СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗНОГО ВОЛОКНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК D01F2/00 D01D5/06 D01D5/88 

Изобретение относится к способу изготовления целлюлозного волокна, по которому раствор целлюлозы в третичной аминоокиси в теплом состоянии формуется в элементарное волокно, элементарное волокно охлаждается и затем помещается в осадительную ванну для осаждения растворенной целлюлозы, а также устройству для осуществления способа.

Из патента США N 2179181 известно, что третичные аминоокиси могут растворять целлюлозу и что из этих растворов путем охлаждения можно получать целлюлозное волокно. Способ изготовления подобных растворов известен, например, из европейской заявки N 0356419, кл. C 08 J 03/09, 1990. Согласно этой публикации, сначала приготавливается суспензия целлюлозы в вязкой третичной аминоокиси. Аминоокись содержит до 40 весовых процентов воды. Водная суспензия целлюлозы нагревается и при снижении давления воду отводят до тех пор, пока целлюлоза не перейдет в раствор. Способ проводится в вакуумируемом смесительном устройстве собственной конструкции.

Из заявки ФРГ N 2844163, кл. D 01 F 11/02, 1979, известно, что для получения целлюлозного волокна между фильерой и осадительной ванной предусматривается воздушный отрезок или воздушный зазор для обеспечения вытяжки фильеры. Эта вытяжка фильеры необходима, так как после контакта сформованного прядильного раствора с водной осадительной ванной растяжение нитей затруднено. В осадительной ванне фиксируется установленная в воздушном зазоре структура волокна.

Способ указанного вначале вида известен из заявки ФРГ N 2830685, кл. D 01 F 2/00, 1979, в которой раствор целлюлозы в третичной аминоокиси в теплом состоянии формуется в элементарное волокно, элементарное волокно охлаждается воздухом и затем помещается в осадительную ванну для осаждения растворенной целлюлозы. Поверхность спряденных нитей смачивается далее водой для уменьшения их склонности к прилеганию к соседним нитям.

Оказалось, что все эти способы уровня техники с точки зрения образования элементарных нитей и текстильных свойств волокна неудовлетворительные. Ввиду короткого зазора между фильерой и осадительной ванной, который составляет несколько сантиметров, и связанного с этим лишь небольшого времени, в течение которого могут устанавливаться свойства волокна, трудно добиться для всех элементарных нитей пряди и для полученного после осаждения волокна, например, равномерного титра, равномерной прочности и вытяжки.

Изобретение ставит своей задачей таким образом усовершенствовать упомянутый выше способ, чтобы, используя фильеру с высокой плотностью отверстий, можно было прясть плотную прядь нитей, в которой можно было лучше обеспечивать текстильные свойства спряденных нитей.

Эта задача решается согласно изобретению таким образом, что в способе изготовления целлюлозного волокна, в котором раствор целлюлозы в третичной аминоокиси формуется в теплом состоянии в элементарные нити, элементарные нити охлаждаются и затем помещаются в осадительную ванну для осажденной целлюлозы, сформованный раствор перед помещением в осадительную ванну подвергается охлаждению в основном ламинарным потоком газа.

Изобретение исходит из того факта, что посредством обдувки инертным газом, преимущественно воздухом, можно оказывать влияние на текстильные свойства волокон. Процесс охлаждения выходящих из фильеры элементарных нитей влияет наряду с качеством нитей также на растяжение и вытягивание нитей. Согласно изобретению было установлено, что можно получать волокна с одинаковыми свойствами, если только что выжатые элементарные нити обдувать потоком охлаждающего газа, не имеющего по возможности турбулентности, т.е. ламинарным потоком. Это обеспечивает значительное усовершенствование прядильного процесса.

Предпочтительный вариант способа по изобретению состоит в том, что ламинарный поток газа направлен в основном вертикально на элементарные нити.

Оказалось, что предпочтительно пропускать теплый целлюлозный раствор через фильеру с множеством прядильных отверстий, расположенных кольцеобразно, вследствие чего образуется кольцеобразная прядь элементарных нитей, причем ламинарный поток газа предусмотрен в центре образуемого прядильными отверстиями кольца и направлен радиально наружу.

Изобретение относится также к устройству для осуществления способа по изобретению, которое содержит подвод для охлаждающего газа и фильеру с прядильными отверстиями, которые расположены в основном кольцеобразно для образования кольцеобразной пряди элементарных нитей, и отличается тем, что подвод для охлаждающего газа предусмотрен в центре кольца, образуемого расположением прядильных отверстий, а подвод выполнен таким образом, что на элементарные нити попадает в основном ламинарный поток газа, и элементарные нити охлаждаются ламинарным потоком газа.

Целесообразный вариант исполнения устройства по изобретению состоит в том, что подвод для охлаждающего газа имеет подводящий патрубок и отражательный диск для отклонения потока газа, причем отражательный диск выполнен таким образом, чтобы поток газа при отклонении оставался по возможности ламинарным.

Способ по изобретению объясняется детальнее с помощью чертежей и примеров.

На фиг. 1 схематично представлено осуществление способа сухого/мокрого прядения для изготовления целлюлозного волокна по уровню техники; на фиг. 2: а - предпочтительный вариант прядильного устройства по изобретению, b - часть фиг. 2а в увеличенном масштабе; на фиг. 3 приведено для сравнения известное устройство.

На фиг. 1 цифрой 1 обозначена нагреваемая (нагрев не показан) фильера, которая через подвод 2 загружается прядильной массой 3, т.е. теплым раствором целлюлозы с температурой около 100^oC. Насос 4 служит для дозировки прядильной массы и установления необходимого для выдавливания давления. Вытесняемая из фильеры 1 через прядильные отверстия прядь нитей обозначена цифрой 5.

Прядь нитей поступает через воздушный отрезок, который определяется расстоянием фильеры 1 от поверхности осадительной ванны 6, поступает в осадительную ванну 6 и затем концентрируется направляющим роликом 7 и оттягивается. Вытесненная прядь нитей 5 охлаждается воздухом, что схематично показано на чертеже стрелкой. Вытяжка обеспечивается, когда прядь нитей 5 оттягивается с большей скоростью через ролик 7, чем когда она выходит из фильеры 1.

На фиг. 2а приведена в разрезе кольцеобразная нагреваемая (нагрев не показан) фильера 1' и обдувочное устройство, состоящее из центрального трубообразного подвода 8 для охлаждающего газа и отражательного диска 9 для отклонения потока газа с вертикального в, в основном, горизонтальное направление. Кольцеобразная фильера 1' загружается в не указанном на чертеже месте прядильной массой 3', которая прядется в плотную кольцеобразную прядь нитей 5', которая изнутри обдувается охлаждающим газом. Обдувочное устройство показано на чертеже штриховой стрелкой. Охлаждающий воздух выходит таким образом из кругового щелевого сопла, которое образовано отражательной пластиной 9 и сопряженной деталью 10. Поток газа попадает на дискообразную отражательную пластину 9, отклоняется горизонтально, выходит в виде ламинарного потока газа и попадает на кольцеобразную прядь нитей 5' на ее внутренней стороне.

Приведенный на фиг. 2а вариант исполнения устройства по изобретению имеет для создания ламинарного потока охлаждающего газа отражательную пластину, которая отклоняет вертикальный поток охлаждающего газа без резкого перехода, в основном, в горизонтальный поток газа.

На фиг. 2b приведена в увеличенном виде та часть фиг. 2а, которая предусмотрена для поддержания ламинарного потока.

Приведенные на фиг. 2b углы имеют предпочтительно следующие величины:
α (отражательная пластина): ≤ 12^o, предпочтительно 3-8^o;
β (верхний направляющий приток): ≤ 10^o, предпочтительно 4-8^o;
δ (наружный выступ): ≤ 30^o, предпочтительно 15-25^o;
δ(α+β) ≤ 22^o.

Резкий переход между подводом 8 и отражательным диском 9 приводит к сжатию струи воздуха с образованием высокой турбулентности.

Приведенное на фиг. 2b обдувочное устройство может образовывать вместе с фильерой 1' конструктивный узел или быть отдельным конструктивным элементом, на котором расположена кольцеобразная фильера 1'. Целесообразно, чтобы между устройством для обдувки и фильерой была предусмотрена изоляция (не показана), чтобы препятствовать переходу от прядильной массы к охлаждающему воздуху.

Предпочтительно также, чтобы круговая выходная щель после отклонения потока газа открывалась с общим углом раскрытия ≤ 22^o.

Благодаря непрерывному увеличению поперечного сечения сопротивление протеканию охлаждающего газа сводится к минимуму. Малый общий угол раскрытия препятствует отрыву потока охлаждающего газа и обеспечивает свободное от турбулентности обтекание элементарных нитей.

Далее оказалось, что поток газа после прохождения через прядь нитей возвращается частично ввиду образования вихря снова нагретым в прядь нитей, что приводят к недостаточному и нерегулярному охлаждению. Следствием является различное вытяжение пряди элементарных нитей, что может вызвать неравномерное нагружение силой вытяжения пучков элементарных нитей и привести к капиллярным трещинам, нарушениям прядения и склеиваниям. Для избежания этого и дальнейшей оптимизации процесса прядения предпочтительный вариант исполнения устройства по изобретению имеет кольцеобразный выступ 11, который отклоняет проходящий через прядь нитей поток охлаждающего газа с уровня фильеры легко вниз.

С помощью описываемых ниже примеров исполнения изобретение объясняется детальнее.

Пример и сравнительный пример.

Приготовленный согласно описанному в европейской заявке N 0356419, способу раствор целлюлозы фильтровался и в теплом состоянии подвергался прядению по приведенному на фиг. 1 способу, причем в качестве прядильного устройства применялось приведенное на фиг. 2а в сравнительном примере приведенное на фиг. 3 в разрезе устройство. Оба устройства имеют одинаковый внутренний диаметр трубообразного подвода 8 для охлаждающего газа (44 мм) и одинаковый диаметр отражательного диска 9 (104 мм). В примере (устройство по изобретению) углы α и β составляли соответственно 5^o, общий угол раскрытия δ составил таким образом 10^o. Угол δ составил 5^o.

В таблице приведены изготовленная прядением для примера и сравнительного примера масса целлюлозного раствора в час (кг/час), ее состав (весовые проценты), ее температура (^oC) при прядении, плотность отверстий (отверстий на мм²) фильеры, диаметр прядильных отверстий (μ), вытяжка фильеры, подача охлаждающего воздуха (м²/час), его температура (^oC), температура (^oC) отводимого внутреннего охлаждающего воздуха, вытяжка волокна, содержание NMMO осадительной ванны (масса - % NMMO) и конечный титр изготовленного волокна (dtex).

Таким образом видно, что благодаря выполненному целесообразно с точки зрения протекания устройству для обдувки достигаемая тонкость нити (равна минимальному титру нити в dtex) в решающей степени определяется прохождением охлаждающего газа. Отношение вытяжки фильеры 14,5:1 достигалось лишь с помощью обдувочного устройства по изобретению, причем тонкость нити составляла 1,18 dtex. В сравнительном примере достигаемая тонкость нити была примерно на 20% хуже.

Раствор целлюлозы в третичной аминоокиси в теплом состоянии формуют в элементарные нити, далее последние охлаждают и помещают в осадительную ванну для осаждения растворенной целлюлозы. Перед помещением в осадительную ванну сформованный раствор охлаждают в основном ламинарным потоком газа. Устройство содержит подвод для охлаждающего газа и фильеру с прядильными отверстиями. Последние расположены кольцеобразно для образования кольцеобразной пряди элементарных нитей. Подвод предусмотрен в центре образуемого прядильными отверстиями кольца и выполнен так, что ламинарный поток попадает на элементарные нити и охлаждает их. Изобретение позволяет за счет усовершенствования прядильного процесса выпрядать плотную прядь нитей с улучшенными текстильными свойствами. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ изготовления целлюлозного волокна, при котором раствор целлюлозы в третичной аминоокиси в теплом состоянии формуют в элементарные нити, элементарные нити, охлаждают и затем помещают в осадительную ванну для осаждения растворенной целлюлозы, отличающийся тем, что сформованный раствор перед помещением в осадительную ванну охлаждают в основном ламинарном потоком газа. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ламинарный поток газа направлен в основном вертикально на элементарные нити. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что теплый целлюлозный раствор пропускают через фильеру (1') со множеством прядильных отверстий, которые расположены кольцеобразно, вследствие чего образуется кольцеобразная прядь элементарных нитей (5'), причем ламинарный поток газа предусмотрен в центре образованного прядильными отверстиями кольца и радиально направлен наружу. 4. Устройство для изготовления целлюлозного волокна, содержащее подвод для охлаждающего газа и фильеру (1') с прядильными отверстиями, которые расположены в основном кольцеобразно для образования кольцеобразной пряди элементарных нитей (5'), отличающееся тем, что подвод для охлаждающего газа предусмотрен в центре образуемого расположением прядильных отверстий кольца и выполнен таким образом, что в основном ламинарный поток газа попадает на элементарные нити, и элементарные нити охлаждаются ламинарным потоком газа. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что подвод для охлаждающего газа имеет подводящий патрубок (8) т отражательный диск (9) для отклонения потока газа, причем отражательный диск выполнен таким образом, чтобы поток газа при отклонении оставался по возможности ламинарным.