專利名稱：帶有噴氣冷卻裝置的紡絲裝置和紡絲方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由成形材料，如包含纖維素、水和氧化叔胺的紡絲溶液，制造連續(xù)成形體的裝置，具有大量擠出孔，在運行時成形材料通過這些擠出孔擠出成連續(xù)成形體，還具有一凝固浴和一設置在擠出孔和凝固浴之間的氣隙，其中在運行時連續(xù)成形體順次穿過氣隙和凝固浴，并在氣隙區(qū)域內向連續(xù)成形體噴射氣流。
在US4,246,221中介紹了由包含纖維素、水和氧化叔胺，尤其是N-甲基-嗎啉-N-氧化物(NMMNO)，的紡絲溶液制造連續(xù)成形體如Lyocell纖維(Lyocell-Faser)的原理。按照該原理連續(xù)成形體的制造基本上按三個工步進行首先紡絲溶液通過大量擠出孔擠出成連續(xù)成形體。然后連續(xù)成形體在一氣隙內拉伸，由此調整到希望的纖維粗細，接著穿過凝固浴，在那里凝固。
Lyocell纖維或相應的連續(xù)成形體的優(yōu)點一方面在于特別有利于環(huán)保的制造方法，它使得可以幾乎完全回收氧化胺，另一方面在于Lyocell纖維突出的紡織性能。
然而這種方法的問題是，新擠出的連續(xù)成形體具有很強的表面粘性，它只有在與凝固劑接觸時才減小。因此在連續(xù)成形體穿過氣隙時存在這樣的危險，即連續(xù)成形體相互接觸并立即相互粘接。粘接的危險可以通過氣隙內的運行和工藝參數，如張力、氣隙高度、長絲密度、粘度、溫度和紡絲速度的匹配來降低。但是如果出現這種粘接，那么便對制造過程和纖維質量產生不利影響，因為粘接可能導致連續(xù)成形體內的撕裂和變粗。在最不利的情況下必須中斷制造過程，并重新啟動紡絲過程，這造成高的費用。
當今連續(xù)成形體的制造者，例如作為紡織后續(xù)處理環(huán)節(jié)一部分的絲線制造，要求無粘連性，亦即單個單絲短纖維不允許粘接在一起，因為否則將造成例如絲線粗細的不均勻性。
但是只有在噴絲孔相互之間的距離很小時，才能達到Lyocell纖維，主要是短纖維和單絲，制造的高度經濟性。但是較小的間距由于連續(xù)成形體偶然的接觸增加在氣隙內粘接的危險。
為了改善Lyocell纖維的機械和紡織性能，如果氣隙盡可能大是有利的，因為在大的氣隙時長絲的拉伸分散在較大行進長度上，并且在直線形擠出的連續(xù)成形體內張力較易消除。但是氣隙越大，紡絲可靠性越小，或者由于紡出長絲粘連必須中斷制造過程的危險也越大。
從US4,246,221的原理出發(fā)在現有技術中得到一些解決方案，用這些方案試圖，在由包含纖維素和氧化叔胺的紡絲溶液制造連續(xù)成形體時既改善經濟性，又改善紡絲可靠性。
如在US4,261,941和US4,416,698中介紹一種方法，用這種方法時連續(xù)成形體在擠出后立即與一種非溶劑相接觸，以降低表面粘性。接著使連續(xù)成形體穿過凝固浴。但是在穿過凝固浴之前連續(xù)成形體附加地通過非溶劑潤濕對于商業(yè)應用太復雜和太昂貴。
提高紡絲密度，亦即單位面積擠出孔的數量的另一種途徑在WO93/19230中作過介紹在那里介紹的裝置中連續(xù)成形體在擠出后立即通過垂直于擠出方向的小平噴氣用冷卻氣流冷卻。通過這種措施降低連續(xù)成形體的表面粘性，并可加長氣隙，然而對于這種方案問題是，冷卻氣流和擠出過程在擠出孔處出現交互作用，并對擠出過程可能產生不利影響。特別是對于WO93/19230方法已經確認，張緊的長絲不具有均勻的質量，因為它們并不都以同樣的方式受冷卻氣流的作用。無論如何在用WO93/19230方法時沒有充分降低粘接的危險。
為了能夠在從擠出孔擠出后立即對連續(xù)成形體均勻噴氣，在WO95/01470的裝置中采用一環(huán)形噴嘴，其中擠出孔基本上分布在一圓環(huán)形面上。這里吹冷卻氣流徑向水平向外穿過環(huán)形噴嘴中心和連續(xù)成形體圓環(huán)進行。其中氣流在其流出噴氣裝置時保持層流。層流氣流的形成顯然通過在專利資料中所述的導氣裝置大大加強。
WO95/04173涉及環(huán)形噴嘴和噴氣裝置的結構改進，它主要建立在WO95/01470裝置的基礎上。
雖然WO95/01470和WO95/04173的方案實際上造成均勻的噴氣，但是連續(xù)成形體的環(huán)形布局在連續(xù)成形體穿過凝固浴時造成了問題因為連續(xù)成形體作為圓環(huán)浸入凝固浴，并帶動凝固浴內的凝固液，在連續(xù)成形體之間的區(qū)域內形成一凝固液供給不足的區(qū)域，這導致穿過連續(xù)成形體環(huán)的平衡流，并造成顛簸的凝固浴表面，這又導致出現纖維粘連。此外在WO95/01470和WO95/04173的方案中還可以看到，在擠出孔處對于產品的機械和紡織性能非常重要的擠出條件很難控制。
作為環(huán)形噴嘴結構的另一種選擇，在現有技術中開發(fā)了分段的矩形噴嘴結構，亦即這樣的噴嘴，其中擠出孔基本上成形地設置在一基本上矩形的基面上，在WO94/28218中提出了這種分段的矩形噴嘴結構。在這種裝置中垂直于擠出方向進行冷卻氣流噴氣，其中冷卻氣流沿矩形噴嘴結構的長邊延伸。在WO94/28218的裝置中冷卻氣流在穿過連續(xù)成形體后重新被抽吸。抽吸是必要的，從而使氣流可通過氣隙的整個橫截面。
在WO98/18983中進一步發(fā)展了帶有成行設置的擠出孔的矩形噴嘴方案，其中WO98/18983適合于在一行內的擠出孔的間距不同于另一行擠出孔的間距。
最后WO01/68958介紹了一種基本上垂直于連續(xù)成形體穿過氣隙的方向的具有不同目標方向的噴氣裝置。該噴氣裝置借助于氣流不是用未冷卻連續(xù)成形體，而是用來平穩(wěn)凝固浴在連續(xù)成形體浸入凝固浴或紡絲漏斗的區(qū)域內的凝固浴表面按照WO01/68958的原理，如果噴氣裝置作用在毛細管簇浸入凝固浴的部位，以使紡絲浴表面的運動平穩(wěn)，那么氣隙的長度可以明顯加大。估計，由于通過噴氣在凝固浴表面上感應出穿過紡出長絲的浴液流動，通過在紡絲浴表面上噴射平穩(wěn)氣流減小對于紡絲漏斗典型的強烈的浴液渦流。此外按照WO01/68958的原理僅僅配備一弱的氣流。這里對于WO01/68958原理重要的是，在連續(xù)成形體即將進入紡絲浴表面之前進行噴氣，但是用在WO01/68958中規(guī)定的氣流速度和在氣流用來平穩(wěn)紡絲浴的部位絕不可能再對連續(xù)成形體起冷卻作用。
因此在WO01/68958的裝置中，除了那里所述的在連續(xù)成形體即將進入紡絲浴表面之前的噴氣裝置外，還需要一個在擠出孔附近的紡出長絲的冷卻裝置，可由現有技術所知。但是必要的附加冷卻裝置導致設備非常復雜。
鑒于由現有技術已知的方案的缺點，本發(fā)明的目的是，創(chuàng)造一種裝置和方法，通過這種方法在高的紡絲可靠性的同時可以用小的結構費用使大的氣隙長度和高的紡絲密度相結合。
按照本發(fā)明對于開頭所述的紡絲裝置這個目的通過這樣的方法來實現，即氣隙在緊接擠出之后具有一屏蔽區(qū)和一通過屏蔽區(qū)與擠出孔隔開的冷卻區(qū)，其中冷卻區(qū)通過形成為冷卻氣流的氣流確定。
因此冷卻區(qū)是這樣的區(qū)域，在該區(qū)域內冷卻氣流吹在連續(xù)成形體上并使它冷卻。
這種方案出乎意料地造成更高的紡絲密度以及比普通裝置長的氣隙，在普通裝置中冷卻區(qū)直接到達擠出孔，并且不存在屏蔽區(qū)。
看起來，好像通過屏蔽區(qū)，也就是說通過冷卻氣流邊界離擠出孔一定距離，避免了擠出孔的冷卻，從而避免在擠出孔處對于形成機械和紡織特性極其重要的擠出過程的不利影響。因此在按本發(fā)明的結構中可以用可精確確定的和可精確保持的參數，特別是用成形材料的直到擠出孔為止的精確的溫度變化進行擠出過程。
本發(fā)明方案的出乎意料的效果的一個原因可能在于，連續(xù)成形體在一緊接在擠出后面的區(qū)域內形成擴張。促使連續(xù)成形體被拉伸的拉力僅僅在這個擴張區(qū)后才起作用。在擴張區(qū)內連續(xù)成形體本身還沒有取向，是完全各向異性的。通過擴張區(qū)顯然避免了在各向異性的擴張區(qū)內對纖維性能起損害作用的冷卻氣流。在按本發(fā)明的方案中看起來只有在連續(xù)成形體上作用拉力并且促使連續(xù)成形體的分子逐漸同向時，才采取冷卻作用。
為了避免凝固浴表面由于冷卻氣流而顛簸，按照本發(fā)明裝置一種特別優(yōu)良的結構，設想，氣隙在第一屏蔽區(qū)旁具有一第二屏蔽區(qū)，通過它使冷卻區(qū)與凝固浴表面分開。通過第二屏蔽區(qū)避免冷卻氣流在長絲簇的浸入區(qū)內與凝固浴表面接觸并產生波浪，這種波浪可能使連續(xù)成形體在進入凝固浴表面時受到機械載荷。如果冷卻氣流具有高的速度，那么第二屏蔽區(qū)便特別有意義。
按照另一種優(yōu)良的結構，如果冷卻氣流沿流通方向或擠出方向的傾角大于冷卻氣流在流動方向的擴張，那么可以出乎意料地改善所制造的連續(xù)成形體的質量，在這種結構時冷卻氣流在連續(xù)成形體區(qū)域內的任何部位都具有一朝向流通方向的流動分量，它支承在氣隙內的拉伸。
如果冷卻區(qū)離每個擠出孔的距離至少為10mm，那么便達到冷卻氣流對擠出過程的影響的特別好的屏蔽。在這種距離時較強的冷卻氣流不再能對在擠出孔內的擠出過程產生作用。
特別是按照另一種優(yōu)良的結構，冷卻區(qū)離每個擠出孔的以毫米為單位的距離I可以滿足以下(無量綱的)不等式I＞H+A·[tan(β)-0.14]其中H為冷卻氣流上棱邊從擠出孔平面到冷卻氣流出口的距離，單位為毫米。A是在垂直于連續(xù)成形體穿過氣隙的流通方向，即通常沿水平方向，冷卻氣流出口和沿流動方向最后一行連續(xù)成形體之間的距離，單位為毫米。β表示冷卻氣流方向和垂直于流通方向的方向之間的夾角(度)。其中冷卻氣流方向基本上通過冷卻氣流的中心線或—在平面形冷卻氣流時—中心平面確定。在遵循這個尺寸公式的情況下紡絲質量和可靠性出乎意料地大大改善。
這里角度β可以取小于等于40°的數值。數值H應該與角度β無關地在任何情況下大于0，以避免損害擠出過程。距離A可以至少相當于在垂直于流通方向連續(xù)成形體簾的厚度E。長絲簾的厚度E最多為40mm，尤其是最多30mm，更優(yōu)選為最多25mm。距離A可以比長絲簾的厚度E大特別是5mm，或者最好大10mm。
同樣出乎意料地發(fā)現，如果氣隙沿流通方向的高度L(毫米)、冷卻區(qū)離連續(xù)成形體在流通方向的距離I(毫米)、冷卻氣流出口和連續(xù)成形體在氣流方向的最后一行在垂直于流通方向的距離A(毫米)，以及冷卻氣流在流通方向的高度B(毫米)之間在氣隙的被連續(xù)成形體占有的區(qū)域內滿足以下(無量綱)關系式L＞I+0.28·A+B那么紡絲質量和紡絲可靠性便提高。
本發(fā)明的裝置特別適合于由在其擠出之前在85℃測量溫度時具有至少10000Pas，尤其是至少15000Pas的零剪切粘度(Nullscherviskositat)的紡絲溶液制造連續(xù)成形體。通過成形材料的主要通過纖維素類型以及纖維素和水在紡絲溶液中的濃度的選擇進行的粘度匹配給予擠出物一定的固有或基本強度，從而可以變形成成形體。同時還可以通過添加穩(wěn)定劑以及通過在溶液制造時的反應引導調整必要的粘度范圍。
按照另一種結構，通過這樣的方法改善紡絲過程，即冷卻氣流形成為渦旋流，特別是形成為渦流氣流。迄今為止在現有技術中都從這樣一點出發(fā)，即對于Lycell紡造長絲的冷卻只能通過層流冷卻氣流進行，因為對于連續(xù)成形體，層流冷卻氣流比渦流氣流產生較小的表面摩擦，因此連續(xù)成形體承受較小的機械負荷和運動。
現在出乎意料地發(fā)現，在渦流并以高速從噴氣裝置中噴出的冷卻氣流時在和層流冷卻氣流相同的冷卻效率情況下需要比原先猜想的少得多的氣量。通過尤其是小的氣流橫截面達到的減小的氣量，盡管是渦流噴氣，連續(xù)成形體上的表面摩擦可以保持得較小，從而對紡絲過程不產生不利影響。
渦流冷卻氣流的有利效果是如此令人驚訝，因為根據普通的流動原理在渦流流動時只有在小的行數時才能指望有較好的冷卻效果。為了使紡絲過程以高的孔密度經濟地進行，需要設置很多行，因此按照流體理論本質上連續(xù)成形體只有幾分之一可以從更好的熱交換條件中得到好處。然而在采用渦流冷卻氣流時即使在最后的離冷卻氣流遠的行內仍仍得到更好的紡絲狀況。
在渦流和用高速進行冷卻噴氣時原以為，通過高速使紡出長絲受到噴吹，從而粘連。但是出乎意料地發(fā)現，對紡出長絲沒有損害，而相反在采用小的渦流氣流時氣體需求可以大大減少，并且粘連的危險非常小。可以用渦流冷卻氣流毫無問題地紡造0.6dtex以下的纖維支數。渦流氣流冷卻的觀點也可以與按本發(fā)明的其余改進結構無關地有利地用于紡絲方法。
在本發(fā)明的一種結構中用沿流通方向冷卻氣流的寬度和冷卻氣流的速度形成的雷諾數至少為2500，尤其是至少為3000。
為了穿過許多行長絲，很顯然，冷卻氣流以強的能量引導到長絲簇上，并穿過長絲簇。為了滿足這個要求，用來產生冷卻氣流的噴氣裝置必須設計成這樣，使得一方面單位吹力足夠大，另一方面由噴氣裝置產生的單股冷卻氣流的分布相應于待冷卻長絲簇的要求。
按照一種優(yōu)良的結構，單個冷卻氣流的分布應該產生一基本上平面形的射束圖形(平面射束)，其中基本上平面形的射束的寬度必須至少具有待冷卻的長絲簾的寬度。尤其是平面形射束圖案分布也可以由相互并排設置的單個圖形、橢圓形、矩形或其他多邊形射束構成，按照本發(fā)明許多相互重疊布置的行也可以形成平面形的射束圖案分布。
單位吹力確定如下一用來產生具有矩形(平的)射束圖案分布和一最大寬度為250mm的冷卻氣流的噴嘴以噴氣方向垂直于一安裝在一稱量裝置上的面積為400×500mm的撞擊板安裝。構成從噴氣裝置中噴出冷卻氣流的出口的噴嘴出口離撞擊板50mm。噴嘴通入超過大氣壓力1bar的壓縮空氣，測量作用在撞擊板上的力，此力將除以噴嘴寬度(mm)。由此得到的數值便是噴嘴的單位為[mN/mm]的單位吹力。
在一種優(yōu)良結構中，噴嘴具有至少為5至10mN/mm的單位吹力。
矩形噴嘴可以具有許多成排設置的擠出孔，其中各行可以沿冷卻氣流方向形成階梯。為了即使在沿冷卻氣流方向的最后一行連續(xù)成形體內也達到冷卻氣流的良好作用，在矩形噴嘴時擠出孔在行方向的數量可以大于在冷卻氣流方向的數量。
在采用矩形噴嘴時，特別是可以進行作為一基本上是平面簾的連續(xù)成形體在凝固浴內沿朝向凝固浴表面的方向的方向轉換，使得連續(xù)成形體集束，亦即連續(xù)成形體合并到一個假想點，可以在凝固浴之外進行。
上述目的還通過由成形材料，為包含水、纖維素和氧化叔胺的紡絲溶液，制造連續(xù)成形體的方法來實現，其中首先將成形材料擠出成連續(xù)成形體，然后引導連續(xù)成形體穿過氣隙，并在氣隙內拉伸，并施加氣流進行冷卻，接著引導連續(xù)成形體穿過凝固浴。其中，連續(xù)成形體在氣隙內首先被引導通過屏蔽區(qū)，然后穿過冷卻區(qū)，在那里它們被冷卻區(qū)內的冷卻氣流冷卻。
下面借助于實施例及試驗實例詳細地說明本發(fā)明。
附圖表示

圖1用示意的概貌表示本發(fā)明裝置的一透視圖；圖2以沿圖1中II-II平面的示意剖視圖表示圖1中所示裝置的第一實施形式；圖3圖1中裝置的用來說明幾何特征值的示意圖；圖4用來說明在緊接擠出后的連續(xù)成成體中的過程的示意圖。
首先借助于圖1說明本發(fā)明裝置的結構。
圖1表示一用來由成形材料(未畫出)制造連續(xù)成形體的裝置1。成形材料特別可以是包含纖維素、水和氧化叔胺的紡絲溶液?？梢圆捎肗-甲基-嗎啉-N-氧化物作為氧化叔胺。成形材料在約85℃時的零剪切粘度在10000-約30000Pas之間。
本裝置1上具有一擠出頭2，它在其下端配備一基本上矩形的完全鉆滿孔的噴嘴板3作為底面，在噴嘴板3上設有大量設置成行的擠出孔4。在圖中所示的行數僅僅用來示意說明。
成形材料被加熱并引導穿過尤其是加熱的擠出孔，在那里通過每個擠出孔擠出一條連續(xù)成形體5。如圖1中示意表示的那樣，每條連續(xù)成形體基本上可以做成長絲形。
連續(xù)成形體5擠入氣隙6，它們在流通方向或擠出方向7橫穿過此氣隙。按圖1擠出方向7可以朝向重力方向。
在橫穿過氣隙6后連續(xù)成形體5作為一基本上平面形的簾子浸入由凝固劑，例如水、組成的凝固浴9中。在凝固浴9內有一轉向機構10，通過此機構平面簾8從擠出方向作為簾11轉變到朝凝固浴表面的方向，并在這里引向一集束裝置12。通過集束裝置12平面簾合并成一長絲束13。集束裝置12設置在凝固浴9之外。
作為另一種選擇轉向機構10也可以引導連續(xù)成形體沿流通方向7穿過凝固浴，并穿過在凝固浴底面上的與凝固浴表面11相對的一側上的紡絲漏斗(未畫出)。但是由于凝固液消耗大，在紡絲漏斗內出現渦流并且在漏斗出口處凝固液與纖維絲的分離有問題，因此這種實施形式是有缺點的。
在氣隙6區(qū)域內設一噴氣裝置14，從它里面噴出冷卻氣流15，其軸線16垂直于流通方向7分布或者具有沿這個方向的主流動分量，在圖1的實施例中冷卻氣流15基本上是平面形的。
這里“平面氣流”理解為這樣的冷卻氣流，即，其垂直于氣流方向16的高度B較小、尤其是明顯小于氣流在行方向的寬度D，并且它離固體壁一定距離。如圖1中所示，氣流的寬度方向D沿矩形噴嘴3的長邊17分布。
通過冷卻氣流15的兩個邊界區(qū)18a和18b，其中18a表示朝向噴嘴板3的上邊界區(qū)，18b表示朝向凝固浴表面11的下邊界區(qū)，確定一冷卻區(qū)19，因為平面氣流15的溫度低于還受到擠出過程加熱的連續(xù)成形體55的溫度，在冷卻區(qū)內進行平面氣流15與連續(xù)成形體5的交換作用，從而使連續(xù)成形體冷卻和固體。
冷卻區(qū)19通過第一屏蔽區(qū)20與擠出孔4隔開，在屏蔽區(qū)內不發(fā)生連續(xù)成形體的冷卻。
冷卻區(qū)19通過第二屏蔽區(qū)21與凝固浴表面11隔開，在該屏蔽區(qū)內同樣不發(fā)生冷卻和/或空氣運動。
第一屏蔽區(qū)有這樣的功能，即盡可能地不使后繼的通過冷卻區(qū)19內的冷卻氣流的冷卻影響緊靠擠出孔處的擠出條件。相反第二屏蔽區(qū)有這樣的功能，即使凝固浴表面11與冷卻氣流隔離，并盡可能保持平穩(wěn)。保持凝固浴表面11平穩(wěn)的一種可能性在于，在第二屏蔽區(qū)21內空氣盡可能保持不運動。
用來產生冷卻氣流15的噴氣裝置14具有一單行或多行的多通道噴嘴，例如由德國Metzingen的Lechler有限公司所提供的那樣。在這種多通道噴嘴時冷卻氣流15通過大量直徑在0.5mm至5mm之間，尤其是0.8mm左右的圓形單股氣流構成，它們在一取決于其直徑和其流動速度的行進路程之后結合成一平面氣流。單股氣流以至少20米/秒，尤其是至少30米/秒的速度噴出。大于50米/秒的速度也可以用來產生渦流冷卻氣流。做成這樣的多通道噴嘴的單位吹力至少應該為5mN/mm，尤其是至少10mN/mm。
在圖1的實施例中冷卻氣流穿透的連續(xù)成形體5簾的厚度E，在垂直于流通方向7測量，小于40mm。這個厚度主要通過這樣的圖案決定，即在連續(xù)成形體5的沿氣流方向的最后一行22通過冷卻區(qū)16內的冷卻氣流是否產生足夠的冷卻效果。根據冷卻氣流的溫度和速度以及在擠出孔4區(qū)域內擠出過程的溫度和速度的不同厚度E也可以不于30mm或小于25mm。
圖2中說明在圖1中所示的紡絲裝置1的一種特殊實施形式。這里對于在圖1中已經說明過的裝置1的元件在圖2中采用相同的圖形標記。此實施形式用沿圖1中的平面II的示意剖視圖表示，平面II構成氣流15在寬度方向D的對稱平面。
沿流通方向7測量的屏蔽區(qū)20的高度I(mm)、沿流通方向7測量的氣隙6的高度L、從噴氣裝置14的冷卻氣流15的出口到連續(xù)成形體5的最后一行22的距離A(mm)和在垂直于冷卻氣流方向16冷卻氣流15的寬度之間有以下無量綱關系式L＞I+0.28·A+B這里距離A至少可以相當于連續(xù)成形體5簾的厚度E，但是也可以比E大5或10mm。圖3中表示出尺寸L、I、A、B。
如果采用具有圓形橫截面的冷卻氣流15，那么可以代替冷卻氣流15的寬度B取其直徑。
圖2中表示一種實施形式，其中冷卻氣流15的方向16相對于流通方向7的垂線23傾斜一角度β。用這種方法使冷卻氣流15具有一朝向流通方向7的速度分量。
在圖2的實施形式中，β角大于冷卻氣流的擴張角γ。通過這種尺寸選擇原則氣流15和第一屏蔽區(qū)20之間的邊界區(qū)18a向流通方向7傾斜分布。在圖2中所示的β角最大可達40°。冷卻氣流15在冷卻區(qū)19內的每個位置具有一朝向流通方向7的分量。
在圖2中的實施形式時除上述對于氣隙高度的不等式外還始終滿足以下不等式，通過它確定第一屏蔽區(qū)20在流通方向7的高度I。有I＞H+A·[tan(β)-0.14]，其中尺寸H表示擠出孔4和在緊靠噴氣裝置14出口處冷卻氣流15上棱邊之間沿流通方向7的距離。
特別是在擠出孔區(qū)域內在任何一個位置第一屏蔽區(qū)20的高度都不應小于10mm。
屏蔽區(qū)的高度I在說明一種實施例的圖4的幫助下可以說明如下。在圖4中表示圖3的局部VI，其中僅僅舉例表示唯一一條剛剛從擠壓孔4中擠出后進入氣隙6的連續(xù)成形體5。
由圖4可見，連續(xù)成形體5在擠出后立即在擴張區(qū)24內在其在拉力作用下重新縮小到大約擠出孔4的直徑之前擴張。連續(xù)成形體在垂直于流通方向7的直徑可以高達擠出孔直徑的三倍。
在擴張區(qū)24內連續(xù)成形體還具有比較強的各向異性，它在連續(xù)成形體上的拉力作用下沿流通方向7逐漸減小。
與由現有技術已知的噴氣方法和裝置不同，在本發(fā)明按圖4的方案中屏蔽區(qū)20延伸至少超過擴張區(qū)24。由此避免冷卻氣流15作用在擴張區(qū)上。
按照本發(fā)明設想，第一屏蔽區(qū)20一直延伸到區(qū)域25內，在該區(qū)域內連續(xù)成形體5還只有很小的或者不再存在擴張。在圖4中表示，區(qū)域25位于沿流通方向7擴張區(qū)的最大直徑之后。尤其是冷卻區(qū)19和擴張區(qū)25不重疊，而是順次緊密連接。
下面借助于對比例子說明本發(fā)明裝置和方法的效果。
在給定的例子以及一覽表1中給出了紡絲密度，亦即每平方毫米擠出孔數，用來抽出長絲束12的牽引速度(m/s)，成形材料溫度(℃)、擠出孔加熱溫度(℃)、氣隙高度(mm)、雷諾數、在緊靠噴氣裝置出口處冷卻氣流的速度(m/s)、距離H(mm)、角度β(度)、紡出的纖維支數(dtex)、變異系數(％)、主觀評價的分數在1至5之間的紡絲性能、冷卻氣流寬度或在圓形冷卻氣流時其直徑，以及以冷卻氣流寬度為標準的每mm噴嘴寬度上的氣量(升/小時)。分數1表示紡絲性能好，分數5表示紡絲性能差。
變異系數按DINEN 1973用倫茨(Lenzing)儀器公司的Vibroskop 300型測試儀測量。
雷諾數作為氣流的渦流程度按公式Re＝Wo*B/ν求出，其中wo表示氣體從噴嘴中的噴出速度(m/s)、B表示噴氣縫隙寬度或噴氣裝置的孔徑(mm)、ν表示氣體的運動粘度。對于空氣運動粘度ν在20℃的溫度時假定為153.5×10-7m2/s。如果采用其他氣體或混合氣體產生冷卻氣流，那么v值可以相應地匹配。
在一覽表1中表示試驗結果的綜述。
對比例1由13％MoDo Crown溶液-DP 510-550型纖維素、76％NMMNO和11％的水組成的NMMNO-紡絲材料以78℃的溫度用棓酸丙酯定形輸送給圓環(huán)直徑約為200mm的環(huán)形紡絲噴嘴。環(huán)形噴嘴由多個鉆孔的單個扇段組成，它們分別包含毛細孔形式的擠出孔。擠出孔加熱到85℃的溫度。
凝固浴表面和擠出孔之間的空間由一約5mm高的氣隙構成。連續(xù)成形體未受到噴氣穿過氣隙。連續(xù)成形體的凝固在凝固浴內進行，在凝固浴內擠出孔下方設一紡絲漏斗。
連續(xù)成形體的環(huán)形簇在紡絲漏斗內通過其出口面集束并從紡絲漏斗中引出。紡絲漏斗在流通方向的長度約為500mm。
紡絲性能出現很大的困難，因為紡出的纖維材料具有大量粘連。惡劣的條件還表現在纖維纖度很大的分散度，在這種對比例中其變異度超過30％。
對比例2在對比例2中除了在緊靠擠出后的由外向內噴氣外在相同的其他條件下沒有第一屏蔽區(qū)進行。其中以一較低的約6m/s的速度進行噴氣。
通過噴氣氣隙高度只能不顯著地增加，紡絲質量和紡絲可靠性與對比例1相比基本上保持不變。
對比例3在對比例1和2中所用的成形材料在對比例3中同樣在78℃的溫度下輸送給一矩形噴嘴，它由多個鉆孔的單個段組成。矩形噴嘴具有三行擠出孔，它們保持約90℃的溫度。
凝固浴位于擠出孔下方，在凝固浴內安裝一轉向機構。在凝固浴和擠出孔之間形成一約6mm的氣隙，連續(xù)成形體像簾子一樣穿過氣隙。為了支持紡絲過程采用一平行于紡絲浴表面的冷卻噴氣裝置。
連續(xù)成形體在凝固浴內進行凝固，在那里連續(xù)成形體組成的簾通過轉向機構轉向，并傾斜向上輸送給一設置在凝固浴之外的集束裝置。通過集束裝置使連續(xù)成形體簾合并成纖維束，然后繼續(xù)引導到其他處理工步。
對比例3具有略微改善的紡絲性能，但是這里仍然經常出現紡絲故障。連續(xù)成形體部分粘連；纖維纖度具有很大的分散度。
對比例4在對比例4中在其他方面與對比例3相同的條件下在矩形噴嘴的長邊處這樣地安裝一寬度B為8mm的噴氣裝置，冷卻區(qū)一直延伸到擠出孔，亦即不存在第一屏蔽區(qū)。
冷卻氣流在噴氣裝置出口處具有約10m/s的速度。
與對比例3相比在對比例4的結構時氣隙只有不大的提高，與對比例3的數值相比所達到的紡絲可靠性和纖維數據保持不變。
對比例5在這個對比例中和在對比例4時一樣在矩形噴嘴的長邊處這樣地安裝一在噴氣裝置的出口處冷卻氣流寬度為6mm的噴氣裝置，使冷卻區(qū)中間沒有屏蔽區(qū)的情況下一直延伸到擠出孔。和對比例4不同，代替分段的矩形噴嘴，采用一整面鉆孔的矩形噴嘴。
在噴氣裝置出口處冷卻氣流的速度為約12m/s。
在對比例5中氣隙可以加大到約20mm，并且紡絲可靠性顯著改善。然而在纖維數據方面看不到改進，此外仍然常常出現粘連。
在下列比較例6至9中借助于相互并排設置成一行的多通道壓縮空氣噴嘴產生冷卻氣流。每個壓縮空氣噴嘴的直徑約為0.8mm。從噴氣裝置中噴出的單股冷卻氣流的噴出速度在對比例6至9中大于50m/s。單股冷卻氣流是渦流。噴嘴的供氣借助于1bar過壓的壓縮空氣進行，為了與噴氣速度匹配氣流借助于一節(jié)流閥節(jié)流。
紡絲頭具有一由高級合金鋼制成的整面鉆孔的矩形噴嘴。其余采用對比例3至5的紡絲系統(tǒng)。
對比例6在對比例6中，和在對比例5中一樣。多通道壓縮空氣噴嘴這樣安裝，使得冷卻區(qū)直接延伸到擠出孔處，亦即不存在第一屏蔽區(qū)。
在這種結構時沒有觀察到更好的結果，紡絲性能不能認為是令人滿意的。
對比例7在這個試驗中冷卻氣流傾斜向上朝噴嘴方向，因此具有一逆流通方向的分量。
在對比例8中紡絲性能比對比例7更差。
對比例8與對比例7不同，冷卻氣流具有傾斜向下朝向紡絲浴表面方向的流動方向。因此冷卻氣流具有沿流通方向的速度分量。
在按對比例9的結構中可以實現更好的結果。連續(xù)成形體的變異系數明顯低于10％。紡絲性能非常令人滿意，并且具有向更細的支數及更高的牽引速度方向的一定的改進余地。
在這種情況下可以觀察到，在對比例6、7至9時冷卻區(qū)和凝固浴表面之間存在一第二屏蔽區(qū)，在該區(qū)內空氣基本上是平穩(wěn)的。
一覽表1
在一覽表1的數值中在給定的流動速度方面從這樣一點出發(fā)，即，在高的流動速度時對比例6至8呈現渦流冷卻氣流。
權利要求
1.用于由成形材料，如包含纖維素、水和氧化叔胺的紡絲溶液，制造連續(xù)成形體(5)的裝置(1)，具有大量擠出孔(4)，通過它們可在運行時將成形材料擠出成連續(xù)成形體(5)；具有一凝固浴(9)；具有一設置在擠出孔(4)和凝固浴(9)之間的氣隙(6)，其中在運行時連續(xù)成形體(5)被引導順次穿過氣隙(6)和凝固浴(9)，并在氣隙(6)區(qū)域內用一氣流(15)噴向連續(xù)成形體(5)，其特征為氣隙(6)在緊接擠出后具有一屏蔽區(qū)(20)和一通過屏蔽區(qū)(20)與擠出孔(4)隔開的冷卻區(qū)(9)，其中冷卻區(qū)(19)由形成為冷卻氣流(15)的氣流(15)確定。
2.按權利要求1的裝置，其特征為氣隙(6)除第一屏蔽區(qū)(20)外還具有一第二屏蔽區(qū)(21)，通過它將冷卻區(qū)(19)與凝固浴表面(11)隔開。
3.按權利要求1或2的裝置，其特征為屏蔽區(qū)(20)在流通方向(7)的寬度尺寸這樣選擇，使得屏蔽區(qū)(20)在流通方向(7)延伸至少超過連續(xù)成形體(5)的在緊接到擠出后的沿流通方向(7)延伸的擴張區(qū)(24)。
4.按上述權利要求之任一項的裝置，其特征為擠出孔(4)垂直于冷卻氣流(15)方向(16)成行地設置在一基本上矩形的底面上。
5.按權利要求4的裝置，其特征為擠出孔(4)沿行方向的數量大于沿冷卻氣流方向(16)的數量。
6.按上述權利要求之一項的裝置，其特征為在凝固浴(9)內設一轉向機構(10)，通過它在運行時連續(xù)成形體(5)作為基本上平面形的簾(8)朝凝固浴表面(11)轉向，并且，在凝固浴之外設一集束裝置(14)，通過它在運行時連續(xù)成形體(5)合并成一纖維束(13)。
7.按上述權利要求之任一項的裝置，其特征為冷卻氣流(15)垂直于連續(xù)成形體(5)的流通方向(7)穿過氣隙(6)的寬度(D)大于冷卻氣流沿流通方向的高度(B)。
8.按上述權利要求之任一項的裝置，其特征為冷卻氣流(15)由大量單股冷卻氣流合并而成。
9.按權利要求8的裝置，其特征為單股冷卻氣流沿行方向并排設置。
10.按上述權利要求之任一項的裝置，其特征為冷卻氣流在連續(xù)成形體(5)穿過氣隙(6)的區(qū)域內形成為渦流氣流。
11.按上述權利要求之任一項的裝置，其特征為冷卻氣流(15)具有朝向流通方向(7)的速度分量。
12.按上述權利要求之任一項的裝置，其特征為冷卻氣流(15)向流通方向(7)的傾角(β)大于冷卻氣流(15)的擴張角(γ)。
13.按上述權利要求之任一項的裝置，其特征為成形材料在其擠出前在85℃時具有一至少為10000Pas尤其是至少15000Pas的零剪切粘度。
14.按上述權利要求之任一項的裝置，其特征為冷卻區(qū)(19)離各個擠出孔(4)在流通方向(7)的距離各自至少為10mm。
15.按上述權利要求之任一項的裝置，其特征為冷卻區(qū)(19)離各個擠出孔(4)在流通方向(7)上的距離I(mm)分別滿足以下不等式I＞H+A·[tan(β)-0.14]其中H為冷卻氣流上棱邊在噴氣裝置(14)的出口處離擠出孔平面在流通方向的距離(mm)、A為噴氣裝置(14)的冷卻氣流(15)的出口和連續(xù)成形體(5)在氣流方向(16)的最后一行(22)之間的距離(mm)、β為冷卻氣流方向(16)和垂直于流通方向(7)的方向之間的角度(度)。
16.按上述權利要求之任一項的裝置，其特征為氣隙(6)在流通方向(7)上的高度L(mm)滿足以下不等式L＞I+0.28·A+B其中I為冷卻區(qū)(19)在連續(xù)成形體(5)穿過氣隙(6)的區(qū)域內離擠出孔(4)的距離、A為噴氣裝置(14)的冷卻氣流(15)的出口和連續(xù)成形體(5)在氣流方向(16)的最后一行(22)之間沿垂直于流通方向(7)的距離(mm)、B為冷卻氣流(15)在噴氣裝置(14)的冷卻氣流(15)的出口處垂直于冷卻氣流方向(16)沿流通方向(7)的高度。
17.按上述權利要求之任一項的裝置，其特征為第一屏蔽區(qū)基本上由空氣組成。
18.由成形材料，如包含水、纖維素和氧化叔胺的紡絲溶液，制造連續(xù)成形體(5)的方法，其中首先將成形材料擠出成連續(xù)成形體，然后引導連續(xù)成形體通過氣隙(6)，同時拉伸并用一氣流(15)吹，接著引導連續(xù)成形體穿過一凝固浴(9)，其特征為；連續(xù)成形體(5)在氣隙(6)內首先被引導通過一屏蔽區(qū)(20)，然后穿過一冷卻區(qū)(19)，其中吹氣借助于形成為冷卻氣流的氣流在冷卻區(qū)內進行。
19.按權利要求18的方法，其特征為連續(xù)成形體(5)在冷卻區(qū)(19)后在它浸入凝固浴之前被引導穿過一第二屏蔽區(qū)(21)。
20.按權利要求18或19的方法，其特征為冷卻氣流的速度wo，根據其寬度B，沿連續(xù)成形體的流通方向通過氣隙這樣地調定，使得用wo和B形成的雷諾數至少為2500。
21.按權利要求18至20之任一項的方法，其特征為冷卻氣流的單位吹力調整到至少5mN/mm數值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由成形材料，如包含水、纖維素和氧化叔胺的紡絲溶液，制造連續(xù)成形體的裝置，裝置(1)具有一帶有擠出孔(4)的噴嘴板(3)，成形材料通過擠出孔擠出成基本上長絲形的連續(xù)成形體(5)。連續(xù)成形體穿過氣隙(6)，在凝固浴(9)內通過轉向機構(10)引向集束裝置(1)，在那里它們合并成長絲束。在氣隙內設一噴氣裝置(14)，它沿垂直于流通方向(7)的方向向連續(xù)成形體(5)吹冷卻氣流。為了改善紡絲可靠性和連續(xù)成形體的機械性能，按照本發(fā)明設想，緊接擠出孔(4)設一第一屏蔽區(qū)(20)，通過它使擠出孔免受冷卻氣流的影響。
文檔編號D01D5/088GK1608150SQ02826064
公開日2005年4月20日 申請日期2002年11月11日 優(yōu)先權日2002年1月8日
發(fā)明者斯特凡·齊克利, 弗里德里?！ぐ？?申請人:齊默爾股份公司