专利名称：无纺织物的制造方法
技术领域：
本发明涉及由纤维素尤其由纤维素溶液制成的无纺织物的制造方法。
通过将纤维素在氧化胺溶剂中的溶液纺丝，然后在水或氧化胺稀水溶液中沥滤，制成随后能够切成短纤维的纤维素长丝，就可以制成纤维素纤维和长丝。挤出和凝固工艺称为溶剂纺丝，这样制成的溶剂纺丝纤维素纤维统称为莱塞尔(lyocell)。
将短纤维分裂就有可能制成低于1.0分特的小分特纤维。然而，这很昂贵，而且能耗高。
本申请的国际专利申请PCT/GB97/03391揭示了制造纤维素纤维无纺织物的方法，该纤维素织物由这样形成的纤维制成从至少一个喷丝孔挤出纤维素溶液，并使挤出物纤维受到高速气流的作用，在一个纤维随之凝固其上的表面上收集纤维。纤维在凝固前会粘结起来，形成高度粘结的致密无纺织物。
在一些应用中，例如对于过滤材料，或者对于需要具有高保水性能的材料，不要求高度粘结的高密度织物网。
本发明提供一种制造高膨松和较低密度的纤维素无纺织物的方法。
根据本发明提供的一种制造纤维素无纺织物的方法，其中自喷丝头制成的挤出纤维受到高速气流作用，而且纤维经过一个蒸汽雾，在纤维网收集之前，该蒸汽雾至少使纤维部分凝固。
挤出纤维在气流作用下变细，而且会断裂成不定长长度。
蒸汽雾可以由任何合适的凝固剂形成。该雾优选是水雾，尽管也可以使用例如低级烷醇。方便地，可以自位于喷丝头下面的喷嘴喷出水雾。
纤维素溶液优选是纤维素在氧化胺溶剂中的溶液，一般为氧化叔N-胺，尤其为N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)。纤维素溶液可以含有4-22％(重量)聚合度为200-5000、更典型400-1000的纤维素，优选10-15％(重量)。
在优选的实施方式中，纤维素溶液含有14％(重量)的纤维素，12％(重量)的水和74％(重量)的NMMO，纤维素的聚合度约为600。
收集形成的微细纤维或原纤维，然后用水或者含有最高达20％(重量)氧化胺的氧化胺稀水溶液进一步凝固(也称为“再生”)。原纤维可以直接收集在凝固浴中，或者可以收集在一个表面上，然后进一步凝固。
优选空气或干蒸汽的气流以200-500米/秒的速度吹到挤出纤维上，该气流的温度为100-155℃，对于14-15％的纤维素浓度优选约145℃。浓液的纤维素含量越低，使用的空气温度可以越低。气流速度应当至少是从喷丝头挤出的纤维的速度的50倍，优选为该速度的1000-20000倍。空气以相对于挤出纤维纵向轴优选为15-45°、更优选约为30°的斜角导向挤出纤维。气流也可以以相对于喷丝头的第二斜角进行偏向，不使气流轴和纤维轴相叉，而使气流与挤出纤维表面相切。
纤维收集表面可以是柔软的或弹性的。纤维优选收集到一个泡沫床上，泡沫床优选浸在水中或NMMO水溶液中。
本发明也提供莱塞尔无纺织物，其中纤维粘结或缠结起来，而不需要粘合剂，织物密度不大于175克/分米3，和/或断裂伸长率至少为7％。
下面，仅利用实施例，参照附图，详细说明本发明，其中
图1是根据本发明制造无纺织物的设备的实施方式示意图；图2是用于图1设备中的喷丝板平面图；图3是图2所示喷丝板的侧视图，内部通道用虚线表示；图4是通过图2和3所示喷丝板的轴向剖面图。
图1显示了带有喷丝板11的挤出机10。含有14％(重量)纤维素、12％(重量)水和74％(重量)N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)的溶液喂入挤出机。纤维素的平均聚合度约为600。
纤维素溶液可以按WO94/28217所述方法制备。挤出机内的纤维素溶液的温度保持于95-110℃间，优选105℃，并强制通过喷丝板挤出成纤维素浓液的连续长丝。
图2和3所示的喷丝板11可以直接固定到挤出机10上，或可以固定到适配器(未示出)上，再固定在挤出机10上。喷丝板11在其背面12上带有具有螺纹的中空柱螺栓13，而且喷丝板11具有终端为喷孔15的中央通道14。喷孔直径为0.2-0.3毫米，优选约0.27毫米。
纤维素溶液在压力下强制进入通道14，并通过喷孔15挤出。喷丝板11也具有许多排气通道16，优选3个，环绕中央通道14间隔排列。每个气体通道16都相对于喷孔轴倾斜，它们环绕喷孔15环状等间距排列，使每股离开各自通道16的气流都对挤出长丝具有同样的效果。
气体通道16与喷孔的纵向轴具有15-45°、更优选30°的斜角或收敛角。通道16也是斜的，使通道16的轴不会自身会聚。气体通道的直径约为2.0毫米。喷丝板的背面12内具有环形的凹槽17，它与三个通道16的末端联通。
当喷丝板固定到挤出机上时，中央通道14与纤维素溶液喂入料相通，环形通道17与供应的气体(优选压缩空气)相连。
参见图1，压缩空气自供应源(未示出)通过流量调节阀21、流量表22、加热器23和温度感应器24，喂入到喷丝板内空气通道17中。感应器24可以与空气加热器23相连，来控制空气温度。
自喷丝板11挤出的长丝在从排气通道16出来的高速气流25作用下变细，长丝受拉伸和断裂，纤维被直接吹入凝固浴27中或者优选吹到距喷丝板11约30厘米的支撑表面26上。纤维素溶液的流量优选约0.2克/分钟。在所示实施方式中，支撑表面26为可旋转鼓28外周表面，旋转鼓28以约10转/分钟(rpm)旋转，在鼓上形成无纺织物层。
挤出长丝经过水蒸汽的细雾30，水蒸汽的细雾由位于喷丝板11下面约10厘米的气体喷雾喷嘴32喷出的水产生。
鼓表面可以用柔性材料覆盖，例如泡沫层，优选2毫米厚的平均单元尺寸为50微米的聚氨酯泡沫层。泡沫可以浸在水中或NMMO水溶液中。
在鼓28上形成无纺织物层之后，鼓28浸没在含有合适凝固剂例如水或氧化胺的稀水溶液的凝固浴27中，使鼓上的纤维素无纺织物凝固。洗涤脱除溶剂后，织物层在鼓上干燥。
表1总结了用于形成挤出长丝的各种条件。
表1
2.4升/秒的气流量约等于250米/秒的流速。
根据本发明制备了样品3和4。
表2通过厚度测量总结了网的膨松性，采用装有膜/网测试板的Mitutoyo刻度测厚仪测试厚度。因为单位重量不同，所以将厚度归一化至单位重量25克/米2。
表2
可以看到，按本发明制成的样品为密度不大于170克/分米3的低密度织物。
参见样品4，泡沫有两个作用，即(a)冲击到硬收集器表面上的初生纤维在冲击时会熔合-柔性表面可移走一些冲击能量并减少粘结，(b)冲击时泡沫被压缩，包含于其孔内的凝固剂排到表面上，有助于快速再生。
为了评价力学性能，从网上切下5毫米宽的条，在Testometric PCX材料张力测试仪上，以20毫米的夹距和20毫米/分钟的十字头速度进行测量。显示绝对拉伸强力的同时，也显示归一化至单位重量25克/米2的拉伸强力，以更好地反映相对力学性能，因为它可避免单位重量的变化。
表3总结了形成于鼓26上的织物的性能。
表3
对于样品2、3和4，由于鼓表面部分浸在凝固浴中，因此鼓表面湿润，与湿鼓接触或先前铺设的纤维发生进一步的凝固。
对于样品1，鼓表面是干燥的，织物在鼓上形成之后进行再生。
通过蒸汽雾后在鼓上收集的样品3和4，显然具有较低的拉伸强力，但断裂伸长较大。并且在断裂点之后，仍然保持部分完整性。这些高膨松性材料适用作过滤器和高吸收材料。
虽然本发明描述了含有14％纤维素的纤维素溶液的变细，但本发明也可应用于其他的溶液，例如在PCT/GB97/03391中描述的溶液，其内容引入本发明中以供参考。
权利要求
1．一种制造纤维素无纺织物的方法，该纤维素无纺织物由这样形成的纤维制成将纤维素溶液通过至少一个喷丝头挤出，并使挤出纤维受到高速气流的作用，在纤维网收集之前，纤维通过至少可使部分纤维凝固的蒸汽雾。
2．如权利要求1所述的方法，其中所述的纤维素溶液是在氧化胺溶剂中的溶液，而且蒸汽雾是水雾。
3．如权利要求1或2所述的方法，其中所述的气流速率至少为200米/秒。
4．如权利要求3所述的方法，其中所述的气流流速至少为挤出物流速的50倍。
5．如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述的气流温度至少为100℃。
6．如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述的雾由与喷丝头间隔并位于喷丝头下面的喷嘴形成。
7．如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述的纤维素溶液含有4-22％(重量)纤维素，优选约10-15％(重量)的纤维素。
8．如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述的纤维素的平均聚合度约为600。
9．如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述的气流包括以与挤出纤维轴约成30°斜角导向纤维的压缩空气。
10．如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述的纤维网收集到干燥表面上，随后用凝固剂进一步处理所述纤维网。
11．如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述的纤维网收集到被凝固剂湿润的表面上。
12．如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述的纤维网收集到柔性表面上。
13．如权利要求12所述的方法，其中所述的柔性表面为约2毫米厚的泡沫层。
14．由权利要求1-13中任一项所述的方法制成的莱塞尔无纺织物。
15．莱塞尔无纺织物网，其中纤维不需粘合剂就可粘结起来，该织物网的密度低于175克/分米3。
16．如权利要求14所述的无纺织物，其中所述织物的断裂伸长率至少为7％。
17．莱塞尔无纺织物网，其中纤维不需要粘合剂就可粘结起来，该处织物网的断裂伸长率至少为7％。
全文摘要
一种纤维素无纺织物的制造方法,它包括这样形成的纤维:将纤维素溶液经过至少一个喷丝孔挤出,并使挤出纤维受到高速气流的作用。在纤维网收集之前,纤维通过至少可使部分纤维凝固的蒸汽雾。利用这种方法,就可以获得膨松性高和密度较低的织物。
文档编号D04H3/03GK1304464SQ9980703
公开日2001年7月18日 申请日期1999年6月4日 优先权日1998年6月5日
发明者S·J·劳 申请人:谭叟有限公司