用於處理纖維材料的裝置和方法

2023-11-09 22:09:27 2

專利名稱：：用於處理纖維材料的裝置和方法用於處理纖維材料的裝置和方法本發明涉及在纖維材料(Fasermasse)的輸送期間用處理流體對其處理的裝置和方法。纖維通常必須在它的製造或後續加工期間用流體物質進行處理。這些物質一般是液體、蒸汽或氣體，其在為了洗滌、漂白、染色、浸漬、助劑塗覆如上油處理(Avivagen)、上漿或表面整理以及對於中間處理如加熱、乾燥或給溼時都是必需的。關於纖維首先涉及纖維素基的人造纖維例如粘膠纖維，纖維素氨基甲酸酯纖維(Cellulosecarbamat-)或利阿塞樂纖維(Lyocell-)或合成的聚合物例如聚酯、聚烯烴、芳族聚醯胺、聚醯亞胺、氟聚合物和其他。這些纖維一般是被切斷的，亦即以限定的單纖維長度存在。但是也可以處理天然的纖維如棉花、羊毛、亞麻和其他植物的或動物原始的纖維。按照本發明能夠同時連續地處理大量的這類纖維。已廣為採用的方法是，由噴絲頭擠壓成形出多股單長絲，即所謂的絲束，並且在進一步加工中被切斷為短纖維。這些短纖維被以懸浮法製成一種纖維網。可類比的纖維網則在加工天然纖維如羊毛或棉花的過程中形成。而且這類纖維網可用本發明裝置和方法來處理。公知的纖維處理方法例如是，將纖維束被切斷為希望的長度，將這些纖維以懸浮法製成一種纖維網，並鋪置在一個篩帶上。纖維網洗滌的一般描述見於經典(Gatze)"ChemiefasernnachdemViskoseverfahren(採用粘膠方法製造的化學纖維)」中，1967(版)881-884頁。這種均勻的纖維網以對流原理藉助一種處理液體被從上方滴注、噴灑或灌注。處理液體則由於其特性而穿透通過該纖維網並因此洗滌該纖維網。同時在纖維網中發生一個在總體上豎直流動的運動洗液和在纖維中靜止的洗液之間的擴散過程。在末端處或者還在不同的洗滌區之間可以藉助一個羅拉對來調節所希望的纖維網溼度。為了實現更好的洗滌效果，纖維網和洗滌液大多數情況下被以對流方式導送。這類方法例如還被描述在W000/18991、AT413286B以及AT413285B中。原理類似的方法也適合於纖維網的浸漬處理。其中均勻的纖維網被用浸漬溶液滴注、噴灑或灌注處理，並接著被擠壓到希望的溼度上。這個過程也可以在多個工序中實現。在浸漬工序中可以例如將一種乳劑或懸浮劑塗敷到纖維上。關於此的一個實施例就是所謂的增色，其中一種增色劑被塗敷到該纖維材料上。增色劑是些輔助材料，其特別是被應用於使得纖維具有更好的後續加工特性。它們會改善例如紗線緊密度、絡紗性能和手感，其可減小紗線摩擦以及使其具有抗靜電的特性。這些增色劑一般作為乳劑或懸浮劑存在。為了加熱或汽蒸均勻的纖維網，可以從上方和/或從下方以蒸汽噴射它，或使它沿著蒸汽加熱的對流噴射板導行。在所有已述的方法中，缺陷在於，處理流體是在相當大程度上是通過重力貫穿通過纖維網運動的。這個(過程)發生得相對地緩慢，因此必需長的處理時間，進而必需巨大的設備。因此不乏一些嘗試，以使處理流體通過纖維網的運動加速。例如可以買到所謂的篩帶壓濾機，其中該纖維網在篩帶壓濾機的篩帶上輸送，同時用處理液體從上方噴灑纖維網。在篩帶的下方，安置一個抽吸腔，其與篩帶一起運動經過該洗滌區的長度，並且該液體貫穿通過纖維網和篩帶被抽吸。按照抽吸能力和纖維網的結構，其中除了液體外還抽吸空氣，因此抽吸速度減小。此外，作為驅動力以使處理液體運動通過纖維網起作用的壓差局限於該抽吸系統的真空功率。用這個裝置不能實現藉助氣體或蒸汽進行處理。因為在將抽吸腔配置到篩帶上的情況下，必須首先建立一個負壓，並且在洗滌區的末端處必須首先使負壓減小，以便使抽吸腔從篩帶處移開，故需要附加的停留時間，進而需要較長的設備。WO03/004750公開了一種方法，其中一個旋轉壓輥在一個壓縮區中首先將從正到來的纖維材料中含有的液體壓出，其中壓輥將纖維材料壓實，並接著在一個膨脹區中在該纖維材料再次膨脹時吸入處理流體。在這種方法中，必須通過壓輥施加大的機械壓力，以壓實該纖維網。此外，這種方法具有如下缺點對處理流體的快速抽吸取決於纖維網的吸附作用，進而還特別是取決於纖維網的膨脹速度。另一缺點是，只能抽吸少量的處理流體。在WO03/004750中還描述到，在壓縮區的末端處已經可以將處理流體壓入到已被壓實的纖維網中，以便使得源自前面處理級的在先處理流體被衝出。由於纖維材料在此處已被嚴重壓實、可能往回混入到前面的擠壓過程中、和在壓輥中存在密封問題，這個實施方式早早地表現出了缺陷。對於應用氣體狀或蒸汽狀處理流體的情況，W003/004750的方法是不適合的。相對於公知的現有技術，本發明的任務是，提供一種裝置和一種方法，藉助其可以用處理流體快速並均勻地處理纖維網，以便提高質量和產量，並且儘可能地節省化學藥劑，因此可以例如在改裝現有的纖維處理設備情況下明顯地提高產量，或在建造一個新纖維處理設備時相比按現有技術的設備而言需要更少的投資和更少的場地。這個任務的解決方案是一種用處理流體對纖維材料(1)進行處理的裝置，包括具有至少一個壓力腔(3)的用於處理流體的分配裝置(2)以及用於纖維材料的纖維輸送裝置(4)，該纖維材料是可透過處理流體的，其中所有壓力腔總體的寬度基本上等於該纖維輸送裝置上為纖維材料設置的寬度。為了說明本發明，所使用的概念「纖維材料」和「纖維網」具有相同含義。纖維以無規則方式存在於其中。優選至少一個壓力腔被設計為朝纖維材料敞口。根據本發明，將壓力腔設計為朝纖維材料敞口意味著，該壓力腔的朝向纖維材料的一側沒有壁。在一種可能的實施方式中，該壓力腔可以在其敞口的一側上具有粗網目的格柵，以便防止纖維網在被處理時擠入到壓力腔中太深。代替粗網目的格柵，也可以應用帶有大孔的孔板或類似的、可透過的分隔結構。在其選用時始終都重要的是，不要因此使得處理流體受到巨大的液動阻力。但這類格柵一般是不必要的，因為處理流體的壓力一般可阻止上述的擠入。特別在商業化的纖維生產設備中，該纖維輸送裝置以及要被處理的纖維材料都是數米寬的，寬度一般在約Im和4.6m之間。其中該分配裝置在纖維輸送方向上約有Im的長度。為了在這類應用場合下實現在壓力腔中快速地填充整個腔容積以及實現處理流體沿著分配裝置的整個面積均勻地分配，值得推薦的是，將壓力腔分為多個較小的壓力腔，並且分別設有一個自己的處理流體用的入口。對此必須考慮到，所有壓力腔都被均勻地供應以處理流體，從而也使得纖維材料處處都得到均勻的處理。相應的分配系統是本領域技術人員所公知的。將處理流體輸入到一個壓力腔中可以通過一個簡單的、大多在上側面的中央配置的開孔(5)實現。由於為了快速地填充壓力腔而使得流體大多以較高的速度流入，優選在輸入口還設置一個裝置，藉助其可以使流體分配在壓力腔中。這種裝置可以例如是一個緩衝盤。同樣，環形或其他的分配裝置也是可能的。它們應能防止流體以高速直接衝擊到纖維網上和改變纖維網的結構，例如產生凹坑。所需要的腔尺寸和淨高度主要取決於產品類型和纖維網的均勻度。不均勻的纖維網需要單個腔的較小的面積。溼硬的纖維網會劇烈膨脹，因而需要較高的腔高度。一方面，壓力腔應能被快速地填充，亦即不可以具有過大的容積。另一方面，所述腔不可以是如此的扁平，以至於它被可膨脹的纖維材料完全地填滿。對於纖維素纖維而言，壓力腔的最適合的淨高度約為l_5cm。同時，單個壓力腔的面積可以在100-40000cm2之間。分配裝置藉助處理流體在纖維網上產生表面壓力。對於一般的處理形式如用水液體洗滌或浸漬而言，壓力腔中的處理流體的超壓大多在0.2和Ibar之間。在用熱蒸汽處理時，例如在汽蒸或蒸汽加熱情況下，在纖維網上產生蒸汽壓力，其能實現在纖維網阻力、壓力腔的密封和被輸入的蒸汽量之間的平衡。因此，例如在根據本發明進行實驗時，該壓力腔被供應以15bar的蒸汽。此時，每平方米要被壓入62和1250kg之間的蒸汽量。同時，在纖維網上測得最大為131°C的溫度。這相當於1.7bar的超壓。通過在纖維網高度上所產生的壓力降，該處理流體被壓入到纖維網中並且通過纖維網。其中，在開始時網孔被處理介質填充，接下來纖維網發生膨脹，而且纖維材料在壓力降方向上發生處理介質快速的交換、被處理介質擠穿(Durchdrilcken)、洗滌或汽蒸。由於纖維網強烈膨脹，處理流體以令人驚嘆的方式非常容易地到達所有纖維。已令人意想不到地表明，由此可以實現使得洗液量更大，進而大大地加速了洗滌、浸漬和汽蒸過程。在實驗中，相對現有技術中所公知的滴注方法，可以毫無問題地實現3倍-4倍的洗液量。而且更厚的纖維網層也是可能的，這就同樣明顯地提高現有設備的生產效率。由於處理流體在纖維網中快速徹底地交換，在化學和物理過程中將更快地達到所希望的平衡狀態，因此生產速度也就只受到純粹的反應時間及擴散時間的限制。在此，在處理區的停留時間在一般情況下可以約為10-70s，優選甚至只有15-40s。處理流體的流量(表徵為質量)相對纖維網質量的比例可以稱為浴比(F15ttenveiMltnis)。這個浴比取決於處理流體的壓力、纖維網的厚度和膨脹特性以及其他因素。其中，特別是當處理流體是液體時，可以容易地實現相當於纖維網質量的40倍及更多的流量，亦即浴比為40和更大。而且大於100的浴比在處理流體具有相應壓力的情況下也是可以考慮的。但視應用情況而定，本發明的裝置和本發明的方法當然也適合用於很小的浴比，特別是當處理流體是一種氣體或蒸汽時。由於處理流體在纖維材料中均勻、迅速地分布，在這些情況中通常只需要小於2.0的浴比，特別是小於1.0的浴比，即能實現希望的效果。處理流體在纖維網的上層、中層和下層中的分布的均勻性也被明顯地改善了。本發明裝置的一個優選實施方式在於，該分配裝置可以平行於纖維材料的運動方向運動，也可以垂直於纖維材料的運動方向運動(圖1)。因此，分配裝置可被安置在運行的纖維輸送裝置上的預先設定的位置上(步驟(A))，並且在限定的時間內與纖維材料一起運行(步驟(B)-(C))。在該時間內用處理流體對纖維材料進行處理，其中通過導管將處理流體導入到該分配裝置中。一般地，該處理流體在壓力下被導入到分配裝置中。接著，該分配裝置在同樣預先設定的位置上被從纖維輸送裝置移開(步驟(D))，並與纖維材料相間隔地再回到所述安置位置。其中該分配裝置的運動必須使得它在此時開始的循環中所處理的纖維材料表面恰好位於在先前循環中已被處理的表面的後面。分配裝置也可以如下設計其具有多個單元的壓力腔，並且這些單元可以相互獨立地運動。這些單元可以並列地布置，從而藉助每個單元的壓力腔都可以處理纖維網的一個條帶。其中單元可以在纖維網上一起運動，同時在該單元旁邊布置的單元剛好被提起。特別地當要被處理的纖維網是如此之寬，以至於一個唯一的單元將會如此龐大並如此笨重，從而它相比多個較小單元會有機械上的一些缺陷時，就可以考慮這種多個單元。因為處理流體優選在壓力下導流通過纖維材料，故根據本發明的裝置的一個優選實施方式，壓力腔可以被導引到纖維輸送裝置附近，使得壓力腔的側壁接觸到纖維材料。但按照本發明並不期望，由於安置分配裝置而使纖維材料如在壓輥中發生的那樣被嚴重地壓緊。由於這種壓緊，纖維材料被嚴重地壓實，從而處理流體不再可能無阻礙地並足夠迅速地流動通過纖維材料，進而使得先前的處理時間被延長，或者處理結果例如流滌效果變差。但必須為此考慮到，一定的纖維在用一定的流體處理時會發生膨脹現象，並且因此會施加一個反壓到分配裝置上。這種嚴重的膨脹例如在用水介質處理纖維素纖維如粘膠或利阿塞樂的情況下發生，而在用水處理聚酯纖維時則未觀察到嚴重的纖維網膨脹。這必須例如在設計機械式地導引該分配裝置時被加以考慮。壓力腔的側壁優選如下設計它們在與纖維材料接觸時使壓力腔相對大氣環境密封隔絕。對此通常足夠的是，這些側壁具有一種閉合的、環繞延伸的、下面的平表面或邊緣(6)。這個被置於纖維材料上的密封表面或密封邊緣例如可附加地設有造型。附加的彈性的密封材料一般是不必要的，因為纖維材料本身-其大多是已膨脹的_即是彈性的對應件。無需防止處理流體排出。此點僅需將壓力腔壓緊到纖維材料上就可實現，但這樣並非所願。少量在旁側排出的處理流體可以通過本來就需要的收集系統被毫無問題地隨之被收集。為了使其上輸送纖維材料的篩帶可以經得起被施加的壓力-儘管處理流體的壓力相對較小，所述施加的壓力卻可能達數噸_，篩帶必須從下方被支承。對此最為適合的是一個支承板(7)，篩帶該在支承板上沿著導行。這個支承板優選是連續的，並且在確定的位置上被設有排流孔(8)，這些排流孔能實現處理流體的排流。在沒有排流孔的分段中，該處理流體不可能排流，從而在那裡實現處理時間較長。代替在長支承板中的開孔，在較短支承板之間的開口的中間腔也可以實現來自纖維材料和篩帶的處理流體的排流。本發明裝置的另一優選實施方式(圖2)具有位置固定的壓力腔以及另外一個上面的篩帶(9)，藉助該篩帶，纖維材料可以被覆蓋，並且篩帶(9)以與纖維材料基本上相同的速度運動，其中該壓力腔的敞口的一側直接與上面的篩帶的上側面相接觸。其中，在壓力腔和上面的篩帶之間的密封按照基本上公知的原理實現。作為例子，可以採用滑動密封面的原理方案，該滑動密封面優選是無摩擦的和抗磨損的。在邊緣區域中，該篩帶可被設計為緊密帶，也就是說，沒有排流孔，以使該密封面最優。對於這種密封機構而言，必須考慮纖維網的膨脹。對此作為例子該密封機構可被柔軟地支承，以便使得要被處理的纖維網在處理期間可以膨脹。在這個實施方式中，能特別簡單和節省位置地實現相繼地設計多個處理循環。這個實施方式優選也具有上面已述的支承板(7)。作為用於兩個實施方式的纖維輸送裝置或篩帶，可以考慮所有的本領域技術人員認為適宜的裝置，特別是傳送帶、鏈節傳送帶、環節鏈條(「鎧裝鏈」)、纖維網帶、針織帶或由金屬、塑料、塑料覆層的金屬構成的織物帶或類似物。具有相應穿孔的連續的傳輸帶，例如織物強化的橡膠帶，按照應用情況也可能是適宜的。本發明主題還是一種用處理流體在纖維輸送裝置(4)上處理纖維材料(1)的方法，其中該處理流體以超壓被壓入到纖維材料中。優選該處理流體為一種液體、一種乳濁液、一種懸浮液或一種蒸汽。優選該處理流體通過壓力腔(3)被壓入到纖維材料中。在本發明方法的一個優選的實施方式中，該壓力腔-其被設計成朝纖維材料開口-在處理開始時被安置到纖維材料上(A)，在該處理期間內以與纖維材料基本相同的速度在纖維輸送方向上運動(B)-(C)，在處理結束時從纖維材料上移開(D)，接著被重新安置到該纖維材料的還未被處理的部分上。在本發明方法的另一個優選的實施方式中，該纖維材料被上面的篩帶(9)覆蓋地沿著該位置固定的壓力腔(3)下方輸送，其中壓力腔的開口側直接接觸該上面的篩帶。該纖維輸送裝置或篩帶與在兩個實施方式中已經對本發明裝置描述的那些內容相應。纖維材料優選是一種短纖維網。實例下面藉助實例介紹本發明。但本發明並非局限在這些實例的範圍內。在具有本發明裝置的這些實例中始終實施本發明的方法。實例1(對比)在按現有技術從上方滴注的纖維處理裝置上，由利阿塞樂_短纖維構成的纖維網被用水苛性鈉溶液滴注處理。在處理區的末端處，分別在洗液和纖維網的不同層中，通過採樣和隨後的滴定來確定苛性鈉溶液含量。表1中所述為與額定值的偏差。實例2(本發明)在按照本發明的纖維處理裝置-其具有按照上述第一實施方式的一起運行的壓力腔_上，由利阿塞樂_短纖維構成的纖維網被用水苛性鈉溶液澆注處理。而且在這個處理區的末端處，分別在洗液和纖維網的不同層中，通過採樣和隨後的滴定來確定苛性鈉溶液含量。表1中所述為與平均值的偏差。表1:NaOH含量與平均值的偏差]tableseeoriginaldocumentpage7實例3(對比)和實例4-6(本發明)在按現有技術的類似於實例1的及按本發明的類似於實例2的纖維處理裝置上，單位面積重量為6kg/m2的利阿塞樂-短纖維網分別首先被壓輥擠壓，接著被用新鮮水處理。表2示出了分別需要的處理時間，在實例4-6的本發明裝置中，儘管洗液流量部分明顯較高，所述處理時間卻明顯短於按現有技術的實例3。表2在液體情況下的處理時間tableseeoriginaldocumentpage8實例7(對比)在按現有技術的於纖維網的上側面及下側面上設有噴灑梁架-藉助所述噴灑梁架，所述纖維網被用飽和蒸汽噴灑處理-的纖維處理裝置上，單位面積重量為6kg/m2的利阿塞樂_短纖維網首先被壓輥擠壓，接著被用飽和蒸汽處理。實例8(本發明)在按照本發明的類似於實例1的纖維處理裝置上，單位面積重量為6kg/m2的利阿塞樂_纖維網首先被壓輥擠壓，接著被用飽和蒸汽處理。在壓輥之後，在兩個實例中的纖維網具有相同的溫度和相同的含水量。表3示出了為了使纖維網處處都被均勻地加熱85°C分別所需要的處理時間。藉助本發明的實例8的裝置，以比現有技術的實例7明顯較短的時間即達到這個目標。儘管如此，在本發明的裝置中，還比在按照現有技術的裝置中需要明顯較少的、相對纖維量而言的蒸汽。表3在飽和蒸汽情況下的處理時間tableseeoriginaldocumentpage8權利要求一種用處理流體處理纖維材料(1)的裝置，包括·具有至少一個壓力腔(3)的用於所述處理流體的分配裝置(2)；以及·用於纖維材料的纖維輸送裝置(4)，所述纖維材料可被處理流體透過，其特徵在於，所有壓力腔的總體寬度基本上等於在該纖維輸送裝置上為纖維材料設置的寬度。2.按權利要求1的裝置，其特徵在於，至少一個壓力腔朝纖維材料開口。3.按權利要求1的裝置，其中，該分配裝置可以平行於纖維材料的運動方向運動，也可以垂直於纖維材料的運動方向運動。4.按權利要求3的裝置，其中，該壓力腔可以被導引至纖維輸送裝置附近，使得壓力腔的側壁接觸到纖維材料。5.按權利要求4的裝置，其中，所述側壁如下設計，即這些側壁在與纖維材料接觸時使得壓力腔相對大氣環境密封隔開。6.按權利要求2的裝置，其中，該壓力腔是位置固定的，且還具有上面的篩帶(9)，該纖維材料可被所述篩帶覆蓋，並且所述篩帶以與纖維材料基本相同的速度運動，其中壓力腔的開口側直接接觸該上面的篩帶。7.按權利要求1的裝置，其中，該纖維輸送裝置是傳送帶、篩帶、鏈節傳送帶、環節鏈條、纖維網、針織物、織物或連續的被打有孔的輸送帶。8.一種用處理流體對纖維輸送裝置上的纖維材料進行處理的方法，其特徵在於，將具有超壓的處理流體壓入到纖維材料中。9.按權利要求8的方法，其中，使處理流體通過壓力腔壓入到纖維材料中。10.按權利要求8的方法，其中，處理流體是液體、乳濁液、懸浮液、氣體或蒸汽。11.按權利要求8的方法，其中，將壓力腔在處理開始時擠壓到纖維材料上，在處理期間以與纖維材料基本相同的速度在纖維輸送方向上運動，在處理結束時使所述壓力腔從纖維材料上移開，並且使所述壓力腔重新置於纖維材料的還未被處理的部分上。12.按權利要求8的方法，其中，使纖維材料被上面的篩帶覆蓋，並且使之沿著該位置固定的壓力腔在下方輸送，其中壓力腔的敞口側直接接觸該上面的篩帶。13.按權利要求8的方法，其中，該纖維輸送裝置是篩帶。14.按權利要求8的方法，其中，纖維材料是短纖維網。全文摘要本發明涉及一種用處理流體來處理纖維材料(1)的裝置，包括具有至少一個壓力腔(3)的用於處理流體的分配裝置(2)；以及用於纖維材料的纖維輸送裝置(4)，所述纖維材料可被處理流體透過。此外，本發明涉及一種用處理流體對纖維輸送裝置(4)上的纖維材料(1)進行處理的方法，其中使具有超壓的處理流體壓入到纖維材料(1)中。文檔編號D06B5/04GK101802286SQ200880024070公開日2010年8月11日申請日期2008年6月25日優先權日2007年7月11日發明者C·施雷姆普夫,H·富赫斯,R·埃格納,W·理察特申請人:連津格股份公司