CN1089125C - 制造有机纤维的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用来纤维化有机物料(28)的方法，包括旋转一个具有一个底(16)和一个由所说的底(16)向上延伸至上端面(19)终止的侧壁(18)的纺丝器(10)，其中，纺丝器(10)有一个由所说的底(16)、侧壁(18)和大致平行于所说的底(16)并通过侧壁(18)上端面(19)延伸的平面(22)所确定的纺丝器腔体(21)。此外，所说的方法包括在纺丝器腔体(21)中引发湍流，向一个供料管(24)提供熔融有机物料(28)，其中，所说的供料管(24)终止于纺丝器腔体外的一点，以足以克服所说的湍流并到达纺丝器腔体(21)中预定位置的动量从供料管(24)中排出熔融有机物料(28)，并从熔融有机物料(28)中离心出纤维(34)。还公开了用于纤维化有机物料(28)的设备。

Description

制造有机纤维的方法和装置

本发明涉及有机纤维的生产，更具体的是用一种离心或旋转式纺丝器成形有机聚合物纤维。

一段时期以来，诸如隔热和结构产品之类的产品是用无机纤维，尤其是玻璃纤维制造的。一种熟知的制造玻璃纤维的方法包括将熔融玻璃离心通过小孔来形成玻璃纤维。一根供料管向旋转的圆筒纺丝器供给熔融玻璃。所说的纺丝器有一个有很多小孔的侧壁。加热所说的纺丝器以保持所说的玻璃处于熔融态。在所说的纺丝器旋转时，离心力将熔融玻璃推到侧壁上。熔融玻璃从旋转着的纺丝器中离心出来，穿过圆孔形成玻璃纤维。这个工艺过程提供了一个高生产率生产玻璃纤维的有效的方法。

由于有机纤维的合乎要求的质量，已经开发了有机纤维，如聚合物纤维等的许多用途。例如，聚合物纤维可以用于制造具有高柔韧性的隔热产品。在弯曲时，聚合物纤维比典型的隔热制品中的玻璃纤维更不容易断裂。因为聚合物纤维不会刺激皮肤，所以它们比玻璃纤维具有更好的操作性能。聚合物纤维可以在许多产品中使用，例如隔热和隔声材料、过滤材料和吸附剂材料。

利用在生产玻璃纤维中熟悉的实用生产工艺流程，希望能以一种类似的方法生产有机纤维，包括聚合物纤维。但是，熔融有机物料具有与熔融玻璃不同的特性，这些特性阻碍了生产技术的直接借用。熔融玻璃的比重在2.2～2.7范围内，而熔融聚合物材料的比重在0.9～1.9范围内。随着纺丝器的旋转，纺丝器腔体内产生了气流或湍流。同时，用于加热所说的纺丝器的热空气也产生了湍流。熔融玻璃足够致密，使其在供给到所说的纺丝器时不会被湍流明显干扰，而当有机物料离开供料管时，纺丝器中的湍流却会干扰有机物料的路径并阻碍有机物料到达要求的位置。这种被干扰了的有机物料不能充分覆盖纺丝器的侧壁，甚至可能从所说的纺丝器喷出。侧壁未被充分覆盖，离心过程就会中断，这就将导致所说的纤维中不合需要的不连续性。希望提供一种将熔融有机物料输送到旋转着的纺丝器中的合适方法，该方法能防止材料在到达纺丝器中要求的位置前被干扰。

通过一种根据本发明的制备有机纤维的方法达到了上述目的以及未具体列举的其它目的。本发明的制造有机纤维的方法包括旋转一个具有一个底和一个由所说的底向上延伸至上端面终止的侧壁的纺丝器，其中，所说的纺丝器有一个由所说的底、侧壁和大致平行于所说的底并通过侧壁上端面延伸的平面所确定的纺丝器腔体。本方法还包括在所说的纺丝器腔体中引发湍流，向一个输送管供给熔融的有机物料，其中，所说的供料管终止于纺丝器腔体外的一点，以足以克服所说的湍流并到达纺丝器腔体中预定位置的动量从供料管中排出熔融有机物料，并从熔融有机物料中离心出纤维。

本发明的目的还通过一种用于使熔融有机物料纤维化的设备来达到，该设备包括一个具有一个底和一个由所说的底向上延伸至上端面终止的侧壁的离心纺丝器，其中，所说的纺丝器包括一个由所说的底、侧壁和大致平行于所说的底并通过所说的侧壁上端面延伸的平面所确定的纺丝器腔体。该设备还包括用于以足够的动量排出熔融有机物料到纺丝器腔体内预定位置的装置，其中，所说的排出装置终止于平面上方的一点。

图1是根据本发明的原理生产聚合物纤维的设备的正视图的示意截面图。

图2是图1所示的设备的纺丝器的正视图的截面图。

图3是图1所示的设备的排出装置的一部分的正视图的截面图。

图4是所说的排出装置的另一个实施例的正视图的截面图。

图5是所说的纺丝器和排出装置的另一个实施例的正视图的截面图。

一种用熔融有机物料制造有机纤维的方法和设备叙述如下。如图1和图2所示，纺丝器10在旋转轴12上旋转并由传动轴14驱动，其典型转速在约1000～7000RPM范围内。所说的纺丝器包括底16，由所说的底向上延伸至上端面19终止的侧壁18，和由侧壁18的上端面19沿径向向内延伸的凸缘20。在底16，侧壁18和大致平行于底壁16并通过过侧壁上端面19延伸的平面22确定了纺丝器腔体21。所说的侧壁上用于离心有机纤维的喷嘴数目在约100～15,000个之间，优选的是在约500～2,500个之间。所说的纺丝器可以用生产玻璃纤维所用的镍/钴/铬合金铸造，或可以是任何其它合适的纺丝器，例如用焊接不锈钢制造的。所说的纺丝器的直径可以在20cm～100cm之间，优选的是约40cm。加热所说的纺丝器以保持所说的纺丝器腔体中的有机物料处于熔融态。一个优选的加热方法是用鼓风机(未示出)迫使热空气进入所说的纺丝器腔体，但是也可以采用包括感应加热的任何加热纺丝器的方法。

在所说的纺丝器腔体内产生了运动空气流或湍流。产生湍流有几种原因。至少，纺丝器的旋转会导致纺丝器腔体内空气的旋转运动。同时，如果采用鼓风机来加热纺丝器中的物料，它们会导致湍流。还存在其它引发湍流的原因。湍流会导致不希望的影响，这将在下文讨论到。

如图2所示，排出装置是供料管24的形式，包括一个喷嘴26，并在此终止，它向纺丝器10提供有机物料28的熔融液流。所说的供料管和喷嘴位于所说的纺丝器腔体外，这使得可以为了诊断目的进行熔融有机液流的目测检验。有机液流的目测检验提供了物料28质量的变化、物料温度和是否发生逆流的信息。

排出装置或供料管24从挤出机向纺丝器10中的预定位置25输送熔融有机物料，如下所述。旋转的纺丝器的离心力使纺丝器中的熔融物料从旋转轴12向侧壁18移动。在离心时侧壁必须被熔融材料完全覆盖，否则会在纤维中产生不希望的不连续性。已经发现，为了获得侧壁的完全覆盖，在所说的纺丝器中，熔融物料应该沉积到的优选的位置是在纺丝器底16上距离侧壁18约1.25cm到约2.0cm处。如果所说的熔融物料排出到纺丝器中其它位置，所说的熔融材料可能不会完全覆盖侧壁18。

如图3和图4所示，供料管24末端的喷嘴26由具有一个限流喷口42的孔塞41构成，所说的喷口可减小熔融有机物料液流流动通道的直径。对于聚合物材料，限流喷口的直径可以在约0.125cm～0.5cm范围内，优选的范围是在约0.25cm～0.31cm。如图4所示，限流喷口42上的进口43可以有锥形壁44以减少堵塞。喷嘴孔塞优选的是用黄铜制造，但是也可以使用任何合适的材料。喷嘴孔塞的外径约等于供料管的内径。所说的孔塞可以塞在管子中并焊接在适当的位置上。另外，所说的孔塞也可以套在供料管上。所说的喷嘴还可以有一个旋转接头(未示出)，类似于淋浴头，它可以使熔融有机物料液流对准纺丝器腔体内的不同位置。

当熔融有机物料穿过缩小直径的限流喷口42时，材料的速度增加。由于物料的质量恒定，随着其速度的增加材料的动量增大。当材料获得了足够的动量时，它就不受纺丝器腔体内湍流影响。因此，可以获得排出装置放置在所说的纺丝器腔体以外的上述益处，同时不希望的湍流影响可以减少或最小化。

材料的排出速度由物料的比重、压力和限流喷口的直径决定。在恒定的挤出机中的物料压力下，限流喷口越小，熔融材料的排出速度越快，相应地动量越大。然而，该直径的限流喷口更容易堵塞。在恒定的孔径下，供料管输出端的物料压力越大，排出速度越快。通过提高出料率可以提高压力，而出料率受通过纺丝器上的孔洞的物料量的限制。通过提高有机物料的粘度也可以增大所说的压力，然而，随着物料粘度的提高，所说的物料硬化太快不能离心出去。同时，随着物料的粘度的提高，熔融液流倾向于包裹在纺丝器腔体内的旋转轴14上。

已经发现，所说的熔融物料必须具备至少约100gcm/sec²的动量以克服在直径40cm的纺丝器内的湍流，为了获得最佳效果，在300～500gcm/sec²之间的动量是优选的。0.25cm的限流喷口以40到55cm/sec排出聚合物物料。为了获得100gcm/sec²的动量，具有40cm/sec的排出速度的聚合物物料必须以2.5g/sec的所谓出料率的速率供给到所说的喷嘴。

如图2所示，从所说的喷嘴释排出的熔融物料形成了覆盖所说的纺丝器腔体内的纺丝器侧壁18的源头或层32。所说的熔融层中的物料被离心通过孔23形成纤维34。如图1所示，沿径向运动的纤维被鼓风机36转向向下进入圆筒形纤维幕内，向下移动，即沿所说的纺丝器的轴向。纤维收集成包40，用于纤维产品的制造。

应该理解，任何可纤维化的有机物料均可提供给所说的纺丝器。合适的聚合物的实例是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚丙烯或聚苯撑硫(PPS)。其它适合于制造纤维的有机物料包括尼龙、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰胺、各种聚烯烃、沥青及其它树脂和热塑性或热固性物料。

如果所说的有机物料是聚合的，如PET，则可以以熔融态用熟悉聚合物材料技术的那些人所共知的挤出设备(未示出)供料。熔融有机物料供给到所说的纺丝器的温度取决于物料的性质。聚丙烯从挤出机挤出时的典型温度为260℃。沥青的典型操作温度低一些，约为200℃，而PPS的典型操作温度要高一些，约为315℃。所说的熔融有机物料优选的是在2,000kPa到15,000kPa的压力下离开挤出机，优选的是在更低的压力下到达所说的排出装置，优选的是所说的压力低于700kPa。

管子24优选的是与垂直方向成一定的夹角以便使排出的熔融物料对准最佳位置，最优选的是成约12度角，但是所说的角度可以根据纺丝器的尺寸和旋转速度而改变。所说的供料管由不锈钢管材制成，但也可以使用任何合适的管材。所说的管子可以为5米长，或更长，以便使挤出机与纺丝器分开，并提供建立生产装备的更大灵活性。优选的是使用具有1.25cm内径的管子，然而所说的直径可以根据管材的长度和所用材料变化。

如图5所示，喷嘴26可以有两个喷口42a和42b以两个液流28a和28b把熔融物料排出到纺丝器中。所说的液流可以对准纺丝器腔体中的不同位置以获得对侧壁18的更好的覆盖，并因此获得如上所述的更好的离心作用。可以使用两个以上的喷口以形成更多的液流，这些液流可以对准纺丝器腔体内的几个位置。另外，应该理解，除了包括喷嘴26的管子24以外，也可以使用以足够的动量把熔融有机物料排出到纺丝器腔体内预定位置的排出装置，并且可以从而至少获得本发明的某些优点。

应该理解，本发明可以在所具体解释和说明的内容以外的方式实施而不离开本发明的范围。

本发明可以用于生产用于结构和隔热制品的有机纤维纤维制品。

Claims (17)

1.一种用于纤维化有机物料的方法，包括旋转一个具有一个底和一个由所说的底向上延伸至上端面终止的侧壁的纺丝器，所说的纺丝器有一个由所说的底、侧壁和一般平行于所说的底并通过所说的侧壁上端面延伸的平面所确定的纺丝器腔体，在所说的纺丝器腔体中引发湍流，向一个供料管提供有机物料，其中，所说的供料管终止于所说的纺丝器腔体外的一点，以高于100gcm/sec²的动量从供料管中排出所说的熔融有机物料，并从所说的熔融有机物料中离心出纤维。

2.根据权利要求1的方法，包括以在约300～500gcm/sec²范围内的动量排出所说的熔融有机物料。

3.根据权利要求1的方法，其中，所说的排出步骤包括：使所说熔融物料穿过供料管端部的限流喷口，所说的限流喷口位于所说的平面上方的一点处。

4.根据权利要求1的方法，包括从与垂直方向成约12度角的供料管中排出所说的熔融有机物料。

5.根据权利要求1的方法，其中，所说的排出步骤包括经过具有多个限流喷口的喷嘴排出所说的熔融有机物料。

6.根据权利要求5的方法，包括使所排出的熔融有机物料对准纺丝器腔体中的多个不同位置。

7.根据权利要求1的方法，其中，所说的有机物料是有机聚合物料。

8.一种用于纤维化有机聚合物物料的方法，包括旋转一个具有一个底和一个由所说的底向上延伸至上端面终止的侧壁的纺丝器，所说的纺丝器有一个由所说的底、侧壁和基本平行于底壁并通过所说的侧壁上端面延伸的平面所确定的纺丝器腔体，从而在所说的纺丝器腔体中引发湍流，向一个供料管提供熔融的聚合物物料，所说的供料管终止于纺丝器腔体外的一点，以高于100gcm/sec²的动量从所说的供料管中排出所说的熔融有机聚合物物料，并从所说的熔融有机聚合物物料中离心出聚合物纤维。

9.根据权利要求8的方法，其中，所说的排出步骤包括使所说的熔融物料通过所说的供料管端部的限流喷口，所说的限流喷口直径在约0.125cm～0.5cm之间，并位于纺丝器腔体外的一点。

10.根据权利要求8的方法，其中，所说的排出步骤包括：经过具有多个限流喷口的喷嘴排出所说的熔融物料，并将限流喷口对准所说的纺丝器腔体中的多个不同位置。

11.一种用于纤维化熔融有机物料的装置，包括：一个具有一个底和一个由所说的底向上延伸至上端面终止的侧壁的离心纺丝器，所说的纺丝器包括一个由所说的底、侧壁和基本平行于所说的底并通过所说的侧壁上端面延伸的平面所确定的纺丝器腔体，并以足以克服所说的湍流并到达所说的纺丝器腔体中预定位置的动量排出所说的熔融有机物料的装置，所说的排出装置终止于位于所说的平面上方的一点。

12.根据权利要求11的装置，其中，所说的排出装置包括一个供料管和一个位于所说的供料管端部的限流喷口，所说的限流喷口位于所说的纺丝器腔体外的某一位置。

13.根据权利要求12的装置，其中，所说的限流喷口的直径约为0.125cm～0.5cm之间。

14.根据权利要求11的装置，其中，所说的供料管与垂直方向成约12度角。

15.根据权利要求11的装置，其中，所说的排出装置包括一个供料管和一个具有一个限流喷口的喷嘴，所说的喷嘴位于纺丝器腔体外的某一位置上的供料管端部上。

16.根据权利要求15的装置，其中，所说的喷嘴具有多个限流喷口。

17.根据权利要求16的装置，其中，所说的限流喷口对准所说的纺丝器腔体中的多个不同位置。

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