高性能纤维制造技术

使用一种含聚醚酮酮和矿物纳米管的聚合物组合物制备了在多种多样的最终用途应用中有用的、耐热的高强度纤维。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在各种各样的最终用途应用中有用的、改进的耐热高强度纤维。相关技术的讨论基于聚芳醚酮的纤维是本领域中已知的，如以下专利所证明的US 4, 747, 988 ； US 5，130，408 ；US 4，954，605 ；US 5，290，906 ；以及 US 6，132，872。已经提出将此类纤维用于不同的最终用途应用中，特别是预期这些纤维或由此类纤维制造的物品将被长时间暴露于高温下的那些用途。例如，US 4，359，501和US 4，820，571描述了适合于不同工业过程中的高温高速传送应用的、含有可以熔体挤出的聚芳醚酮的工业纺织品。然而，对此类纤维的特性方面的进一步改进将是有意义的。专利技术简述在本专利技术的一个方面，提供了一种包含聚醚酮酮和矿物纳米管的纤维。在另一方面，提供了一种制造此类纤维的方法，所述方法包括将所述聚合物组合物加热到对于使所述聚合物组合物能够流动而言是有效的一个温度、并且将所述加热过的聚合物组合物穿过一个孔口挤出以形成所述纤维。本专利技术的纤维具有优异的热性能、化学和溶剂耐受性(包括耐水解性)、耐磨损性、延展性、强度、阻燃性以及耐弯曲和耐磨耗性，并且因此在要求纤维或织品、纱线、毡片或其他含此类纤维的产品在高温下维持尺寸稳定性的同时抵抗磨损和化学腐蚀的任何应用、器件或工艺中都是有用的。本专利技术某些实施方案的详细说明根据本专利技术的纤维有利地是使用一种包括聚醚酮酮和矿物纳米管的聚合物组合物来制造。已经发现掺入这些矿物纳米管增强了纤维的强度(如由拉伸强度和模量来度量的)以及纤维的尺寸稳定性(当这些纤维被暴露于高温下时)。另外，认为这些矿物纳米管的存在具有一种核化作用，从而导致了该聚醚酮酮的结晶结构的改性，这对于随后的纤维定向可能是有益的。聚醚酮酮展现出了比其他工程性热塑性塑料更好的矿物纳米管表面的润湿作用，并且因此实现了聚合物基质与矿物纳米管之间的高度粘合(由此允许矿物纳米管的更高负荷从而进一步改善这些纤维的强度)。此外，利用聚醚酮酮可以优化结晶度并且由此针对具体的应用来优化熔点(Tm)，这是利用聚醚醚酮所不能做到的。适合用于本专利技术的聚醚酮酮可以包括(或主要由其组成或由其组成)由以下化学式I和II所代表的重复单元-A-C ( = 0) -B-C ( = 0) - I-A-C ( = 0) -D-C ( = 0) - II其中A是一个p，p’ -Ph-O-Ph-基团，Ph是一个亚苯基基团，B是对-亚苯基，并且D是间-亚苯基。该聚醚酮酮中的化学式I 化学式II(T I)的异构体之比可以是在从100 0至0 100的范围内并且可以容易地如所希望的进行改变以实现某一组纤维特性。例如，可以调节T I之比以提供一种无定形的(非晶态的)聚醚酮酮。由一种具有极少或没有结晶度的聚醚酮酮制成的纤维与由结晶更多的聚醚酮酮相比总体上将是欠刚性和脆性的。然而，随着聚醚酮酮的结晶度增大，这些纤维的强度总体上也增大。具体地说，包含部分结晶的聚醚酮酮的纤维能够在挤出后的纤维拉延过程中被定向从而进一步强化这些纤维。在一个实施方案中，该聚醚酮酮或多种聚醚酮酮混合物的结晶度是从0至约 50%，如通过差示扫描热量法(DSC)并且假定100%结晶的聚醚酮酮的理论焓是130J/g而测定的。在另一个实施方案中，该聚醚酮酮的结晶度是从约10%至约40%。聚醚酮酮是本领域中所熟知的，并且可以使用任何适当的聚合技术来制备，这些技术包括在以下专利(为所有目的通过引用各自以其整体结合在此)中所描述的方法: 美国专利号 3,065，205 ；3，441，538 ；3，442，857 ；3，516，966 ；4，704，448 ；4, 816, 556 ；以及 6，177，518。可以采用多种聚醚酮酮的混合物。具体地说，可以通过改变用于制备聚醚酮酮的不同单体的相对量值而如所希望地调节化学式I 化学式II之比(在本领域中有时称为T/I之比)。例如，可以通过使对苯二酰氯和间苯二酰氯的混合物与二苯醚进行反应来合成一种聚醚酮酮。增大对苯二酰氯相对于间苯二酰氯的量值将增大化学式I 化学式II(T/I)之比。在本专利技术的另一个实施方案中，采用了多种聚醚酮酮的混合物，该混合物包含具有不同的化学式I对化学式II之比的多种聚醚酮酮。例如，可以将Τ/Ι之比为80 20的一种聚醚酮酮与Τ/Ι之比为60 40的一种聚醚酮酮进行共混，将其相对比例选择为当与矿物纳米管配混时提供一种在对这些纤维所希望的多种特性之间达到平衡的聚醚酮酮混合物。总而言之，具有较高的化学式I 化学式II之比的聚醚酮酮将是比具有较低的化学式I 化学式II之比的聚醚酮酮更加结晶化的。本专利技术的纤维的强度、刚度/柔性和其他机械、热、热机械的及其他的特性可以如所希望地进行改变，其方式为控制该聚醚酮酮或聚醚酮酮混合物的结晶度，由此避免了在其他聚合物或增塑剂中进行共混的需要(这会导致相分离问题)。适当的聚醚酮酮是从商业来源可获得的，例如像由Oxford Performance Materials，Enfield，Connecticut以商品名OXPEKK出售的聚醚酮酮，包括0XPEKK-C(结晶的)和0XPEKK-SP(大部分无定形的)聚醚酮酮。如之前提及的，矿物纳米管是在本专利技术的纤维中使用的聚合物组合物的关键组分。如在此使用的，矿物纳米管包括无机材料和碳纳米管，这些碳纳米管是圆柱体形式的 (即，具有空心的管状的结构)，其内直径典型地是在从约10至约300nm的范围内并且长度典型地是比纳米管直径大10至10，000倍(例如，500nm至1. 2微米)。总体上，这些纳米管的长径比(长度比直径)将是相对较大的，例如约10 1至约200 1。这些管不需要被完全封闭，例如它们可以采取具有多个壁层的紧密缠绕的涡旋的形式。这些纳米管可以由已知的无机元素及碳组成，包括但不限于二硫化钨、氧化钒、 氧化锰、铜、铋、和硅酸铝。在一个实施方案中，这些纳米管是由选自周期表的第Ilia、IVa 以及Va族元素中的至少一种化学元素所形成的那些，包括由碳、硼、磷和/或氮制成的那些，例如是由氮化碳、氮化硼、碳化硼、磷化硼、氮化磷、以及氮化碳硼化物(carbon nitride boride)制成的。可以使用两种或更多不同纳米管的共混物。有用的硅酸铝包括水铝石英、圆柱锡矿、埃洛石和硫锑铅矿纳米管以及合成法制备的硅铝酸盐纳米管。这些纳米管的表面可以如可能希望地进行处理或改性以改变其特性。纳米管可以在与该聚醚酮酮组合之前进行精制、纯化或以其他方式进行处理(如表面处理和/或与其他物质组合使得其他物质被固定在这些纳米管内)。与该聚醚酮酮配混的矿物纳米管的量可以如所希望地改变，但是总体上该聚合物组合物将包括至少0. 01重量百分比、但不大于30重量百分比的矿物纳米管。例如，该聚合物组合物可以有利地包括从约5至约20重量百分比的矿物纳米管。该聚合物组合物可以有利地另外包括除该聚醚酮酮和矿物纳米管之外的组分，如稳定剂类、颜料类、加工助剂类、另外的填充剂、以及类似物。在本专利技术的一些实施方案中，该聚合物组合物主要由或者由聚醚酮酮和矿物纳米管组成。例如，该聚合物组合物可以不含有或基本上不含有除聚醚酮酮之外的任何类型的聚合物，和/或不含有或本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种纤维，包含一种聚醚酮酮或聚醚酮酮混合物及矿物纳米管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·A·伯蒂罗，
申请(专利权)人：阿科玛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US