CN101802286B - 用于处理纤维材料的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用处理流体来处理纤维材料(1)的装置，包括：具有至少一个压力腔(3)的用于处理流体的分配装置(2)；以及用于纤维材料的纤维输送装置(4)，所述纤维材料可被处理流体透过。此外，本发明涉及一种用处理流体对纤维输送装置(4)上的纤维材料(1)进行处理的方法，其中使具有超压的处理流体压入到纤维材料(1)中。

Description

用于处理纤维材料的装置和方法

本发明涉及在纤维材料(Fasermasse)的输送期间用处理流体对其处理的装置和方法。

纤维通常必须在它的制造或后续加工期间用流体物质进行处理。这些物质一般是液体、蒸汽或气体，其在为了洗涤、漂白、染色、浸渍、助剂涂覆如上油处理(Avivagen)、上浆或表面整理以及对于中间处理如加热、干燥或给湿时都是必需的。

关于纤维首先涉及纤维素基的人造纤维例如粘胶纤维，纤维素氨基甲酸酯纤维(Cellulosecarbamat-)或利阿塞乐纤维(Lyocell-)或合成的聚合物例如聚酯、聚烯烃、芳族聚酰胺、聚酰亚胺、氟聚合物和其他。这些纤维一般是被切断的，亦即以限定的单纤维长度存在。但是也可以处理天然的纤维如棉花、羊毛、亚麻和其他植物的或动物原始的纤维。

按照本发明能够同时连续地处理大量的这类纤维。已广为采用的方法是，由喷丝头挤压成形出多股单长丝，即所谓的丝束，并且在进一步加工中被切断为短纤维。这些短纤维被以悬浮法制成一种纤维网。可类比的纤维网则在加工天然纤维如羊毛或棉花的过程中形成。而且这类纤维网可用本发明装置和方法来处理。

公知的纤维处理方法例如是，将纤维束被切断为希望的长度，将这些纤维以悬浮法制成一种纤维网，并铺置在一个筛带上。纤维网洗涤的一般描述见于经典

“Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren(采用粘胶方法制造的化学纤维)”中，1967(版)881-884页。这种均匀的纤维网以对流原理借助一种处理液体被从上方滴注、喷洒或灌注。处理液体则由于其特性而穿透通过该纤维网并因此洗涤该纤维网。同时在纤维网中发生一个在总体上竖直流动的运动洗液和在纤维中静止的洗液之间的扩散过程。在末端处或者还在不同的洗涤区之间可以借助一个罗拉对来调节所希望的纤维网湿度。为了实现更好的洗涤效果，纤维网和洗涤液大多数情况下被以对流方式导送。这类方法例如还被描述在WO00/18991、AT413286B以及AT413285B中。

原理类似的方法也适合于纤维网的浸渍处理。其中均匀的纤维网被用浸渍溶液滴注、喷洒或灌注处理，并接着被挤压到希望的湿度上。这个过程也可以在多个工序中实现。在浸渍工序中可以例如将一种乳剂或悬浮剂涂敷到纤维上。关于此的一个实施例就是所谓的增色，其中一种增色剂被涂敷到该纤维材料上。增色剂是些辅助材料，其特别是被应用于使得纤维具有更好的后续加工特性。它们会改善例如纱线紧密度、络纱性能和手感，其可减小纱线摩擦以及使其具有抗静电的特性。这些增色剂一般作为乳剂或悬浮剂存在。

为了加热或汽蒸均匀的纤维网，可以从上方和/或从下方以蒸汽喷射它，或使它沿着蒸汽加热的对流喷射板导行。

在所有已述的方法中，缺陷在于，处理流体是在相当大程度上是通过重力贯穿通过纤维网运动的。这个(过程)发生得相对地缓慢，因此必需长的处理时间，进而必需巨大的设备。

因此不乏一些尝试，以使处理流体通过纤维网的运动加速。例如可以买到所谓的筛带压滤机，其中该纤维网在筛带压滤机的筛带上输送，同时用处理液体从上方喷洒纤维网。在筛带的下方，安置一个抽吸腔，其与筛带一起运动经过该洗涤区的长度，并且该液体贯穿通过纤维网和筛带被抽吸。按照抽吸能力和纤维网的结构，其中除了液体外还抽吸空气，因此抽吸速度减小。此外，作为驱动力以使处理液体运动通过纤维网起作用的压差局限于该抽吸系统的真空功率。用这个装置不能实现借助气体或蒸汽进行处理。因为在将抽吸腔配置到筛带上的情况下，必须首先建立一个负压，并且在洗涤区的末端处必须首先使负压减小，以便使抽吸腔从筛带处移开，故需要附加的停留时间，进而需要较长的设备。

WO 03/004750公开了一种方法，其中一个旋转压辊在一个压缩区中首先将从正到来的纤维材料中含有的液体压出，其中压辊将纤维材料压实，并接着在一个膨胀区中在该纤维材料再次膨胀时吸入处理流体。在这种方法中，必须通过压辊施加大的机械压力，以压实该纤维网。此外，这种方法具有如下缺点：对处理流体的快速抽吸取决于纤维网的吸附作用，进而还特别是取决于纤维网的膨胀速度。另一缺点是，只能抽吸少量的处理流体。在WO 03/004750中还描述到，在压缩区的末端处已经可以将处理流体压入到已被压实的纤维网中，以便使得源自前面处理级的在先处理流体被冲出。由于纤维材料在此处已被严重压实、可能往回混入到前面的挤压过程中、和在压辊中存在密封问题，这个实施方式早早地表现出了缺陷。对于应用气体状或蒸汽状处理流体的情况，WO03/004750的方法是不适合的。

相对于公知的现有技术，本发明的任务是，提供一种装置和一种方法，借助其可以用处理流体快速并均匀地处理纤维网，以便提高质量和产量，并且尽可能地节省化学药剂，因此可以例如在改装现有的纤维处理设备情况下明显地提高产量，或在建造一个新纤维处理设备时相比按现有技术的设备而言需要更少的投资和更少的场地。

这个任务的解决方案是一种用处理流体对纤维材料(1)进行处理的装置，包括：具有至少一个压力腔(3)的用于处理流体的分配装置(2)以及用于纤维材料的纤维输送装置(4)，该纤维材料是可透过处理流体的，其中所有压力腔总体的宽度基本上等于该纤维输送装置上为纤维材料设置的宽度。

为了说明本发明，所使用的概念“纤维材料”和“纤维网”具有相同含义。纤维以无规则方式存在于其中。

优选至少一个压力腔被设计为朝纤维材料敞口。根据本发明，将压力腔设计为朝纤维材料敞口意味着，该压力腔的朝向纤维材料的一侧没有壁。在一种可能的实施方式中，该压力腔可以在其敞口的一侧上具有粗网目的格栅，以便防止纤维网在被处理时挤入到压力腔中太深。代替粗网目的格栅，也可以应用带有大孔的孔板或类似的、可透过的分隔结构。在其选用时始终都重要的是，不要因此使得处理流体受到巨大的液动阻力。但这类格栅一般是不必要的，因为处理流体的压力一般可阻止上述的挤入。

特别在商业化的纤维生产设备中，该纤维输送装置以及要被处理的纤维材料都是数米宽的，宽度一般在约1m和4.6m之间。其中该分配装置在纤维输送方向上约有1m的长度。为了在这类应用场合下实现在压力腔中快速地填充整个腔容积以及实现处理流体沿着分配装置的整个面积均匀地分配，值得推荐的是，将压力腔分为多个较小的压力腔，并且分别设有一个自己的处理流体用的入口。对此必须考虑到，所有压力腔都被均匀地供应以处理流体，从而也使得纤维材料处处都得到均匀的处理。相应的分配系统是本领域技术人员所公知的。

将处理流体输入到一个压力腔中可以通过一个简单的、大多在上侧面的中央配置的开孔(5)实现。由于为了快速地填充压力腔而使得流体大多以较高的速度流入，优选在输入口还设置一个装置，借助其可以使流体分配在压力腔中。这种装置可以例如是一个缓冲盘。同样，环形或其他的分配装置也是可能的。它们应能防止：流体以高速直接冲击到纤维网上和改变纤维网的结构，例如产生凹坑。

所需要的腔尺寸和净高度主要取决于产品类型和纤维网的均匀度。不均匀的纤维网需要单个腔的较小的面积。湿硬的纤维网会剧烈膨胀，因而需要较高的腔高度。一方面，压力腔应能被快速地填充，亦即不可以具有过大的容积。另一方面，所述腔不可以是如此的扁平，以至于它被可膨胀的纤维材料完全地填满。对于纤维素纤维而言，压力腔的最适合的净高度约为1-5cm。同时，单个压力腔的面积可以在100-40000cm²之间。

分配装置借助处理流体在纤维网上产生表面压力。对于一般的处理形式如用水液体洗涤或浸渍而言，压力腔中的处理流体的超压大多在0.2和1bar之间。在用热蒸汽处理时，例如在汽蒸或蒸汽加热情况下，在纤维网上产生蒸汽压力，其能实现在纤维网阻力、压力腔的密封和被输入的蒸汽量之间的平衡。因此，例如在根据本发明进行实验时，该压力腔被供应以15bar的蒸汽。此时，每平方米要被压入62和1250kg之间的蒸汽量。同时，在纤维网上测得最大为131℃的温度。这相当于1.7bar的超压。通过在纤维网高度上所产生的压力降，该处理流体被压入到纤维网中并且通过纤维网。其中，在开始时网孔被处理介质填充，接下来纤维网发生膨胀，而且纤维材料在压力降方向上发生处理介质快速的交换、被处理介质挤穿(Durchdrücken)、洗涤或汽蒸。由于纤维网强烈膨胀，处理流体以令人惊叹的方式非常容易地到达所有纤维。已令人意想不到地表明，由此可以实现使得洗液量更大，进而大大地加速了洗涤、浸渍和汽蒸过程。在实验中，相对现有技术中所公知的滴注方法，可以毫无问题地实现3倍-4倍的洗液量。而且更厚的纤维网层也是可能的，这就同样明显地提高现有设备的生产效率。由于处理流体在纤维网中快速彻底地交换，在化学和物理过程中将更快地达到所希望的平衡状态，因此生产速度也就只受到纯粹的反应时间及扩散时间的限制。在此，在处理区的停留时间在一般情况下可以约为10-70s，优选甚至只有15-40s。处理流体的流量(表征为质量)相对纤维网质量的比例可以称为浴比

这个浴比取决于处理流体的压力、纤维网的厚度和膨胀特性以及其他因素。其中，特别是当处理流体是液体时，可以容易地实现相当于纤维网质量的40倍及更多的流量，亦即浴比为40和更大。而且大于100的浴比在处理流体具有相应压力的情况下也是可以考虑的。

但视应用情况而定，本发明的装置和本发明的方法当然也适合用于很小的浴比，特别是当处理流体是一种气体或蒸汽时。由于处理流体在纤维材料中均匀、迅速地分布，在这些情况中通常只需要小于2.0的浴比，特别是小于1.0的浴比，即能实现希望的效果。

处理流体在纤维网的上层、中层和下层中的分布的均匀性也被明显地改善了。

本发明装置的一个优选实施方式在于，该分配装置可以平行于纤维材料的运动方向运动，也可以垂直于纤维材料的运动方向运动(图1)。因此，分配装置可被安置在运行的纤维输送装置上的预先设定的位置上(步骤(A))，并且在限定的时间内与纤维材料一起运行(步骤(B)-(C))。在该时间内用处理流体对纤维材料进行处理，其中通过导管将处理流体导入到该分配装置中。一般地，该处理流体在压力下被导入到分配装置中。接着，该分配装置在同样预先设定的位置上被从纤维输送装置移开(步骤(D))，并与纤维材料相间隔地再回到所述安置位置。其中该分配装置的运动必须使得它在此时开始的循环中所处理的纤维材料表面恰好位于在先前循环中已被处理的表面的后面。

分配装置也可以如下设计：其具有多个单元的压力腔，并且这些单元可以相互独立地运动。这些单元可以并列地布置，从而借助每个单元的压力腔都可以处理纤维网的一个条带。其中单元可以在纤维网上一起运动，同时在该单元旁边布置的单元刚好被提起。特别地当要被处理的纤维网是如此之宽，以至于一个唯一的单元将会如此厐大并如此笨重，从而它相比多个较小单元会有机械上的一些缺陷时，就可以考虑这种多个单元。

因为处理流体优选在压力下导流通过纤维材料，故根据本发明的装置的一个优选实施方式，压力腔可以被导引到纤维输送装置附近，使得压力腔的侧壁接触到纤维材料。但按照本发明并不期望，由于安置分配装置而使纤维材料如在压辊中发生的那样被严重地压紧。由于这种压紧，纤维材料被严重地压实，从而处理流体不再可能无阻碍地并足够迅速地流动通过纤维材料，进而使得先前的处理时间被延长，或者处理结果例如流涤效果变差。

但必须为此考虑到，一定的纤维在用一定的流体处理时会发生膨胀现象，并且因此会施加一个反压到分配装置上。这种严重的膨胀例如在用水介质处理纤维素纤维如粘胶或利阿塞乐的情况下发生，而在用水处理聚酯纤维时则未观察到严重的纤维网膨胀。这必须例如在设计机械式地导引该分配装置时被加以考虑。

压力腔的侧壁优选如下设计：它们在与纤维材料接触时使压力腔相对大气环境密封隔绝。对此通常足够的是，这些侧壁具有一种闭合的、环绕延伸的、下面的平表面或边缘(6)。这个被置于纤维材料上的密封表面或密封边缘例如可附加地设有造型。附加的弹性的密封材料一般是不必要的，因为纤维材料本身-其大多是已膨胀的-即是弹性的对应件。无需防止处理流体排出。此点仅需将压力腔压紧到纤维材料上就可实现，但这样并非所愿。少量在旁侧排出的处理流体可以通过本来就需要的收集系统被毫无问题地随之被收集。

为了使其上输送纤维材料的筛带可以经得起被施加的压力-尽管处理流体的压力相对较小，所述施加的压力却可能达数吨-，筛带必须从下方被支承。对此最为适合的是一个支承板(7)，筛带该在支承板上沿着导行。这个支承板优选是连续的，并且在确定的位置上被设有排流孔(8)，这些排流孔能实现处理流体的排流。在没有排流孔的分段中，该处理流体不可能排流，从而在那里实现处理时间较长。代替在长支承板中的开孔，在较短支承板之间的开口的中间腔也可以实现来自纤维材料和筛带的处理流体的排流。

本发明装置的另一优选实施方式(图2)具有位置固定的压力腔以及另外一个上面的筛带(9)，借助该筛带，纤维材料可以被覆盖，并且筛带(9)以与纤维材料基本上相同的速度运动，其中该压力腔的敞口的一侧直接与上面的筛带的上侧面相接触。其中，在压力腔和上面的筛带之间的密封按照基本上公知的原理实现。作为例子，可以采用滑动密封面的原理方案，该滑动密封面优选是无摩擦的和抗磨损的。在边缘区域中，该筛带可被设计为紧密带，也就是说，没有排流孔，以使该密封面最优。对于这种密封机构而言，必须考虑纤维网的膨胀。对此作为例子该密封机构可被柔软地支承，以便使得要被处理的纤维网在处理期间可以膨胀。在这个实施方式中，能特别简单和节省位置地实现相继地设计多个处理循环。

这个实施方式优选也具有上面已述的支承板(7)。

作为用于两个实施方式的纤维输送装置或筛带，可以考虑所有的本领域技术人员认为适宜的装置，特别是传送带、链节传送带、环节链条(“铠装链”)、纤维网带、针织带或由金属、塑料、塑料覆层的金属构成的织物带或类似物。具有相应穿孔的连续的传输带，例如织物强化的橡胶带，按照应用情况也可能是适宜的。

本发明主题还是一种用处理流体在纤维输送装置(4)上处理纤维材料(1)的方法，其中该处理流体以超压被压入到纤维材料中。优选该处理流体为一种液体、一种乳浊液、一种悬浮液或一种蒸汽。优选该处理流体通过压力腔(3)被压入到纤维材料中。

在本发明方法的一个优选的实施方式中，该压力腔-其被设计成朝纤维材料开口-在处理开始时被安置到纤维材料上(A)，在该处理期间内以与纤维材料基本相同的速度在纤维输送方向上运动(B)-(C)，在处理结束时从纤维材料上移开(D)，接着被重新安置到该纤维材料的还未被处理的部分上。

在本发明方法的另一个优选的实施方式中，该纤维材料被上面的筛带(9)覆盖地沿着该位置固定的压力腔(3)下方输送，其中压力腔的开口侧直接接触该上面的筛带。

该纤维输送装置或筛带与在两个实施方式中已经对本发明装置描述的那些内容相应。纤维材料优选是一种短纤维网。

实例：

下面借助实例介绍本发明。但本发明并非局限在这些实例的范围内。在具有本发明装置的这些实例中始终实施本发明的方法。

实例1(对比)：

在按现有技术从上方滴注的纤维处理装置上，由利阿塞乐-短纤维构成的纤维网被用水苛性钠溶液滴注处理。在处理区的末端处，分别在洗液和纤维网的不同层中，通过采样和随后的滴定来确定苛性钠溶液含量。表1中所述为与额定值的偏差。

实例2(本发明)：

在按照本发明的纤维处理装置-其具有按照上述第一实施方式的一起运行的压力腔-上，由利阿塞乐-短纤维构成的纤维网被用水苛性钠溶液浇注处理。而且在这个处理区的末端处，分别在洗液和纤维网的不同层中，通过采样和随后的滴定来确定苛性钠溶液含量。表1中所述为与平均值的偏差。

表1：NaOH含量与平均值的偏差[％]

实例3(对比)和实例4-6(本发明)：

在按现有技术的类似于实例1的及按本发明的类似于实例2的纤维处理装置上，单位面积重量为6kg/m²的利阿塞乐-短纤维网分别首先被压辊挤压，接着被用新鲜水处理。表2示出了分别需要的处理时间，在实例4-6的本发明装置中，尽管洗液流量部分明显较高，所述处理时间却明显短于按现有技术的实例3。

表2：在液体情况下的处理时间

实例7(对比)：

在按现有技术的于纤维网的上侧面及下侧面上设有喷洒梁架-借助所述喷洒梁架，所述纤维网被用饱和蒸汽喷洒处理-的纤维处理装置上，单位面积重量为6kg/m²的利阿塞乐-短纤维网首先被压辊挤压，接着被用饱和蒸汽处理。

实例8(本发明)：

在按照本发明的类似于实例1的纤维处理装置上，单位面积重量为6kg/m²的利阿塞乐-纤维网首先被压辊挤压，接着被用饱和蒸汽处理。

在压辊之后，在两个实例中的纤维网具有相同的温度和相同的含水量。表3示出了为了使纤维网处处都被均匀地加热85℃分别所需要的处理时间。借助本发明的实例8的装置，以比现有技术的实例7明显较短的时间即达到这个目标。尽管如此，在本发明的装置中，还比在按照现有技术的装置中需要明显较少的、相对纤维量而言的蒸汽。

表3：在饱和蒸汽情况下的处理时间

	标准	压力腔
			实例	7	8
浴比	1.7	0.4
			膨胀系数	1.05	1.05
超压[bar]	无	1.2
			加热85℃的处理时间[s]	52	23

Claims (16)

1.一种用处理流体处理纤维材料(1)的装置，包括：

·具有至少一个压力腔(3)的用于所述处理流体的分配装置(2)；以及

·用于纤维材料的纤维输送装置(4)，所述纤维材料可被处理流体透过，其特征在于，所有压力腔的总体宽度基本上等于在该纤维输送装置上为纤维材料设置的宽度，

其中使处理流体通过压力腔压入到纤维材料中，

其中在输入口还设置一个装置，借助其可以使流体分配在压力腔中，该装置防止流体以高速直接冲击到纤维网上和改变纤维网的结构，

其中该压力腔可以被导引至纤维输送装置附近，使得压力腔的侧壁接触到纤维材料。

2.按权利要求1的装置，其特征在于，至少一个压力腔朝纤维材料开口。

3.按权利要求1的装置，其中，该分配装置可以平行于纤维材料的运动方向运动，也可以垂直于纤维材料的运动方向运动。

4.按权利要求1的装置，其中，所述侧壁如下设计，即这些侧壁在与纤维材料接触时使得压力腔相对大气环境密封隔开。

5.按权利要求2的装置，其中，该压力腔是位置固定的，且还具有位于纤维材料上方的上面的筛带(9)，该纤维材料可被所述筛带覆盖，并且所述筛带以与纤维材料基本相同的速度运动，其中压力腔的开口侧直接接触该上面的筛带。

6.按权利要求1的装置，其中，该纤维输送装置是传送带、筛带、环节链条、纤维网、或织物。

7.按权利要求1的装置，其中，纤维网的结构通过产生凹坑而改变。

8.按权利要求6的装置，其中，所述传送带是链节传送带或连续的被打有孔的输送带，所述织物是针织物。

9.一种用处理流体对纤维输送装置上的纤维材料进行处理的方法，其特征在于，将具有超压的处理流体压入到纤维材料中，

其中使处理流体通过压力腔压入到纤维材料中，

其中在输入口还设置一个装置，借助其可以使流体分配在压力腔中，该装置防止流体以高速直接冲击到纤维网上和改变纤维网的结构，

其中该压力腔可以被导引至纤维输送装置附近，使得压力腔的侧壁接触到纤维材料。

10.按权利要求9的方法，其中，处理流体是液体或气体。

11.按权利要求9的方法，其中，将压力腔在处理开始时挤压到纤维材料上，在处理期间以与纤维材料基本相同的速度在纤维输送方向上运动，在处理结束时使所述压力腔从纤维材料上移开，并且使所述压力腔重新置于纤维材料的还未被处理的部分上。

12.按权利要求9的方法，其中，该压力腔是位置固定的，使纤维材料被上面的筛带覆盖，并且使之沿着位置固定的该压力腔在下方输送，其中压力腔的敞口侧直接接触该上面的筛带。

13.按权利要求9的方法，其中，该纤维输送装置是筛带。

14.按权利要求9的方法，其中，纤维材料是短纤维网。

15.按权利要求9的方法，其中，纤维网的结构通过产生凹坑而改变。

16.按权利要求10的方法，其中，所述液体是乳浊液或悬浮液，所述气体是蒸汽。

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