[发明专利]改进的电吹纤维纺丝方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形成纤维网的方法，其中含聚合物的液体物流通过喷丝头而被纺丝进入电场中，所述电场具有足够的强度以将电荷赋予到所述物流上，从而形成纤维，并且其中运送(forwarding)气体物流有助于输送所述液体物流远离所述喷丝头。

背景技术

PCT出版物WO 03/080905A公开了一种制造纳米纤维网的设备和方法。该方法包括向喷丝头进料聚合物溶液，对所述喷丝头施加高电压，同时使用压缩气体以便在其离开喷丝头的时候在运送气体物流中包封所述聚合物溶液，并且在接地的抽吸收集器上收集所得的纳米纤维网。

PCT出版物WO 03/080905A中所公开的方法存在着若干缺点，特别是如果该方法在工业规模实施的话。作为其中之一，喷丝头、喷丝板和喷丝头组件(喷丝头是其组件之一)和全部的相关上游溶液设备在纺丝过程中必须维持在高电压。因为聚合物溶液是导电的，与聚合物溶液接触的全部设备处于高电压，如果驱动聚合物溶液泵的马达和传动箱与泵没有电绝缘的话，将会造成短路，这将使喷丝头组件的电压电位降低到不足以产生为在聚合物溶液上赋予电荷所要求的电场的水平。

现有技术的另一缺点是工艺溶液和/或溶剂的供给必须在物理上被中断以便使其与工艺的高电压绝缘。否则，溶液和/或溶剂供应系统将使喷丝头组件接地(ground out)并且消除在聚合物溶液上赋予电荷所需要的高电场。

另外，与带电的(electrified)聚合物溶液接触的全部设备必须被电绝缘，以便适当和安全的操作。这种绝缘要求难以实现，因为这包括大设备，如喷丝头组件、输送管路、计量泵、溶液储罐、泵以及控制设备和仪表设备如压力计和温度计。进一步的复杂性在于难以设计可以在相对于大地的高电压操作的仪表设备和过程变量通讯系统。此外，全部暴露的被维持在高电压的锐利的角材(angles)或弯头(corner)必须被圆化，否则它们将在这些点形成可能放电的强烈的电场。锐利的角材/弯头的潜在源包括螺栓、角铁等。

此外，高电压还将危险引入到为维护正在进行的制造过程而向带电设备提供日常维修的那些人。被加工的聚合物溶液和溶剂常常是易燃的，这产生了由于存在高电压而剧增的进一步的潜在危险。

现有技术的另一缺点是必须使用相当高的电压。为了在聚合物上赋予电荷，需要足够强度的电场。由于喷丝头和收集器之间的距离，使用高电压来维持电场。本发明目的在于降低所用的电压。

现有技术的又一缺点是喷丝头到收集器的距离与所用的电压有关。在现有技术工艺的操作期间，可能期望的是改变喷丝头到收集器的距离(或者型板(die)到收集器的距离；“DCD”)。然而，通过改变该距离，喷丝头和收集器之间形成的电场变化了。这要求改变电压，以便维持相同的电场。因而，本发明的另一目的在于使喷丝头到收集器的距离与电场强度脱离关系。

在共同未决的美国专利申请11/023,067(2004年12月27日提交，其全盘引入本文作为参考)中，公开了一种对PCT出版物WO 03/080905A的设备和方法的改进，其公开了另一种电吹方法和设备的充电(charging)方法，其也使得DCD与电场强度脱离关系。

发明内容

在一个实施方案中，本发明涉及一种纤维纺丝方法，其包括：向喷丝板提供不带电的(uncharged)、导电的含聚合物的液体物流，在所述喷丝板中由至少一个喷丝头以一定的方向释放与运送气体结合的所述含聚合物的液体物流，使所述含聚合物的液体物流通过由电晕放电形成的离子流以将电荷赋予给液体物流，形成所述聚合物的细聚合物纤维，和收集所述细聚合物纤维。

在另一实施方案中，本发明涉及一种纤维纺丝方法，其包括：向喷丝板提供不带电的、导电的聚合物溶液，在所述喷丝板中由至少一个喷丝头以一定的方向以与运送气体结合的物流的形式释放所述聚合物溶液，使所述物流通过由电晕放电形成的离子流以将电荷赋予给所述物流，所述离子流横断所述物流的方向，由所述物流形成平均有效直径小于约0.5微米的细聚合物纤维，和以基本上没有残余电荷的纤维网的形式收集所述细聚合物纤维。

定义

在本文中，术语“电吹”和“电吹纺丝”是可互换的，是指一种形成纤维网的方法，通过该方法，通常使运送气体物流朝向收集器，将聚合物物流从喷丝头喷射到该气体物流中，由此形成在收集器上收集的纤维网，其中当所述聚合物从喷丝头释放时，在其上赋予了电荷。

术语“细聚合物纤维”是指平均有效直径小于约1微米的基本上连续的聚合物纤维。