專利名稱：用于制造后拉伸的纖維素長絲的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于由含水、纖維素和氧化叔胺的紡絲溶液制造Lyocell長絲的方法和設(shè)備，以及通過該方法制成的長絲。
在制造方法中，首先將長絲溶液擠出成長絲，然后將長絲拉伸并導(dǎo)過一凝固浴，之后長絲的纖維素凝固。
由溶解于氧化叔胺如甲基嗎啉氧化物(N-Methyl-Mor pholin-N-Oxid)和水中的纖維素構(gòu)成的纖維(以下名詞“纖維”和“長絲”同義使用)的制造方法，也稱為Lyocell方法，追溯到專利文件US-A-4 142 913、US-A-4 144 080、US-A-4 211 574、US-A-4 246 221、US-A-4 261 943和US-A-4 416 698。在這些出自McCorsley的專利公開文件中首次描述了用三個(gè)工藝步驟制造Lyocell纖維的基本原理，這些步驟是將紡絲溶液往一氣隙中擠出成長絲、在氣隙中拉伸擠出的長絲和在一凝固浴中使纖維素沉淀。
在纖維素沉淀和凝固以后可將長絲供給進(jìn)一步的處理步驟。這樣，長絲可以經(jīng)洗滌、干燥和用添加劑處理或浸漬。為了生產(chǎn)短纖維可將長絲切斷。
Lyocell方法的優(yōu)點(diǎn)在于很好的環(huán)境相容性(環(huán)保性)和紡制的長絲或纖維的優(yōu)異的機(jī)械特性。通過由McCorsley開發(fā)的方法的各種進(jìn)一步發(fā)展可以大大改善其經(jīng)濟(jì)性。
Lyocell纖維鑒于其結(jié)構(gòu)及其紡織特性不同于其他的纖維素纖維及其制造，如其例如在DE-A-100 16 307、DE-A-197 53 806、DE-A-19721 609、DE-A-195 11 151和DE-A-43 12 219中所描述的。
Lyocell方法相對(duì)于在上列專利中描述的方法的特殊問題在于，新擠出的(剛剛擠出的)長絲具有高的表面粘性一旦各長絲在氣隙中接觸，它們就相互粘貼，這或?qū)е虏荒芰钊藵M意的纖維質(zhì)量或甚至導(dǎo)致紡絲過程的中斷和重新生頭。如在DE-A-284 41 63中所描述的，對(duì)此McCorsley利用這樣的方法，即，長絲在氣隙中經(jīng)由一輥?zhàn)优c凝固浴溶液。但這樣的設(shè)置在高的紡絲速度下是不適用的。因此McCorsley的方法的一系列進(jìn)一步改進(jìn)方案采取了措施，來減少長絲在氣隙中的表面粘性并且改進(jìn)制造方法的操作可靠性，也稱為紡絲可靠性。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在制造Lyocell纖維或長絲時(shí)廣泛流行的一種措施在于，用冷卻氣體吹向在氣隙中的長絲，以便冷卻新擠出的長絲的表面并降低其粘性。這樣的冷卻吹氣例如描述于WO-A-93 9230、WO-A-94 2818、WO-A-95 01470和WO-A-95 01473中。如由這些公開文本得知的，根據(jù)擠出紡絲溶液的擠出孔的設(shè)置，采用不同的吹氣方式和結(jié)構(gòu)形式。
制造Lyocell纖維的另一問題表現(xiàn)在凝固浴的構(gòu)造上。由于高的擠出速度使長絲以高的速度浸入凝固浴溶液中并在其周圍帶走凝固浴溶液。因此在凝固浴中產(chǎn)生流動(dòng)，其攪動(dòng)凝固浴的表面并使長絲在浸入凝固浴時(shí)受到機(jī)械載荷，甚至引起長絲撕裂。
為了在擠出孔成圓環(huán)形設(shè)置的情況下保持凝固浴表面盡可能是靜止的，在DE-A-100 60 877和DE-A-100 60 879中將長絲導(dǎo)過特別構(gòu)造的用凝固浴充滿的紡絲漏斗。在紡絲漏斗中凝固浴溶液連同長絲在下端流出。這樣的由重力驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)，如在DE-A-44 09 609中所描述的那樣，可以用于對(duì)長絲進(jìn)行拉伸。
在擠出孔按矩形面設(shè)置的情況下，按照DE-A-100 37 923，當(dāng)長絲形成一基本上平面的垂簾并且作為平面的垂簾在凝固浴中向凝固浴表面那邊偏轉(zhuǎn)時(shí)得到很好的效果。在該結(jié)構(gòu)形式中，在凝固浴中設(shè)置一轉(zhuǎn)向元件。
在纖維素?cái)D出和凝固以后，為了達(dá)到規(guī)定的機(jī)械特性，Lyocell長絲的后處理在專利文獻(xiàn)中清楚記載得不多。
在基礎(chǔ)論文“在Lyocell類的新纖維中什么是新的？(Was ist neuan den neuen Fasern der Gattung Lyocell？)”中，Lenzinger學(xué)報(bào)，94年9月第37-40頁，纖維結(jié)構(gòu)和纖維特性通過在擠出過程中的分子取向和緊接著擠出的拉伸過程來確定。在這方面，Lyocell纖維決定性地不同于那些如在DE-A-197 53 806、DE-A-197 21 609、DE-A-195 11151、DE-A-100 16 307和DE-A-43 12 219中所描述的纖維。
這種構(gòu)想被采納于新的專利文獻(xiàn)中并且在實(shí)踐中已被實(shí)現(xiàn)。這樣，在EP-A-823 945、EP-A-853 146和DE-A-100 23 391中描述了一些裝置，其中，在擠出的長絲拉伸以后和在纖維素在拉伸的長絲中的凝固以后，使其在進(jìn)一步處理的過程中保持無應(yīng)力。這些發(fā)展基于這樣的思想，即，拉伸的和凝固的長絲的機(jī)械特性不再能改變。
唯獨(dú)在EP-A-494 851中采用了一種看起來相反的途徑，在該公開文本中描述了一種方法，其中，對(duì)基本上無應(yīng)力的擠出的和凝固的纖維素進(jìn)行拉伸。在該方法中要點(diǎn)是，新擠出的(剛剛擠出的)長絲不進(jìn)行拉伸。通過EP-A-494 851的這種對(duì)于Lyocell處理異常的方法，其看似也并未進(jìn)一步改進(jìn)，長絲的事后的成型應(yīng)該是可能的。EP-A-494 851的方法因此類似于一塑性的變形過程，其中，原始材料即未經(jīng)拉伸的Lyocell長絲具有一橡膠狀的稠度。但按照EP-A-494 851的方法制成的纖維的機(jī)械特性不符合當(dāng)今的要求。
在DE-A-102 23 268中描述了可以實(shí)現(xiàn)長絲的多級(jí)的沉淀以及同時(shí)多級(jí)的延伸，如果浸濕裝置同時(shí)用于長絲的拉伸的話。通過這樣的措施雖然可以減少對(duì)處理介質(zhì)的要求和改善沉淀過程的控制，但通過這種方式的后拉伸仍基本上不影響紡織的特性。
為了改變機(jī)械特性，例如Lyocell纖維的勾接強(qiáng)度、纖化傾向和拉伸強(qiáng)度，目前基本上依靠全部技能(Repertoire)，例如描述于論文“由氧化胺溶液構(gòu)成的纖維素纖維的結(jié)構(gòu)形成(Strukturbildung vonCellulosefasern aus Aminoxidlsungen)”中，Lenzinger學(xué)報(bào)，94年9月，第31-35頁。據(jù)此，通過改變?cè)诩徑z溶液中纖維素濃度(參見WO-A-96 18760)、通過改變牽引條件(參見DE-A-42 19 658)和使用添加劑(參見DE-A-44 26 966、DD-A-218 121、WO-A-94 20656)以及通過改變沉淀(凝固)條件(參見AT-B-395724)來調(diào)整Lyocell纖維的紡織物理特性。但全部這些方法只能間接地并且在過程控制中僅僅很不精確地控制Lyocell長絲或纖維的機(jī)械特性。
因此本發(fā)明的目的在于，改進(jìn)已知的制造Lyocell纖維的方法和設(shè)備，例如通過便于控制的過程可以針對(duì)地影響Lyocell纖維的勾接強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度。
該目的對(duì)于開頭所述制造方法按照本發(fā)明這樣來達(dá)到，即，對(duì)拉伸過的長絲進(jìn)行后拉伸并同時(shí)熱處理。
對(duì)于開頭所述設(shè)備該目的這樣來達(dá)到，即，設(shè)置一第二拉伸裝置，通過它在運(yùn)行中可后拉伸由第一拉伸裝置拉伸過的長絲，并且設(shè)置一在第二拉伸裝置的區(qū)域內(nèi)的加熱裝置，通過它在運(yùn)行中在后拉伸的過程中可加熱長絲。
意想不到地，通過對(duì)在氣隙中已經(jīng)一次拉伸的并然后凝固的長絲進(jìn)行后拉伸或延伸，與傳統(tǒng)的Lyocell纖維相比，其機(jī)械特性可大大改善，其中特別是濕模量。通過在后拉伸過程中的熱處理，在第一次實(shí)驗(yàn)以后濕模量有所降低并且纖維又變得更彈性一些。
不同于DE-A-102 23 268的方法和設(shè)備，在后拉伸過程中實(shí)施的熱處理能夠決定性地改善Lyocell纖維的紡織的特性。
這樣，利用本發(fā)明制成的Lyocell纖維可達(dá)到至少250cN/tex的濕模量和每25根纖維至少18的濕態(tài)磨損數(shù)(Nassscheuerzahl)。利用本發(fā)明的方法甚至可達(dá)到300cN/tex或350cN/tex的濕模量。其中濕態(tài)最大拉力延伸率可達(dá)到較小的值，例如最高12％。
用于后拉伸或延伸長絲的預(yù)定的拉應(yīng)力越高，制成的長絲和纖維的濕模量似乎就越高。如果用于實(shí)施后拉伸的預(yù)定的拉應(yīng)力為至少0.8cN/tex，則按照一有利的方法實(shí)施方式，與傳統(tǒng)的纖維相比，濕模量可大大提高。當(dāng)按照另一實(shí)施形式，預(yù)定的拉應(yīng)力在后拉伸過程中為至少3.5cN/tex時(shí)，則可達(dá)到更高的濕模量值。
一般地，若長絲在進(jìn)行后拉伸以前凝固則產(chǎn)生較高的濕模量值。
熱處理可以在一洗滌或浸漬過程之后實(shí)施，作為干燥過程，亦即所謂應(yīng)力干燥(Spannungstrocken)?；蛘?，也可以在蒸汽氣氛或干燥蒸汽氣氛中進(jìn)行熱處理。蒸汽或干燥蒸汽可以包含浸漬劑，其對(duì)長絲產(chǎn)生作用并導(dǎo)致化學(xué)再處理。
優(yōu)選在一烘箱中實(shí)施熱處理，其中在兩個(gè)導(dǎo)絲盤之間以一預(yù)定的拉應(yīng)力對(duì)拉伸過的和凝固的長絲進(jìn)行后拉伸。其中，可將一種熱惰性氣體例如熱空氣或蒸汽或干燥蒸汽導(dǎo)過導(dǎo)絲盤的表面并通過位于其上的長絲。
后拉伸以后，可以對(duì)長絲進(jìn)行卷曲處理，因?yàn)橛捎诤罄於蟠鬁p小了長絲的自然的卷曲。其中，可以與卷曲同時(shí)用干燥蒸汽進(jìn)行處理。
為了制造短纖維可以在最后切斷長絲。
以下借助一實(shí)施形式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)實(shí)例參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。其中

圖1制造后拉伸的Lyocell纖維的設(shè)備的示意的總圖；圖2一用于后拉伸的裝置的一個(gè)實(shí)施形式的示意視圖；圖3一用于后拉伸的裝置的另一實(shí)施形式的示意視圖。
首先借助圖1的示意圖描述制造Lyocell纖維的設(shè)備1的基本結(jié)構(gòu)。圖1的設(shè)備1用于由Lyocell制造短纖維。
經(jīng)由管道系統(tǒng)2輸送含水、纖維素和氧化叔胺例如甲基嗎啉氧化物(N-Methyl-Morpholin-N-Oxid)的高粘性的紡絲溶液。管道系統(tǒng)2模塊式地由各預(yù)定長度的液體導(dǎo)管件2a構(gòu)成，它們經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)法蘭26相互連接。
各流體導(dǎo)管件2a設(shè)有一內(nèi)部溫度控制裝置，它在流體導(dǎo)管件2a中安裝在紡絲溶液的核心流動(dòng)點(diǎn)并且借其控制紡絲溶液在管道系統(tǒng)2中的溫度。
經(jīng)由在兩相鄰的流體導(dǎo)管件之間設(shè)置的供給模塊4，將調(diào)溫的流體導(dǎo)過內(nèi)部溫度控制裝置，如由箭頭5所示。供給模塊4基本上具有標(biāo)準(zhǔn)法蘭的尺寸并且可與其相連接地構(gòu)造。
在預(yù)定的間距內(nèi)還由在各流體導(dǎo)管件2a之間設(shè)置的破裂模塊6取代供給模塊4。破裂模塊6基本上具有與供給模塊4同樣的構(gòu)造。其設(shè)有圖1中未示出的破裂元件，破裂元件在管道系統(tǒng)2中超過一預(yù)定的壓力時(shí)破裂并能夠向外放壓。該破裂情況特別是在紡絲溶液的自發(fā)的放熱反應(yīng)過程中由于過老化或過熱可能發(fā)生。破裂時(shí)向外溢流的紡絲溶液收集于收集容器7中，從那里可以回用或排除。
通過管道系統(tǒng)2將紡絲溶液一直導(dǎo)向一紡絲頭8。紡絲頭8設(shè)有一紡絲噴嘴9，其具有大量的(未示出的)擠出孔，通常有幾千個(gè)擠出孔。通過擠出孔將紡絲溶液擠出成長絲10。擠出孔在紡絲噴嘴9中的設(shè)置可以是圓形的、圓環(huán)形的或矩形的；以下只示例性針對(duì)矩形的設(shè)置。
為了在擠出孔處具有最好的紡絲條件，除管道系統(tǒng)2中的溫度控制裝置3以外還設(shè)置其他的內(nèi)裝件，它們同樣可經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)法蘭簡單地與流體導(dǎo)管件2a或與供給模塊4或破裂模塊6相連接。這樣，可在管道系統(tǒng)2中設(shè)置一壓力平衡容器11a，它通過其內(nèi)部容積的改變補(bǔ)償紡絲溶液在管道系統(tǒng)2中的壓力波動(dòng)和容積流量波動(dòng)，并且確保在紡絲頭8的擠出孔處有均勻的擠出壓力。
此外在管道系統(tǒng)2中可以設(shè)置一機(jī)械的過濾裝置11b，包括一種(未示出的)可回沖洗的過濾元件。過濾元件具有在5μm與25μm之間的細(xì)度。通過過濾裝置11b在紡絲溶液的輸送過程中對(duì)紡絲溶液進(jìn)行連續(xù)過濾，或在采用交替操作的中間存儲(chǔ)器(未示出)時(shí)進(jìn)行不連續(xù)過濾。
擠出孔鄰接一氣隙12，新擠出的長絲10橫過該氣隙12并且在其中通過一拉應(yīng)力進(jìn)行拉伸。在氣隙12中，一由吹風(fēng)裝置14產(chǎn)生的冷卻氣體流13對(duì)準(zhǔn)長絲10。冷卻氣體流13的溫度、濕度和組分可以通過空氣調(diào)節(jié)裝置15調(diào)整到預(yù)定的或可變的預(yù)定的值。
冷卻氣體流13在與紡絲噴嘴9有一間距處對(duì)長絲10產(chǎn)生作用并且具有一沿?cái)D出方向E的速度分量，從而長絲由冷卻氣體流帶著延伸。為了能夠很好地傳熱，冷卻氣體流13是紊流的。
長絲10在橫過氣隙12以后進(jìn)入一凝固浴16。為了避免凝固浴16表面的擾動(dòng)，冷卻氣體流13充分與凝固浴16的表面間隔開，從而其并不沖擊在表面上。
在凝固浴16中，各長絲10通過一基本上輥形的轉(zhuǎn)向元件18轉(zhuǎn)向在凝固浴上方的一集束元件19，從而長絲再次通過凝固浴表面17。轉(zhuǎn)向元件可以構(gòu)成為剛性的或固定的，或與長絲一起旋轉(zhuǎn)。集束元件19是可旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的并且作為第一拉伸裝置經(jīng)由轉(zhuǎn)向元件18向長絲10施加一直到紡絲噴嘴9的擠出孔反作用的拉應(yīng)力，其對(duì)長絲10進(jìn)行拉伸。當(dāng)然作為拉伸裝置也可以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向元件18。
為了盡可能柔和地拉伸長絲，也可以只用冷卻氣體流13作為第一拉伸裝置來產(chǎn)生拉應(yīng)力。其優(yōu)點(diǎn)是，拉應(yīng)力通過一分布作用到長絲表面上的摩擦力傳入長絲10。
由集束裝置19將各長絲10合并成一絲束20。緊接著將仍由凝固浴溶液濕潤的、合并成絲束20的長絲10置于一輸送裝置21上并在其上基本無拉應(yīng)力地輸送。在長絲在輸送裝置21上的輸送過程中，在盡可能小的應(yīng)力影響下發(fā)生長絲的纖維素的完全的或幾乎完全的凝固。
如圖1中所示，輸送裝置21可以構(gòu)成為振動(dòng)輸送機(jī)，它通過振動(dòng)沿輸送方法F輸送絲束20或者必要時(shí)同時(shí)輸送多個(gè)絲束20。輸送裝置21的振動(dòng)由雙箭頭22表示。由于來回的運(yùn)動(dòng)21而將長絲束20順序地放在輸送裝置上。代替振動(dòng)輸送機(jī)22，也可以采用其他的輸送裝置例如多個(gè)連續(xù)設(shè)置的導(dǎo)絲盤，它們具有幾乎相同的或沿輸送方向漸降的圓周速度。
在輸送裝置21上輸送的過程中可以實(shí)現(xiàn)絲束20的各種處理，例如可以將絲束20一次或多次洗滌、干燥和增柔(上油)。例如通過一噴灑裝置23從其中向絲束20噴射處理介質(zhì)24。
由一導(dǎo)絲盤25從輸送裝置21上接收絲束20并且供給一第二后拉伸裝置26，通過它對(duì)完全凝固的長絲10進(jìn)行后拉伸。
在圖1的實(shí)施例中，在同時(shí)的熱處理或以應(yīng)力干燥的形式干燥的過程中進(jìn)行后拉伸，因?yàn)榻璐俗钣欣赜绊戦L絲10的機(jī)械特性。若在后拉伸過程中取消熱處理則會(huì)導(dǎo)致稍差的特性，不過其相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)仍然是優(yōu)異的。
第二后拉伸裝置26也可以直接接著集束裝置19設(shè)置，亦即設(shè)置在輸送裝置21與凝固浴16之間，從而長絲在經(jīng)過后拉伸之后才受到其他的處理步驟。
為了實(shí)施熱處理，后拉伸裝置26可以在長絲20的入口區(qū)域內(nèi)具有一加熱裝置27，它使長絲束處于一預(yù)定的溫度下并同時(shí)至少表面干燥長絲束20。
在后拉伸裝置26中，長絲經(jīng)由兩個(gè)導(dǎo)絲盤28、29引導(dǎo)，它們這樣驅(qū)動(dòng)，即，使長絲束20在它們之間受到一預(yù)定的后拉伸拉應(yīng)力ZN。將受該拉應(yīng)力的長絲束保持在一預(yù)定的高的溫度上，并且在后拉伸過程中可將其特別是通過一熱的惰性氣體如空氣，或通過蒸汽例如干燥蒸汽，以及利用溶脹劑或其他的用于化學(xué)的纖維處理的介質(zhì)浸潤，如由箭頭30所示。為了提高干燥效果，也可以加熱導(dǎo)絲盤28、29。
長絲束20由于后拉伸而具有比傳統(tǒng)的纖維減小的卷曲，因此使其經(jīng)由一填料箱31進(jìn)行卷曲。緊接著由一切割裝置32將纖維束20切斷。如果要生產(chǎn)連續(xù)纖維，當(dāng)然可以取消卷曲和/或切割。
在卷曲和切割以后，卷曲的短纖維可以在以卷曲的連續(xù)繩索33形式的雜亂狀態(tài)下在一輸送裝置34上送向其他的工藝步驟。
圖2中示意示出一后拉伸裝置26的一種實(shí)施形式，在該實(shí)施形式中以應(yīng)力干燥的形式進(jìn)行后拉伸。
如對(duì)圖1所描述的，后拉伸裝置26具有兩個(gè)導(dǎo)絲盤28、29，它們這樣驅(qū)動(dòng)，即，使絲束20在它們之間以一預(yù)定的至少0.8cN/tex、優(yōu)選至少3.5cN/tex的拉應(yīng)力ZN進(jìn)行拉伸或延伸。為此可以例如位于沿輸送方向F后面的導(dǎo)絲盤29以一預(yù)定的高于位于沿輸送方向F前面的導(dǎo)絲盤28的速度旋轉(zhuǎn)，借此在導(dǎo)絲盤29與盤繞導(dǎo)絲盤的絲束20之間可以具有一滑差，其基本上確定拉應(yīng)力ZN。
絲束20的收縮量在干燥過程中也可充分用于其拉伸因?yàn)榻z束在干燥過程中縮短，如果該縮短未被導(dǎo)絲盤28、29的旋轉(zhuǎn)速度補(bǔ)償，則也已發(fā)生一種延伸或后拉伸。按這種方式，當(dāng)導(dǎo)絲盤28、29以基上相同的或僅僅略微不同的速度旋轉(zhuǎn)時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)后拉伸。
一個(gè)或兩個(gè)導(dǎo)絲盤28、29可以設(shè)有至少透氣的表面30，通過該表面，熱的隋性氣體、蒸汽或干燥蒸汽從導(dǎo)絲盤28、29的內(nèi)腔被擠過盤繞導(dǎo)絲盤28、29的長絲束20。
可選擇地或附加于圖2中所示的纏繞方式，每一導(dǎo)絲盤28、29也可以在對(duì)置位置配置一同樣透蒸汽的主動(dòng)的或被動(dòng)隨轉(zhuǎn)的輥?zhàn)?8a、29a，如圖3中示意示出的那樣。輥?zhàn)?8a、29a具有同樣透氣的表面，通過該表面吸出惰性氣體或蒸汽。代替輥?zhàn)樱部梢栽O(shè)置大的滾筒。
代替導(dǎo)絲盤28、29，也可以采用具有穿孔的表面的較大的滾筒或抽吸滾筒，借其吸出熱氣。
在導(dǎo)絲盤28、29之間的區(qū)域內(nèi)同樣將熱空氣或其他的惰性熱氣體、蒸汽或干燥蒸汽導(dǎo)過氣體或絲束20。在一系列的實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了這種后拉伸的效果。
對(duì)一由79 270根長絲組成的絲束以及一總纖度為110 978dtex、相當(dāng)于一1.4dtex的單纖維纖度，實(shí)施實(shí)驗(yàn)，表1給出關(guān)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一覽表。
在第一實(shí)驗(yàn)系列(實(shí)驗(yàn)1至7)，使絲束在73℃時(shí)經(jīng)15分鐘在不同的條件下進(jìn)行干燥。
在實(shí)驗(yàn)1中無應(yīng)力干燥絲束。
在實(shí)驗(yàn)2中將絲束無應(yīng)力干燥，再增濕并在應(yīng)力下干燥。為此將絲束導(dǎo)過間距為50cm的兩孔眼并且在干燥過程中在兩側(cè)各用19kg加重。
在實(shí)驗(yàn)3中將絲束無應(yīng)力干燥，再增濕并在應(yīng)力下干燥。為此將絲束導(dǎo)過間距為50cm的兩孔眼并且在兩側(cè)各用38kg加重。
在實(shí)驗(yàn)4中將絲束張緊在間距為38cm的兩夾具之間并接著干燥。
在實(shí)驗(yàn)5中將濕潤的絲束在應(yīng)力下干燥。將絲束導(dǎo)過間距為50cm的兩孔眼并且在兩側(cè)各用9kg的重量加重。
在實(shí)驗(yàn)6中將濕潤的絲束在應(yīng)力下干燥。將絲束導(dǎo)過間距為50cm的兩孔眼并且在兩側(cè)各用19kg的重量加重。
在實(shí)驗(yàn)7中將濕潤的絲束在應(yīng)力下干燥。將絲束導(dǎo)過間距為50cm的兩孔眼并且在兩側(cè)各用38kg的重量加重。
在第二實(shí)驗(yàn)系列，使絲束在干燥以前受到苛性鈉溶液(NaOH)處理首先將長絲束用5％的NaOH溶液經(jīng)5分鐘處理并緊接著用完全去電離的水洗滌。將NaOH溶液用1％的蟻酸中和并且重新用完全去電離的水洗滌。
然后將長絲束在干燥器中在73℃時(shí)經(jīng)30分鐘干燥。
在實(shí)驗(yàn)8中無應(yīng)力干燥絲束。
在實(shí)驗(yàn)9中將絲束無應(yīng)力干燥，再增濕并在應(yīng)力下干燥。為此將絲束導(dǎo)過間距為50cm的兩孔眼并且在兩側(cè)各用19kg加重。
在實(shí)驗(yàn)10中將絲束無應(yīng)力干燥，再增濕并在應(yīng)力下干燥。為此將絲束導(dǎo)過間距為50cm的兩孔眼并且在兩側(cè)各用38kg加重。
在實(shí)驗(yàn)11中將絲束張緊在間距為38cm的兩夾具之間并接著干燥。
在實(shí)驗(yàn)12中將濕潤的絲束在應(yīng)力下干燥。將絲束導(dǎo)過間距為50cm的兩孔眼并且在兩側(cè)各用9kg的重量加重。
在實(shí)驗(yàn)13中將濕潤的絲束在應(yīng)力下干燥。將線束導(dǎo)過間距為50cm的兩孔眼并且在兩側(cè)各用19kg的重量加重。
在實(shí)驗(yàn)14中將濕潤的絲束在應(yīng)力下干燥。將絲束導(dǎo)過間距為50cm的兩孔眼并且在兩側(cè)各用38kg的重量加重。
然后對(duì)干燥過的絲束確定纖度、細(xì)度相關(guān)的最大拉力、最大拉力延伸率、細(xì)度相關(guān)的濕態(tài)最大拉力、濕態(tài)最大拉力延伸率、細(xì)度相關(guān)的勾接最大拉力、濕模量和濕態(tài)磨損數(shù)。對(duì)此按以下試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行。
纖度按照DIN EN ISO 1973確定。(濕態(tài))最大拉力和(濕態(tài))最大拉力延伸率按照DIN EN ISO 5079確定。勾接最大拉力按照DIN53843部分2確定。
濕模量在一纖維束上確定，其按照DIN EN 1973是可應(yīng)用的。按照Alceru Schwarza GmbH(有限公司)的試驗(yàn)規(guī)程ASG N 211建立處理方法。在一拉力試驗(yàn)機(jī)上以恒定的延伸速度和小位移的電子力測量實(shí)施確定濕模量的實(shí)驗(yàn)。絲束的夾緊長度為10.0mm±0.1mm。細(xì)度相關(guān)的預(yù)拉力對(duì)于一超過2.4dtex的纖度為2.5mN/tex±0.5mN/tex。對(duì)于2.4dtex以下的纖度采用一50mg的預(yù)拉質(zhì)量塊。延伸速度為2.5mm/min時(shí)平均濕態(tài)斷裂延伸率達(dá)10％、為5.0mm/min時(shí)平均濕態(tài)斷裂延伸率超過10％達(dá)20％以及為7.5mm/min時(shí)平均濕態(tài)斷裂延伸率超過20％。
將五個(gè)長絲束放入一具有濕潤劑溶液的平盤內(nèi)至少10秒鐘，其中事先將預(yù)拉質(zhì)量塊夾緊在每一長絲束的一端上。分別將放置最長時(shí)間的試樣從盤中取出并用于拉伸試驗(yàn)，在每一實(shí)驗(yàn)以后又放入一新的試樣進(jìn)行濕潤。
待夾緊的長絲束以其對(duì)置于預(yù)拉質(zhì)量塊的一端夾緊在拉力試驗(yàn)機(jī)中，同時(shí)預(yù)拉作用，然后關(guān)閉下面的夾具并且將具有濕潤劑溶液的浸漬容器升高到使液面盡可能到達(dá)上面的夾具。但不與其接觸。兩夾具之間的距離隨著上述的延伸速度連續(xù)地增大，直至達(dá)到5％的延伸率。此刻停止下面的夾具的運(yùn)動(dòng)，并確定濕態(tài)拉力(mN)直到小數(shù)位。
由濕態(tài)拉力F(mN)的算術(shù)平均值和試驗(yàn)的紡絲纖維的平均細(xì)度T(tex)算出濕模量M，并圓整到整數(shù)以mN/tex表示M＝F/(T·0.05)。
利用SMK Przisionsmechanik(精密機(jī)械)Gera GmbH公司的纖維濕態(tài)磨損試驗(yàn)機(jī)FNP確定濕態(tài)磨損數(shù)。濕態(tài)磨損數(shù)是在一定的預(yù)拉作用下夾緊于濕態(tài)磨損試驗(yàn)機(jī)中的纖維斷裂時(shí)磨損軸的旋轉(zhuǎn)數(shù)。預(yù)拉重量對(duì)一纖度在1.2至1.8dtex時(shí)為70mg。磨損軸的轉(zhuǎn)數(shù)為400U/min，包角為45°。磨損軸設(shè)有一織物軟管。
由按照表1的各實(shí)驗(yàn)看出，經(jīng)后拉伸的纖維相對(duì)于傳統(tǒng)的未經(jīng)后拉伸的纖維(實(shí)驗(yàn)1)，其濕模量和濕態(tài)磨損數(shù)得以驚人地提高。在無應(yīng)力干燥的絲束中，其緊接著又增濕并且在應(yīng)力下干燥(實(shí)驗(yàn)2、3和9、10)在用38kg(相應(yīng)于3.12cN/tex)加載時(shí)相對(duì)于用19kg(相當(dāng)于1.6cN/tex)加載達(dá)到濕模量提高的同時(shí)濕態(tài)磨損數(shù)稍降。在重的加載時(shí)可以比濕潤時(shí)在應(yīng)力下干燥的實(shí)驗(yàn)5至7和12至14的絲束達(dá)到了較高的濕模量。
不僅濕態(tài)而且干燥態(tài)測量的最大拉力與未后拉伸的按實(shí)驗(yàn)1的纖維相比基本上不變。由減小的最大拉力延伸率和減小的勾接最大拉力，結(jié)合濕模量和濕態(tài)磨損數(shù)，可以得知經(jīng)過后拉伸處理的纖維比未經(jīng)后拉伸處理的纖維更脆和更有延性。
因此，實(shí)驗(yàn)表明，通過后拉伸或應(yīng)力干燥，可以生產(chǎn)具有改進(jìn)的濕模量和改進(jìn)的濕態(tài)磨損數(shù)的纖維。
表1
權(quán)利要求
1.用于由含水、纖維素和氧化叔胺的紡絲溶液制造Lyocell纖維的方法，其中實(shí)施下列工藝步驟—將紡絲溶液擠出成長絲(10)；—對(duì)長絲(10)進(jìn)行拉伸；—將長絲導(dǎo)過一凝固浴(16)；其特征在于具有下列工藝步驟—在導(dǎo)過凝固浴(16)以后對(duì)經(jīng)拉伸的長絲(10)進(jìn)行后拉伸并同時(shí)熱處理。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于具有以下工藝步驟在拉伸以前凝固長絲(10)的纖維素。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于具有以下工藝步驟在至少0.8cN/tex的拉應(yīng)力下進(jìn)行后拉伸。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于具有以下工藝步驟在至少3.5cN/tex的拉應(yīng)力下進(jìn)行后拉伸。
5.按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于具有以下工藝步驟在用熱的惰性氣體熱處理過程中處理長絲。
6.按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于具有以下工藝步驟在用蒸汽熱處理過程中處理長絲。
7.按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于具有以下工藝步驟長絲(10)在凝固浴(16)之前導(dǎo)過一氣隙(12)。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于具有以下工藝步驟在氣隙(12)中用冷卻氣體流(13)對(duì)長絲(10)吹風(fēng)。
9.按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于具有以下工藝步驟在拉伸與后拉伸之間無拉應(yīng)力地輸送長絲。
10.按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于具有以下工藝步驟對(duì)經(jīng)后拉伸的長絲(10)進(jìn)行卷曲處理。
11.按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的方法，其特征在于具有以下工藝步驟將經(jīng)后拉伸的長絲切成短纖維。
12.用于由含纖維素、水和氧化叔胺的紡絲溶液制造長絲(10)的設(shè)備(1)，其包括一紡絲噴嘴(9)，通過它可在運(yùn)行中將紡絲溶液擠出成長絲(10)；一具有沉淀纖維素的凝固劑的凝固浴(16)，長絲(10)在運(yùn)行中導(dǎo)過該凝固?。灰坏谝焕煅b置(13、18、19)，通過它可在運(yùn)行中拉伸長絲；以及一第二拉伸裝置(28、29)，通過它可在運(yùn)行中后拉伸由第一拉伸裝置(13、18、19)拉伸過的長絲(10)，其特征在于具有一在第二拉伸裝置(28、29)的區(qū)域內(nèi)設(shè)置的加熱裝置(27、30)，通過它可在運(yùn)行中在后拉伸期間加熱長絲(10)。
13.特別是按照權(quán)利要求1至11之一項(xiàng)所述的方法制成的Lyocell纖維，其特征在于具有至少250cN/tex的濕模量和每25根纖維至少18的濕態(tài)磨損數(shù)。
14.按照權(quán)利要求13所述的Lyocell纖維，其特征在于具有至少300cN/tex的濕模量。
15.按照權(quán)利要求14所述的Lyocell纖維，其特征在于具有至少350cN/tex的濕模量。
16.按照權(quán)利要求13至15之一項(xiàng)所述的Lyocell纖維，其特征在于具有最高12％的濕態(tài)拉力延伸率。
17.按照權(quán)利要求13至16之一項(xiàng)所述的Lyocell纖維，其特征在于具有每25根纖維至少25的濕態(tài)磨損數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于由含水、纖維素和氧化叔胺的紡絲溶液制造Lyocell纖維的方法和設(shè)備。將紡絲溶液擠出成長絲(10)，拉伸長絲(10)并且將其導(dǎo)過一凝固浴(16)，以便沉淀纖維素。意想不到地發(fā)現(xiàn)，若在一后拉伸裝置中對(duì)拉伸過的纖維再次進(jìn)行后拉伸，則可以提高按這種方式制成的Lyocell纖維的強(qiáng)度。經(jīng)后拉伸的Lyocell纖維具有至少260cN/tex的濕模量。
文檔編號(hào)D02J1/22GK1774527SQ200480008593
公開日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2004年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月1日
發(fā)明者S·濟(jì)凱利, K·魏丁格爾, L·格拉澤, W·舒曼 申請(qǐng)人:齊默爾股份公司