本發(fā)明涉及通過首先將纖維懸浮液通過噴嘴擠出以及最終通過干燥紗線去除多余水分來生產(chǎn)纖維紗的方法和設(shè)備。

尤其地，本發(fā)明的一實(shí)施例涉及一種用于對(duì)紗線脫水和用于從擠出的懸浮液到干燥紗線加捻紗線的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

本領(lǐng)域中已知由天然纖維制成的許多不同類型紗線。一種熟知的例子是傳統(tǒng)上從紙張制成的紙紗線。首次且唯一的工業(yè)方法在德國(guó)在19世紀(jì)晚期開發(fā)出。該工業(yè)方法隨著時(shí)間的推移經(jīng)過了優(yōu)化，但基本原理保持不變，并沿用至今。典型地，由化學(xué)紙漿、機(jī)制紙漿或化學(xué)-機(jī)制紙漿制造的紙被切成條(寬度一般地是5至40mm)，這些條被加捻成線。所述線可進(jìn)行染色和表面處理。產(chǎn)品(紙纖維)由于其性能缺陷而具有受限的應(yīng)用范圍，諸如有限的強(qiáng)度、厚度不合適、分層或折疊結(jié)構(gòu)，并且另外，該制造方法的效率較低。

棉廣泛用于紗線和繩索制造中的原材料。但是，棉花的種植要求大量的水資源，并且棉花的種植廣泛地在水和糧食短缺的區(qū)域進(jìn)行。當(dāng)可用水被用于棉花地的灌溉時(shí)，糧食供應(yīng)情況變得更糟糕。因此，棉的使用不支持可持續(xù)發(fā)展，需要一種替代的纖維源，其適于至少部分地替代棉。

棉花種植占世界農(nóng)耕區(qū)的5％，但其使用了所有農(nóng)藥中的11％。棉花的密集種植導(dǎo)致對(duì)水的污染，土壤的貧瘠，并改變了動(dòng)物種群。在未來，高度污染的棉花可被基于纖維素的材料替代?，F(xiàn)今，已有棉花的替代物。人造絲是一種由纖維素纖維制造的材料，但它仍要求大量的化學(xué)處理。

用纖維素材料生產(chǎn)纖維紗線和其它產(chǎn)品的方法在文獻(xiàn)JP 4004501B、JP 10018123、JP 2004339650、JP 4839973、EP 1493859、CN 102912622、CN 101724931、WO 2009028919和DE19544097中有記載。這些記載的方法通常包括在產(chǎn)品制造前或期間對(duì)纖維素的化學(xué)處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

直接從纖維、例如紙漿纖維而無(wú)溶解過程或?qū)⒗w維分解至納米纖維地生產(chǎn)紗線將提高紗線制造過程的效率和生態(tài)友好性。它同樣顯著減少了原料成本。當(dāng)前，從所述纖維生產(chǎn)纖維紗還沒有工業(yè)規(guī)模的纖維紗制造過程。纖維紗產(chǎn)品由棉紗線、不同黏性過程紗線等生產(chǎn)?，F(xiàn)在，從NFC生產(chǎn)紗線進(jìn)行了許多嘗試。

由于上述原因，提供一種以能夠工業(yè)規(guī)模地商業(yè)開發(fā)的方式從纖維素纖維直接生產(chǎn)紗線的方法和設(shè)備是有利的。

在第一方面，本發(fā)明涉及一種用于通過將新材料以機(jī)械方式形成為紗線而利用新材料并且允許生產(chǎn)出能夠替代棉和人造絲的環(huán)境友好型材料的方法/設(shè)備。

總的來說，本發(fā)明的目標(biāo)分別通過如權(quán)利要求1和14限定的新型方法和設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了能夠連續(xù)地生產(chǎn)基于纖維素的紗線的裝置和方法。

根據(jù)本發(fā)明的其它方面和實(shí)施例，本發(fā)明提供的紗線產(chǎn)品與由棉制成的對(duì)比產(chǎn)品相比較更便宜。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了木纖維和其它植物纖維的新用途。

本發(fā)明的一實(shí)施例是基于：將纖維懸浮液、例如紙漿纖維懸浮液從噴嘴進(jìn)料到第一網(wǎng)篩上，將第一網(wǎng)篩上的懸浮液輸送至由第一網(wǎng)篩和具有與第一網(wǎng)篩的機(jī)器運(yùn)行方向不同的機(jī)器運(yùn)行方向的第二網(wǎng)篩形成的鉗口，以在這些金屬絲網(wǎng)篩之間對(duì)待形成的紗線加捻和旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)一實(shí)施例，至少兩個(gè)網(wǎng)篩的相對(duì)的機(jī)器運(yùn)行方向是可調(diào)節(jié)的。

根據(jù)一實(shí)施例，至少兩個(gè)金屬絲網(wǎng)篩之間的間隙在機(jī)器運(yùn)行方向上變窄。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，至少兩個(gè)金屬絲網(wǎng)之間的間隙是可調(diào)節(jié)的。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，至少一個(gè)真空吸入箱相對(duì)于金屬絲網(wǎng)的間隙布置在至少一個(gè)金屬絲網(wǎng)的相對(duì)側(cè)上。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，該設(shè)備配有至少一個(gè)加熱元件，用于干燥和處理要制造的紗線。

本發(fā)明的各種實(shí)施例提供了重要的優(yōu)點(diǎn)。

本文描述的用于生產(chǎn)基于纖維素的紗線的新方法與例如使用棉相比對(duì)環(huán)境更為干凈，并且該方法能使用木材和其它纖維素植物材料的采伐余料。單單芬蘭的纖維素材料的采伐余料就可替代世界上棉需求中的20％。該裝置允許利用當(dāng)前可用于紙漿造紙工業(yè)中的技術(shù)進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的纖維紗生產(chǎn)。本發(fā)明提供了對(duì)北部的木纖維形成新的工業(yè)領(lǐng)域以及開發(fā)出全新用途的可能性。

通過本發(fā)明的方法和設(shè)備，可由無(wú)需過多化學(xué)處理或機(jī)器處理的紙漿料制成纖維紗。纖維紗可替代由其它材料制成的紗線。此外，利用纖維紗的特征屬性，例如可搓捻性，可將紗線用于新的應(yīng)用。纖維紗正如紙張或木板那樣，可被多次回收。纖維紗的纖維材料可從多個(gè)來源獲得。木纖維是合適的，而且用于制造紙張或木板的纖維材料也可用作原材料。本發(fā)明方法固有的對(duì)紗線的加捻增大了紗線的強(qiáng)度和彈性，因?yàn)樗龃罅思喚€中纖維之間的接觸，即交聯(lián)。

根據(jù)以下的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖考慮，本發(fā)明的其它目的和特點(diǎn)將變得顯見。但應(yīng)該理解，附圖僅供說明目的，不作為對(duì)本發(fā)明范圍的限定，本發(fā)明的范圍可參見所附的權(quán)利要求書。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意性側(cè)視圖。

圖2是可用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的噴嘴的示意性橫截面。

圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意性透視圖。

具體實(shí)施方式

定義：

機(jī)器運(yùn)行方向是網(wǎng)篩金屬絲網(wǎng)在其操作區(qū)上行進(jìn)的方向。返回運(yùn)行方向是網(wǎng)篩金屬絲網(wǎng)環(huán)在返回側(cè)上行進(jìn)的方向。

金屬絲網(wǎng)篩的操作區(qū)是網(wǎng)篩金屬絲網(wǎng)環(huán)的、當(dāng)處理要制造的紗線時(shí)紗線在其上行進(jìn)的部分。

金屬絲網(wǎng)的中心線是金屬絲網(wǎng)環(huán)的、當(dāng)處理要制造的紗線時(shí)紗線在其上行進(jìn)的部分的中心線。

紙漿被認(rèn)為是其中纖維還未被溶解或分解為納米纖維的機(jī)制漿料、化學(xué)-機(jī)制漿料或者化學(xué)漿料。

本發(fā)明的起點(diǎn)在于一種用于將纖維素纖維連接至固體物質(zhì)用于制造纖維紗線的新方法。該方法在WO2013/034814中公開，該文獻(xiàn)作為引用包括在本文中。該材料的主要應(yīng)用是通過將纖維連續(xù)地連接在一起生產(chǎn)紗線。

該裝置的主要功能是纖維素紗線的脫水和成形?；趤碜匀斯?shí)驗(yàn)室規(guī)模制造的經(jīng)驗(yàn)上，濕氣和過多水分應(yīng)被擠壓出紗線，同時(shí)加捻紗線以實(shí)現(xiàn)最終成形并在擠壓期間保持紗線的圓形橫截面。

根據(jù)本發(fā)明，纖維懸浮液、例如紙漿纖維懸浮液被擠出在兩個(gè)成角度的金屬絲網(wǎng)篩之間，金屬絲網(wǎng)篩的壓縮使紗線脫水，并且角向力元件旋轉(zhuǎn)并加捻紗線，紗線將實(shí)現(xiàn)其最終形式。最終的紗線將類似于通常的棉紗。

紗線生產(chǎn)的合適參數(shù)，例如速度、壓力和旋轉(zhuǎn)角度影響到紗線的質(zhì)量和特性。其它重要參數(shù)包括：噴嘴角度；網(wǎng)篩和纖維懸浮液13的各自速度之間的速度差，該速度差導(dǎo)致紗線的拉伸；以及成形部和干燥部之間的速度差。

圖1中的實(shí)施例包括布置成在導(dǎo)輥2上以環(huán)路行進(jìn)的第一下金屬絲網(wǎng)篩1。該環(huán)路上形成有在第一導(dǎo)輥3和第二導(dǎo)輥4之間的直部。第二金屬絲網(wǎng)篩5布置成抵靠第一金屬絲網(wǎng)篩1的直部以環(huán)路行進(jìn)，因此在金屬絲網(wǎng)篩1、5之間形成間隙6。兩個(gè)金屬絲網(wǎng)篩1、5之間的間隙布置成通過以第三和第四導(dǎo)輥引導(dǎo)第二金屬絲網(wǎng)篩5而在機(jī)器運(yùn)行方向上變窄。這提供了漸窄加壓間隙，用于去除紙漿纖維懸浮液中的水分。金屬絲網(wǎng)篩1、5形成在第一金屬絲網(wǎng)篩1的第一導(dǎo)輥3之后沿著機(jī)器運(yùn)行方向開始的漸窄鉗口。第二金屬絲網(wǎng)篩5的第一導(dǎo)輥7位于第一金屬絲網(wǎng)篩1的第一導(dǎo)輥3的下游，從而在第一金屬絲網(wǎng)篩上在第一金屬絲網(wǎng)篩1的第一導(dǎo)輥3與第二金屬絲網(wǎng)篩5的第一導(dǎo)輥7之間的距離上形成開放空間。操作區(qū)形成在第二金屬絲網(wǎng)篩1的第一和第二導(dǎo)輥3、4之間。

噴嘴9設(shè)置在設(shè)備的操作區(qū)的起始處位于第一金屬絲網(wǎng)篩1的開放空間上方，用于將紙漿纖維懸浮液13進(jìn)料到第一金屬絲網(wǎng)篩1上。在操作區(qū)的相反端上，是用于收集制成的紗線的卷繞輥11或相應(yīng)的卷繞設(shè)備。第二金屬絲網(wǎng)篩5的第二導(dǎo)輥8和第一金屬絲網(wǎng)篩1的第二導(dǎo)輥4分離開，從而在第一金屬絲網(wǎng)篩1上在這些導(dǎo)輥4、8之間形成開放空間?？蛇x的加熱器12可布置在此空間上。合適的加熱器是紅外加熱器、熱風(fēng)干燥器或例如在紙張、紙漿和木板行業(yè)中使用的其它已知干燥器或加熱器。用于通過金屬絲網(wǎng)篩從紗線去除水分和濕氣的吸入箱14可以相對(duì)于待形成的紗線設(shè)置在每個(gè)金屬絲網(wǎng)篩1、5的相對(duì)側(cè)上。在本例中，吸入箱14設(shè)置在第一金屬絲網(wǎng)篩的下方。金屬絲網(wǎng)篩1、5和卷繞輥由導(dǎo)輥旋轉(zhuǎn)，而這些導(dǎo)輥例如借助于電機(jī)或者相應(yīng)致動(dòng)器被驅(qū)動(dòng)。

上述設(shè)備通過如下方式生產(chǎn)紗線：將紙漿纖維懸浮液進(jìn)料到第一金屬絲網(wǎng)篩1上，以便正行進(jìn)的金屬絲網(wǎng)篩1將懸浮液傳送至第一和第二金屬絲網(wǎng)篩1、5的鉗口。在間隙中，待形成的紗線被加捻和旋轉(zhuǎn)，并抵靠金屬絲網(wǎng)篩1、5的表面被擠壓。該一作用有效地去除水分，形成高質(zhì)量紗線。

適合實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的噴嘴的實(shí)施例在圖2示出，圖2描繪了噴嘴9的橫截面圖。在這一實(shí)施例中，示出了圓形噴嘴。纖維懸浮液13通過內(nèi)模或孔17進(jìn)料，并且如果使用鹽或其它化學(xué)物質(zhì)15用于交聯(lián)，則它們可通過外?；蚩卓?6進(jìn)料。還可以使用除圓形之外的其它橫截面幾何形狀，例如橢圓形或矩形。當(dāng)纖維懸浮液被推送穿過噴嘴時(shí)，它具有一定速度并且變窄至圓細(xì)線18。懸浮液線的直徑由懸浮液13的出口速度以及懸浮液進(jìn)料到其上的第一金屬絲網(wǎng)篩1的速度來限定。

從噴嘴9獲得的潮濕紗線初始地包含通常30％w/w至99.5％w/w的水分。在脫水步驟中，紗線的固態(tài)含量可調(diào)節(jié)至需要水平，直至去除所有水分。

噴嘴9形成射流，而引起凝膠形成。噴嘴設(shè)計(jì)為在噴嘴內(nèi)側(cè)加速流體并定向纖維。交聯(lián)流體在噴嘴外側(cè)與纖維懸浮液融合，并且形成凝膠。為在金屬絲網(wǎng)區(qū)段保持紗線的圓形形狀，紗線在脫水期間必需加捻和旋轉(zhuǎn)。這通過金屬絲網(wǎng)篩之一的俯仰完成，以使在金屬絲網(wǎng)的機(jī)器方向?qū)?zhǔn)上存在角度差。通過沿著機(jī)器方向改變金屬絲網(wǎng)間隙6以及通過真空來調(diào)節(jié)脫水速度。射流-金屬絲網(wǎng)速度差改變張力，并使得紗線拉伸。金屬絲網(wǎng)張力和金屬絲網(wǎng)間隙還使得將預(yù)形成的紗線擠壓至金屬絲網(wǎng)。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。必需指出，因?yàn)榍宄鹨姡恍┎考H在一幅圖中示，因此圖1中未示出而圖3中示出的部件和設(shè)計(jì)應(yīng)認(rèn)為在功能上需要時(shí)在兩個(gè)實(shí)施列中均存在。這里，第一金屬絲網(wǎng)篩1通過三個(gè)導(dǎo)輥引導(dǎo)。這些導(dǎo)輥安裝在固定(下方)機(jī)架部件19上。第二金屬絲網(wǎng)篩5通過其導(dǎo)輥安裝在可移動(dòng)(上方)機(jī)架部件20上，框架部件20以可移動(dòng)的方式安裝在固定機(jī)架部件上。致動(dòng)器21用于調(diào)節(jié)可移動(dòng)機(jī)架部件20和固定機(jī)架部件19的相對(duì)位置。這允許調(diào)節(jié)金屬絲網(wǎng)篩1、5的相對(duì)位置。

該方法和設(shè)備最適于使用公開了用于生產(chǎn)基于纖維素的紗線的方法的WO 2013/034814中的教導(dǎo)來生產(chǎn)紗線。早先實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示：這一新型纖維素紗線的材料性能是有前景的，并且已經(jīng)生產(chǎn)出高質(zhì)量的紗線。之前試驗(yàn)是以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模進(jìn)行，生產(chǎn)出的紗線的長(zhǎng)度并不足以用于制造例如布。本發(fā)明能夠解決這一問題。

通過在噴嘴9之后在懸浮液噴到金屬絲網(wǎng)之前的快速懸浮液交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)紗線的初始形狀。在噴嘴中，流變改性劑(rheology modifier)防止堵塞，并且纖維隨流動(dòng)定向。通過噴嘴以同步化速度泵送不同復(fù)合物，并且隨著它們被混合，交聯(lián)阻止進(jìn)一步混合且進(jìn)行初始重力脫水。

濕凝膠紗18被直接擠出到第一金屬絲網(wǎng)篩1，第一金屬絲網(wǎng)篩1在第一和第二金屬絲網(wǎng)篩1、5間輸送材料。當(dāng)預(yù)形成的紗線碰到第二(在此，上方)金屬絲網(wǎng)篩5，水分開始被從中擠壓。當(dāng)紗線一直沿金屬絲網(wǎng)篩1、5之間移動(dòng)時(shí)，紗線的直徑減小。金屬絲網(wǎng)篩1、5對(duì)準(zhǔn)以使它們之間的間隙6朝向輸出點(diǎn)減小，并且金屬絲網(wǎng)篩1、5的中心線之間的沿著機(jī)器運(yùn)行方向(X-Y方向)的角度差使得在擠壓的同時(shí)旋轉(zhuǎn)紗線。

通過在金屬絲網(wǎng)篩1、5間擠壓紗線以及加捻紗線，去除所有游離水。在這時(shí)候，紗線的強(qiáng)度足以用于卷線，并且在此發(fā)生最終脫水。另外，如圖1的講述中記載的，該裝置可以包括對(duì)紗線的進(jìn)一步干燥。

金屬絲網(wǎng)的角向調(diào)節(jié)通過兩件式機(jī)架19、20執(zhí)行。固定(下方)機(jī)架部件19是牢固的，而可移動(dòng)(上方)機(jī)架部件20可如圖3中箭頭所示地旋轉(zhuǎn)?？梢苿?dòng)機(jī)架部件20沿著兩個(gè)引導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)，并且是可鎖定的。引導(dǎo)體允許另外在水平平面中的輕微移動(dòng)。顯而易見的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可設(shè)計(jì)出用于執(zhí)行這種相對(duì)移動(dòng)的各種方案。

本裝置的機(jī)架設(shè)計(jì)成易于調(diào)節(jié)和維護(hù)。

本裝置的機(jī)架需要高的剛度，因?yàn)檩佔(zhàn)觾H從一端附接，且它們必須保持良好對(duì)準(zhǔn)以便紗線達(dá)到均一品質(zhì)。對(duì)于可能的即將到來的需求，添加特征部以及修改這些輥的布置應(yīng)是容易的。清楚地，機(jī)架的構(gòu)造不限于所示的實(shí)例。

優(yōu)選地，能夠準(zhǔn)確調(diào)節(jié)金屬絲網(wǎng)篩1、5的速度，以使操作速度與通過噴嘴9進(jìn)料材料的泵同步。這些金屬絲網(wǎng)篩的操作可分別地利用兩個(gè)PC控制的AC伺服電機(jī)完成。通過給出金屬絲網(wǎng)的傾斜度的偏差量，這些速度可自動(dòng)地互相同步。

根據(jù)本發(fā)明，可設(shè)計(jì)和制造出用于脫水和成形纖維素紗線的、功能完善且高度可調(diào)的裝置。

對(duì)紗線成形的每個(gè)參數(shù)有影響的主要生產(chǎn)參數(shù)是金屬絲網(wǎng)篩速度、旋轉(zhuǎn)角度(金屬絲網(wǎng)篩之間的角度)以及上(第二)和下(第一)金屬絲網(wǎng)之間的空間。通過改變中X-Y平面中的金屬絲網(wǎng)篩角度，改變使紗線在水平平面處旋轉(zhuǎn)的力。金屬絲網(wǎng)篩之間的間隙影響到壓縮力，且它還可以通過改變摩擦力來改變紗線的旋轉(zhuǎn)。

在充分運(yùn)行的生產(chǎn)設(shè)施中，布置多個(gè)平行噴嘴以同時(shí)在多個(gè)生產(chǎn)線上生產(chǎn)紗線會(huì)是可預(yù)期的。在參照?qǐng)D1-3的上述生產(chǎn)步驟后，同時(shí)生產(chǎn)的多個(gè)紗線可卷繞在一起以形成一根或幾根厚紗線。由所述各個(gè)紗線構(gòu)成的這種厚紗線然后可卷繞到卷筒，進(jìn)行或不進(jìn)行施加合適化學(xué)物質(zhì)以達(dá)到特定預(yù)期效果的補(bǔ)充處理步驟。

這些參數(shù)的粗調(diào)節(jié)可以是基于對(duì)紗線的目視檢查結(jié)果。本發(fā)明的主要目的是連續(xù)地生產(chǎn)紗線。紗線的具體特性(恒定的直徑、拉伸強(qiáng)度)可通過改變操作參數(shù)來調(diào)節(jié)。本發(fā)明初步檢測(cè)的結(jié)果是有前景的，且為未來研究建立了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

本發(fā)明目的在于提供一種直接從纖維懸浮液、優(yōu)選地紙漿纖維懸浮液連續(xù)地生產(chǎn)紗線的裝置。將纖維懸浮液轉(zhuǎn)換成為紗線的該方式是全新的。

該裝置易于根據(jù)制造需求來調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠以非常高的速度連續(xù)地生產(chǎn)纖維素紗線。高于10m/s的更高速度是可能的，但由此需要對(duì)至少馬達(dá)和傳動(dòng)輪相應(yīng)地定尺寸和進(jìn)行選取。

可以設(shè)想，這些金屬絲網(wǎng)的角度和距離能夠在過程正在進(jìn)行時(shí)通過電腦準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，用于生產(chǎn)更長(zhǎng)且更好地成形的紗線。此外，這些金屬絲網(wǎng)篩的速度可彼此相同或不同。例如，速度差可用于影響紗線的表面結(jié)構(gòu)和加捻。

優(yōu)選地，本發(fā)明使用液體滲透型的金屬絲網(wǎng)、毛氈或傳送帶作為傳輸擠壓元件。然而，如果例如通過吸取而布置從傳輸擠壓元件之間的間隙移除水，也可使用橡膠帶或塑料帶，或者類似的非滲透型帶。一個(gè)可選例是使用滲透型/非滲透型的成對(duì)傳輸擠壓元件。

利用與用于棉紗的處理相類似的處理，纖維素紗線可達(dá)到與棉具有可比性的性能，并且可用在織物中。纖維素原材料比棉成本低，這使其在經(jīng)濟(jì)上也受到關(guān)注。此外，纖維素紗線是環(huán)保的。纖維素的原料可例如從采伐余料中獲取。

因此，雖然已經(jīng)如應(yīng)用于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例地示出、描述和指出了本發(fā)明的基本特征，但將理解，在不偏離本發(fā)明精神的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在本方法和裝置的形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種省略、替換及改變。例如，明確要求，執(zhí)行大致相同結(jié)果的、那些元件和/或方法步驟的所有組合在本發(fā)明的范圍內(nèi)。還完全預(yù)期和設(shè)想從一個(gè)所述實(shí)施例到另一所述實(shí)施例的元件替換。還應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖不一定按比例繪制，而是它們本質(zhì)上僅為概念性的。因此，目的在于僅如所附權(quán)利要求的范圍所指示地限制。