专利名称：由光学各向异性纺丝溶液生产长丝的方法和气隙纺丝装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由光学各向异性纺丝溶液生产长丝的方法，其中该纺丝溶液经包括带有许多纺丝孔的纺丝区域的纺丝板被挤出，经一其边缘由具有顶侧和底侧的板形成的缝隙或带槽隔膜以下称隔膜(diaphragm)进入凝固浴中，该板的顶侧是指距纺丝区域距离最短的侧面，本发明还涉及一种实施所述方法的气隙纺丝装置。
背景技术：
由EP0904431已知这样一种方法，其中已经公开了当邻近开口的边缘处于不同高度(“处在不同的水平面上”)时，能够减少凝固剂表面的运动。在所述专利说明书的示例中可制造出强度优良的长丝。但是该方法的缺点是，凝固浴在纺丝工序中仍然在连续运动，当在更大规模实施时，这尤其容易发生故障。这种运动对形成的长丝有不利影响，因为凝固浴中的长丝会粘在一起，致使终端产品不适合在设想的高级应用(例如，机织物或复合加强物)场合使用。
当采用非常小的气隙时(比如，小于4mm时)，在丝束的影响下(颤动，小波等)，总会出现一些运动的凝固剂存在与纺丝板接触的危险。当发生这种情况时，加工过程受到的干扰可能达到需要停止加工的程度。因此，如果使用非常小的气隙，使凝固浴的表面最大可能地平稳是极其重要的。已经发现，凝固浴表面运动的程度高度依赖于凝固浴底端的几何形状。特别是，当采用多于两个纺丝区域并且在凝固浴底端使用相应数量的排出孔时，通过引入本发明的几何形状，凝固浴表面运动的程度能得到实质性的降低。本发明的技术方案是一种对已知方法做出实质性改进的非常简单和有效的实施方案。
发明内容
本发明目的在于，提供一种能高速纺制(＞300米/分钟)多根长丝的方法，这些长丝具有优良到非常优良的物理性能，该方法使得在没有凝固浴表面的干扰影响的情况下进行大规模生产成为可能。通过按下述方式调整上述现有技术的方法可实现这一目的，该方式是，定位纺丝区域和缝隙或隔膜的位置，使得通过纺丝区域中心并垂直于板的顶侧的一条直线与通过缝隙或隔膜中心的一条平行直线之间被设置一距离(d)，该缝隙或隔膜的投影与该纺丝区域的投影的大小和形状基本相同，并且一块板的顶侧平面比另一块板的顶侧平面到纺丝区域中心的距离短，且通过纺丝区域中心的直线到其顶侧到纺丝区域中心距离最大的板的边缘的距离比到另一块板边缘的距离短。
缝隙或隔膜的边缘由至少两块板形成，一块板的顶侧比另一块板的顶侧到纺丝区域的距离短。通过纺丝区域中心并垂直于这些板顶侧的直线到其顶侧与纺丝区域距离最大的板的边缘的距离比到另一块板边缘的距离短。该板的顶侧到纺丝区域的距离是指纺丝区域中心到板的顶侧平面的最短距离。
令人惊奇的是，已经发现本方法有可能在凝固浴中酸浓度较高时，以小间距(从而每单位面积上有大量的长丝)生产出物理性能优良的长丝，结果形成废液量少的经济的工艺。正如可以从示例中看出的，在加工过程期间(由于长丝在外壳充分凝固之前发生的接触所造成的)粘结的数量少。在凝固浴中没有大的运动发生。以下给出这一现象的一种可能的解释。
在排出孔的边缘，输出的长丝束所夹带的液体被停止或刮掉。由于惯性，该液体(部分地)保持其速度并朝邻近排出孔的方向平行于底端运动。但是，凝固剂流也从该邻近排出孔的方向接近，导致沿相反方向运动的液流碰撞。结果液体被上推，凝固浴表面升高到(原来表面的)这一驻点之上。显然，当选择气隙时，凝固剂的抬升(damming up)构成了一个重要的限制；总之，必须阻止凝固剂与纺丝板接触。
当前述液流会合时处在不同水平高度上，不会产生所述抬升。相反，由于这些液流之一(即从最低边缘流出的液流)的速度已经具有沿液体表面方向运动的一个分量，因此存在衰减，从而液体表面保持平静。
当该凝固浴的深度大于10毫米并小于20毫米(优选小于15毫米)时，一方面长丝在浴中仅受到轻微的阻力并且凝固剂的用量小，另一方面，(长丝)在凝固浴中的停留时间足够长以便获得所需的凝固。
根据本发明的方法使得可以使用相对紧凑的纺丝设备或者给现有的纺丝设备配备纺丝孔数量更多的纺丝板。例如，有可能在每个纺丝位生产1000至3000根长丝。
这些有利结果可能归因于凝固剂在其流向长丝束芯部时受到的阻力小(换言之，可将其称做高长丝束渗透性)。该阻力取决于(凝固剂)将要行经的路线即长丝束宽度的一半，以及各根长丝之间的间隔(间距)。
优选地，将纺丝孔分组到多于一个的纺丝区域中。然后可将这些分开的部分彼此相对地定位，以便确保凝固剂的接近流动可能受到的阻碍最小，而且最大可能地避免干扰该凝固浴。
此外，优选地，将各分开的纺丝区域定位成(长丝)在从不同纺丝区域的纺丝孔挤出时，最外侧长丝之间的最大间隔较小，从而例如，向一导丝器的会聚度可较低。
一种定位纺丝区域的更高效方法是，在一个圆上等距离分布各纺丝区域，使每个纺丝区域的纵向与半径重合。这种定位几乎(或完全)不阻止凝固剂的接近流动，并且使每束长丝的会聚度低。这些纺丝区域可具有任何需要的形状，但是，在许多实例中优选矩形纺丝区域。
为了进一步降低丝束或各丝束的会聚度，优选为凝固浴的底端就每个纺丝区域提供一个开口，其投影优选与纺丝区域的投影具有类似的形状并且宽度略微更窄。另外，如果此开口的长度比纺丝区域的长度略微更长，则这有助于纺丝内加工(in-spinning process)。在这种情况下，凝固浴底端开口的长度和宽度均不会引起丝束大量的会聚，而且避免了长丝被压在一起或者受到沿缝隙或隔膜边缘刮蹭所造成的损伤。通常，(开口的长度和宽度)相对于纺丝区域的长度和宽度的差异应当是适度的。这种差异优选不超过纺丝区域长度的60％且不超过其宽度的100％，更优选分别不超过其长度和宽度的35％和55％。
通过将线状挤出物经气态惰性介质(气隙)行进的距离选择在大于0.5毫米并小于16毫米的范围内，能够进一步增强按本发明方法所得长丝的物理性能。
在本发明的框架之内，术语“间距”用于表示相邻纺丝孔的纺丝孔中心之间的平均距离。
以下将参考示例和附图进一步说明本发明，但本发明不受这一示例限定。
图1示出根据本发明的纺丝板的仰视图，该纺丝板具有8个矩形纺丝区域；图2示出根据本发明的纺丝装置的横截面图；图3示出图2纺丝装置的隔膜的细节；以及图4-6示出根据本发明的凝固浴中以及未遵照本发明的参照浴中蓄击(impoundment)出现时的效果。
具体实施例方式
图1中示出一具有8个矩形纺丝区域2的纺丝板1。每个纺丝区域2包含许多纺丝孔3(仅在其中一个纺丝区域中示出)。
图2中示出可解释本发明的方法的根据本发明的一个装置。光学各向异性的纺丝溶液经纺丝板1被挤出，经一缝隙或隔膜5进入凝固浴4中，该纺丝板1包括带有许多纺丝孔3的纺丝区域2，该缝隙和隔膜5的边缘6a，6b由具有顶侧8a，8b和底侧9a，9b的板7a，7b形成，板7a，7b的顶侧8a，8b是指距纺丝区域2距离最短的侧面。通过纺丝区域2中心13并垂直于顶侧8a，8b的直线10与通过缝隙或隔膜5中心14的平行直线11之间的一距离被设置为d。中心14是指在边缘6a和6b与直线段15a和15b之间并由其限定的区域的中心，该区域就是缝隙或隔膜5并且该直线段15a是边缘6a和6b顶角之间的线段，而直线段15b是边缘6a和6b底角之间的线段，在图3中示出此区域的横截面和中心14。
板7a，7b到纺丝区域2的距离是指板7a，7b顶侧平面与穿过纺丝区域2的中心13的垂直平面的最短距离。在图4中示出通过凸状纺丝区域2的中心13的垂直平面与板7b顶侧8b间的距离“a”。
在另一个实施例中(未示出)，其中一块板比另一块板厚。当这些板的底侧设置成相同或基本相同的高度时，这些板的顶侧到纺丝区域2的中心13的距离将会不同。在所有实施例中，这些纺丝区域2中的每一个均结合有一个缝隙或隔膜5。一个缝隙或隔膜5不能(经纺制的纤维)结合多于一个纺丝区域2。
板7a，7b中每一块的厚度优选在0.5和5毫米之间独立地进行选择。
优选地，在本发明的气隙纺丝装置中，板7b到纺丝区域2的距离比另一块板7a到所述纺丝区域2的距离短，而且直线10到板7a的边缘6a的距离比到另一块板7b的边缘6b的距离短。因此，距离d优选为0.4到50毫米。更优选为1到2毫米。
已经发现，使板7a，7b具有和直线10与直线11之间的距离d基本相同的厚度是特别有益的。
当缝隙或隔膜5(的投影)与纺丝区域2(的投影)具有基本相同的大小和形状时能够获得特别好的结果。在实践当中，缝隙或隔膜5与纺丝区域2具有相同的形状，但优选略小于该纺丝区域2。另外，当缝隙或隔膜5略长于该纺丝区域时，容易进行纺丝。优选用恰好位于缝隙或隔膜5上方的一盖板封闭该纺丝装置(未示出)。
示例根据US 4,308,374的示例6中所述工序的类似方式，用N-甲基吡咯烷酮与氯化钙的混合物制备聚(对苯二甲酰对苯二胺)。在中和、洗涤和干燥后，获得特性粘度是5.4的一种聚合物。
根据US 4,320,081的示例3中所述方式，在浓度99.8％的硫酸中溶解该聚合物。如此制备的纺丝溶液的聚合物浓度为19.4％。
采用不同的纺丝板/隔膜实施方案对这种纺丝溶液进行纺丝(参见图4至6)。
根据EP0,904,431中公开的纺丝板是外径为90毫米的圆形纺丝板1，设置有8个矩形纺丝区域2(2.65毫米宽和18.4毫米长)，每个纺丝区域具有250个纺丝孔3，并在纺丝板1上等距离地分布。纺丝孔3的直径为65微米且一个到另一个的距离(间距)为0.5毫米(从而该间距与纺丝区域2宽度的比为0.5/2.65＝0.19)。
经一6毫米长的气隙将纺丝溶液纺丝到凝固浴中。凝固剂由硫酸浓度为2％且温度为13℃的水构成。纺丝速度为300米/分钟，而且对3360dtex的整个纤维束的拉伸比是6.8。根据ASTM D885测定各项物理性质。
在凝固浴表面以下10毫米处，提供8个隔膜(1.26毫米×24毫米的矩形)，其中每一个都能够略微偏移地定位在一纺丝区域之下。可将隔膜的板7a，7b两者同时向垂直于长丝的同一个方向偏移，这样可以使隔膜5相对于纺丝区域2定位。可以从等级标志读出该偏移距离。采用这一方法能够将通过纺丝区域2中心13并垂直于板7a，7b顶侧8a，8b的直线10与通过隔膜5中心14的平行直线11之间的距离设定为d，变动范围为-10至+10毫米(包括直线10和11彼此重合时的0毫米)。
当d设定为0毫米时，实际上不可能进行纺丝，这是因为剧烈的凝固浴运动产生的浴蓄击高达5毫米。图4中示出了这一点(参考示例)。
图5示出导致高达4毫米的蓄击的(凝固浴的)类似运动的发生。其中纺丝区域2朝板7b方向偏移-1.5毫米的距离d，相对于顶侧8a，板7b的顶侧8b到纺丝区域中心13距离最短(参考示例)。此实施方案中纺丝非常困难，而且需要将气隙加长到不能接受的尺寸。
另外，发现长丝的粘结度有相当大的增加(多达25％的长丝发生粘结)。
图6中示出的情形是，纺丝区域2在朝板7a的方向上偏移+1.5毫米的距离d，相对于顶侧8b，顶侧8a到纺丝区域的中心13距离最大。凝固浴不发生干扰运动，并且能容易地进行纺丝。用此实施方案生产的纱线，一束纱线的线性密度为3420dtex，纱线强度为2225mN/tex，而且粘结度小于1％。
已经发现0.5毫米＜d＜2毫米时可获得最佳的效果。
权利要求
1.一种由光学各向异性纺丝溶液生产长丝的方法，其中该纺丝溶液经一包括一带有许多纺丝孔(3)的纺丝区域(2)的纺丝板(1)被挤出，经一其边缘(6a，6b)由具有顶侧(8a，8b)和底侧(9a，9b)的板(7a，7b)形成的缝隙或隔膜(5)进入一凝固浴(4)中，该板(7a，7b)的顶侧(8a，8b)是指距该纺丝区域(2)距离最短的侧面，其特征在于，通过该纺丝区域(2)的中心(13)并垂直于该顶侧面(8a，8b)的直线(10)与通过该缝隙或隔膜(5)的中心(14)的一平行直线(11)之间被设置一距离(d)，该缝隙或隔膜(5)的投影与该纺丝区域(2)的投影具有基本相同的大小和形状，并且一块板(7b)的顶侧(8b)的平面比另一块板(7a)的顶侧(8a)的平面到该纺丝区域的中心(13)的距离短，且该直线(10)到该板(7a)的边缘(6a)的距离比到该板(7b)的边缘(6b)的距离短。
2.一种气隙纺丝装置，它包括一具有一带有许多纺丝孔(3)的纺丝区域(2)的纺丝板(1)，和一带有由具有顶侧(8a，8b)和底侧(9a，9b)的板(7a，7b)形成的边缘(6a，6b)的缝隙或隔膜(5)，该板(7a，7b)的顶侧(8a，8b)是指距该纺丝区域(2)距离最短的侧面，其特征在于，通过该纺丝区域的中心(13)并垂直于该顶侧面(8a，8b)的一直线(10)与通过该缝隙或隔膜(5)的中心(14)的一平行直线(11)之间具有一距离(d)，该缝隙或隔膜(5)的投影与该纺丝区域(2)的投影具有基本相同的大小和形状，并且一块板(7b)的顶侧(8b)的平面比另一块板(7a)的顶侧(8a)的平面到该纺丝区域的中心(13)的距离短，且该直线(10)到该板(7a)的边缘(6a)的距离比到该板(7b)的边缘(6b)的距离短。
3.一种根据权利要求2所述的气隙纺丝装置，其特征在于，该板(7a，7b)中的每一块板的厚度独立地为0.5到5毫米。
4.一种根据权利要求2或3所述的气隙纺丝装置，其特征在于，该直线(10)和该直线(11)之间的该距离(d)是0.4到50毫米。
5.一种根据权利要求4所述的气隙纺丝装置，其特征在于，该直线(10)和该直线(11)之间的该距离(d)是1到2毫米。
6.一种根据权利要求2-5中任何一项所述的气隙纺丝装置，其特征在于，该板(7a，7b)中的每一块板的厚度与该直线(10)和该直线(11)之间的该距离(d)基本相同。
7.一种根据权利要求2-6中任何一项所述的气隙纺丝装置，其特征在于，该缝隙或隔膜(5)的投影比该纺丝区域(2)的投影长度略微长，且宽度略微窄。
全文摘要
本发明涉及一种由光学各向异性纺丝溶液生产长丝的方法，其中该纺丝溶液经包括带有许多纺丝孔的纺丝区域的纺丝板被挤出，经一其边缘由具有顶侧和底侧的板形成的缝隙或隔膜进入凝固浴中，该板的顶侧是指距纺丝区域距离最短的侧面，其特征在于，通过纺丝区域中心并垂直于顶侧面的直线与通过缝隙或隔膜中心的平行直线之间被设置一距离(d)，该缝隙或隔膜的投影与该纺丝区域的投影具有基本相同的大小和形状，并且一块板的顶侧平面比另一块板的顶侧平面到纺丝区域中心的距离短，且该直线到一块板边缘的距离比到另一块板边缘的距离短。此外，本发明还涉及一种实施所述方法的气隙纺丝装置。
文档编号D01F6/60GK1620526SQ03802582
公开日2005年5月25日 申请日期2003年1月18日 优先权日2002年1月24日
发明者J·J·米尔曼, W·M·勒洛夫斯 申请人:泰金特瓦隆有限公司