包含阻燃聚合物的陶瓷涂覆的纤维以及制备非织造结构的方法技术

本发明专利技术提供了包括由阻燃聚合物制成的陶瓷涂覆的熔喷非织造纤维的尺寸上稳定的纤维结构，以及用于生成此类阻燃非织造纤维结构的方法。所述熔喷纤维包含聚(苯硫醚)而无任何卤化阻燃添加剂，并且具有陶瓷涂层，所述聚(苯硫醚)的量足以使所述非织造纤维结构通过例如UL 94 V0、FAR 25.853(a)、FAR 25.856(a)和CA法规第19条的一个或多个耐火性测试。一离开熔喷模具的至少一个孔，立即使所述熔喷纤维在低于所述聚(苯硫醚)的熔融温度的温度下经历受控的飞行热处理，以便向所述纤维赋予尺寸上的稳定性。包括经飞行热处理的熔喷纤维的所述非织造纤维结构表现出的收缩小于在仅包括未经历受控的飞行热处理操作的纤维的非织造纤维结构上测量的收缩，通常表现出小于15％的收缩。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含阻燃聚合物的陶瓷涂覆的纤维以及制备非织造结构的方法
本公开涉及包含阻燃聚合物的尺寸上稳定的陶瓷涂覆的纤维，并且更具体地，涉及制备包括此类纤维的尺寸上稳定的、阻燃的非织造纤维结构的方法。
技术介绍
熔喷是一种用于形成热塑性(共)聚合物纤维的非织造纤维幅材的方法。在典型的熔喷方法中，一种或多种热塑性(共)聚合物流通过包含密集布置的孔的模头挤出，并通过高速热空气流的汇聚而变细，以形成微纤维，所述微纤维被收集以形成熔喷非织造纤维幅材。通常用于形成常规熔喷非织造纤维幅材的热塑性(共)聚合物包括聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)。熔喷非织造纤维幅材适用于多种应用，包括隔音和隔热、过滤介质、外科盖布和擦拭物等等。
技术实现思路
常规熔喷非织造纤维幅材的缺陷之一是在后续加工或使用例如用作隔热材料时，即使加热到中等温度也容易发生收缩。当熔喷纤维包括热塑性聚酯(共)聚合物时，此类收缩可能是特别有问题的；例如，聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(乳酸)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)或它们的组合物；在某些应用中，为了获得更高的温度性能，这可能是期望的。此类常规熔喷非织造纤维幅材的另一个限制是，所述纤维通常包含不耐火的材料，如果非织造纤维幅材旨在用于受火或火焰传播条例(例如限制在客车绝缘制品中使用的材料的条例)限制的应用中，则通常迫使向纤维中添加阻燃试剂(即，阻燃剂)。在某种程度上由于其环境的持久性，某些卤化阻燃剂最近已变得不受欢迎。因此，期望开发用于生产不含卤化阻燃剂的耐火的、尺寸上稳定的熔喷非织造纤维结构的熔喷方法。还期望生产用于高温(例如，约150℃至约400℃的温度)环境中的阻燃非织造结构，例如，作为可在高温汽车、航空航天、构造体和电子应用中使用的绝缘制品。已知用于高温应用的非织造纤维结构通常采用无机纤维诸如玻璃纤维、玄武岩纤维或陶瓷纤维，该无机纤维用有机粘结剂诸如酚树脂结合到非织造纤维结构中。然而，这些高温阻燃非织造结构中使用的有机粘结剂可能令所得高温阻燃结构的耐火性、火焰传播和自熄特征劣化。同样，三聚氰胺泡沫、聚酰亚胺泡沫和毡是已知的高温耐火材料。尽管这些材料中的一些可在移除火焰之后自熄，但现有材料难以提供可靠的火焰屏障以防止火焰传播到与所得高温阻燃结构接触的其他结构或部件。我们发现，耐火屏障(例如，炭化层)的形成对于防止火灾事件期间的火焰传播并因此改善所得高温阻燃结构的耐火性和阻燃特征两者来说可能是重要的。因此，在一个方面，本公开描述了陶瓷涂覆的非织造纤维结构，其包括多根包含阻燃聚合物的熔喷纤维。非织造纤维结构表现出耐火性和/或阻燃性而无任何添加的卤化阻燃剂，如经由通过一个或多个选自UL94V0、FAR25.853、FAR25.856、AITM20007A、AITM3-0005和加州法规第19条的测试所证实的。优选地，非织造纤维结构为尺寸上稳定的并且表现出小于15％的收缩。在某些示例性实施方案中，可期望在非织造纤维结构中包含非卤化阻燃剂。在其他示例性实施方案中，熔喷纤维不包含除了阻燃聚合物之外的阻燃试剂(即，阻燃剂)。在某些示例性的实施方案中，熔喷纤维不以有效实现成核的量包含成核剂。在另一方面，本公开描述了用于生产包括多根包含阻燃聚合物的熔喷纤维的陶瓷涂覆的非织造纤维结构的方法，并且更具体地，描述了用于生产包含阻燃聚合物的尺寸上稳定的、陶瓷涂覆的熔喷非织造纤维结构的方法。在一些示例性实施方案中，该方法包括通过使包含聚(苯硫醚)的熔融聚合物流穿过熔喷模具的多个孔来形成多根熔喷纤维，熔喷纤维一离开多个孔，立即使熔喷纤维的至少一部分经历受控的飞行热处理操作，其中受控的飞行热处理操作在低于熔喷纤维的该部分的熔融温度的温度下进行，持续足以使纤维的经历受控的飞行热处理操作的部分内的分子的至少一部分实现应力弛豫的时间；在收集器上收集熔喷纤维的经历受控的飞行热处理操作的部分中的至少一些以形成非织造纤维结构；以及在多根熔喷纤维的表面上施加陶瓷涂层。陶瓷涂覆的非织造纤维结构为尺寸上稳定的，并且表现出的收缩(如使用本文所述的方法确定的)小于在未经历受控的飞行热处理操作的同样制备的结构上测量的收缩。在其他示例性实施方案中，该方法包括向熔喷模具提供包含热塑性材料的熔融流，该热塑性材料包括高比例(即，基于熔喷纤维的重量计，至少50重量％)的聚(苯硫醚)；将热塑性材料熔喷为至少一根纤维；一离开熔喷模具，立即使至少一根纤维经历受控的飞行热处理操作，该受控的飞行热处理操作在低于聚(苯硫醚)的熔融温度的温度下进行，持续足以使非织造纤维结构表现出的收缩(当使用本文所述的方法测试时)小于在未经历受控的飞行热处理操作的同样制备的结构上测量的收缩的时间，之后作为非织造纤维结构收集在收集器上；以及在至少一根纤维的表面上施加陶瓷涂层。优选地，热塑性材料不以有效实现成核的量包含成核剂。在某些当前优选的实施方案中，该方法包括在收集器上收集经历受控的飞行热处理操作的至少一根纤维以形成非织造纤维结构。在至少一根纤维的表面上施加陶瓷涂层可在收集在收集器上以形成非织造纤维结构之前、期间或之后发生。本公开的各种示例性实施方案进一步通过以下示例性实施方案列表说明，其不应被理解为不当限制本公开：示例性实施方案列表：A.一种非织造纤维结构，所述非织造纤维结构包括：多根熔喷纤维，所述多根熔喷纤维包含聚(苯硫醚)而无任何卤化阻燃添加剂，所述聚(苯硫醚)的量足以使所述非织造纤维结构表现出经由通过一个或多个选自UL94V0、FAR25.853(a)、FAR25.856(a)、AITM20007A、AITM3-0005和加州法规第19条的测试的耐火性；以及陶瓷涂层，所述陶瓷涂层位于所述多根熔喷纤维的表面上，其中所述非织造纤维结构为尺寸上稳定的并且表现出小于15％的收缩，任选地其中所述多根熔喷纤维不以有效实现成核的量包含成核剂，任选地其中所述陶瓷涂层包含陶瓷，所述陶瓷选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属氧氮化物、金属氧硼化物或它们的组合物。B.根据实施方案A所述的非织造纤维结构，其中所述陶瓷涂层包含氧化铝、氧化铟、氧化镁、氧化铌、氧化硅、氧化钽、氧化锡、氧化钛、氧化锌、氧化锆、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氮化铝、氮化硼、氮化硅、氧氮化铝、氧氮化硼、氧氮化硅、氧硼化锆、氧硼化钛以及它们的组合物。C.根据实施方案A或B所述的非织造纤维结构，其中所述陶瓷涂层具有5nm至10微米的厚度。D.根据任一项前述实施方案所述的非织造纤维结构，所述非织造纤维结构还包括多根短纤维。E.根据实施方案D所述的非织造纤维结构，其中所述多根短纤维为非熔喷纤维。F.根据实施方案D或E所述的非织造纤维结构，其中所述多根短纤维包括(聚苯硫醚)短纤维、非热稳定化的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)短纤维、热稳定化的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)短纤维、聚(萘二甲酸乙二醇酯)短纤维、氧化的聚(丙烯腈)短纤维、芳族聚芳酰胺短纤维、玻璃短纤维、陶瓷短纤维、金属短纤维、碳短纤维或它们的组合物。G.根据实施方案D-F中任一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐火陶瓷涂覆的非织造纤维结构，所述非织造纤维结构包括：/n多根熔喷纤维，所述多根熔喷纤维包含聚(苯硫醚)而无任何卤化阻燃添加剂，所述聚(苯硫醚)的量足以使所述非织造纤维结构表现出经由通过一个或多个选自UL 94 V0、FAR25.853(a)、FAR 25.856(a)、AITM20007A和AITM 3-0005的测试的耐火性；以及/n陶瓷涂层，所述陶瓷涂层位于所述多根熔喷纤维的表面上，其中所述非织造纤维结构为尺寸上稳定的并且表现出小于15％的收缩，任选地其中所述多根熔喷纤维不以有效实现成核的量包含成核剂，任选地其中所述陶瓷涂层包含陶瓷，所述陶瓷选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属氧氮化物、金属氧硼化物或它们的组合物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171228 US 62/610,9651.一种耐火陶瓷涂覆的非织造纤维结构，所述非织造纤维结构包括：
多根熔喷纤维，所述多根熔喷纤维包含聚(苯硫醚)而无任何卤化阻燃添加剂，所述聚(苯硫醚)的量足以使所述非织造纤维结构表现出经由通过一个或多个选自UL94V0、FAR25.853(a)、FAR25.856(a)、AITM20007A和AITM3-0005的测试的耐火性；以及
陶瓷涂层，所述陶瓷涂层位于所述多根熔喷纤维的表面上，其中所述非织造纤维结构为尺寸上稳定的并且表现出小于15％的收缩，任选地其中所述多根熔喷纤维不以有效实现成核的量包含成核剂，任选地其中所述陶瓷涂层包含陶瓷，所述陶瓷选自金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属氧氮化物、金属氧硼化物或它们的组合物。


2.根据权利要求1所述的非织造纤维结构，其中所述陶瓷涂层包含氧化铝、氧化铟、氧化镁、氧化铌、氧化硅、氧化钽、氧化锡、氧化钛、氧化锌、氧化锆、碳化硼、碳化硅、碳化钨、氮化铝、氮化硼、氮化硅、氧氮化铝、氧氮化硼、氧氮化硅、氧硼化锆、氧硼化钛以及它们的组合物。


3.根据权利要求1所述的非织造纤维结构，其中所述陶瓷涂层具有5nm至10微米的厚度。


4.根据权利要求1所述的非织造纤维结构，所述非织造纤维结构还包括多根短纤维。


5.根据权利要求4所述的非织造纤维结构，其中所述多根短纤维为非熔喷纤维。


6.根据权利要求4所述的非织造纤维结构，其中所述多根短纤维包括(聚苯硫醚)短纤维、非热稳定化的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)短纤维、热稳定化的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)短纤维、聚(萘二甲酸乙二醇酯)短纤维、氧化的聚(丙烯腈)短纤维、芳族聚芳酰胺短纤维、玻璃短纤维、陶瓷短纤维、金属短纤维、碳短纤维或它们的组合物。


7.根据权利要求4所述的非织造纤维结构，其中所述多根短纤维占据所述非织造纤维结构的重量的不超过90重量％。


8.根据权利要求1所述的非织造纤维结构，其中所述多根熔喷纤维还包含热塑性半结晶(共)聚合物，所述热塑性半结晶(共)聚合物选自聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚(乳酸)、聚(羟基)丁酸酯、聚(对苯二甲酸丙二醇酯)、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺(PEI)或它们的组合物。


9.根据权利要求8所述的非织造纤维结构，其中所述热塑性半结晶(共)聚合物的量不超过所述多根熔喷纤维的重量的50重量％。


10.根据权利要求1所述的非织造纤维结构，其中所述多根熔喷纤维还包含至少一种热塑性非晶态(共)聚合物，所述至少一种热塑性非晶态(共)聚合物的量不超过所述非织造纤维结构的重量的15重量％。


11.根据权利要求1所述的非织造纤维结构，所述非织造纤维结构还包含多个颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：任丽赟，吴平凡，丹尼尔·J·齐利格，萨钦·塔瓦尔，乔纳森·H·亚历山大，余大华，莫塞斯·M·大卫，詹姆斯·A·菲普斯，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US