CN101142346B - 一种纤维素复丝 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含有500-2000根长丝的、物理性质均匀的纤维素纤维，本发明的复丝的特征在于：该复丝的强度为4-9g/d，断裂伸长率为4％-15％。更具体地说，本发明的特征在于：从复丝中分离开来的三部分中的每一部分中选出的100根单丝都具有下列性质：(a)平均强度为3-9g/d，平均断裂伸长率为7％-15％，平均双折射率为0.035-0.055，(b)上述三部分在平均强度方面的差异为小于1.0g/d、在平均断裂伸长率方面的差异为小于1.5％、在平均旦数方面的差异为小于0.7旦，(c)上述三部分的CV(％)(变异系数)为小于10％，以及(d)上述三部分的双折射率的差异为小于0.004。

Description

一种纤维素复丝
技术领域
本发明涉及一种物理性质均匀的纤维素复丝，特别是用作工业材料(优选为轮胎帘线)的纤维素复丝，其按照下述步骤制造而成：通过用液态浓缩N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)使纤维素粉末溶胀来制备均质的纤维素溶液；用带有500-2000个喷丝孔的喷丝板将该纤维素溶液挤压纺丝而穿过气隙，待该纺出的纤维素溶液凝固后即得到复丝；以及在水洗、干燥和用油剂处理后，将该复丝卷绕起来。
本发明还涉及一种包含500-2000根长丝的纤维素纤维，所述长丝的特征在于：每股复丝的强度为4-9g/d，断裂伸长率为4％-15％，比断裂时间(specific breaking time)为3-33秒/旦，并且该复丝整体上具有均匀的物理性质。更具体地说，本发明涉及一种用作工业材料的纤维素复丝，其中，将该复丝分成三部分后，从其中的每一部分中选出的每100根单丝都具有下列性质：a)平均强度为3-9g/d，平均断裂伸长率为7％-15％，平均双折射率为0.035至0.055，b)所述三部分在平均强度方面的差别为小于1.0g/d、在平均断裂伸长率方面的差别为小于1.5％、在平均旦数方面的差别为小于0.7旦，c)所述三部分在平均强度、平均断裂伸长率和平均旦数方面的CV(变异系数)(％)均为小于10％，以及d)所述三部分的平均双折射率的差异为小于0.004。
背景技术
由纤维素和NMMO所制造的纤维素纤维用于在生产过程中需要纤维素纤维的多个领域中，因为在纤维素纤维的制造过程中所用的所有溶剂都是被重复利用的，因此纤维素纤维的生产是一个无污染的过程，并且所制造出的纤维具有高的机械强度，此外，参见以下专利文献：欧洲专利EPO No.0356419，描述了一种采用氧化胺和NMMO制备的纤维素溶液；美国专利No.4246221，公开了一种用氧化叔胺来制备纤维素溶液的方法，根据上述美国专利No.4246221，使用一种成形用装置(例如喷丝头)将所述纤维素溶液纺丝而形成长丝，然后将该长丝投入到浴槽中而使之经过凝固浴，最终得到含有水分的溶胀的纤维素。但是，上述方法对于从溶解到纺丝的过程需要较长时间，这样，由于工艺过程耗时较长而引起的热分解会造成物理性质降低。而且，上述方法的能耗也较大，以至于不可避免地导致生产成本高。
另一方面，H.Chanzy等人(Polymer第31卷第400-405页，1990年)制备了一种强度为56.7cN/tex、断裂伸长率为4％的纤维素纤维，该纤维通过以下方法制成：将DP 5,000的纤维素溶解在NMMO中制成纤维素溶液，将氯化铵或者氯化钙加入到该纤维素溶液中，然后将所得物纺丝而穿过气隙，但是这种纤维素纤维的制造方法难以用于商业，这是因为长丝的根数只有1根，而且沿轴向取向的原纤呈片状剥落。
参考其它的在先发明，美国专利No.5,942,327中描述了一种强度为50-80cN/tex(5.7-9.1g/d)、断裂伸长率为6％-25％、单丝细度为1.5dtex的纤维素纤维，该纤维通过以下方法制成：将溶解有DP1,360纤维素的NMMO水溶液纺丝而穿过气隙，但是长丝的根数只有50根。考虑到用作工业材料的长丝的根数一般应该为约1000根(1,500旦)，所以上述这种纤维素纤维的制造方法难以用于商业，这是因为：(a)从制造工艺上来说，必须将溶剂有效地除去；(b)从物理性质上来说，内皮的性能要增大到足以能抵抗重复疲劳的作用。
通常，从技术上来说，在实施纺丝工艺时，每个喷丝板中有500-2,000个喷丝孔的纺丝过程比每个喷丝板中有50个喷丝孔的纺丝过程要难得多。其原因是：随着喷丝孔的数目的增加，纺丝压力的均匀调节会越来越难，从而难以设计喷丝板和分配板，特别是难以针对所有这500-2,000根长丝来调节用于使这些长丝在气隙中被均匀冷却的条件，并且难以调节使这些长丝受到均匀地清洗和干燥的条件，所以，就很难使所有的长丝具有高于某一水平的物理性质并且具有均匀的物理性质，因此，根据美国专利No.5,942,327的50根长丝所具有的物理性质就用作工业材料来说是不够的。
特别是，因为长丝根数的增加会影响工艺的稳定性(这涉及到从喷丝板纺出的长丝发生粘连的现象)和实施气隙纺丝时的效率，所以分配板(用于将纤维素溶液均匀地分布在喷丝板上)中的孔数、孔间距和孔径、以及喷丝板的外径和喷丝孔的直径与间距都是非常重要的。
如上所述，在长丝根数增加的情况下，就气隙的长度、冷却空气的吹风条件、凝固溶液的方向和纺丝速度来说，需要一种新的纺丝设计，根据该设计的不同，长丝的物理性质可能是不相同的。
美国专利No.5,252,284中描述了一种包含800-1,900根长丝的纤维素纤维，但是，已经发现：当在短气隙长度小于10mm和卷绕速度为45米/分钟的条件下纺丝时，所得到的纤维的伸长率为15.4％(足够高)、强度为47.8cN/tex(5.3g/d)，作为工业材料、特别是作为轮胎帘线来说该强度是不够的。而且该纤维素纤维的缺点在于每根长丝的物理性质不均匀。
发明内容
技术问题
本发明提供一种用于解决上述在先发明中存在的问题的方法，在本发明的一种优选实施方案中，提供了一种含有500-2000根长丝的纤维素纤维，其特征在于：复丝的强度为4-9g/d，断裂伸长率为4％-15％，比断裂时间为3-33秒/旦，并且该复丝具有均匀的物理性质。更具体地说，本发明提供一种用作工业材料的纤维素复丝，其中，将该复丝分成三部分后，从其中的每一部分中选出的每100根单丝都具有下列性质：a)平均强度为3-9g/d，平均断裂伸长率为7％-15％，平均双折射率为0.035-0.055，b)所述三部分在平均强度方面的差别为小于1.0g/d、在平均断裂伸长率方面的差别为小于1.5％、在平均旦数方面的差别为小于0.7旦，c)所述三部分在平均强度、平均断裂伸长率和平均旦数方面的CV(变异系数)(％)均为小于10％，以及d)所述三部分的平均双折射率的差异为小于0.004。
技术方案
本发明可提供一种用作工业材料的纤维素纤维，所述纤维的制造方法包括下述步骤：(A)通过使纤维素粉末在N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)的浓缩水溶液中溶胀并均质化，来制备纤维素溶液；(B)用带有500-2000个喷丝孔的喷丝板将该纤维素溶液纺丝，随后将该纤维素溶液穿过气隙投入凝固浴中，由此得到复丝；以及(C)水洗、干燥、用油剂处理、并将该复丝卷绕起来。此外，所述纤维素纤维的特征在于具有下述物理性质：(1)所述纤维素复丝的细度为500-3000旦；(2)所述复丝的强度为4-9g/d；(3)所述复丝的断裂伸长率为4％-15％；(4)所述复丝的比断裂时间为3-33秒/旦；(5)将所述复丝分成三部分，从这三部分中的每一部分中选出的100根单丝都具有下列物理性质：平均强度为3-9g/d，平均断裂伸长率为7％-15％，平均双折射率为0.035-0.055；(6)所述三部分在平均强度方面的差别为小于1.0g/d、在平均断裂伸长率方面的差别为小于1.5％、在平均旦数方面的差别为小于0.7旦；(7)所述三部分在平均强度、平均断裂伸长率和平均旦数方面的CV(变异系数)均为小于10％；以及(8)所述三部分的平均双折射率的差异为小于0.004。
根据本发明的一个方面，纤维素喷丝板可以具有分配板，该分配板有50-300个孔。
根据本发明的另一个方面，气隙的温度可以为5℃-30℃，相对湿度可以为10％-60％，可以以0.5-10m/秒的速率提供冷却空气。
根据本发明的另一个方面，凝固浴的温度可以在0℃-35℃之间。
根据本发明的又一个方面，干燥滚筒的温度可以在80℃-170℃之间。
根据本发明的又一个方面，可以提供一种轮胎帘线，该轮胎帘线含有本发明的纤维素纤维。
有利效果
本发明的纤维素纤维由500-2000根长丝组成，其特征在于该长丝的强度为4-9g/d，断裂伸长率为4％-15％，并且其物理性质是均匀的。因此，所述的纤维素长丝可用作工业材料，特别是可用作要求具有高强度和均匀性质的轮胎帘线。
附图简要说明
图1是测定本发明的均匀的纤维素复丝的比断裂时间所用的装置的示意图。
图2是上述装置中的喷射器的详图。
实施本发明的最佳方式
下面参照附图以实例的方式详细说明本发明。以下描述是对本发明的实施方案的说明。以下描述不应该被理解为是对本发明的限定，应该理解的是，本领域技术人员可以对本发明进行多种显而易见的改变。
下述实例中所用的纤维素可以用带有刮刀(knife bar)的研磨装置磨成直径不超过500μm(优选为300μm)的颗粒，所述纤维素可以是可得自位于美国的Buckeye公司的V-81。如果颗粒直径大于500μm，那么就不能在挤出机内进行稳定地分散和溶胀。
同时，根据本发明，采用已知的方法，将50重量％浓度的NMMO溶液浓缩成水分含量为10重量％-15重量％的NMMO浓缩溶液。此时，如果使得水分含量低于10重量％，就会由于成本增加而引起生产消耗方面的缺点，而如果使得水分含量高于15重量％，则溶解性就会降低。
可以向该NMMO的浓缩水溶液中加入0.001重量％-0.01重量％的抗氧化剂。然后在65℃-110℃的温度下将NMMO的浓缩水溶液和纤维素粉末连续加入到挤出机中，从而在混合、溶胀和溶解之后得到均匀的纤维素溶液。根据纤维素聚合物的聚合度的不同，该纤维素溶液中所含的纤维素粉末(其在挤出机内被混合、溶胀和溶解)的含量为含水NMMO的3重量％-20重量％，优选为9重量％-14重量％。如果纤维素粉末的含量低于3重量％，则不可能得到纤维的性质，而如果纤维素粉末的含量高于20重量％，则不是所有的纤维素粉末都能溶于NMMO水溶液中，从而导致形成不均匀的溶液。
形成步骤(A)中的均匀的纤维素溶液所用的挤出机可优选为双螺杆挤出机，其中，该双螺杆挤出机可优选具有8-14个机筒，螺杆的长径比(L/D)可优选为24-64。如果机筒的个数少于8个或者螺杆的L/D小于24，那么纤维素溶液通过机筒的时间段太短，以至于不能使纤维素粉末溶胀和溶解，这样，有些纤维素粉末可能没有被溶解，而如果机筒的个数超过14个或者螺杆的L/D大于64，那么这种挤出机的制造成本就会较高，而且，施加在这种挤出机上的压力也会较高。
在步骤(B)中，纤维素粉末可以与其它高分子材料或者添加剂混合使用。所述高分子材料可以包括聚乙烯醇、聚乙烯、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯等，所述添加剂可以包括降粘剂、TiO2、SiO2、碳、碳纳米管、无机粘土等。
下面将更为详细地描述纤维素纤维的制造方法，其包括下列步骤：纺丝、水洗、干燥和卷绕。但是，不应该理解为本发明权利要求书中所要求保护的纤维素纤维受任何上述步骤的限制。
在步骤(B)对应的纺丝过程中，通过带有50-300个直径为50-200nm的孔的分配板将溶液均匀地分布在喷丝板上。如果孔数少于50个，那么纤维素溶液的压力就会集中在喷丝板的某一部分上，这样，从喷丝板纺出的长丝的单丝旦数可能会变化，甚至会影响可纺性。另一方面，如果孔数超过300个，则喷丝板上的压力可以保持恒定，但是通过喷丝板的溶液的压力稍有不同时都可能会影响可纺性。
可以通过设置在喷丝板上的喷丝孔将纺丝溶液挤压纺丝(这些喷丝孔的直径为100-300μm、长度为100-2400μm，其中长径比(L/D)为2-8，喷丝孔间距为0.5mm-5.0mm)，并且穿过气隙将纺丝溶液投入凝固浴中，从而在凝固后形成复丝。
用于纺丝的喷丝板的形状一般为圆形，喷丝板的直径可以为50-200mm，优选为80-150mm。如果喷丝板的直径小于50mm，则喷丝孔间距较短，可能会使冷却效率降低，从而导致在凝固前纺丝溶液发生粘连，而如果喷丝板的直径大于200mm，那么装置的体积可能较大，以至于从设备方面考虑是不利的。另外，如果喷丝孔的直径小于100μm或者大于300μm，那么这种喷丝板可能会使可纺性变差，例如经常发生断丝的现象。如果喷丝孔的长度小于100μm，则由于溶液的取向效果变差而使得丝的物理性质变差，而如果喷丝孔的长度大于2400μm，则用于制造这些喷丝孔的成本和精力都会过高。
考虑到本发明的纤维素要用作工业材料，特别是用作轮胎帘线，所以喷丝孔的数目可以为500-2000个，优选为700-1500个。虽然已经有一些关于用作工业材料的纤维素纤维的进展报告，但是没有用作高强度长丝(如轮胎帘线)的纤维素纤维的进展报告，因为纺丝根数越多，可纺性越容易受到喷丝孔数的影响，因此就要求更为优异的纺丝技术。
如上所述，本发明使用具有合适数目的喷丝孔的喷丝板来解决上述问题。如果喷丝孔数少于500个，那么每根长丝的细度比所要求的要粗，这样，因为用于将NMMO从长丝中去除的时间段太短，由此使凝固过程和水洗过程可能进行得不彻底。另一方面，如果喷丝孔数多于2000个，那么在通过气隙时，相邻的长丝之间会易于粘连，纺丝后每根长丝的稳定性会降低，因此物理性质方面的质量会变差，随后，在进行加捻和热处理以便应用于轮胎帘线的过程中会产生某些问题。
当从喷丝板纺出的溶液被投入凝固浴中时，如果所纺长丝的直径太大，那么因为长丝的皮芯部分之间的凝固速度不同，就难以得到致密而均匀地成形的纤维素纤维。因此，在将纤维素溶液纺丝使之通过一个合适的气隙长度的情况下，即使排出量相同，也会使长丝以更细的直径被投入到凝固浴中。气隙的长度过短会导致难以提高纺丝速率，这是因为长丝表面的快速凝固和溶剂的扩散会使微孔数增加，而气隙的长度过长会导致难以保持工艺稳定性，这是因为与其它条件相比，在环境温度和湿度条件下，纺丝溶液更容易发生并丝现象。
气隙的长度可优选为10-200mm，更优选为20-100mm。当纤维素溶液经过气隙时，提供冷却空气以防止相邻的长丝发生粘连并使长丝凝固，以及提高对凝固溶液的抗渗透能力。可以在冷却空气供应源的开口与长丝之间设置传感器，以便通过监控温度和湿度来调节温度和湿度。一般来说，所供应的空气的温度可保持在5℃-30℃之间。如果温度低于5℃，则冷却所需的消耗就会过大，而且由于长丝的凝固速度加快而导致难以高速纺丝，而如果温度超过30℃，则由于对排出的溶液的冷却效果降低，所以经常会发生断丝现象。
另一方面，气隙内的水分含量可能是影响凝固过程的一个重要因素，因此气隙内的相对湿度应该恰当地处于RH 10％-RH 60％之间。更具体地说，为了控制凝固速度和防止粘板(粘在喷丝板的表面上)，靠近喷丝板的区域可以供给RH 10％-RH 30％的干态空气，而靠近凝固溶液的区域可以供给RH 30％-RH 50％的湿态空气。冷却空气可以沿水平方向吹向沿垂直方向排出的长丝的侧面，空气的流速优选为0.5-10米/秒，更优选为1-7米/秒(出于稳定的目的)。如果冷却空气的流速太慢，那么就不可避免地会在纺出后进入气隙内的长丝周围存在其它的气氛条件，所以由于固化速度不同和断丝，就有可能会制造出不均匀的长丝，其中固化速度不同可能是由于新到达喷丝板的冷却空气而引起的，而如果冷却空气的流速太快，则由于存在着长丝摇摆而引起粘连、以及均匀的流动受到阻碍的风险，所以纺丝的稳定性会受到影响。
根据本发明，凝固浴中的水溶液的浓度可以为5％-40％。当长丝经过凝固浴时如果纺丝速度超过50m/分钟，那么由于长丝与凝固溶液之间发生摩擦而会导致凝固溶液剧烈波动。在提高纺丝速度以得到优良的物理性质和提高产量的情况下，上述现象会损害工艺稳定性，因此，通过对凝固浴进行设计(包括凝固浴的形状和大小、凝固溶液的流速和凝固溶液的量)使上述现象的发生降低到最少。
在本发明的步骤(C)中，制备的复丝被导入到水洗浴中以进行清洗。因为在长丝通过凝固浴的同时会进行除溶剂和成形的过程(这些会影响长丝的物理性质的形成)，所以溶液的温度和浓度必须保持恒定。浴温可以为0℃-35℃，优选为10℃-25℃。如果温度低于0℃，则长丝会被清洗得不彻底，而如果温度高于35℃，则包含在长丝内的NMMO被萃取得太快，在长丝内会产生空隙，从而引起长丝的物理性质降低。凝固后，在一个容器内在约35℃下对长丝进行水洗，直至NMMO被完全除掉。
水洗后，用干燥滚筒连续对复丝进行干燥，干燥滚筒的温度可以被调节在80℃-170℃之间，优选为在100℃-150℃之间。如果温度低于80℃，则长丝可能干燥得不彻底，而如果温度超过170℃，则长丝可能会突然过度收缩，使长丝的物理性质降低。干燥后的长丝可以在用有机溶剂处理后采用已知的方法来卷绕。卷绕后的纤维素长丝可以用作轮胎帘线和工业材料的长丝原纱。
本发明的复丝的特征在于：旦数的总范围为500-3000旦、断裂负荷为4.0-27.0kg。所述复丝由一组长丝组成，其中每根长丝为0.5-4.0旦，长丝的总根数为700-2000根。而且，所述复丝的强度为4.0-9g/d、伸长率为4％-15％、比断裂时间为3-33秒/旦，并且所述复丝的物理性质均匀。
本发明的用作工业材料的纤维素纤维的特征在于：将该复丝分成三部分后，从其中的每一部分中选出的每100根单丝都具有下列性质：(a)平均强度为3-9g/d，平均断裂伸长率为7％-15％，平均双折射率为0.035-0.055，(b)上述三部分在平均强度方面的差别为小于1.0g/d、在断裂伸长率方面的差别为1.5％、在旦数方面的差别为0.7旦，(c)上述三部分的CV(％)(变异系数)为小于10％，以及(d)上述三部分的双折射率的差异为小于0.004。
为了制造出具有上述物理性质的、用作工业材料的纤维素纤维，上文提到的各种因素都是非常重要的。特别是，形成具有均匀物理性质的纤维素纤维的决定性因素可能是喷丝孔数、分配板、气隙内的冷却水平、凝固浴的温度和干燥滚筒的温度。通过适当调节上述各种因素可以得到本发明的用于工业材料的纤维素纤维。
接下来，参考实施例和比较例来详细说明本发明的纤维素纤维，但是，给出这些实施例和比较例是为了清楚地理解本发明，而不是为了限制本发明。在实施例和比较例中，纤维素的性质采用下述方法来评价。
(a)聚合度(DPw)：
采用根据ASTM D539-51T所得到的0.5M的铜乙二胺氢氧化物溶液，在0.1-0.6g/dl的浓度范围内、在25±0.01℃下用乌氏粘度计来测定已溶解的纤维素的特性粘度[IV]。根据溶液的浓度，采用外推法由增比粘度来计算特性粘度，将所得到的值带入Mark-Houwink方程来求得聚合度。
[IV]＝0.98×10-2DPw 0.9。
(b)双折射率
采用光源为Na-D的偏振显微镜，用贝雷克补偿器来测定双折射率。
(c)复丝的强度(g/d)和断裂伸长率(％)
用热风干燥器在107℃的温度下将复丝干燥2小时后立即测定强度和断裂伸长率。采用得自美国Instron有限公司的低速伸长拉伸强度测试仪(low-speed elongating tensile strength tester)来测定上述数值，测试条件如下：
80Tpm(80个捻/m)；样品长250mm；拉伸速度300m/分钟。
(d)比断裂时间(秒/旦)
比断裂时间可以采用这样一种方式来测定：通过喷射器将高压水喷射到长丝的表面上以产生原纤维，用最终使长丝断裂的实耗时间(秒)除以长丝的旦数，以计算出比断裂时间。一般来说，比断裂时间越短，就越容易产生原纤维，因此长丝往往会更快地断裂。
图1示出了用于测定本发明的纤维素纤维的比断裂时间所用装置的示意性结构。
为了测定长丝的比断裂时间，将长丝的一端系在并固定在夹子1上，引导长丝的另一端穿过第一导丝器2。然后，将长丝的所述另一端经过喷射器6的导管7引导到第二导丝器4，其中喷射器6可以向长丝的表面喷射加压水，然后在长丝的所述另一端上对每旦丝悬挂0.25g的砝码5。第一导丝器2和第二导丝器4之间的距离可以为约30mm，每个导丝器的材质均可为陶瓷。Y型导丝器3和喷射器6的开口之间的距离可以为约30mm。
图2示出了测定本发明的纤维素纤维的比断裂时间所用的喷射器。
可以用不锈钢材料来制备所述喷射器，该喷射器具有一个矩形的部分，该部分的宽度(W)和高度(H)尺寸如下：
W＝H＝复丝的总旦数/75(mm)。
在喷射器内设置有一对用于喷水的喷射孔，它们可以互相面对地设置在相应的侧壁上，并且彼此相距10mm。通过导水器(supplyguide)，每个孔可以以与长丝的轴成15度的角度喷射约25℃的水。喷射到长丝上的水的量(Q)可以通过下式来估算，其中水是通过导水器和一对喷射孔来喷射的。
Q＝(长丝的总旦数×0.6升)/时间。
每根导水器的直径(E)可以为约0.6mm，每根导水器的高度可以为约1mm。每根导水器的长度(F)可以为约6mm，喷射孔与出口之间的宽度(C)可由下式确定：
C＝W×1.2(mm)。
喷水孔和出口之间的距离为约1.2mm，高度为1mm。
水从喷射器6的下面通过直径为约4mm的喷射孔来喷射。
喷射器是用盖子盖住的(但图2中未示出)，其中盖子平盖在喷射器的上部。
为了测定比断裂时间，如图1所示，将长丝束穿入喷射器中并悬挂砝码。当水进入喷射器中时就开始比断裂时间的测定，持续喷水，直至砝码掉下，也就是说，当长丝束断裂时，停止测定。
可重复测试10次，由这10次测定结果的平均值可推算出长丝的比断裂时间。
(e)单丝的强度(g/d)、断裂伸长率(％)和CV(％)
将复丝在温度为25℃和相对湿度为65RH％的条件下放置24小时后，将其分为三部分，然后从这三部分中的每一部分中各选出100根单丝，用得自Lenzing有限公司的Vibrozet 2000测定旦数和伸长-强度。在长20mm的单丝上施加200mg的起始负荷，然后以20mm/分钟的速度测定旦数和伸长-强度。在测完平均强度和平均断裂伸长率之后计算变异系数(CV)。CV表示变异度，是用标准偏差除以平均值而计算得到的。
实施本发明的方式
实施例1
用齿轮泵以6900g/小时的速度将NMMO的浓缩水溶液泵送到温度被保持在78℃下的双螺杆挤出机中。将平均聚合度为1200的纤维素薄片(可为得自Buckeye有限公司的V-81)加入到带有250μm筛板的破碎机中，以制成直径小于200μm的、水分含量为5％的纤维素粉末，然后将该纤维素粉末用螺旋式供料器以1031g/小时的速度加到挤出机中(浓度为13重量％)。
在溶胀区的停留时间为8-10分钟，以便使纤维素粉末充分溶胀，然后在下述条件下使该纤维素粉末完全溶解：在挤出机的溶解区域内每个螺块的温度为90℃-95℃，螺杆的工作速度为200rpm。接下来，借助于带有100个孔的分配板使所得溶液从喷丝板排出，在该喷丝板中，喷丝孔的直径为150μm、喷丝孔间距为1.5mm、喷丝孔数分别为800个(实施例1-1)、1,100个(实施例1-2)和1,500个(实施例1-3)。气隙的长度为100mm，在该气隙内，吹到长丝上的冷却空气的条件是：温度为20℃、相对湿度为45RH％、速度为6m/分钟。
从气隙被投入到凝固浴(温度为5℃)中的长丝被水洗、干燥(滚筒的温度为140℃)并用有机溶剂处理，最后被卷绕起来，最终复丝的细度被调节为1500旦。将所得到的复丝分为三部分A、B和C，从每一部分中选出100根单丝，然后测定平均强度、平均伸长率和平均旦数，以计算CV(％)，此外还测定每一根单丝的双折射率。
比较例1
在与实施例1相同的条件下制备复丝，不同之处仅在于：将喷丝孔数改成450个。结果表明，如果喷丝孔数为450个，则因为在凝固过程和水洗过程中每一根单丝的细度变粗，而使得时间太短以至于NMMO溶液不能被充分地除去，所以长丝的强度较差，并且其物理性质不均匀。
结果见下表1。
表1
备注)St、B.E和S.B.T分别代表强度(g/d)、断裂伸长率(％)和比断裂时间(秒/旦)。De和Bi分别代表旦数和双折射率。
实施例2
按照与实施例1相同的条件制备三种复丝，不同之处在于：纺丝用喷丝板具有1000个喷丝孔，其中每个喷丝孔的直径均为150μm，并且分别采用具有100个孔(实施例2-1)、200个孔(实施例2-2)和350个孔(实施例2-3)的三种分配板来制备这三种复丝。
比较例2
在与实施例2相同的条件下，尝试采用分别具有45个孔和400个孔的2种分配板来进行纺丝，但是在采用具有45个孔的分配板时不能纺丝，这是因为纺丝溶液局部地集中于喷丝板的某些部分上使得喷丝板内溶液压力降低，结果导致不能排出纺丝溶液。在采用具有400个孔的分配板时，虽然有些丝在气隙内就断裂了，但是还是能够得到一些长丝，对这些长丝的物理性质进行测定。
比较例2和实施例2的结果见下表2。
表2
备注)St、B.E和S.B.T分别代表强度(g/d)、断裂伸长率(％)和比断裂时间(秒/旦)。De和Bi分别代表旦数和双折射率。
实施例3
按照与实施例1相同的条件制备长丝，不同之处在于：
喷丝孔的直径为150μm；喷丝孔间距为1.0mm；喷丝孔数为1100个；气隙内的温度和相对湿度变成表3所示的那样。
比较例3
按照与实施例3相同的条件制备长丝，不同之处在于：
气隙内的温度/相对湿度条件分别变为35℃/30RH％和20℃/65RH％。在35℃/30RH％的条件下，丝没有被冷却，导致其在气隙内就断裂了。
结果见下表3。
表3
Figure G2005800490989D00151
备注)A.G.T/H.RH代表气隙的温度(℃)/湿度RH(％)。
St、B.E和S.B.T分别代表强度(g/d)、断裂伸长率(％)和比断裂时间(秒/旦)。De和Bi分别代表旦数和双折射率。
实施例4
按照与实施例1相同的条件制备纤维素纤维，不同之处在于：将纤维素薄片的聚合度变为DP1500(Buckeye公司出品的V5S)，将纤维素溶液的浓度变为10％。采用具有1000个喷丝孔的喷丝板将该溶液纺丝，其中每个喷丝孔的直径均为250μm，喷丝孔间距为2.0mm，纤维素复丝的最终旦数被调节为2000旦。凝固浴的温度分别被调节为5℃、15℃和25℃，以制备长丝。
比较例4
按照与实施例4相同的条件来制备复丝，不同之处在于：凝固浴的温度为40℃。当凝固浴的温度为40℃时，NMMO会快速地从凝固后的长丝中分离出来，从而产生空隙，结果导致长丝的物理性质降低。
结果见下表4。
表4
Figure G2005800490989D00161
备注)T.C.B代表凝固浴的温度。
St、B.E和S.B.T分别代表强度(g/d)、断裂伸长率(％)和比断裂时间(秒/旦)。De和Bi分别代表旦数和双折射率。
实施例5
按照与实施例1相同的条件制备纤维素溶液，不同之处在于：将纤维素薄片的聚合度变为DP 850(Buckeye公司出品的V60)，将纤维素溶液的浓度变为14％。采用具有1000个喷丝孔的喷丝板将该溶液纺丝，其中每个喷丝孔的直径均为250μm，喷丝孔间距为2.0mm，纤维素复丝的最终旦数被调节为2000旦。干燥滚筒的温度分别被调节为100℃、130℃和160℃，以制备长丝。
比较例5
按照与实施例5相同的条件来制备复丝，不同之处在于：干燥滚筒的温度为75℃。当滚筒的温度为75℃时，干燥得不彻底，结果导致长丝的物理性质降低。
结果见下表5。
表5
Figure G2005800490989D00171
备注)T.R代表干燥滚筒的温度。
St、B.E和S.B.T分别代表强度(g/d)、断裂伸长率(％)和比断裂时间(秒/旦)。De和Bi分别代表旦数和双折射率。
工业实用性
本发明的纤维素纤维由500-2000根长丝组成，其特征在于：长丝的强度为4-9g/d，断裂伸长率为4％-15％，并且其物理性质均匀。因此，所述纤维素长丝可用作工业材料，特别是用作需要具有高强度和均匀性质的轮胎帘线。更具体地说，将该复丝分成三部分后，从其中的每一部分中选出的每100根单丝都具有下列性质：(a)平均强度为3-9g/d，平均断裂伸长率为7％-15％，平均双折射率为0.035-0.055，(b)上述三部分在平均强度方面的差异为小于1.0g/d、在平均断裂伸长率方面的差异为小于1.5％、在平均旦数方面的差异为小于0.7旦，(c)上述三部分的CV(％)(变异系数)为小于10％，以及(d)上述三部分的双折射率的差异为小于0.004。

Claims (6)

1.一种用作工业材料的纤维素纤维，该纤维素纤维由包括下列步骤的方法制造而成：
通过使纤维素粉末在水分含量为10重量％至15重量％的N-甲基吗啉-N-氧化物的浓缩水溶液中溶胀并均质化，来制备纤维素溶液；用带有500-2000个喷丝孔的喷丝板将该纤维素溶液纺丝，随后将该纤维素溶液穿过气隙投入凝固浴中，由此得到复丝；以及水洗、干燥、用油剂处理、并将该复丝卷绕起来，该纤维素纤维的特征在于具有下述物理性质：
原始丝束的旦数为700-3000旦；
所述复丝的强度为4-9g/d，断裂伸长率为4％-15％；
比断裂时间为3-33秒/旦；
将所述复丝分成三部分，从所述三部分中的每一部分中选出的100根单丝都具有下列性质：
强度为3-9g/d，断裂伸长率为7％-15％，双折射率为0.035至0.055；
平均强度的差别为小于1.0g/d、平均断裂伸长率的差别为小于1.5％、平均旦数的差别为小于0.7旦；
所述三部分在平均强度、平均断裂伸长率和平均旦数方面的变异系数均为小于10％；以及
所述三部分的平均双折射率的差异为小于0.004。
2.根据权利要求1所述的纤维素纤维，其中，所述喷丝板还具有分配板，该分配板带有50-300个孔。
3.根据权利要求1所述的纤维素纤维，其中，温度为5-30℃、湿度为10％-60％的空气以0.5-10米/秒的气流速度被吹入到所述气隙中。
4.根据权利要求1所述的纤维素纤维，其中，所述凝固浴的温度为0℃-35℃。
5.根据权利要求1所述的纤维素纤维，其中，采用温度为80℃-170℃的干燥滚筒来进行所述干燥。
6.一种轮胎帘线，其包含根据权利要求1所述的纤维素纤维。
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