專利名稱：：用以集合連續(xù)噴氣紡纖維的方法和裝置的制作方法Ⅰ．本發(fā)明的背景和概要A．本發(fā)明的概要本發(fā)明提供一種用來產(chǎn)生一連續(xù)單維排列的高強度小直徑的瀝青基質(zhì)碳纖維的方法和裝置。一般來說，本發(fā)明提供一種噴氣紡絲法，它能創(chuàng)造一種在噴氣紡絲速度下具有熔融紡絲產(chǎn)品類型特性的噴氣紡產(chǎn)品，因此本發(fā)明能改進產(chǎn)品的均勻性和生產(chǎn)經(jīng)濟性。但本發(fā)明特別適用于從含碳瀝青的噴氣紡纖維。其他用途可從以下的公開中獲知。B．本發(fā)明的背景由于噴氣紡絲在技術(shù)上已為人所熟知，這里僅對一般術(shù)語進行討論。一種典型的噴氣紡絲法利用一種可紡的物質(zhì)，一種一般是氣體的衰減介質(zhì)，和一個包括用來形成纖維的毛細(xì)管的紡絲模子。在紡絲過程中，纖維從毛細(xì)管中離開，并與衰減介質(zhì)相接觸而使每根纖維被拉伸或伸長，從而增加其長度和減小其直徑，由于衰減介質(zhì)一般是一種氣體，所以也影響到纖維的驟冷速度。典型地用噴氣紡絲法所紡制的纖維是短而不連續(xù)的纖維，其長度小于2英寸。相反熔融紡纖維則一般是具有基本上無限長度的連續(xù)纖維。在正常情況下，熔融紡纖維的長度由設(shè)計來選定，而并非由生產(chǎn)纖維的方法所支配。另外，熔融紡纖維比噴氣紡纖維具有更好的旦數(shù)均勻性。噴氣紡可采用幾種形式的模式。一般地說，噴氣模子是通過把衰減氣體送入與纖維相接觸的方法來鑒別的。兩種常用的設(shè)計是環(huán)形模和槽形模。具體地說，在環(huán)形模中，衰減氣體的泄離是圍繞著每一毛細(xì)管而形成一環(huán)帶狀，并與纖維的方向成平行。衰減作用是由于氣體對纖維的拖拉而形成的。在槽形模中，衰減氣體在模子頂端的任何一側(cè)以槽子狀而形成一角度而泄離與纖維相接觸。由模子幾何形狀決定的接觸角是根據(jù)可紡物質(zhì)而予以最佳化，以便獲得所需的纖維特性。本發(fā)明對各種噴氣紡絲模子均能應(yīng)用。典型的噴氣紡絲法使紡制的纖維落到一個位于衰減作用后面的集合表面上。視纖維的組成而定，這種方法產(chǎn)生一種兩維或三維的短的隨機排列的纖維毛層。用此方式集合的纖維可能含有不需要的彎曲或扭結(jié)而導(dǎo)致纖維抗張強度的降低。彎曲和扭結(jié)的主要原因被認(rèn)為是在纖維驟冷過程中由衰減氣體所產(chǎn)生的擾動。在技術(shù)上熟練的人們已認(rèn)識到，纖維集合過程是在獲得高抗張強度纖維中的一個決定性的步驟。先前的用來集合噴氣紡纖維的技術(shù)方法由于把它們集合在三維的隨機毛層中，所以典型地增加了彎曲和扭結(jié)的纖維數(shù)目。最近美國專利No．5，648，041發(fā)表了把纖維集合在二維的毛層中的方法，但獲得二維毛層的方法則需要額外的加工設(shè)備和對衰減氣體的嚴(yán)格控制。如同熔融紡絲法所表明，制造廠商們長期來已認(rèn)識到單方向的纖維鋪放或集合在例如一錠子或筒管上，能產(chǎn)生根本的纖維性能。然而在本發(fā)明之前，在噴氣紡絲法中用來達(dá)到此目標(biāo)的方法卻未曾被發(fā)現(xiàn)。本發(fā)明通過提供一種用來集合連續(xù)的噴氣紡纖維的裝置和方法而克服了以前在噴氣紡纖維中所遇到的困難。另外，本發(fā)明的方法和裝置提供了連續(xù)纖維的單一方向的集合。這里所用的“連續(xù)纖維”的術(shù)語表示纖維基本上具有無限的長度。連續(xù)纖維長度的中斷一般發(fā)生在有意識的切斷式是由于制造上的問題。另外，用本發(fā)明所產(chǎn)生的纖維對纖維的均勻度和抗張強度有所改進。最后，本發(fā)明提供的噴氣紡絲法能以一相當(dāng)于噴氣紡的速度來產(chǎn)生一熔融紡類型的產(chǎn)品。Ⅱ．本發(fā)明的主要公開內(nèi)容本發(fā)明提供一種裝置用來以噴氣法紡制連續(xù)的無限長度的纖維。此新的裝置包括一至少具有一根用來形成纖維的毛細(xì)管的噴氣紡絲模子，和用來引導(dǎo)衰減氣體同從毛細(xì)管中泄離的纖維相接觸的裝置。該裝置還提供一個用來對纖維在熱定形或驟冷也就是固化之前施加張力的裝置。另外本發(fā)明還可以選用地提供用來把纖維在集合到一接收裝置之前，從纖維列或纖維束中驅(qū)除氣體和蒸汽的裝置。另外，本發(fā)明提供一種用來紡制連續(xù)的噴氣紡纖維的方法。本發(fā)明的方法通過加熱一種可紡物質(zhì)和使它通過一紡絲模子來形成纖維。纖維通過一衰減氣體而衰減。在衰減以后，本方法還通過一張緊裝置在纖維上保持一張力來防止在纖維中形成松馳。連續(xù)的噴氣紡纖維可集合在張緊裝置上或一個后繼的諸如筒管或卷繞輥上。本發(fā)明還額外提供一用來從含碳的瀝青中紡制直的噴氣紡纖維的方法。此新方法利用一種在纖維上保持張力的裝置，在纖維熱定形或驟冷之前來消除松馳。本發(fā)明還包括把所述纖維在一接收裝置上集合成一經(jīng)紗片或橫動的連續(xù)長絲束。如果需要的話，本發(fā)明可提供在纖維集合到接收裝置之前去除氣體和蒸汽的裝置。最好是在接收裝置之前通過施加在纖維上的橫流通風(fēng)來除掉氣體和蒸汽。最后，此新方法也能適用于從諸如含碳瀝青，包括尼龍在內(nèi)的聚酰胺，例如滌綸“Dacron”的聚酯，丙綸，包括“萊克拉”(LYcra)在內(nèi)的聚氨基甲酸酯，諸如“凱天拉爾”(Kevlar)(聚對苯二甲酸對苯二胺)的芬芳聚酰胺，以及諸如中相瀝青，溶解的中相瀝青和Zenite的液晶材料等的材料中來紡制纖維，當(dāng)然也并不僅限于這些。其中所有商標(biāo)均系杜邦公司的注冊商標(biāo)。另外在紡制瀝青基纖維時，本發(fā)明提供一連續(xù)的直的噴氣紡纖維，這種纖維沒有扭結(jié)。彎曲和其他在噴氣紡中所存在的降低纖維機械性能的疵點。因此本發(fā)明能產(chǎn)生一具有明顯地更高抗張強度的纖維。另外，本發(fā)明還可提供從噴氣紡絲法所產(chǎn)生的連續(xù)纖維來制備橫動的連續(xù)纖維束，經(jīng)紗片，和單一方向的長絲粗紗織物。Ⅲ附圖的簡要說明圖1是本發(fā)明裝置的示意圖。Ⅳ具體說明A．噴氣紡和集合纖維用的裝置參照附圖，本發(fā)明提供一噴氣紡絲和纖維集合裝置10。裝置10具有一典型的由代號20代表的噴氣紡絲模子。一個蒸汽去除系統(tǒng)30，和一個張緊裝置40或其他適當(dāng)?shù)脑谒徶频睦w維上保持張力的裝置。噴氣紡絲模子在技術(shù)上已為人們所熟知。其實如前所述，噴氣紡絲模子有幾種熟知的變形。本發(fā)明可適用于各種噴氣紡絲模子。關(guān)于噴氣紡絲模子功能的其他信息可參閱以下參考文獻“熔融紡絲過程中的振動和穩(wěn)定性”，工業(yè)和工程化學(xué)研究1993年32期，3100-3111頁，Rio和Shambough著；“用以生產(chǎn)微纖維的熔融紡絲法的宏觀觀點”，工業(yè)和工程化學(xué)研究，1988年27期，2363-2372頁，Shambough著；“實際空氣噴咀矩形排列的三維溫度領(lǐng)域”，工業(yè)和工程化學(xué)研究，1994年33期，730-735頁，Mohammed和Shambough著；“超細(xì)熱塑纖維”，VanA．Wente著，工業(yè)和工程化學(xué)，48卷第8期，1956年8月，1342-1346頁；以及美國專利No．4，847，125，No．4，380，570，以及No．5，286，182．本發(fā)明的選用的蒸汽去除系統(tǒng)30，在可紡物質(zhì)含有諸如不起反應(yīng)的單體的揮發(fā)組分或被變成溶劑化物的瀝青的溶劑組分時是特別有用的。被變化溶劑化物的瀝青是由本發(fā)明的受讓人所開發(fā)的，并在美國專利No．5，259，947，No．5，437，780，5，501，788和No．5，538，621中公開，它們在這里被收編為參考。在推薦的實施例中，蒸汽去除系統(tǒng)30是位于模子20與張緊裝置40之間。推薦的蒸汽去除系統(tǒng)利用一個或幾個吹風(fēng)機(圖中未表示)或其他裝置來產(chǎn)生一氣體或空氣的橫流或運動。橫流通風(fēng)能有效地去除碳?xì)錃怏w或其他從纖維束內(nèi)部帶走的組分，并有助于附著在絲束的長絲上，在集合之前從纖維列或絲束內(nèi)部去除揮發(fā)組分可改進纖維的可加工性。最后，本發(fā)明的裝置包括一張緊裝置40，如圖所示，裝置40可以是像一單獨筒管或有邊筒管一樣簡單，它在連續(xù)的噴氣紡纖維上施加張力。也可以在裝置40的前面或后面采用額外的筒管、輥筒、針和熱夾板等來完成冷拉伸和熱定形功能。所用的準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)或裝置對本發(fā)明而言并不是至關(guān)重要的，而首要的重點是在所紡制的連續(xù)的纖維上提供一種用來保持足夠張力的裝置，以消除在纖維形成后和在集合過程中的纖維松馳。恒定的張力可使連續(xù)的纖維在一線性的排列中對準(zhǔn)而集合成對技術(shù)上熟練的人們所周知的任何方式，例如一經(jīng)紗片或橫動的連續(xù)長絲束。B．噴氣紡制連續(xù)的直的纖維的方法繼續(xù)參照附圖，本發(fā)明提供一種用來集合連續(xù)的噴氣紡纖維的方法，如在技術(shù)上已知那樣，用各種集合的方法能產(chǎn)生一經(jīng)紗片，一個橫動的連續(xù)纖維束，或其他產(chǎn)品。如前所述，噴氣紡制纖維的方法是眾所周知的。但雖已知道把連續(xù)的噴氣紡纖維集合成單一方向形式的優(yōu)點，而在本發(fā)明之前則尚未取得成功。根據(jù)本發(fā)明的方法，噴氣紡纖維是通過使一種可紡物質(zhì)經(jīng)過一噴氣紡絲模子的毛細(xì)管而形成的，當(dāng)紡制的纖維離開毛細(xì)管時，它們被衰減氣體所接觸，經(jīng)過衰減以后，纖維可選用地通過一蒸汽去除系統(tǒng)30來除掉任何可能從纖維列中被帶走的未經(jīng)反應(yīng)的單體或溶劑。這些材料最好在纖維集合之前除掉。特別是當(dāng)從變成溶劑化物的瀝青中來制備纖維時，這尤為重要，因為任何遺留的碳?xì)湮锏拇嬖趯⑹顾a(chǎn)的產(chǎn)品降級。蒸汽去除的方法最好通過產(chǎn)生一橫流抽吸來完成。橫流抽吸最好發(fā)生在纖維衰減之后和在纖維集合之前。橫流抽吸可由一個或幾個吹風(fēng)機、空氣壓縮機或其他適當(dāng)裝置來產(chǎn)生(圖中未表示)。蒸汽去除的方法不應(yīng)與在纖維的熔融紡中典型地發(fā)生的常用的橫流驟冷工序相混淆。從變成溶劑化物的瀝青中所紡制的纖維在模子附近快速地驟冷和熱定形。其靠近的范圍由快速膨脹和冷卻的衰減氣體所控制，因此從變成溶劑化物的瀝青中所產(chǎn)生的纖維在蒸汽去除之前已經(jīng)完成了驟冷過程。在纖維形成以后，本發(fā)明利用一個張緊裝置40在纖維上保持一恒定和均勻的力。在纖維上施加張力可消除纖維的彎曲和可能出現(xiàn)的扭結(jié)，以便于連續(xù)的無限長度的噴氣紡纖維的集合。另外，在纖維形成后施加一恒張力能使纖維排直在一線性列中，以便集合在一筒管上作為一經(jīng)紗片或橫動的連續(xù)纖維束。額外的張力在纖維的衰減上的沖擊將視可紡物質(zhì)而變動，但額外的張力并不作為一主要的衰減力，而主要是由衰減氣體來實現(xiàn)此功能。一旦連續(xù)的纖維已排直在一筒管或其他適當(dāng)?shù)募涎b置上以后，纖維便可切斷進行進一步加工。纖維從筒管上取下的方式將決定最終產(chǎn)品的特性。如果沿著筒管的長度進行一單獨的切割，纖維可作為一排直的單一方向的長絲粗紗布取走，其長度等于筒管的圓周。如果需要短而直的長度均勻的長絲，纖維可從筒管上以特定的間隔而切下以獲得所需長度的絲?；蛘呦裨诩夹g(shù)上熟練的人員所知道的那樣，纖維也可從筒管上進行加工，在取下或退繞以后切斷到所需長度，然后進行拉伸、整經(jīng)或以其他任何所需的方式進行加工。另外，在連續(xù)纖維由張緊裝置40排直以前或以后，還可采用輥筒，針，熱夾板和其他已知的裝置來完成冷或熱的拉伸和熱定形功能。C．連續(xù)的直的噴氣紡碳纖維本發(fā)明特別適用于從中相瀝青和變形溶劑化物的瀝青中來紡制連續(xù)的纖維。在美國專利No．5，648，041中討論了從變成溶劑化物的瀝青，特別是中相瀝青中來生產(chǎn)直的纖維的困難性。其中指出，纖維在由衰減氣體所產(chǎn)生的擾動區(qū)域內(nèi)的快速驟冷趨向于產(chǎn)生纖維的扭結(jié)和彎曲。但是通過采用張緊裝置40，本發(fā)明便能提供連續(xù)的噴氣紡纖維。另外，本發(fā)明通過以更高的單絲和復(fù)合的強度位移來生產(chǎn)纖維，還增加了更小直徑產(chǎn)品的潛力。最后，本發(fā)明還允許使用更大的紡絲模子中毛細(xì)管的直徑，從而減少在小的毛細(xì)管中所遇到的諸如堵塞的困難。表1表示本發(fā)明的纖維與用以前的方法所制的纖維相比，具有改進的抗張強度和初紡纖維直徑的變動較小。所示的測試結(jié)果是從同一批變成溶劑化物的中相瀝青中用同一噴氣紡絲模子所取得的。如表1所示，集合在筒管上的本發(fā)明的纖維比集合成毛層的纖維具有更高的抗張強度和更小的初紡纖維直徑的百分比變動系數(shù)，百分比的纖維直徑變動系數(shù)(％CV值)是用百分比表示的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以平均纖維直徑的一個數(shù)據(jù)組。較小的％CV值表示在纖維旦數(shù)的均勻度上有了改進。表1變動系數(shù)<tablesid="table1"num="001"><table>集合方法纖維特性抗張強度(公斤／英寸2)初紡纖維直徑的％CV毛層扭結(jié)的2856．1毛層扭結(jié)的27811．2筒管直的3783．9筒管直的4205．8</table></tables>本發(fā)明的其他實施例對于在技術(shù)上熟練的人員而言，只要考慮一下此規(guī)格或本發(fā)明的實踐，便可顯而易見。上述的規(guī)格僅作為一個實例，而本發(fā)明的實際范圍和精神在后面的權(quán)利要求中加以說明。權(quán)利要求1．一種用于噴氣紡制連續(xù)纖維的裝置包括一具有至少一根用來形成纖維的毛細(xì)管的噴氣紡絲模子；用來在從毛細(xì)管離開的纖維上引導(dǎo)一衰減氣體的裝置；在所述纖維經(jīng)過衰減后用來在纖維上保持張力的裝置。2．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的用來在所述纖維上保持張力的裝置是一種機械裝置。3．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的在所述纖維上保持張力的裝置是從筒管、輥筒、或卷繞輥等裝置群中來選取。4．根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，還包括一個在所述的纖維衰減后用來在所述纖維中排除氣體和蒸汽的裝置。5．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述的在所述纖維上用來保持張力的裝置也提供一個用來集合所述纖維的裝置。6．一個用來從中相瀝青中紡制連續(xù)的直的噴氣紡纖維的方法包括使所述的中相瀝青通過位于噴氣紡絲模子內(nèi)部的毛細(xì)管來使中相瀝青形成纖維；通過使所述纖維同衰減氣體相接觸來衰減所述纖維；在衰減以后在所述纖維上保持足夠的張力來防止松馳部分的形成。7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述纖維被集合在一接收裝置上。8．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述纖維被集合成一經(jīng)紗片或一橫動的連續(xù)長絲束。9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述經(jīng)紗片或橫動連續(xù)長絲束被進一步加工成一單向的長絲粗紗織物。10．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中在把所述纖維集合到所述的接收裝置之前，將氣體和蒸汽從所述纖維中排除掉。11．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述氣體和蒸汽是在接收裝置之前，在纖維上施加的橫流通風(fēng)來去除的。12．一種用來紡制連續(xù)的直的噴氣紡纖維的方法包括把一種可紡物質(zhì)加熱到一足以允許所述物質(zhì)流動的溫度，然后使所述物質(zhì)進入一紡絲模子，并通過位于所述模子內(nèi)部的毛細(xì)管而形成連續(xù)的纖維，然后當(dāng)所述纖維離開毛細(xì)管時通過使所述纖維同至少一個氣體流的接觸來使纖維衰減，其中的改進包括在所述纖維衰減以后，通過張緊裝置在所述纖維上保持一張力。13．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括把所述纖維在一卷繞裝置上集合成一經(jīng)紗片或橫動的長絲束的步驟，卷繞裝置是用來接收來自所述張緊裝置的所述纖維。14．根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括一在集合所述纖維之前去除氣體和蒸汽的步驟。15．根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中在所述纖維集合之前，在纖維上施加一橫流通風(fēng)。16．一個橫動的連續(xù)長絲束包括由噴氣紡絲法所紡制的眾多連續(xù)纖維。17．根據(jù)權(quán)利要求16的橫動連續(xù)纖維，其中所述纖維是從包括含碳瀝青、聚酰胺、尼龍、聚酯、聚丙烯、聚氨基甲酸酯、芬芳聚酰胺、和液晶等材料群中來紡制的。18．一個經(jīng)紗片包括由噴氣紡絲法所紡制的連續(xù)的纖維。19．根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其中用來在所述纖維上施加張力的所述裝置是從包括筒管、輥筒、和卷繞輥等的裝置群中來選取。20．一種單一方向的長絲粗紗織物從由噴氣紡絲法所紡制的連續(xù)纖維來制備。21．根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其中所述的用來在所述纖維上施加張力的裝置是從包括筒管，輥筒和卷繞輥等的裝置群中來選取的。全文摘要本發(fā)明提供一種用來噴氣紡制連續(xù)纖維的方法和裝置(10)。此方法利用一噴氣紡絲模子(20)和一個張緊裝置(40)來消除纖維中的松弛。本發(fā)明也提供利用噴氣紡絲法所紡制的連續(xù)纖維所制的纖維產(chǎn)品。文檔編號D01F9/145GK1279734SQ98811374公開日2001年1月10日申請日期1998年9月9日優(yōu)先權(quán)日1997年11月20日發(fā)明者J·A·羅杰爾斯,D·F·洛斯隆,R·A·羅斯申請人:康諾科有限公司