激光加工技术制造多微孔中空纤维的方法技术

本发明专利技术公开了一种激光加工技术制造多微孔中空纤维的方法，其特征在于：所用激光为准分子激光，其波长范围为１９３ｎｍ至２４８ｎｍ，激光能量强度为１０ｍＪ／ｃｍ↑［２］至５００ｍＪ／ｃｍ↑［２］；所用的中空纤维应具有比一般纤维较高的取向度和较低的结晶度，其结晶度小于２５％，纤维体的双折射率大于０．１８；用所述的准分子激光照射所述的中空纤维１０至８０秒，即在所述中空纤维壁中穿透性微孔结构。利用这种方法可以很方便地在中空纤维上打出微米级的多微孔，多微孔的区域可在纤维的轴向或径向任意选择，既可以在纤维成型之后进行，也可以在纤维制成成品后进行，没有化学污染。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用激光技术对人造化学纤维进行处理的方法，尤其涉及对中空纤维进行处理以在其壁中产生穿透性多微孔的方法。本专利技术涉及的人造化学中空纤维是一种延轴向具有空腔结构的化学纤维长丝或短纤，可以是锦纶、涤纶或丙纶。中空纤维在纺织品中的应用主要目的是让制成的纺织品或纤维材料制成品具有轻薄、保温的功能。具有多孔结构的中空纤维长丝或短纤主要用于改善化学纤维的吸湿透气性，同时近年来也在新型复合材料及过滤材料中得到广泛的应用。目前，制造多孔纤维或多孔中空纤维的方法主要有拉伸法和移去法两类。拉伸法(例如美国专利U.S.P.5,435,955,1995年7月25日)的基本原理是在纤维成型过程中或成型后予以适当的拉伸，在纤维的微观结构层中产生塑性变形，形成多孔结构。移去法主要有两种，一种是在纺丝液中加入一种物质，在纤维成型过程中或成型后用化学或物理的方法将该物质移去，在纤维或中空纤维壁中形成微孔结构(例如美国专利U.S.P.5,480,712,1996年1月2日)；移去法的另一种方法则是采用化学腐蚀的方法，在纤维成型过程中或成型后，用特定的化学物质与纤维进行化学反应，蚀去部分纤维体，形成多孔结构。这两类方法生产的多孔纤维具有的共同特征之一是其多孔结构在纤维的轴向和径向是连续分布的，而不能对中空纤维任意选择的区域产生多微孔结构，用途有一定局限性。此外，移去法还存在一定的化学污染问题。一般意义上的利用激光加热纤维材料(例如中国专利公开号CN1047542A)或利用激光在纤维集合体中打孔(例如中国专利公开号CN1130555A)主要是利用红外激光激发纤维中分子链段震动产生热作用的原理在纤维中产生高温加热、熔融或蒸发的效果，该作用主要是一种光热作用。在光热作用中，决定作用效果的主要因素是激光的强度，因而聚焦的高能、连续红外激光几乎能用于对大部分的金属、陶瓷和塑料等有机或无机材料进行热处理、包括切割、打孔和焊接加工处理。红外激光打孔的主要特征之一是产生的孔的大小主要由作用于处理目标上光斑的尺寸决定，产生孔的数目与作用于处理目标上激光的模数对应，即一束单模激光在同一时间内只能打出一个孔。采用这种现有技术要在外径为10至30微米的单根纤维或中空纤维上打出微米级的多孔，在实际应用中难以实现。特别是在实际生产应用中，要使用单束聚焦或散焦红外激光在复丝中的每一根单丝中产生多孔结构相当困难，因而单束聚焦或散焦红外激光主要适用于纤维聚集体或制成品的钻孔或切割，例如二氧化碳激光裁剪技术已应用于服装工业生产之中。本专利技术的目的是提供一种，可以很方便地在10至30微米的单根纤维特别是中空纤维上打出微米级的多孔，多微孔的区域可在纤维的轴向或径向任意选择，多微孔区域的大小可以方便调节，既可以在纤维成型之后进行，也可以在纤维制成成品后进行，没有化学污染。本专利技术的技术方案如下一种，其特征在于(a)、所用激光为准分子激光，其波长范围为193nm至248nm，激光能量强度为10mJ/cm2至500mJ/cm2；频率范围为1-100HZ；(b)、所用的中空纤维应具有比一般纤维较高的取向度和较低的结晶度，其结晶度小于25％，纤维体的双折射率大于0.18；(c)、用(a)所述的准分子激光照射(b)所述的中空纤维10至80秒，即在所述中空纤维壁中产生穿透性微孔结构。本专利技术所用的准分子激光可与被处理的纤维材料发生光化学作用，其作用原理是一定波长和强度的激光对聚合物的大分子链进行直接切割，从而在聚合物表面，特别是化学纤维表面产生光化学雕蚀作用。这种方法方便、快捷、灵活，能处理极细的中空纤维，处理的区域及区域大小可任意选择，无污染。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术一个典型实施例的流程示意图。图1中1为激光器；1’为激光束；2为未处理的中空长丝纱筒；3为导纱钩；4为喂入罗拉；5为丝束稳定器(静态处理方法中不需要)，其作用是保持被处理的长丝在运动时不偏离激光束1’；6为牵引罗拉；7为被处理过的长丝；8为卷起纱筒。其中喂入罗拉4、牵引罗拉6及卷起纱筒8可以单动或联动，整个喂入、牵引卷起系统可以是连续运转，也可以是脉动运转，并且运转速度是可调节的。具体的处理方法要依据实际需要来确定。待处理的中空纤维长丝卷装于纱筒2中，通过导纱钩3及喂入罗拉4后进入丝束稳定器5，在丝束稳定器5中被激光器1发出的准分子激光光束1’照射而产生多微孔，再通过牵引罗拉6及导纱钩3进入卷起纱筒8，即成为处理好的成品。如上所述的本专利技术所涉及的方法中，准分子激光不一定要聚焦，并且在纤维中产生的孔的大小及数目除了受激光辐射量影响之外，还受纤维自身结构的影响，特别是纤维自身的结晶度、取向度是决定能否形成多孔结构和形成多孔结构特征(例如孔的大小和数目)的主要因素。现有的生产多孔纤维或中空纤维技术和所生产的多孔纤维，特别是多孔中空纤维并不能满足新型功能材料或过滤材料生产的要求，特别是在只需纤维具有局部多孔结构时，依靠现有技术是难以做到的。本专利技术提出的技术能很容易在纤维特别是在中空纤维长丝或短纤的轴向或径向任意选择的区域产生多微孔结构，可满足新型功能材料或过滤材料生产的要求。本专利技术涉及的纤维，特别是中空纤维主要包括目前纺织工业生产中广泛使用的一般中空纤维不同之处在于激光处理的效果与纤维内部结构有关，激光处理后可产生多孔结构的中空纤维应具有比一般纤维较高的取向度和较低的结晶度，即结晶度一般小于25％，最好小于30％；纤维体的双折射率一般大于0.18，最好大于0.188。同时本专利技术涉及的中空纤维可以是单孔中空纤维，也可以是多孔结构、即纤维截面中空孔数超过一个的中空纤维。本专利技术提出的技术可用于单根长丝或短纤维，也可用于复丝长丝或短纤维束，但在处理复丝的时候，例如150D/30F长丝，依据实际需要，被处理的部位必须经过一定的梳理处理，使复丝中的单根纤维彼此之间呈无遮挡排列状态，防止由于复丝中单根纤维相互遮挡而造成处理不完全的结果。本专利技术涉及的激光波长范围为193nm至248nm，激光能量强度为10mJ/cm2至500mJ/cm2，在激光为1HZ时激光处理时间为10秒至80秒。例如，处理4D的涤纶中空纤维，可用193nm-248nm波长的激光，最好是248nm的激光，能量密度为30mJ/cm2至300mJ/cm2，最好为60mJ/cm2至200mJ/cm2；处理时间为10秒至60秒；最好为20秒至30秒。在处理复丝时，如使用高频率的或连续的激光处理，会因为处理过程中的热积累在复丝中导致明显的热作用，使长丝相互粘结。因此，处理复丝时最好使用脉冲激光，频率可为1-100HZ，最好为10-40HZ。在单丝或复丝的处理过程中，应特别注意处理时被处理区域内的单丝或丝束的稳定，使被处理区域自始至终稳定地处在激光的光斑之内。特别是本专利技术涉及的处理技术，依据实际需要，可以在纤维轴向很大范围内产生多孔结构，也可以在纤维轴向几个微米的范围内产生多孔结构，在小区域(微米级)处理的情况下，被处理的纤维的稳定性显得更为重要。本专利技术所处理的中空纤维可以单孔中空纤维，也可以是多孔中空纤维，亦即可以是在横截面中有包括一个或多于一个的、在纤维纵向连通或不连通的中空孔的中空纤维；包括中空孔在纤维的径向或横向与纤维外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光加工技术制造多微孔中空纤维的方法，其特征在于：（ａ）、所用激光为准分子激光，其波长范围为１９３ｎｍ至２４８ｎｍ，激光能量强度为１０ｍＪ／ｃｍ↑［２］至５００ｍＪ／ｃｍ↑［２］；频率范围为１－１００ＨＺ；（ｂ）、所用的中空纤维 应具有比一般纤维较高的取向度和较低的结晶度，其结晶度小于２５％，纤维体的双折射率大于０．１８；（ｃ）、用（ａ）所述的准分子激光照射（ｂ）所述的中空纤维１０至８０秒，即在所述中空纤维壁中产生穿透性微孔结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柳启瑞，陈光，龚文忠，黄健洪，陈炳华，杨国荣，
申请(专利权)人：柳启瑞，陈光，龚文忠，黄健洪，陈炳华，杨国荣，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]