[发明专利]用于拉伸聚烯烃纤维的加热设备和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2005年12月20日提交的序列号60/751895的美国临时申请的权益。

发明背景

发明领域

本发明涉及用于拉伸聚烯烃纤维的加热设备和用于拉伸这类纤维的方法。

相关技术的说明

高韧度聚烯烃纤维如凝胶纺(gel-spun)聚乙烯纤维在本领域是公知的。超高分子量聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁-1-烯、聚4-甲基-戊-1-烯、它们的共聚物、混合物以及加合物。它们由超高分子量的聚烯烃制备，且就聚乙烯来说，由超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制备。这类纤维的制备和拉伸已在各种专利公布中进行了描述，这些公布包括美国专利4413110；4430383；4436689；4536536；4545950；4551296；4612148；4617233；4663101；5032338；5246657；5286435；5342567；5578374；5736244；5741451；5958582；5972498；6448359；6969553以及美国专利申请公布2005/0093200，上述公布的公开内容通过同此非不相容程度的引用而清楚地结合在本文中。在美国专利申请公布2004/0040176中还公开了一种用于拉伸纤维的炉。

UHMWPE纱线在许多应用如耐冲击性和防弹产品中使用。这些产品包括防弹衣、头盔、航空器防护物以及复合材料运动装备。它们还可用于钓丝、帆、绳索、缝合线以及织物。

在典型的拉伸构造中，通过将超高分子量聚乙烯的溶液纺丝、将溶液细丝冷却至凝胶状态且随后除去纺丝溶液来制备凝胶纺纤维。然后将纺丝纤维拉伸至高度定向状态。在拉伸操作中，典型地首先将纺丝纤维进给到第一堆已加热辊上，随后穿过一个或多个炉(典型地为四个)，然后进给到第二堆已加热辊上，之后又进给到一个或多个另外的炉中(典型地为两个)，且在卷绕纤维或纱线之前最终进给到第三堆已加热辊上。按照炉中的温度和温度曲线调节辊的速度和温度，以获得纤维或纱线的所需的拉伸比和产品特性。根据此构造，纤维经受两级拉伸操作。

尽管这样的构造已产生了优良品质的纤维和纱线，但总体运行由于多个加热区和辊组而昂贵，并且限制了生产量。值得期望的将是提供一种用于聚乙烯纤维的炉构造，该种炉构造运行较为低廉并且能以更高的速率提供拉伸的纤维或纱线。

发明概述

根据本发明，提供了一种用于拉伸超高分子量聚烯烃纤维的加热设备，所述加热设备包括：

第一辊组；

多个对齐的炉，该多个炉具有邻近第一辊组的一端以及相反端；和

邻近该多个炉的相反端的第二辊组，该第一辊组和第二辊组适于提供所需的对聚烯烃纤维的拉伸。

此外根据本发明，提供了一种用于拉伸超高分子量聚烯烃纤维的方法，该方法包括使纤维经过加热设备，该加热设备包括：

多个对齐的炉，该多个炉具有邻近第一辊组的一端以及相反端；和

邻近该多个炉的相反端的第二辊组，该第一辊组和第二辊组在一定条件下运行，以提供所需的对聚烯烃纤维的拉伸以及

在第一辊组和第二辊组之间将该纤维拉伸至预定的拉伸比。

已经发现，通过除去第二辊组并提供一系列水平的炉来改变先前的拉伸构造，可以以较低的资本费用、较低的运行费用以及较高的生产量获得具有合乎需要的属性的聚烯烃纤维如聚乙烯纤维。这类纤维还具有改善的属性。

附图简述

当参考本发明优选实施例的下列详细说明以及附图时，将更充分地理解本发明并且另外的优点将变得显而易见，附图中：

图1为在聚乙烯纤维的拉伸中采用的典型的炉构造的示意图。

图2为本发明的炉构造的示意图，该炉构造可用于超高分子量聚乙烯纤维的拉伸。

发明详述

本发明包括一种用于拉伸超高分子量聚烯烃纤维的加热设备和一种用于拉伸这类纤维的方法。

对本发明而言，纤维为其长度尺寸远大于宽度和厚度的横向尺寸的伸长体。因此，用语“纤维”包括具有规则或不规则截面的一个或多个单丝、复丝、丝带、条带、毛束(staple)及其它形式的切短、切断或不连续的纤维等。用语“纤维”包括上述任一项中的多个或其组合。纱线为包括许多纤维或细丝的连续线束。

文中可用的纤维的截面可极大地变化。这些纤维在截面上可以是圆的、扁的或拉长的。它们还可以具有不规则或规则的多突起的截面，该截面具有从纤维的线性或纵向轴线伸出的一个或多个规则或不规则的突起部。纤维优选具有大致圆的、扁的或拉长的截面，最优选为大致圆的截面。