專利名稱：制造纖維的裝置及方法
制造纖維的裝置及方法本申請為國際申請?zhí)枮镻CT/US2004/010574 ，國家申請?zhí)枮?200480008233.0、申請日為2004年4月7日、發(fā)明名稱為"制造纖維的 裝置及方法"的專利申請的分案申請。發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明通常涉及一種制造纖維以及包含纖維的產(chǎn)品的裝置和方法。更 具體地講，本發(fā)明涉及一種包括高產(chǎn)模具的裝置以及紡制纖維的方法。發(fā)明背景人造纖維以及包含這樣的纖維的無紡材料紡織品在工業(yè)品和消費(fèi)品中 具有很多不同的用途。例如，人造纖維常用于吸收制品中，如尿布、婦女 衛(wèi)生制品、擦拭物、衣服、外包裝、毛巾、薄紙、手術(shù)包裹物、睡袍、墻 紙、建筑材料、書寫介質(zhì)、過濾器、絕緣體以及在汽車、航空、航海和軍 事上的應(yīng)用。由于對具有不同特性的不同類型人造纖維的需要，人們已經(jīng) 提出了許多方法并且發(fā)明了許多裝置。一些最流行的纖維成形技術(shù)包括熔噴法、濕紡法和干紡法。在每個這 樣的方法中，纖維材料被軟化成易流動的狀態(tài)并被強(qiáng)制通過模具和/或噴 絲頭以形成雛形纖維，然后雛形纖維典型地被機(jī)械拉伸以形成所需要的末 端纖維。纖維的熔噴法通常包括將熱塑性材料熔化；形成纖維；然后冷 卻熱塑性材料以形成固體纖維。濕紡法通常涉及將從聚合物與溶劑的溶液 中形成的纖維沖壓到凝結(jié)池中，例如硫酸鈉的水溶液。干紡法典型地涉及 將聚合物與溶劑的溶液沖壓到空氣中以形成固體纖維。通過這些方法形成 的纖維常收集在例如傳送帶的表面上以形成無紡織網(wǎng)，或者進(jìn)行化學(xué)處理 或機(jī)械操作以改變或提高其性能。熔噴和紡制纖維的方法及裝置的實(shí)施例 在下列專利中描述授予Lohkamp的美國專利3,825,379;授予Mende 的美國專利4,826,415和5,017,112; 授予Rhim的美國專利5,445,785;授予Schwarz的4,380,570、 5,476,616和6,013,223以 及授予Sanborn的6,364,647 Bl。然而，盡管這些所知的方法及裝置是成功的，但是本領(lǐng)域仍有改進(jìn)的 必要。例如，期望提供一種更具效率地形成纖維的方法及裝置。也期望提 供一種形成尺寸更小和/或更均勻的纖維的方法及裝置。而且，期望提供 一種形成纖維的方法及裝置，其中與模具中拉細(xì)介質(zhì)有關(guān)的壓降比已知的 纖維制造裝置及方法較小。也期望提供一種形成纖維的方法及裝置，其中 在裝置內(nèi)的拉細(xì)介質(zhì)與從裝置出來后的拉細(xì)介質(zhì)之間的壓差的減小，允許 在拉細(xì)區(qū)域的拉細(xì)介質(zhì)中比現(xiàn)有纖維形成方法及裝置具有較高的相對溶劑 蒸汽含量。甚至還期望提供一種從非熱塑性和/或溶劑可溶解材料形成纖 維的方法及裝置。還進(jìn)一步期望提供一種包含多排紡孔的高產(chǎn)模具裝置， 這些紡孔可從非熱塑性和/或溶劑可溶解材料形成纖維。還期望提供一種 形成纖維的方法及裝置，其中與在模具中的拉細(xì)介質(zhì)有關(guān)的低壓降甚至在 拉細(xì)介質(zhì)的流速和/或速度類似于常規(guī)模具時也提供高的相對溶劑蒸汽含量。發(fā)明概述據(jù)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的裝置及方法可解決現(xiàn)有技術(shù)的不足并提供一種制造 纖維的改進(jìn)裝置及方法。具體地講，在一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種 形成纖維的裝置，包括包括用于接受將要形成纖維的材料的纖維材料供 給腔和拉細(xì)介質(zhì)進(jìn)口的模具組件；包括多個噴嘴和一個或多個拉細(xì)介質(zhì)通 道的噴絲頭組件，噴嘴設(shè)置在噴絲頭組件中使得至少一部分噴嘴與纖維材 料供給腔流體連通，所述一個或多個拉細(xì)介質(zhì)通道具有最小橫截面積；以 及至少與一部分噴絲頭組件相鄰設(shè)置的蓋板，該蓋板在其上具有蓋板開 口， 一個或多個噴嘴可伸進(jìn)該蓋板開口 ，該蓋板開口具有限流橫截面積； 其中一個或多個拉細(xì)介質(zhì)通道的最小橫截面積大于蓋板開口的限流橫截面 積。在另 一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了 一種從溶解在溶劑中的材料制造 纖維的改進(jìn)方法，所述方法包括以下步驟通過包含至少兩排噴嘴以形成 纖維線的模具供給溶解在溶劑中的纖維制造材料；以及在纖維線周圍提供拉細(xì)介質(zhì)，提供拉細(xì)介質(zhì)的方向通常平行于纖維線的方向，使得拉細(xì)介質(zhì) 拉長纖維線，拉細(xì)介質(zhì)具有至少約50%的相對溶劑蒸汽含量。在另一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了 一種從溶解在溶劑中的材料制造纖維的改進(jìn)方法，所述方法包括以下步驟通過包括至少兩排噴嘴和一個 具有蓋板開口的蓋板以形成纖維線的模具供給溶解在溶劑中的纖維制造材 料；通過蓋板開口以介于約90m/s和約350m/s之間的速度提供拉細(xì)介 質(zhì)，提供拉細(xì)介質(zhì)的方向通常平行于纖維線的方向，使得拉細(xì)介質(zhì)拉長纖 維線；以及其中拉細(xì)介質(zhì)具有小于約4的壓降系數(shù)。在另 一個實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種從溶解在溶劑中的材料制造纖 維的改進(jìn)方法，所述方法包括以下步驟通過一個或多個形成纖維線的噴 嘴供給溶解在溶劑中的纖維制造材料；在纖維線周圍提供拉細(xì)介質(zhì)，提供 拉細(xì)介質(zhì)的方向通常平行于纖維線的方向，使得拉細(xì)介質(zhì)拉長纖維線，在 接觸纖維線之前拉細(xì)介質(zhì)經(jīng)歷一個壓降；以及在拉細(xì)介質(zhì)經(jīng)歷壓降之后冷 卻4立細(xì)介質(zhì)。附圖簡述

圖1為本發(fā)明裝置的一個實(shí)施方案的放大剖面圖。 圖2為本發(fā)明裝置的一個實(shí)施方案的放大透視圖。 圖3為本發(fā)明示例性噴嘴的放大透視圖。圖4a為本發(fā)明模具的一個實(shí)施方案的局部放大剖面圖，各元件互相間隔開以提供更多細(xì)節(jié)。圖4b為本發(fā)明模具的另一個實(shí)施方案的局部放大剖面圖，各元件互相間隔開以提供更多細(xì)節(jié)。圖5為本發(fā)明的一個示例性實(shí)施方案中蓋板的局部放大平面圖。圖6為本發(fā)明的一個示例性噴嘴的局部放大平面圖。圖7為包括支撐元件的本發(fā)明裝置的一個實(shí)施方案的局部放大平面圖。圖8為多片支撐板的一個示例性實(shí)施方案的放大平面圖，各片彼此 分開以表示它們各自的細(xì)節(jié)。圖9為篩網(wǎng)型支撐元件的一個示例性實(shí)施方案的局部放大平面圖。圖10為模具出口處拉細(xì)空氣的百分比相對濕度(縱軸)與模具壓力 (橫軸)之間關(guān)系的圖形表示。圖11為某些纖維成型模具的流量特性關(guān)系的圖形表示，其中縱軸表 示模具壓力，橫軸表示拉細(xì)流速。圖12為出自某些纖維成型模具的拉細(xì)空氣流的百分比相對濕度(縱軸)與拉細(xì)流速(橫軸)之間關(guān)系的圖形表示。 發(fā)明詳述如上所述，本發(fā)明的方法及裝置通常用于纖維和紡織品以及包含這類 纖維的產(chǎn)品的制造。本發(fā)明的裝置及方法可用于制造所有上述不同類型的 纖維，包括熔噴纖維、干紡纖維和/或濕紡纖維。然而，所述裝置及方法 尤其適于從非熱塑性或偽熱塑性材料制造纖維，例如通過將材料擴(kuò)散、懸 浮或溶解在溶劑中而使其可流動的材料。本文所用術(shù)語"非熱塑性的"是 指需要溶劑軟化達(dá)到能成為流動狀態(tài)的程度使其能形成期望的形狀的材 料，更具體地講，即通過處理(例如紡制)以形成多個適于形成柔軟纖維 結(jié)構(gòu)的非熱塑性纖維。非熱塑性組合物不能僅通過升高溫度的影響而成為需要的流動狀態(tài)。雖然非熱塑性組合物可以包括一定量的其它組分，例 如，增塑劑，其可促進(jìn)非熱塑性組合物的流動，但是它們的含量不足以使 非熱塑性組合物整體成為流動狀態(tài)。在流動狀態(tài)中，該組合物可被加工形 成適當(dāng)?shù)姆菬崴苄岳w維。非熱塑性組合物也不同于熱塑性組合物，因?yàn)橐?旦非熱塑性組合物脫去除溶劑(例如通過干燥)并且材料達(dá)到固化狀態(tài)， 它就會失去其類似熱塑性的性質(zhì)。當(dāng)組合物包含交聯(lián)劑時，脫溶劑組合物 實(shí)際上成為交聯(lián)的熱固性組合物。 一種產(chǎn)物，例如由這類非熱塑性組合物 制成的多根纖維，整體上不顯示具有熔點(diǎn)，并且整體上不具有熔化溫度(熱塑性組合物的特征)；取而代之的是，非熱塑性產(chǎn)品，作為整體，當(dāng) 其溫度升至某一程度("分解"溫度)時，即使還沒達(dá)到其流動狀態(tài)，它 也會分解。相反，不管其中是否含有溶劑，熱塑性組合物均保留了其熱塑 性性質(zhì)，并且當(dāng)其溫度升高時，可達(dá)到其熔點(diǎn)("熔化"溫度)，并變成 易流動狀態(tài)。例如，本發(fā)明的裝置及方法很適合于溶劑溶解的材料，因此在強(qiáng)制其 通過模具/噴絲頭組合以形成纖維線之前將其溶解在溶劑中。從噴絲頭出 來的纖維經(jīng)常需要拉細(xì)或拉伸。然而，當(dāng)采用現(xiàn)有技術(shù)從非熱塑性、溶劑 溶解材料制造纖維時，在過程的拉細(xì)區(qū)域保持足夠的相對溶劑蒸汽含量以 允許期望的纖維拉伸可能是困難的(本文所用術(shù)語"相對溶劑蒸汽含量"汽壓力。對于空氣中《水蒸汽的情況，相對溶劑蒸汽^量通常稱為相;十;顯度。)。在使用設(shè)計(jì)用于纖維的商業(yè)性生產(chǎn)所需要的多排、高產(chǎn)率的設(shè)備 時，這甚至可能更困難。雖然不希望受理論的約束，但是據(jù)信這個問題是 部分由于模具內(nèi)拉細(xì)介質(zhì)顯著的壓降引起的。(雖然拉細(xì)介質(zhì)可為任何易 流動介質(zhì)，例如空氣、任何氣體或氣體的混合物、液體或其它流體介質(zhì)， 但是典型的纖維成型方法采用空氣作為拉細(xì)介質(zhì)。因此，雖然本文以下可 將拉細(xì)介質(zhì)描述為空氣或氣體，但是應(yīng)該承認(rèn)，可使用任何適合的拉細(xì)介質(zhì)，并且對空氣或氣體的引用不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的，而是作為適用拉細(xì) 介質(zhì)的一個實(shí)施例。而且，雖然某些纖維制造材料的實(shí)施例在本文中可描 述為水溶性的，但是纖維制造材料可為任何適用的材料，并且如果有溶劑，那么它可為任何適合的溶劑。)在典型的熔噴模具中，拉細(xì)介質(zhì)通過模具主體，在出模具之前拉細(xì)介 質(zhì)處于提高的壓力下(例如，高于環(huán)境壓力)。由于壓力、溫度與相對溶 劑蒸汽含量(常稱為濕溫平衡)之間的關(guān)系，在提高的壓力下拉細(xì)介質(zhì)載 有較少的溶劑蒸汽。典型地，當(dāng)拉細(xì)介質(zhì)處于模具中提高的壓力下時，過 量的溶劑蒸汽將冷凝。這減少了載于加壓拉細(xì)介質(zhì)中的最大溶劑蒸汽含 量。因此，當(dāng)拉細(xì)介質(zhì)從模具出來并膨脹至環(huán)境壓力時，拉細(xì)介質(zhì)的相對 溶劑蒸汽含量與在模具內(nèi)不處于提高的壓力下的介質(zhì)流相比將減小。在典型的紡制操作中，拉細(xì)介質(zhì)的相對溶劑蒸汽含量不是特別相關(guān)， 因?yàn)槔w維由熱塑性材料制造，并且是通過溫度降低來固化而不是通過干燥 來固化。在這樣的操作中，通常重要的是保持纖維處于等于或高于其熔點(diǎn) 的溫度一段時間，使得拉細(xì)空氣能如所期望那樣拉伸纖維。因此，拉細(xì)介 質(zhì)(例如空氣)常被加熱或者提供熱源以保證纖維在被拉伸之前不固化。 然而，在制造非熱塑性或偽熱塑性纖維的操作中，可能期望在拉細(xì)介質(zhì)中提供高的相對溶劑蒸汽含量，以防止纖維過快地干燥并在達(dá)到期望的拉細(xì) 之前斷裂。在制造非熱塑性纖維時，纖維溫度不是影響纖維固化的主要因 素。而受周圍相對溶劑蒸汽含量影響的溶劑損失才在纖維固化中起主要作用。通過提供用于減小與模具中拉細(xì)介質(zhì)有關(guān)的壓力下降的部件，本發(fā)明 的裝置及方法給該問題提供一種解決方案。這允許拉細(xì)介質(zhì)在拉細(xì)區(qū)域保 持高的溶劑蒸汽含量。因此，特別是當(dāng)用于非熱塑性、溶劑溶解材料時， 本發(fā)明的裝置及方法可有助于保證纖維不過快干燥。這可有助于保證成型 的纖維具有期望的特性，如直徑和均勻性，也可有助于防止纖維斷裂和/或有助于防止模具堵塞。當(dāng)以多排和/或高產(chǎn)率制造纖維時，本發(fā)明的裝 置及方法的這些優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)可能是特別有益的。圖1表示本發(fā)明的裝置的一個實(shí)施方案，該實(shí)施方案通常指示為裝置(或模具)10。裝置10包括模具組件15、噴絲頭組件20和拉細(xì)介 質(zhì)出口 22。裝置10設(shè)計(jì)用于既供給制造纖維所用的材料又供給拉細(xì)纖 維線所用的空氣流(或其它拉細(xì)介質(zhì)流)。更具體地講，模具組件15包 括模具主體17和在模具主體17中形成的供給腔25。供給腔25優(yōu)選 與給模具組件15供給制造纖維所用材料的一個或多個裝置可操作地聯(lián) 合。4莫具組件15也優(yōu)選包括至少一個拉細(xì)介質(zhì)可通過的拉細(xì)介質(zhì)進(jìn)口 30。拉細(xì)介質(zhì)進(jìn)口 30優(yōu)選與至少一個空氣源、氣體源或其它流體源可操 作地聯(lián)合，當(dāng)制造纖維時，所述空氣、氣體或其它流體用作拉細(xì)介質(zhì)。出 口 22是拉細(xì)介質(zhì)脫離裝置10的整個結(jié)構(gòu)的位置。噴絲頭組件20包括噴絲頭主體35、 一個或多個噴嘴40、至少一個 拉細(xì)介質(zhì)通道80和排放口 50。噴絲頭主體35具有面向模具的表面37 和與之相對的輸出表面39。噴絲頭組件20的設(shè)置通常使得至少一部分 面向模具的表面37與至少一部分模具組件15相鄰。如圖1所示，至 少一些噴嘴40優(yōu)選與模具組件15的供給腔25流體連通("流體連 通"是指設(shè)置在供給腔25中的流體可流入或被強(qiáng)制流入至少一個噴嘴 40。)。而且，至少一個拉細(xì)介質(zhì)通道80與一個或多個拉細(xì)介質(zhì)進(jìn)口 30流體連通，使得拉細(xì)介質(zhì)可從模具組件15流入噴絲頭組件20。噴絲 頭組件20可由單個元件構(gòu)成，或者可由兩個或多個個體元件(例如圖2
10、根據(jù)權(quán)利要求4、 5、 6、 7或8中任何一個所述的方法，其中，所述第 一保護(hù)層(16)包括碳化物涂層并且所述第二保護(hù)層(18)包括箔襯里。被定義為噴嘴開口 49橫截面積的四倍除以噴嘴開口 49的濕周。當(dāng)涉及 噴嘴時，術(shù)語"橫截面積"是噴嘴40 (按外部有效直徑度量)或噴嘴開 口 49 (按內(nèi)部有效直徑度量)沿基本垂直于噴嘴40中纖維制造材料流 動的方向截取的橫截面積。在噴嘴開口 49內(nèi)部具有一些結(jié)構(gòu)時，噴嘴 40的橫截面積是對纖維材料的流動開放的橫截面積，因此位于噴嘴開口 49橫截面內(nèi)的任何結(jié)構(gòu)的橫截面積都應(yīng)該被減去。噴嘴40可由通常具有圓形截面的小金屬管制成?？晒┻x擇地，任何 特定噴嘴40的外部結(jié)構(gòu)51和/或噴嘴開口 49可具有任何截面形狀， 可具有變化的內(nèi)部和/或外部有效直徑，如圖6所示，可逐漸變細(xì)(例如 下游外部有效直徑小于上游外部有效直徑)或成錐臺形，并且可由任何適 合的材料制成。噴嘴40可全部具有相同的上游內(nèi)部和/或外部有效直可全部具有相同的下游內(nèi)部和/或外部有效直徑，或者可具有不同的上游 內(nèi)部和/或下游外部有效直徑。另外，噴嘴40可為相同的長度，或者可 為不同的長度，并且/或者其安裝使得從模具10延伸不同的量。噴嘴40 可由安裝或連接到噴絲頭主體35上的分離材料制成，或者可由構(gòu)成噴絲 頭主體35本身的材料成型。噴嘴40可永久地安裝到噴絲頭主體35 上，或者可拆卸和/或更換。將噴嘴40安裝在噴絲頭主體35上的示例 性方法包括但不限于激光焊接、釬焊、膠合、壓力配合以及銅焊。另外， 噴嘴40可由柔軟材料制成，包括一個或多個鉸鏈91 (例如圖4b所 示)，或者被柔性地安裝在噴絲頭主體35內(nèi)。這樣的噴嘴40在模具 10工作期間能自定中心。在如圖2所示的一個示例性實(shí)施方案中，噴嘴40成多排相鄰設(shè) 置，其中每排包括多個噴嘴40。雖然圖2表示噴嘴40設(shè)置成每排具有 相同數(shù)量的噴嘴40的規(guī)則的排，但是在任何特定排中可有任何適合數(shù)量 的噴嘴40。另外，可能在一些應(yīng)用中優(yōu)選采用單排噴嘴40。噴嘴40可 間隔開任何期望的距離。另外，噴嘴40可設(shè)置為規(guī)則的行和/或列，或 排列成隨機(jī)和/或非均勻的式樣或它們的組合。例如，如圖1、 2和4a所示，本發(fā)明的裝置10也可包括設(shè)置為至 少與噴絲頭主體35的一部分輸出表面39相鄰的間隔板55。間隔板55的作用是將拉細(xì)介質(zhì)導(dǎo)向通常平行于噴嘴40的方向，并在圍繞噴嘴40的整個拉細(xì)區(qū)域如期望的那樣提高流動均勻性。這樣，間隔板55具有間 隔板開口 57，至少一些噴嘴40可延伸通過該間隔板開口。間隔板55可為任何適合的尺寸和形狀，并可由任何合適的材料制 成。另外，間隔板55可為打算與噴絲頭主體35的一部分相鄰設(shè)置的分 離結(jié)構(gòu)，或者可與噴絲頭主體35或裝置10的任何其它部分制成一體。 間隔板55包括提供噴嘴40可通過以及在工作期間拉細(xì)介質(zhì)將流過的開 放面積的間隔板開口 57。間隔板開口 57可為矩形或適于一些或全部噴 嘴40的任何其它形狀。另外，如果需要，間隔板55可包括多個間隔板 開口 57。本發(fā)明的裝置10也可包括與間隔板55的至少一部分相鄰設(shè)置的蓋 板60。蓋板60具有上游表面62和與之相對的下游表面63，并且其典 型設(shè)置將使得上游表面62與間隔板55上背離噴絲頭組件20的表面相 鄰。蓋板60的作用是導(dǎo)向拉細(xì)介質(zhì)，目的是在拉細(xì)介質(zhì)脫離模具10時 幫助限定拉細(xì)介質(zhì)射流的形狀及其相對于噴嘴40的位置。蓋板60也提 供形成壓降的部件，該壓降有助于提高拉細(xì)介質(zhì)中的流動均勻性和速度。 這樣，蓋板60優(yōu)選具有至少一個蓋板開口 65,拉細(xì)介質(zhì)可通過該蓋板 開口，并且/或者一個或多個噴嘴40可伸入該蓋板開口。蓋板開口 65可包括一個或多個拉細(xì)介質(zhì)孔67，它們一起構(gòu)成蓋板 開口 65。每個拉細(xì)介質(zhì)孔67具有上游末端73、對應(yīng)的上游有效直徑 75、下游末端74和對應(yīng)的下游有效直徑76。(當(dāng)涉及拉細(xì)介質(zhì)孔67 時，本文所用術(shù)語"有效直徑，，定義為孔67橫截面積的四倍除以孔67 的濕周)。例如，如圖4a、 4b和5所示，蓋板開口 65可包括包圍每 個個體噴嘴40的個體拉細(xì)介質(zhì)孔67,或者可設(shè)計(jì)使得多個噴嘴40可 通過至少一些拉細(xì)介質(zhì)孔67。雖然考慮了其它的實(shí)施方案，其中開放面 積可小于約0.064平方毫米，但是在這樣的實(shí)施方案中，每個拉細(xì)介質(zhì) 孔67具有至少約0.064平方毫米的開放面積可能是有益的。在可供選擇的實(shí)施方案中，至少一些噴嘴40可從與拉細(xì)介質(zhì)孔67 分開的噴嘴通道68中穿過蓋板60，如圖5所示。噴嘴通道68、蓋板 開口 65和構(gòu)成開口 65的拉細(xì)介質(zhì)孔67可為任何期望的尺寸和/或形狀，包括圓形截面和非圓形截面，并且可逐漸變細(xì)、倒角和/或倒圓角或者具有其它屬性。例如，蓋板開口 65、任一拉細(xì)介質(zhì)孔67和/或任一噴 嘴通道68的上游有效直徑可大于其下游有效直徑，反之亦然，例如如圖 4a和4b所示。另外，如果具有兩個或多個開口、孔或通道，那么它們 中任何一個或多個的尺寸可與其它任何一個或多個不同。如果噴嘴40穿 過拉細(xì)介質(zhì)孔67,那么噴嘴40在孔67內(nèi)可居中，或者可向任何期望 的方向偏移。拉細(xì)介質(zhì)孔67的導(dǎo)向可為與任一噴嘴40面對、背離或成 任何角度。如上所述，噴嘴40可具有相互不同的長度。另外，噴嘴40的設(shè)計(jì) 也可使得它們在不同的模具方案或在同一模具內(nèi)伸出供給腔25不同的 量。例如，可期望一些或全部噴嘴40從供給腔25經(jīng)模具10延伸而穿 出蓋板60。在可供選擇的實(shí)施方案中，可期望使一些或全部噴嘴40伸 入蓋板開口 65，但不超出蓋板開口 65的下游表面63。據(jù)發(fā)現(xiàn)，在相對 于蓋板65的下游表面63的噴嘴延伸與對纖維特性的影響之間具有非線 性的關(guān)系。例如，在某些實(shí)施方案中，超出蓋板60的下游表面63的延 伸量在約0mm和約2. 2mm之間的噴嘴40，其性能不如超出蓋板60的 下游表面63的延伸量更大的噴嘴40,或者伸入蓋板開口 65但不超出 蓋板60的下游表面63的噴嘴。在某些實(shí)施方案中，可期望設(shè)計(jì)蓋板開口 65、任一拉細(xì)介質(zhì)孔67 和/或任一噴嘴40,使得通過那里的纖維材料和/或拉細(xì)介質(zhì)將旋轉(zhuǎn)、螺 旋運(yùn)動或者被引導(dǎo)脫離開口、孔或噴嘴40。這可通過將復(fù)線結(jié)構(gòu)集成到 噴嘴40內(nèi)或者圍繞開口或孔的材料中來實(shí)現(xiàn)?？晒┻x擇地，可用如下所 述的支撐元件70這類附加結(jié)構(gòu)影響纖維材料流動和/或拉細(xì)介質(zhì)流動。 如果期望拉細(xì)介質(zhì)或材料流旋轉(zhuǎn)，那么將旋轉(zhuǎn)限制在低于約30度以幫助 避免逆流，這樣可能是有益的。蓋板60可為與部分間隔板55或噴絲頭主體35相鄰設(shè)置的分離元 件，或者可與間隔板55和/或噴絲頭主體35或裝置10的任何其它部 分一體成型。而且，蓋板60也可包括支撐噴嘴40的部件，例如如圖7 所示的示例性支撐元件70。支撐元件70給噴嘴40提供支撐，并幫助保證在使用期間噴嘴40不出現(xiàn)移位。這可有助于增加纖維以及任何所得 成品的均勻性，例如可制成的纖維網(wǎng)。支撐元件70可由任何材料制成，并且可為任何適合的形狀。而且， 支撐元件70可為分離元件或者與蓋板60或裝置10的任何其它元件集 成。在如圖7所示的實(shí)施方案中，支撐元件70可為一個或多個伸入蓋 板開口 65的孔67中的尖頭72的形式，尖頭72向著設(shè)置在孔67中 的對應(yīng)噴嘴40。雖然支撐元件70可接觸相應(yīng)的噴嘴40,但這不是必要 的，并且它可位于距噴嘴40任意期望距離的位置。支撐元件70也可設(shè) 置為分離的支撐板85,它設(shè)置為與蓋板60 (其上游或下游均可)或模具 10的任何其它結(jié)構(gòu)相鄰，使得至少一些支撐元件70與至少一些拉細(xì)介 質(zhì)孔67對齊。在某些實(shí)施方案中，支撐板85可包括兩個或多個板，它 們彼此協(xié)力，共同用于給噴嘴40提供支撐，其實(shí)施例如圖8所示。可 供選擇地，噴嘴40可由篩網(wǎng)89或其它材料支撐，其一個實(shí)施例如圖9 所示。典型地，支撐板85包括拉細(xì)介質(zhì)可通過的拉細(xì)介質(zhì)開口 87。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，可期望設(shè)計(jì)一些或全部通道80，拉細(xì) 介質(zhì)經(jīng)它們通過裝置10的方式使得拉細(xì)介質(zhì)在模具10中的總壓降比現(xiàn) 有技術(shù)的模具結(jié)構(gòu)較低。模具10中拉細(xì)介質(zhì)壓降的減小對很多方面都有 利，這些方面包括但不限于制造類似纖維時比采用具有較高壓降的模具 需要更少的能量，能制造更小直徑的纖維，能制的纖維更均勻和/或允許 更好地控制拉細(xì)介質(zhì)的相對溶劑蒸汽含量。裝置的壓力與流量的特性可用壓降系數(shù)表征。這時，壓降系數(shù)被定義 為測量或計(jì)算的壓降除以拉細(xì)介質(zhì)流的動壓或速度壓所得的比率。測量的 壓降是在拉細(xì)介質(zhì)流過模具10的過程中，在模具10上游的測量點(diǎn)與室 內(nèi)或大氣壓的壓力之差。拉細(xì)介質(zhì)流的動壓是0.5 pV2，其中p是拉細(xì)介 質(zhì)的密度，而V是流道內(nèi)的平均速度。拉細(xì)介質(zhì)流的密度和速度被定義 為在蓋板開口 65內(nèi)的平均值。實(shí)際上，速度是由通過蓋板開口 65的氣 體總體積除以蓋板開口 65的限流橫截面積來確定。氣體的密度決定于其 分子組成、溫度和壓力。據(jù)發(fā)現(xiàn)，要提供本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，壓降系數(shù)小于約 4為理想。但是，小于約3、小于約2以及任何小于約4的單個值或范 圍的壓降系數(shù)值都工作良好。據(jù)發(fā)現(xiàn)，模具10中拉細(xì)介質(zhì)壓降的顯著減小可由減小拉細(xì)介質(zhì)在模 具10內(nèi)的速度來實(shí)現(xiàn)。減小在模具10內(nèi)的速度的一個方法是將模具 10中的拉細(xì)介質(zhì)通道80與拉細(xì)介質(zhì)離開模具10時所經(jīng)過的開口限流 橫截面積相比較大的最小橫截面積合并。較大橫截面的通道和減小的速度可有助于減小模具10內(nèi)的壓降，其原因很多，包括摩擦力的減小、流動分離的減小以及湍流的減小。本文所用術(shù)語"拉細(xì)介質(zhì)通道"和"拉細(xì)介質(zhì)槽"都是指拉細(xì)介質(zhì)在模具10中蓋板開口 65的上游期間所通過的任 何通道。當(dāng)涉及拉細(xì)介質(zhì)通道或開口時，本文所用術(shù)語"橫截面積"是沿 基本垂直于拉細(xì)介質(zhì)在通道或開口中的流動方向截取的通道或開口的橫截 面積。在通道或槽內(nèi)部具有一些結(jié)構(gòu)時，開口或通道的橫截面積是對拉細(xì) 介質(zhì)的流動開放的橫截面積，因此位于開口或通道橫截面內(nèi)的任何結(jié)構(gòu)的 橫截面積都應(yīng)該被減去。術(shù)語"最小橫截面積"是在模具10內(nèi)所有單個 拉細(xì)介質(zhì)通道80沿基本垂直于拉細(xì)介質(zhì)在具體通道內(nèi)的流動方向所測量的最小橫截面積之和。術(shù)語"限流橫截面積"是指蓋板開口 65在單個平 面上所截取的最小橫截面積。如果蓋板開口 65包括多個開口，那么限流 橫截面積是每個單個的拉細(xì)介質(zhì)孔67沿基本垂直于拉細(xì)介質(zhì)在具體孔 67內(nèi)的流動方向所測量的最小橫截面積之和。在某些實(shí)施方案中，設(shè)計(jì)拉細(xì)介質(zhì)通道80，使得通道80的最小橫 截面積大于蓋板開口 65的限流橫截面積，據(jù)發(fā)現(xiàn)這是有益的。通過設(shè)計(jì) 拉細(xì)介質(zhì)通道80，使其最小橫截面積大于蓋板開口 65的限流橫截面 積，拉細(xì)介質(zhì)在通道80中的速度將典型低于拉細(xì)介質(zhì)經(jīng)蓋板開口 65離 開模具10的速度。通常，拉細(xì)介質(zhì)在模具10內(nèi)的速度越低，拉細(xì)介質(zhì) 在模具10內(nèi)的壓降越低。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，拉細(xì)介質(zhì)通道80的 最小橫截面積可為蓋板開口 65限流橫截面積的至少約兩倍，或者至少約 四倍。另外，據(jù)發(fā)現(xiàn)，從拉細(xì)介質(zhì)進(jìn)口 30向蓋板開口 65逐漸減小拉細(xì)介 質(zhì)通道80的橫截面積可有助于減小模具10內(nèi)的壓降。但是，據(jù)理解可 能有這樣的情況，橫截面積縮小后再擴(kuò)大可能是理想的。例如，收縮和擴(kuò) 張將在拉細(xì)介質(zhì)通道80內(nèi)產(chǎn)生壓降，改壓降可用于沿通道80或開口的 寬度方向均勻地分配拉細(xì)介質(zhì)，或者影響拉細(xì)介質(zhì)流動的變化。在某些實(shí)施方案中，可期望保持拉細(xì)介質(zhì)在離開蓋板開口 65時的良好流動均勻 性。這時，拉細(xì)介質(zhì)流離開模具10的速度、流速和方向應(yīng)盡可能匹配以 制造均勻的纖維和纖維網(wǎng)。拉細(xì)介質(zhì)通道橫截面積的逐漸減小有助于通過將模具10中的壓降集中在蓋板60上而實(shí)現(xiàn)均勻性。幫助減小拉細(xì)介質(zhì)在模具10中的壓降的其它方法是拉細(xì)介質(zhì)通道 80采用較平滑的曲線或圓形截面形狀。另外，通過保證拉細(xì)介質(zhì)通道80 避免小半徑的急拐彎也可減小壓降。急拐彎的性質(zhì)類似銳角，產(chǎn)生不希望 的流動分離、速度波動和流動不均勻。在某些實(shí)施方案中，據(jù)發(fā)現(xiàn)，在拐 彎平面上內(nèi)徑大于通道寬度的約四分之一的拐彎對防止在這樣的拐彎處產(chǎn) 生的不希望的壓降性能良好。在模具10由多個獨(dú)立部分構(gòu)成的實(shí)施方案中，認(rèn)真對齊拉細(xì)介質(zhì)通 道80以產(chǎn)生平滑的流道可能有利。如果單個的部分不對齊，那么可能將 尖邊或其它的不均勻引入拉細(xì)介質(zhì)的流道，這可能擾亂或影響拉細(xì)介質(zhì)的 流動。在某些實(shí)施方案中，為了保證模具10的不同部分在模具裝配或使 用期間不出現(xiàn)錯位，優(yōu)選用定位銷將它們機(jī)械地銷在一起。在包括在其配它們的配合表面對齊通道在約0. 03mm之內(nèi)可為理想。而且，通常保持這 樣的配合表面互相平齊以實(shí)現(xiàn)密封和防止流體泄漏為理想。如上所述，本發(fā)明的裝置及方法的 一 個優(yōu)點(diǎn)是拉細(xì)介質(zhì)的相對溶劑蒸 汽含量可比采用常規(guī)模具時更容易控制。例如，據(jù)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的裝置及 方法可提供相對溶劑蒸汽含量至少約50%、至少約60%、至少約75%和 大于至少約75%的拉細(xì)介質(zhì)流。因此，在由具有能被出現(xiàn)在拉細(xì)介質(zhì)中 的溶劑影響的 一些特性的材料制造纖維時，本發(fā)明的改進(jìn)的裝置及方法特 別有利。例如，用于纖維制造的一些非熱塑性材料可被拉細(xì)介質(zhì)中濕度影 響。(需要指出的是，雖然濕度(即水蒸汽)在本文中用于表示存在于拉 細(xì)介質(zhì)中的一種特定溶劑(例如空氣)，但是也設(shè)想和期望其它溶劑和拉 細(xì)介質(zhì)用于不同的纖維材料。)而且，由于涉及拉細(xì)介質(zhì)中濕度或其它溶 劑蒸汽含量的方法限制，迄今還不適于商業(yè)性生產(chǎn)纖維的其它材料可采用 本發(fā)明的裝置及方法更有效地制成纖維。由于淀粉具有容易獲得、價格便宜以及可重復(fù)利用的性質(zhì)，因而它是 有利于在纖維制造中使用的材料的實(shí)施例之一。以淀粉為基質(zhì)適于纖維制 造的組合物的實(shí)施例，以及由這樣的組合物制造纖維和纖維網(wǎng)的方法在下列專利中說明2001年9月6日以Mackey等的名字提交的美國序列 號09/914,966; 2002年2月1日以Mackey等的名字提交的美國序列 號10/062, 393; 2002年9月3日以Mackey等的名字提交的美國序列 號10/220,573;以及2002年2月1日以James等的名字提交的美國 序列號10/061,680。然而，盡管在以淀粉為基質(zhì)適于纖維制造的材料制 劑方面所取得的進(jìn)展，由于淀粉通常是熱塑性的和水溶性的，在商業(yè)性生 產(chǎn)實(shí)用的淀粉纖維中典型的纖維制造模具不是很有效。另 一 個適用于纖維 制造、可被拉細(xì)介質(zhì)的溶劑蒸汽含量影響的材料實(shí)施例是聚乙烯醇。當(dāng)由 淀粉和聚乙烯醇這類材料制造纖維時，保證拉細(xì)介質(zhì)在其離開模具10之 后具有足夠的相對溶劑蒸汽含量，可幫助減少或防止纖維材料過快干燥和 /或粘到噴絲頭噴嘴40的末端。根據(jù)通常被接受的熱力學(xué)原理，如果拉細(xì)介質(zhì)是空氣，能被空氣保持 的水蒸汽(或其它溶劑)的含量由空氣的壓力和溫度決定。通常，在給定 壓力下，當(dāng)其溫度增加時空氣能保持更多的水蒸汽。同理，在如何給定溫 度下，當(dāng)其壓力降低時空氣能保持更多的水蒸汽。當(dāng)空氣飽和(即在當(dāng)時 具體的溫度和壓力下保持其所能保持的最大水蒸汽含量)時，溫度稍微降 低或壓力稍微升高都可引起空氣中的水蒸汽(或其它溶劑)冷凝。用拉細(xì)介質(zhì)拉伸或影響成型纖維的纖維成型模具典型地給拉細(xì)介質(zhì)增 壓，使得它能被相對于纖維線以較高的速度從模具10中排出。因此，當(dāng) 拉細(xì)介質(zhì)離開模具10時，它通常經(jīng)歷快速的壓力下降。如果拉細(xì)介質(zhì)包 含溶劑，那么拉細(xì)介質(zhì)中的相對溶劑蒸汽含量隨著壓力的降低而減少。對 于給定的拉細(xì)介質(zhì)流，溶解的溶劑蒸汽含量不因壓力下降而變化，但是溶 劑的平衡含量隨壓力下降而增加，因此相對溶劑蒸汽含量減少。這可能使 有效地拉細(xì)纖維更為困難，并且可導(dǎo)致斷裂或纖維變形。另外，壓力下降 引起相對溶劑蒸汽含量的這樣一個減少的事實(shí)，可能要求拉細(xì)介質(zhì)在離開 模具10之前具有較高的溶劑濃度。因此，在一些情況下，可能需要或期 望在拉細(xì)介質(zhì)處于模具10的拉細(xì)介質(zhì)通道80之中或之前使拉細(xì)介質(zhì)中的溶劑含量飽和或者增大。在水為溶劑的一個實(shí)施例中，可能期望或需要 在拉細(xì)介質(zhì)進(jìn)入模具組件15之前用蒸汽處理它以增加其相對濕度。這可 能增加材料和能源費(fèi)用，并且可能增加成型適合纖維所需要的方法步驟 數(shù)。它也會降低方法的總體可靠性和/或需要額外的監(jiān)控步驟。圖10至12的圖形表示旨在幫助示出當(dāng)拉細(xì)介質(zhì)離開模具10時用 來提供拉細(xì)介質(zhì)中減小的壓降的本發(fā)明的裝置10如何為該裝置提供比常 規(guī)模具更高的性能，尤其當(dāng)采用非熱塑性但可溶解的材料制造纖維時。在圖10至12所示的實(shí)施例中，拉細(xì)介質(zhì)已選擇為空氣，而溶劑為水。圖10是表示裝置出口拉細(xì)空氣的百分比相對濕度(°/。RH)相對于模 具壓力的曲線。本文所有術(shù)語"模具壓力"是在模具10內(nèi)噴絲頭20上 游的拉細(xì)空氣最大壓力與拉細(xì)空氣離開模具10之后的壓力(典型為大氣 壓)之差。在每一曲線表示的情況中，拉細(xì)空氣在模具10中被增壓之前 是飽和的，因此百分比相對濕度近似為100%?？v軸是拉細(xì)空氣在模具10 出口的百分比相對濕度。橫軸是以千帕(KPa)為單位表示的模具壓力 (或表壓)。對于該曲線和本文公開的內(nèi)容，拉細(xì)介質(zhì)離開模具10之后 的壓力應(yīng)該認(rèn)為是圍繞噴嘴40的環(huán)境壓力，拉細(xì)介質(zhì)將被導(dǎo)入該環(huán)境 中。如圖10所示，如果空氣溫度在模具內(nèi)和當(dāng)它離開裝置而通過壓降時 保持不變，那么百分比相對濕度跟隨如圖10中標(biāo)號為100的曲線變化。因此例如，如果模具壓力與圍繞噴嘴的環(huán)境之間的壓差為零，并且拉細(xì)空氣是飽和的或接近飽和(例如98%以上的RH)，那么拉細(xì)空氣在離 開模具10時將仍然是飽和的或接近飽和。然而，當(dāng)壓降增加時，在拉細(xì) 介質(zhì)出口 22處的百分比相對濕度將減小。因此，例如如圖10所示，拉 細(xì)空氣在拉細(xì)介質(zhì)出口 22處的％RH的值在69KPa壓降下接近 60°/。。該點(diǎn)在圖10中標(biāo)示為102。類似地，如果壓降為約241KPa,那么 相對濕度下降到約30%。該點(diǎn)在圖10中標(biāo)示為104。圖10也表示位于或接近拉細(xì)介質(zhì)出口 22的空氣溫度下降時拉細(xì)空 氣的行為。如上所述，通常在給定壓力下隨著溫度下降，空氣能保持的水 蒸汽減少。這樣，具有給定水蒸汽含量的空氣在較高溫度下比同樣的空氣 在較低溫度下的相對濕度低。因此，在圖10中示出三條不同的曲線，它們表示溫度和壓力的變化將如何影響拉細(xì)介質(zhì)的百分比相對濕度。曲線105刻畫2.8°C的溫度損失所發(fā)生的變化，曲線110刻畫5.6°C的溫 度損失所發(fā)生的變化，而曲線115刻畫8. 3°C的溫度損失所發(fā)生的變化。圖11是模具壓力與拉細(xì)介質(zhì)流速的關(guān)系曲線。圖11的壓力-流量 曲線表示購自 Biax-Fiberfilm Corporation, N992 Quality Drive Suite B， Greenville, WI 54942-86 35的市售5英寸(約12.7cm)寬 的10排模具所產(chǎn)生的值以及本發(fā)明具有類似5英寸(約12.7cm)寬、 10排噴嘴的模具的一個實(shí)施方案。模具壓力用位于模具10中噴絲頭組 件20上游的拉細(xì)介質(zhì)通道內(nèi)的壓力傳感器測量。"干"拉細(xì)空氣流速和 蒸汽流速均用標(biāo)準(zhǔn)Corriolis型質(zhì)量流量計(jì)測量?？偫?xì)空氣質(zhì)量流率 是蒸汽流速與干空氣流速之和。圖11的壓力-流量曲線表示對與市售 模具(曲線125 )相同范圍的拉細(xì)流速，本發(fā)明的低壓降模具(曲線 120)工作在很低的模具壓力下。因此，本發(fā)明的裝置將使用較少的模具 壓力來將拉細(xì)介質(zhì)加速到期望的速度，因而也使用較少的能量，并且在該 空氣流中也將允許較高的濕度含量。較高的濕度含量減少溶劑損失率或靠 近模具纖維的干燥。低的干燥水平允許纖維的伸長更大，因而產(chǎn)生較小的纖維。圖12表示與圖11中曲線所示相同模具組件中拉細(xì)空氣的百分比相 對濕度與拉細(xì)流速之間的關(guān)系。 一個通過測量濕3求和干球溫度來測量相對 濕度的適合方法說明如下。百分比相對濕度與流量的關(guān)系曲線說明在相 同流速范圍內(nèi)，本發(fā)明模具的模具出口拉細(xì)空氣百分比相對濕度值(曲線 135)比市售模具所產(chǎn)生的值(曲線130)高得多。這樣，在相同的模具 壓力和出口相對濕度下，通過模具10排除的拉細(xì)空氣量可更大。量更大 的空氣可在所得拉細(xì)空氣流中產(chǎn)生更高的氣流速度。增加的氣流速度可在 纖維絲上產(chǎn)生更大的力，因而制造出更細(xì)小的纖維。增加拉細(xì)介質(zhì)相對溶劑蒸汽含量的另外方法是冷卻拉細(xì)介質(zhì)。冷卻拉細(xì)介質(zhì)對其相對溶劑蒸汽含量的作用可從圖10中的曲線看出。通常，由 于氣體在固定壓力下冷卻，所以其相對溶劑蒸汽含量(此時為濕度)將增 加。因此，在冷卻的氣體中產(chǎn)生期望的相對溶劑蒸汽含量比在提高溫度的氣體中所需要的溶劑蒸汽少。然而，任何冷卻都應(yīng)被仔細(xì)控制以避免液體 冷凝。給拉細(xì)介質(zhì)流提供冷卻的一個方法是給模具10增加冷卻介質(zhì)槽，并 通過冷卻介質(zhì)槽供給冷卻介質(zhì)，以及將冷卻介質(zhì)引導(dǎo)至模具10內(nèi)的拉細(xì) 介質(zhì)上?？晒┻x擇地，拉細(xì)介質(zhì)流的冷卻也可在模具10的外部進(jìn)行。在 這樣的實(shí)施方案中，冷卻介質(zhì)可被引導(dǎo)至蓋板60或模具10中拉細(xì)介質(zhì) 流出模具10的其它部分。在再一個實(shí)施方案中，冷卻介質(zhì)可提供在實(shí)際 上不與拉細(xì)介質(zhì)混合的封閉流道系統(tǒng)或其它結(jié)構(gòu)中，拉細(xì)介質(zhì)可通過這些 系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)而得到冷卻。無論如何，優(yōu)選為全部或多數(shù)冷卻在拉細(xì)介質(zhì)已 實(shí)現(xiàn)壓降之后進(jìn)行。否則，冷卻可引起過度冷凝出現(xiàn)，特別是當(dāng)拉細(xì)介質(zhì) 處于f包和或4妄近々包和時。冷卻介質(zhì)可為如何適合的氣體、液體或其混合物。另外，提供冷卻介 質(zhì)的系統(tǒng)可為被動的或主動的。在被動系統(tǒng)中，僅通過拉細(xì)介質(zhì)的作用將 冷卻介質(zhì)夾帶入拉細(xì)介質(zhì)系統(tǒng)中。不是利用拉細(xì)介質(zhì)流產(chǎn)生的力或者除該 力之外，主動系統(tǒng)使用一些部件強(qiáng)制冷卻介質(zhì)進(jìn)入拉細(xì)介質(zhì)流。其它所知 的冷卻系統(tǒng)可同樣理想和有效。無論如何，在拉細(xì)介質(zhì)通道與冷卻介質(zhì)和 /或部件之間提供隔離，以保證冷卻介質(zhì)和拉細(xì)介質(zhì)保持各自的溫度直到 它們相結(jié)合，這可能為理想。無論模具的類型如何，在某些實(shí)施方案中，模具的結(jié)構(gòu)和/或拉細(xì)介 質(zhì)的構(gòu)成可導(dǎo)致在模具10和/或拉細(xì)介質(zhì)出口 22出現(xiàn)一些冷凝。因 此，通常需要一些系統(tǒng)來收集或處理該冷凝。否則可能導(dǎo)致效率下降、拉 細(xì)介質(zhì)的相對濕度或溶劑蒸汽含量較低和/或纖維可能斷裂或在纖維上出 現(xiàn)其它不均勻區(qū)域。減小與冷凝有關(guān)的副作用出現(xiàn)的可能性的一個方法是控制模具10和 通向模具組件15的導(dǎo)管的溫度。溫度等于或高于拉細(xì)介質(zhì)流的受熱表面 通常不會導(dǎo)致冷凝出現(xiàn)。在某些實(shí)施方案中，可根據(jù)需要使用隔離以使在 任何表面或多個表面上的熱損失最小。除此之外或可供選擇地，在模具 10的一些部分或所有部分都可使用主動加熱。加熱可通過4吏如油這樣的 受熱流體經(jīng)在模具10和導(dǎo)管中或圍繞它們的通道或槽進(jìn)行循環(huán)而實(shí)現(xiàn)。類似地，電加熱元件或加熱帶可用于同樣的目的。當(dāng)然，加熱才莫具10或 其任何部分的任何其它所知的方法均可應(yīng)用。減小冷凝作用的第二個方法是收集，并且優(yōu)選從拉細(xì)介質(zhì)流中去除冷 凝物。雖然通常期望將這樣的收集裝置盡可能靠近蓋板開口 65放置以去 除最多的冷凝物，但是收集裝置可位于模具10內(nèi)或通向模具10的導(dǎo)管 內(nèi)的任何位置。 一種類型的收集裝置通過強(qiáng)制拉細(xì)介質(zhì)急劇改變方向而起 作用。冷凝物不能進(jìn)行這樣的拐彎而沉積在收集裝置的壁上。然后，冷凝 物可通過排泄口、滴液孔或其它結(jié)構(gòu)排除，而拉細(xì)介質(zhì)被允許繼續(xù)向蓋板開口 65流動。示例性模具實(shí)施方案本發(fā)明的裝置10的一個示例性實(shí)施方案包括噴絲頭組件20,它具 有通常為矩形的毛細(xì)管噴嘴40的網(wǎng)格，毛細(xì)管噴嘴以約1.52隱的中心 距在水平和垂直兩個方向間隔開。噴嘴40布局為10行82列的網(wǎng)格， 形成共820個噴嘴。噴嘴40的外部有效直徑近似為0. 81mm,內(nèi)部有效 直徑近似為G. 25mm。噴嘴40從模具組件15的供給腔25向模具組件 15的排放口 50延伸。噴嘴40每個為約31.8mm長，并且伸出蓋板60 約2. 5mm。拉細(xì)介質(zhì)通過四個通常為矩形橫截面的拉細(xì)介質(zhì)進(jìn)口孔30進(jìn)入模具 組件15。所述四個拉細(xì)介質(zhì)進(jìn)口孔30具有圓角，并且最小橫截面尺寸 為約20,1mm x 38.1mm,因此總;f黃截面積為約3071平方毫米。模具組件包括鄰近噴絲頭主體35的輸出表面39設(shè)置的間隔板 55。在該示例性實(shí)施方案中，間隔板55的厚度為約2. 5mm。間隔板55 的中心區(qū)域挖去一個通常為矩形的槽以形成開口 57，噴嘴40通過該開 口而延伸，并且4立細(xì)空氣也流過該開口 。間隔纟反開口 57的尺寸約 17. 8隱x 127. 0mm，形成約1832平方毫米的氣流橫截面積，毛細(xì)管噴嘴 40的面積已從間隔板開口 57的總橫截面積中減去。模具組件15也包括由厚度約1.9mm的鋼板制成的蓋板60。蓋板 60具有蓋板開口 65，它包括鉆通蓋板60的多個孔67?？?7設(shè)置成 與噴嘴40的布局相匹配的矩形網(wǎng)格(即10 x 82個孔的矩形網(wǎng)格，中 心間隔約1.52mm)。蓋板開口 65的孔67每個都逐漸變細(xì)以^使孔67的上游有效直徑為約1.18mm,而下游有效直徑為約1.40mm。每個噴嘴 40周圍所得拉細(xì)氣流的流通面積是在約0.81mm直徑的噴嘴40與蓋板 60上外部有效直徑約1.18mm的孔67之間產(chǎn)生的圓環(huán)形孔口。因此， 每個孔具有約0.57平方毫米的開放面積。所得蓋板開口 65上對拉細(xì)氣 流的總限流橫截面積為約471平方毫米。如上所述和圖7所示，具有集 成支撐尖頭72的蓋板60也已被使用，并且對同樣中心間隔約1.52隨 的10 x 82個孔的布局，它具有約458平方毫米的蓋板開口限流橫截面 積。拉細(xì)介質(zhì)通道對蓋板開口限流橫截面積的相對最小橫截面積大于1。 在該示例性實(shí)施方案中，拉細(xì)通道的最小4黃截面積位于間隔板處，并且拉 細(xì)介質(zhì)通道的最小橫截面積與蓋板開口限流橫截面積的比率為約3.9至 1。制造纖維的示例性方法為了本示例性實(shí)施方案，具有以約1.52mm中心距MJ'J間隔成10行 82列的網(wǎng)格的噴嘴40的模具10用于從纖維制造材料制造纖維線。纖 維制造材料是Ethylex 2025淀4分(購自A. E. Staley Mf g. , Tate and Lyle的分部，2200 E. Eldorado, Decatur， IL 62525 )與水(溶劑)的 組合物，按質(zhì)量含有約46%的水。纖維制造材料通過在擠出機(jī)中烹制或 使淀粉變性來制備?？刹僮鲾D出機(jī)使得組合物達(dá)到約16(TC的峰值溫 度。在約8300Kpa的壓力和約7(TC的溫度下將纖維制造材料進(jìn)給到模 具的噴嘴中。當(dāng)纖維制造材料離開模具10時，它處于連續(xù)纖維線的形 式。在基本平行于從模具10出來的纖維線的方向提供熱空氣拉細(xì)介質(zhì)。 拉細(xì)介質(zhì)包括約2500克/分鐘的加熱到93°C的空氣和約500克/分鐘 的133°C的蒸汽的組合。拉細(xì)介質(zhì)通過模具內(nèi)的拉細(xì)介質(zhì)通道，模具的 總最小橫截面積為約蓋板開口限流橫截面積的四倍。模具內(nèi)部的壓降系數(shù) 為約1.4。拉細(xì)介質(zhì)在進(jìn)入模具10之前經(jīng)過冷凝物分離件以去除不希望 的液態(tài)水。拉細(xì)介質(zhì)的溫度約69°C并在模具主體的進(jìn)口處產(chǎn)生約26KPa 的表壓。在模具出口 22,拉細(xì)介質(zhì)回到大氣壓并具有約82%的測量相對 濕度。例如，與購自 Biax-Fiberfilm Corporation的市售 5英寸(約 12.7cm)寬、10排具有相似的蓋板限流4黃截面開放面積的才莫具在約4至 約5之間的總壓降系數(shù)相比，本發(fā)明的模具10的總壓降系數(shù)在約1至 約2之間。這些測量的壓降系數(shù)對應(yīng)于約90m/s至約350m/s范圍內(nèi)的拉細(xì)介質(zhì)速度。在纖維線離開模具后，通過加入約9000克/分鐘加熱到約260°C溫 度的空氣使纖維干燥。干燥空氣通過一對干燥導(dǎo)管供給，每個干燥導(dǎo)管約 360mm寬和130mm深。導(dǎo)入干燥空氣的方向通常垂直于離開模具的纖 維，導(dǎo)管位于模具的對面一側(cè)。干燥導(dǎo)管的前沿位于模具蓋板下游約 80mm，且彼此相距約130mm。纖維從兩個干燥導(dǎo)管之間通過。所得干燥纖 維的平均直徑小于約12微米。根據(jù)需要，干燥纖維沉積在如傳送帶這類 移動結(jié)構(gòu)上，以形成纖維網(wǎng)。(移動結(jié)構(gòu)可為任何適合的結(jié)構(gòu)，并且可包 括例如任何已知的帶或通常用于纖維網(wǎng)制造的輸送結(jié)構(gòu)，或者任何結(jié)構(gòu) 或非結(jié)構(gòu)的帶或常用布料，例如用于造紙的布料。)在一個可供選擇的實(shí)施方案中，拉細(xì)介質(zhì)在離開模具后被冷卻。冷卻 通過強(qiáng)制冷空氣進(jìn)入拉細(xì)介質(zhì)流中的方法進(jìn)行。冷卻空氣的溫度為約 35°C。在該具體實(shí)施方案中，冷卻空氣#1以拉細(xì)介質(zhì)流流速的約10%的 流速強(qiáng)制進(jìn)入拉細(xì)介質(zhì)流。在被冷卻到約66。C后，拉細(xì)空氣和冷卻介質(zhì) 的混合物的相對濕度為約75%。測量相對濕度的方法當(dāng)溶劑為水時，相對濕度可用濕球和干球溫度測量與相關(guān)的濕度圖確 定。濕球溫度測量時，將棉套包在溫度計(jì)的球部上。用棉套包住的溫度計(jì) 放在熱水中，直到水溫高于期望的濕球溫度。將溫度計(jì)置于拉細(xì)空氣流 中，距離擠出噴嘴頂端約3毫米(約1/8英寸)。由于水從棉套上蒸 發(fā)，開始時溫度會下降。溫度將穩(wěn)定于濕球溫度，而且， 一旦棉套失去其 保留水分，濕球溫度將會上升。穩(wěn)定溫度是濕球溫度。如果溫度沒有降 低，則應(yīng)將水加熱至更高的溫度。使用1，6ram直徑的J型熱電偶，將其 置于距離擠出噴嘴頂端約3,的下游處，來測量干球溫度。根據(jù)濕球和 干球溫度，相對濕度可由標(biāo)準(zhǔn)大氣濕度圖或計(jì)算機(jī)程序確定，計(jì)算機(jī)程序 如購自 ChemicaLogic Corporation的Excel 插件"MoistAirTab，，。如果溶劑不是水，可用類似于上述用于確定相對濕度的那些原理測量 相對溶劑蒸汽含量。然而，盡管空氣與水蒸汽系統(tǒng)的濕度比可取為1,其 它系統(tǒng)的濕度比通常不等于1。因此，絕熱飽和溫度將與濕球溫度不同。 從而，對于不是空氣和水蒸汽的系統(tǒng)，溶劑蒸汽含量與干度的確定通常需 要點(diǎn)對點(diǎn)地計(jì)算蒸發(fā)表面溫度。例如，對于空氣和水的系統(tǒng)，即使氣流的 溫度和濕度發(fā)生變化，在常數(shù)比率干燥期間蒸發(fā)表面的溫度將是常數(shù)。對 于其它系統(tǒng)，蒸發(fā)表面的溫度將變化，因此應(yīng)計(jì)算蒸發(fā)表面每一點(diǎn)的溫度。參見1969年由McGray-Hill Book Company出版的Robert H. Perry， Perry 的 Chemical Engineers' Handbook, 第四片反,第 15-2頁。
權(quán)利要求
1)一種用于由溶解在溶劑中的材料來制造纖維的方法，所述方法包括以下步驟通過模具進(jìn)給溶解在溶劑中的纖維制造材料以形成纖維線，所述模具包括至少兩排噴嘴；和在所述纖維線周圍提供拉細(xì)介質(zhì)，提供所述拉細(xì)介質(zhì)的方向基本平行于所述纖維線，使得所述拉細(xì)介質(zhì)拉長所述纖維線，所述拉細(xì)介質(zhì)的相對溶劑蒸汽含量為至少約50％。2)如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述相對溶劑蒸汽含量為至少約60％。3)如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述纖維制造材料為非熱塑性的。4)如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述溶劑為水。5)如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述纖維制造材料包括以淀粉為基質(zhì)的組合物和/或聚乙烯醇。6)如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述拉細(xì)介質(zhì)通過蓋板開口以介于約90m/s和約350m/s之間的速度提供，并且其中所述拉細(xì)介質(zhì)的壓降系數(shù)小于約4。7)如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述拉細(xì)介質(zhì)在接觸所述纖維線之前經(jīng)歷壓降，并且其中所述拉細(xì)介質(zhì)在經(jīng)歷所述壓降之后被冷卻。8)如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述纖維制造材料被強(qiáng)制通過噴嘴，從而在所述噴嘴中產(chǎn)生有差別的熔融流動速率，所述噴嘴具有不同的長度和/或不同的直徑。9)如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述模具包括具有拉細(xì)介質(zhì)孔的蓋板，拉細(xì)介質(zhì)流過所述拉細(xì)介質(zhì)孔，并且其中所述拉細(xì)介質(zhì)孔具有變化的形狀和/或直徑以產(chǎn)生有差別的拉細(xì)介質(zhì)流速。10)一種用于由溶解在溶劑中的材料來制造纖維的方法，所述方法包括以下步驟通過模具進(jìn)給溶解在溶劑中的纖維制造材料以形成纖維線，所述模具包括至少兩排噴嘴和具有蓋板開口的蓋板；通過所述蓋板開口以介于約90m/s和約350m/s之間的速度提供拉細(xì)介質(zhì)，提供所述拉細(xì)介質(zhì)的方向基本平行于所述纖維線，使得所述拉細(xì)介質(zhì)拉長所述纖維線；和其中所述拉細(xì)介質(zhì)的壓降系數(shù)小于約4。11)如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述拉細(xì)介質(zhì)的壓降系數(shù)小于約3。12)如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述拉細(xì)介質(zhì)的相對溶劑蒸汽含量為至少約50％。13)如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述纖維制造材料為非熱塑性的。14)如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述纖維制造材料包括以淀粉為基質(zhì)的組合物和/或聚乙烯醇。15)如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述拉細(xì)介質(zhì)在接觸所述纖維線之前經(jīng)歷壓降，并且其中所述拉細(xì)介質(zhì)在經(jīng)歷所述壓降之后被冷卻。16)一種用于由溶解在溶劑中的材料來制造纖維的方法，所述方法包括以下步驟通過一個或多個噴嘴進(jìn)給溶解在溶劑中的纖維制造材料以形成纖維線；在所述纖維線周圍提供拉細(xì)介質(zhì)，提供所述拉細(xì)介質(zhì)的方向基本平行于所述纖維線，使得所述拉細(xì)介質(zhì)拉長所述纖維線，所述拉細(xì)介質(zhì)在接觸所述纖維線之前經(jīng)歷壓降；和在所述拉細(xì)介質(zhì)經(jīng)歷所述壓降之后，冷卻所述拉細(xì)介質(zhì)。17)如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述纖維制造材料被進(jìn)給到具有兩排或多排噴嘴的模具中。18)如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述拉細(xì)介質(zhì)通過包括所述噴嘴和一個或多個拉細(xì)介質(zhì)通道的模具提供，并且其中所述拉細(xì)介質(zhì)在離開所述模具后被冷卻。19)如權(quán)利要求16所述的方法，其中冷空氣與所述拉細(xì)介質(zhì)混合以提供所述冷卻。20)如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述拉細(xì)介質(zhì)在被冷卻后的相對溶劑蒸汽含量為至少約50％。21)如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述纖維制造材料是以淀粉為基質(zhì)的組合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造纖維的裝置及方法。所述裝置的一個實(shí)施方案包括具有多個噴嘴、一個或多個拉細(xì)介質(zhì)通道和蓋板的模具組件。所述蓋板具有一個或多個所述噴嘴可伸入其中的蓋板開口。所述拉細(xì)介質(zhì)通道具有最小橫截面積，而所述蓋板開口具有限流橫截面積，使得拉細(xì)介質(zhì)通道的最小橫截面積大于蓋板開口的限流橫截面積。本發(fā)明的方法也可包括提供一個建立低內(nèi)部壓降的模具，在拉細(xì)介質(zhì)離開所述模具后對其進(jìn)行冷卻和/或提供在拉細(xì)區(qū)域具有高相對溶劑蒸汽含量的拉細(xì)介質(zhì)。
文檔編號D01D5/098GK101230497SQ20081008237
公開日2008年7月30日 申請日期2004年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月8日
發(fā)明者保羅·丹尼斯·特羅克漢, 哈?！ぐ枈W盧, 唐納德·尤金·恩賽因, 埃德溫·亞瑟·斯圖爾特, 大衛(wèi)·李·摩爾, 斯坦?！ち_伊斯·杰克遜, 薩瓦斯·艾多爾, 邁克爾·大衛(wèi)·詹姆士 申請人:寶潔公司