CN110506137A - 天然纤维基短纤维、制造这种天然纤维基短纤维的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及制造天然纤维基短纤维的方法和设备。本申请还涉及短纤维、短纤维基原毛以及包括这种短纤维的产品。方法包括：提供纤维素悬浮液(101，310，510)，纤维素悬浮液包括水、精制的纤维素原纤维和至少一种流变改性剂；将纤维素悬浮液通过喷嘴(102，320，520)导向到表面(300，400，500)上；将纤维素悬浮液干燥到表面(103，300，400，500)上以形成纤维(350，550)；以及，在表面上切割纤维素悬浮液以形成短纤维(105)。

Description

天然纤维基短纤维、制造这种天然纤维基短纤维的方法和 设备

技术领域

本申请涉及短纤维和短纤维基原毛、制造这种短纤维的方法和制造这种短纤维的设备。此外，本申请涉及一种用于形成纤维基原毛的短纤维的表面。此外，本申请涉及由短纤维或纤维基原毛制成的纱线和非织造物。

背景技术

产品，像纱线和织物，可以由天然或合成起始材料制成。合成起始材料可能对产品的可循环性或处理阶段造成负面影响。天然起始材料在其生长或加工过程中可能会对环境造成负面影响。这种天然起始材料的示例是棉花。

发明内容

本申请的一个目的是提供天然纤维基原毛。目的是提供生态天然纤维基原毛，其可作为原毛加工，以制作纱线或非织造物。另一个目的是提供天然纤维基短纤维。这种短纤维可以用于原毛。

根据本发明的一个方面，天然纤维基原毛包括短纤维，短纤维已经缩短了两次。

纤维素悬浮液包括水和纤维素的水性悬浮液。另外，纤维素悬浮液可以包括至少一种流变改性剂。纤维素包括天然纤维。纤维素悬浮液通过喷嘴被导向到表面上进行干燥。通过从纤维素悬浮液移除水来干燥纤维素悬浮液。由此，在表面上（例如在带或线或圆筒表面上）形成天然纤维。

从表面提取天然纤维。天然纤维可以被缩短成一定长度的短纤维，以制作原毛。这可以在表面上实现，或者在从表面提取之后实现。天然纤维基原毛包括一定长度的短纤维。短纤维以随机顺序布置，以形成包括一定长度的短纤维的原毛网状物。天然纤维基原毛包括蓬松、通气、松散布置的短纤维，使得天然纤维基原毛中的短纤维的顺序和密度不均匀。天然纤维基原毛包括非均质结构。可以加工短纤维基原毛，以提供纱线或非织造材料。

根据本发明的一个方面，一种制造天然纤维基短纤维的方法包括提供包括水和精制的纤维素原纤维的纤维素悬浮液。该方法还包括通过喷嘴将纤维素悬浮液导向到表面上，将纤维素悬浮液干燥到表面上，在表面上切割纤维素悬浮液以形成短纤维。

根据本发明的一个方面，一种制造天然纤维基短纤维的设备包括喷嘴，该喷嘴被布置成将包括水性精制的纤维素原纤维的纤维素悬浮液导向到表面上。该设备还包括干燥器，该干燥器被布置成干燥表面上的纤维素悬浮液以形成纤维。纤维素悬浮液被布置成在表面上被切割，以形成短纤维。

根据本发明的一个方面，一种制造天然纤维基原毛的方法包括提供包括水和精制的纤维素原纤维的纤维素悬浮液。该方法还包括将纤维素悬浮液通过喷嘴导向到表面上，将纤维素悬浮液干燥到表面上以形成纤维，并从表面提取纤维以形成包括短纤维的天然纤维基原毛。

根据本发明的一个方面，一种用于制造天然纤维基原毛的设备包括喷嘴，该喷嘴被布置成将包括水性精制的纤维素原纤维的纤维素悬浮液导向到表面上。该设备还包括干燥器和提取器，干燥器布置成干燥表面上的纤维素悬浮液以形成纤维，提取器布置成从表面提取纤维以形成包括短纤维的纤维基原毛。

本发明的一个方面涉及一种用于由纤维素悬浮液形成短纤维的表面，该纤维素悬浮液包括精制的纤维素原纤维的水性悬浮液。该表面包括0.25-4 m的曲率半径；和在垂直于表面移动方向的表面上对准的凹槽。凹槽可以以预定的恒定间隔放置。

表面上的凹槽可以由其他类型的不连续位置代替。不连续位置可以包括脊或凹槽。不连续位置可以包括切口、镶嵌物、狭槽、通道、峰、凹陷、凹槽、脊、突起、突出部或其他类型的不连续位置。替代地，纤维素悬浮液可以被布置成通过切割手段在表面上切割或缩短成短纤维。切割手段可以包括将纤维素悬浮液暴露于辐射、物质或其他切割手段。

本发明的一个方面涉及根据先前的制造方法和/或设备制造的纤维基原毛。一种包括短纤维的纤维基原毛，其中短纤维由通过氢键互锁的精制的纤维素原纤维组成，并且纤维基原毛包括未定向的、缠结的、蓬松的短纤维网状物。

本发明的一个方面涉及一种由短纤维基原毛制成的纱线。本发明的另一个方面涉及由短纤维基原毛制成的非织造材料。

附图说明

在下文中，结合附图来描述本发明的实施例，其中：

图1示出了根据一个实施例的制造纤维基原毛的方法。

图2示出了根据一个实施例的制造纤维基原毛的方法。

图3示出了根据一个实施例的制造纤维基原毛的设备。

图4示出了根据一个实施例的圆筒。

图5示出了根据一个实施例的制造纤维基原毛的设备。

图6示出了根据一个实施例的带。

图7示出了根据一个实施例的短纤维。

图8示出了根据一个实施例的短纤维。

图9示出了根据一个实施例的纤维基原毛。

图10示出了根据一个实施例的MFC悬浮液的凝胶性质。

图11示出了根据一个实施例的凝胶性质。

图12示出了根据一个实施例的示例流变图。

具体实施方式

图1示出了根据一个实施例的制造天然纤维基原毛的方法。提供纤维素悬浮液101。纤维素悬浮液包括精制的纤维素原纤维的水性悬浮液。纤维素悬浮液可以包括水、精制的纤维素原纤维和至少一种流变改性剂。纤维素悬浮液的原纤维源自缩短或精制的浆粕或植物基材料。纤维素悬浮液通过喷嘴被导向102。喷嘴将纤维素悬浮液供给到表面。该表面可以是带、线或圆筒的表面。纤维素悬浮液在表面上干燥103。干燥从纤维素悬浮液移除水。已干燥的纤维素悬浮液被布置成将纤维形成到表面上。纤维可以以连续纤维的形式布置。从表面提取连续纤维104。从表面提取的纤维被切割或缩短以形成短纤维105。短纤维被布置成形成非均质网状物，该网状物包括不同密度和定向的纤维浓度。短纤维的非均质蓬松材料被称为天然纤维基原毛106。

图2示出了根据一个实施例的制造天然纤维基原毛的方法。提供纤维素悬浮液201。纤维素悬浮液包括精制的纤维素原纤维的水性悬浮液。纤维素悬浮液可以包括水、至少一种流变改性剂和精制的纤维素原纤维。精制的纤维素原纤维可以源自植物基浆粕。纤维素悬浮液通过喷嘴被导向202。喷嘴将纤维素悬浮液供给到表面，例如带、线或圆筒的表面。纤维素被布置成在表面上被缩短和干燥203。已干燥和缩短的纤维素悬浮液被布置为形成短纤维。这是通过布置在弯曲表面上的凹槽来实现的。从表面提取缩短的纤维204。短纤维被布置成形成非均质网状物，该网状物包括不同密度和定向的纤维浓度。短纤维的非均质蓬松材料被称为天然纤维基原毛206。

表面上的凹槽可以由切口、镶嵌物、狭槽、通道、峰、凹陷、凹槽、脊、突起、突出部或其他类型的不连续位置代替。在替代实施方式中，纤维素悬浮液被设置成通过切割手段在表面上被缩短。切割手段可以包括例如激光、热量、化学物质、超声波。

纤维素悬浮液包括纤维素原纤维。纤维素原纤维是源自植物基材料源的天然原纤维。植物基原纤维可以包括原始或再循环的植物材料或这些材料的组合。植物基原纤维可以源自木材或非木材。植物可以包括木材，例如硬木，像桦木、山杨、白杨、桤木、桉树、阿拉伯胶；或者软木，像云杉、松树、冷杉落叶松、道格拉斯冷杉、铁杉。替代地或补充地，纤维素原纤维可以源自其他非木材植物，例如棉花、大麻、亚麻、剑麻、黄麻、洋麻、竹子、草炭、椰子。非木质纤维素原纤维或纤维可以源自农业残留物、草、稻草、树叶、树皮、种子、外壳、花、蔬菜或水果。

此外，悬浮液可以包括源自合成材料（如玻璃纤维、聚合纤维、金属纤维），或者源自天然材料（如羊毛纤维或丝纤维）的原始或再循环纤维。

纤维素是一种有机化合物，包括通过β-(1, 4)糖苷键链接的直链D-葡萄糖单元。纤维素原纤维包括有机原纤维。纤维素原纤维可以包括植物基原纤维。纤维素原纤维可以包括木材基纤维。天然形式的纤维素原纤维是指天然纤维素原纤维。天然纤维素原纤维没有经历纤维素聚合物结构的化学改性。纸浆是天然纤维素纤维混合物的一个示例。纤维素是具有几个葡萄糖单糖单元的线性多糖聚合物。天然纤维素原纤维可以在化学或机械制浆过程中从植物基或木材基原材料中分离出来。浆粕包括纤维素纤维材料。天然木材基纤维由半纤维素和木质素基质中的纤维素原纤维组成。

纤维素原纤维可以源自包括纳米结构纤维素的纳米纤维素，即纳米大小的纤维素原纤维。纳米结构纤维素有几个广泛使用的同义词。例如:纳米纤维素、纳米原纤化纤维素（NFC）、纤维素纳米纤丝(CNF)、微原纤纤维素、纳米原纤纤维素、纤维素纳米纤维、纳米级原纤化纤维素、微原纤化纤维素（MFC）或纤维素微纤维(CMF)。纳米纤维素原纤维具有高纵横比，即长宽比。纳米纤维素原纤维包括的宽度或侧向尺寸可以小于200纳米，优选在2-20纳米之间，更优选在5-12纳米之间。纳米纤维素原纤维可以包括例如1至几微米的长度或纵向尺寸。

纳米纤维素原纤维可以从任何含纤维素的材料例如木浆中分离出来。原纤维或原纤维束的尺寸取决于原材料和分离方法。纳米纤维素原纤维可以通过高压、高温和高速冲击均化从木材基纤维中分离出来。均化过程用于使纤维的细胞壁分层或崩解，并释放出它们的亚结构原纤维和微原纤维。也可以使用木质纤维的酶和/或机械预处理。纳米纤维素原纤维可以被化学预改性，例如氮氧基介导的氧化。

纤维素原纤维可以是天然形式，其没有经过任何化学改性。天然纤维素纤维和天然纤维素原纤维可以是非再生的。因此，天然纤维素纤维/原纤维没有经历纤维素聚合物结构的化学再生或物理改性。天然纤维素纤维/原纤维是非再生的，并且主要由纤维素I的结晶结构组成。纤维素I可以具有结构I_α和I_β。人造纤维素纤维是再生的，并且结晶结构主要不是纤维素I。纤维素I转化为纤维素II(或其他形式，像纤维素III或纤维素IV)是不可逆的。因此，这些形式是稳定的，并且不能转化回纤维素I。

纳米原纤化纤维素也可以包括一些半纤维素；数量取决于植物源。微原纤纤维素从纤维原材料、纤维素浆粕或精制的浆粕中的机械崩解是用合适的器械进行的，如精磨机、研磨机、均化器、胶化器、摩擦研磨机、超声波超声破碎器、流化器（如微流化器）、宏观流化器或流化器型均化器。

纤维素纤维可以使用化学、机械、生物、热-机械或化学-热-机械制浆过程从任何含纤维素的原材料中分离出来。机械缩短、精制或切割的纤维可以包括纤维素微原纤维或原纤维束的化学或物理改性衍生物。

纳米纤维素原纤维可以从任何含纤维素的材料中分离出来。产生纤维素的微生物可以是醋杆菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属、假单胞菌属或产碱杆菌属，优选醋杆菌属，并且更优选是木醋杆菌属或巴氏醋杆菌属。

纳米原纤纤维素可以是纤维素纳米原纤或纳米原纤束的任何化学或物理改性衍生物。化学改性可以基于例如纤维素分子的羧甲基化、氧化、酯化或醚化反应。改性可以通过阴离子、阳离子或非离子物质或它们的任意组合在纤维素表面上的物理吸附来实现。任何改性可以在微原纤纤维素生产之前、之后或期间进行。

纳米原纤化纤维素可以由化学预改性以使其更不稳定的纤维素制成。这种纳米原纤化纤维素的起始材料是不稳定的纤维素浆粕或纤维素原材料，其是由纤维素原材料或纤维素浆粕的某些改性产生的。例如，氮氧基介导的氧化(例如2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氮氧化物)导致非常不稳定的纤维素材料，其易于崩解成微原纤纤维素。例如，专利申请WO2009/084566公开了这样的改性。通过这种预改性或不稳定化生产的纳米原纤化纤维素简称为NFC-L，与由没有进行不稳定化或正常纤维素制成的纳米原纤化纤维素NFC-N形成对比。

纳米原纤化纤维素可以由植物材料制成，其中纳米原纤可以从次生细胞壁获得。一个示例源是木材纤维。纳米原纤化纤维素通过均化木材衍生的纤维原材料来制造，这种纤维原材料可以是化学浆。当NFC-L由木材纤维制成时，纤维素在崩解成纳米原纤之前通过氧化而变得不稳定。在一些上述器械中的崩解产生纳米原纤，其具有仅几纳米的直径（其至多为50纳米），并在水中产生透明的分散体。纳米原纤可以减小到大部分原纤维直径只在仅2-20纳米范围内的大小。源自次生细胞壁的原纤维基本上是结晶的，结晶度至少为55%。与纳米原纤化纤维素（NFC）相比，微原纤化纤维素（MFC）以相似的方式生产。MFC的尺寸在天然浆粕原纤维与NFC原纤维之间。

纤维素悬浮液可以包括80-98重量%的水和2-20重量%的纤维素。纤维素悬浮液可以包括85-98重量%的水和2-15重量%的纤维素。此外，纤维素悬浮液可以包括0-5重量%的流变改性剂。例如，纤维素可以是纯纤维素，或者包括半纤维素和/或木质素。纤维素悬浮液包括微原纤化纤维素（MFC）或纳米原纤化纤维素（NFC）。纤维素悬浮液包括机械精制或缩短的纤维。原纤维中的至少大部分被精制以具有一定的长度。MFC原纤维直径可约为100μm或小于100μm。MFC长度加权平均原纤维长度可以是10-200 μm。

流变改性剂包括被布置成改变悬浮液粘度、屈服应力和/或触变性的化合物或试剂。流变改性剂可以包括高分子量聚合物。流变改性剂被布置成通过调节纤维素悬浮液的凝胶强度和屈服点来改变纤维素悬浮液的流变性。纤维素悬浮液具有的强度或储能模量为1000 - 20 000帕。纤维素悬浮液具有的屈服点为0.5 - 5%。纤维素悬浮液的强度和屈服点对纤维素悬浮液实现高剪切稀化有影响。纤维素悬浮液具有在1000升/秒时的粘度为1-1000毫帕秒。

流变改性剂可以是海藻酸、海藻酸盐、海藻酸钠、果胶、角叉菜胶、纳米原纤纤维素、聚环氧乙烷(PEO)、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、多羧酸、次磷酸钠、阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)、阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、聚酰胺-环氧氯丙烷树脂(PAE)中的至少一种或它们的组合。

图3示出了根据一个实施例的制造天然纤维基原毛的设备。纤维素悬浮液310被供给到喷嘴320。纤维素悬浮液的精制的原纤维在喷嘴中对准。水和纤维素悬浮液的原纤维的水性悬浮液在喷嘴320中形成定向的原纤维网状物。

纤维素悬浮液310经由喷嘴320被导向到圆筒300上。离开喷嘴320的纤维素悬浮液根据喷嘴出口开口成形。例如，喷嘴出口开口可以被成形为圆形或椭圆形。纤维素悬浮液以连续股的形式离开喷嘴320，该连续股具有的截面形状对应于喷嘴出口开口的截面形状。离开喷嘴320的纤维素悬浮液可以具有圆形或椭圆形的截面形状。

喷嘴320可以被布置成沿着圆筒300的纵向方向C，即旋转轴线A的方向，沿着水平面来回移动。纤维素悬浮液310沿着纵向圆筒表面被导向到一定的水平位置。由于圆筒300的旋转和喷嘴320的移动，供给的纤维素悬浮液310环绕圆筒表面，形成一个圆邻接一个圆，或者与相邻的圆部分重叠。连续喷射的纤维素悬浮液310随着旋转的圆筒300在圆筒300的表面上移动。当圆筒300围绕其旋转轴线A旋转时，喷嘴320被布置成沿着纵向圆筒表面C移动到相邻位置。

替代地，两个或更多个喷嘴可以沿着纵向圆筒表面C平行地相邻布置。两个或更多个喷嘴联合在一起，形成集成的单元，并且被布置成沿着纵向圆筒表面C同时移动。两个相邻喷嘴之间的距离可以是厘米的数量级，例如1 cm。（一个或多个）喷嘴沿着圆筒的纵向尺寸振荡。在两个或更多个喷嘴彼此以1cm的距离布置的情况下，喷嘴移动1 cm所耗的时间对应于喷射在圆筒表面上的纤维素悬浮液的干燥时间。喷嘴的移动速度被布置成使得用于两个相邻喷嘴之间的尺寸长度的时间被布置成对应于纤维素悬浮液的干燥时间。

在干燥过程中，水被移除，并且原纤维开始形成氢键。从而形成纤维。随着干物质含量从70重量%增加到100重量%，氢键形成。已干燥的纤维素悬浮液或纤维形成物或纤维是指至少70重量%的干物质含量。纤维纱线支数包括1-20 dtex。纤维直径可为15-70μm。纤维拉伸强度可以是15-25 cN/tex，优选是15-20 cN/tex，并且包括5-15%、优选5-10%的断裂拉伸或伸长率。

在多个喷嘴沿着圆筒的纵向尺寸的情况下，多个喷嘴可以沿着圆筒的整个纵向尺寸彼此紧邻放置。因此，不需要移动喷嘴，而是喷嘴可以固定在它们的位置。在这种情况下，纤维素悬浮液的干燥时间对应于滚筒的旋转时间。

使用两个或更多个喷嘴时，圆筒被纤维素悬浮液覆盖，并且纤维的形成比使用一个喷嘴时更快。因此，提取纤维、提供油和其他相关功能应以相应的步速完成。

纤维素悬浮液从喷嘴出来和/或喷射到表面上可以通过液压或气动控制。纤维素悬浮液离开喷嘴的速度可以通过在喷嘴处施加在纤维素悬浮液上的压力来控制。

油供应源330可以放置在圆筒300的表面上。油供应源330被布置成以振荡的方式随着喷嘴320在一定的竖直位置沿着圆筒300的纵向尺寸平行于圆筒300的旋转轴线A移动。在振荡（一个或多个）喷嘴320的情况下，油供应源330被布置成与（一个或多个）喷嘴320同时振荡。

圆筒的旋转可以在外部控制，例如由电动马达控制，电动马达的旋转速度是可调的。圆筒或弯曲带可以产生1-1000 g，优选100-500 g的向心加速度。圆筒的直径可以是1-6m。圆筒表面的旋转速度可以是5-25 m/s。作用在悬浮液(m)上的向心力(F_cp)取决于圆筒的半径(r)及其旋转表面速度(v)。作用在悬浮液(m)上的向心力(F_cp)取决于带的曲率半径(r)及其旋转表面速度(v)。数学上:F_cp=ma=mv²/r；其中a=v²/r。

纤维素悬浮液在圆筒300的表面上干燥。这可以在内部和/或外部实现。内部加热可以经由电加热电阻器、加热蒸汽或空气来实现。外部加热可以经由照射、加热和/或吹气来实现。已干燥的纤维素悬浮液在圆筒300的表面上形成纤维350。纤维350从圆筒300的表面提取。提取可以基于吹、吸、抽真空、刮或基于重力从表面落下纤维。纤维350可通过机械方式或使用真空或加压空气提取。提取可以手动或自动实现。提取器可以放置在圆筒300的与喷嘴320相对的一侧。提取器可以具有固定的位置，或者提取器可以被布置成以振荡的方式随着喷嘴320在一定的竖直位置沿着圆筒300的纵向尺寸平行于圆筒300的旋转轴线A移动。提取器被布置成与喷嘴同时振荡。提取器可以与油供应源330集成在一起并随油供应源330移动。纤维从圆筒表面提取后，在圆筒表面供油。油可以由其他合适的物质（像蜡）代替。

提取的纤维360是未定向和缠结的纤维基原毛的形式，其可以包括蓬松的纤维基原毛之间的不均匀团块。当纤维基原毛包括连续纤维时，纤维的长度被布置成被切割或缩短以形成短纤维。在缩短后，形成包括短纤维的纤维基原毛。

纤维包括1-20 dtex的线性质量密度，其涉及每单位长度的质量的量(1 dtex=1g/1000m；以及1 decitex =1 dtex= 1 g/10000 m)。纤维的韧性包括10-30 cN/tex，优选15-25 cN/tex。纤维的韧性包括15-25 cN/tex，优选15-20 cN/tex。

纤维的断裂拉伸率是5-15%，优选是5-10%。来自干燥表面的一些油存在于纤维表面。纤维表面上的油对纤维基原毛的进一步加工有影响，例如对纤维基原毛的纤维之间的摩擦和粘附有影响。油可以由合适的物质（例如蜡）代替。

图4示出了根据本发明实施例的圆筒。图4示出了圆筒400的旋转轴线A。如图4所示，圆筒可以包括均匀平坦的外表面或带凹槽的表面。凹槽401平行于圆筒400的旋转轴线A布置到圆筒400的外表面上。喷射的纤维素悬浮液与圆筒表面的凹槽401之间的脊402接触。凹槽401形成纤维素悬浮液的弱点，并且具有形成连续喷射的纤维素悬浮液的不连续性的效果。连续喷射的纤维素悬浮液在每个凹槽处断裂。因此，纤维素悬浮液形成在凹槽401之间的脊402的长度的单独部分。在大量的水干燥后，短纤维形成到圆筒上，在凹槽401之间的脊402上。形成的短纤维的长度由圆筒表面上的凹槽401之间的长度决定。

在带凹槽圆筒的情况下，从圆筒提取的纤维基原毛包括短纤维。不需要额外的精制、缩短或切割手段或阶段。短纤维基原毛是可加工的。纤维基原毛包括短纤维，这些短纤维借助于凹槽被缩短到预先限定的长度。圆筒表面上凹槽之间的间距决定短纤维的长度。

表面上的凹槽401可以由切口、镶嵌物、狭槽、通道、峰、凹陷、脊、突起、突出部或其他类型的不连续位置代替。不连续位置包括不规则的表面形状。规则、均匀或稳定的表面包括以一定间隔的不规则性。表面的不连续位置或不规则性在垂直于表面移动方向的表面上对准。

喷射的纤维素悬浮液与不连续位置之间的规则表面接触，这形成了纤维素悬浮液的弱点，并具有形成连续喷射的纤维素悬浮液的不连续的效果。这导致连续喷射的纤维素悬浮液在每个不连续位置处被切断。因此，纤维素悬浮液在不连续位置之间形成规则表面长度的单独部分。大量的水干燥后，短纤维形成到表面上、在不连续位置之间的规则表面上。所形成的短纤维的长度由表面上不连续位置之间的长度决定。替代地或补充地，当干燥时/干燥后，连续喷射的纤维素悬浮液可以通过将其暴露于切割手段或外部物体而被切割成短纤维。外部物体或切割手段可以涉及辐射、物质或能够切割表面纤维的其他物体。例如，外部物体可以包括激光、红外线、热量、超声波、电子束、水或化学物质。切割成短纤维可以在悬浮液在表面上干燥期间或之后进行。

图5示出了根据一个实施例的制造天然纤维基原毛的设备。纤维素悬浮液510被供给到一个或多个喷嘴520。纤维素悬浮液的精制的原纤维在喷嘴中对准。纤维素悬浮液的原纤维在喷嘴520中形成定向原纤维网状物。

纤维素悬浮液510经由（一个或多个）喷嘴520被导向到带500上。离开喷嘴520的纤维素悬浮液根据喷嘴出口开口成形。例如，喷嘴出口开口可以被成形为圆形或椭圆形。纤维素悬浮液以连续股的形式离开喷嘴520，该连续股的截面形状对应于喷嘴出口开口的截面形状。离开喷嘴520的纤维素悬浮液可以具有圆形或椭圆形的截面形状。

两个或更多个喷嘴可以沿着截面或横向带表面相邻、平行地布置。横侧/横向尺寸是指带的宽度尺寸；垂直于带的纵向尺寸，纵向尺寸对应于带的移动方向。两个或更多个喷嘴可以联合在一起，形成一个集成单元。两个相邻喷嘴之间的距离可以是大约0.5-50 mm，或者0.5-20 mm，例如1 mm。多个喷嘴可以沿着带的整个横向尺寸彼此紧邻放置。在这种情况下，带的整个横向尺寸经由多个喷嘴同时喷射的纤维素悬浮液覆盖。

在干燥过程中，水被移除，并且原纤维开始形成氢键。由此形成纤维。当干物质含量为70重量%至100重量%时，形成氢键。已干燥的纤维素悬浮液或纤维形成物或纤维是指至少70重量%的干物质含量。

纤维素悬浮液从喷嘴出来和/或喷射到表面上可以通过液压或气动控制。纤维素悬浮液离开喷嘴的速度可以通过在喷嘴处施加在纤维素悬浮液上的压力来控制。

油供应源530可以相对于带500的移动方向放置在（一个或多个）喷嘴520之前。油供应源530可以布置成以振荡方式沿着带500的横向尺寸、垂直于带500的移动方向移动。油供应源530布置在纤维提取阶段之后。油被供应在带500的表面上。纤维素悬浮液喷射在带油的带表面上。

纤维素悬浮液在带500的表面上干燥。这可以在内部和/或外部实现。内部加热可以经由带实现，例如通过电加热电阻器、加热蒸汽或空气。外部加热可以经由照射、加热和/或吹气来实现。已干燥的纤维素悬浮液在带500的表面上形成纤维550。纤维550从带500的表面提取。提取可以基于吹、吸、抽真空、刮或基于重力从表面落下纤维。纤维550可通过机械方式或使用真空或加压空气提取。提取可以手动或自动实现。提取器可以放置在带500的任何部分上，其中纤维的干燥度处于期望的水平，例如超过70重量%。提取器可以被放置在带的端部，或者放置在带的任一外侧，其中带的上外侧被布置成以与带的下外侧相反的方向移动。可以在另一个带上传送纤维素悬浮液或纤维以进一步干燥。

在将纤维素悬浮液喷射到带表面之前，先在该表面上供油。油可以用合适的物质代替。

提取的纤维560是未定向并缠结的纤维基原毛的形式，其可以包括蓬松的纤维基原毛中不均匀的团块。当纤维基原毛包括连续纤维时，纤维的长度被布置成被切割、缩短或精制以形成短纤维。在缩短后，形成包括短纤维的纤维基原毛。

纤维包括1-20 dtex的线性质量密度，其涉及每单位长度的质量的量(1 tex = 1g/1000m；以及1 decitex =1 dtex= 1 g/1000m)。纤维的韧性包括10-30 cN/tex，优选包括15-25 cN/tex。纤维的韧性包括15-25 cN/tex，优选包括15-20 cN/tex。纤维的断裂拉伸率或断裂伸长率包括5-15%，优选包括5-10%。来自干燥表面的油中的一些存在于纤维表面。纤维表面上的油对纤维基原毛的进一步加工有影响，例如对纤维基原毛的纤维之间的摩擦和粘附有影响。

图6示出了根据本发明一个实施例的带。图6示出了包括弯曲和带凹槽的表面的带600。图6示出了用于形成短纤维的带，而在均匀、平坦、非弯曲的带的情况下，连续纤维形成在带上。带的弯曲表面包括0.25-4 m的曲率半径。

凹槽601布置在带600的外表面上。凹槽601沿着带600的横向方向布置，垂直于带600的纵向尺寸或移动方向。喷射的纤维素悬浮液与带表面的凹槽601之间的脊602接触。凹槽601形成纤维素悬浮液的弱点，并且具有形成连续喷射的纤维素悬浮液的不连续性的效果。连续喷射的纤维素悬浮液在每个凹槽处有断裂。由此，纤维素悬浮液形成在凹槽601之间的脊602长度的单独部分。在大量的水干燥后，短纤维形成到带上，在凹槽601之间的脊602上。所形成的短纤维的长度由带表面上的凹槽601之间的长度决定。

在带凹槽带的情况下，从带中提取的纤维基原毛包括短纤维。不需要额外的精制、缩短或切割手段或阶段。短纤维基原毛是可加工的。纤维基原毛包括短纤维，这些短纤维借助于凹槽被缩短到预定的长度。带表面上的凹槽之间的间距决定短纤维的长度。

表面上的凹槽601可以由其他类型的不连续位置代替。不连续位置可以包括凹槽或脊。不连续位置可以包括切口、镶嵌物、狭槽、通道、峰、凹陷、脊、突起、突出部或其他类型的不连续位置。不连续位置包括不规则的表面形状。规则、均匀或稳定的表面包括以一定间隔的不规则性。表面的不连续位置或不规则性在垂直于表面移动方向的表面上对准。

替代地或补充地，连续喷射的纤维素悬浮液可以通过将已干燥/正在干燥的纤维暴露于外部物体或切割手段而被切割成短纤维。外部物体或切割手段可以涉及辐射、物质或能够将表面上的纤维切割成短纤维的其他物体。外部物体或切割手段可以包括例如激光、红外线、热量、超声波、电子束、水或化学物质。纤维可以在表面上干燥后或在表面上干燥时被切割。

当连续纤维被缩短为短纤维时，短纤维的切割端是尖锐的，或者至少基本上是尖锐的。尖锐的切割端如图7所示。当短纤维通过凹槽形成在弯曲的、带凹槽的表面上时，与短纤维的尖锐切割端相比，短纤维的端部是不均匀或不规则的。图8示出了短纤维的端部，该端部由弯曲的带凹槽的表面形成。凹槽导致施加的连续纤维素悬浮液中断，从而形成一定长度的单独部分，这些单独部分在干燥后形成短纤维。

短纤维的这种中断表面可以显示原纤维或更小的部分。在扩展视图中，中断的不均匀端表面显示出不规则的形状。

表面上的凹槽可以被表面的切口、镶嵌物、狭槽、通道、峰、凹陷、脊、突起、突出部或其他类型的不连续位置代替。替代地或补充地，可通过将表面上的纤维素(悬浮液)/纤维暴露于外部物体，将连续喷射的纤维素悬浮液切割成短纤维。外部物体可以涉及辐射、物质或其他能够将表面纤维切割成短纤维的物体。例如，外部物体可以包括激光、红外线、热量、超声波、电子束、水或化学物质。纤维素悬浮液可以在表面上干燥后或在表面上干燥时切割。

图9示出了布置在传送带上的纤维基原毛。短纤维从圆筒中被提取到移动的传送带上，在传送带上它们被布置成随机的、大件的网状物。

例如带或圆筒的表面可以包括疏水表面材料。圆筒或带的外表面可以覆盖有无孔疏水聚合物涂层。聚合物涂层具有形成疏水表面的效果。疏水聚合物涂层可以用油覆盖。表面的涂层和油覆盖能够实现疏水、低摩擦和低接触角滞后的外表面。油对经由油与外表面保持接触的纤维素悬浮液有影响。表面上的聚合物涂层和油和/或旋转圆筒的向心力能够控制和保持喷射到表面上的纤维素悬浮液的圆形截面形状。圆筒或带外表面上的油和低接触角滞后对在干燥过程中保持纤维素悬浮液的圆形截面形状有影响。油具有降低纤维素溶液粘附到表面的风险的作用。油具有提供稳定截面形状的纤维和/或避免在表面上形成不想要的宽、窄和/或弱带的效果。部分油留在纤维中，并且作为整理剂。油可以例如用于在加工期间控制纤维之间和/或纤维与金属之间的摩擦。这些是在产品（像纱线、非织造物或其他产品）的进一步加工和成形过程中加工纤维基原毛所需的参数。表面的油覆盖可以由其他合适的物质代替，这些物质可以具有与油类似的至少一些/所有性质。例如，油可以用蜡代替。

通过喷嘴导向到表面上的纤维素悬浮液在表面上干燥。干燥是经由加热完成的，并且在圆筒的情况下，则是圆筒的旋转运动。圆筒的旋转和/或加热能够干燥在表面上提供的纤维素悬浮液。可以在表面上形成连续纤维。替代地，可以在表面上形成短纤维。纤维素悬浮液可以经由圆筒或带的表面在外部和/或内部干燥。圆筒或带可以包括加热元件。圆筒或带可以包括内部加热器。内部加热器可以经由电阻器电子地或经由热蒸汽进行加热。圆筒或带可以包括外部加热器。外部加热器可以向表面提供照射或吹气或吹蒸汽，以干燥表面上的纤维素悬浮液。（一个或多个）加热器能够干燥施加在表面上的纤维素悬浮液。加热器或加热元件被布置成通过移除水来干燥纤维素悬浮液。

油施加在表面上。表面上的油具有降低表面张力、摩擦和/或表面接触角滞后的作用。油可以包括但不限于减少纤维-纤维摩擦或纤维-金属摩擦的纤维整理油，或者植物油或非不混溶流体。油可以被其他合适的物质代替，这些物质具有降低表面张力、摩擦和/或表面接触角滞后的效果。

该表面被布置成移动和传送已喷射的纤维素悬浮液。该表面可以包括凹槽。短纤维可以形成在弯曲且带凹槽的表面上。该表面可以包括弯曲的或圆形的圆筒表面，或弯曲的带表面。凹槽横向于表面的移动方向对准。凹槽横向于带的移动方向布置。凹槽沿着带的横向方向延伸，带的横向方向垂直于带的纵向尺寸或移动方向。凹槽横向于圆筒的旋转方向布置。凹槽沿着圆筒的长度方向延伸，平行于圆筒的旋转轴线。与凹槽之间的宽脊相比，该表面包括窄凹槽。表面的脊形成用于已喷射的纤维素悬浮液的支撑表面，而凹槽形成不连续位置。凹槽和它们之间的脊能够在表面上形成短纤维。已喷射的纤维素悬浮液被布置成在凹槽处断裂。凹槽之间的间距被配置成限定所形成的短纤维的长度。

凹槽的宽度可以是0.5-5 mm，优选是2-3 mm。凹槽的深度可以是0.5-10 mm，优选是2-3 mm。

表面上的凹槽可以由表面的其他类型的不连续位置代替。不连续位置可以包括凹槽或脊。脊可以包括尖锐的外边缘。脊离表面的高度可以是0.5-3 mm，或者优选是1-2 mm。不连续位置可以包括凹槽、脊、切口、镶嵌物、狭槽、通道、峰、凹陷、突起、突出部或表面的其他类型的不连续位置。不连续位置横向于表面的移动方向布置。不连续位置沿着表面的宽度方向延伸，平行于圆筒的旋转轴线或垂直于带或线的移动方向。与不连续位置之间的宽的规则表面相比，该表面包括窄的不连续位置。规则的表面支撑喷射的纤维素悬浮液，该悬浮液被布置成在不连续位置处断裂。包括不连续位置的表面能够在表面上形成短纤维。不连续位置之间的间距被配置成限定所形成的短纤维的长度。

替代地或补充地，可通过将纤维暴露于外部物体或切割手段，将连续喷射的纤维素悬浮液切割成短纤维。外部物体可以涉及辐射、物质或其他能够将表面上的纤维切割成短纤维的物体。外部物体或切割手段可以包括例如激光、红外线、热量、超声波、电子束、水或化学物质。纤维素悬浮液可以在表面上干燥后或在表面上干燥时被切割。

移动表面的向心力、表面的疏水性质和油性质对在表面上喷射的纤维素悬浮液和其干燥形式的纤维保持圆形截面有影响。

随着游离水在干燥过程中从纤维素悬浮液中移除，氢键开始出现。这发生在纤维素悬浮液的固体含量超过70重量%的纤维含量时/之后。

已干燥的纤维素溶液在连续的表面上形成连续的纤维(股)。带凹槽和弯曲表面能够在干燥后形成短纤维，而无需额外的精制或缩短。短纤维具有的长度为6-80 mm，优选为30-70 mm。表面上的凹槽可以由表面的其他类型的不连续位置代替。替代地或补充地，连续喷射的纤维素悬浮液可以通过将纤维素(悬浮液)暴露于外部物体或切割手段而被切割成短纤维。外部物体或切割手段可以涉及辐射、物质或能够将表面上的纤维素(悬浮液)切割成短纤维的其他物体。外部物体或切割手段可以包括例如激光、红外线、热量、超声波、电子束、水或化学物质。纤维素悬浮液可以在表面上干燥之前、之后或同时切割。长纤维或短纤维可以互锁在一起，以形成纤维的永久网状物。氢键的崩解可以通过将短纤维暴露于水或水溶液中来完成。较小的机械力或流体动力，像拉力、扭转力或流体动力剪切力，会使湿的短纤维组合物或产品崩解。当暴露于水时，短纤维将返回到单独的初级纤维素原纤维。这使得能够形成可用水处理的产品。

天然纤维基原毛包括大的特定表面积和低的密度。它提供了良好的过滤性质和良好的绝缘体，同时它的热导率低。由于不均匀的纤维表面，天然纤维基原毛具有高摩擦，这是进一步加工例如制造非织造材料所需的性质。

天然纤维基原毛具有良好的吸水性和保水性。天然纤维基原毛的保水性可以是其自身重量的10-100倍。

纤维基原毛可以被加工成从绵羊身上剪下的原毛。纤维基原毛包括短纤维。纤维基原毛包括蓬松布置、无组织、非定向顺序的短纤维，并形成不同密度的团块或聚集物。

纤维基原毛可以被梳理。一般来说，梳理将原毛朝向定向的股定向、解开并清洁。梳理可以通过梳棉机、通过梳理机、通过栉梳机进行。梳理机可以具有覆盖有梳理布或软毛刷附件的表面。在梳理过程中，将短纤维定向朝向共同的纤维定向，并且短纤维密度变得更加均匀，同时减少团块。由于梳理纤维倾向于相似地定向，因此在纤维的纵向尺寸之间具有基本相似的定向。梳理的纤维基原毛至少主要包括定向的短纤维，并且密度变化或团块减少。梳理过程中，结构趋于变得更加均质。

天然纤维基原毛具有梳理过程中所需的性质，像纤维之间和/或纤维与(梳理机的)金属之间的低摩擦。

梳理的纤维基原毛可以加工成纱线或非织造材料。纱线可以通过形成连续的预纱并将几根预纱纺成纱线而由梳理的纤维基原毛制成。纱线可用于制造不同类型的纺织品。纺织品可以使用已知的纺织品制造过程和器械由纱线制成。许多类型的最终产品，包括纱线、绳索、纺织品、织物和包括这些的产品，可以由天然纤维基原毛生产的纱线制成。

非织造材料可以通过非织造过程或毡制，例如针刺、液力缠结或其他合适的方法，由梳理的纤维基原毛生产。非织造过程将机械结合短纤维，以生产连续的非织造材料或织物。可以添加粘合剂以增强粘结。

非织造材料可用于制造卫生产品。卫生产品可以用水处理，由此产品分解成纤维素原纤维。卫生产品可以包括崩解到水中的可冲洗产品。卫生产品可以包括抹布或尿布。由短纤维基原毛制成的产品在其干燥时具有牢固的织物和触感。然而，下面的原纤维很小，并经由氢键锁定在一起，氢键在水环境中变得非常弱。一旦在水中，即使是低剪切力也会导致短纤维崩解回分类的纤维素原纤维。除了可处理性之外，由短纤维基原毛制成的非织造材料具有吸收和保留水的能力。这种能力是像尿布等产品所需要的。

由天然纤维基原毛制成的纱线可以具有的纱线支数为5-200 tex。纱线具有的韧度为5-15cN/tex；以及断裂伸长率为3-10%。由天然纤维基原毛制成的非织造材料具有的密度为10-100 kg/m³。

该制造过程能够以经济和环境友好的方式提供纱线和/或非织造材料。所提供的纤维基原毛由紧凑的制造阶段甚至作为单一过程提供。纤维基原毛可用原毛加工和处置已知的过程和器械加工。纤维基原毛可以使用纺纱器械加工成纱线，或者使用非织造过程和方法加工成非织造材料。

短纤维基原毛或产品对生物降解性有影响。丢弃是生态的，并且使用天然基纤维素纤维能够回收和再利用。

天然纤维基原毛可用作绝缘体。它在梳理之前或之后形成可用的绝缘体。

图10显示了MFC悬浮液的凝胶性质。在这种悬浮液中，使用流变改性剂将凝胶强度，即储能模量，调节到期望的水平，高于1000帕。

图11示出了凝胶的性质，其中屈服点是储能模量和损耗模量的交点，使用流变改性剂将其调节2%。

图12示出了示例流变图，其显示高剪切稀化行为。使用流变改性剂在1000l/s剪切速率下将剪切黏度调节至0.2帕。

先前给出的描述被呈现为对本发明各方面的说明。在不脱离权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以代替、改变、组合或省略部件或细节。

Claims (44)

1.一种制造天然纤维基短纤维的方法，包括：

-提供包括精制的纤维素原纤维的纤维素悬浮液，

-将纤维素悬浮液通过喷嘴导向到表面上，

-将纤维素悬浮液干燥到所述表面上，

-切割所述表面上的纤维素悬浮液以形成短纤维。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述精制的纤维素原纤维包括精制的植物基纤维素原纤维。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中离开所述喷嘴的纤维素悬浮液包括喷嘴出口开口的形状，可选地为圆形或椭圆形截面形状。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述干燥包括经由辐射、吹气或热传导来干燥所述表面上的纤维素悬浮液。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述表面包括疏水性外表面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将油或蜡应用到所述表面上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将到所述表面上的纤维素悬浮液干燥到至少70重量%的干燥浓度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述干燥包括在所述精制的纤维素原纤维之间形成化学键。

9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述短纤维包括的长度为6-80 mm，优选为40-60 mm。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中切割所述表面上的纤维素悬浮液以形成短纤维包括在将纤维素悬浮液干燥到所述表面上之前、之后或同时将所述纤维素悬浮液暴露于切割手段。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述切割手段包括以下至少一种:所述表面上的不连续位置、辐射、激光、红外线、热量、超声波、电子束、水或化学物质。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述表面包括用于在所述表面上形成短纤维的不连续位置，其中所述不连续位置以一定的预定恒定间隔在垂直于所述表面移动方向的表面上对准。

13.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述表面包括弯曲表面。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括从所述表面提取短纤维以形成包括短纤维的天然纤维基原毛。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述纤维基原毛是可加工的，以便形成纱线股或非织造材料。

16.根据前述权利要求14-15中任一项所述的方法，包括梳理所述天然纤维基原毛，以便定向和缠结所述纤维。

17.根据前述权利要求14-16中任一项所述的方法，包括将纤维基原毛加工成预纱并将所述预纱纺成纱线；或者将天然纤维基原毛加工成非织造材料的形式。

18. 根据权利要求12所述的方法，其中所述不连续位置包括不规则的表面形状，可选地为凹槽或脊。

19.一种制造天然纤维基短纤维的设备，包括

-喷嘴，其被布置成将包括精制的纤维素原纤维的纤维素悬浮液导向到表面上，

-干燥器，其被布置成干燥所述表面上的纤维素悬浮液以形成纤维，其中所述纤维素悬浮液或所述纤维被布置成在所述表面上被切割以形成短纤维。

20.根据权利要求19所述的设备，其中所述精制的纤维素原纤维包括精制的植物基原纤维。

21.根据权利要求19-20中任一项所述的设备，其中导向到所述表面的纤维素悬浮液包括对应于喷嘴出口开口形状的截面形状，可选地为圆形或椭圆形截面形状。

22.根据权利要求1-21中任一项所述的设备，其中所述干燥器包括加热电阻器、散热器、蒸发器或鼓风机中的至少一个。

23.根据权利要求19-22中任一项所述的设备，其中所述表面包括疏水性外表面。

24.根据权利要求19-23中任一项所述的设备，其中所述干燥器被布置成将纤维素悬浮液干燥到至少70重量%的干燥浓度。

25.根据权利要求19-24中任一项所述的设备，其中所述干燥器被布置成干燥所述纤维素悬浮液，并导致在精制的纤维素原纤维之间形成化学键。

26.根据前述权利要求19-25中任一项所述的设备，所述设备包括切割手段，并且其中所述纤维素悬浮液在所述表面上暴露于所述切割手段。

27.根据权利要求26所述的设备，其中所述切割手段包括以下至少一个:表面上的（一个或多个）不连续位置、辐射、激光、红外线、热量、超声波、电子束、水或化学物质。

28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述不连续位置在垂直于所述表面的移动方向的表面上以一定的预定间隔对准。

29. 根据权利要求28所述的设备，其中所述表面上的不连续位置之间的预定间隔包括6-80 mm、优选30-70 mm的长度。

30.根据权利要求19-29中任一项所述的设备，其中所述表面包括弯曲表面。

31. 根据权利要求30所述的设备，其中所述弯曲表面包括0.25-4 m的曲率半径。

32.根据权利要求27-29中任一项所述的设备，其中所述表面包括垂直于所述表面的移动方向对准的不连续位置。

33.根据权利要求27-29中任一项所述的设备，其中，所述不连续位置包括不规则的表面形状，可选地包括凹槽或脊。

34.根据权利要求17-33中任一项所述的设备，包括提取器，所述提取器被布置成从所述表面提取纤维，以便形成包括短纤维的纤维基原毛。

35.根据权利要求34所述的设备，其中所述纤维基原毛是可加工的，可选地以便生产纱线或非织造材料。

36.根据权利要求19-35中任一项所述的设备，其中所述表面包括圆筒、线或带。

37.一种包括根据权利要求1-18中任一项所述的方法制造的短纤维的纤维基原毛，其中所述短纤维包括通过氢键互锁的精制的纤维素原纤维，并且所述纤维基原毛包括未定向、缠结、蓬松的短纤维网状物。

38.根据权利要求37所述的纤维基原毛，其中所述纤维基原毛是可加工的、可梳理的和/或可纺的，以便形成纱线和/或非织造材料。

39. 根据权利要求37-38中任一项所述的纤维基原毛，其中所述短纤维包括6-80 mm、优选40-60 mm的长度。

40. 根据权利要求37-39中任一项所述的纤维基原毛，其中短纤维包括的纱线支数为1-20 dtex；和/或短纤维包括的直径为15-70μm；和/或短纤维包括的拉伸强度为15-25 cN/tex；和/或短纤维包括的断裂伸长率为5-15%。

41.一种由根据权利要求37-40中任一项所述的短纤维基原毛制成，和/或根据权利要求1-18中任一项所述的方法制造，和/或使用根据权利要求19-36中任一项所述的设备制造的纤维纱线。

42. 根据权利要求31所述的由短纤维基原毛制成的纤维纱线，其中所述纱线包括5-200 tex的纱线支数；和/或5-15 cN/tex的韧性；和/或3-10%的断裂伸长率。

43.由根据权利要求37-40中任一项所述的短纤维基原毛制成和/或根据权利要求1-18中任一项所述的方法制造，和/或使用根据权利要求19-36中任一项所述的设备制造的非织造材料。

44. 根据权利要求43所述的由短纤维基原毛制成的非织造材料，其中所述非织造材料包括10-100 kg/m³的密度。