，以及在又一實(shí)施方案中為約10000～75000克/摩爾。
根據(jù)下式計(jì)算用作根據(jù)本發(fā)明的纖維的聚醚酰亞胺的粘度數(shù)據(jù)熔體流動(dòng)指數(shù)(MFI)×10＝熔體流動(dòng)速率(MFR)，所述熔體流動(dòng)速率根據(jù)ASTMD1238(體積08/2001)在337℃和6.6kgf的條件下進(jìn)行試驗(yàn)。一些熔體流動(dòng)速率提供如下 Ultem 9011MFR 16-20g/10min Ultem 1040MFR 50-111g/10min Ultem 1010MFR 16-20g/10min Ultem 1000MFR 7-11g/10min。
如上所述，本發(fā)明的范圍旨在包括由聚酰亞胺和聚醚酰亞胺與其它聚合物的共混物制造的纖維。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解目前市場(chǎng)上有大量聚合物，以及滿足纖維的終端用途要求的任何聚合物可與本發(fā)明聯(lián)合使用。類似地，不同的聚酰亞胺和聚醚酰亞胺會(huì)具有不同的性質(zhì)，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解期望將一種或多種本發(fā)明的聚酰亞胺和/或聚醚酰亞胺聚合物與其它聚合物共混來改善纖維的制造或者待共混的任意聚合物的纖維性質(zhì)。
可添加附屬成分，其量能有效賦予或改善期望的纖維性質(zhì)，如顏色亮度、強(qiáng)度、可清潔性、阻燃性、不褪色性或可染色性。例如，可將下列類型的成分的一種或多種添加至纖維中香料，氣味抑制劑，抗菌活性劑和/或防腐劑，表面活性劑，光學(xué)增白劑，抗氧化劑，包括氨基羧酸鹽螯合劑在內(nèi)的螯合劑，抗靜電劑，染料遷移抑制劑，織物柔順劑(softening active)和/或靜電抑制劑。
根據(jù)本發(fā)明制備的最終纖維可具有不同性質(zhì)，這取決于單獨(dú)的聚醚酰亞胺、加工條件以及期望的終端用途。例如，作為提出本發(fā)明申請(qǐng)時(shí)的一般觀察(并不意在以任何方式限制本發(fā)明)，隨著熔體指數(shù)增大，強(qiáng)度趨于下降。
實(shí)施例 為了向?qū)嵤┍疚乃蟊Ｗo(hù)的發(fā)明的本領(lǐng)域技術(shù)人員提供附加的指導(dǎo)，將下列實(shí)施例納入本文。這些實(shí)施例是作為本文工作的代表而提供的，并促成本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，這些實(shí)施例不意在以任何方式限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
以不同加工條件，進(jìn)行了一系列擠出操作來將聚醚酰亞胺擠出成約1～8單絲旦數(shù)(dpf)的纖維?？蓮腉E Plastics，Pittsfield，Massachusetts獲得的粒料形式的ULTEM9011聚醚酰亞胺樹脂具有約21000g/mol的數(shù)均分子量Mw和大約1.8～2.2的熔體指數(shù)。并且在擠出之前將ULTEM 9011聚醚酰亞胺樹脂于300℃干燥約4～6小時(shí)。該粒料通過1英寸(1＂)的單螺桿擠出機(jī)(L/D＝24/1)以1～10Kg/hr的供料速度來供料。聚合物的實(shí)際熔融溫度在約340～400℃范圍內(nèi)。用于制造纏繞至盤管上的聚醚酰亞胺纖維的工藝參數(shù)范圍總結(jié)于下表1中。
將熔融聚醚酰亞胺通過擠出機(jī)模頭擠出，以及經(jīng)過計(jì)量泵、紡絲頭蓋和過濾器組，然后使熔融聚合物流經(jīng)具有128～144個(gè)孔的噴絲頭來產(chǎn)生128～144束纖維。通過一系列的篩來過濾熔融聚合物，從而除去外來顆粒物。篩號(hào)為20、60、100、325、165×800和200×1400目，網(wǎng)眼尺寸分別為850、250、45、25和15微米，并且將這些篩以各種排列置于篩組中。發(fā)現(xiàn)當(dāng)含有細(xì)篩且網(wǎng)眼尺寸約15微米或更小(篩號(hào)200英寸×400英寸)的過濾器篩單獨(dú)使用或與具有較大網(wǎng)眼尺寸的篩組合使用時(shí)，在噴絲頭的面部上產(chǎn)生集結(jié)(build up)，這說明聚醚酰亞胺聚合物剪切降解。當(dāng)該篩被具有較大網(wǎng)眼的篩所取代時(shí)，消除了集結(jié)的出現(xiàn)。
熔融纖維離開噴絲頭，用調(diào)整至0.1～10米/秒的恒定速度的空氣來冷卻。冷卻空氣溫度或者驟冷溫度范圍為約10～16℃。產(chǎn)生的纖維的直徑范圍為約5～95微米，根據(jù)ASTM-02256-97試驗(yàn)方法測(cè)試其韌度和斷裂伸長率。測(cè)得的韌度為約1～3.5克/旦尼爾。測(cè)得的斷裂伸長率為約10％～30％。拉伸比為0％～100％，以及測(cè)得的斷裂伸長率以拉伸比的函數(shù)變化，這使得相對(duì)較高的纖維拉伸比導(dǎo)致相對(duì)較低的斷裂伸長率。
表I 雖然已經(jīng)參考示例的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以做出各種變化，并且等價(jià)物可代替其要素，而不偏離本發(fā)明的范圍。此外，可以做出許多變化形式，以使具體的情況或材料適應(yīng)于本發(fā)明的教導(dǎo)，而不偏離其基本范圍。因此，期望本發(fā)明不限于作為進(jìn)行本發(fā)明的預(yù)期最佳方式公開的具體實(shí)施方式
，而本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施方式。
所有前述的專利和專利申請(qǐng)通過參考以其完整的形式并入本文，猶如完全闡述那樣。
權(quán)利要求
1.一種包含聚醚酰亞胺聚合物的合成聚合物纖維，所述聚醚酰亞胺聚合物主要由基本不含尺寸大于約100μm的外來顆粒物的聚合物組成。
2.權(quán)利要求1的合成纖維，基本不含尺寸大于75μm的外來顆粒物。
3.權(quán)利要求1的合成纖維，基本不含尺寸大于50μm的外來顆粒物。
4.權(quán)利要求1的合成纖維，基本不含尺寸大于25μm的外來顆粒物。
5.權(quán)利要求1的合成纖維，基本不含尺寸大于10μm的外來顆粒物。
6.權(quán)利要求1的合成纖維，其中所述聚醚酰亞胺基本不含尺寸大于或等于纖維直徑85％的外來顆粒物。
7.權(quán)利要求1的合成纖維，其中所述聚醚酰亞胺基本不含尺寸大于或等于纖維直徑50％的外來顆粒物。
8.權(quán)利要求1的合成纖維，其中已從所述聚醚酰亞胺中除去尺寸大于或等于纖維直徑25％的外來顆粒物。
9.權(quán)利要求8的合成纖維，其中包含聚醚酰亞胺的聚合物為已過濾的聚合物。
10.權(quán)利要求8的合成纖維，其中所述外來顆粒物已利用至少一個(gè)濾網(wǎng)通過過濾該聚醚酰亞胺聚合物而除去，且其中所述至少一個(gè)濾網(wǎng)的網(wǎng)眼尺寸為至少約15微米。
11.權(quán)利要求8的合成纖維，其中所述外來顆粒物已利用至少兩個(gè)具有網(wǎng)眼的濾網(wǎng)組合通過過濾該聚醚酰亞胺聚合物而除去，所述網(wǎng)眼的尺寸為約10～45微米。
12.權(quán)利要求8的合成纖維，其中所述外來顆粒物已利用砂濾器通過過濾該聚醚酰亞胺聚合物而除去。
13.權(quán)利要求1的合成纖維，其中已從所述聚醚酰亞胺中除去尺寸大于或等于纖維直徑10％的外來顆粒物。
14.權(quán)利要求1的合成纖維，其單絲旦數(shù)為0.1～50。
15.權(quán)利要求1的合成纖維，其單絲旦數(shù)為1～20。
16.權(quán)利要求1的合成纖維，其單絲旦數(shù)低于10。
17.權(quán)利要求1的合成纖維，其單絲旦數(shù)為2。
18.權(quán)利要求1的合成纖維，其單絲旦數(shù)為4。
19.權(quán)利要求1的合成纖維，其單絲旦數(shù)為6。
20.權(quán)利要求1的合成纖維，其中根據(jù)ASTM 2256-97，該纖維的韌度為至少約0.5克/旦尼爾或更大。
21.權(quán)利要求1的合成纖維，其中根據(jù)ASTM-02256-97，該纖維的斷裂伸長率為至少10％。
22.一種制備聚合物纖維的方法，該方法包括
熔融包含聚醚酰亞胺的聚合物至范圍為約180～500℃的熔融溫度，產(chǎn)生包含聚醚酰亞胺的熔融聚合物；
使基本不含尺寸約100μm以上的外來顆粒物的聚醚酰亞胺經(jīng)過含有多個(gè)孔道的噴絲頭，以形成纖維束；及
用溫度范圍為約0～80℃的冷卻介質(zhì)冷卻該纖維束，以形成纖維。
23.權(quán)利要求22的方法，還包括在使熔融聚合物經(jīng)過噴絲頭之前，從聚醚酰亞胺中除去外來顆粒物。
24.權(quán)利要求22的方法，還包括在使聚合物熔融之前，過濾包含聚醚酰亞胺的聚合物。
25.權(quán)利要求22的方法，還包括在使聚合物熔融之前，過濾聚醚酰亞胺。
26.權(quán)利要求23的方法，其中所述聚合物用至少一個(gè)濾網(wǎng)過濾，所述至少一個(gè)濾網(wǎng)各自具有大于約10微米的孔。
27.權(quán)利要求22的方法，其中所述聚合物在擠出機(jī)中熔融，并且通過擠出機(jī)經(jīng)過噴絲頭的孔道。
28.權(quán)利要求22的方法，其中所述聚合物為無定形的。
29.權(quán)利要求22的方法，其中所述冷卻介質(zhì)在其指向從噴絲頭出來的纖維束時(shí)具有基本均勻的速度。
30.權(quán)利要求22的方法，其中所述冷卻介質(zhì)為氣體。
31.權(quán)利要求30的方法，其中指向纖維束的氣體冷卻介質(zhì)的速度為約0.01～10米/秒。
32.權(quán)利要求30的方法，其中所述氣體為空氣。
33.權(quán)利要求22的方法，其中所述包含聚醚酰亞胺的聚合物的熔體指數(shù)為約1.5～2.5。
34.權(quán)利要求22的方法，其中纖維輸出速率為約100～5000米/分鐘。
35.權(quán)利要求22的方法，其中流經(jīng)纖維束的氣體冷卻介質(zhì)的溫度為約0～40℃。
36.權(quán)利要求22的方法，其中流經(jīng)纖維束的氣體冷卻介質(zhì)的溫度為約10～24℃。
37.權(quán)利要求22的方法，其中所述聚合物包含聚醚酰亞胺，該聚醚酰亞胺由選自BPADA、ODPA、BPA和BP的二酐單體和選自mPD、pPD、DDS和ODA的二胺形成。
38.權(quán)利要求22的方法，其中所述纖維的直徑為約0.00001～2毫米。
39.權(quán)利要求22的方法，其中根據(jù)ASTM 2256-97，所述纖維的韌度為至少約0.5克/旦尼爾或更大。
40.權(quán)利要求22的方法，其中根據(jù)ASTM-02256-97，所述纖維的斷裂伸長率為至少10％。
41.權(quán)利要求22的方法，其中根據(jù)ASTM-02256-97，所述纖維的斷裂伸長率為至少20％。
42.權(quán)利要求22的方法，其中根據(jù)ASTM-02256-97，所述纖維的斷裂伸長率為至少30％。
43.權(quán)利要求22的方法，其中聚合物施加在噴絲頭上的壓力在噴絲頭內(nèi)表面的橫向上是基本均勻的。
44.權(quán)利要求22的方法，其中所述噴絲頭中孔的數(shù)目為約20～1000。
全文摘要
一種合成聚合物纖維，包含基本不含尺寸大于約100微米的外來顆粒物的聚醚酰亞胺聚合物。一種制備聚合物纖維的方法，包括熔融包含聚醚酰亞胺的聚合物至范圍約180～500℃的熔融溫度，形成熔融聚合物；使基本不含尺寸大于約100μm的外來顆粒物的聚醚酰亞胺通過含有多個(gè)孔道的噴絲頭形成纖維束；及用溫度范圍為約0～80℃的冷卻介質(zhì)冷卻該纖維束。
文檔編號(hào)C08L79/08GK101511939SQ200780033421
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者艾雷尼·德里斯, 安·M·萊克, 克雷格·沃杰西基 申請(qǐng)人:沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限公司