制造芳族聚酰胺纤维与聚合物的均一分散体的方法技术

一种制造芳族聚酰胺短纤维与聚合物的基本均一组合物的方法，其中赋予纤维显著的含湿量以改善操作特性，然后在与聚合物在挤出机中接触之前，借助挤出机中的剪切力使纤维部分地干燥并开松。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及按连续方式(continuous basis)制造芳族聚酰胺纤维在可挤塑聚合物中的均一分散体的方法。先有技术叙述美国专利5,439,623公开了，利用挤出机向热塑性聚合物中引入添加剂是困难的，而且，即使是采用粒状添加剂母粒形式，重量计量式或容积计量式加料器也非常难以控制。美国专利5,205,972公开了，纤维与聚合物在挤出机中的均匀混合可通过制成纤维与聚合物胶乳的淤浆，将淤浆引入到挤出机中，并使胶乳发生凝聚，同时将淤浆水以气体形式从挤出机中排出来实现。专利技术概述本专利技术涉及芳族聚酰胺短纤维与可挤塑聚合物的连续混合，以生成包含15～99wt％聚合物及1～85wt％芳族聚酰胺纤维的基本均一组合物的方法，包括下列步骤提供含有，以纤维重量为基准20～85wt％水的湿含量的芳族聚酰胺纤维；将湿芳族聚酰胺纤维以基本恒定速度连续引入到挤出机中；对挤出机中的纤维加热以蒸发出纤维中的水；在加入聚合物之前，让加热的纤维在挤出机中接受剪切力的作用以开松纤维；将聚合物从纤维引入点的下游连续引入到挤出机中；让聚合物与纤维在挤出机中进行混合以形成基本均一组合物；以及从挤出机中挤出组合物。附图简述附图是可用于实施本专利技术的挤出机示意图。专利技术详述弹性体和热塑性聚合物材料常常用短纤维来增强，在希望利用芳族聚酰胺材料的特殊品质的场合，常常使用芳族聚酰胺纤维来增强。采用芳族聚酰胺短纤维作为增强剂，常常可满足高温和高模量的要求。芳族聚酰胺短纤维只有在均匀地分散在整个弹性体或热塑性基质材料中时才是有用的。然而在过去，这种均匀的分布一直难以达到，原因是难以以恒定的速率连续地加入芳族聚酰胺短纤维。本专利技术提供一种将芳族聚酰胺短纤维均匀地分布在聚合物材料中的方法，其中短纤维以恒定速率喂入，从而改善了由芳族聚酰胺短纤维增强的聚合物组合物的大规模生产中使用芳族聚酰胺短纤维的通用手段。短增强纤维可直接加入到基质聚合物中以达到增强的目的，或者，它们可以较高浓度与载体聚合物混合制成母料组合物。然后，母料组合物可用作增强目的的纤维源。载体聚合物可以与最终基质聚合物为同一材料，或者与后者相容。就本专利技术目的而言，载体聚合物也可称为基质聚合物。干燥形式的芳族聚酰胺短纤维，特别是高度原纤化的芳族聚酰胺短纤维，如芳族聚酰胺浆粕，具有结块和附聚并沿输送管道断面架桥的倾向，使得其连续、以恒定速率的进料变得非常困难。正如下面将要详细解释的，已发现，短纤维中的水分可使得纤维特性发生急剧改变，从而允许对其顺利地操作和以恒定速率进料并通过挤出机。所谓“芳族聚酰胺短纤维”是指长度在0.1～8mm，优选0.7～3mm之间的小直径、高长径比的芳族聚酰胺纤维或颗粒材料。该短纤维的长径比，也就是长度对直径的比例，可小至10，大至1000或再稍大一些。虽然本专利技术用于几种短纤维都是有效并可以的，但其主要用途是用在原纤化材料或表面面积非常高、堆积密度非常低的材料上。此种原纤化材料或芳族聚酰胺短纤维包括浆粕，特别是按照美国专利5,028,372及5,532,059公开的方法制备的芳族聚酰胺浆粕，或者由原始长度在0.1～8mm的精制聚酰胺絮凝物制备。就本专利技术目的而言，芳族聚酰胺短纤维还包括所谓“纤条体”颗粒材料，特别是例如，按照美国专利2,999,788及3,018,091公开的方法制备的芳族聚酰胺纤条体；以及直径5～15μm、长度0.1～8mm被称之为“絮凝物”的基本未原纤化的芳族聚酰胺纤维。芳族聚酰胺短纤维可以用例如环氧、酚醛、间苯二酚甲醛、聚氨酯、硅氧烷、增塑剂之类进行涂布，或者，可以以各种化学剂处理来改变其操作性能、附着性能、静电保持之类的特性。该芳族聚酰胺短纤维可以与其他颗粒材料，如碳黑、氟聚合物、脱乙酰壳多酸、着色剂、填料抗氧剂之类材料组合使用；可与其他纤维，如与玻璃、矿物、碳、天然(棉、黄麻、苎麻之类)、合成(聚酯、尼龙等)之类的纤维一起使用。附加材料的种类、结构和含量不受严格限制，只要不干扰该湿芳族聚酰胺短纤维的操作特性即可。所谓“芳族聚酰胺”是指其至少85％的酰胺键(-CO-NH-)直接与2个芳环相连接的聚酰胺。在该芳族聚酰胺中可使用添加剂，已发现，高达10wt％或更高的其他聚合物材料可与该芳族聚酰胺共混，或者，可使用共聚物，该共聚物可具有多达10wt％的其他二胺来代替该芳族聚酰胺的二胺，或多达10wt％的其他二酰氯来代替该芳族聚酰胺的二酰氯。对位芳族聚酰胺是本专利技术短纤维中的主要聚合物，而聚(对苯二甲酰对苯二胺)(PPD-T)则是优选的对位芳族聚酰胺。所谓PPD-T是指由对苯二胺与对苯二甲酰氯按等摩尔比聚合生成的均聚物，也可是在上述对苯二胺中混入少量其他二胺与在上述对苯二甲酰氯中混入少量其他二酰氯所生成的共聚物。间位芳族聚酰胺也是用于本专利技术短纤维中的重要材料，而聚(间苯二甲酰间苯二胺)(MPD-I)是优选的间位芳族聚酰胺。所谓MDP-I是指由间苯二胺与间苯二甲酰氯按等摩尔比聚合生成的均聚物，也可是在上述间苯二胺中混入少量其他二胺与在上述间苯二甲酰氯中混入少量其他二酰氯所生成的共聚物。芳族聚酰胺短纤维，干燥的，或甚至是包含少量水分，例如像某些纤维中自然存在的那样，含2～5wt％或稍多水者，会表现出强烈的带负电荷倾向，因此蓬松并表现出低堆积密度，致使难以操作和按恒定速率计量加入。随着芳族聚酰胺纤维含湿的增加，静电荷减少，堆积密度提高，从而使操作特性改善。已发现，正如本文作为本专利技术(要点)指出的，打湿的芳族聚酰胺短纤维可以顺利地操作并计量加入。预计用于本专利技术的含湿程度，以干纤维重量为基准，在20～85，优选30～70wt％。在这样的含湿量水平，纤维的操作特性将发生改变，譬如含50wt％水的芳族聚酰胺短纤维，纤维上的静电荷基本上变为0，纤维的堆积密度增加到原来的3倍以上，即，从50g/L，变为170g/L。在低于20wt％的含湿量时，纤维将由于堆积密度非常低、静电荷非常高而难以操作；在85wt％的含湿量时，纤维将结成大团，成为半固体物料，甚至可能形成稠厚的淤浆。所谓“湿”，通常指水分，但任何能润湿该纤维的挥发性液体或液体混合物都可使用。当我们说本专利技术的湿纤维可以顺利操作和计量加入时，是指此种湿纤维可采用诸如单螺杆、双螺杆加料机、锥形或倒锥形、减量、容积式加料机，振动加料机、传送带加料机之类的传统喂料手段以恒定速率连续地加入。高表面面积、干燥的纤维无法采用此类加料机以恒定速率喂入。用来与短纤维混合的聚合物材料可以是任何能通过挤出机挤出的聚合物或聚合物的组合物。弹性体及热塑性聚合物一般均属此类，包括聚烯烃，如高及低密度聚乙烯、聚丙烯；乙烯醋酸乙烯共聚物；乙烯丙烯酸甲酯共聚物；离聚物树脂；聚甲基丙烯酸甲酯；聚氯乙烯；EPDM橡胶；氯丁二烯；共聚聚酯弹性体；聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚对苯二甲酸丁二醇酯；液晶聚合物；聚醚醚酮；聚醚酮酮；ABS；聚苯硫醚；聚酰胺；聚酰亚胺；聚氨酯；硅氧烷；以及类似的聚合物。该聚合物材料在挤出机操作温度下必须是液体或至少发生软化，甚至可在20℃或更低的条件下呈液态，正如包括酚醛、环氧、聚酯及乙烯基酯类树脂那样。按本专利技术制备的组合物通常包含15～99wt％聚合物及1～85wt％芳族聚酰胺短纤维。本专利技术用于将芳族聚酰胺短纤维掺混到基质聚合物中以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将芳族聚酰胺纤维与可挤塑聚合物连续混合以制造包含１５～９９ｗｔ％聚合物和１～８５ｗｔ％芳族聚酰胺纤维的基本均一组合物的方法，包括下列步骤： ａ）提供含湿量，以纤维重量为基准，为２０～８５ｗｔ％挥发性液体的芳族聚酰胺纤维； ｂ）将湿芳族聚酰胺纤维以基本恒定速率连续加入到挤出机中； ｃ）对挤出机中的纤维加热，以从纤维中蒸发出挥发性液体； ｄ）在挤出机中，在加入聚合物之前让加热的纤维接受剪切力的处理； ｅ）在纤维加入点下游，将聚合物连续加入到挤出机中； ｆ）在挤出机中对聚合物与纤维进行混合，从而形成基本均一的组合物，以及 ｇ）将组合物从挤出机中挤出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GP韦塞斯，JP亚科布，N库德雷毛洛克斯，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]