CN1316026A - 纤维素成形材料的生产方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种溶剂纺纤维素纤维生产非织造织物的方法。此法的特征是,溶于叔胺氧化物水溶液的纤维素溶液通过一个多孔的喷丝板(1)挤压出,该挤出的长丝(3)在一段空气气隙中受到拉伸并进入凝固浴槽(2)。凝固浴槽(2)中的丝条由第一输送装置(5)卷取,丝条在该第一输送装置(5)上形成基本相互平行排列和基本均匀厚度的长丝帘,长丝帘藉助第一输送装置(5)从凝固浴槽(2)输送到向下倾斜的第二输送装置(8)。位于第二输送装置的长丝帘接着往下运送到第三输送装置(10),这里输送长丝帘的速度要低于长丝帘向下输送到第二输送装置的速度。

Description

纤维素成形材料的生产方法和装置
本发明涉及一种纤维素成形材料，特别是含溶剂纺纤维素纤维的一种纺粘型非织造织物的生产方法和装置。本发明还涉及一种按照本发明方法获得的一种纺粘型非织造织物。
近几十年来，鉴于众所周知的粘胶法生产纤维素纤维的生态环境问题非常严重，需要选择一种有益于环境的工艺方法。近年来，作为一种特别引人注目的可能性已诞生，即纤维素不形成衍生物情况下溶解在一种有机溶剂，此溶液被挤压出成形材料。这种溶液纺出的纤维得到BISFA(国际人造纤维和合成纤维标准局)所给的属类名称Lyocell。这里有机溶剂是指有机化学药品和水的一种混合物。这种纤维就是大家所知的“溶剂纺纤维”。
作为有机溶剂，尤其是一种叔胺氧化物和水的混合物，特别适合生产Lyocell纤维或其他成形材料。因此主要应用N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)作为氧化胺。其他适合的氧化胺已在EP-A0 553 070中公开。以下本文应用“NMMO”概念时，即指所有适合溶解纤维素的氧化胺。这种溶解于NMMO的纤维素溶液用来生产纤维素成形材料的方法称之为“氧化胺法”。
应用溶解于NMMO和水混合物中的一种纤维素溶液生产纤维素成形材料的方法已公开在一些专利中，例如US-PS 4,246,221或PCT-WO 93/19230。纤维素在水凝固浴槽中从溶液沉淀出来。这种方法生产的纤维，在调温调湿状态下具有高的纤维强度、高湿模量和高的钩接强度。
这种称作“纺粘型非织造织物”，是指刚纺出的连续长丝铺网形成非织造织物。纤维素纤维非织造织物是大家所知的。
DE 17 60 431大致描述了一种生产方法，即按粘胶法新鲜纺出的纤度为0.1至10den的连续长丝束，由向下倾斜4°至15°的斜槽输送，丝束在该斜槽上受到垂直于运行方向的水射流处理。处理目的是，长丝通过水的作用松开，即相互平行对齐。该相互平行对齐的长丝输送到一网带上，网带速度是低于运送来的长丝速度。这样就形成了非织造织物。
1997年4月在新加坡召开的“纤维素人造纤维”会议上，K.Nishiyama作了关于应用所谓的“Bemliese”法生产一种非织造织物的演讲。Bemliese法是将纤维素溶解于硫酸铜和氨的混合溶液内。用该溶液纺出的长丝铺放到一个横向于运输方向的振动输送带上，从而形成非织造织物。已成形的非织造织物再经水射流缠结。
上述方法的一个缺点是，为了长丝形成非织造织物和/或开松长丝，总是需要运动部分。这意味着机械方面的高费用。
有关氧化胺法可以从WO 97/24476得知，是将液压拉伸的连续纤维素长丝铺网形成非织造织物，再进行粘合。
WO 97/01660描述了一种由纤维素纤维和氧化胺法生产的微细纤维相混合的产品生产方法，纺出的纤维进行铺网形成非织造织物。因此，这里所述的是非连续的纤维。
WO 98/07911描述了一种生产Lyocell纤维的方法，新鲜纺出的部分连续长丝在一股气流下拉伸并铺成非织造织物。利用气流进行纤维拉伸当然是复杂的。
在这些已知的方法中，非织造织物的成形是在纺出的长丝在第一次铺网时产生。在这些情况下，上述生产的非织造织物性能很难通过接下来的处理工序有目的地加以影响。
本发明现在提出的任务是，提供一种根据氧化胺法生产非织造织物的方法和装置，它克服了已知的生产非织造织物方法一氧化胺法以及粘胶法或“Bemliese”法的缺点。
解决这项任务的方法特征是，在叔胺氧化物水溶液中的纤维素溶液经过多孔的喷丝板挤出，挤压出的长丝在一段空气气隙中被拉伸，进入到一个凝固浴槽，浴槽中的长丝被第一输送装置接纳，此时在第一输送装置上形成的长丝帘，其长丝基本上相互平行排列，其厚度基本均匀；长丝帘通过第一输送装置从凝固浴槽传送到向下倾斜的第二输送装置，接着长丝帘从第二输送装置向下输送到第三输送装置，这里第三输送装置输送长丝帘的速度是低于长丝帘在第二输送装置向下的输送速度。
采用本发明的方法，能够以简单的方式用氧化胺法生产出具有宽范围特性谱的非织造织物。
按照本发明的方法，首先将NMMO的纤维素溶液从一块多孔的喷丝板挤压出。这里重要的是，连续纺出的长丝铺放到第一输送装置上时所形成的长丝帘，其长丝应是相互平行排列，厚度应基本均匀。
为了能获得这种效果，例如挤出长丝的这块喷丝板，其喷丝孔在必要时是依次在平行行列上交错排列，喷丝板整体形状是一个长方形，这种喷丝板，例如可以从PCT-WO 94/28210得知。当长丝从这种喷丝板纺出后，铺放到第一输送装置上，形成这样的长丝帘，其长丝基本是相互平行排列，长丝帘的厚度在其整个丝帘宽度基本是均匀的。这样即得到均匀的非织造织物性能。
专业人员很容易发现其他的喷丝板结构，这种结构使挤压出并铺放到第一输送装置之后形成具有要求性能的长丝帘。
该长丝帘输送到向下倾斜的第二输送装置，再从该装置向下传送到第三输送装置。由于长丝帘已经由基本相互平行排列的长丝组成，就不再需要使用如DE 1760431所述的运动部件来开松长丝帘。
非织造织物的形成，如从DE 1760431所得知的那样，是在长丝帘从第二输送装置过渡到第三输送装置时产生，因为长丝帘向第三输送装置的输送速度是大于第三输送装置运送长丝帘的速度。
按照本发明的方法，非织造织物成形不是像PCT-WO 98/07911或“Bemliese”法所述那样，而是产生于纺出的长丝第一次铺网。其优点是，基本相互平行排列的长丝组成的长丝帘直到形成非织造织物可以按不同方式处理。因此能均匀地处理每根长丝，就能生产出很均匀或按要求可控制的这种性能的非织造织物。
当长丝帘在离开凝固浴槽一直到非织造织物成形这一过程彻底用液体润湿，即丝帘被液体膜包覆是重要的。如果该液膜在一处破裂，长丝帘即由于该处所形成的水滴导致长丝分开成单根丝条。这样就一定能够使长丝帘连续地受到不同液体的作用。
较好的是，依据本发明的方法设计成长丝帘在第二输送装置上保持处于张力状态。可以通过安置在第二输送装置上的牵拉装置，比如一个辊来达到。
有利的是，长丝帘在第二输送装置上是液压方式保持张力。为此，例如位于第二输送装置上方部分的长丝帘用喷嘴喷淋凝固液。
较好的方式是，至少输送装置中之一个设计成传送带。输送装置中之一个最好设计为网带。第三个输送装置比如也可以设计成一个辊，由该辊输送已成形的非织造织物。
第二输送装置也可设计成向下倾斜的平面。在此情况下，第二输送装置起到一个斜槽作用，长丝帘经过斜槽时受到液体的作用或通过机械的牵引输送到第三输送装置。
这里位于第二和第三输送装置之间的非织造织物成形可以经第二输送装置的倾斜(例如向下斜的平面)，通过在第二输送装置之后设立的一个液体池以及液体排除方式而受到影响。
由于较大或较小的倾斜度会使非织造织物的均匀性变坏，所以第二输送装置的倾斜度最好选择10°至30°。如果为了保持长丝帘在液压下的张力，应当注意施加到第二输送装置的液体量，不要选择太大。在此情况下，过量的液体使非织造织物在第三输送装置上成形时亦会使形成的非织造织物均匀性变坏。此外，最好是在增加纺丝溶液通过喷丝板的喷丝孔流量时提高施加到第二输送装置(例如向下倾斜平面)的液体量。
第三输送装置的速度提高后，成形非织造织物单位面积重量就减轻，铺堆的长丝弯弧变得较大。
最好是在第二输送装置之后建立一个具有确定长度的液池。液池可以是例如100mm长。为了达到确定液池的限度，可以在第三输送装置下方安装一个真空抽吸箱。
已形成的非织造织物还可以按已知的方式继续后处理。主要是非织造织物纤维网的粘结，比如用水射流的缠结方式。
本发明另一种有优点的实施形式具有这样的特征，第二输送装置上的长丝帘是处于一种粘合剂液流中。这种含有粘合剂的非织造织物可以在纤维网成形后按众所周知的方式，例如通过热处理粘合。
本发明另一种有优点的实施形式是，长丝帘输送到许多个按输送方向一个接一个安置的第二输送装置。这里主要是预先考虑的向下倾斜的平面作为第二输送装置，能够提高成形的非织造织物均匀度。
根据本发明的方法，由于纺丝和非织造织物成形工艺步骤分开，可以很灵活的方式进行改动。
根据本发明方法的另一种较好的实施形式，其特征在于，不同来源的长丝是从许多个与输送方向垂直的和/或一个接一个按输送方向安置的喷丝板孔眼挤出，该挤出的长丝铺网到一个或多个第一输送装置，形成的长丝帘在通过第二输送装置之前，正在通过或通过之后，或者必要情况下通过许多个与输送方向垂直的和/或一个接一个地按输送方向排列的第二输送装置汇合成一片长丝帘或非织造织物。
这种实施形式能够让技术人员把不同来源的长丝束经一步工序加工成非织造织物。这里不同来源的长丝意指：
·用不同的纤维素溶液挤出的长丝，例如用不同的浓度和/或纤维素材料种类(浆粕型，纤维素衍生物，等等)；
·用其他聚合物作为纤维素组成的长丝；
·不同纤维直径(纤度)或纤维截面的长丝。
也可以将同一来源的长丝形成许多片相互分开的长丝帘，在以后的一道工序，比如在第二输送装置上才相互进行混合。
在不同来源长丝情况下，例如可以由相邻排列的喷丝板纺出的长丝，铺放到例如一个输送带上，此时即产生长丝相混合的一片长丝帘。
也可以从一喷丝板挤出长丝束并铺放到同一来源或不同来源形成的长丝帘上。同样也可以将许多片长丝帘输送到许多个第一输送装置，然后输送到一个单独的第二输送装置。
专业人员是很容易通过相应的喷丝板和输送装置的安置，去影响相同的或不同来源的长丝混合位置和方式以及非织造织物的性能。这样生产的非织造织物性能就能在很宽范围得到控制。
另一种影响依据本发明制造的非织造织物性能的可能性是，在第二输送装置中的一个装置上将外来材料掺和到一片或多片长丝帘或已形成的非织造织物。
对本发明的目的来说，外来材料在实施根据本发明方法时，不是用现场形成的这种材料，而是已经是制成品的材料混合到这些长丝帘或已形成的非织造织物内。外来材料例如可以在第一输送装置过渡到第二输送装置之前，在第二输送装置上和/或第三输送装置上掺入到一片或多片长丝帘或已成形的非织造织物。
外来材料的形状可以是纤维，粉末和/或纤维结构物。例如纤维结构物可以是用纤维素纤维或用其他聚合物纤维混合成的一种非织造织物。
为此，本发明涉及一种含溶剂纺纤维素纤维的纺粘型非织造织物，是通过挤出的许多长丝束，在需要情况下可以是不同来源长丝束汇合成一片长丝帘或非织造织物和/或通过纤维或纤维结构物在第二输送装置上混合获得。这种由不同纤维素和/或非纤维素材料在纤维网形成的很前面阶段就已完成混合的非织造织物，是一种新的产品，它的性能同那些在成网之后或非织造织物粘结之后再掺和外来材料的非织造织物有所不同。
如上述依据本发明的非织造织物的生产，可以有很大范围的混合可能性和混合比率。
一种用于实施根据本发明方法的装置组成如下：
至少一块带许多纺丝孔的喷丝板；
至少一个安置在喷丝板下方与喷丝孔保持一定间距的凝固浴槽；
机构，主要是拉伸辊，用来拉伸从喷丝板挤出的处在空气气隙中的长丝；
至少一个第一输送装置，用于挤出的长丝成形和输送所形成的长丝帘，该装置至少一部分是处在凝固浴槽内，最好是从凝固浴槽向上引导的安置；
至少一个向下倾斜的第二输送装置，它直接与第一输送装置相连接；
至少安置一个第三装置，直接与第二输送装置连接。
最好第一和第三输送装置设计成输送带。第二输送装置最好设计成一个向下倾斜的平面。
从下列图的说明得出依据本发明的方法和装置的其他优选特征。
本发明不局限于上述的实施形式，而且还拥有其他可替代的方法以及上述元件的其他组合形式。
                 附图说明
图1用1标志的喷丝板正在挤压出NMMO的纤维素溶液。喷丝板1能大约有50,000个孔，这些孔是依次错位排列在32个平行的行上，喷丝板总体形状基本是长方形(图中未绘示)。喷丝板1下方安置有一个浴槽2，用它来装凝固纤维素的溶液，例如水。浴槽2中安置有一个转向机构4，它使挤出的长丝3在必要情况下集束成一片长丝帘和转向到第一输送装置5上。
此外，在浴槽2内安置有一个设计成网带5的第一输送装置，该装置安置成向上倾斜的导向。网带5在上端有一对辊6。已挤出的，处于喷丝板1和凝固浴槽表面之间一段空气气隙中的长丝3受到这对辊6的拉伸。此外辊6用来轧压长丝帘。网带5的上方，可以在浴槽2的边侧安置一些机构，比如喷嘴7用来喷射液体到长丝帘上。
一个设计成向下倾斜的平面8形状的输送装置直接安置在网带5的后面。该平面8是用平滑的材料制造，并与水平方向倾斜10°至30°。平面8的上方安置有喷嘴9喷射液体到长丝帘。
直接在平面8的下端安置一个设计成网带10的第三输送装置。延着网带10可以安置不同的用于进一步处理已成形的非织造织物的装置(图上中未表示)，例如一种用来混合纤维结构物的非织造织物的装置，用来喷射液体到非织造织物的机构，一种用来使非织造织物粘合的装置以及一些洗涤非织造织物的装置。此外，根据现场确定的一个间距内，即平面8到网带10所限定的这段地方，可以将一个控制形成液体池大小的真空抽吸箱(图上未绘出)安置在网带10的下方。网带10的终端有一个卷绕已制成的非织造织物的装置(图中未表示)。
现依据图1对本发明方法的作业方式说明如下：
一大片的长丝3从喷丝板1挤压出，引导通过处于喷丝板1和凝固浴槽表面之间的空气气隙并受到一对辊6的拉伸。长丝片进入到凝固浴槽，经由转向机构4铺放到网带5上，这时基本相互平行排列的长丝形成为一长丝帘。长丝帘在网带5上的输送速度，例如1至200米/分，从浴槽2往上方运行，在需要情况下还通过一对辊6轧压，输送到平面8。
长丝帘从平面8向下滑动到网带10上。这时平面8上的长丝帘因受到液体射流，例如喷嘴9的喷射水流而处于张力中。长丝帘在平面8的下端悬浮着，因为网带10的速度(典型速度为1至100米/分)是小于长丝帘在平面上往下滑的速度。非织造织物就在这里形成。
已形成的非织造织物这时在网带10上继续输送着，在需要情况再输送到上述的后加工装置进行洗涤和卷绕。
在所有这些步骤中，例如分别使用喷嘴7或9来保证长丝帘完全受到液体的润湿。
图2表示依据本发明方法的另一种实施形式，在浴槽2的上方安置两个喷丝板1,1’。用同样原料或不同原料经由这两块喷丝板挤出长丝片3,3’。该两种长丝片3,3’各自经由转向机构4,4’铺放到网带5上，这里由喷丝板1’挤出的长丝片3’铺堆到喷丝板1挤出的长丝3所形成的长丝帘上。因此这种非织造织物就是由两块喷丝板1,1’挤出的长丝片掺和而成。
图3表示根据本发明方法的另一种实施形式，首先是采用两套分开的装置，在需要情况下是用不同来源的原料经过喷丝板1,11纺出的长丝片3,13，分别铺放到两个第一输送装置5,15，再经过两个斜槽8,18向下运送。图3中末端位置上起相同作用的组件用相同标号标志(例如6,16)。
只安置一个网带10作为第三输送装置，在该装置上的长丝帘依次地从斜槽8下滑，紧接着另一长丝帘从斜槽18下滑。两个长丝帘在网带10上即成形为非织造织物。总之，这里非织造织物视需要可由不同来源的长丝进行内在的混合制得。
图4表示在图1所示的这种装置上附加了一个装置20，用于掺和外来材料，比如纤维网。图4所示的实施形式中，外来材料经由装置20，混合到经由向下倾斜的平面8’送到第三装置10上已经粘结的非织造织物内。当然也可以将外来材料通过装置20混合到处在平面8上或在平面8的前面，比如在网带5上的长丝帘。另一种情况是，应用许多个按先后次序安置的第二输送装置，例如向下倾斜的这些平面，可以将外来材料混合在两个平面之中。
举例：
例1：根据图1的一个装置上，一种含纤维素13％重量的纺丝溶液通过一块有12,150个孔(孔径100μm)，挤出量为0.025克纺丝溶液/孔/分钟的喷丝板挤出到含2％NMMO的水溶液纺丝浴槽内。挤出的单丝纤度为1.7dtex长丝被铺放到第一网带上形成一长丝帘，其从凝固浴槽向上输送速度是23米/分。长丝帘接着在第一网带之后直接经过斜槽向下悬浮滑动，此时从一个宽缝隙的喷嘴将4米3/小时的水喷射到斜槽上的长丝帘。长丝帘自斜槽末端悬浮移动到第二网带上，速度为5.6米/分。这时就形成了非织造织物。使用装在第二网带下方的真空抽吸箱来控制形成的液体池的尺寸。
结果获得一种均匀的，单位面积为22克/米2的非织造织物。
例2：如上面例1所述那样，也可以生产单丝纤度为1.3dtex的长丝，长丝在第一网带上的输送速度为30.2米/分，在第二网带的输送速度为7.3米/分。
这样就生产出一种均匀成网的、单位面积重量为23克/米2的非织造织物。
例3：程序如例1那样，但生产出的长丝单纤度为3.5dtex，第一网带的速度为24米/分，第二网带速度为2.5米/分以及斜槽上施加的液体量为2.5米3/小时。
结果生产出一种均匀铺网的、单位面积为255克/米2的非织造织物。
例4：程序如例1，但第一网带的速度为23米/分，第二网带的速度为2.7米/分，在斜槽上施加的液体量为3米3/小时。
例5：程序和例1相同，但生产出的长丝单纤度为3.3dtex，第一网带速度是11.6米/分，第二网带速度是1.4米/分，在斜槽上施加的液体量为1米3/小时。
这样就获得一种均匀铺网的，单位重量为138g/m2的非织造织物。

Claims (15)

1．一种含溶剂纺纤维素纤维的非织造织物生产方法，其特征在于，叔胺氧化物水溶液中的纤维素溶液经过有许多纺丝孔的一块喷丝板(1)挤出，挤压出的长丝(3)在一段空气气隙中被拉伸并进入到一个凝固浴槽(2)，凝固浴槽(2)中的长丝由第一输送装置(5)接纳，此时在第一输送装置(5)上形成了一个长丝帘，其长丝基本上是相互平行排列以及基本上厚度均匀，长丝帘通过第一输送装置(5)从凝固浴槽(2)输送到向下倾斜的第二输送装置(8)，该第二输送装置(8)上的长丝帘又往下被输送到第三输送装置(10)，该第三输送装置运送长丝帘的速度是低于长丝帘在第二输送装置向下传送的速度。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于，第二输送装置(8)上的长丝帘是处在张力下。
3．根据权利要求2的方法，其特征在于，长丝帘是通过一个安置在第二输送装置(8)上的机械牵拉装置保持张力。
4．根据权利要求2或3的一种方法，其特征在于，长丝帘在第二输送装置(8)上是以液压方式处于张力下。
5．根据以上所述的权利要求中之一项的方法，其特征在于，至少输送装置(5,8,10)中至少一个设计为输送带。
6．根据以上所述权利要求中之一项的方法，其特征在于，第二输送装置(8)设计为向下倾斜的平面。
7．根据以上所述权利要求中之一的方法，其特征在于，第一和/或第三输送装置(5,10)设计为网带。
8．根据上述权利要求中之一方法，其特征在于，位于第二输送装置(8)上的长丝帘经受粘合剂的液流。
9．根据上述权利要求中之一的方法，其特征在于，长丝帘被引入到许多个按输送方向一个接一个安置的第二输送装置(8)。
10．根据上述权利要求中之一的方法，其特征在于，在需要情况下不同来源的长丝(3,3’,13)从许多个按横向于长丝帘的输送方向和/或依次地按输送方向安置的喷丝板(1,1’,11)挤压出，该挤出的长丝铺放到一个或多个第一输送装置(5,15)上，形成的长丝帘可在通过第二输送装置(8)之前，正在进行或之后汇集成单一的长丝帘或非织造织物，这里在需要情况下，第二输送装置(8,18)可以按横向于输送方向和/或依次地按输送方向安置。
11．根据上述权利要求中之一的方法，其特征在于，外来材料是在这些输送装置(5,15,8,18,10)中的一个上掺合到一个或多个长丝帘或成形的非织造织物内。
12．根据权利要求11的方法，其特征在于，外来材料是纤维，粉末和/或纤维结构物形态。
13．根据权利要求12的方法，其特征在于，纤维结构物是一种纤维素纤维或其他聚合物纤维的非织造织物。
14．根据权利要求10至13之一项方法，可得到含有机溶剂纺纤维素纤维的纺粘型非织造织物。
15．根据上述权利要求中之一项，实施此方法的装置是由下列组成：
至少一块带许多纺丝孔的喷丝板(1,1’,11)；
至少一个安置在喷丝板下方与喷丝孔保持一定间距的凝固浴槽(2,12)；
机构，主要是轧辊(6,16)，用来拉伸自喷丝板挤出的处于空气气隙中的长丝；
至少一个第一输送装置(5,15)，用于挤出并输送由长丝(3,3’,13)组成的长丝帘，该装置至少部分安放在凝固浴槽(2,12)内，最好是从凝固浴槽朝向上的安置；
至少一个向下倾斜的第二输送装置(8,18)，它直接与第一输送装置(5,15)相连接；
至少一个第三输送装置(10)，直接同第二输送装置(8,18)相连接安置。
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