精制纤维 【技术领域】
本发明涉及一种精制纤维， 其具有大的平均长度、 高的湿强度和良好的填料保持值。 背景技术 浆料——例如聚对苯二甲酰对苯二胺 (PPTA) 浆料——可通过所谓的精制过程制 备， 其包括切割纤维以获得期望的纤维长度， 还伴随有对纤维的原纤化而赋予其粗糙的或 毛状的外观。
当前， 精制纤维需要对纤维进行预处理， 其中， 预先切割 ( 半 ) 连续纤维以获得具 有合适的较短尺寸的单独纤维段， 由此可制备液态悬浮物。用于浆料精制的过程例如可从 US 5,687,917 获知， 其中描述了一种通过在浆料纤维上施加机械力以制备精制浆料的精制 装置和方法。该装置包括具有多个排出管道的构件， 每个排出管道分别具有入口和出口开 口。
本发明的发明人较早在 WO 2007/121956 中描述了一种通过将纱线或梳条和液体 供给到精制机以精制纱线和梳条的方法。在此专利申请中， 描述了长至 1.61mm 的湿纱线和 长至 1.84mm 的湿梳条。没有测量这些刚刚精制的纤维的湿强度。湿强度值仅仅在经历了 其中这些纤维被进一步粉碎的第二常规精制步骤之后才确定。
在精制过程中， 纤维被原纤化以获得浆料或浆状材料。原纤化在短纤维上进行得 最好。纤维越长， 原纤化就越不可能。这在其中湿强度 ( 也称为冲击强度 ) 为重要的、 以及 同时保持填料材料的能力也为重要的应用中使用原纤化的纤维时将是不利的。 纤维的原纤 化程度越高， 其保持填料材料的能力越好， 而纤维越长， 则湿 ( 冲击 ) 强度越高。不幸地是， 不能在获得具有最优湿强度值的长纤维的同时获得具有最优填料保持的高的原纤化。
发明内容
本发明提供了长纤维以及用于获得这种长纤维的方法， 其中虽然原纤化相对较 低， 但仍具有高的湿强度值和商业上可接受的填料保持值。
为此目的， 本发明采取了一种制备原纤化的纤维的新方法。 通常， 来自纤维纺纱工 艺的纤维是湿的。 切割预处理要求纤维是干燥的， 因为切割湿 ( 未被干燥 ) 的纤维是不可行 的， 原因在于刀片将容易断裂。这是现有技术的另一不利之处， 这不仅仅是出于经济原因， 还因为如众所周知地， 产品 ( 浆料 ) 性能通过使用 “未被干燥” 的纤维作为基础材料而得以 提高。 根据已知的精制过程， 在干燥和切割后， 预切割的纤维悬浮在液体中并且获得的悬浮 物在中心处供给到精制机。
为了满足对具有高的湿强度和可接受的填料保持能力的长纤维的需要， 本发明 公开了一种精制纤维， 其具有 2 至 4 毫米的平均长度、 至少 18 ％的填料保持值以及至少 2 1.8mJ/mm 的湿强度值。
该纤维的原纤化是低的， 但仍然具有较好的填料保持值和极高的湿强度值， 并通过精制长度至少为 1 米的纱线或梳条的工艺获得， 该精制工艺包括如下步骤 ： 将优选地未 被干燥的纱线或梳条和液体供给到精制机中， 该精制机包括一个精制机装料装置， 所述精 制机装料装置具有围绕一中心孔的本体、 以及至少一个用于纱线或梳条的入口。纱线或梳 条由此不以短的纱线或梳条段的悬浮物的形式供给到精制机。
根据本发明使用的纱线或梳条包括呈长聚合物丝束形式的纱线或梳条， 其中聚合 物丝具有相同的长度。优选地， 纱线是长度至少 1 米的连续纱线， 但优选地其长度要长得 多， 例如至少 10 米， 更优选至少 100 米。纱线可以是加捻的或未加捻的纱线。在根据本发 明的另一实施方式中， 梳条呈重叠丝束形式， 这些重叠丝具有相同或不同的长度， 例如在大 约 30 至大约 1000mm 之间变动。这种纤维被称为梳条。尽管各根丝可以是非常短的， 但梳 条的长度至少为 1 米， 优选至少 10 米， 更优选至少 100 米。
纱线或梳条原则上可为任何纱线或梳条， 例如天然纱线或梳条——包括纤维素、 大麻、 棉或羊毛， 或者可为人造纱线或梳条——例如芳香族纤维、 聚酰胺、 聚酯或聚丙烯腈 (PAN)。优选地， 所述纱线或梳条是芳香族纱线或梳条， 更优选地是聚对苯二甲酰对苯二胺 (PPTA) 纱线或梳条。
纱线或梳条和液体一起以下述方式供给到精制机 ： 其保证纱线或梳条作为丝线被 引导进精制机中， 并且被引导到精制机装料装置的表面上， 而纱线或梳条段的悬浮物在精 制机的外侧离开精制机， 所述悬浮物包括合适地切割和原纤化的纱线或梳条段。纱线或梳 条供给到精制机的速度通常将取决于纱线或梳条的粗度， 并且可由技术人员容易地调节以 获得所需的浆料材料。速度可通过调节精制机的旋转副盘 ( 转子 ) 的速度和 / 或可选地通 过使用例如加压的双辊传输系统等供给设备来调节。 纱线或梳条可在中心处供给到精制机。应当注意， 纱线或梳条供给到精制机的速 度使得输送足够的纱线或梳条并且在精制机内部没有未精制纱线或梳条的积聚。
在一个优选实施方式中， 纱线或梳条以偏心方式供给到精制机。术语 “偏心” 是指 入口不位于圆形精制机的中心处， 而是与其相距一定距离。偏心供给例如可通过位于精制 机装料装置中的入口实现。 纱线或梳条入口位于精制机装料装置中有利地保证了纱线或梳 条可更容易地输送到精制机内并输送到精制机装料装置的表面上， 并且减少了纱线或梳条 在精制机内积聚的风险。
在一个特别优选的实施方式中， 纱线或梳条通过一个位于精制机装料装置中的入 口供给到精制机， 该入口如在本发明方法的另一方面中所提供的具有一在入口的流出侧上 的斜坡， 该斜坡用于将纱线或梳条从入口孔引导到精制机装料装置的表面上。
供给到精制机的液体可以是利于促进纱线或梳条的传输并且 / 或者用作冷却液 体的任何液体。供给到精制机的液体量取决于所使用的设备的尺寸。通常， 供给到精制机 的液体量使得可生产 0.1-10％ (w/w) 的纱线或梳条悬浮物。 如果用于纱线或梳条的入口孔 没有位于精制机的中心处， 则可使部分液体通过入口孔供给到精制机、 部分液体在中心处 供给到精制机。优选地， 供给到精制机的液体是水。在另一个优选实施方式中， 使用一个或 多个水喷射器将水供给到精制机。这些水喷射器构造成沿精制机的方向提供水流， 并且喷 射的水的速度使得在压力下水将纱线或梳条送入精制机的入口。 这导致纱线或梳条平稳地 输送到精制机。在供给方向上的水流速度因此至少与纱线或梳条的供给速度一样大， 但通 常更高。
本发明有利地允许向供给到精制机的液体中自由地添加某些添加剂。 因此在根据 根发明的一个实施方式中， 供给到精制机的液体包括整理剂。 整理剂通常是油性材料， 其可 作为加工助剂施加并且 / 或者用来改善精制浆料的功能特性。用作整理剂的合适的化合物 例如为乙氧基脂肪酸酯、 以及乙氧基化醇、 丙氧基醇 ( 例如丁醇等醇 ) 和乙氧基脂肪酸酯或 丙氧基脂肪酸酯的混合物。 例如， 整理剂改善了浆料的滑爽性并且 / 或者改善了其绝缘和 / 或抗静电性能。然而， 对于其中整理剂的含量应当为低或者其中整理剂应当优选不存在的 场合， 本发明有利地允许在不添加任何整理剂的情况下精制纱线或梳条。例如， 对于药品、 食品和纸类应用， 低水平或者甚至零水平的整理剂是有利的。
在另一实施方式中， 中和剂可作为添加剂添加， 以例如中和存在于芳香族纱线或 梳条中的作为来自制造工艺的遗留物的酸性残留物。液体也可包含添加剂的混合物。
本发明提供了由上述浆料制备过程获得的纤维。 由该过程获得的悬浮物可进一步 加工以获得用于多种场合的浆料或浆料状的材料。 进一步的加工可包括现有技术已知的除 水和 / 或干燥步骤。
优选地， 纤维未被干燥， 但是在由未被干燥的纱线或梳条制得之后， 其可在进一步 的应用之前进行干燥。
上述方法允许制备平均长度为 2 至 4mm、 优选 2 至 3mm 的纤维， 湿强度值至少为 2 1.8、 优选为 1.8 至 3.5mJ/mm 。短的强原纤化的纤维从未获得过如此高的强度。同时， 本发 明的纤维的填料保持值高于 18％。仅在短的原纤化纤维中知道有如此高的值。
在另一实施例中， 从由精制工艺获得的纱线或梳条悬浮物获得纤维， 纤维被供给 到另一精制机， 即经受一常规的精制步骤——包括将纱线或梳条供给到该另一 ( 常规 ) 精 制机。
在另一方面， 本发明的纤维通过使用精制机装料装置的方法获得， 其中精制机装 料装置包括一环绕中心孔的本体， 本体包括工作 / 起作用的精制表面和用于将精制机装料 装置安装在精制机中的螺栓孔， 其特征在于， 所述本体还包括至少一个用于将纱线或梳条 供给到精制机中的入口。中心孔可用于使浆料进入精制机。在一些装置中， 还可使浆料通 过中心孔离开精制机。用于供给纱线或梳条的入口的直径、 形式及在精制机装料装置中的 位置优选地适于将纱线或梳条引导进精制机并且引导到精制机装料装置的工作表面、 并且 保证离开精制机的浆料被合适地切割和原纤化。
精制机装料装置可包括一个或多个纱线或梳条入口， 例如 1 至 5 个入口或更多。
入口可位于精制机装料装置本体上的能够保证将纱线或梳条合适地加工成浆料 的任何位置。纱线或梳条入口的定位可取决于浆料出口的定位。例如， 如果浆料在下侧离 开精制机， 则纱线或梳条入口的位置可更靠近精制机装料装置的内边缘而不是外边缘， 以 允许纱线或梳条合适地接触精制机装料装置的位于表面处的刀片。
具有纱线或梳条入口的装料装置可包括一个入口孔和一个在精制机装料装置的 工作表面处位于入口的流出侧上的斜坡。 所述斜坡制造成用来将纱线或梳条从入口孔引导 到精制机装料装置的位于表面处的刀片。
上述精制过程导致相对低的原纤化并且具有改善性能的浆料， 并且在多种应用场 合中——特别是在其中高的湿强度和良好的填料保持值为重要的场合中——具有改善的 性能。 例如， 纤维可合适地用于制造摩擦材料、 衬垫、 制动衬块和衬片， 其中以传统方式应用本发明的浆料状纤维来制造这些产品。 具体实施方式
通过下列非限制性示例来进一步阐释本发明。
设备
12” Sprout Waldron 单盘实验室用精制机
动力 ： 50kW
工作动力 ： 5-25kW
1500RPM
填料样式 Andritz D2A504 等
定子盘上的入口孔直径 ： 11mm
入口孔长度 25mm， 宽度 11( 孔处缝隙的起始点 ) 至 22mm( 缝隙的终点 )， 角度大约 15°。
总体加工条件
中心水流 ： 100L/min 偏心水流 ( 与纱线或梳条一起进到入口孔 ) ： 0.1-1.0L/min
水温 ： 20℃。
测试方法
纱线或梳条长度测量
使用 Pulp ExpertTM FS 测量纱线或梳条长度。至于长度， 使用了长度加权的长度 (LL)。下标 0.25 意味着长度＞ 250 微米的碎料的相应值。该仪器利用具有已知长度的纱 线或梳条的样本进行校准。
SR(EN ISO 5267-1 ： 2000)
2g( 干重 ) 未被干燥的浆料纱线或梳条在 Lorentz and Wettre 粉碎机中于 250 次 击打期间分散在 1L 的水中。获得充分散开的样本。测量肖伯尔 - 瑞格勒 (SR) 值。(EN ISO 5267-1 ： 2000)
比表面积 (SSA) 确定
通过 BET 比表面积法使用氮气吸附确定比表面积 (m2/g)， 使用由 Micromeretics 制造的 Tristar 3000。干燥的浆料纱线或梳条样本在 200℃下干燥 30 分钟， 同时经受氮气 冲刷。
填料保持
在高速立式混合器中制备 97％ Kaolin(Laude SP 20) 和 3％ 的混合物 浆料。在粗筛设备中使用 250 目筛来筛分 20g 混合物。确定筛网上的剩余材料， 以初始量 的百分比给出。
湿强度
在高速立式混合器中制备 97％ Kaolin(Laude SP 20) 和 3％ 的混合物 浆料。10g 的混合物在 70bar 下模制成一厚度在 7.5 至 11.0mm 之间、 宽度为 15mm 的杆。该 杆在摆锤式冲击测试设备中被垂直于其主轴线地击断。湿强度以 mJ/mm2 给出。
该示例描述了以不同的精制机装料装置以及不同的纱线含水量进行的试验。 根据
本发明的精制的条件和结果在表 1 中示出。
表1
示例 1 是根据本发明的示例。其示出了良好的填料保持值和高的湿强度值。请注 意， 低的 SR 和 SSA 值表示这些样本的低程度的原纤化。
示例 A-C 是对比例。
示例 A 是从商业渠道可得到的 3091。这些是高度原纤化的短纤维， 具 有非常好的填料保持值， 但是湿强度相对较差。
示例 B 是从商业渠道可得到的 1095。这些是中度原纤化的短纤维， 具 有良好的填料保持值， 但是湿强度差。
示例 C 是切割的长度为 3.0mm 的非原纤化纱线。该样本与示例 A 和 B 的短纤维相 比具有改善的湿强度， 但是填料保持值是低的。
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