专利名称：含有聚芳硫醚组分的多组分纤维的制作方法含有聚芳硫醚组分的多组分纤维发明背景 1.发明领域本发明涉及具有聚芳硫醚组分的纤维以及包含所述纤维的产品。2.相关领域描沭采用过滤工艺，通过使流体流通过截留夹带物或悬浮物的过滤介质可将一个相的 化合物与另一个相的流体流分离。流体流可以是包含固体颗粒的液体流，或可以是包含液 体或固体气溶胶的气体流。例如，采用过滤器来收集从焚烧炉、燃煤锅炉、金属熔炉等排出的粉尘。此类过滤 器通常被称为“袋式过滤器”。由于排出的气体可具有较高的温度，因此要求用于收集从这 些炉子或类似装置中排出的热粉尘的袋式过滤器是耐热的。袋式过滤器还可以在化学腐蚀 性环境中使用。因此，集尘环境还需要由表现出耐化学品性的材料制成的滤袋。普通过滤 介质的实例包括由芳族聚酰胺纤维、聚酰亚胺纤维、氟纤维和玻璃纤维形成的织物。聚苯硫醚(PPS)聚合物表现出耐热性和耐化学品性，因此PPS聚合物可用于多种 应用中。例如，PPS可用于制造汽车、电气设备与电子器件、工业/机械产品、消费品等的模 制组件。PPS还被提议用作过滤介质、阻燃制品、以及高性能复合材料的纤维。虽然该聚合 物具有多种优点，但是由PPS制备纤维时仍存在许多相关的困难。在连续工业化生产条件下，要纺织PPS纤维是困难的，因为PPS聚合物往往会粘附 在喷丝头喷嘴的孔口上，从而导致纤维生产中断。最终，将会使得喷嘴被污染，而需要关闭 设备以处理各个喷丝孔、喷丝头表面或更换整个喷丝头。众所周知，PPS对金属表面具有亲 和力。据信，此亲和力是PPS纺丝不良的潜在原因。需要一种可制备PPS纤维的熔体纺丝法，在该方法中可连续地纺织纤维，对纺丝 工艺的中断极少。发明概述本发明提供一种制备含有聚芳硫醚成分的多组分纤维的商业上可行的方法。在第一实施方案中，本发明涉及具有暴露外表面的多组分纤维，所述多组分纤维 包含聚芳硫醚聚合物的至少第一组分和不含聚芳硫醚聚合物的热塑性聚合物的至少第二 组分，其中所述热塑性聚合物形成多组分纤维的整个暴露表面。在本发明的其他实施方案中，多组分纤维可为双组分纤维或海岛型纤维。附图简述因此，上面概括性地描述了本发明，现在将结合附图进一步说明，但这些附图未必 按比例绘制，并且其中图1为本发明的示例性多组分纤维(即双组分纤维)的横截面图；图2为本发明的另一示例性多组分纤维(即海岛型纤维)的剖面图；以及图3为本发明的另一示例性多组分纤维(即多叶形纤维)的剖面图。发明详述现将结合附图在下文中更全面地描述本发明，其中示出了本发明的一些而非全部 实施方案。实际上，这些发明可以许多不同的形式来体现，并且不应理解为受本文所示实施 方案的限制；相反，提供这些实施方案以使本公开满足适用的法律要求。同样的数字在全文 中指代同样的元件。如发明背景中所述，PPS对金属表面具有亲和力，这被认为是其纺丝特性不良的潜 在原因。然而据发现，将不含聚芳硫醚的热塑性聚合物的第二组分围绕多组分纤维的聚芳 硫醚组分的整个暴露表面进行共纺可使喷丝头喷嘴的堵塞降至最低，从而在喷丝头发生变 化前延长了纤维纺丝时间，提供了一种商业上可行的纺丝工艺。此外，通过使围绕多组分纤 维聚芳硫醚组分的整个暴露表面的不含聚芳硫醚的热塑性聚合物的量最小化，令人惊奇地 发现该多组分纤维仍表现出类似于聚芳硫醚单组分纤维的有用的耐化学品性和阻燃性。如本文所用，术语“多组分纤维”包括由存在于纤维的离散结构域中的两种或更多 种聚合物制备的短纤维和连续长丝，其与结构域通常为分散的、无规则的或非结构化的共 混物形成对比。这些两种或更多种结构化的聚合物组分被布置到位置基本恒定的不同区域 中，这些区域横跨多组分纤维的横截面并沿着多组分纤维的长度连续地延伸。仅出于示例性目的，本文将从包含两种组分的双组分纤维方面对本发明进行总体 描述。然而，应当理解本发明的范围旨在包括具有两种或更多种结构化组分的纤维。图1为可用于本发明的示例性纤维构型的横截面图。图1示出了具有内部芯聚合 物结构域12和围绕的外皮聚合物结构域14的双组分纤维10。外皮组分14由不含聚芳硫 醚聚合物的热塑性聚合物形成。芯组分12由聚芳硫醚聚合物形成。在本发明中，外皮14 为连续的，例如完全围绕着芯12并形成纤维10的整个外表面。如图1所示，芯12可以为 同心的。作为另外一种选择，芯可以为偏心的，如下文所详述。另外，应当认识到，由于加工 变化性，外皮的一小部分可能会被聚芳硫醚聚合物接触到，然而据信这仅会对可纺性造成 轻微的影响。无论如何，外皮应基本上不含聚芳硫醚聚合物。还可采用本领域中已知的其他结构化纤维构型，只要不含聚芳硫醚聚合物的热塑 性聚合物形成纤维的整个暴露外表面。例如，另一种合适的多组分纤维构型包括“海岛型” 排列。图2示出了一种此类海岛型纤维20的剖面图。一般而言，海岛型纤维包含围绕着多 个“岛型”聚合物组分24的“海型”聚合物组分22。如图2所示，岛型组分可大体上均勻地 排列在海型组分22的基质内。作为另外一种选择，岛型组分可随机分布在海型基质内。海型组分22形成纤维的整个暴露外表面并由不含聚芳硫醚聚合物的热塑性聚合 物形成。与皮-芯型双组分纤维10的芯组分12 —样，岛型组分24也由聚芳硫醚聚合物形 成。海岛型纤维还可任选地包含芯26，其可为如图所示的同心的或如下所述的偏心的。当 存在时，芯26由任何合适的成纤聚合物形成。本发明的纤维也包括多叶形纤维，所述多叶形纤维具有三个或更多个由其中部向 外延伸的臂或叶。图3为本发明的示例性多叶形纤维30的剖面图。纤维30包含中部芯32 以及由其向外延伸的臂或叶34。臂或叶34由不含聚芳硫醚聚合物的热塑性聚合物形成， 中部芯32由聚芳硫醚聚合物形成。虽然在图3中以位于中部的芯示出，但是芯也可为偏心 的。可采用这些或其他多组分纤维构型中的任何构型，只要纤维的整个暴露外表面由不含聚芳硫醚聚合物的热塑性聚合物形成。由于一般用于生产合成纤维的设备通常生产具有大体圆形横截面的纤维，因此纤 维的横截面优选为圆形的。在具有圆形横截面的双组分纤维中，第一组分和第二组分的构 型可为同心的或离心的，后一种构型有时被称为“改进并列型”或“偏心”多组分纤维。有利的是，本发明的皮/芯型纤维为同心纤维，并因此通常为非自卷曲纤维或非 潜在卷曲纤维。同心构型的特征在于外皮组分具有大体上均勻的厚度，使得芯组分大致位 于纤维的中部，如图1所示。这与偏心构型形成对比；在偏心构型中，外皮组分的厚度是变 化的，因此芯组分不位于纤维的中部。同心的皮/芯型纤维可定义为按皮/芯型双组分纤 维的直径计，其中芯组分的中心偏离外皮组分的中心不超过约0至约20%，优选不超过约0 至约10%的纤维。本发明的海岛型纤维和多叶形纤维还可以包含大体上位于纤维结构中心的同心 芯组分，例如分别由图2和图3所示的芯26和芯32。作为另外一种选择，可偏心地设置附 加的聚合物组分，使得围绕的不含聚芳硫醚聚合物组分的热塑性聚合物的厚度在整个纤维 横截面上变化。任何附加的聚合物组分可具有大体上呈圆形的横截面，例如分别由图1、2和3所 示的组分12、24和32。作为另外一种选择，本发明纤维的任何附加的聚合物组分可具有非 圆形的横截面。聚芳硫醚包括含有芳硫醚单元的直链、支链或交联聚合物。聚芳硫醚聚合物及其 合成在本领域中是已知的，另外此类聚合物也可商购获得。可用于本发明的示例性聚芳硫醚包括含有由式一 [(Ar1) n-X] ffl- [ (Ar2) ,-Y] Γ- (Ar3) k-Z] f-[ (Ar4) 0-ff]p-表示的重复单元的聚亚芳基硫醚，其中Ar1、Ar2、Ar3和Ar4 相同或不同，并为6至18个碳原子的亚芳基单元；W、X、Y和Z相同或不同，并为选自以下基 团的二价连接基一SO2--、一S—、一SO—、一CO—、一0—、—coo—或1至6个碳原子的亚 烷基或次烷基，并且其中至少一个连接基为一S-；以及n、m、i、j、k、1、ο和ρ独立地为0 或1、2、3或4，前提是它们的总和不小于2。亚芳基单元Ai^Ai^Ar3以及Ar4可选择性地被 取代或未取代。有利的亚芳基体系为亚苯基、亚联苯基、亚萘基、蒽以及菲。聚芳硫醚通常 包含至少30摩尔％、具体地至少50摩尔％、以及更具体地至少70摩尔％的芳硫醚(一S-) 单元。优选地，聚芳硫醚聚合物包含至少85摩尔％的直接连接到两个芳环上的硫醚键。有 利的是，聚芳硫醚聚合物为聚苯硫醚(PPS)，其在本文中定义为包含作为其组分的苯硫醚结 构-(C6H4-S)η—(其中η为1或以上的整数)。至少一种其他的聚合物组分包括聚酯、聚酰胺或聚烯烃聚合物。示例性聚酯包括 但不限于诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯的芳族聚酯、诸如聚乳酸的脂族聚酯以及它们的混合 物。示例性聚酰胺包括尼龙6和尼龙6，6。示例性聚烯烃包括但不限于聚丙烯、聚乙烯(低 密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯)、聚丁烯，和共聚物及三聚物以及它们的混 合物。虽然可采用这些聚合物的混合物，但是所述至少一种其他聚合物组分并不包括如 上所定义的聚芳硫醚聚合物。这可以降低制造成本和复杂性。但令人惊奇的是，尽管存在 与芯聚合物组分的聚芳硫醚聚合物不同或化学性质不相似的聚合物，但是对于下游加工而 言本发明的纤维仍表现出足够的完整性。5在本发明的一个实施方案中，成纤聚合物可为脂族聚酯聚合物，例如聚乳酸 (PLA)。可用于本发明的脂族聚酯的其他实例包括但不限于由以下物质形成的成纤聚合物 (1)脂族二醇(例如乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、辛二醇或癸二醇)或乙二醇的低聚物 (例如二乙二醇或三乙二醇)与脂族二元羧酸(例如琥珀酸、己二酸、辛二酸或癸二酸)的 组合或(2)除聚乳酸之外的羟基羧酸的自缩合产物，例如聚羟基丁酸酯、聚己二酸乙二醇 酯、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸己二醇酯(polyhexaneadipate)，以及包含它们的共聚物。 脂族聚酯在本领域中是已知的并可商购获得。在本发明的另一有利实施方案中，本发明纤维的成纤组分可包括芳族聚酯聚合 物。热塑性芳族聚合物包括(1)具有2至10个碳原子的烷撑二醇与芳族二酸的聚酯；(2)聚 萘二甲酸烷撑二醇酯，其为2，6-萘二甲酸和烷撑二醇的聚酯，例如聚萘二甲酸乙二醇酯； 以及⑶衍生自1，4_环己烷二甲醇和对苯二甲酸的聚酯，例如聚对苯二甲酸环己烷二甲醇 酯。聚对苯二甲酸烷撑二醇酯，尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯(又称PET)和聚对苯二甲酸 丁二醇酯尤其适用于多种应用。此类聚酯在本领域中是已知的并可商购获得。本发明纤维的相应各聚合物组分的重量比可以变化。例如，聚合物组分的重量比 可在约5 95至约95 5的范围内。本发明纤维的一个优点在于，通过在纤维的暴露表 面上采用最小量的不含聚芳硫醚聚合物的热塑性聚合物，可使得对纤维的所需特性例如耐 化学品性和耐热性的不利影响最小。就这一点而言，不含聚芳硫醚组分的热塑性聚合物占 纤维总重量的小于约30重量％，更有利的是小于纤维总重量的约20重量％，并且最有利的 是小于纤维总重量的约10重量％。就纤维的最终用途而言，其中期望纤维的性能与聚芳硫 醚单组分纤维非常接近，那么不含纤维聚芳硫醚聚合物组分的表面热塑性聚合物的量应尽 可能最小化。这些聚合物可任选地包含对其所需特性无不利影响的其他组分。可用作附加组分 的示例性材料包括但不限于抗微生物剂、颜料、抗氧化剂、稳定剂、表面活性剂、蜡、流动促 进剂、固体溶剂、颗粒以及添加用于提高第一和第二组分可加工性的其他材料。这些和其他 添加剂可按常规量使用。制备多组分纤维的方法为人们所熟知，因此无需在此详细描述。一般来讲，使用常 规的多组分纺织纤维纺丝工艺和设备以及利用本领域已知的机械拉伸技术来制备本发明 的多组分纤维。用于聚芳硫醚聚合物的熔体挤出和纤维成形的加工条件在本领域中为人们 所熟知并可用于本发明。可用于纤维附加聚合物组分的其他成纤聚合物的熔体挤出和纤维 成形的加工条件在本领域中也是已知的并可用于本发明。要形成本发明的多组分纤维，将至少两种聚合物，即聚芳硫醚聚合物和至少一种 附加的成纤聚合物，分别进行熔体挤出并送入到聚合物分配系统中，聚合物在该系统中被 导入喷丝板。聚合物经单独的通道流向纤维喷丝头并在喷丝孔中合并。将喷丝头构造为使 得挤出物具有所需的形状。经模具挤出后，所得的细液体股线或长丝在其通过围绕的流体介质冷却而被固化 前保持熔融状态，所述流体介质可以为吹向这些股线的冷空气或浸入诸如水的液体浴。一 旦固化后，即将这些长丝卷绕至导丝辊上或另一卷绕表面上。在连续长丝工艺中，将这些股 线卷绕至导丝辊上，其与卷绕导丝辊的速度成比例地向下拉伸细液流。在喷射工艺中，将这 些股线收集在诸如气枪的喷射器中，并吹至诸如辊的卷绕表面上或移动带上以形成纺粘纤维网。在熔喷工艺中，在喷丝头的表面喷射空气，以便当细液流通过冷空气通道沉积在卷绕 表面上时，空气同时起到下拉和冷却细液流的作用，从而形成纤维网。无论采用哪种熔体纺丝工序，这些细液流均以熔融状态(即在发生固化前)熔融 下拉以对聚合物分子进行取向，从而获得良好的韧度。可使用本领域已知的典型熔体拉伸 比。如果采用连续长丝或短纱工艺，可能有利的是使用常规拉伸设备(例如，差速运行的连 续导丝辊)将股线在固态下拉伸。在固态下拉伸后，可将连续长丝卷曲或变形，并切成所需的纤维长度，从而制得短 纤维。短纤维的长度一般在约25至约50毫米的范围内，但根据需要也可以更长或更短。本发明的纤维可用于制备多种产品，包括但不限于非织造结构，例如但不限于梳 理纤维网、湿法纤维网、干法纤维网、纺粘纤维网、熔喷纤维网等。本发明的纤维也可用于制 备其他纺织结构，例如但不限于织造织物和针织织物。在由本发明的纤维制备的制品中，除 了这些纤维外还可以存在其他纤维，包括本领域已知的各种合成纤维和/或天然纤维中的 任何纤维。示例性合成纤维包括聚烯烃、聚酯、聚酰胺、丙烯酸类、人造丝、乙酸纤维素、热塑 性多组分纤维(例如常规皮/芯型纤维、如聚乙烯外皮/聚酯芯纤维)等以及它们的混合 物。示例性天然纤维包括羊毛纤维、棉纤维、木浆纤维等以及它们的混合物。在本发明的一个尤其有利的方面，将这些纤维用于制备过滤介质。在此实施方案 中，本发明的纤维可表现出良好的耐热性和耐化学品性。这些纤维还可表现出良好的柔韧 性和拉伸强度，并可用来制备在腐蚀性和/或高温环境下使用的产品。例如，本发明的纤维 可容易地加工以制备用作过滤介质的产品，例如用来收集由焚烧炉、燃煤锅炉、金属熔炉等 产生的热粉尘的袋式过滤器(或袋室过滤器)。本发明的纤维的另一用途为制备热油变压 器的隔热材。测试方法易燃性(NFPA-702-1980)测试用作本研究的基础。此测试主要涉及衣物，并且其 测量材料接触火源时的阻燃性。标准化火焰冲击成45度角安装的6. 4X15. 2cm样本的下 边缘。在本改进方法中，施用火焰直到样本点燃。然后，测定以秒为单位的点燃时间以及总 燃烧时间。以cm为单位记录燃烧长度。实施例通过以下非限制性实施例将进一步阐述本发明。比较实施例A在此实施例中，双组分纺粘织物由聚苯硫醚组分制成。聚苯硫醚组分在1200s—1的 剪切速率和316°C的温度下具有1700泊的标称熔融粘度。树脂以Fortron PPS 0317C1得 自Ticona。在115°C下，将聚苯硫醚树脂在通风干燥机中干燥至含水量小于150ppm。将聚 合物在单独的挤出机中加热至295°C。将聚合物流计量送入纺丝组件中，其中两种熔体流分 别过滤，然后通过堆叠的分配盘合并，得到具有皮_芯型横截面的多排纺粘纤维。PPS组分 同时构成外皮组分和芯组分。纺丝组件由4316个圆形毛细管孔(155排，其中毛细管的数量在22至28之间变 化)组成。各毛细管均具有0. 35mm的直径和1. 40mm的长度。组件的纵向宽度为18. 02cm, 横向宽度为115. 09cm。将纺丝组件加热至295°C，以1. 0克/孔/分钟的聚合物通过速率经各毛细管纺出聚合物。在122cm长的侧吹冷却系统中，将纤维冷却。通过矩形狭缝喷射 器向纤维束提供拉细力。纺丝组件与喷射器入口之间的距离为83. 82cm。将退出喷射器的 纤维收集在成型带上。在成型带下方施加真空，以有助于将纤维固定在成型带上。然后在 压花辊和砧辊之间将纺粘层热粘结。粘结条件为148°C的辊温和300PLI的辊隙压力。热粘 结后，用绕线机将纺粘片材形成卷。尝试制备比较实施例A遇到了巨大的困难。在开始的数分钟内，需要刮擦喷丝头 表面以除去最初形成的任何残留物。通常每小时就要重复刮擦喷丝头的表面一次。常见的 纺丝缺陷类型为片材中存在未拉细的聚合物、纤维和非纤维材料堵塞喷射器以及熔融聚 合物污染成型带，这些缺陷导致需要采取离线方法来处理污染的喷丝头表面。其中许多缺 陷还会导致粘结物缠绕以及片材断裂，这也需要采取离线方法进行处理。表中列出了阻燃性能数据。实施例1在此实施例中，按照比较实施例A中所述制备双组分纺粘织物，不同的是纤维由 聚对苯二甲酸乙二醇酯组分和聚苯硫醚组分组成。聚酯组分具有0. 53dl/g的特性粘度， 其以商品名Crystar 聚酯(Merge 4415)得自DuPont。聚苯硫醚组分在1200s—1的剪切 速率和316°C的温度下具有1700泊的标称熔融粘度。该树脂以Fortron PPS 0317C1得自 Ticona0在120°C下，将聚酯树脂在通风干燥机中干燥至含水量小于50ppm。在115°C下，将 聚苯硫醚树脂在通风干燥机中干燥至含水量小于150ppm。将聚合物在单独的挤出机中加 热，使聚酯加热至290°C，聚苯硫醚树脂加热至295°C。将两种聚合物计量送入纺丝组件中， 其中两种熔体流分别过滤，然后通过堆叠的分配盘合并，得到具有皮-芯型横截面的多排 纺粘纤维。PPS组分构成芯，并且PET组分构成外皮。聚酯组分构成纺粘纤维重量的10%。制备实施例1时纺丝工艺未出现缺陷。实际上，实施例1的工艺条件一经设定，工 艺即可运行3小时以上而无需停止或操作人员介入。制备了所需的产品后，中断实施例1 的制备。经发现，在这段时间内喷丝头表面无污染或单体残留。表中列出了阻燃性能数据。实施例2实施例2的制备与实施例1类似，不同的是PET组分为15%。制备实施例2时纺丝工艺未出现缺陷。工艺运行了 3小时以上而无需停止或操作 人员介入。制备了所需的产品后，中断实施例2的制备。经发现，在这段时间内喷丝头表面 无污染或单体残留。表中列出了阻燃性能数据。实施例3实施例3的制备与实施例1类似，不同的是PET组分为20%。制备实施例3时纺丝工艺未出现缺陷。工艺运行了 3小时以上而无需停止或操作 人员介入。制备了所需的产品后，中断实施例3的制备。另外，还单独地尝试了证明与实施 例3相关的工艺连续性。工艺在线进行并允许运行7小时以上而不中断。喷丝头表面的检 查表明其基本上不存在污染或单体残留。表中列出了阻燃性能数据。实施例48实施例4的制备与实施例1类似，不同的是PET组分为25%。制备实施例4时纺丝工艺未出现缺陷。工艺运行了 3小时以上而无需停止或操作 人员介入。制备了所需的产品后，中断实施例4的制备。经发现，在这段时间内喷丝头表面 无污染或单体残留。 表中列出了阻燃性能数据。实施例5实施例5的制备与实施例1类似，不同的是PET组分为50%。制备实施例5时纺丝工艺未出现缺陷。工艺运行了 3小时以上而无需停止或操作 人员介入。制备了所需的产品后，中断实施例5的制备。经发现，在这段时间内喷丝头表面 无污染或单体残留。表中列出了阻燃性能数据。实施例6实施例6的制备与实施例1类似，不同的是PET组分为75%。制备实施例6时纺丝工艺未出现缺陷。工艺运行了 3小时以上而无需停止或操作 人员介入。制备了所需的产品后，中断实施例6的制备。经发现，在这段时间内喷丝头表面 无污染或单体残留。表中列出了阻燃性能数据。不受理论的束缚，据信用PET构成外皮将PPS熔体与纺丝组件的金属表面隔离防 止了 PPS残留物在毛细管出口边缘和喷丝头表面堆积。这使得纺丝工艺可运行更长的时间 而无需操作人员介入或停止工艺，以制备皮/芯型PET/PPS纺粘纤维，而不是仅由PPS构成 的纺粘纤维。表纤维阻燃性能 这些阻燃性能数据表明具有暴露的聚酯表面组分的双组分纤维具有实际上与 100% PPS纤维类似的特性，尤其是其中暴露的PET外皮组分占纤维总重量的百分比较低 时。这些发明所属领域的技术人员应当理解，本文所示发明的许多修改形式和其他实 施方案具有前述说明和相关附图中所示教导的有益效果。因此，应当了解，本发明不受所公 开的具体实施方案的限制，并且修改形式和其他实施方案也旨在被包括在所附权利要求的 范围内。虽然本文采用了具体术语，但是这些术语仅以一般性和描述性意义使用而不是为 了进行限制。

本发明涉及一种具有暴露外表面的多组分纤维，所述多组分纤维包含聚芳硫醚聚合物的至少第一组分和不含聚芳硫醚聚合物的热塑性聚合物的至少第二组分，其中所述热塑性聚合物形成所述多组分纤维的整个暴露表面。