CN1604971A - 带有涡流喷气冷却装置的纺丝装置和纺丝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由成形材料，如包含水、纤维素和氧化叔胺的纺丝溶液，制造连续成形体的装置，此装置(1)具有一带挤出孔(4)的喷嘴板(3)，成形材料通过挤出孔挤出成基本上成长丝形的连续成形体(5)。连续成形体(5)被引导穿过一气隙(6)，并在凝固浴(9)内通过转向机构(10)引向集束装置(12)，在那里它们合并成纤维束。在气隙内设有喷气装置(14)，它沿垂直于流通方向(7)的方向向连续成形体(5)喷出冷却气流(15)。为了改善纺丝可靠性和连续成形体的机械性能，本发明设想，在喷气装置的出口处冷却气流(15)是涡流。

Description

带有涡流喷气冷却装置的 纺丝装置和纺丝方法
本发明涉及一种由成形材料，如包含纤维素、水和氧化叔胺的纺丝溶液，制造连续(无端)成形体的装置，具有大量挤出孔，在运行时成形材料通过这些孔挤出成连续成形体，具有一凝固浴、一在挤出孔和凝固浴之间的气隙和一用来产生冷却气流的喷气装置，其中，在运行时连续成形体穿过气隙和凝固浴，并且冷却气流在气隙区域内对准连续成形体。
在US 4,246,221中介绍了由包含纤维素、水和氧化叔胺，尤其是N-甲基-吗啉-N-氧化物(NMMNO)，的纺丝溶液制造连续成形体如Lyocell纤维(Lyocell-Faser)的原理。按照该原理连续成形体的制造基本上按三个工步进行：首先纺丝溶液通过大量挤出孔挤出成连续成形体。然后连续成形体在一气隙内拉伸，由此调整到希望的纤维粗细，接着穿过凝固浴，在那里凝固。
Lyocell纤维或相应的连续成形体的优点一方面在于特别有利于环保的制造方法，它使得可以几乎完全回收氧化胺，另一方面在于Lyocell纤维突出的纺织性能。
然而这种方法的问题是，新挤出的连续成形体具有很强的表面粘性，它只有在与凝固剂接触时才减小。因此在连续成形体穿过气隙时存在这样的危险，即连续成形体相互接触并立即相互粘接。粘接的危险可以通过气隙内的运行和工艺参数，如张力、气隙高度、长丝密度、粘度、温度和纺丝速度的匹配来降低。但是如果出现这种粘接，那么便对制造过程和纤维质量产生不利影响，因为粘接可能导致连续成形体内的撕裂和变粗。在最不利的情况下必须中断制造过程，并重新启动纺丝过程，这造成高的费用。
当今连续成形体的制造者，例如作为纺织后续处理环节一部分的丝线制造，要求无粘连性，亦即单个单丝短纤维不允许粘接在一起，因为否则将造成例如丝线粗细的不均匀性。
但是只有在喷丝孔相互之间的距离很小时，才能达到Lyocell纤维，主要是短纤维和单丝，制造的高度经济性。但是较小的间距由于连续成形体偶然的接触增加在气隙内粘接的危险。
为了改善Lyocell纤维的机械和纺织性能，如果气隙尽可能大是有利的，因为在大的气隙时长丝的拉伸分散在较大行进长度上，并且在直线形挤出的连续成形体内张力较易消除。但是气隙越大，纺丝可靠性越小，或者由于纺出长丝粘连必须中断制造过程的危险也越大。
从US 4,246,221的原理出发在现有技术中得到一些解决方案，用这些方案试图，在由包含纤维素和氧化叔胺的纺丝溶液制造连续成形体时既改善经济性，又改善纺丝可靠性。
如在US 4,261,941和US 4,416,698中介绍一种方法，用这种方法时连续成形体在挤出后立即与一种非渗剂相接触，以降低表面粘性。接着使连续成形体穿过凝固浴。但是在穿过凝固浴之前连续成形体附加地通过非溶剂润湿对于商业应用太复杂和太昂贵。
提高纺丝密度，亦即单位面积挤出孔的数量的另一种途径在WO93/19230中作过介绍：在那里介绍的装置中连续成形体在挤出后立即通过垂直于挤出方向的水平喷气用冷却气流冷却。通过这种措施降低连续成形体的表面粘性，并可加长气隙，
然而对于这种方案问题是，冷却气流和挤出过程在挤出孔处出现交互作用，并对挤出过程可能产生不利影响。特别是对于WO 93/19230方法已经确认，张紧的长丝不具有均匀的质量，因为它们并不都以同样的方式受冷却气流的作用。无论如何在用WO 93/19230方法时没有充分降低粘接的危险。
为了能够在从挤出孔挤出后立即对连续成形体均匀喷气，在WO95/01470的装置中采用一环形喷嘴，其中挤出孔基本上分布在一圆环形面上。这里吹冷却气流径向水平向外穿过环形喷嘴中心和连续成形体圆环进行。其中气流在其流出喷气装置时保持层流。层流气流的形成显然通过在专利资料中所述的导气装置大大加强。
WO 95/04173涉及环形喷嘴和喷气装置的结构改进，它主要建立在WO 95/01470装置的基础上。
虽然WO 95/01470和WO 95/04173的方案实际上造成均匀的喷气，但是连续成形体的环形布局在连续成形体穿过凝固浴时造成了问题：因为连续成形体作为圆环浸入凝固浴，并带动凝固浴内的凝固液，在连续成形体之间的区域内形成一凝固液供给不足的区域，这导致穿过连续成形体环的平衡流，并造成颠簸的凝固浴表面，这又导致出现纤维粘连。此外在WO 95/01470和WO 95/04173的方案中还可以看到，在挤出孔处对于产品的机械和纺织性能非常重要的挤出条件很难控制。
作为环形喷嘴结构的另一种选择，在现有技术中开发了分段的矩形喷嘴结构，亦即这样的喷嘴，其中挤出孔基本上成形地设置在一基本上矩形的基面上，在WO 94/28218中提出了这种分段的矩形喷嘴结构。在这种装置中垂直于挤出方向进行冷却气流喷气，其中冷却气流沿矩形喷嘴结构的长边延伸。在WO 94/28218的装置中冷却气流在穿过连续成形体后重新被抽吸。抽吸是必要的，从而使气流可通过气隙的整个横截面。
在WO 98/18983中进一步发展了带有成行设置的挤出孔的矩形喷嘴方案，其中WO 98/18983适合于在一行内的挤出孔的间距不同于另一行挤出孔的间距。
最后WO 01/68958介绍了一种基本上垂直于连续成形体穿过气隙的方向的具有不同目标方向的喷气装置。该喷气装置借助于气流不是用未冷却连续成形体，而是用来平稳凝固浴在连续成形体浸入凝固浴或纺丝漏斗的区域内的凝固浴表面：按照WO 01/68958的原理，如果喷气装置作用在毛细管簇浸入凝固浴的部位，以使纺丝浴表面的运动平稳，那么气隙的长度可以明显加大。估计，由于通过喷气在凝固浴表面上感应出穿过纺出长丝的浴液流动，通过在纺丝浴表面上喷射平稳气流减小对于纺丝漏斗典型的强烈的浴液涡流。此外按照WO 01/68958的原理仅仅配备一弱的气流。这里对于WO 01/68958原理重要的是，在连续成形体即将进入纺丝浴表面之前进行喷气，但是用在WO 01/68958中规定的气流速度和在气流用来平稳纺丝浴的部位绝不可能再对连续成形体起冷却作用。
因此在WO 01/68958的装置中，除了那里所述的在连续成形体即将进入纺丝浴表面之前的喷气装置外，还需要一个在挤出孔附近的纺出长丝的冷却装置，可由现有技术所知。但是必要的附加冷却装置导致设备非常复杂。
鉴于由现有技术已知的方案的缺点，本发明的目的是，制造一种装置和方法，通过这种方法在高的纺丝可靠性的同时可以用小的结构费用使大的气隙长度和高的纺丝密度相结合。
按照本发明对于开头所述的纺丝装置这个目的通过这样的方法实现，即冷却气流至少在喷气装置的出口处是涡流。
迄今为止在现有技术中完全从这样的观点出发，即对于Lyocell纺织长丝只能通过层流冷却气流进行冷却，因为层流冷却气流对连续成形体产生比涡流气流小的表面摩擦，因此连续成形体受的机械负荷较小。
现在出乎意料地发现，在涡流并以高速从喷气装置中喷出的冷却气流时在和层流冷却气流相同的冷却效率情况下需要比原先猜想的少得多的气量。通过尤其是小的气流横截面达到的减小的气量，尽管是涡流喷气，连续成形体上的表面摩擦可以保持得较小，从而对纺丝过程不产生不利影响。
涡流冷却气流的有利效果是如此令人惊讶，因为根据普通的流动原理在涡流流动时只有在小的行数时才能指望有较好的冷却效果。为了使纺丝过程以高的孔密度经济地进行，需要设置很多行，因此按照流体理论本质上连续成形体只有几分之一可以从更好的热交换条件中得到好处。然而在采用涡流冷却气流时即使在最后的离冷却气流远的行内仍得到更好的纺丝状况。
在涡流和用高速进行冷却喷气时还估计，通过高速使纺出长丝受到喷吹，从而粘连。但是出乎意料地发现，对纺出长丝没有损害，而相反在采用小的涡流气流时气体需求可以大大减少，并且粘连的危险非常小。可以用涡流冷却气流毫无问题地纺造0.6dtex以下的纤维支数。涡流气流冷却的观点也可以与按本发明的其余改进结构无关地有利地用于纺丝方法。
在本发明的一种结构中用沿流通方向冷却气流的宽度和冷却气流的速度形成的雷诺数至少为2500，尤其是至少为3000。
冷却气流的速度至少为30米/秒，其中在第一次试验中用至少40米/秒的流动速度达到非常好的结果，用超过50米/秒的流动速度达到更好的结果。
为了穿过许多行长丝，很显然，冷却气流以强的能量引导到长丝簇上，并穿过长丝簇。为了满足这个要求，用来产生冷却气流的喷气装置必须设计成这样，使得一方面单位吹力足够大，另一方面由喷气装置产生的单股冷却气流的分布相应于待冷却长丝簇的要求。
按照一种优良的结构，单个冷却气流的分布应该产生一基本上平面形的射束图形(平面射束)，其中基本上平面形的射束的宽度必须至少具有待冷却的长丝帘的宽度。尤其是平面形射束图案分布也可以由相互并排设置的单个图形、椭圆形、矩形或其他多边形射束构成，按照本发明许多相互重叠布置的行也可以形成平面形的射束图案分布。
单位吹力确定如下：一用来产生具有矩形(平的)射束图案分布和一最大宽度为250mm的冷却气流的喷嘴以喷气方向垂直于一安装在一称量装置上的面积为400×500mm的撞击板安装。构成从喷气装置中喷出冷却气流的出口的喷嘴出口离撞击板50mm。喷嘴通入超过大气压力1bar的压缩空气，测量作用在撞击板上的力，此力将除以喷嘴宽度(mm)。由此得到的数值便是喷嘴的单位为[mN/mm]的单位吹力。
在一种优良结构中，喷嘴具有至少为5至10mN/mm的单位吹力。这里通过至少10mN/mm的吹力可以达到更高的冷却效果。
矩形喷嘴可以具有许多成排设置的挤出孔，其中各行可以沿冷却气流方向形成阶梯。为了即使在沿冷却气流方向的最后一行连续成形体内也达到冷却气流的良好作用，在矩形喷嘴时挤出孔在行方向的数量可以大于在冷却气流方向的数量。
在采用矩形喷嘴时，特别是可以进行作为一基本上是平面帘的连续成形体在凝固浴内沿朝向凝固浴表面的方向的方向转换，使得连续成形体集束，亦即连续成形体合并到一个假想点，可以在凝固浴之外进行。
按照另一种优良的结构，气隙在紧接挤出之后具有一屏蔽区和一通过屏蔽区与挤出孔隔开的冷却区，冷却区由做成冷却气流的气流确定。因此冷却区就是冷却气流出现在连续成形体上并冷却它的那个区域。
这种结构特别是与涡流冷却气流相结合令人惊讶地造成比在普通装置时高的纺丝密度和长的气隙，在普通装置中冷却区直接到达挤出孔，并且不存在屏蔽区，
看起来，好像通过屏蔽区，也就是说通过冷却气流边界离挤出孔一定距离，避免了挤出孔的冷却，从而避免在挤出孔处对于形成机械和纺织特性极其重要的挤出过程的不利影响。因此在按本发明的结构中可以用可精确确定的和可精确保持的参数，特别是用成形材料的直到挤出孔为止的精确的温度变化进行挤出过程。
本发明方案的出乎意料的效果的一个原因可能在于，连续成形体在一紧接在挤出后面的区域内形成扩张。促使连续成形体被拉伸的拉力仅仅在这个扩张区后者起作用。在扩张区内连续成形体本身还没有取向，是完全各向异性的。通过扩张区显然避免了在各向异性的扩张区内对纤维性能起损害作用的冷却气流。在按本发明的方案中看起来只有在连续成形体上作用拉力并且促使连续成形体的分子逐渐同向时，才采取冷却作用。
为了避免凝固浴表面由于冷却气流而颠簸，按照本发明装置一种特别优良的结构，设想，气隙在第一屏蔽区旁具有一第二屏蔽区，通过它使冷却区与凝固浴表面分开。通过第二屏蔽区避免冷却气流在长丝簇的浸入区内与凝固浴表面接触并产生波浪，这种波浪可能使连续成形体在进入凝固浴表面时受到机械载荷。如果冷却气流具有高的速度，那么第二屏蔽区便特别有意义。
按照另一种优良的结构，如果冷却气流沿流通方向或挤出方向的倾角大于冷却气流在流动方向的扩张，那么可以出乎意料地改善所制造的连续成形体的质量，在这种结构时冷却气流在连续成形体区域内的任何部位都具有一朝向流通方向的流动分量，它支持在气隙内的拉伸。
如果冷却区离每个挤出孔的距离至少为10mm，那么便达到冷却气流对挤出过程的影响的特别好的屏蔽。在这种距离时较强的冷却气流不再能对在挤出孔内的挤出过程产生作用。
特别是按照另一种优良的结构，冷却区离每个挤出孔的以毫米为单位的距离I可以满足以下(无量纲的)不等式：
                 I＞H+A·[tan(β)-0.14]，
其中H为冷却气流上棱边从挤出孔平面到冷却气流出口的距离，单位为毫米。A是在垂直于连续成形体穿过气隙的流通方向，即通常沿水平方向，冷却气流出口和沿流动方向最后一行连续成形体之间的距离，单位为毫米。β表示冷却气流方向和垂直于流通方向的方向之间的角度(度)。其中冷却气流方向基本上通过冷却气流的中心线或-在平面形冷却气流时-中心平面确定。在遵循这个尺寸公式的情况下纺丝质量和可靠性出乎意料地大大改善。
这里角度β可以取小于等于40°的数值。数值H应该与角度β无关地在任何情况下大于0，以避免损害挤出过程。距离A可以至少相当于在垂直于流通方向连续成形体帘的厚度E。长丝帘的厚度E最多为40mm，尤其是最多30mm，更优选为最多25mm。距离A可以比长丝帘的厚度E大特别是5mm，或者最好大10mm。
同样出乎意料地发现，如果气隙沿流通方向的高度L(毫米)、冷却区离连续成形体在流通方向的距离I(毫米)、冷却气流出口和连续成形体在气流方向的最后一行在垂直于流通方向的距离A(毫米)，以及冷却气流在流通方向的高度B(毫米)之间在气隙的被连续成形体占有的区域内满足以下(无量纲)关系式：
                 L＞I+0.28·A+B
那么纺丝质量和纺丝可靠性便提高。
本发明的装置特别适合于由在其挤出之前在85℃测量温度时具有至少10000Pas，尤其是至少15000Pas的零剪切粘度(Nullscherviskositt)的纺丝溶液制造连续成形体。通过成形材料的主要通过纤维素类型以及纤维素和水在纺丝溶液中的浓度的选择进行的粘度匹配给予挤出物一定的固有或基本强度，从而可以变形成成形体。同时还可以通过添加稳定剂以及通过在溶液制造时的反应引导调整必要的粘度范围。
上述作为本发明基础的目的还通过由成形材料，如包含水、纤维素和氧化叔胺的纺丝溶液，制造连续成形体的方法来实现，其中首先将成形材料挤出成连续成形体，然后引导连续成形体穿过气隙并在气隙内拉伸，并经受来自喷气装置的冷却气流，接着引导连续成形体穿过一凝固浴，如果冷却气流通过喷气装置至少在喷气装置出口处置于涡流流动状态中的话。
附图表示：
图1用示意的概貌表示本发明装置的一透视图；
图2以沿图1中II-II平面的示意剖视图表示图1中所示装置的第一实施形式；
图3图1中装置的用来说明几何特征值的示意图；
图4用来说明在紧接挤出后的连续成形体中的过程的示意图。
首先借助于图1说明本发明装置的结构。
图1表示一用来由成形材料(未画出)制造连续成形体的装置1。成形材料特别可以是包含纤维素、水和氧化叔胺的纺丝溶液。可以采用N-甲基-吗啉-N-氧化物作为氧化叔胺。成形材料在约85℃时的零剪切粘度在10000-约30000Pas之间。
本装置1上具有一挤出头2，它在其下端配备一基本上矩形的完全钻满孔的喷嘴板3作为底面，在喷嘴板3上设有大量设置成行的挤出孔4。在图中所示的行数仅仅用来示意说明。
成形材料被加热并引导穿过尤其是加热的挤出孔，在那里通过每个挤出孔挤出一条连续成形体5。如图1中示意表示的那样，每条连续成形体基本上可以做成长丝形。
连续成形体5挤入气隙6，它们在流通方向或挤出方向7横穿过此气隙。按图1挤出方向7可以朝向重力方向。
在横穿过气隙6后连续成形体5作为一基本上平面形的帘子浸入由凝固剂，例如水，组成的凝固浴9中。在凝固浴9内有一转向机构10，通过此机构平面帘8从挤出方向作为帘11转变到朝凝固浴表面的方向，并在这里引向一集束装置12。通过集束装置12平面帘合并成一长丝束13。集束装置12设置在凝固浴9之外。
作为另一种选择转向机构10也可以引导连续成形体沿流通方向7穿过凝固浴，并穿过在凝固浴底面上的与凝固浴表面11相对的一侧上的纺丝漏斗(未画出)。但是由于凝固液消耗大，在纺丝漏斗内出现涡流并且在漏斗出口处凝固液与纤维丝的分离有问题，因此这种实施形式是有缺点的。
在气隙6区域内设一喷气装置14，从它里面喷出冷却气流15，其轴线16垂直于流通方向7分布或者具有沿这个方向的主流动分量，在图1的实施例中冷却气流15基本上是平面形的。
这里“平面气流”理解为这样的冷却气流，即，其垂直于气流方向16的高度B较小、尤其是明显小于气流在行方向的宽度D，并且它离固体壁一定距离。如图1中所见，气流的宽度方向D沿矩形喷嘴3的长边17分布。
通过冷却气流15的两个边界区18a和18b，其中18a表示朝向喷嘴板3的上边界区，18b表示朝向凝固浴表面11的下边界区，确定一冷却区19，因为平面气流15的温度低于还受到挤出过程加热的连续成形体5的温度，在冷却区内进行平面气流15与连续成形体5的交换作用，从而使连续成形体冷却和固化。
冷却区19通过第一屏蔽区20与挤出孔4隔开，在屏蔽区内不发生连续成形体的冷却。
冷却区19通过第二屏蔽区21与凝固浴表面11隔开，在该屏蔽区内同样不发生冷却和/或空气运动。
第一屏蔽区有这样的功能，即尽可能地不使后继的通过冷却区19内的冷却气流的冷却影响紧靠挤出孔处的挤出条件。相反第二屏蔽区有这样的功能，即使凝固浴表面11与冷却气流隔离，并尽可能保持平稳。保持凝固浴表面11平稳的一种可能性在于，在第二屏蔽区21内空气尽可能保持不运动。
用来产生冷却气流15的喷气装置14具有一单行或多行的多通道喷嘴，例如由德国Metzingen的Lechler有限公司所提供的那样。在这种多通道喷嘴时冷却气流15通过大量直径在0.5mm至5mm之间，尤其是0.8mm左右的圆形单股气流构成，它们在一取决于其直径和其流动速度的行进路程之后结合成一平面气流。单股气流以至少20米/秒，尤其是至少30米/秒的速度喷出。特别是大于50米/秒的速度在良好纺丝可靠性的情况下用来产生涡流冷却气流。做成这样的多通道喷嘴的单位吹力至少应该为5mN/mm，尤其是至少10mN/mm，雷诺数至少为2500，在非常高的速度时至少为3500。
在图1的实施例中冷却气流穿透的连续成形体5帘的厚度E，在垂直于流通方向7测量，小于40mm。这个厚度主要通过这样的因素决定，即在连续成形体5的沿气流方向的最后一行22通过冷却区16内的冷却气流是否产生足够的冷却效果。根据冷却气流的温度和速度以及在挤出孔4区域内挤出过程的温度和速度的不同厚度E也可以小于30mm或小于25mm。
图2中说明在图1中所示的纺丝装置1的一种特殊实施形式。这里对于在图1中已经说明过的装置1的元件在图2中采用相同的图形标记。此实施形式用沿图1中的平面II的示意剖视图表示，平面II构成气流15在宽度方向D的对称平面。
沿流通方向7测量的屏蔽区20的高度I(mm)、沿流通方向7测量的气隙6的高度L、从喷气装置14的冷却气流15的出口到连续成形体5的最后一行22的距离A(mm)和在垂直于冷却气流方向16冷却气流15的宽度之间有以下无量纲关系式：
L＞I+0.28·A+B
这里距离A至少可以相当于连续成形体5帘的厚度E，但是也可以比E大5或10mm。图3中表示出尺寸L、I、A、B。
如果采用具有圆形横截面的冷却气流15，那么可以代替冷却气流15的宽度B取其直径。
图2中表示一种实施形式，其中冷却气流15的方向16相对于流通方向7的垂线23倾斜一角度β。用这种方法使冷却气流15具有一朝向流通方向7的速度分量。
在图2的实施形式中，β角大于冷却气流的扩张角γ。通过这种尺寸选择原则气流15和第一屏蔽区20之间的边界区18a向流通方向7倾斜分布。在图2中所示的β角最大可达40°。冷却气流15在冷却区19内的每个位置具有一朝向流通方向7的分量。
在图2中的实施形式时除上述对于气隙高度的不等式外还始终满足以下不等式，通过它确定第一屏蔽区20在流通方向7的高度I。有：
I＞H+A·[tan(β)-0.14]，
其中尺寸H表示挤出孔4和在紧靠喷气装置14出口处冷却气流15上棱边之间沿流通方向7的距离。
特别是在挤出孔区域内在任何一个位置第一屏蔽区20的高度都不应小于10mm。
屏蔽区的高度I在说明一种实施例的图4的帮助下可以说明如下。在图4中表示图3的局部VI，其中仅仅举例表示唯一一条刚刚从挤压孔4中挤出后进入气隙6的连续成形体5。
由图4可见，连续成形体5在挤出后立即在扩张区24内在其在拉力作用下重新缩小到大约挤出孔4的直径之前扩张。连续成形体在垂直于流通方向7的直径可以高达挤出孔直径的三倍。
在扩张区24内连续成形体还具有比较强的各向异性，它在连续成形体上的拉力作用下沿流通方向7逐渐减小。
与由现有技术已知的喷气方法和装置不同，在本发明按图4的方案中屏蔽区20延伸至少超过扩张区24。由此避免冷却气流15作用在扩张区上。
按照本发明设想，第一屏蔽区20一直延伸到区域25内，在该区域内连续成形体5还只有很小的或者不再存在扩张。在图4中表示，区域25位于沿流通方向7扩张区的最大直径之后。尤其是冷却区19和扩张区25不重叠，而是顺次紧密连接。
下面借助于对比例子说明本发明装置和方法的效果。
在给定的例子以及一览表1中给出了纺丝密度，亦即每平方毫米挤出孔数，用来抽出长丝束12的牵引速度(m/s)，成形材料温度(℃)、挤出孔加热温度(℃)、气隙高度(mm)、雷诺数、在紧靠喷气装置出口处冷却气流的速度(m/s)、距离H(mm)、角度β(度)、纺出的纤维支数(dtex)、变异系数(％)、主观评价的分数在1至5之间的纺丝性能、冷却气流宽度或在圆形冷却气流时其直径、以及以冷却气流宽度为标准的每mm喷嘴宽度上的气量(升/小时)。分数1表示纺丝性能好，分数5表示纺丝性能差。
变异系数按DINEN 1973用伦茨(Lenzing)仪器公司的Vibroskop 300型测试仪测量。
雷诺数作为气流的涡流程度按公式Re＝wo*B/v求出，其中wo表示气体从喷嘴中的喷出速度(m/s)、B表示喷气缝隙宽度或喷气装置的孔径(mm)、v表示气体的运动粘度。对于空气运动粘度v在20℃的温度时假定为153.5×10-7m2/s。如果采用其他气体或混合气体产生冷却气流，那么v值可以相应地匹配。
在一览表1中表示试验结果的综述。
对比例1
由13％MoDo Crown溶液-DP 510-550型纤维素、76％NMMNO和11％的水组成的NMMNO-纺丝材料以78℃的温度用棓酸丙酯定形输送给圆环直径约为200mm的环形纺丝喷嘴。环形喷嘴由多个钻孔的单个扇段组成，它们分别包含毛细孔形式的挤出孔。挤出孔加热到85℃的温度。
凝固浴表面和挤出孔之间的空间由一约5mm高的气隙构成。连续成形体未受到喷气穿过气隙。连续成形体的凝固在凝固浴内进行，在凝固浴内挤出孔下方设一纺丝漏斗。
连续成形体的环形簇在纺丝漏斗内通过其出口面集束并从纺丝漏斗中引出。纺丝漏斗在流通方向的长度约为500mm。
纺丝性能出现很大的困难，因为纺出的纤维材料具有大量粘连。恶劣的条件还表现在纤维纤度很大的分散度，在这种对比例中其变异度超过30％。
对比例2
在对比例2中除了在紧靠挤出后的由外向内喷气外在相同的其他条件下没有第一屏蔽区进行。其中以一较低的约6m/s的速度进行喷气。
通过喷气气隙高度只能不显著地增加，纺丝质量和纺丝可靠性与对比例1相比基本上保持不变。
对比例3
在对比例1和2中所用的成形材料在对比例3中同样在78℃的温度下输送给一矩形喷嘴，它由多个钻孔的单个段组成。矩形喷嘴具有三行挤出孔，它们保持约90℃的温度。
凝固浴位于挤出孔下方，在凝固浴内安装一转向机构。在凝固浴和挤出孔之间形成一约6mm的气隙，连续成形体像帘子一样穿过气隙。为了支持纺丝过程采用一平行于纺丝浴表面的冷却喷气装置。
连续成形体在凝固浴内进行凝固，在那里连续成形体组成的帘通过转向机构转向，并倾斜向上输送给一设置在凝固浴之外的集束装置。通过集束装置使连续成形体帘合并成纤维束，然后继续引导到其他处理工步。
对比例3具有略微改善的纺丝性能，但是这里仍然经常出现纺丝故障。连续成形体部分粘连；纤维纤度具有很大的分散度。
对比例4
在对比例4中在其他方面与对比例3相同的条件下在矩形喷嘴的长边处这样地安装一宽度B为8mm的喷气装置，冷却区一直延伸到挤出孔，亦即不存在第一屏蔽区。
冷却气流在喷气装置出口处具有约10m/s的速度。
与对比例3相比在对比例4的结构时气隙只有不大的提高，与对比例3的数值相比所达到的纺丝可靠性和纤维数据保持不变。
对比例5
在这个对比例中和在对比例4时一样在矩形喷嘴的长边处这样地安装一在喷气装置的出口处冷却气流宽度为6mm的喷气装置，使冷却区在中间没有屏蔽区的情况下一直延伸到挤出孔。和对比例4不同，代替分段的矩形喷嘴，采用一整面钻孔的矩形喷嘴。
在喷气装置出口处冷却气流的速度为约12m/s。
在对比例5中气隙可以加大到约20mm，并且纺丝可靠性显著改善。然而在纤维数据方面看不到改进，此外仍然常常出现粘连。
在下列比较例6至9中借助于相互并排设置成一行的多通道压缩空气喷嘴产生冷却气流。每个压缩空气喷嘴的直径约为0.8mm。从喷气装置中喷出的单股冷却气流的喷出速度在对比例6至9中大于50m/s。单股冷却气流是涡流。喷嘴的供气借助于1bar过压的压缩空气进行，为了与喷气速度匹配气流借助于一节流阀节流。
纺丝头具有一由高级合金钢制成的整面钻孔的矩形喷嘴。其余采用对比例3至5的纺丝系统。
对比例6
在对比例6中，和在对比例5中一样。多通道压缩空气喷嘴这样安装，使得冷却区直接延伸到挤出孔处，亦即不存在第一屏蔽区。
在这种结构时没有观察到更好的结果，纺丝性能不能认为是令人满意的。
对比例7
在这个试验中冷却气流倾斜向上朝喷嘴方向，因此具有一逆流通方向的分量。
在对比例8中纺丝性能比对比例7更差。
对比例8
与对比例7不同，冷却气流具有倾斜向下朝向纺丝浴表面方向的流动方向。因此冷却气流具有沿流通方向的速度分量。
在按对比例9的结构中可以实现更好的结果。连续成形体的变异系数明显低于10％。纺丝性能非常令人满意，并且具有向更细的支数及更高的牵引速度方向的一定的改进余地。
在这种情况下可以观察到，在对比例6、7至9时冷却区和凝固浴表面之间存在一第二屏蔽区，在该区内空气基本上是平稳的。
                                                一览表1
例子     1     2     3     4     5     6     7     8
孔密度     1.86     1.96     1.86     0.99     2.81     3.18     3.18     3.18
牵引速度     40     30     30     32     34     31     35     40
纺丝材料温度     78     78     78     83     81     83     83     84
喷嘴加热温度     85     85     80     100     98     100     100     102
气隙 L     5     6     6     16     20     18     16     22
雷诺数     782     5.211     4.690     3.388     3.648     3.908
冷却气流出口处的速度     -     -     6     10     12     65     70     75
喷气装置出口和最后一行连续成形体间的距离 A - - 35 23 22 32 32 32
挤出孔和冷却气流出口上棱边之间在流通方向的距离 H - - 0 0 0 0 10 10
喷气角度 β     -     -     0     0     0     0     -10     20
支数     1.72     1.66     1.74     1.55     1.4     1.47     1.35     1.33
支数的变异系数     30.3     23.5     25.8     18.5     24.3     18.6     21.1     7.6
纺丝性能     4-5     4     4-5     4     3     3-4     4     1-2
冷却气流宽度/单个孔直径 B     2     8     6     0.8     0.8     0.8
每mm宽度上的气量     43     288     259     39     42     45
在一览表1的数值中在给定的流动速度方面从这样一点出发，即，在高的流动速度时对比例6至8呈现涡流冷却气流。

Claims (27)

1.用于由成形材料，如包含纤维素、水和氧化叔胺的纺丝浴液，制造连续成形体的装置(1)，具有大量挤出孔(4)，通过它们可在运行时将成形材料挤出成连续成形体(5)；具有一凝固浴(9)；具有一设置在挤出孔(4)和凝固浴(9)之间的气隙(6)和一用来产生冷却气流(15)的喷气装置(14)，其中在运行时连续成形体(5)被引导顺次穿过气隙(6)和凝固浴(9)，冷却气流(15)在气隙(6)区域内朝向连续成形体(5)，其特征为：冷却气流(15)至少在喷气装置(14)的出口处是涡流。
2.按权利要求1的装置，其特征为：冷却气流(15)具有一以其基本上沿连续成形体(5)的流通方向(7)测量的穿过气隙(6)的宽度(B)、和其沿气流方向(15)的速度及冷却流介质的粘度(ν)为基础的至少为2500的雷诺数(Re)。
3.按权利要求2的装置，其特征为：雷诺数至少为3000。
4.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：冷却气流(15)的速度至少为30m/s。
5.按权利要求4的装置，其特征为：冷却气流(15)的速度至少为40m/s。
6.按权利要求5的装置，其特征为：冷却气流(15)的速度至少为50m/s。
7.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：冷却气流在出口处的宽度最多为2mm。
8.按权利要求7的装置，其特征为：冷却气流在出口处的宽度最多为1mm。
9.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：冷却气流(15)的单位吹力至少为5mN/mm。
10.按权利要求9的装置，其特征为：冷却气流(15)的单位吹力至少为10mN/mm。
11.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：冷却气流(15)在它所出现的第一行连续成形体(5)的区域内是涡流。
12.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：气隙(6)具有一第一屏蔽区(20)，冷却气流(15)通过它与挤出孔隔开。
13.按权利要求12的装置，其特征为：除第一屏蔽区(20)外还具有一第二屏蔽区(21)，冷却区(19)通过它与凝固浴表面(11)隔开。
14.按权利要求1或2的装置，其特征为：在冷却区(19)和第一屏蔽区(20)之间的朝向挤出孔(4)的边界区(18a)基本上平行于一平面分布，挤出孔(4)位于该平面内的中心。
15.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：挤出孔(4)在一基本上矩形的底面上成行地垂直于冷却气流(15)方向(16)设置。
16.按权利要求4的装置，其特征为：挤出孔(4)在行方向的数量大于在冷却气流方向(16)的数量。
17.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：在凝固浴(9)内设一转向机构(10)，通过它在运行时连续成形体(5)作为基本上平面形的帘(8)朝凝固浴表面(11)转向，并且，在凝固浴之外设一集束装置(14)，通过它在运行时连续成形体(5)合并成一纤维束(13)。
18.按上述权利要求之任一项所述的装置，其特征为：冷却气流(15)垂直于连续成形体(5)的流通方向(7)穿过气隙(6)的宽度(D)大于冷却气流沿流通方向的高度(B)。
19.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：冷却气流(15)由大量单股冷却气流合并而成。
20.按权利要求8的装置，其特征为：单股冷却气流沿行方向并排设置。
21.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：冷却气流在连续成形体(5)穿过气隙(6)的区域内形成涡旋气流。
22.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：冷却气流(15)具有一朝向流通方向(7)的速度分量。
23.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：成形材料在其挤出前在85℃时具有一至少为10000Pas尤其是至少15000Pas的零剪切粘度。
24.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：冷却区(19)离各个挤出孔(4)在流通方向(7)的距离各自至少为2mm。
25.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：冷却区(19)离各个挤出孔(4)在流通方向(7)的距离I(mm)分别满足以下不等式：
I＞H+A·[tan(β)-0.14]，
其中H为冷却气流上棱边在喷气装置(14)的出口处离挤出孔平面在流通方向的距离(mm)、A为喷气装置(14)的冷却气流(15)的出口和连续成形体(5)在气流方向(16)的最后一行(22)之间的垂直于流通方向的距离(mm)、β为冷却气流方向(16)和垂直于流通方向(7)的方向之间的角度(度)。
26.按上述权利要求之任一项的装置，其特征为：气隙(6)在流通方向(7)的高度L(mm)满足以下不等式：
L＞I+0.28·A+B
其中I为冷却区(19)在连续成形体(5)穿过气隙(6)的区域内离挤出孔(4)的距离、A为喷气装置(14)的冷却气流(15)的出口和连续成形体(5)在气流方向(16)的最后一行(22)之间沿垂直于流通方向(7)的距离(mm)、B为冷却气流(15)在喷气装置(14)的冷却气流(15)的出口处垂直于冷却气流方向(16)沿流通方向(7)的高度。
27.由成形材料，如包含水、纤维素和氧化叔胺的纺丝溶液，制造连续成形体(5)的方法，其中首先将成形材料挤出成连续成形体，然后引导连续成形体穿过气隙(6)，并在气隙内拉伸和经受来自一喷气装置(14)的冷却气流(15)，接着引导连续成形体穿过凝固浴(9)，其特征为：冷却气流(15)通过喷气装置(14)至少在喷气装置(14)的出口处呈现为涡流流动状态。
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