纤维生产过程和由该加工制得的纤维的制作方法

专利名称：纤维生产过程和由该加工制得的纤维的制作方法
技术领域：
本发明的背景1.本发明的领域本发明涉及一种lyocell纤维(也可称为溶纺纤维)的加工，所述lyocell纤维具有永久卷曲，并且与已知的lyocell纤维相比具有更高程度的永久褶皱，本发明还涉及用该加工制得的纤维。这里使用的＂永久褶皱＂是指当再次润湿已经干燥和卷曲的纤维时，仍保持着的卷曲。
2.相关技术的叙述lyocell纤维是已知材料，并且在例如美国US-A-4,246,221专利中描述了这种lyocell纤维的制造方法。它们是市场上能买到的Courtaulds Fibres(Holdings)Limited出售的以’Tencel’为商标的这种lyocell纤维。通过将纤维素溶解在已知有机溶剂中，并且挤压该溶液穿过一喷丝头，进入一凝固浴而制得，所述凝固浴将所述纤维素淀析成纤维，并将溶剂从所述纤维中洗出。这种加工可以称为溶液纺丝，并且lyocell纤维也可以称为溶纺纤维素纤维。所述纤维素通常是木浆。所述溶剂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-甲基吗啉，其中凝固浴最好是一水浴。在凝固浴内淀析后，所述lyocell纤维得到了清洗和干燥。所述经淀析的lyocell纤维呈连续长丝的形式，并且可以呈一丝束的形式，所述丝束含有几千根这种连续长丝。对于某些最终用途来说，例如在生产某些类型的交织的织物中，所述lyocell纤维是以这种丝束形式使用的。对于其它最终用途来说，例如在短纤纱的生产过程中，首先是将所述丝束切割成诸小段以形成人造短纤维(切段纤维)。一lyocell丝束可以在所述淀析工序和清洗工序之间，在所述清洗和干燥工序之间，或在干燥之后，被转变成人造短纤维。在通过环锭纺纱和其它类似加工而进行的短纤纱的生产过程中，人造短纤维被梳理形成一平行纤维网，拉伸或牵伸所述纤维网(通常是在几个工位中)以形成一末道粗纱，加捻所述末道粗纱以形成所述细纱。所述纤维网和粗纱被纤维的卷曲至少部分地保持在一起。
溶液纺丝加工不同于其它已知的制造纤维素纤维的加工方法，所述已知加工方法依赖于纤维素的化学衍生物的形成和分解，例如粘胶加工。粘胶人造纤维通常具有固有的卷曲，如同天然的纤维素纤维，诸如棉样，而lyocell纤维通常具有很少或没有卷曲。在很多最终用途中卷曲是人们所需要的一种纤维特性。在制成短纤纱或交织的织物的过程中和该过程之后，卷曲提供了在诸纤维之间的抱合力。皱缩纤维比未皱缩纤维更膨松，因此卷曲在纺织材料中提供了更佳的包覆能力，并在吸收性制品中提供了更高的吸收性。在1994年12月8日公布的世界发明专利WO94/28220中指出，将一干燥的lyocell丝束通穿一填塞箱可以皱缩lyocell纤维。将蒸汽、最好是干蒸汽喷注入填塞箱内可以促进这种皱缩作用。所述皱缩纤维每厘米可以具有约2.0或2.2个诸卷曲，通常具有1.5至2.2个主卷曲。可以相信的是这种皱缩加工不能在纤维上制成明显更高程度的卷曲。然而这种卷曲不是永久性的。当梳理lyocell人造短纤维时，大部分卷曲将被除去并且在随后的牵伸作业中被全部除去。如果重新浸湿该皱缩纤维，基本上所有的卷曲会消失。
本发明的概述根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用来生产lyocell纤维的加工方法，其特点包括将所述lyocell纤维以湿丝束的形式经过一压实设备的工序，由此在所述纤维上制得永久性的褶皱。根据本发明的第一方面所述的加工方法制得的纤维最好每厘米至少具有1.0个主卷曲。本发明第一方面所述的加工方法还能在所述纤维上提供一些临时的卷曲。所述压实设备最好是一填塞箱，虽然也可以使用其它形式的压实设备，诸如那些依靠迫使纤维进入一位于一辊子和一固定刀片之间的轧点或用超喂进入诸辊子之间轧点的设备。
本发明第一方面的加工方法最好是在一未干状态的丝束上进行，并最好在干燥前经清洗的、未干状态的丝束上进行。未干状态的lyocell纤维通常含有重量大约占60％的水份。或者，本发明的方法也可以在已预先经干燥、并紧接着在送入压实设备之前已经被弄湿的丝束上进行。应予理解的是这些可变化的技术可以制造出不同特征的卷曲，例如成角度的卷曲。
本发明的第二方面提供了一种lyocell纤维，其特点是所述纤维每厘米至少具有3.0个主卷曲。本发明的第三方面提供一种lyocell纤维，所述纤维每厘米至少具有1.0个永久性主卷曲。
本发明第二方面的lyocell纤维每厘米可以具有大约7.5个主卷曲。已经发现每厘米具有超过6.0个主卷曲的lyocell纤维不能被传统纺织加工机械较方便地开松。在一能产生高程度卷曲的皱缩加工中，所述纤维易于受到物理损伤，由此在纤维上产生了诸弱点。此外，在这种皱缩加工中，可能会形成或多或少的呈直角急转形式的尖锐永久性卷曲，并且这些急转形式往往会引起相互互锁。具有高程度卷曲的lyocell纤维是有捻合性和弹性，并且这类纤维的lyocell丝束对于制造吸收性制品是有用的，诸如棉塞和香烟滤嘴。根据本发明第三方面的纤维每厘米可以具有大约4.0个主卷曲。
本发明的第四方面提供了一种用来制造lyocell纤维的方法，其步骤如下(a)将纤维素溶解在一溶剂内以形成一溶液；(b)挤压所述溶液，使之穿过一喷丝头，进入一凝固浴，以形成连续的纤维素长丝；(c)用水清洗所述连续长丝以除去溶剂，由此形成一未干状态的、湿丝束形式的lyocell纤维；(d)将所述湿丝束通过一压实设备，由此制得未干状态的、皱缩的lyocell纤维；(e)干燥所述未干状态、皱缩的lyocell纤维，由此制得干燥的、皱缩的ly-ocell纤维。
所述溶剂最好是一种N-氧化叔胺水溶液，最好是N-氧化N-甲基吗啉，其中凝固浴最好是水浴。所述皱缩的lyocell纤维通常表现具有一定程度的永久性的卷曲。
本发明第四方面所述的加工方法，还附加包括以下步骤(f)在干燥步骤(e)之前或之后，将皱缩的lyocell纤维转变成人造短纤维。
在纤维被干燥成丝束的lyocell纤维制造方法中，所述丝束可以在例如一转筒烘干机或最好是一带式烘干机上进行干燥。当使用一转筒式烘干机时，所述丝束以伸展的形式在一个或更多个经加热的、可以打有孔的转筒式烘干机上通过，并且诸转筒式烘干机的表面速度因此必须比穿过喷丝头的挤压速度大致相同。这大体上限制了最大线速度，并因此限制了诸喷丝头的生产率。通过使用更多的转筒式烘干机可以提高最大线速度，但是这却需要昂贵的代价。此外，干燥经伸长的丝束涉及到对丝束施加张力，这可能至少除去一些卷曲。当使用一带式烘干机时，所述丝束被展开或褶叠在一有网眼的带上，热气(通常是空气)吹过所述带子，因此所述烘干机的线速度可以是挤压速度的几分之一。因此，可以采用较高的挤压速度，由此提高喷丝头的生产率。已经发现当在一带式烘干机上干燥已有技术的不皱缩的lyocell丝束时，所述丝束内的纤维易于粘连在一起。因此，热气不能方便地穿过所述丝束，其结果是干燥较慢且不均匀，该事实与带式烘干机所具有的生产率优点相抵触。相反，本发明的呈湿润状态的皱缩的lyocell纤维能在一带式烘干机上充分地展开，从而能提供良好的空气渗透性和快速、均匀的干燥作业。或者，在一带式烘干机上进行干燥之前，可以将一呈潮湿状态的、皱缩的lyocell丝束切成人造短纤维。应予理解的是，在干燥作业之后，不能方便地对未皱缩的lyocell人造短纤维进行卷曲处理。
通常，具有低卷曲程度的纤维进行一种抱合力纺丝整理(cohesive spin-finish)作业，以有助于进行诸如梳理和纺纱的加工。抱合力纺丝整理通常使纤维手感粗糙。本发明的一个优点在于在纤维上生产卷曲意味着可以使用较少的抱合力纺丝整理，由此使lyocell纤维具有理想的柔软手感。
附图简要说明现结合附图更具体叙述本发明，在各附图中

图1是按照本发明的皱缩lyocell纤维的加工过程中各工位的流程示意图；图2是本发明皱缩加工的示意图，其中lyocell纤维穿过一填塞箱；图3是将蒸汽供给填塞箱的示意图；图4是使用一Vickery刀片的另一种压实设备的示意图。
较佳实施例的叙述图1示出了一混合室10，该混合室具有入口11和12，分别输入经扯碎的纤维素和氧化胺水溶液的溶剂。所述纤维素溶解在所述溶剂中，以形成一种溶液。一种来自混合室的热溶液藉一计量泵13而被抽吸至一喷丝头14，所述溶液穿过该喷丝头而被挤压以形成一连续的纤维丝束。
当所述热溶液以细流14a的形式离开喷丝头14时，所述热溶液经过一凝固浴16，水和氧化胺的混合物在该凝固浴内得到再循环。凝固浴16可以包含重量大约为25％的氧化胺。纤维素从所述溶液淀析，以形成诸固态长丝15a，并且溶剂从所述诸长丝中洗掉。从凝固浴l6出来的，大量的呈丝束15形式的纤素长丝经过辊子17，而被经过一水浴18。经过水浴的丝束的宽度可以是，例如，30至35厘米(12至14英寸)。也可以使用更多的这种水浴。在所述水浴或多个水浴中，残留的氧化胺被洗离诸纤维长丝，并且从所述水浴或多个水浴引出的丝束19是lyocell纤维。在丝束内的诸纤维长丝的纤度可以例如在1至10分特范围内，通常在1.5至5分特范围内。
从水浴18出来的丝束(现标号19)经过一整理工位19A，在该工位处，使用在已有技术中为人们众所周知的纺丝油剂将诸长丝润滑。
然后，湿的丝束被送入由辊子21和22形成的一轧点，从这轧点丝束被送入一填塞箱23内。藉诸入口24将蒸汽送入填塞箱内，大体上如箭头所示。
应予理解的是，或者，所述湿的、未经整理的丝束也可以传送入所述填塞箱内，用纺丝油剂喷入填塞箱的方法，对纤维施加纺丝油剂，或者在丝束从填塞箱出来之后，将纺丝油剂喷洒到丝束上。已经发现，在进入填塞箱之前，对纤维加纺丝油剂能有助于褶皱作业，并且这种方法可能是较佳的。
在所述填塞箱内产生的褶皱度通常可以在每厘米1.0至7.5个主卷曲的范围内。(应予理解的是在图2中示出的具有主卷曲34A的纤维可以是直的排列或波状排列，即，它们也可以具有次卷曲34。)如果所述纤维是最终用于纺织品，则褶皱度最好在每厘米具有1.5至3.0个主卷曲的范围内。
当丝束从填塞箱23输出时，丝束可能已经在宽度方向上得到了压实，从而允许当丝束通过一烘干机时变宽。然后，皱缩的丝束25经过一保持在高温的干燥炉20。所述干燥炉最好是穿孔带型，或者也可以是罐型、轧辊型或穿孔转筒。所述干燥炉的温度取决于干燥炉的设计和结构，但是大体上在60至180℃的范围内。
从烘干机20输出的皱缩、干燥的丝束(现标号为29)通过一辊子26被送至一切割器27，在该切割器处对丝束进行切割，以形成人造短纤维。在切割器27处对人造短纤维进行切割的长度将取决于所述人造短纤维的最终用途。因此，例如对造纸要求3至6毫米的长度，对非织造布织物是6至15毫米，对用于棉型纱和梳理的非织造布织造是30至60毫米，对精梳纱是60至150毫米。这些各种不同的最终使用通常都需要不同的长丝纤度，正如在已有技术中人们所周知的那样。长丝的纤度通常可以在1至30分特的范围内，对棉型的使用主要是在1至3分特的范围内，对精梳型使用主要是在2至8分特的范围内。皱缩的人造短纤维收集在一纸板箱28内。或者，皱缩、干燥的丝束也可以以丝束的方式收集，从而省去切割加工的步骤。这样一种丝束可以用来制造某些类型的吸收性制品，例如香烟滤嘴。
正如所图示的，一单独的丝束可以从喷丝头14中喷出，所述丝束可以包含例如达20,000根单丝，并且在经过干燥加工之后，其基重可以为例如30至65千特，即30至65g/m。制造香烟滤嘴用的丝束的基重可以在5至8千特的范围内。或者，从几个喷丝头喷出的诸丝束可以被结合成一单个的大丝束，在经过压实设备之前，该丝束可以含有例如0.2至1百万的单丝，
目前，香烟滤嘴已为人们所周知，其中香烟滤嘴的滤嘴主体含有一纤维丝束，特别是一种维素醋酸纤维束。所述丝束平行于滤嘴(或香烟)的纵向轴线设置。这种已知的滤嘴的主体可以仅仅由这种丝束组成一种所谓的＂一元＂结构。或者，这种已知滤嘴的主体也可以包括一由这种丝束制成的、在外部设置的过滤件和压缩并褶皱的纸张构成的、在内部设置的过滤件，而制成所谓“双元”结构。这种已知滤嘴的主体还可以包括一由这种丝束制成的、在外部设置的过滤件，一由活性炭制成的中间过滤件，以及一经压缩并褶皱的纸张制成的、在内部设置的过滤件，而制成所谓的“三元”结构。与醋酸丝束过滤件相比，纸张过滤件具有较高的过滤效果，但是当吸烟并将一令人不快的“纸”味道传给香烟时，这种过滤件易于变潮并容易受压。
本发明还提供了一香烟滤嘴，其特点在于，这种滤嘴的主体含有皱缩的ly-ocell丝束，或由这种丝束构成。考虑到，与已知的纤维素醋酸纤维丝束滤嘴相比，这种滤嘴具有较高的过滤效果。从降低香烟焦油含量来看，这是这种香烟的优点所在。这种滤嘴可以通过使用已知的制造丝束滤嘴的方法而制造。本发明还提供了一含有这种滤嘴的香烟。
图2更具体地示出了该加工的卷曲工位。
丝束19进入两辊子21和22之间的轧点30，从轧点30以充分填满填塞箱通道31的速率进入填塞箱23内，所述通道形成在平板32和33之间，并从轧点30的出口起延伸至填塞箱的出口35处，由此使诸纤维丝以规则的纵向间隔起皱或皱褶。由辊子21和22产生的压力将液体从所述丝束排出。皱缩的丝束被压缩在填塞箱内的平板32和33之间，如图所示形成一系列的圈环34(为清晰起见加大了诸间距)，并且在出口35处成永久性卷曲形状。蒸汽被注入所述填塞箱内，如箭头所示，并且穿过平板32和33上的诸孔36，从而能在丝束沿着通道32传送时接触所述丝束。
如果希望制造每厘米大约具有2.0至2.5个主卷曲的用于纺织加工的纤维，压辊21和22之间的压力应该在大约0.3至0.5bar的范围内。填塞箱的板32可移动，并且通过施加最好约为0.0至0.2bar的外部压力而能固定在其位，更高的压力施加在顶板32上将会使产生更高程度的卷曲。
如图3所示，来自一蒸汽源的蒸汽被注入并穿过一具有一系列隔板的烘干机37，所述蒸汽源总体上示出在37A处，约为5.7bar(85p.s.i)。然后，干燥蒸汽被传送经过一减压阀39，例如，一隔膜减压阀，在该减压阀处将蒸汽压力降低至例如4.3bar或3bar(65p.s.i.或45p.s.i)。然后，将降压的蒸汽送入填塞箱23内，在该填塞箱处，蒸汽被传送经过平板32和33上的诸孔以接触在上述通道31内的皱缩的丝束。可以喷射附加的软整理剂，最好是一合成整理剂而不是皂化整理剂穿过形成在平板32和33上的诸孔，以润滑纤维。
参阅图4，一经清洗和润滑的lyocell纤维丝束40被传送穿过一设在一主辊42和一第一辊43之间的主输入轧点41。在围绕通过主辊42的、大约不到四分之一圈之后，所述丝束40穿过一设在主辊42和一控制辊45之间的，控制轧点44。紧接着，所述丝束40在刮板46的作用下从主辊42上剥下。所述刮板46最好与主辊42的表面轻轻接触，并且相对于主辊表面以大约70°的锐角度设置或在其表面附近提供一夹持点。然后，丝束传送穿过一由一箱顶48和一箱底47构成的箱体50，所述箱底是所述刮板46的延伸物。主辊42、刮板46以及箱体50一起构成了一压实设备。所述箱底50的宽度可以是80厘米，所述箱底的高度和长度可以选择以便在纤维上提供所需要的卷曲度。一旦从箱顶48和箱顶47之间输出，所述丝束40就放置在一传送带49上，由此送至一烘干机(未示)。
lyocell纤维上的诸卷曲的数目可以以下列方式测量。将一长度在1米范围内的干燥丝束随机地切成六段长度为12-15厘米的纤维束。诸纤维束不应该是取自原丝束的最边缘。如果纤维单丝纤度大约为1至3分特，则一纤维丝束应该含有大约1000至1500的单丝(约200特)，虽然应予理解的是一纤维束的较佳尺寸大小在一定程度上取决于纤维丝的纤度。然后，将每一纤维束的一端夹固于一板上，并轻轻地拉直所有的卷曲。如果不能拉直所有的卷曲，则所述样品可能是太大，并且应该选择一个含有较少单丝的样品。然后纤维束在伸展的状态下，标出纤维束上离开这夹子10厘米的点。所述纤维束被允许放松，数出所述夹子和所述标记之间的卷曲的数目。这个数被伸展的样品长度(10厘米)除，即得到每厘米具有的主卷曲数。平均六段纤维束所得的结果。
权利要求
1.一种用来制造lyocell纤维的方法，其特征在于，包括将所述lyocell纤维以湿丝束的形式传送经过一压实设备的步骤，由此在所述纤维上制得永久皱褶。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压实设备是一填塞箱。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿丝束是经清洗的、未干状态的丝束。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述湿丝束是经清洗的。未干状态的丝束。
5.一种制造lyocell纤维的方法，包括以下步骤(a)将纤维丝溶解在一溶剂内以形成一溶液；(b)挤压所述溶液使之穿过一喷丝头进入一凝固浴以形成连续的纤维素长丝；(c)用水清洗所述连续的纤维素长丝以除去溶剂，由此形成一未干状态的、湿丝束形式的lyocell纤维；(d)作为特征步骤，将所述湿丝束、未干状态的lyocell纤维传送经过一压实设备，由此制得未干状态的、皱缩的lyocell纤维；(e)干燥所述未干状态、皱缩的lyocell纤维，由此制得经干燥、皱缩的ly-ocell纤维。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述干燥步骤在一带式烘干机上完成。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括在干燥步骤之前或之后，将皱缩的lyocell纤维转变成人造短纤维的步骤。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括在干燥步骤之前或之后，将所述皱缩的lyocell纤维转变成人造短纤维的步骤。
9.一种lyocell纤维，其特征在于，所述lyocel1纤维至少具有每厘米1.0个永久主卷曲。
10.一种lyocell纤维，其特征在于，所述lyocell纤维至少具有每厘米3.0个主卷曲。
11.一种香烟滤嘴，其特征在于，所述滤嘴主体含有丝束形式的、皱缩的ly-ocell纤维或由之构成，所述lyocell纤维如权利要求9或10所述或由权利要求1至6中任一权利要求所述的方法制得。
12.一种香烟，其特征在于，它含有一如权利要求11所述的香烟滤嘴。
全文摘要
通过将湿的纤维传送穿过一压实设备，诸如一供有蒸汽(37A)的填塞箱(32)，能在lyocell纤维(19)上制得卷曲。所述方法能提供一些永久性的卷曲，这些卷曲例如在加工人造短纤维的过程中具有优点。所述方法能用来制造高程度的卷曲，所述卷曲例如在制造滤嘴杆中具有优点。
文档编号A24D3/02GK1139961SQ95191469
公开日1997年1月8日 申请日期1995年3月2日 优先权日1994年3月9日
发明者吉姆·罗伯, 詹姆斯·菲利普, 伊恩·鲁滨逊, 艾伦·塞拉斯 申请人:考脱沃兹纤维(控股)有限公司