CN1113089A - 喷丝板 - Google Patents

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Abstract

一种特别适用于将纤维素溶液纺制成丝的喷丝 板，其具有一个基本上旋转对称结构的、在其中央有 一个冷却空气用的进入通道，一个纤维素溶液用的进 入通道，一个优质金属制成的、环形的经拉伸加工出 的插入式喷丝件，其中，该喷丝件的截面布成皿形结 构，以及还包括一个折流板，其用于使冷空气流基本 上垂直地偏转通过由喷线孔挤出的纤维素长丝。喷 丝件上设置有相互等间距间隔开的喷丝孔。

Description

喷丝板
本发明涉及一种用于纤维素溶液纺丝的喷丝板。
从美国专利US-PS2,179,181所公开的内容可以了解到，叔氧化胺(tertiary amine-oxide)能溶解纤维素，并且通过凝固可从该溶液中获得纤维素纤维。制备这种溶液的方法譬如已在欧洲专利申请EP-A0356419中公开的方法。按照公开文件的这种方法，首先使纤维素悬浮体在含水的叔氧化胺中制备。氧化胺的含水量最多可达40％(质量)。对含水的纤维素悬浮体进行加热并在降压的情况下抽去水份，直至纤维素溶解。该方法在一个特别研制的、可抽真空的搅拌装置中进行。
由德国专利申请DE-A2844163所公开的内容可知，为了生产纤维素纤维，在纺丝模，也即喷丝板和凝固浴之间设定一个空气隙，以便在喷丝板处实现拉伸。喷丝板和的这种拉伸是必要的，因为在成形了的纺丝溶液与含水的凝固浴接触后纤维就难以拉伸了。在空气隙中形成的纤维结构在凝固浴中得到固定。
德国专利申请DE-A2830685公开了一种本文开始所述类型的方法，按照这一方法，叔氧化胺(tertiary amine-oxide)中的纤维素溶液在热状态下被成形为长丝，这些长丝被用空气冷却并随后进入到凝固浴中，以便使溶解的纤维素得以凝固。然后用水浸湿纺出的长丝的表面，以降低这些长丝与相邻长丝的粘合倾向。
实践表明，现有技术的所有方法在长丝的形成和纤维的纺织性能方面均是不能令人满意的。由于喷丝板和凝固浴之间的纺丝间隙小，其间隙范围只有几个厘米，从而只有很短的时间能用于纤维的性能调整，所以难以使纤维束中的所有长丝和使凝固后得到的纤维具有譬如均匀的纤度、均匀的强度和伸长率。这一情况特别会发生在产量高即纤维密度高的纺丝情况中。
因此，本发明的任务在于改进纺丝过程，使上述问题得以消除，以便能纺出密集的纤维束并在此情况下能使纺出纤维的纺织性能得到更好的调整。
大量的试验表明，用一种特殊结构的纺丝装置可达到以上目标。本发明用于把纤维素溶液纺制成丝的喷丝板具有一个基本上为旋转对称结构的、在其中央带有一个冷却气体进入通道的喷丝板体(模本体)，一个纤维素溶液进入通道，一个优质金属制的、环形的、经深拉伸加工出的插入式喷丝件，在该喷丝件上有相互等间距设置的喷丝孔，该喷丝件的截面为皿形(船形)结构，本发明的喷丝板还具有一个折流盘，用以使冷却气流偏转而朝向从喷丝孔挤出的纤维素长丝，使冷却气流基本上垂直地流过被挤出的纤维素长丝。
通过向纤维素长丝吹送惰性气体，最好是吹送空气，可影响纤维的纺织性能。出自喷丝板的长丝的冷却过程除影响长丝的质量外，还影响长丝的拉伸率和伸长率。这样，在用几乎没有涡流的、而为层流的冷却气流吹冷刚被挤出的长丝的情况下，可纺制出性能一致的纤维。
本发明基于以下所公开的内容，即该方法还能得到进一步改善，条件就是，所用的纺丝装置的结构设计是这样方式完成的，即冷却气流在通过纤维束时，就是在冷却刚被挤出的纤维素长丝时冷却气流仍尽可能保持层流状态。这一点是可以保证的，其条件在于，设置喷丝孔时要使喷丝孔相互间具有均匀一致的间距。据此，能以大于每平方毫米3.9个孔的孔密度纺丝，而又不出现各长丝粘合现象。
本发明的喷丝板的一个优选的实施形式的特征在于，其具有一个插入式喷丝件，其上的喷丝孔相互等间距地位于至少三个同心圆上，其中，从径向看，同心圆上的喷丝孔最好是交错设置的。这可使纺丝过程中能保持特别均匀一致的温度，由此使长丝可获得均匀的冷却，这对纤维素纤维的性能起到有利作用。
本发明的喷丝板的一个特别优选的实施形式是，其具有一个带有至少0.48个喷丝孔/mm2的插入式喷丝件。金/白金的合金被证明是制作插入式喷丝件的最适宜的材料。
本发明还涉及用于把叔氧化胺中的纤维素溶液纺制成丝的喷丝板的应用，其中的叔氧化胺最好是N-甲基-N-氧化吗啉(N-methylmorpholine-N-oxide)。
下面借助附图以及具体实施例详细说明本发明的方法、特点、结构及其他目的。其中：
图1是本发明的喷丝板结构的剖面示意图；和
图2是其上带有喷丝孔的、环状的插入式喷丝件的局部放大示意图。
在图1中用标号1表示可加热的喷丝板体(模本体)，加热装置未示出，通过一个进入通道3向该喷丝板体1供给纺丝原液，即温度约为100℃的热纤维素溶液(在图1中用一个箭头示意性的表示出)。用标号4表示其上有喷丝孔6的、环状的通过深拉伸加工出的插入式喷丝件。插入式喷丝件4为皿形结构(盘状结构)，并插入放置在喷丝板体1中。为了支承插入式喷丝件4，喷丝板体1为相应的台阶式结构。
为了便于理解，图2以迎着纺丝方向示意性地示出了插入式喷丝件4的一个局部。在图2中，用标号6表示喷丝孔，其中喷丝孔6分别位于四个同心圆K1、K2、K3、K4上。这些喷丝孔沿径向方向是交错排列的，并且其相互间的间隔距离是相等的。这种插入式喷丝件4的一个具体实施形式是，例如该元件用70％的金和30％的白金构成的合金制成，其直径为135mm，其厚度为1mm，其钻有孔的环形部分的宽度为15mm。孔的间距平均为0.50mm，并且孔是在19个孔排上交错钻出的。据此，可容纳15,000个以上的喷丝孔。
过滤环8配置在插入式喷丝件4之上。过滤环8和插入式喷丝件4与喷丝板体之间存在有相应的密封(图中末示出)。纺丝原液的进入通道3可为环形结构。喷丝板体1如设计成仅在一处将纺丝原液喂送到喷丝板体1中而使纺丝原液能均匀的分配到全部插入式喷丝件4是可能的。
用标号7表示从喷丝孔6挤出的纤维束。纤维束7经过由喷丝孔6至凝固浴(图中末示出)表面的距离限定出的空气隙后进入到凝固浴中并进行拉伸。用空气冷却挤出的纤维束7，图中以虚线箭头表不出冷却空气。当纤维束7离开喷丝孔6时，拉伸是以比纤维束离开喷丝孔时高得多的速度来对纤维束7进行拉伸而实现的。
冷却气体最好是用空气，其由进入口2吹入经冲击折流盘5而沿基本上水平的方向被折流。密集的、环形的纤维束7被自里向外吹的层流空气流所冷却。冷却空气出自一个环形的缝隙体。该缝隙体由折流盘5和上导板9构成。
在图1中出现的角度的优选值如下：
α(折流盘)：≤12°，优选：3～8°；
β(上导板)：≤10°，优选：4～8°；
σ(α+β)：≤22°。
为了防止出现由纺丝原液向冷却空气传热，在冷却气体的进入通道2和纺丝原液的进入通道3之间设置一个隔热装置(图中末示出)是适宜的。
实践表明，按照本发明设置具有均匀的孔间间距的喷丝孔可使气流在通过纤维束时实际上不会形成涡流，这对整个纺丝过程并对生成的纤维素纤维的性能具有积极的作用。如果不是这样设置喷丝孔，而是譬如把喷丝孔组合成组，并且喷丝孔不是均匀分布的，从而就使喷丝孔的相互间距变得不一致，在各组纤维束之间出现空白面，则冷却气体就不会没有涡流地流过纤维束。这会对纺丝过程有不利的影响。
下面用更具体的实施例详细说明本发明。
用按照欧洲专利申请EP-A0356419描述的方法制备的纤维素溶液经过过滤并在热状态下用图1示意性地示出的喷丝板纺制成丝。该纺丝装置的冷却气体用的管形进入通道2的内径为44mm，其折流盘5的直径为104mm。角α和β分别为5°；这样总开口角σ为10°。
在下表中列出：每小时的纺丝原液-纤维素溶液量(kg/h)，其纤维素含量(％质量)，纺丝时纤维素溶液的温度(℃)，插入式喷丝件的宽度(mm)，喷丝孔的数量，孔密度(孔数量/mm2)，喷丝孔的直径(μ)，纤维的拉伸速率，冷却空气的进入量(m3/h)，进入的冷却空气的温度(℃)，排出的内部冷却空气的温度(℃)，凝固浴的NMMO含量(％NMMO质量)，凝固浴的温度和纺出的纤维的最终纤度(dtex)。
                    表
纤维素溶液量：公斤/小时(kg/h)                 27.6
纤维素含量：质量百分比(wt％)                  15
纤维素溶液的温度(℃)                          117
插入式喷丝件的宽度：毫米(mm)                  15
喷丝孔的数量                                  15,048
孔密度：孔/平方毫米(holes/mm2)               3.94
喷丝孔的直径：微米(μm)                       100
纤维的拉伸率                                  14
冷却空气的进入量：立方米/小时(m3/h)          34.58
进入的冷却空气的温度(℃)                      21
排出的冷却空气的温度(℃)                      36
凝固浴的NMMO：百分比含量(％NMMO质量)          20
凝固浴的温度(℃)                              20
纤维的最小纤度(dtex)                          1.18

Claims (7)

1.一种用于把纤维素溶液纺制成丝的喷丝板，其具有一个基本上设置成旋转对称结构的、在其中央有一个冷却气体用的进入通道(2)的喷丝板体(1)，一个纤维素溶液用的进入通道(3)，一个优质金属制的、环形的经深拉伸加工出的插入式喷丝件(4)，在该喷丝件(4)上有相互等间距设置的喷丝孔(6)，其中，喷丝件(4)的截面为皿形(船形)结构，所述喷丝板还具有一个折流盘(5)，用以将冷却气流折流成穿过从喷丝孔挤出的纤维素长丝(7)，以使冷却气流基本上垂直地流过被挤出的纤维素长丝。
2.按照权利要求1所述的喷丝板，其特征在于，该喷丝板包括一个插入式喷丝件(4)，其上的喷丝孔(6)设置在至少三个同心圆(K1、K2、K3，……)上。
3.按照权利要求2所述的喷丝板，其特征在于，从径向上看，喷丝孔(6)分别交错地设置在同心圆(K1、K2、K3，……)上。
4.按照权利要求1至3之一项或多项所述的喷丝板，其特征在于，插入式喷丝件(4)具有至少0.48孔/毫米2(holes/mm2)。
5.按照权利要求1至4之一项或多项所述的喷丝板，其特征在于，插入式喷丝件(4)由金/白金的合金制成。
6.按照权利要求1至5之一项或多项所述的喷丝板，其特征在于，所述喷丝板用于把权氧化胺(tertiary amine-oxide)中的纤维素溶液纺制成丝。
7.按照权利要求6所述的喷丝板，其特征在于，叔氧化胺是N-甲基-N-氧化吗啉(N-methymorpholine-N-oxide)。
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