[发明专利]平铺来自离心式纺丝工艺的纤维网的方法

说明书

本专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求优先权，并且要求2011年12月21日提交的美国临时申请61/578,278的优先权，所述临时申请以引用方式全文并入本文来作为其一部分以用于所有目的。

技术领域

本发明涉及用于形成纤维网的纤维平铺方法。具体地，可制备超细纤维并收集它们形成纤维网用于选择性阻隔最终用途，例如气体和液体过滤及电池与电容器分隔体领域。

背景技术

在本领域中，已知离心式雾化工艺用于制备金属、金属合金和陶瓷粉末。在本领域中，已知离心式纺丝工艺用于制备聚合物纤维、碳沥青纤维和玻璃纤维(例如在美国专利3,097,085、2,587,710和8,277,711中有所公开)。

然而，为了由此类纤维制备可用的纤维网，需要能够以适宜的构型使纤维成网。具体地，该问题受到以下事实的困扰：纤维从旋转装置中离心形成，并且从旋转纤维流型向具有期望性能如构型和均匀度的平片的转变可能难以实现。因此需要容易地形成高质量和高均匀度的纤维网的方法。

发明内容

本发明涉及平铺来自离心式纺丝工艺的纳米纤维网的方法，该方法利用气流场和相对于收集器的纤维静电充电的组合。所述方法包括以下步骤

(i)在纤丝排放点处将熔融聚合物或聚合物溶液的纤丝或纤维形式的纤维流从旋转构件排放到基本上平行于纤丝排放方向的气流场中，

(ii)使纤维流变细，并且

(iii)通过气流场将变细的纤维流引导至收集器表面以形成纳米纤维网。

纤维流沿它们从排放点至收集器表面的全部或至少一部分途径充电

在一个实施例中，当在样品尺寸90×60cm，像素3000×2000下测量时，由该方法平铺的纤维网可具有在约0.1至约5范围内的均匀度指数。

纳米纤维可通过成形基本上垂直于收集器表面的气流被引导至收集器。在以上步骤(iii)中的气流场还可包括进入收集器表面的至少一部分的气流，其中气流基本上从介于旋转构件主体和收集器表面之间的区域垂直于收集器。

在步骤(i)中的气流场还可包括来自喷嘴的气体，该喷嘴具有位于杯或盘半径上的开口，并且气流以与半径成介于0和60度之间的角度且在与盘的旋转方向相反的方向上被引导。

该方法的旋转构件可包括盘或杯，并且纤丝从所述盘或杯的表面边缘排出或从位于表面或杯之中或之上的孔中排出。

纤丝或纤维可通过施加电荷于旋转构件、纤丝、收集器表面、位于收集器表面附近的结构、或这些位置的任何组合获得它们相对于收集器的电荷，并且该电荷是相对于位于旋转构件、纤丝、收集器表面、位于收集器表面附近的结构、或这些位置的任何组合上的地电位的(ground)。也可通过由电晕放电或其他装置如射频放电产生的离子流将电荷施加于纤丝。

本发明也涉及平铺来自离心式纺丝工艺的纳米纤维网的方法，该方法包括以下步骤：

(i)从围绕轴旋转并位于纺丝头中的旋转盘或杯表面将聚合物熔体喷入气体或惰性气体中，其中熔融纤丝在基本上垂直于盘或杯的旋转轴线的方向上离开表面并进入在纤维收集器和纺丝头之间形成的电场；并且其中纤丝被离心力变细并冷却以形成纳米纤维，其具有小于1,000nm的数均纤维直径；

(ii)施加电荷于聚合物熔体、熔融纤丝、纳米纤维、或这三个位置的任何组合；

(iii)用成形气流将纳米纤维引导至收集器，其具有与以上(ii)中纤维上的电荷相反的电荷；并且

(iv)在收集器上收集聚合物纳米纤维；

其中位于纺丝头和收集器之间的气体紊流运动受到喷气流的抑制。

在这个实施例中，区域邻近并接触收集器存在，其中纤维的运动由纳米纤维和收集器之间的电势差控制，并且不受成形气流的影响。喷气流从喷嘴喷出，该喷嘴具有位于杯或盘半径上的开口，并且气流以与半径成介于0和60度之间的角度且在与盘的旋转方向相反的方向上被引导。

在另一个实施例中，本发明也涉及由任何上述方法制备的纳米纤维网。

在另一个实施例中，本发明涉及用于制备聚合物纳米纤维的熔体纺丝设备，所述设备包括：

(i)具有一个或多个排放点的旋转构件的第一表面，所述排放点允许纺丝流体流以纤维或纤丝形式从其中流出；

(ii)用于将离子流引导至纺丝流体、或者引导至纤维或者纤丝、或者纤维或纤丝和纺丝流体二者的装置，使得离子流沉积电荷在纤维上；并且

(iii)收集带，其具有与以上(ii)中纤维上的电荷相反的电荷。