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【专利说明】
[0001] 本申请要求2013年10月21日提交的美国临时申请61/893,321的优先权，该申请全 文W引用方式并入本文。
技术领域
[0002] 本发明设及驻极体纳米纤维网，所述驻极体纳米纤维网包括单一来源的无规缠结 的具有一定纤维直径范围的纤维网络，其获得改善的机械强度。
【背景技术】
[0003] 由纳米纤维提供的增加的表面与体积比对广泛的应用范围具有显著的影响。具体 地，在过滤器性能方面，其是基于产生最高流量同时捕获并保持最细颗粒但不阻塞过滤器， 纳米纤维具有改善的拦截和惯性冲击效率，并导致在纤维表面处滑流，从而在给定的压降 下提供更好的性能。因此，作为在基底上的涂层或与基底层压的纳米纤维在当前结合到空 气、液体和机动车应用中的过滤器中。
[0004] 聚合物纳米纤维可由基于溶液的静电纺丝或电吹法制备;然而，它们具有非常高 的加工成本、有限的生产量和低生产能力。无规地沉积纤维的烙喷纳米纤维方法在对于大 多数最终用途应用充分高的生产量下不提供足够的均匀度。所得的纳米纤维常常铺设在粗 纤维非织造物或微纤维非织造物的基底层上W构造多个层。暴露在纤维网顶部上的烙喷纳 米纤维或小微纤维的问题是它们非常脆弱并且容易通过正常处理或与一些物体接触而粉 碎。另外，此类纤维网的多层性质增加其厚度和重量，并且还在制造中引入一些复杂性。
[0005] 另一方面，带电非织造纤维网通常用作呼吸器中的过滤器W防止穿着者吸入空气 污染物。电荷增强了非织造纤维网捕获悬浮于流体中的颗粒的能力。非织造纤维网在流体 穿过纤维网时捕获颗粒。带电的介电制品常常被称为"驻极体"，并且经过数年已经开发出 多种技术用于制备运些产品。纤维驻极体纤维网通过W下方法制备:使纤维或纤维网带电， 或用电晕放电设备(美国专利4,588,537，美国专利6,365,088，美国专利6,969,484)对它们 有意地进行后充电；或者摩擦充电，所述摩擦充电在气体或液体的高速不带电射流经过介 电膜的表面时进行(美国专利5,280,406)，或向纤维网中加入某些添加剂W改善驻极体的 性能。
[0006] 美国专利8,277,711公开了无喷嘴离屯、溶体纺丝方法。使用W02013/096672的方法 将所得的纳米纤维铺设在带状收集器上W形成纤维网介质。
[0007] 所需的是单层纳米纤维网，其具有永久性静电荷并且足够强用于在制备最终使用 的制品或设备时处理。
【发明内容】
[000引本发明设及一种驻极体纳米纤维网，其包括单一来源的无规缠结的纤维网络，其 中所述驻极体纳米纤维网具有至少-8. OkV的静电电荷，W及至少2. Ogf/cm/gsm的纤维网强 度。
[0009] 本发明还设及一种驻极体纳米纤维网，其包含：（a)按数量计所述驻极体纳米纤维 网中的至少约65%的纤维是数均直径小于约1000 nm的纳米纤维；W及(b)按数量计所述驻 极体纳米纤维网中的最多约30%的纤维是数均直径为约1.0皿至约3.0皿的微纤维；W及 (C)按数量计所述驻极体纳米纤维网中的最多约5 %的纤维是数均直径大于约3. Own的粗纤 维。
[0010] 本发明还设及驻极体纳米纤维网，其由离屯、烙体纺丝方法制得。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的纤维网结构的示意图。
[0012] 图2是根据W02013096672和本发明使用适用于铺设纤维网的纺丝盘的离屯、式纤维 纺丝设备的视图。
[0013] 图3是根据本发明使用适用于铺设纤维网的纺丝碗的离屯、式纤维纺丝设备的视 图。
[0014] 图4是根据本发明来自离屯、膜原纤化的纤维纺丝图案的示意图。
[0015] 图5A是根据本发明由薄膜的不稳定性形成纤维的示意图。图5B是根据本发明由薄 膜的不稳定性形成纤维的示意图。
[0016] 图6是根据美国专利8,277,711的纤维纺丝图案的示意图。
[0017] 图7是根据本发明来自膜吹塑原纤化的纤维纺丝图案的示意图。
[0018] 图8A示出使用旋转纺丝盘的聚丙締纺丝的拉伸区溫度。图8A示出使用旋转纺丝碗 的聚丙締纺丝的拉伸区溫度。图8C示出聚丙締细旦纤维的热激电流作为溫度的函数。
[0019 ] 图9A、9B、9C和9D是在5，OOOX、2，500X、1，OOOX和250X放大倍数下的本发明实施例1 的SEM图像。
[0020] 图1OA、1OB、1OC和1OD分别为比较例1 -4的沈M图像。
[0021] 图11为纤维强度相对于纤维伸长率的图表，其将本发明中的实施例1和根据美国 专利8,277,711的纯纳米纤维网的比较例1进行比较。本发明中的实施例1的纳米纤维网具 有更好的强度和伸长特性。
[0022] 图12示出实施例的孔径分布。
[002引图13示出孔径分布，其将本发明中的实施例巧日根据美国专利8，277，711的纯纳米 纤维网的比较例进行比较。
[0024] 图14示出孔径分布，其将烙喷纳米纤维网的比较例4和烙喷微纤维网的比较例5进 行比较。
【具体实施方式】
[0025]
[0026] ^文所用，术语"纤维网"是指通常制成非织造物的纤维网络的层。
[0027] 如本文所用，术语"非织造物"是指包括多个基本上无规取向的纤维的纤维网，其 中通过肉眼不能分辨纤维排列中的总体重复结构。所述纤维可W彼此键合，或者可W是非 键合的，并且缠结W向所述纤维网赋予强度和完整性。纤维可W是短纤维或连续纤维，并且 可包含单一材料或多种材料，也可W是不同纤维的组合或者是各自包含不同材料的类似纤 维的组合。
[0028] 如本文所用，术语"纳米纤维网"是指主要由纳米纤维构造的纤维网。"主要地"是 指纤维网中大于50%的纤维是纳米纤维。
[0029] 如本文所用，术语"纳米纤维"是指数均直径小于约1000 nm的纤维。就非圆形横截 面的纳米纤维而言，如本文所用的术语"直径"是指最大的横截面尺寸。
[0030] 如本文所用，术语"微纤维"是指数均直径为约1. Owii至约3. Owii的纤维。
[0031 ]如本文所用，术语"粗纤维"是指数均直径大于约3. Owii的纤维。
[0032] 如本文所用，术语"粗级纳米纤维网"是指具有大于约5.0皿的中流量孔径的纳米 纤维网。
[0033] 如本文所用，术语"驻极体"是指带电的介电制品。
[0034] 如本文所用，术语"独立的"是指单层，自持的，且不具有任何基板的纳米纤维网。
[0035] 如本文所用，术语"单一来源的"是指得自单个纺丝过程的纤维网的任何结构特性 和带电特性。
[0036] 如本文所用，术语"离屯、式纺丝方法"是指其中纤维通过从旋转构件喷射而形成的 任何方法。
[0037] 如本文所用，术语"旋转构件"是指喷射或分配材料的纺丝装置，由此通过离屯、力 形成纤丝或纤维，无论是否使用另一种装置诸如气体辅助此类喷射。
[0038] 如本文所用，术语"凹面"是指旋转构件的内表面，其横截面可W是弯曲的，诸如半 球状，具有楠圆形、双曲线体、抛物线的横截面或可W为截头圆锥形等。
[0039] 如本文所用，术语"纺丝盘"是指旋转构件，其具有带凹面、截头圆锥形或平坦开口 的内表面的盘形。
[0040] 如本文所用，术语"纺丝碗"是指旋转构件，其具有带凹面、截头圆锥形或平坦开口 的内表面的碗形。
[0041] 如本文所用，术语"纤丝"是指可W按在纤丝变细时形成的细旦纤维的前体形式形 成的细长结构。在旋转构件的排出点处形成纤丝。排出点可W为边缘、银齿或者可为孔，流 体通过该孔挤出W形成纤维。
[0042] 如本文所用，术语"不含喷嘴"是指不来自喷嘴型纺丝孔的纤丝或纤维，或在旋转 构件上不存在任何喷嘴。
[0043] 如本文所用，术语"气流场"是指描述本发明方法中的任何点或物理位置处的空气 速度和方向的向量场。
[0044] 如本文所用，术语"充电的"是指在方法中的一个对象相对于未充电的对象或那些 不具有净电荷的对象具有正极性或负极性的净电荷。
[0045] 如本文所用，术语"纺丝流体"是指烙融或溶液形式的热塑性聚合物，其能够流动 并形成纤维。
[0046] 如本文所用，术语"排出点"是指从其中喷射纤丝或纤维的纺丝构件上的位置。排 出点例如可为边缘或孔，通过该孔挤出纤丝。
[0047] 如本文所用，术语"基本上"是指如果一个参数保持"基本上"处于某个值，那么描 述该参数的数值从该值进行的不影响本发明的功能的改变被认为在该参数的描述的范围 内。
[0048] 本发明设及作为选择性阻隔介质的驻极体纳米纤维非织造纤维网，其具有高流量 和阻隔特性的改善的平衡，所述驻极体纳米纤维非织造纤维网包括单层聚合物非织造纤维 网，其中所述非织造纤维网包括单一来源的无规缠结的纤维网络。所述网络包括:按数量计 所述纳米纤维网中至少约65%的纤维是平均纤维直径小于约1000 nm的纳米纤维;按数量计 所述驻极体纳米纤维网中最多约30%的纤维是平均纤维直径为约1.化n至约3.Owii的微纤 维；W及按数量计所述驻极体纳米纤维网中最多约5%的纤维是平均纤维直径大于约3. Omi 的粗纤维，并且其中所述纳米纤维网的平均纤维直径小于约1.0皿。纤维网结构中，如图1所 示，大部分纤维为纳米纤维，如WlOl示出，与小比例的微纤维，W102示出，W及甚至更小比 例的粗纤维，W103示出。
[0049] 原则上讲，纳米纤维网可使用离屯、式烙体纺丝方法制成，如美国专利8,277,711中 所公开的。均一的薄膜原纤化产生纳米纤维形成物。扩散在纺丝盘的内表面上的烙体流形 成薄膜。薄膜原纤化在纺丝盘的边缘处进行并形成细线。运些细线通过离屯、力进一步拉伸 成纤维。对于给定的聚合物而言，纳米纤维由美国专利8,277,711中均匀稳定的薄膜原纤化 形成。纤维纺丝的操作参数为溫度、烙体给料速率和盘旋转速度。在本发明中，改变溫度、烙 体给料速率和盘旋转速度的操作方案产生成膜不稳定性W及从中屯、到边缘的径向结合的 向外移动的相对较厚的膜，并且所述膜呈现厚度上的波动。纳米纤维由薄膜的较薄区域形 成，粗纤维由薄膜的较厚区域形成，并且微纤维由两者间的膜区域形成。该方法利用产生纤 维直径在一定范围内的纺丝盘或纺丝碗。