非织造聚合物纤维网制造技术

本发明专利技术公开了一种非织造纤维网，所述非织造纤维网包含一种或多种聚合物纤维，其中所述一种或多种聚合物纤维的数均纤维直径分布符合约翰逊无界分布。包含此类聚合物纤维的非织造纤维网显示具有诸如高效过滤之类的特定过滤应用所期望的平均流量孔径和孔隙率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及聚合材料的非织造纤维网。具体地讲，本专利技术涉及包含聚合物纤维的非织造纤维网，这些聚合物纤维具有符合约翰逊(Johnson)无界分布的数均纤维直径分布。
技术介绍
用作过滤介质的非织造纤维网通常包含两种或更多种纤维，每种纤维具有不同的平均直径，使得非织造纤维网能够过滤较宽粒度范围的颗粒。一般来讲，不同类别的纤维位于纤维网的不同层，例如，过滤纤维网包含熔喷在纺粘纤维网上的一层0.8和1.5μπι直径的微纤维。然而，暴露于纤维网顶部的此类少量的微纤维是脆性的，即使在正常操作和使用情况下也会断裂。并且，细直径纤维具有更低的单纤维重量，这使得它们难以在高效纤维流中运输和保留。此外，细直径纤维在流出熔喷模具时趋于分散而不是作为受控流移动到收集器中ο多层、多直径非织造纤维网的另一个实例是所谓的SMS纤维网，该纤维网包含一层纺粘纤维、一层熔喷微纤维、以及另一层纺粘纤维。此类多层纤维网更厚更重，并且其制造方法较为复杂。组合纤维网(其中一种纤维流与另一种纤维流混合)是已知的，例如通过以下方法形成的复合纤维网将纸浆纤维、短纤维、熔喷纤维和连续长丝的次流引入熔喷纤维的主流，然后对铺放的混合物进行水刺法处理。该纤维网是未取向的，具有良好的各向同性特性。然而，该领域未提及这样的纤维网，该纤维网包含连续、取向、热粘结的熔纺纤维的连贯基质和分散于熔纺纤维中的微纤维。类似地，小直径、取向、熔喷的纤维(例如直径小于Iym)(可向其加入无取向的熔喷纤维)是已知的。但是该领域同样也未提及其中分散有熔喷微纤维的粘结熔纺纤维的连贯基质。还已知的是这样的过滤元件，其包括含有热粘结的短纤维和非热粘结的带电微纤维的多孔模塑网，其中多孔模塑网通常通过纤维交叉点处的短纤维之间的粘结而保持其模塑构型。纳米纤维过滤介质层通常沿包括粗纤维层的大容量过滤介质的上游表面设置。纳米纤维沿平行于大容量过滤介质层表面的方向延伸，不仅能够高效过滤小颗粒，还能够过滤较大的颗粒，后一项功能由粗过滤介质提供。纳米纤维以铺放在支撑基底上的薄层形式提供和/或与保护层结合使用的薄层形式提供以便获得多种有益效果，包括提高的效率、 降低的初始压降、可清洁性、减少的过滤介质厚度和/或形成某些流体(例如水滴)不可渗透的屏障。之前的研究显示了几个固有的缺点，例如不存在支撑基底、纳米纤维层/基底分层、捕集的污染物快速堵塞过滤器、纳米纤维沿平行于介质表面的方向排列。因此，需要可进行定制以满足具体应用(尤其是，其中过滤介质的平均流量孔径小于约2 μ m的应用)的严格条件的非织造过滤介质。本专利技术公开了一种用于制造具有特定纤维直径特性的非织造纤维网的新方法以及此类非织造纤维网。具体地讲，本专利技术的非织造纤维网可用于诸如高效过滤之类的需要降低的平均流量孔径(例如小于约2 μ m)的应用。通过控制纤维直径的统计学参数，本专利技术制备了可确保此类降低的平均流量孔径的非织造纤维网。专利技术概述本专利技术涉及包含一种或多种聚合物纤维的非织造纤维网，这些聚合物纤维具有符合约翰逊无界分布的数均纤维直径分布。在一个优选的实施方案中，位于该纤维直径分布内的一种或多种纤维由相同的纺丝头制成。可通过聚合物熔体或聚合物溶液的离心纺丝制备纤维网。在纤维网的另一个实施方案中，一种或多种聚合物纤维的数均纤维尺寸小于lym。在另一个实施方案中，在基重为约25g.m-2时，本专利技术纤维网具有在约 5ft3 · ft-2min_1 (0. 0254m3. πΓ2· s—1)至约 IOOft3 · ft-2min_1 (0. 508m3. πΓ2· s—1)范围内的弗雷泽(Frazier)孔隙率。本专利技术还涉及优化非织造纤维网的平均流量孔径的方法，所述方法包括对一种或多种聚合物纤维进行纺丝，其中所述一种或多种聚合物纤维的数均纤维直径分布符合约翰逊无界分布。在一个实施方案中，所述一种或多种聚合物纤维的数均纤维尺寸小于1，OOOnm。在该方法的一个实施方案中，纺丝包括以下步骤(i)向具有前表面纤维排放边缘的旋转分配盘的内纺丝表面提供至少一种热塑性聚合物的纺丝熔体或溶液；(ii)使所述纺丝熔体或溶液沿所述旋转分配盘的所述内纺丝表面流出，以便将所述纺丝熔体或溶液分布为薄膜并朝向前表面纤维排放边缘；以及(iii)将单独的熔融或溶液聚合物纤维流从所述前表面排放边缘排放到气体流中以使纤维流变细，从而制得具有小于约1，OOOnm的平均纤维直径的聚合物纤维；其中所述聚合物熔体或溶液具有的粘度高于用于制备所述聚合物纤维的最低有效粘度，所述聚合物纤维的数均纤维直径分布符合约翰逊无界分布；和/或其中所述聚合物熔体或溶液具有的流量低于用于制备所述聚合物纤维的最大有效流量，所述聚合物纤维的数均纤维直径分布符合约翰逊无界分布；和/或其中所述聚合物溶液具有的浓度高于用于制备所述聚合物纤维的最低有效浓度， 所述聚合物纤维的数均纤维直径分布符合约翰逊无界分布；和/或其中所述旋转分配盘的旋转速度小于用于制备所述聚合物纤维的最大有效旋转速度，所述聚合物纤维的数均纤维直径分布符合约翰逊无界分布。最后，本专利技术还涉及通过上述方法制备的非织造纤维网。附图简述附图说明图1示出了峰度与偏度平方的曲线图，该图限定了非织造纤维网的聚合物纤维的数均直径分布符合约翰逊无界分布的情形。专利技术详述本专利技术一般涉及具有特定纤维尺寸分布的聚合物纤维的非织造纤维网。术语“非织造的”是指包含众多无规分布的聚合物纤维的纤维网。聚合物纤维通常可以彼此粘结，或者可以不粘结。聚合物纤维可以是短纤维或连续纤维。聚合物纤维可5包含一种材料或多种材料，也可以是不同纤维的组合或者是分别包含不同材料的类似纤维的组合。如本文所用，术语“纳米纤维”是指横截面的数均直径小于约IOOOnm的纤维。优选地，数均直径在约IOnm至约SOOnm的范围内。在优选的范围中，纤维的数均直径在约50nm 至约500nm的范围内或约IOOnm至约400nm的范围内。如本文所用，术语“直径”包括非圆形形状的最大横截面。纤维的数均直径通过从每种测定的样品中随机选取至少100根可区别的纤维而限定。“纳米纤维网”是聚合物纳米纤维的非织造纤维网。术语“纳米网”和“纳米纤维网”在本文中作为同义词使用。所谓“离心纺丝”是指纤维纺丝工艺，其包括向具有前表面纤维排放边缘的加热旋的转分配盘的内纺丝表面提供至少一种热塑性聚合物的纺丝熔体或溶液。使聚合物熔体或溶液沿所述内纺丝表面流出，以便将纺丝熔体或溶液分布为薄膜并朝向前表面纤维排放边缘。将熔体或溶液以单独的聚合物纤维流从前表面排放边缘排放到气体流中，以使纤维流变细，从而制得具有小于约1，OOOnm的平均纤维直径的聚合物纳米纤维。离心纺丝在美国专利5，494，616中有所描述，该专利全文以引用方式并入本文中。L·.约翰逊分布当涉及聚合物纤维数均直径的频率或概率分布的形态时，“偏度”是指分布的不对称程度。如相关领域的普通技术人员所理解的那样，在数均直径随测量数目变化的曲线图中，不对称尾端偏向右侧延伸的分布称为“正偏态”或“右偏态”，而不对称尾端偏向左侧延伸的分布称为“负偏态”或“左偏态”。偏度的范围可以从负无穷大到正无穷大。本专利技术中用于偏度(β》的公式为βι=NΣ 3_](N-I) (N-2)其中“ Xi ”是第i个观测本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．非织造纤维网，所述非织造纤维网包含一种或多种聚合物纤维，其中所述一种或多种聚合物纤维具有符合约翰逊无界分布的数均纤维直径分布。

【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：P·H·杨，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US