TW201522730A - 細徑聚烯烴纖維 - Google Patents

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Abstract

本發明描述藉由擠壓熔融聚烯烴通過直徑在250微米至500微米範圍內之模孔以產生熔融聚烯烴纖維來製備具有10微米或10微米以下直徑之聚烯烴纖維；拉伸該等熔融聚烯烴纖維以達成在200℃至250℃溫度範圍內150至500範圍內之熔融拉伸比；且拉伸該等呈固態之聚烯烴纖維以實現在40℃至100℃溫度範圍內3.0至4.0之固態拉伸比，從而產生具有10微米或10微米以下直徑之聚烯烴纖維；其中該聚烯烴之特徵為乙烯與一種或一種以上α-烯烴之聚烯烴共聚物，且其中該共聚物具有如根據ASTM D792測定之0.870或0.870以上及0.96或0.96以下之固體密度。

Description

細徑聚烯烴纖維 【政府利益之申明】
本發明在NFE-10-02991下，在The Dow Chemical公司與UT-Batelle有限責任公司之間進行，由the United States Department of Energy運行之Oak Ridge National Laboratory運作及管理承包商。政府在本發明中具有特定權利。
發明背景
本發明係關於製備細徑聚烯烴纖維、穩定化彼等聚烯烴纖維且甚至碳化彼等纖維之方法。
聚烯烴纖維提供用於製備碳纖維之介質，其提供優於諸如聚丙烯腈纖維之其他介質的成本優勢。在碳化之前，聚烯烴纖維需要穩定化，以經受得住高溫碳化製程。聚烯烴纖維之穩定化常常涉及磺化、氧化或交聯纖維之聚烯烴結構。聚烯烴纖維之穩定化增加由聚烯烴纖維製備碳纖維之總製程之成本，從而減少聚烯烴起始介質優於其他碳纖維起始介質之成本優勢。
需要尋找提高聚烯烴纖維穩定化製程之效率的方法以便降低聚烯烴纖維轉化成碳纖維之整體效率及成本。
本發明為提供比當前已知聚烯烴纖維可更有效穩定化的纖維聚烯烴之問題提供解決方案。本發明藉由解決如何產生細徑(10微米或10微米以下)聚烯烴纖維之另一問題來解決此問題。本發明之方法產生本發明之纖維，其為具有10微米或10微米以下直徑之聚烯烴纖維。甚至更合意地，本發明之方法提供用於產生具有10微米或10微米以下之直徑及3.5公克每丹尼或3.5公克每丹尼以上之抗拉強度之聚烯烴纖維的方法。
聚烯烴纖維之穩定化典型地為化學製程。最佳穩定化需要使反應物穿透貫穿整個纖維以與貫穿整個纖維截面之聚烯烴反應。穩定化處理時間與纖維直徑之平方成正比。因此，減小纖維直徑藉由減少反應物穿透入纖維所需的時間應顯著減少穩定化處理時間。具有10微米或10微米以下直徑之聚烯烴纖維不可得，尤其乙烯/α-烯烴共聚物之聚烯烴纖維，其理想地適於穩定化及轉化成碳纖維。
本發明為探索如何藉由選擇可充分拉伸以實現細徑而不斷裂之聚合物組成物，且藉由選擇適於將該聚合物纖維拉伸成此類細徑之處理條件，製備具有10微米或10微米以下直徑之乙烯/α-烯烴共聚物纖維之結果。本發明需要使用乙烯與一種或一種以上α-烯烴之聚烯烴共聚物，且其中共聚物具有如根據ASTM D792測定之0.87或0.87以上及0.96或0.96以下之固體密度，及熔融狀態之纖維之特定拉伸比，繼而固態纖維之特定拉伸比。
在一第一態樣中，本發明為包含以下之方法：(a)擠壓熔融聚烯烴通過模之模孔(其中該模孔直徑在250微米至500微米範圍內)以產 生熔融聚烯烴之纖維；(b)將熔融聚烯烴之纖維拉伸至特徵為在200℃至250℃之溫度範圍內熔融拉伸比在150至500範圍內的程度；及(c將呈固態之聚烯烴纖維拉伸至特徵為在40℃至100℃溫度範圍內固態拉伸比為3.0至4.0的程度，從而產生具有10微米或10微米以下直徑之聚烯烴纖維；其中該聚烯烴之特徵為乙烯與一種或一種以上α-烯烴之聚烯烴共聚物，且其中該共聚物具有如根據ASTM D792測定0.870或0.870以上及0.96或0.96以下之固體密度。
在一第二態樣中，本發明為包含乙烯與一種或一種以上α-烯烴之聚烯烴共聚物之聚烯烴纖維，且其中聚烯烴共聚物具有如根據ASTM D792測定0.87或0.87以上及0.96或0.96以下之固體密度，且其中纖維具有10微米或10微米以下之直徑。
本發明之方法適用於製備本發明之纖維。本發明之纖維適用於例如作為碳纖維前驅物。
圖1說明適用於本發明之熔融紡絲作業線製程之示意圖。值得注意地，所示之纖維數目為說明性的且不應解釋為代表實際上擠壓之纖維總數。
圖2說明適用於本發明之熱拉伸作業線製程之示意圖。
除非指明測試方法編號之日期，否則測試方法係指截至此文獻之優先權日期之最近期測試方法。參考測試方法含有測試協會之提及及測試方法編號兩者。藉由以下縮寫中之一者提及測試方法組織：ASTM係指 ASTM國際(以前稱為美國材料與測試協會(American Society for Testing and Materials))；EN係指歐洲標準(European Norm)；DIN係指德國標準化學會(Deutsches Institute fur Normung)；及ISO係指國際標準化組織(International Organization for Standards)。
「及/或(and/or)」意謂「及，或或者」。除非另外指明，否則所有範圍均包括端點。
本發明之方法包括擠壓熔融聚烯烴且拉伸該聚烯烴以形成聚烯烴纖維。聚烯烴為乙烯與一種或一種以上α-烯烴之聚烯烴共聚物。用於與乙烯共聚之適合α-烯烴包括1-丁烯、1-己烯及1-辛烯。合意地，α-烯烴包括1-辛烯或由1-辛烯組成。
與乙烯單體共聚之α-烯烴的量僅受聚烯烴之所得固體密度限制。本發明之方法的聚烯烴具有0.87公克每立方公分(g/cm3)或0.87g/cm3以上之固體密度，較佳0.88g/cm3或0.88g/cm3以上，且可為0.89g/cm3或0.89g/cm3以上、0.90g/cm3或0.90g/cm3以上、0.91g/cm3或0.91g/cm3以上、0.92g/cm3或0.92g/cm3以上、0.93g/cm3或0.93g/cm3以上、0.94g/cm3或0.94g/cm3以上、甚至0.95g/cm3或0.95g/cm3以上之固體密度。同時，聚烯烴之固體密度為0.96g/cm3或0.96g/cm3以下。藉由ASTM D792測定聚烯烴之固體密度。具有低於0.87g/cm3或高於0.96g/cm3固體密度之聚烯烴傾向於缺乏將聚烯烴拉伸成具有10微米或10微米以下直徑之纖維所必需的適當結晶度特徵。若纖維之結晶度過高(固體密度高於0.96g/cm3)，則其傾向於在固態拉伸期間咬合。若纖維之結晶度過低(固體密度低於0.87g/cm3)，則穩定化處理會受影響。
用於本發明之一種尤其需要的聚烯烴為乙烯與辛烯之共聚物(亦即乙烯/辛烯共聚物)。辛烯在乙烯/辛烯共聚物中之濃度宜為13莫耳百分比(mol%)或13mol%以下，且可為10mol%或10mol%以下、8mol%或8mol%以下、6mol%或6mol%以下、4mol%或4mol%以下、2mol%或2mol%以下、1mol%或1mol%以下且甚至0.5mol%或0.5mol%以下。同時，辛烯在乙烯/辛烯共聚物中之濃度宜為0.28mol%或0.28mol%以上，較佳0.3mol%或0.3mol%以上，且可為0.4mol%或0.4mol%以上、0.5mol%或0.5mol%以上、1mol%或1mol%以上、2mol%或2mol%以上、4mol%或4mol%以上、5mol%或5mol%以上、6mol%或6mol%以上、8mol%或8mol%以上，甚至10mol%或10mol%以上。Mol%與單體在乙烯/辛烯共聚物中之總莫耳數有關。
將熔融聚烯烴擠壓通過模之模孔。模定義複數個通過其排出熔融聚烯烴之孔。模孔可具有彼此相同或不同之尺寸及形狀。然而，需要模孔具有相同之尺寸及形狀。模孔之形狀可為任何可想像的形狀，諸如圓形、橢圓形、正方形、星形或更複雜之形狀。合意地，各模孔具有250微米或250微米以上，較佳275微米或275微米以上，且可為300微米或300微米以上，甚至350微米或350微米以上之孔徑。同時需要各孔具有500微米或500微米以下，較佳475微米或475微米以下，且可為450微米或450微米以下、400微米或400微米以下且甚至350微米或350微米以下之孔徑。關於模孔尺寸之「直徑(diameter)」係指孔之平均橫截面尺寸，且不暗示截面必須為圓形。藉由取所有延伸穿過該截面質心之弦的截面之平均線長測定平均截面尺寸。
通過模孔排出之熔融聚烯烴(亦即熔融聚烯烴擠出物)呈熔融聚烯烴纖維形式。本發明之方法需要將熔融聚烯烴纖維拉伸至特徵為熔融纖維拉伸比為150或150以上，較佳200或200以上，更佳250或250以上，仍更佳300或300以上，可能350或350以上，甚至400或400以上，且同時特徵為拉伸比為500或500以下，典型地460或460以下，可能450或450以下，甚至440或440以下，430或430以下，420或420以下及甚至410或410以下的程度。
在180℃至250℃溫度範圍內拉伸熔融聚烯烴纖維以實現該熔融拉伸比。
當聚烯烴纖維達至40℃-100℃範圍內之溫度時，再次拉伸聚烯烴纖維以實現固態拉伸比。當聚烯烴纖維具有一些固態特性(諸如在產生一些晶體結構後)時，應進行此聚烯烴纖維拉伸。固態拉伸比為3.0或3.0以上，且可為3.5或3.5以上。一般而言，固態拉伸比為4.0或4.0以下。
當其在180℃與100℃之間冷卻時，希望不出現聚烯烴纖維之拉伸。在此範圍拉伸可能致使聚烯烴纖維斷裂。
纖維之「拉伸(drawing)」對應於對纖維施加拉伸力，其導致纖維變細，且從而減小直徑。如此處所用之「拉伸比(draw ratio)」係指拉伸後的纖維速度除以拉伸前的纖維速度。熔融拉伸比對應於實現低於180℃溫度時之即時纖維速度除以直接自模孔擠壓後之纖維速度。典型地，其對應於第一組拉輥(丹尼輥(denier roll))之纖維速度除以熔融聚烯烴流過模孔之平均速度。固態拉伸比對應於當其達到100℃溫度時之纖維速度除以一旦拉伸完成或一旦其達到低於40℃溫度時之纖維速度(先出現者)。
合意地使用一系列輥實現聚烯烴纖維之拉伸。用於本發明之常見製程作業線依序包括模、丹尼輥、伸展輥、饋入輥、鬆弛輥及纖維繞線器。相對於自模之聚烯烴纖維擠壓速率改變丹尼輥之速度來控制熔融拉伸比一一丹尼輥速度比自模之纖維擠壓速率快產生較大熔融拉伸比。藉由改變在丹尼輥之後的一或多個輥控制後續纖維拉伸。若較後輥以比較前輥快的速率拉伸纖維，則發生拉伸。
在一個合意具體實例中，製備具有10微米或10微米以下直徑之聚烯烴纖維的整個製程在連續熔融紡絲作業線中進行。在此類具體實例中，熔融拉伸在纖維通過模孔排出後進行，且固態拉伸在聚烯烴纖維冷卻之後但在將纖維收集於最終輥之前沿著連續作業線進行。此具體實例之優勢為用於製造具有10微米或10微米以下直徑之聚烯烴纖維之整個生產過程在連續作業線中進行，其一般比在多步驟中製備纖維更高效且節省成本。
在第二具體實例中，聚烯烴纖維之熔融拉伸在連續熔融紡絲作業線期間進行，且隨後冷卻纖維且在連續加工期間經或不經任何固態拉伸將其收集。隨後，在不同製程中藉由引導經冷卻之纖維通過第二組輥且加熱至固態拉伸溫度範圍將其固態拉伸。固態拉伸藉由調節輥之速度進行，同時纖維在固態拉伸之溫度範圍內。第二具體實例之優勢為最終固態拉伸可能在相對於聚烯烴纖維之製造的各別位置及/或時間進行。
本方法製造具有10微米或10微米以下直徑之聚烯烴纖維，其包含乙烯與一種或一種以上α-烯烴之聚烯烴共聚物，其中聚烯烴共聚物具有如根據ASTM D792測定在0.87或0.87以上及0.96或0.96以下的固體密度。聚烯烴共聚物如上文針對該方法所描述。在完成固態拉伸(亦即實 現固態拉伸比)後，聚烯烴纖維具有10微米或10微米以下，較佳8微米或8微米以下之直徑，且可具有7微米或7微米以下、6微米或6微米以下、5微米或5微米以下、4微米或4微米以下、3微米或3微米以下且甚至2微米或2微米以下之直徑。典型地，聚烯烴纖維將同時具有1微米或1微米以上之直徑。
甚至更合意且出人意料地，本發明之方法可產生不僅直徑在10微米或10微米以下，而且抗拉強度在3.50公克每丹尼(g/d)或3.50g/d以上，較佳3.70g/d或3.70g/d以上，更佳4.0g/d或4.0g/d以上，甚至更佳4.5g/d或4.5g/d以上，再更佳5.0g/d或5.0g/d以上，且抗拉強度可為6.0g/d或6.0g/d以上、7.0g/d或7.0g/d以上、8.0g/d或8.0g/d以上且甚至9.0g/d或9.0g/d以上之聚烯烴纖維。根據ASTM方法D2256測定纖維之抗拉強度。
該方法在將聚烯烴纖維拉伸成10微米或10微米以下直徑後可進一步包括一個或一個以上步驟，其用以化學改質聚烯烴纖維以使聚烯烴纖維穩定化且產生具有10微米或10微米以下直徑之經穩定化聚烯烴纖維。經穩定化之聚烯烴纖維為已經化學改質從而在高達600℃之溫度下不發生可偵測之烴損失(如藉由熱解重量分析測定)之聚烯烴纖維。
用以穩定化聚烯烴纖維之適合步驟包括選自由交聯、氧化(例如空氣氧化)及磺化組成之群的步驟。本發明之聚烯烴纖維由於其細徑而尤其良好適用於化學穩定化。與具有大於10微米直徑之纖維相比，化學改質劑可較快速穿透本發明之纖維的整個截面。因此，本發明之用於纖維之穩定化方法尤其高效。
交聯聚烯烴纖維形成本發明之經穩定化之纖維可藉由任何 一種或組合或一種以上化學、光化學、電子束能量方法實現。最常見化學方法包括用過氧化物浸潤纖維，且隨後升高纖維之溫度以使過氧化物分解且形成烷氧基。隨後，使烷氧基與聚烯烴反應形成交聯。光化學方法需要將紫外線(UV)敏感材料混合入纖維之樹脂中。隨後將纖維曝露於UV光，其導致感光性材料分解成反應性基團。此等基團與聚烯烴反應以形成交聯。典型的化學方法包括使用雙轉子擠壓機或混料機製備與諸如乙烯基三甲氧基矽烷(VTMS)之材料接枝的聚烯烴樹脂。隨後將所得樹脂紡絲成10微米直徑纖維。隨後，將纖維暴露於有機磺酸催化劑且使之濕潤以形成交聯。使10微米直徑暴露於高能電子束將引起聚烯烴之交聯。
氧化聚烯烴纖維(諸如空氣氧化)形成本發明之經穩定化之纖維可在開始交聯後實現，以便進一步移除氫且進一步穩定化碳纖維。
使聚烯烴纖維磺化形成本發明之經穩定化之纖維可藉由使聚烯烴纖維經受磺化劑實現。適合磺化劑之實例包括濃硫酸及/或發煙硫酸、氯磺酸及/或在溶劑中及/或呈氣體形式之三氧化硫。較佳地，用選自發煙硫酸、硫酸、三氧化硫、氯磺酸或其任何組合之磺化劑處理聚烯烴纖維。磺化可為逐步製程，期間聚烯烴纖維暴露於第一磺化劑，且隨後第二磺化劑且視情況第三及視情況更多磺化劑。各步驟中之磺化劑可相同或不同於任何其他步驟。典型地，磺化藉由經一個或一個以上含有磺化劑之浴槽操作聚烯烴纖維來進行。用於磺化本發明之聚烯烴纖維以形成本發明之經穩定化之聚烯烴纖維的適合方法包括描述於US4070446及WO 92/03601中之方法。
本發明之方法可進一步包括一個或一個以上使經穩定化之 聚烯烴纖維碳化以便形成碳纖維之步驟。碳纖維為包含超過70wt%，較佳80wt%或80wt%以上，仍更佳90wt%或90wt%以上重量之纖維的纖維，且其中碳重量超出氫重量二十倍或二十倍以上，較佳五十倍或五十倍以上。碳纖維之尤其合意形式為石墨纖維。「石墨纖維(Graphite fiber)」為碳纖維之形式，此特徵在於六角碳環-晶體狀結構及階數之有序配向。隨著碳纖維中之六角環之量及組織排列增加，碳纖維本質上變得更像石墨。
使經穩定化之聚烯烴纖維碳化需要加熱經穩定化之聚烯烴纖維，此典型地在惰性氛圍中進行以防止經穩定化之聚烯烴纖維分解。惰性氛圍含有以總氛圍重量計小於100百萬份重量之氧氣。惰性氛圍可含有惰性氣體(在加熱製程期間不會氧化經穩定化之聚烯烴纖維之氣體)。適合惰性氣體之實例包括氮氣、氬氣及氦氣。惰性氛圍可為真空，亦即壓力低於101千帕斯卡。可藉由用一種或一種以上惰性氣體沖洗，藉由用惰性氣體沖洗及抽真空，或藉由抽足夠低真空以將氧含量降低至在加熱期間排除非所要量之經穩定化聚烯烴纖維氧化的足夠低濃度來完全降低氧濃度。
合意地，在惰性氛圍中將經穩定化之聚烯烴纖維加熱至1000℃或1000℃以上之溫度以使經穩定化之聚烯烴纖維碳化。較佳地，在惰性氛圍中將經穩定化之聚烯烴纖維加熱至1150℃或1150℃以上，更佳1600℃或1600℃以上，仍更佳1800℃或1800℃以上之溫度。加熱可達到2000℃或2000℃以上，2200℃或2200℃以上，2400℃或2400℃以上且甚至3000℃或3000℃以上之溫度。然而，一般加熱至3000℃或3000℃以下之溫度。較高加熱溫度對於碳化經穩定化之聚烯烴纖維為需要的，因為較高溫度可將纖維轉化成相比於非石墨碳纖維具有較高強度、較高楊氏模數(Young's modulus)或兩者之石墨纖維。
必要時加熱纖維以實現所需特性。一般而言，纖維加熱愈久，碳化完成愈多且碳的配向愈加有序。一般而言，加熱持續時間為將纖維足夠快速處理以使其商業上可行，同時仍加熱足夠長時間以實現所需纖維特性之平衡。
實施例
比較實施例A、比較實施例B及實施例1、實施例4及實施例5使用含有以總共聚物單體組成物計0.33莫耳百分比且具有23,520公克每莫耳(g/mol)數目平均分子量(Mn)、58,800g/mol重量平均分子量(Mw)、2.50多分散指數(「PDI」或Mw/Mn)及0.95g/cm3固體密度之乙烯/辛烯共聚物作為聚烯烴。聚烯烴可為例如ASPUNTM 6850A纖維樹脂(ASPUN為The Dow Chemical公司之商標)。
比較實施例C、實施例2及實施例6使用含有以總共聚物單體組成物計0.28莫耳百分比辛烯且具有15,400g/mol數目平均分子量(Mn)、46,300g/mol重量平均分子量(Mw)、3.00PDI及0.955g/cm3固體密度之乙烯/辛烯共聚物作為聚烯烴。聚烯烴可為例如ASPUNTM 6830A纖維樹脂(ASPUN為The Dow Chemical公司之商標)。
比較實施例D、實施例3及實施例7使用含有以總共聚物單體組成物計0.94莫耳百分比辛烯且具有12,529g/mol數目平均分子量(Mn)、44,115g/mol重量平均分子量(Mw)、3.52PDI及0.941g/cm3固體密度之乙烯/辛烯共聚物作為聚烯烴。
根據ASTM D2256量測纖維之抗拉強度及纖維之伸長率。
連續製程實施例
使用與圖1中所說明類似的連續熔融紡絲製程作業線製備連續製程實施例(Ex)及比較實施例(Comp Ex)。
熔融紡絲製程作業線包含饋入絕熱齒輪泵20之單螺桿擠壓機10。齒輪泵20通過具有143個圓孔之模30(但各孔直徑為350微米且具有100至800個孔的模均適合)的模孔以每模孔之擠壓溫度及擠壓速率排出聚烯烴擠出物形成初始聚烯烴纖維股40。引導初始聚烯烴纖維股通過淬火塔50，其中將保持在淬滅溫度之空氣垂直鼓吹通過初始纖維股40以使其冷卻成固態。在淬滅塔50後，聚烯烴纖維股40進入紡絲加工製程60，其中將表面潤滑劑塗覆於纖維上以使得纖維相對於彼此滑動且以束狀形式將纖維保持在一起。
自紡絲精整機60以束(45)形式引導初始聚烯烴纖維股40依序通過一系列輥：丹尼輥70、饋入輥80、拉伸輥90、鬆弛輥100，隨後在纖維繞線器輥110中收集最終纖維。
重要的是選擇恰當纖維組成物且處理熔融與固態之間的拉伸比，以使所得纖維之抗拉強度較高且直徑為10微米或10微米以下，同時避免纖維斷裂。若熔融狀態之拉伸比過高，則固態時所需的拉伸程度將過低而無法在所得纖維中實現足夠高的抗拉強度。若熔融狀態之拉伸比過低，則固態時所需拉伸程度將過高且纖維將斷裂。
熔融狀態拉伸在擠壓模30之間進行，且隨後在淬滅塔50中固化纖維股40。熔融狀態拉伸比藉由在丹尼輥處之纖維股40的擠壓速率除以纖維股40通過模30之孔的速度測定。熔融拉伸期間之聚合物溫度等於齒 輪泵溫度，因為其為纖維股40在熔融拉伸期間之最熱溫度且當纖維股40最熱且因此最弱時，將進行拉伸。
固態拉伸在丹尼輥與繞線器之間進行。藉由繞線器速度除以丹尼輥速度測定固態拉伸比。丹尼輥與繞線器輥之間的纖維溫度大約為彼兩個輥之間的輥溫度。
表1中為比較實施例A及實施例1至實施例3之處理參數及特性。
比較實施例A說明相對低程度之熔融狀態拉伸，其導致較大最終纖維直徑及相對低纖維抗拉強度。
實施例1至實施例3說明與固態拉伸比組合足以實現低於10微米之纖維直徑的較高熔融拉伸比。實施例1進一步說明適度熔融拉伸比與固態拉伸比組合以實現直徑低於10微米及抗拉強度相對高兩者之纖維 的益處。實施例2及實施例3使用較高熔融拉伸比且同時實現直徑低於10微米之纖維，實現抗拉強度比實施例1低之纖維(由於固態拉伸較少)。
不連續製程實施例
使用熔融紡絲製程作業線與熱拉伸作業線之組合製備不連續製程實施例(Ex)及比較實施例(Comp Ex)。
使用如針對連續製程實施例及比較實施例所述之熔融紡絲製程作業線。然而，製造不連續製程實施例中之輥的設定使得在熔融紡絲製程作業線中進行熔融拉伸及僅一部分最終固態拉伸。對於特定實施例及比較實施例提供以下熔融紡絲製程作業線參數。
將自熔融紡絲製程作業線收集之纖維饋入熱拉伸作業線以實現固態拉伸。圖2說明熱拉伸作業線製程。將來自熔融紡絲製程之纖維束45饋入第一導絲盤組200以恰當配向、組合且夾緊纖維束，且通過第一調節烘箱210，通過以比第一導絲盤組200高的速度操作之第二導絲盤組220，隨後通過第二調節烘箱230，隨後第三導絲盤組240，且最後收集於捲桿股250上形成成品束。拉伸比由第二導絲盤組220之速度除以第一導絲盤組200之速度推導出。第三導絲盤組240可能比第二導絲盤組220運行得快以實現進一步固態拉伸，但此並非必需。拉伸之加熱在第一烘箱210中進行且可能在第二烘箱230中進行。或者第二烘箱230加熱纖維以將其退火且降低內應力。
表2含有比較實施例B至比較實施例D及實施例4至實施例7之熔融紡絲製程及熱拉伸作業線製程之參數。
對於比較實施例B，使用熔融紡絲製程製造14.0微米直徑之纖維，其具有179熔融拉伸比及2.93固態拉伸比。此等纖維之抗拉強度極低，為1.99g/d且斷裂時伸長率低至81%。當使用HDL拉伸此等纖維時，纖維可下拉至13.1微米。進一步拉伸將使此等纖維斷裂。HDL中出現纖維斷裂是因為纖維在熔融紡絲製程時之固態拉伸比過高，為2.93。當以1.00與2.2之間的固態比拉伸纖維時，斷裂時伸長率相對較高，為260%至340%。
比較實施例C及比較實施例D及實施例4至實施例7說明使用熔融紡絲製程用1.0與2.2之間的固態拉伸比產生之纖維容易使用熱拉伸製程拉伸，產生較少抗拉強度相對高之纖維，及視熱拉伸製程期間之拉伸比而定具有小於10微米之最終直徑的纖維。
10‧‧‧擠壓機
20‧‧‧齒輪泵
30‧‧‧模
40‧‧‧纖維股
45‧‧‧束
50‧‧‧淬火塔
60‧‧‧紡絲精整
70‧‧‧丹尼輥
80‧‧‧饋入輥
90‧‧‧拉伸輥
100‧‧‧鬆弛輥
110‧‧‧繞線器輥

Claims (11)

  1. 一種方法，其包含：(a)將熔融聚烯烴擠壓通過模之模孔以產生熔融聚烯烴之纖維，其中該模孔直徑在250微米至500微米範圍內；(b)將該等熔融聚烯烴纖維拉伸至特徵為在200℃至250℃溫度範圍內熔融拉伸比在150至500範圍內之程度；及(c)將固態之該等聚烯烴纖維拉伸至特徵為在40℃至100℃溫度範圍內固態拉伸比為3.0至4.0之程度，從而產生具有10微米或10微米以下直徑之聚烯烴纖維；其中該聚烯烴之特徵為乙烯與一種或一種以上α-烯烴之聚烯烴共聚物，且其中該共聚物具有如根據ASTM D792測定0.870或0.870以上及0.96或0.96以下之固體密度。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步特徵為在步驟(c)期間在固態拉伸後，該等聚烯烴纖維具有1微米以上且10微米或10微米以下之直徑。
  3. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其進一步特徵為步驟(a)、步驟(b)及步驟(c)中之每一者在單個連續製程中發生。
  4. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其進一步特徵為對步驟(c)中產生之該聚烯烴纖維進行化學改質以使產生具有10微米或10微米以下直徑之經穩定化之聚烯烴纖維。
  5. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其進一步特徵為在步驟(c)後對該聚合物纖維進行磺化以產生具有10微米或10微米以下直徑之磺 化纖維。
  6. 如前述申請專利範圍中任一項之方法，其中該α-烯烴選自由1-丁烯、1-已烯及1-辛烯組成之群。
  7. 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項之方法，其進一步包含加熱該經穩定化之聚烯烴纖維，以藉由對該經穩定化之聚烯烴纖維進行碳化產生碳纖維。
  8. 一種聚烯烴纖維，其包含乙烯與一種或一種以上α-烯烴之聚烯烴共聚物，且其中該聚烯烴共聚物具有如根據ASTM D792測定0.87或0.87以上及0.96或0.96以下之固體密度，且其中該纖維具有10微米或10微米以下之直徑。
  9. 如申請專利範圍第8項之聚烯烴纖維，其進一步特徵為該α-烯烴選自由1-丁烯、1-己烯及1-辛烯組成之群。
  10. 如申請專利範圍第8項或第9項之聚烯烴纖維，其進一步特徵為經化學穩定化。
  11. 如申請專利範圍第10項之聚烯烴纖維，其進一步特徵為經磺化。
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