纖維生產過程和由該加工製得的纖維的製作方法

2023-05-13 23:45:26

專利名稱：纖維生產過程和由該加工製得的纖維的製作方法
技術領域：
本發明的背景1.本發明的領域本發明涉及一種lyocell纖維(也可稱為溶紡纖維)的加工，所述lyocell纖維具有永久捲曲，並且與已知的lyocell纖維相比具有更高程度的永久褶皺，本發明還涉及用該加工製得的纖維。這裡使用的＂永久褶皺＂是指當再次潤溼已經乾燥和捲曲的纖維時，仍保持著的捲曲。
2.相關技術的敘述lyocell纖維是已知材料，並且在例如美國US-A-4,246,221專利中描述了這種lyocell纖維的製造方法。它們是市場上能買到的Courtaulds Fibres(Holdings)Limited出售的以』Tencel』為商標的這種lyocell纖維。通過將纖維素溶解在已知有機溶劑中，並且擠壓該溶液穿過一噴絲頭，進入一凝固浴而製得，所述凝固浴將所述纖維素澱析成纖維，並將溶劑從所述纖維中洗出。這種加工可以稱為溶液紡絲，並且lyocell纖維也可以稱為溶紡纖維素纖維。所述纖維素通常是木漿。所述溶劑通常可以是混有微量比例水的N-氧化叔胺水溶液(氧化胺)，最好是N-氧化N-甲基嗎啉，其中凝固浴最好是一水浴。在凝固浴內澱析後，所述lyocell纖維得到了清洗和乾燥。所述經澱析的lyocell纖維呈連續長絲的形式，並且可以呈一絲束的形式，所述絲束含有幾千根這種連續長絲。對於某些最終用途來說，例如在生產某些類型的交織的織物中，所述lyocell纖維是以這種絲束形式使用的。對於其它最終用途來說，例如在短纖紗的生產過程中，首先是將所述絲束切割成諸小段以形成人造短纖維(切段纖維)。一lyocell絲束可以在所述澱析工序和清洗工序之間，在所述清洗和乾燥工序之間，或在乾燥之後，被轉變成人造短纖維。在通過環錠紡紗和其它類似加工而進行的短纖紗的生產過程中，人造短纖維被梳理形成一平行纖維網，拉伸或牽伸所述纖維網(通常是在幾個工位中)以形成一末道粗紗，加捻所述末道粗紗以形成所述細紗。所述纖維網和粗紗被纖維的捲曲至少部分地保持在一起。
溶液紡絲加工不同於其它已知的製造纖維素纖維的加工方法，所述已知加工方法依賴於纖維素的化學衍生物的形成和分解，例如粘膠加工。粘膠人造纖維通常具有固有的捲曲，如同天然的纖維素纖維，諸如棉樣，而lyocell纖維通常具有很少或沒有捲曲。在很多最終用途中捲曲是人們所需要的一種纖維特性。在製成短纖紗或交織的織物的過程中和該過程之後，捲曲提供了在諸纖維之間的抱合力。皺縮纖維比未皺縮纖維更膨鬆，因此捲曲在紡織材料中提供了更佳的包覆能力，並在吸收性製品中提供了更高的吸收性。在1994年12月8日公布的世界發明專利WO94/28220中指出，將一乾燥的lyocell絲束通穿一填塞箱可以皺縮lyocell纖維。將蒸汽、最好是幹蒸汽噴注入填塞箱內可以促進這種皺縮作用。所述皺縮纖維每釐米可以具有約2.0或2.2個諸捲曲，通常具有1.5至2.2個主捲曲。可以相信的是這種皺縮加工不能在纖維上製成明顯更高程度的捲曲。然而這種捲曲不是永久性的。當梳理lyocell人造短纖維時，大部分捲曲將被除去並且在隨後的牽伸作業中被全部除去。如果重新浸溼該皺縮纖維，基本上所有的捲曲會消失。
本發明的概述根據本發明的第一方面，本發明提供了一種用來生產lyocell纖維的加工方法，其特點包括將所述lyocell纖維以溼絲束的形式經過一壓實設備的工序，由此在所述纖維上製得永久性的褶皺。根據本發明的第一方面所述的加工方法製得的纖維最好每釐米至少具有1.0個主捲曲。本發明第一方面所述的加工方法還能在所述纖維上提供一些臨時的捲曲。所述壓實設備最好是一填塞箱，雖然也可以使用其它形式的壓實設備，諸如那些依靠迫使纖維進入一位於一輥子和一固定刀片之間的軋點或用超餵進入諸輥子之間軋點的設備。
本發明第一方面的加工方法最好是在一未乾狀態的絲束上進行，並最好在乾燥前經清洗的、未乾狀態的絲束上進行。未乾狀態的lyocell纖維通常含有重量大約佔60％的水份。或者，本發明的方法也可以在已預先經乾燥、並緊接著在送入壓實設備之前已經被弄溼的絲束上進行。應予理解的是這些可變化的技術可以製造出不同特徵的捲曲，例如成角度的捲曲。
本發明的第二方面提供了一種lyocell纖維，其特點是所述纖維每釐米至少具有3.0個主捲曲。本發明的第三方面提供一種lyocell纖維，所述纖維每釐米至少具有1.0個永久性主捲曲。
本發明第二方面的lyocell纖維每釐米可以具有大約7.5個主捲曲。已經發現每釐米具有超過6.0個主捲曲的lyocell纖維不能被傳統紡織加工機械較方便地開松。在一能產生高程度捲曲的皺縮加工中，所述纖維易於受到物理損傷，由此在纖維上產生了諸弱點。此外，在這種皺縮加工中，可能會形成或多或少的呈直角急轉形式的尖銳永久性捲曲，並且這些急轉形式往往會引起相互互鎖。具有高程度捲曲的lyocell纖維是有捻合性和彈性，並且這類纖維的lyocell絲束對於製造吸收性製品是有用的，諸如棉塞和香菸濾嘴。根據本發明第三方面的纖維每釐米可以具有大約4.0個主捲曲。
本發明的第四方面提供了一種用來製造lyocell纖維的方法，其步驟如下(a)將纖維素溶解在一溶劑內以形成一溶液；(b)擠壓所述溶液，使之穿過一噴絲頭，進入一凝固浴，以形成連續的纖維素長絲；(c)用水清洗所述連續長絲以除去溶劑，由此形成一未乾狀態的、溼絲束形式的lyocell纖維；(d)將所述溼絲束通過一壓實設備，由此製得未乾狀態的、皺縮的lyocell纖維；(e)乾燥所述未乾狀態、皺縮的lyocell纖維，由此製得乾燥的、皺縮的ly-ocell纖維。
所述溶劑最好是一種N-氧化叔胺水溶液，最好是N-氧化N-甲基嗎啉，其中凝固浴最好是水浴。所述皺縮的lyocell纖維通常表現具有一定程度的永久性的捲曲。
本發明第四方面所述的加工方法，還附加包括以下步驟(f)在乾燥步驟(e)之前或之後，將皺縮的lyocell纖維轉變成人造短纖維。
在纖維被乾燥成絲束的lyocell纖維製造方法中，所述絲束可以在例如一轉筒烘乾機或最好是一帶式烘乾機上進行乾燥。當使用一轉筒式烘乾機時，所述絲束以伸展的形式在一個或更多個經加熱的、可以打有孔的轉筒式烘乾機上通過，並且諸轉筒式烘乾機的表面速度因此必須比穿過噴絲頭的擠壓速度大致相同。這大體上限制了最大線速度，並因此限制了諸噴絲頭的生產率。通過使用更多的轉筒式烘乾機可以提高最大線速度，但是這卻需要昂貴的代價。此外，乾燥經伸長的絲束涉及到對絲束施加張力，這可能至少除去一些捲曲。當使用一帶式烘乾機時，所述絲束被展開或褶疊在一有網眼的帶上，熱氣(通常是空氣)吹過所述帶子，因此所述烘乾機的線速度可以是擠壓速度的幾分之一。因此，可以採用較高的擠壓速度，由此提高噴絲頭的生產率。已經發現當在一帶式烘乾機上乾燥已有技術的不皺縮的lyocell絲束時，所述絲束內的纖維易於粘連在一起。因此，熱氣不能方便地穿過所述絲束，其結果是乾燥較慢且不均勻，該事實與帶式烘乾機所具有的生產率優點相牴觸。相反，本發明的呈溼潤狀態的皺縮的lyocell纖維能在一帶式烘乾機上充分地展開，從而能提供良好的空氣滲透性和快速、均勻的乾燥作業。或者，在一帶式烘乾機上進行乾燥之前，可以將一呈潮溼狀態的、皺縮的lyocell絲束切成人造短纖維。應予理解的是，在乾燥作業之後，不能方便地對未皺縮的lyocell人造短纖維進行捲曲處理。
通常，具有低捲曲程度的纖維進行一種抱合力紡絲整理(cohesive spin-finish)作業，以有助於進行諸如梳理和紡紗的加工。抱合力紡絲整理通常使纖維手感粗糙。本發明的一個優點在於在纖維上生產捲曲意味著可以使用較少的抱合力紡絲整理，由此使lyocell纖維具有理想的柔軟手感。
附圖簡要說明現結合附圖更具體敘述本發明，在各附圖中

圖1是按照本發明的皺縮lyocell纖維的加工過程中各工位的流程示意圖；圖2是本發明皺縮加工的示意圖，其中lyocell纖維穿過一填塞箱；圖3是將蒸汽供給填塞箱的示意圖；圖4是使用一Vickery刀片的另一種壓實設備的示意圖。
較佳實施例的敘述圖1示出了一混合室10，該混合室具有入口11和12，分別輸入經扯碎的纖維素和氧化胺水溶液的溶劑。所述纖維素溶解在所述溶劑中，以形成一種溶液。一種來自混合室的熱溶液藉一計量泵13而被抽吸至一噴絲頭14，所述溶液穿過該噴絲頭而被擠壓以形成一連續的纖維絲束。
當所述熱溶液以細流14a的形式離開噴絲頭14時，所述熱溶液經過一凝固浴16，水和氧化胺的混合物在該凝固浴內得到再循環。凝固浴16可以包含重量大約為25％的氧化胺。纖維素從所述溶液澱析，以形成諸固態長絲15a，並且溶劑從所述諸長絲中洗掉。從凝固浴l6出來的，大量的呈絲束15形式的纖素長絲經過輥子17，而被經過一水浴18。經過水浴的絲束的寬度可以是，例如，30至35釐米(12至14英寸)。也可以使用更多的這種水浴。在所述水浴或多個水浴中，殘留的氧化胺被洗離諸纖維長絲，並且從所述水浴或多個水浴引出的絲束19是lyocell纖維。在絲束內的諸纖維長絲的纖度可以例如在1至10分特範圍內，通常在1.5至5分特範圍內。
從水浴18出來的絲束(現標號19)經過一整理工位19A，在該工位處，使用在已有技術中為人們眾所周知的紡絲油劑將諸長絲潤滑。
然後，溼的絲束被送入由輥子21和22形成的一軋點，從這軋點絲束被送入一填塞箱23內。藉諸入口24將蒸汽送入填塞箱內，大體上如箭頭所示。
應予理解的是，或者，所述溼的、未經整理的絲束也可以傳送入所述填塞箱內，用紡絲油劑噴入填塞箱的方法，對纖維施加紡絲油劑，或者在絲束從填塞箱出來之後，將紡絲油劑噴灑到絲束上。已經發現，在進入填塞箱之前，對纖維加紡絲油劑能有助於褶皺作業，並且這種方法可能是較佳的。
在所述填塞箱內產生的褶皺度通常可以在每釐米1.0至7.5個主捲曲的範圍內。(應予理解的是在圖2中示出的具有主捲曲34A的纖維可以是直的排列或波狀排列，即，它們也可以具有次捲曲34。)如果所述纖維是最終用於紡織品，則褶皺度最好在每釐米具有1.5至3.0個主捲曲的範圍內。
當絲束從填塞箱23輸出時，絲束可能已經在寬度方向上得到了壓實，從而允許當絲束通過一烘乾機時變寬。然後，皺縮的絲束25經過一保持在高溫的乾燥爐20。所述乾燥爐最好是穿孔帶型，或者也可以是罐型、軋輥型或穿孔轉筒。所述乾燥爐的溫度取決於乾燥爐的設計和結構，但是大體上在60至180℃的範圍內。
從烘乾機20輸出的皺縮、乾燥的絲束(現標號為29)通過一輥子26被送至一切割器27，在該切割器處對絲束進行切割，以形成人造短纖維。在切割器27處對人造短纖維進行切割的長度將取決於所述人造短纖維的最終用途。因此，例如對造紙要求3至6毫米的長度，對非織造布織物是6至15毫米，對用於棉型紗和梳理的非織造布織造是30至60毫米，對精梳紗是60至150毫米。這些各種不同的最終使用通常都需要不同的長絲纖度，正如在已有技術中人們所周知的那樣。長絲的纖度通常可以在1至30分特的範圍內，對棉型的使用主要是在1至3分特的範圍內，對精梳型使用主要是在2至8分特的範圍內。皺縮的人造短纖維收集在一紙板箱28內。或者，皺縮、乾燥的絲束也可以以絲束的方式收集，從而省去切割加工的步驟。這樣一種絲束可以用來製造某些類型的吸收性製品，例如香菸濾嘴。
正如所圖示的，一單獨的絲束可以從噴絲頭14中噴出，所述絲束可以包含例如達20,000根單絲，並且在經過乾燥加工之後，其基重可以為例如30至65千特，即30至65g/m。製造香菸濾嘴用的絲束的基重可以在5至8千特的範圍內。或者，從幾個噴絲頭噴出的諸絲束可以被結合成一單個的大絲束，在經過壓實設備之前，該絲束可以含有例如0.2至1百萬的單絲，
目前，香菸濾嘴已為人們所周知，其中香菸濾嘴的濾嘴主體含有一纖維絲束，特別是一種維素醋酸纖維束。所述絲束平行於濾嘴(或香菸)的縱向軸線設置。這種已知的濾嘴的主體可以僅僅由這種絲束組成一種所謂的＂一元＂結構。或者，這種已知濾嘴的主體也可以包括一由這種絲束製成的、在外部設置的過濾件和壓縮並褶皺的紙張構成的、在內部設置的過濾件，而製成所謂「雙元」結構。這種已知濾嘴的主體還可以包括一由這種絲束製成的、在外部設置的過濾件，一由活性炭製成的中間過濾件，以及一經壓縮並褶皺的紙張製成的、在內部設置的過濾件，而製成所謂的「三元」結構。與醋酸絲束過濾件相比，紙張過濾件具有較高的過濾效果，但是當吸菸並將一令人不快的「紙」味道傳給香菸時，這種過濾件易於變潮並容易受壓。
本發明還提供了一香菸濾嘴，其特點在於，這種濾嘴的主體含有皺縮的ly-ocell絲束，或由這種絲束構成。考慮到，與已知的纖維素醋酸纖維絲束濾嘴相比，這種濾嘴具有較高的過濾效果。從降低香菸焦油含量來看，這是這種香菸的優點所在。這種濾嘴可以通過使用已知的製造絲束濾嘴的方法而製造。本發明還提供了一含有這種濾嘴的香菸。
圖2更具體地示出了該加工的捲曲工位。
絲束19進入兩輥子21和22之間的軋點30，從軋點30以充分填滿填塞箱通道31的速率進入填塞箱23內，所述通道形成在平板32和33之間，並從軋點30的出口起延伸至填塞箱的出口35處，由此使諸纖維絲以規則的縱向間隔起皺或皺褶。由輥子21和22產生的壓力將液體從所述絲束排出。皺縮的絲束被壓縮在填塞箱內的平板32和33之間，如圖所示形成一系列的圈環34(為清晰起見加大了諸間距)，並且在出口35處成永久性捲曲形狀。蒸汽被注入所述填塞箱內，如箭頭所示，並且穿過平板32和33上的諸孔36，從而能在絲束沿著通道32傳送時接觸所述絲束。
如果希望製造每釐米大約具有2.0至2.5個主捲曲的用於紡織加工的纖維，壓輥21和22之間的壓力應該在大約0.3至0.5bar的範圍內。填塞箱的板32可移動，並且通過施加最好約為0.0至0.2bar的外部壓力而能固定在其位，更高的壓力施加在頂板32上將會使產生更高程度的捲曲。
如圖3所示，來自一蒸汽源的蒸汽被注入並穿過一具有一系列隔板的烘乾機37，所述蒸汽源總體上示出在37A處，約為5.7bar(85p.s.i)。然後，乾燥蒸汽被傳送經過一減壓閥39，例如，一隔膜減壓閥，在該減壓閥處將蒸汽壓力降低至例如4.3bar或3bar(65p.s.i.或45p.s.i)。然後，將降壓的蒸汽送入填塞箱23內，在該填塞箱處，蒸汽被傳送經過平板32和33上的諸孔以接觸在上述通道31內的皺縮的絲束。可以噴射附加的軟整理劑，最好是一合成整理劑而不是皂化整理劑穿過形成在平板32和33上的諸孔，以潤滑纖維。
參閱圖4，一經清洗和潤滑的lyocell纖維絲束40被傳送穿過一設在一主輥42和一第一輥43之間的主輸入軋點41。在圍繞通過主輥42的、大約不到四分之一圈之後，所述絲束40穿過一設在主輥42和一控制輥45之間的，控制軋點44。緊接著，所述絲束40在刮板46的作用下從主輥42上剝下。所述刮板46最好與主輥42的表面輕輕接觸，並且相對於主輥表面以大約70°的銳角度設置或在其表面附近提供一夾持點。然後，絲束傳送穿過一由一箱頂48和一箱底47構成的箱體50，所述箱底是所述刮板46的延伸物。主輥42、刮板46以及箱體50一起構成了一壓實設備。所述箱底50的寬度可以是80釐米，所述箱底的高度和長度可以選擇以便在纖維上提供所需要的捲曲度。一旦從箱頂48和箱頂47之間輸出，所述絲束40就放置在一傳送帶49上，由此送至一烘乾機(未示)。
lyocell纖維上的諸捲曲的數目可以以下列方式測量。將一長度在1米範圍內的乾燥絲束隨機地切成六段長度為12-15釐米的纖維束。諸纖維束不應該是取自原絲束的最邊緣。如果纖維單絲纖度大約為1至3分特，則一纖維絲束應該含有大約1000至1500的單絲(約200特)，雖然應予理解的是一纖維束的較佳尺寸大小在一定程度上取決於纖維絲的纖度。然後，將每一纖維束的一端夾固於一板上，並輕輕地拉直所有的捲曲。如果不能拉直所有的捲曲，則所述樣品可能是太大，並且應該選擇一個含有較少單絲的樣品。然後纖維束在伸展的狀態下，標出纖維束上離開這夾子10釐米的點。所述纖維束被允許放鬆，數出所述夾子和所述標記之間的捲曲的數目。這個數被伸展的樣品長度(10釐米)除，即得到每釐米具有的主捲曲數。平均六段纖維束所得的結果。
權利要求
1.一種用來製造lyocell纖維的方法，其特徵在於，包括將所述lyocell纖維以溼絲束的形式傳送經過一壓實設備的步驟，由此在所述纖維上製得永久皺褶。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述壓實設備是一填塞箱。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述溼絲束是經清洗的、未乾狀態的絲束。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述溼絲束是經清洗的。未乾狀態的絲束。
5.一種製造lyocell纖維的方法，包括以下步驟(a)將纖維絲溶解在一溶劑內以形成一溶液；(b)擠壓所述溶液使之穿過一噴絲頭進入一凝固浴以形成連續的纖維素長絲；(c)用水清洗所述連續的纖維素長絲以除去溶劑，由此形成一未乾狀態的、溼絲束形式的lyocell纖維；(d)作為特徵步驟，將所述溼絲束、未乾狀態的lyocell纖維傳送經過一壓實設備，由此製得未乾狀態的、皺縮的lyocell纖維；(e)乾燥所述未乾狀態、皺縮的lyocell纖維，由此製得經乾燥、皺縮的ly-ocell纖維。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述乾燥步驟在一帶式烘乾機上完成。
7.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，還包括在乾燥步驟之前或之後，將皺縮的lyocell纖維轉變成人造短纖維的步驟。
8.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，還包括在乾燥步驟之前或之後，將所述皺縮的lyocell纖維轉變成人造短纖維的步驟。
9.一種lyocell纖維，其特徵在於，所述lyocel1纖維至少具有每釐米1.0個永久主捲曲。
10.一種lyocell纖維，其特徵在於，所述lyocell纖維至少具有每釐米3.0個主捲曲。
11.一種香菸濾嘴，其特徵在於，所述濾嘴主體含有絲束形式的、皺縮的ly-ocell纖維或由之構成，所述lyocell纖維如權利要求9或10所述或由權利要求1至6中任一權利要求所述的方法製得。
12.一種香菸，其特徵在於，它含有一如權利要求11所述的香菸濾嘴。
全文摘要
通過將溼的纖維傳送穿過一壓實設備，諸如一供有蒸汽(37A)的填塞箱(32)，能在lyocell纖維(19)上製得捲曲。所述方法能提供一些永久性的捲曲，這些捲曲例如在加工人造短纖維的過程中具有優點。所述方法能用來製造高程度的捲曲，所述捲曲例如在製造濾嘴杆中具有優點。
文檔編號A24D3/02GK1139961SQ95191469
公開日1997年1月8日 申請日期1995年3月2日 優先權日1994年3月9日
發明者吉姆·羅伯, 詹姆斯·菲利普, 伊恩·魯濱遜, 艾倫·塞拉斯 申請人:考脫沃茲纖維(控股)有限公司