小直径聚烯烃纤维制造技术

通过以下方法制备直径为10微米或更小的聚烯烃纤维：经过直径在250微米至500微米范围内的模头孔挤出熔融的聚烯烃以产生熔融的聚烯烃纤维；在200摄氏度至250摄氏度范围的温度下拉伸所述熔融的聚烯烃纤维以达到在150至500的范围内的熔融拉伸比；以及在40摄氏度至100摄氏度范围的温度下固态拉伸聚烯烃纤维以达到3.0至4.0的固态拉伸比以产生直径为10微米或更小的聚烯烃纤维；其中所述聚烯烃的特征在于，其为乙烯与一种或多于一种的α-烯烃的聚烯烃共聚物并且其中所述共聚物的固体密度为0.870或更大和0.96或更小，如根据ASTM D792所测定的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】政府权益声明本专利技术是按照陶氏化学公司(TheDowChemicalCompany)和UT-巴特尔有限责任公司(UT-Batelle，LLC)的NFE-10-02991作出的，其由美国能源部运作的橡树岭国家实验室承包商(ContractorfortheOakRidgeNationalLaboratory)运作和管理。政府对本专利技术享有一定权利。
本专利技术涉及用于制备小直径聚烯烃纤维、稳定这些聚烯烃纤维以及甚至使这些纤维碳化的方法。
技术介绍
聚烯烃纤维为制备碳纤维提供了介质，该介质提供了相比于其它介质如聚丙烯腈纤维的成本优势。聚烯烃纤维需要在碳化之前进行稳定从而幸免于高温的碳化过程。聚烯烃纤维的稳定通常包括使纤维的聚烯烃结构磺化、氧化或交联。稳定聚烯烃纤维增加了由聚烯烃纤维制备碳纤维的总过程的成本，从而降低了聚烯烃起始介质相比于其它碳纤维起始介质的成本优势。期望的是，寻找出可提高聚烯烃纤维稳定方法的效率的方法，从而提高将聚烯烃纤维转化为碳纤维的总效率并降低其成本。
技术实现思路
本专利技术提供了问题的解决方案，所述问题是提供可比当前已知的聚烯烃纤维更有效地稳定的聚烯烃纤维。本专利技术通过解决如何产生小直径(10微米或更小)直径聚烯烃纤维的另外问题解决了该问题。本专利技术的方法产生了本专利技术的纤维，其是直径为10微米或更小的聚烯烃纤维。甚至更期望地，本专利技术的方法提供了用于产生直径为10微米或更小且韧度为3.5克/旦尼尔或更大的聚烯烃纤维的方法。聚烯烃的稳定通常为化学方法。最佳的稳定需要将反应物渗入整个纤维的各处以使其与在整个纤维横截面各处的聚烯烃反应。稳定过程时间与纤维直径的平方成比例。因此，减小纤维直径可通过减少将反应物渗入纤维中所需的时间来显著地减少稳定过程时间。直径为10微米或更小的聚烯烃纤维是难以得到的，特别是乙烯/α-烯烃共聚物的聚烯烃纤维，其非常适用于稳定和转化为碳纤维。本专利技术是发现如何制备直径为10微米或更小的乙烯/α-烯烃共聚物纤维的结果，其通过选择可充分地拉伸以实现小直径而没有断裂的聚合物组成以及通过选择适于将聚合物纤维拉成这样的小直径的加工条件来进行。所得专利技术需要使用乙烯与一种或多于一种的α-烯烃的聚烯烃共聚物，并且其中所述共聚物的固体密度为0.87或更大和0.96或更小，如根据ASTMD792所测定的，并且所述共聚物具有呈熔融状态的纤维的特定拉伸比和随后呈固态的纤维的特定拉伸比。在第一方面，本专利技术涉及一种方法，其包含：(a)经过模头的模头孔挤出熔融的聚烯烃以产生熔融的聚烯烃纤维，其中所述模头孔直径在250微米至500微米的范围；(b)在200摄氏度至250摄氏度范围的温度下拉伸所述熔融的聚烯烃纤维达到特征在于熔融拉伸比在150至500的范围内的程度；以及(c)在40摄氏度至100摄氏度范围的温度下固态拉伸聚烯烃纤维至特征在于固态拉伸比为3.0至4.0的程度以产生直径为10微米或更小的聚烯烃纤维；其中所述聚烯烃的特征在于，其为乙烯与一种或多于一种的α-烯烃的聚烯烃共聚物并且其中所述共聚物的固体密度为0.870或更大和0.96或更小，如根据ASTMD792所测定的。在第二方面，本专利技术是聚烯烃纤维，其包含乙烯与一种或多于一种的α-烯烃的聚烯烃共聚物，并且其中所述聚烯烃共聚物的固体密度如根据ASTMD792所测定为0.87或更大和0.96或更小并且其中所述纤维的直径为10微米或更小。本专利技术的方法可用于制备本专利技术的纤维。本专利技术的纤维可用作例如碳纤维前体。附图说明图1示出了适用于本专利技术的熔融纺丝生产线工艺的示意图。特别地，所示纤维数量是示例性的而不应当解释为代表实际挤出的纤维的总数量。图2示出了适用于本专利技术的热拉伸生产线工艺的示意图。具体实施方式除非用测试方法编号表示日期，否则测试方法是指本文件的优先权日的最近测试方法。参考测试方法包含参考测试学会和测试方法编号两者。测试方法组织由以下缩写之一表示：ASTM是指ASTM国际(之前称为美国测试与材料学会(AmericanSocietyforTestingandMaterials))；EN是指欧洲标准(EuropeanNorm)；DIN是指德国标准化学会(DeutschesInstitutefürNormung)；而ISO是指国际标准化组织(InternationalOrganizationforStandards)。“和/或”意指“和，或者作为可替选的”。除非另外指明，否则所有范围均包括端点。本专利技术的方法包括挤出熔融的聚烯烃并拉伸聚烯烃以形成聚烯烃纤维。聚烯烃是乙烯与一种或多于一种的α-烯烃的聚烯烃共聚物。用于与乙烯共聚的合适的α-烯烃包括1-丁烯、1-己烯和1-辛烯。期望地，α-烯烃包括1-辛烯或由1-辛烯组成。与乙烯单体共聚的α-烯烃的量仅受限于所得聚烯烃的固体密度。本专利技术的方法的聚烯烃的固体密度为0.87克/立方厘米(g/cm3)或更高，优选为0.88g/cm3或更高并且可以为0.89g/cm3或更高，0.90g/cm3或更高，0.91g/cm3或更高，0.92g/cm3或更高，0.93g/cm3或更高，0.94g/cm3或更高，甚至为0.95g/cm3或更高。同时，聚烯烃的固体密度为0.96g/cm3或更低。通过ASTMD792测定聚烯烃的固体密度。固体密度低于0.87g/cm3或高于0.96g/cm3的聚烯烃易于缺乏将聚烯烃拉伸成直径为10微米或更小的纤维所必需的适当结晶度特征。如果纤维的结晶度太高(固体密度高于0.96g/cm3)，则其易于在固态拉伸期间拉断。如果纤维的结晶度太低(固体密度低于0.87g/cm3)，则可影响稳定过程。用于本专利技术的一种特别期望的聚烯烃是乙烯与辛烯的共聚物(即，乙烯/辛烯共聚物)。乙烯/辛烯共聚物中的辛烯浓度期望地为13摩尔百分比(摩尔％)或更小并且可以为10摩尔％或更小，8摩尔％或更小，6摩尔％或更小，4摩尔％或更小，2摩尔％或更小，1摩尔％或更小并且甚至0.5摩尔％或更小。同时，乙烯/辛烯共聚物中的辛烯浓度期望地为0.28摩尔％或更大，优选为0.3摩尔％或更大并且可以为0.4摩尔％或更大，0.5摩尔％或更大，1摩尔％或更大，2摩尔％或更大，4摩尔％或更大，5摩尔％或更大，6摩尔％或更大，8摩尔％或更大，甚至10摩尔％或更大。摩尔％相对于乙烯/辛烯共聚物中单体的总摩尔。经过模头的模头孔挤出熔融的聚烯烃。模头限定熔融的聚烯烃经过其排出的多个孔。模头孔可具有相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包含：(a)经过模头的模头孔挤出熔融的聚烯烃以产生熔融的聚烯烃纤维，其中所述模头孔直径在250微米至500微米的范围内；(b)在200摄氏度至250摄氏度范围的温度下拉伸所述熔融的聚烯烃纤维以达到特征在于熔融拉伸比在150至500的范围内的程度；以及(c)在40摄氏度至100摄氏度范围的温度下固态拉伸所述聚烯烃纤维以达到特征在于固态拉伸比为3.0至4.0的程度以产生直径为10微米或更小的聚烯烃纤维；其中所述聚烯烃的特征在于，其为乙烯与一种或多于一种的α‑烯烃的聚烯烃共聚物并且其中所述共聚物的固体密度为0.870或更大和0.96或更小，如根据ASTM D792所测定的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.19 US 61/8797691.一种方法，其包含：
(a)经过模头的模头孔挤出熔融的聚烯烃以产生熔融的聚烯烃纤维，其中所述模
头孔直径在250微米至500微米的范围内；
(b)在200摄氏度至250摄氏度范围的温度下拉伸所述熔融的聚烯烃纤维以达到
特征在于熔融拉伸比在150至500的范围内的程度；以及
(c)在40摄氏度至100摄氏度范围的温度下固态拉伸所述聚烯烃纤维以达到特
征在于固态拉伸比为3.0至4.0的程度以产生直径为10微米或更小的聚烯烃纤维；
其中所述聚烯烃的特征在于，其为乙烯与一种或多于一种的α-烯烃的聚烯烃共
聚物并且其中所述共聚物的固体密度为0.870或更大和0.96或更小，如根据ASTM
D792所测定的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征还在于在步骤(c)期间所述固态拉伸之后，
所述聚烯烃纤维的直径为1微米更大和10微米或更小。
3.根据任一项前述权利要求所述的方法，其特征还在于各个步骤(a)、步骤(b)
和步骤(c)发生在单个连续过程中。
4.根据任一项前述权利要求所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·斯伯丁，W·王，C·L·帕弗里克，N·J·霍斯特曼，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US