[发明专利]用于提高芳族聚酰胺短切纤维的长丝粘结性的方法

说明书

本发明涉及一种用于提高芳族聚酰胺短切纤维的长丝粘结性的方法。

填充有芳族聚酰胺纤维(通常高达20％)且为颗粒状的热塑性预复合物常用作例如通过注射成型工艺生产具有增强的抗磨损性能的复合制品(如齿轮、轴承)的原料。通过将热塑性基质材料切片与芳族聚酰胺短切纤维混合并经由熔融挤出工艺制备所述预复合物。为此，分别将热塑性切片和芳族聚酰胺短切纤维定量供入挤出机的进料口。向挤出机中喂入纤维会严重问题：形成纤维桥结和纤维团块，从而妨碍向挤出机中平滑快速地引入。看起来像是不再粘着在短切纤维段中的那些单个长丝聚结成绒球，从而产生团块、桥结并堵塞输送系统。

因此，本发明的目的在于提供一种获得不具有上述缺点的短切纤维的方法。因此本方法提供了颗粒状短切纤维、即其中一长丝粘结性增强从而表现出似乎该纤维是一大单丝的性能的纤维。但是，不能通过涂用经改良的粘合剂或类似物来减少上述缺点，因为这并不能从本质上增强丝束粘合性。

为此，本发明提供了一种提高芳族聚酰胺短切纤维的长丝粘结性的方法，包括如下步骤：用膜形成粘合剂浸渍纤维；干燥纤维；可选地向纤维涂用整理剂；以及，将纤维短切成长1-16mm的纤维段；其特征在于，在涂用粘合剂之前对纤维进行加捻工序，以获得捻度水平为10-150tpm的纤维；特征还在于，纤维的短切在旋转式短切机中进行。

令人惊讶地发现，在为制备短切纤维而进行的旋转式短切之前实施加捻步骤从本质上增强了长丝粘结性，从而能够完全或几乎完全防止自由长丝聚结成绒球。因此，本方法的效果在于显著增大了纤维材料的堆积密度。增大堆积密度相当于使材料能更容易地喂入挤出机中。

对于芳族聚酰胺纤维而言，本发明的方法尚不为人知。根据US5,227,238，碳纤维被短切并最优选提供成10-20捻每米，以获得集束度更佳的短切碳纤维。但是，US 5,227,238并未公开使用旋转式短切机来增加堆积密度。

根据本发明将芳族聚酰胺纤维加捻成捻度水平为至少10tpm(捻回每米)、但不超过150tpm，所述加捻是纤维领域中极为常见的工艺，对于本领域的技术人员而言无需进一步说明。捻度水平为20-100tpm、最优选为30-80tpm时效果更好。这些经加捻的纤维大致呈圆形，该几何结构通过纤维上的浆料进行固定，切断后将获得圆形或椭圆形(横截面)短切纤维，而不是使用现有技术的情况下的扁平短切纤维。这些圆形或椭圆形短切纤维被认为还有利于简化对这些纤维的操作。

在作为最终获得经改良的短切纤维的主要步骤的加捻步骤之后，用膜形成粘合剂和可选的涂层整理剂处理纤维。所述粘合剂可进一步增强丝间粘结，并且，所述粘合剂应该是一种在挤出机中熔融的膜形成聚合物。优选地，所述粘合剂是水可溶性的或水可分散性的，例如是聚氨基甲酸酯和/或磺化聚酯树脂。

适宜的聚酯的示例是磺化二羧酸、二羧酸和二元醇衍生的聚合物。优选衍生自二甲基磺基间苯二甲酸钠、间苯二甲酸和乙二醇的聚酯。这种产品可以商品名EastmanLB-100提供。适宜的聚氨基甲酸酯的示例是聚醚-聚氨基甲酸酯或聚酯-聚氨基甲酸酯分散体，可分别以商品名AlberdingkU400N和ImpranilDLF提供。粘合剂的适宜的量在1.5-12wt.％之间，优选为2.0-9wt.％，更优选为2.5-6wt.％。当粘合剂作为水溶液或水分散体被涂用时，在涂用粘合剂之后，应例如通过转鼓式干燥器、空气干燥器等对纤维进行干燥。

如果使用，涂层整理剂是减少被处理的纱和短切纤维分别对切断装置的引导辊和到挤出机的输送系统的金属部件的摩擦力的低特性粘度的油。优选地，涂层整理剂是用量为0.05-3wt.％、更优选为0.1-1wt.％的酯油。适宜的油的示例是硬脂酸2-乙基己酯、棕榈酸2-乙基己酯、月桂酸正丁酯、辛酸正辛酯、硬脂酸丁酯或其混合物。更优选的酯油是可以商品名LW245提供的硬脂酸2-乙基己酯和棕榈酸2-乙基己酯的混合物。

将经粘合剂处理、干燥并可选地还涂有整理剂的纤维短切成1-16mm、优选为2-12mm、更优选为3-10mm的纤维段。利用旋转式短切机进行所述短切。旋转式短切机具有其它优点，即更高效、过程更经济且产生更少废料或不产生废料。尽管适于短切芳族聚酰胺纤维的任何其它常见的短切机如铡刀式短切机也能使堆积密度增大，却不能实现本发明的方法的极高的堆积密度。

还发现，通过使用低线密度的纤维可进一步改善加捻和旋转式短切的效果。在把纤维短切成短段、优选为4mm或更小时，这种额外的效果特别显著。因此，优选使用线密度小于2000dtex的纤维，并且，优选将纤维短切成长度小于4mm。