專(zhuān)利名稱(chēng)：用于收集作為均勻絮片的連續(xù)的纖維的工藝和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
下面的描述涉及在連續(xù)的工藝過(guò)程中將纖維制成絮片。
背景技術(shù)：
通常使液化的成纖材料從孔中通過(guò)以便形成一個(gè)或多個(gè)材料的液流來(lái)生產(chǎn)纖維材料。桌孔中穿出之后，液流冷卻并變硬，形成固體絲。然后可以將固體絲收集到在形成該絲的位置之下的移動(dòng)篩網(wǎng)或多孔帶上，并且可以將眾多的絲結(jié)合起來(lái)并形成層，以便形成材料的絮片。這種絮片可以用于多種目的。例如，當(dāng)材料是碳纖維時(shí)，可以將該絮片直接用作碳纖維復(fù)合系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)部件。也可以將該絮片切碎，所獲得的碎塊可以在各種不同的用途中，例如在一部分噴涂碳纖維系統(tǒng)中提供結(jié)構(gòu)支撐。
通常，纖維絲在形成時(shí)是相當(dāng)脆弱的。其結(jié)果是，當(dāng)它們降落到移動(dòng)篩網(wǎng)或移動(dòng)床上時(shí)，所述絲有可能在很多地方斷裂。但是，優(yōu)選使絲保持其完整性，這部分是因?yàn)樵谑褂脮r(shí)，斷裂的絲提供較少的結(jié)構(gòu)支撐，并且因?yàn)閿嗔训慕z在絮片中產(chǎn)生不連續(xù)性，這將阻止絮片成為絲的連續(xù)無(wú)規(guī)則的集合，妨礙在整個(gè)絮片上具有相同的強(qiáng)度及其它性質(zhì)。
而且，在一個(gè)作業(yè)線上可以制造很多連續(xù)的纖維，使之形成簾，然后，放到帶上以便形成絮片。然后，可以在第一層的下游制造另外的層，以便形成更厚的絮片。在一些制造工藝中，在絮片形成之后，將其引入到爐子內(nèi)，將其干燥。具有低容積密度的均勻絮片的制造，優(yōu)選在這種作業(yè)中進(jìn)行，因?yàn)榭梢允惯@種絮片比較快和均勻的干燥。

發(fā)明內(nèi)容
本文獻(xiàn)揭示一種方法和系統(tǒng)，用于在連續(xù)的工藝過(guò)程中由熔融或者液體的形式制造纖維，以便形成材料的絮片。在一個(gè)方面中，揭示一種由紡成纖維制造均勻的面密度和體積密度的絮片的裝置。該裝置包括絲噴射器，例如，帶有出口孔的噴絲組件，諸如噴射絲的毛細(xì)管或噴絲頭等；文氏管，該文氏管鄰接毛細(xì)管或噴絲頭，用于接受來(lái)自于噴絲組件的絲；擴(kuò)散器，該擴(kuò)散器靠近文氏管，用于接受來(lái)自于文氏管的絲；一個(gè)或多個(gè)排氣口，所述排氣口在擴(kuò)散器中產(chǎn)生氣流，該氣流具有與絲流的方向相反的方向；以及纖維收集床，用于接受所述絲。所述床例如可以包括移動(dòng)篩網(wǎng)。
擴(kuò)散器可以具有兩個(gè)相反側(cè)，每一側(cè)分別具有排氣口，排氣口可以包括穿孔板，所述穿孔板可以是平坦的或彎曲的，并且可以定義一個(gè)平面，該平面具有該軸與各個(gè)絲基本上以45度的角度相交的垂直軸?？梢詫⒖裳b配有氣體導(dǎo)流器的吸引箱安裝在纖維收集床之下，并且可以連接到排風(fēng)扇上，以便相對(duì)于纖維收集床對(duì)絲進(jìn)行牽引。
所述裝置可以裝配有各種空氣供應(yīng)源。在一個(gè)方面中，主氣體供應(yīng)源可以在毛細(xì)管或噴絲頭的出口處圍繞所述絲提供氣體，并且，在噴絲組件中，可以包括一對(duì)反向的氣體壓力通風(fēng)裝置。輔助氣體供應(yīng)源也可以圍繞著所述絲供應(yīng)氣體，所述輔助氣體供應(yīng)源可以包括多個(gè)氣體供應(yīng)導(dǎo)管，所述氣體供應(yīng)導(dǎo)管具有導(dǎo)流器以及在所述絲的相對(duì)側(cè)上的開(kāi)口。擴(kuò)散器可以具有從靠近文氏管的第一個(gè)端部向遠(yuǎn)離文氏管的第二個(gè)端部增大的寬度，噴絲組件可以包括噴絲板，該噴絲板具有被在一直線上相互間隔開(kāi)的多個(gè)毛細(xì)管或噴絲頭穿透的表面。在另外一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)散器可以具有曲線形的壁，所述壁具有一個(gè)從靠近文氏管的第一個(gè)端部到遠(yuǎn)離文氏管的第二個(gè)端部增大的寬度。
在另一個(gè)方面中，描述了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個(gè)紡絲裝置，例如四個(gè)或更多個(gè)裝置，每個(gè)裝置具有一個(gè)或多個(gè)噴絲組件、文氏管、擴(kuò)散器、一個(gè)或多個(gè)在擴(kuò)散器中的排氣口。具有基本上直線行進(jìn)方向的移動(dòng)床可以接受絲，從而來(lái)自于第一紡絲裝置的絲沉積到移動(dòng)床上，來(lái)自于相繼的紡絲裝置的絲沉積到來(lái)自于第一個(gè)紡絲裝置的絲的頂部上。移動(dòng)床例如可以包括穿孔帶，并且可以位于一個(gè)或多個(gè)吸引箱的上方，所述吸引箱將絲向床牽引。該系統(tǒng)還可以包括流體供應(yīng)導(dǎo)管，該導(dǎo)管與多個(gè)紡絲裝置的每一個(gè)連通。每個(gè)噴絲組件可以包括噴絲板，該噴絲板具有被在一直線上間隔開(kāi)的多個(gè)毛細(xì)管或噴絲頭穿孔的表面，所述裝置可以被排列到與毛細(xì)管或噴絲頭所限定出的直線垂直的線上。
本發(fā)明還揭示了制造纖維絮片的方法，包括以下步驟產(chǎn)生多個(gè)絲；通過(guò)文氏管和擴(kuò)散器將絲引導(dǎo)向下方；通過(guò)使絲經(jīng)過(guò)具有帶有向上分量的氣流的區(qū)域，將多個(gè)絲從第一速度降低到第二速度；以及將多個(gè)絲沉積到絲床上。絲床可以沿一個(gè)直線方向前進(jìn)，以便移動(dòng)纖維絮片，可以重復(fù)以上的步驟，以便在其它絲的頂部上形成沉積到床上的第二批的多個(gè)絲。所述絲還可以在文氏管中從液體狀態(tài)冷卻到固體狀態(tài)，并變細(xì)。
下面將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明的其它特征、目的以及優(yōu)點(diǎn)，由下面的說(shuō)明和附圖以及權(quán)利要求書(shū)，將會(huì)變得很明顯。


圖1是用于收集作為均勻絮片的連續(xù)的噴吹紡成纖維的裝置的剖視圖。
圖2是圖1所示的噴吹噴絲組件的放大的剖視圖。
圖3是用于由連續(xù)的噴吹紡成纖維制造多層均勻的纖維絮片的系統(tǒng)的剖視圖。
圖4是沿著圖1的線4-4截取的用于收集作為均勻的絮片的連續(xù)噴吹紡成纖維的裝置的縱剖視圖。
圖5是用于收集作為均勻絮片的連續(xù)纖維的裝置的剖視圖。
在各個(gè)圖中類(lèi)似的參考標(biāo)號(hào)表示類(lèi)似的部件。
具體實(shí)施例方式
圖1是用于收集作為均勻芯片的連續(xù)的噴吹紡成纖維的裝置10的剖視圖。圖2以剖視圖更詳細(xì)地表示圖1中的噴吹噴絲組件。噴吹噴絲組件12具有安裝在底座20上的噴吹噴絲板18。噴吹噴絲板18包括被頰板錨定螺栓26連接起來(lái)的噴絲頂端24和頰板22。供應(yīng)通路28接收纖維熔體或聚合物，并將其通至熔體容器30，從而通過(guò)毛細(xì)管或噴絲頭出口32排出瀝青(pitch)，以便形成連續(xù)的絲?？梢栽O(shè)置多個(gè)毛細(xì)管或噴絲頭31(見(jiàn)圖4)，從而可以同時(shí)制造很多絲，以便形成絲的簾。可以將噴絲組件12加熱，以便將纖維熔體保持在熔融狀態(tài)。
參照?qǐng)D2，主空氣供應(yīng)源包括一對(duì)主氣體壓力通風(fēng)裝置34，所述壓力通風(fēng)裝置在熔體容器30的對(duì)向的側(cè)面上沿著噴吹噴絲組件12的長(zhǎng)度方向行進(jìn)。主氣體壓力通風(fēng)裝置34的每一個(gè)都具有通路或狹縫36，所述通路或狹縫的出口靠近毛細(xì)管或噴絲頭出口32，從而，當(dāng)主氣體脫離噴絲板18時(shí)，所述主氣體圍繞所述絲噴射。該主氣體用于在纖維離開(kāi)毛細(xì)管或者噴絲頭出口32之后，保持纖維處于中心，并且當(dāng)絲離開(kāi)毛細(xì)管或噴絲頭出口32之后冷卻并變硬時(shí)，將獲得的絲拉細(xì)。
主氣體所要求的溫度依賴于熔體的性質(zhì)。有些聚合物將要求主氣體的溫度大于熔體的溫度，以便補(bǔ)償蒸發(fā)溶劑的冷卻效應(yīng)。例如，如果熔體是溶劑化的中間相瀝青，可以在例如355℃的溫度下提供主氣體，該溫度大于瀝青的熔化溫度，從而，在其從熔化的絲被冷卻到固體的絲之前，可以將瀝青纖維拉細(xì)。
再一次參照?qǐng)D1，噴吹噴絲組件12安裝在外殼15的頂部，所述外殼接收各種絲并進(jìn)一步對(duì)它們進(jìn)行處理。所述絲進(jìn)入外殼15中的由文氏管組成的通路44，所述文氏管具有文氏管入口46和文丘里喉管48。文氏管入口46位于噴射絲的毛細(xì)管或噴絲頭出口32的路線之下的中心處。從輔助氣體供應(yīng)源50圍繞著絲提供附加的氣體，所述氣體流入通路44。該輔助氣體(例如，經(jīng)過(guò)過(guò)濾的氣體)，當(dāng)其將絲向下運(yùn)送時(shí)，在絲上保持張力。借助基本物理原理(例如，由Bernoulli’sequation(柏努利方程)表示)，當(dāng)其進(jìn)入到狹窄的文丘里喉管48中時(shí)，氣體加速，而在文丘里喉管之后通路變寬的部位，氣體減速?？梢杂脤?duì)稱(chēng)、增壓和基本上非紊流的方式供應(yīng)氣體。兩個(gè)氣流在文氏管入口46附近與絲結(jié)合，形成一個(gè)包圍并夾帶著絲的氣體單一的、被加速的基本上的層流。因?yàn)闅饬骰旧鲜菍恿?，所以，從毛?xì)管32通過(guò)文丘里喉管48，可以將絲保持得相對(duì)較直和穩(wěn)定。
輔助氣體供應(yīng)源可以包括氣體導(dǎo)管52、導(dǎo)流器54、氣體源56。導(dǎo)管52可以采取任何合適的形式，特別是在噴絲組件12在一條直線上具有多個(gè)毛細(xì)管或噴絲頭的情況下，其截面可以是矩形，并從而(當(dāng)在圖1中延伸到頁(yè)面內(nèi)測(cè)量時(shí))相對(duì)較深。導(dǎo)流器54可以包括安裝在氣流中的柵格板，氣體源56可以包括風(fēng)機(jī)或連接到風(fēng)機(jī)或空氣泵(例如當(dāng)多個(gè)裝置一起使用時(shí))上的氣體導(dǎo)管，或者任何其它合適的結(jié)構(gòu)。
輔助氣流幫助在絲上進(jìn)一步伴有并保持應(yīng)力。因?yàn)榕c主氣流相比，輔助氣流在更下游與絲接觸，所以，可以在絲上提供牽引力，而無(wú)需擔(dān)心將其折斷。其結(jié)果是，能夠以比絲的速度更高的速度、以比主氣體更大的體積供應(yīng)輔助氣體。
毛細(xì)管或噴絲頭出口32與文氏管入口46之間的距離，由紡成纖維的熱固化特性和主氣體及輔助氣體的冷卻效果決定，所述冷卻效果決定特定的纖維熔體的淬硬速度。這里，“淬硬”指的是纖維的凝固。淬硬點(diǎn)是在纖維的形成過(guò)程中的這樣一個(gè)點(diǎn)，在該點(diǎn)處，纖維的直徑被確定，超過(guò)該點(diǎn)不會(huì)進(jìn)一步變細(xì)，即，不會(huì)再發(fā)生纖維直徑的縮小。典型地，在毛細(xì)管或噴絲頭出口32與文氏管入口46之間的距離，是從大約0.25英寸(0.635cm)到大約100英寸(254cm)的距離。例如，由溶劑化的中間相瀝青紡成的纖維具有非?？斓拇阌菜俣?，有可能在模具頂端、即毛細(xì)管或噴絲頭出口的一英寸的幾分之一內(nèi)凝固。一旦瀝青碳纖維已經(jīng)淬硬，其直徑便已固定，纖維不能再被拉細(xì)。為了由溶劑化中間相瀝青噴吹紡成纖維，在毛細(xì)管或噴絲頭出口32與文氏管入口46之間的最佳距離被確定在約2到4英寸之間(在約5.08cm和10.16cm之間)。但是，對(duì)于其它的纖維成形材料，該距離甚至可以大于100英寸(254cm)。
對(duì)于其它類(lèi)型的纖維熔體，有可能一直到纖維已經(jīng)進(jìn)入文氏管之后都不會(huì)發(fā)生淬硬，從而，輔助供應(yīng)的空氣可以不僅在纖維上保持應(yīng)力，而且還可以在纖維通過(guò)文氏管和擴(kuò)散器的第一部分時(shí)導(dǎo)致纖維進(jìn)一步變細(xì)。如熟悉本領(lǐng)域的人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到的那樣，可能希望增加噴絲組件12與文氏管入口46之間的距離并仍然保持封閉的環(huán)境。外殼15可以向朝上的方向延伸，以便將噴絲組件15與文氏管入口46進(jìn)一步分離，如圖5所示。
在絲已經(jīng)通過(guò)文氏管之后，會(huì)進(jìn)入擴(kuò)散器57，該擴(kuò)散器57從頂部向底部變寬。文氏管與擴(kuò)散器之間的邊界可以被認(rèn)為是在任何適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)上。例如，可以認(rèn)為文氏管終止在文丘里喉管48的最小寬度處，可以把擴(kuò)散器看作是通路44的剩余部分。也可以認(rèn)為文氏管包括通路44的變寬部的一部分，而擴(kuò)散器則包括通路44的剩余部分。
擴(kuò)散器57包括上部部分58、下部部分62和出口70。上部部分58可以是被對(duì)向的擴(kuò)散器壁60限定出的通路44的變寬的部分。因?yàn)樯喜坎糠?8尺寸由頂部向底部增大，所以，空氣的垂直速度將從上部部分58的頂部到底部減慢，并且，絲的垂直速度也減慢，同時(shí)，絲開(kāi)始水平運(yùn)動(dòng)，以便適應(yīng)其在上部部分58的頂部的比較高的速度和在上部部分58的底部的比較低的速度。如圖1所示，擴(kuò)散器壁60可以是彎曲的，擴(kuò)散器壁60之間的距離以允許氣體可控制的擴(kuò)展的比率增大。這將有助于防止氣流脫離壁60，并防止產(chǎn)生回流或渦流或者紊流，而這些現(xiàn)象將會(huì)導(dǎo)致絲相互纏繞，并形成不均勻的捆或者叢。
擴(kuò)散器57包括下部部分62，該部分可以是鐘罩形或者裙形，在該部分中，來(lái)自通路44的氣體的一部分從絲的下向的流中分離出來(lái)。使下部部分62的每一側(cè)上的一個(gè)或多個(gè)排氣口64這樣取向，即，使得將排出的氣體從下部部分62抽出，并以通常水平和朝上的方向進(jìn)入排放氣體集氣室66，如圖中用流向箭頭所示。排氣口64可以簡(jiǎn)單地為在下部部分62的壁上的開(kāi)口區(qū)域，或者可以包括篩網(wǎng)，穿孔柔性板，或者其它合適的結(jié)構(gòu)。排出的廢氣可以利用通過(guò)將氣體從排氣導(dǎo)管68中除去在下部部分62中產(chǎn)生的相對(duì)真空進(jìn)行輸送。排氣導(dǎo)管68可以連接到排氣扇上，或者可以連接到中心導(dǎo)管系統(tǒng)上，該系統(tǒng)為多個(gè)裝置提供服務(wù)。類(lèi)似地，也可以使排出的氣體從排氣導(dǎo)管68到供應(yīng)導(dǎo)管56進(jìn)行再循環(huán)。
在圖1中，將下部部分62的壁構(gòu)造成從擴(kuò)散器57的上部部分提供順滑的過(guò)渡，然后向外彎曲，以便在擴(kuò)散器57的下部部分中對(duì)排出氣體的氣流速度提供水平分量和更大的向上的垂直分量。按照這種方式，排出氣體的水平分量將氣流進(jìn)一步擴(kuò)展從而將其減慢，使氣流能夠從下部部分62的一側(cè)向另一側(cè)擴(kuò)展，這使得纖維更加擴(kuò)展。排出氣體的向上的分量還在下落的絲上施加向上的力，并使得所述絲在降落到收集表面14上之前變得更慢?？梢詫?duì)排出氣體的速度加以控制，使得不會(huì)將絲拉入到排氣口64內(nèi)，而是只被水平地?cái)U(kuò)展。其結(jié)果是，所述絲經(jīng)歷向收集表面14上的相對(duì)柔和的降落，不會(huì)破裂、折斷或者損傷。所述絲還形成更均勻和無(wú)規(guī)則的絮片。排氣口64也可以采取其它結(jié)構(gòu)，例如，在壁60的下部部分中形成為穿孔板。此外，排氣口64可以具有垂直的表面，使得它們只產(chǎn)生水平氣流。也可以采用其它合適的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)絲降落到收集表面14上時(shí)，這些絲聚集成相對(duì)無(wú)規(guī)則的絮片。收集表面14在擴(kuò)散器出口70之下移動(dòng)。收集表面14可以是穿孔的，或者是多孔的或者是斷續(xù)的，以便允許氣體被排出到收集表面14之下的真空箱74內(nèi)。例如，收集表面14可以包括一系列連接起來(lái)的棒、篩網(wǎng)、或者其它合適的結(jié)構(gòu)。
位于收集表面14之下的是真空箱74。真空箱74可以和擴(kuò)散器出口70具有相同的尺寸和形狀，可以配備有導(dǎo)流器76和穿孔板77，所述穿孔板77產(chǎn)生通過(guò)收集表面14的更加層流狀的和均勻的氣流。和供應(yīng)氣體或排出氣體的其它部件一樣，可以利用導(dǎo)管78將真空箱74連接到風(fēng)機(jī)上，或者，如果裝置10是一個(gè)大型系統(tǒng)中的多個(gè)裝置之一，則可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管連接至其它的真空箱。在系統(tǒng)具有多個(gè)裝置10的地方，可以設(shè)置一個(gè)單一的真空箱或者分段式真空箱，或者用于提供負(fù)壓以便把絮片保持在收集表面14上的其它結(jié)構(gòu)。同樣，也可以在適當(dāng)?shù)牡胤嚼脕?lái)自于上方壓力將絮片保持在其位置上。
利用擴(kuò)散器出口70與收集表面14之間的間距、通過(guò)文丘里喉管48供應(yīng)的氣體的體積和通過(guò)排氣口64排出的氣體的體積，可以調(diào)節(jié)通過(guò)真空箱74的氣流的體積。可以選擇平衡參數(shù)，使得絲以均勻地降落且不會(huì)受到明顯的損傷的速度降落到收集表面14上，并且使得由真空箱74提供足夠的吸力，從而將絮片保持在收集表面14上，當(dāng)收集表面14在擴(kuò)散器出口70之下移動(dòng)時(shí)，可以將其帶走。也可以將擴(kuò)散器出口70和真空箱74制成合適的尺寸，使得氣體和絲被充分減速，從而可以將絲以基本上無(wú)規(guī)則取向的絲的松散、低密度的連續(xù)纖維絮片的方式沉積到收集表面14上。也可以設(shè)置擋板75，并將其配置成允許纖維絮片自由地從裝置10中送出，但是，相對(duì)于周?chē)鷧^(qū)域保持恰當(dāng)?shù)膲毫﹃P(guān)系。一般而言，可以使氣流平衡，從而通過(guò)真空箱74和排氣口64移出的總的氣體，等于通過(guò)文氏管的總的氣體，從而，系統(tǒng)相對(duì)于其周?chē)h(huán)境是中性的。
設(shè)置壓力監(jiān)視器、氣流監(jiān)視器和控制閥(未示出)，用于監(jiān)測(cè)和控制供應(yīng)和排出的氣體，以便獲得適當(dāng)?shù)膲毫﹃P(guān)系，以獲得纖維絮片的所需的面密度(g/m2)和體積密度(g/m3)。熟悉本領(lǐng)域的人員將會(huì)理解，增大收集床的速度或者降低噴絲速率將會(huì)降低絮片的面密度。類(lèi)似地，借助增大通過(guò)真空箱74的排出氣體相對(duì)于供應(yīng)的空氣的比例，可以增大絮片的體積密度，并且，通過(guò)增大所供應(yīng)的空氣相對(duì)于排出的空氣的比例，可以降低絮片的體積密度。對(duì)于某些應(yīng)用而言，控制面密度和體積密度兩者可能是很理想的。例如，為了促進(jìn)干燥、溶劑清除、熱處理，或者膠料(sizings)的應(yīng)用，可能需要低密度的絮片。另一方面，在復(fù)合強(qiáng)化應(yīng)用中，則需要高密度的纖維絮片。
可以在收集表面14之下設(shè)置可拆卸的穿孔板或篩網(wǎng)79，用于除去或?yàn)V出被排出氣體的氣流通過(guò)收集表面14牽引的任何斷裂的纖維以及纖維顆粒。將這些板或篩網(wǎng)設(shè)計(jì)成在吸引箱74的整個(gè)表面上提供均勻的氣流，并有助于均勻的絮片的形成。篩網(wǎng)79可以被卸下和刷洗，或者在噴絲操作和纖維收集工藝過(guò)程中用真空清洗。篩網(wǎng)79阻止斷裂的纖維堵塞導(dǎo)流器76和穿孔板77，并且能夠使纖維收集工藝過(guò)程以在吸入箱74的表面上均勻和恒定的排氣氣流連續(xù)操作。
裝置10可以設(shè)置有后壁72和前壁(未示出)，用作關(guān)閉通路44的蓋。例如，所述壁可以是平的面板，所述面板可以安裝到外殼15上以便形成完全封閉的殼體。按照這種方式，也可以將壁卸下，以便允許進(jìn)入外殼15的內(nèi)部進(jìn)行清洗、維修和滿足其它需要?？梢愿鶕?jù)噴絲組件12的長(zhǎng)度將所述壁隔開(kāi)，使得所有的毛細(xì)管或噴絲頭31在封閉的空間內(nèi)噴射纖維。在代替一個(gè)單一的長(zhǎng)的噴絲組件、使用多個(gè)噴絲組件的情況下，也可以在通路44和擴(kuò)散器57的部分中采用隔板81(見(jiàn)圖4)，以便將一個(gè)噴吹噴絲組件與其它組件隔開(kāi)，例如，可以將特定的噴絲組件隔離并且在不干擾相鄰的噴絲組件的情況下進(jìn)行更換。也可以在噴吹噴絲組件12與外殼15之間設(shè)置滑動(dòng)板16。例如當(dāng)在裝置10上停止生產(chǎn)時(shí)，滑動(dòng)板16可以移動(dòng)到阻塞從噴吹噴絲組件12出來(lái)的絲流的位置上。另外，有可能需要在噴吹噴絲組件12上進(jìn)行清洗和其它的維修，在這種過(guò)程中，滑動(dòng)板16可以防止污染物進(jìn)入通路44。
作為一個(gè)非限定性的例子，噴吹噴絲板、例如噴絲板18，可以由溶劑化的中間相瀝青以50m/sec的速度，生產(chǎn)瀝青碳纖維。通過(guò)控制經(jīng)輔助氣體供應(yīng)源50供應(yīng)輔助氣體的速度、經(jīng)排放氣體集氣室66排出的空氣的量、以及經(jīng)真空箱74排出的空氣的量，可以將纖維碰到收集表面14上的速度降低到1m/sec。
圖3是用于制造均勻的多層纖維絮片的系統(tǒng)100中的幾個(gè)裝置10的剖視圖。如圖所示，最左邊的裝置10會(huì)首先將絮片沉積到收集表面14上，所述收集表面將絮片從左向右移動(dòng)。然后，下一個(gè)裝置10會(huì)放下另一層絮片，等等，直到在系統(tǒng)100的右邊出現(xiàn)四層的絮片。然后，根據(jù)纖維的類(lèi)型和所希望得到的最終產(chǎn)品或用途，使用所產(chǎn)生的多層絮片，或者在下游使之經(jīng)受另外的處理，例如，進(jìn)行干燥以便清除殘留在纖維中的任何溶劑，穩(wěn)定化，炭化，石墨化或者針狀體化(needling)。
圖4是沿著圖1的4-4線觀察裝置10時(shí)的縱剖視圖，其中，系統(tǒng)10包括多個(gè)噴絲組件12。在該視圖中，收集表面14向頁(yè)面內(nèi)移動(dòng)。纖維80經(jīng)由出口32離開(kāi)毛細(xì)管或噴絲頭31，進(jìn)入通路44。在該圖中，在擴(kuò)散器57的下部部分62中的排氣口64被描述為穿孔板。當(dāng)纖維80向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，下部部分62內(nèi)的氣流的向上的分量，將纖維的向下的速度減慢。當(dāng)纖維接近收集床時(shí)，如果收集表面14以比纖維80的速度低的速度運(yùn)動(dòng)，則纖維將在收集表面14之上水平運(yùn)動(dòng)。可以在通路44內(nèi)、也可以選擇在擴(kuò)散器57內(nèi)設(shè)置隔板81，以將噴絲組件12隔開(kāi)，以便將特定的噴絲組件隔離，而不會(huì)干擾相鄰的噴絲組件。
圖5是用于作為均勻絮片收集預(yù)先形成的連續(xù)纖維的裝置110的剖視圖。例如，纖維可以是連續(xù)的噴吹紡成纖維或熔紡纖維，所述纖維在被引入裝置110之前，已經(jīng)經(jīng)過(guò)了張緊裝置?；蛘?，作為替代方法，所述纖維可以是儲(chǔ)存在合適的裝置(例如線軸或筒管)上的預(yù)先形成的纖維，在即將導(dǎo)入到裝置110中之前，將其開(kāi)卷。通過(guò)外殼15中的孔130將纖維(由箭頭120表示)引入到裝置110的頂部，并通過(guò)文氏管入口46前進(jìn)。在進(jìn)入文氏管入口46之后，工藝過(guò)程和設(shè)備與圖1所描述的相同。有可能需要但在圖中沒(méi)有示出的另外的輔助設(shè)備，可能包括機(jī)械式線軸或筒管開(kāi)卷機(jī)，或者纖維張緊裝置。這些項(xiàng)目對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員來(lái)說(shuō)是公知的。
當(dāng)希望增大諸如熔體噴絲板(未示出)等纖維形成裝置的纖維出口與文氏管口46之間的距離時(shí)，外殼15可以具有向上的延長(zhǎng)部140，以便提供圍繞纖維的封閉環(huán)境?；瑒?dòng)板16和孔130可以位于向上延長(zhǎng)部140的底部或頂部。
上面描述了許多本發(fā)明的實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，可以進(jìn)行各種改型而不超出本發(fā)明的主旨和范圍。例如，盡管參照使用噴吹噴絲板對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是，本發(fā)明也同樣可以應(yīng)用于利用熔體噴絲板的纖維紡成系統(tǒng)，或者應(yīng)用于已經(jīng)紡成并儲(chǔ)存在線軸或筒管上的纖維或紗線制造絮片的系統(tǒng)。從而，其它實(shí)施例處于下面所述的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種由噴吹紡成纖維制備纖維絮片的工藝，包括以下步驟a)將可紡的物質(zhì)加熱到足以使該可紡的物質(zhì)流動(dòng)的溫度；b)通過(guò)使可紡物質(zhì)進(jìn)入紡絲設(shè)備并經(jīng)過(guò)位于紡絲設(shè)備內(nèi)的至少一個(gè)毛細(xì)管，形成至少一個(gè)纖維，其中，所述至少一個(gè)纖維具有初始速度；c)使所述至少一個(gè)纖維與至少一個(gè)氣流接觸，并使所述至少一個(gè)纖維進(jìn)入擴(kuò)散器；d)使所述纖維與至少一個(gè)附加的氣流接觸，以便將所述纖維置于張力之下，其中，所述至少一個(gè)附加的氣流的速度大于纖維的所述初始速度；e)使所述至少一個(gè)附加的氣流分散，從而將纖維的速度降低到最終速度；f)將所述纖維以所述最終速度送出所述擴(kuò)散器；以及g)收集所述至少一個(gè)纖維，以便形成纖維絮片。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，進(jìn)一步包括使所述至少一個(gè)纖維和所述附加的氣流進(jìn)入文氏管的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，包括對(duì)分散所述附加的氣流的速率進(jìn)行控制，從而控制纖維的最終速度。
4.如權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，增加所述附加的氣流的分散速率，以便實(shí)現(xiàn)纖維絮片的體積密度的增大。
5.如權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，將纖維離開(kāi)所述紡絲設(shè)備時(shí)的纖維的所述初始速度，降低到纖維離開(kāi)擴(kuò)散器時(shí)的所述最終速度，并且其中，所述初始速度與所述最終速度之比高達(dá)50∶1。
6.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述纖維由碳質(zhì)瀝青紡成。
7.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，所述纖維由溶劑化中間相瀝青紡成。
8.一種用于控制由噴吹紡絲設(shè)備制造的纖維絮片的面密度(g/m2)和體積密度(g/m3)的工藝，該工藝包括以下步驟a)當(dāng)所述纖維脫離噴吹紡絲設(shè)備時(shí)，對(duì)由噴吹紡絲設(shè)備制造的纖維賦予初始速度(m/sec)；b)改變纖維收集表面在噴吹紡絲設(shè)備之下運(yùn)動(dòng)的速度；以及c)控制在所述纖維離開(kāi)噴吹紡絲設(shè)備之后、所述纖維到達(dá)所述纖維收集表面之前，纖維的初始速度被減少的量。
9.如權(quán)利要求8所述的工藝，其特征在于，步驟c)包括使纖維與沿著和纖維相反的方向運(yùn)動(dòng)的氣流接觸。
10.一種用噴吹紡成纖維形成纖維絮片的設(shè)備，包括a)噴吹噴絲板，包括至少一個(gè)毛細(xì)管，所述毛細(xì)管具有用于接受可紡物質(zhì)的第一開(kāi)口和使所述物質(zhì)作為纖維從所述至少一個(gè)毛細(xì)管中出來(lái)用的第二開(kāi)口；以及用于將主氣流引向離開(kāi)的纖維的機(jī)構(gòu)；b)位于所述噴吹噴絲板的下游的文氏管，所述文氏管包括通過(guò)該文氏管的通路，所述通路具有第一和第二開(kāi)口端，其中，第一開(kāi)口端位于當(dāng)纖維離開(kāi)噴吹噴絲板時(shí)接受所述纖維的位置；c)位于文氏管下游的擴(kuò)散器，所述擴(kuò)散器具有第一開(kāi)口端，該第一開(kāi)口端位于所述通過(guò)文氏管的通路的第二開(kāi)口端的下游，并且，所述擴(kuò)散器還具有允許所述纖維脫離所述擴(kuò)散器的第二開(kāi)口端，其中，所述擴(kuò)散器包括一個(gè)或多個(gè)空氣排氣孔，所述排氣口在擴(kuò)散器內(nèi)產(chǎn)生氣流，所述氣流的方向與纖維流的方向相反。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)一步包括用于在輔助氣流進(jìn)入所述文氏管之前將該輔助氣流引向纖維的機(jī)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，文氏管和擴(kuò)散器具有對(duì)向的壁，所述壁以通過(guò)文氏管的中心垂直畫(huà)出的軸線為中心。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，在所述軸線與文氏管的第二開(kāi)口端的對(duì)向的壁之間的距離，大于所述軸線與文氏管的第一開(kāi)口端的對(duì)向的壁之間的距離。
14.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，在所述軸線與擴(kuò)散器的第二開(kāi)口端的對(duì)向的壁之間的距離，大于所述軸線與擴(kuò)散器的第一開(kāi)口端的對(duì)向的壁之間的距離。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，擴(kuò)散器包括上部部分和下部部分。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，擴(kuò)散器的上部部分的對(duì)向壁的至少一部分，在相對(duì)于軸線朝外的方向上彎曲。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，擴(kuò)散器的下部部分的對(duì)向壁的至少一部分，在相對(duì)于軸線朝外的方向上彎曲。
18.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，另外包括位于所述擴(kuò)散器內(nèi)的排氣口。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，排氣口包括在所述擴(kuò)散器的下部部分的對(duì)向的壁中的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，排氣口包括穿孔板。
21.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，另外包括用于控制從所述擴(kuò)散器排出的氣體的量的機(jī)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，另外包括用于收集纖維的表面。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，另外包括用于在所述收集表面之下排出空氣的機(jī)構(gòu)。
24.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述文氏管和所述擴(kuò)散器鄰近。
25.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述毛細(xì)管的第二開(kāi)口與所述文氏管的第一開(kāi)口之間的距離為從約0.25英寸(0.635cm)到約100英寸(254cm)。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，在所述至少一個(gè)毛細(xì)管的第二開(kāi)口與所述文氏管的第一開(kāi)口端之間的距離為從約2英寸(5.08cm)到約4英寸(10.16cm)。
27.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，文氏管、擴(kuò)散器、以及用于將輔助氣流在其進(jìn)入文氏管之前引向所述至少一個(gè)纖維的機(jī)構(gòu)，被一個(gè)外殼所包圍。
28.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于，所述外殼包括向上的延伸部，以便在所述至少一個(gè)毛細(xì)管的第二開(kāi)口與通過(guò)所述文氏管的通路的第一開(kāi)口端之間，提供圍繞通路的封閉的環(huán)境。
全文摘要
一種用于收集作為均勻絮片的連續(xù)纖維或絲的工藝和設(shè)備，包括噴絲板形式的絲噴射器，文氏管，擴(kuò)散器，以及纖維收集床。在由噴射器制造出來(lái)之后，所述絲向下運(yùn)動(dòng)，排氣口在擴(kuò)散器內(nèi)產(chǎn)生氣流，該氣流的方向與絲流的方向相反，從而，在絲與纖維收集床接觸之前，絲被減速。
文檔編號(hào)D04H3/03GK1846023SQ200480025482
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月25日
發(fā)明者艾哈邁德·D·瓦基利, 丹尼爾·F·羅西隆 申請(qǐng)人:田納西大學(xué)研究基金會(huì)