TWI752381B

TWI752381B - 纖維素長纖製程

Info

Publication number: TWI752381B
Application number: TW108143365A
Authority: TW
Inventors: 克里斯多夫施拉姆夫; 艾恩斯特賴特爾; 約翰彼利夏摩爾; 馬汀奈恩托伊費爾; 安德烈格雷森鮑爾
Original assignee: 奧地利商藍晶股份公司
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2022-01-11
Also published as: BR112021012155A2; KR20210105988A; US20220112627A1; KR102525590B1; TW202028551A; US11898272B2; JP7260650B2; JP2022515536A; EP3902944A1; CN113454273A; CN113454273B; EP3674454A1; WO2020136108A1

Abstract

本發明提供一種以極高生產速度可行地製造萊纖纖維素連續長纖紗之方法。

Description

纖維素長纖製程

本發明關於纖維素長纖紗的製造方法。

連續長纖紗在紡織工業中被廣泛使用來製造與使用短纖維製成的紗線相比具有鮮明特徵的織物。連續長纖紗係所有纖維在紗的任何長度上都是連續者。連續長纖紗普通由10到300或更多個別的長纖組成，這些長纖在製造時都彼此平行並且與該紗的軸平行。該紗線係藉由擠出聚合物或聚合物衍生物的溶液或熔體，然後將所製造的紗線捲繞於筒管或捲軸上或藉由離心繞紗法(centrifugal winding)形成紗餅來製造。

合成聚合物連續長纖紗是常見的。舉例來說，尼龍、聚酯及聚丙烯連續長纖紗被用於各式各樣的織物。其係藉由使熔融的聚合物通過紡絲板(spinneret)熔融紡絲而製得，該紡絲板上的孔數與所製造的紗線所需之長纖數相對應。在該熔融的聚合物開始固化之後，可以拉伸該紗以使該聚合物分子取向並且改善該紗的性質。

連續長纖紗也可藉由乾式紡絲法從諸如纖維素二乙酸酯及纖維素三乙酸酯的纖維素衍生物紡出。將該聚合物溶於合適的溶劑中，然後通過紡絲板擠出。擠出之後的溶劑迅速蒸發，導致聚合物以長纖維形式沉澱而形成紗線。新製成的紗可經拉伸以使該聚合物分子取向。

連續長纖紗也可以利用黏液絲製程(viscose process)由纖維素製成。纖維素係藉由與氫氧化鈉及二硫化碳反應轉化為纖維素黃原酸酯(cellulose xanthate)，然後溶於氫氧化鈉溶液中。將通常稱為黏液(viscose)的纖維素溶液通過紡絲板擠入酸浴中。將氫氧化鈉中和使該纖維素沉澱。同時，藉由與該酸反應將該纖維素黃原酸酯轉化回纖維素。該新形成的長纖係經拉伸以使該纖維素分子取向，清洗以從該長纖除去反應物，然後乾燥並捲繞於筒管上。在此製程的早期版本中，濕紗利用離心繞紗機– Topham Box收集成紗餅。然後使該紗餅於烘箱中乾燥，然後捲繞於筒管上。

連續長纖纖維素紗也可以使用銅胺製程(cupro process)來製造。將纖維素溶於氫氧化銅銨溶液中。將所得溶液擠入水浴中，於其中稀釋該氫氧化銅銨並沉澱出該纖維素。將所得的紗線清洗，乾燥並捲繞於筒管上。

由該黏液或銅胺製程製造的連續纖維素長纖紗可藉由編織或針織或其他織物成型製程製成織物。所製造的織物係用於各式各樣的應用，其包括外套、女襯衫和上衣、女內衣及跪毯的襯料。紗線也被製造用於輪胎及其他橡膠產品的補強。

由連續長纖纖維素紗製成的織物可以具有高光澤。其擅長於水分處理以增進穿著者的舒適度。其不像使用連續長纖合成紗製成的織物那樣容易產生靜電。

然而，由當前可用的連續長纖纖維素紗製成的織物通常具有較差的物理性質。與由合成聚合物例如聚酯製成的織物相比，乾強度及撕裂強度差。由於該纖維素與水之間的相互作用，其濕強度遠低於乾強度。耐磨性低。與水的相互作用也會使該纖維素軟化，造成由該紗線製成的織物在潤濕時變得不穩定。

由於這些缺陷，最初使用連續長纖纖維素紗製成的產物現在主要使用合成聚合物連續長纖紗來製造，例如聚酯及尼龍。

然而，合成紗確實表現出某些缺點。使用其製成的織物不具有由纖維素紗製成的織物之濕氣處理能力。合成織物會產生靜電。有些人認為與含纖維素的織物相比，由合成紗線製成的服裝穿著舒適性要差得多。

因此，需要連續長纖維纖維素紗，其能製造出具有由當前可用的連續長纖維紗所製成的織物之積極特性，但是其性能通常與使用連續長纖合成紗製成的織物相關聯之織物及其他紡織品。

令人驚訝地發現，由該萊纖製程製造的連續長纖紗具有比由該黏液絲製程製造的長纖紗高得多的抗張強度。這會導致具有更好的強度、撕裂強度及耐磨性的織物。當萊纖長纖被潤濕時的強度損失要比黏液長纖低得多。這意指萊纖織物在潮濕時更難變形，從而提供更好的織物穩定性。與同等的黏液織物相比，萊纖織物在潮濕時也更堅固。

也令人驚訝地發現，由萊纖連續長纖維製成的織物可具有光澤、水分處理性質及低靜電產生，這是連續長纖黏液及銅纖維織物的理想特性。

萊纖技術係以纖維素木漿或其他以纖維素為底質的原料直接溶於極性溶劑(舉例來說正甲基嗎啉N-氧化物，以下稱為“胺氧化物”)以產生黏性的高剪切減黏溶液(shear-thinning solution)為基礎的技術，該溶液可形成一系列有用之以纖維素為底質的材料。在商業上，該技術係用以製造一系列纖維素短纖維(市面上可從奧地利， Lenzing的Lenzing AG工業公司以商標TENCEL®購得)，其係廣泛用於紡織及非織造行業。萊纖技術的其他纖維素產品，例如長纖維、膜、被覆、珠及非織網(nonwoven web)也已有人揭露。

US6, 241, 927 B1揭示一種製造纖維素纖維的方法。US5, 252, 284揭示一種製造成型纖維素製品的方法，其特徵在於限定紡絲嘴(spinning nozzle)的出口與凝聚溶液(coagulation solution)的表面之間的氣隙的最大長度。

US 2005/0035487 A1揭示一種具有藉由吹氣冷卻的紡絲裝置及方法。該紡絲裝置係一種用於從成型材料，例如含有纖維素、水及三級胺氧化物的紡絲溶液，製造連續成型體的設備。此文件的教導期於提供一種被引導到擠出孔的出口與凝聚溶液的表面之間的氣隙區域中之特定氣流，其中緊接在擠出之後的氣隙包含屏蔽帶及與該擠出孔被該屏蔽帶分開的冷卻區。

EP 823945 B1揭示一種製造纖維素纖維的方法，其包含根據萊纖製程的纖維素紡絲溶液的擠出及凝聚，該方法強制性地包含拉伸該長纖並且將該長纖切成纖維素纖維的步驟，可用於各種不同應用領域。根據此先前技藝技術的教導，拉伸該凝聚纖維素長纖的製程步驟必不可少，以便特別地獲得具有所需性質平衡的短纖維。

EP 0 853 146 A2揭示一種製備以纖維素為底質的纖維的方法。根據此文件的教導，將分子量相差很大的二不同原料混合以獲得纖維。WO 98/06754揭示一種相似的方法，其要求在混合所製備的溶液以獲得紡絲溶液之前先將二不同原料分別溶解。DE 199 54 152 A1揭示一種製備纖維的方法，其中使用具有較低溫度的紡絲溶液。

已有人描述過由萊纖紡絲溶液製造的纖維素長纖紗之益處(Krüger, Lenzinger Berichte 9/94, S. 49 ff.)。但是，由於對紡絲效率的要求不斷提高，有人嘗試將該萊纖製程中的紡絲速度提高到每秒幾百米的值。然而，於如此高的紡絲速度下，可能會產生各種不同問題，包括所製造的個別長纖中缺陷的比例高到無法令人滿意，這可能導致大量不適合進一步使用的產物及/或導致生產中止。

因此，所需的高紡絲速度，同時保持長纖品質，出現尚不知道商業上可行的製程之缺點，因為由形成萊纖長纖的先前技藝製程所獲得的長纖及紗線品質並無法令人滿意。此外，由於從擠出之後直接進行高度聚合物伸展，然後經由液劑交換去除溶劑的苛刻要求，先前技藝關於其他工藝技術(黏液、合成長纖)製造纖維及長纖的教導並不適用於萊纖製程。

因此，與萊纖短纖維製造相比，高速連續長纖萊纖紗的製備提出了新的製程挑戰，這主要係由於更高許多的生產速度、長纖均勻性要求及對特殊製程連續性的需求： ●長纖的生產速度通常比短纖維的生產速度快十倍以上，並且最近對進一步提高生產速度的要求增加了製程控制的問題。 ●在連續長纖紗產物中，所有個別長纖的性質皆必須位於非常狹窄的可變範圍內，舉例來說以防止出現諸如染料吸收差異之類的問題。舉例來說，丹尼分佈(denier distribution)的變異係數必須小於5%。另一方面，在短纖維製程中，有更多的空間可以“平均”各個長纖之間的細微變化，因為每捆纖維皆由數百萬從長纖中切割成所需長度而得並摻混在一起的個別纖維組成。EP 823 945 B1中揭示形成萊纖短纖維的實例。 ●需要非常高純度的紡絲溶液以使伸展步驟期間的長纖斷裂最少化。斷裂會導致個別長纖的損失，從而導致紗線不再符合要求的規格，並且可能導致紡絲連續性的喪失。短纖維製程可耐受一定比例的個別長纖斷裂。

發明的目的因此本發明的目在於提供一種能夠以極高生產速度以高品質，在使整個製程成為商業上可行的製程控制之情況下，製造萊纖長纖及萊纖多絲長纖紗(multifilament yarn)之方法。

因此，本發明提供如申請專利範圍第1項所界定的方法。在申請專利範圍第2至10項及說明書中提供較佳具體實例。

現有技術的限制已經被本文所揭示的發明克服。換言之本發明提供一種製造如申請專利範圍第1項所界定的萊纖長纖及萊纖多絲長纖紗的方法。本發明將參照與相關製程步驟及運用的參數有關的所需製程控制詳細加以描述。應當理解，這些製程步驟及其各自的較佳具體實例可適當地結合，並且本案涵蓋了這些組合並揭示這些組合，即使本文沒有明確描述亦同。

發明人已經確定，對於400 m/min或更高的生產速度，所需的製程控制能夠可靠地製造高品質的長纖及紗線，而且若按照以下關係式(1a)調整該紡絲溶液離開該紡絲嘴之後所提供的氣隙，便可達成於0.8至7.0 dtex，較佳地1.0至6.0 dtex，更佳地1.3至4.8 dtex，包括1.7至4.1 dtes在內的範圍中之長纖纖度(titer)： (1a)

在此關係式中，L表示該氣隙的長度(mm)，v表示該生產速度(m/min)，纖度表示該個別長纖的纖度(dtex)，而且p表示該紡絲板所用的個別紡絲板片的長度(mm)。

在特佳具體實例中，要滿足的關係式如以下(1b)： (1b)

其中，F為1.3或更大。

F係一個無維度的因子。在某些具體實例中F也可以為1.35或更大或甚至1.4或更大，而且上限為2.0，較佳地1.7且最佳地1.5。在某些具體實例中，F可為1.3至1.5，或甚至1.3至1.4。

頃意外地發現藉由根據上述步驟調整該製程參數氣隙長度、紡絲板片的長度、個別長纖的纖度及生產速度，便能夠進行可靠的製程控制，所以即使採用極高生產速度，也可以可靠地製造出高品質(特別是令人滿意的低缺陷率)的長纖及紗線。因此，由於根據以上提供的關係式對相關製程條件的調整提供了可靠的製程控制，即使對於製造規模的萊纖設備，本發明也有利於評估用於製造萊纖長纖及紗線的製程條件。這減少了評估此製程條件所需的時間及資金。 •長纖的擠出

根據對萊纖紡絲製程的普遍已知的要求，通過各紡絲板噴嘴孔的紡絲溶液的流動的均勻性及一致性促進了該製程，並有助於符合個別纖維素長纖的品質要求，而多絲長纖紗也是如此。有鑑於此處設想的用於長纖及長纖紗製造之極高生產速度，其係於400 m/min及更高的範圍，這特別相關。根據本發明可達成400 m/min及更高的生產速度，例如500 m/min或更高，較佳地700 m/min或更高，甚至達於1000 m/min或更高，舉例來說最高2000 m/min。合適的範圍係400至2000 m/min，例如500至1500 m/min或700至1000 m/min，包括例如700至1500 m/min的範圍。

用於擠出萊纖紡絲溶液的各紡絲板片具有與連續長纖紗所需的長纖數量相對應之噴嘴孔數量。多根紗線可藉由將多重紡絲板片組合成單一紡絲板板而從單一噴射器擠出，舉例來說WO03014429 A1揭示的，在此以引用的方式併入本文。這些紡絲板片原則上係具有一定數量的噴嘴孔之矩形或實質上矩形的片。根據本發明，所用的紡絲板片的長度根據上述關係式係所需製程控制之相關因子。一般，較佳為該紡絲板片的長度係於30至100 mm範圍中的情況，較佳地40至80 mm，特別是50至70 mm。此處提及的長度係該紡絲板片的二較長邊的長度(通常是相等的長度)，即使該片不是真正的矩形而是形成平行四邊形亦同。

各長纖紗(即各紡絲板片)的噴嘴孔的數量可根據預期的紗線類型選擇，但是該數量通常係於10到300，較佳地20到200，例如30到150的範圍中。

紡絲溶液流動的均勻性可藉由在該紡絲板及個別噴嘴內提供良好的溫度控制而獲得改善。較佳為在紡絲期間使該噴嘴內(以及噴嘴之間)的溫度變化盡可能小，並且較佳為於±2℃或更小的範圍內。這可藉由在一系列不同區帶中裝設直接加熱該紡絲板及該個別噴嘴的裝置來實現，以補償紡絲溶液溫度的任何局部差異並且精確控制該紡絲溶液從各自紡絲板噴嘴劑出時的紡絲溶液之溫度。此溫度控制裝置的實例係揭示於WO 02/072929及WO 01/81662，在此以引用的方式併入本文。

紡絲板噴嘴縱剖面較佳為設計成使紡絲溶液通過該噴嘴的平滑加速最大化，同時使壓降最小。該噴嘴的關鍵設計特徵包括，但不限於，光滑的入口表面及噴嘴出口處的銳利邊緣。 •初步冷卻

在離開該紡絲嘴之後，通常對該個別長纖進行冷卻製程，典型地使用空氣流。因此，較佳為藉由在氣隙中使用空氣氣流，較佳地受控的橫向氣流(cross draught)，來冷卻此步驟中的長纖。該氣流應該具有受控的濕度以便獲得所需的冷卻效果而不會對該纖維的品質造成不利影響。合適的濕度值係熟練的技術人員已知的。在任何情況下，本發明在該長纖的初步擠出之後提供氣隙，其長度由上述其他製程參數求出。但是，根據本發明的較佳具體實例，該氣隙的長度最大為200 mm，更佳地最大為150 mm。頃發現根據這些較佳具體實例來限制該氣隙長度將確保整體良好的製程穩定性，即使在此處設想的極高生產速度下也可產出高品質長纖及紗線。特別是，頃發現很大的氣隙會引起問題，因為個別長纖會移動並且接觸，從而導致長纖熔合及產物品質差。

因此，關於該氣隙的長度本發明提供一種調整製程條件的裝置使其能以極高速度製造出期望的長纖纖度。

關於視需要的橫向氣流設備可以參考WO03014436 A1，在此以引用的方式併入本文。此文件揭示合適的橫向氣流設備。較佳為在該氣隙的整個長度上均勻的長纖冷卻。

橫向氣流速度較佳為比萊纖短纖維製造時所用的速度低得多。合適的值為0.5至3 m/sec，較佳地1至2 m/sec。濕度值可在每千克空氣0.5至10克水的範圍內，例如每千克空氣2至5克水。該空氣溫度較佳為控制於低於25℃，例如低於20℃的值。 •長纖的初步凝聚

在離開紡絲板噴嘴並且在氣隙中冷卻之後，必須對所產生的長纖進行處理以進一步引發凝聚。此係藉由將個別長纖放入凝聚浴(也叫做紡絲浴)中達成。頃發現為了達成高度均勻性的產物品質，該長纖之此進一步的初步凝聚步驟較佳地於一小窗區內進行，即僅很小的可變性，較佳地於同一點。

頃發現傳統的紡絲浴設計通常不適合此目的，因為高長纖速度(高於約400 m/min)所引起的流體動力會擾亂該浴表面而導致初步凝聚不均勻(及多變的氣隙尺寸)以及潛在的長纖熔合及其他損壞。頃已確定在此問題的情況下較佳為使用深度小於50 mm的淺紡絲浴。

此紡絲浴係揭示於，舉例來說，WO03014432 A1，在此以引用的方式併入本文，其揭示在5至40 mm，較佳地5至30 mm，更佳地10至20 mm範圍內的淺紡絲浴深度。此淺紡絲浴的應用能夠控制該紡絲長纖與該紡絲浴中凝聚溶液的接觸點，從而避免使用習用紡絲浴深度時可能產生的問題。

此外，頃發現若將該紡絲浴內的胺氧化物濃度控制為小於通常在萊纖纖維製造時使用的值，則長纖品質可得到改善。頃發現低於25重量%，更佳地低於20重量%，甚至更佳地低於15重量%的胺氧化物之紡絲浴濃度可改善長纖度。該胺氧化物濃度的較佳範圍係為5至25重量%，例如8至20重量%或10至15重量%。這明顯低於經揭示用於萊纖短纖維製造的範圍。為了能夠維持此低的胺氧化物濃度，較佳為連續監測該紡絲浴的組成，所以舉例來說該濃度的調整可藉由補充水及/或藉由選擇性去除過量的胺氧化物來進行。

此紡絲浴的溫度通常在5至30°C，較佳地8至16°C的範圍內。

類似於以上針對紡絲溶液所揭示的較佳具體實例，可進行高嚴格度的紡絲浴液過濾，以將該紡絲溶液中不希望的固體雜質損壞剛形成的嫩長纖(tender filament)之可能性減至最低。這在超過700 m/min的極高生產速度下特別重要。

在該紡絲浴內將目標最終紗線的個別長纖聚集在一起並且藉助於該紡絲浴的出口將其捆綁成初步多絲長纖束，該出口通常為環形出口，其不僅將該長纖聚集在一起而且也用以控制與該長纖束一起流出該浴的紡絲浴液的量。合適的設備係熟練的技術人員已知的。該環形出口的形狀及材料的選擇會影響施於該長纖束的張力，因為至少一些長纖與該環形出口接觸。熟練的技術人員將知道用於該紡絲浴的那些出口之合適的材料及形狀以使對該長纖束的負面影響最小化。

因此，在根據本發明的方法之較佳具體實例中，該方法包含適用於該萊纖製程的紡絲溶液之製造步驟，該紡絲溶液包含10至15重量%，較佳地12至14重量%的纖維素，其中該纖維素較佳地如下所述。再者此方法包含通過該擠出噴嘴擠出該紡絲溶液，同時使通過該擠出噴嘴的溫度變化保持於±2°C或更小的範圍內之步驟。對由此產生的長纖進行上述初步冷卻，然後以此方式獲得的長纖的初步凝聚發生於深度小於50 mm，較佳地5至40 mm，更佳地10至20 mm的凝聚浴(紡絲浴)中。

此凝聚浴中使用的凝聚液的組成顯示胺氧化物的濃度為23重量%或更低，更佳地低於20重量%，甚至更佳地低於15重量%。此胺氧化物含量的調整可藉由選擇性地除去胺氧化物及/或藉由補充新鮮水以將該濃度調整到最佳範圍來實現。

此製程確保可獲得具有高品質，特別是高均勻性的長纖，其特別以確保均勻凝聚並因此均勻長纖性質的方式進入該凝聚浴。此外，在上述方法的具體實例中，與標準萊纖短纖維製程相比，較佳地在擠出時，舉例來說藉由採用更寬的噴嘴間距來調整個別長纖之間的距離，如以下進一步描述的。如本文所述，這些較佳製程參數及條件能夠製造出具有高均勻度的萊纖長纖，同時也能實現所需的高製程速度(400 m/min或更高的紡絲速度，更佳地500 m/min或更高，並且在一些具體實例中高達700 m/min或更高)。在此上下文中，本發明另外能夠連續且長期製造纖維素萊纖長纖及相應的紗線，因為如以上說明的製程參數及條件將避免長纖斷裂或長纖缺陷等等，這將需要停止長纖及紗線的製造或排除已製造的長纖/紗線。

有鑑於高速長纖紗製造的需求，萊纖紡絲溶液的流變性係重要的。舉例來說，當使用已知用於短纖維製造的紡絲溶液組合物時，會遇到不可接受數量的長纖斷裂。頃發現使用寬分子量分佈的纖維素原料符合根據本發明的高速製造的需求。特佳的寬分子量分佈纖維素材料係摻混物，該摻混物係藉由摻混5至30 重量%，較佳地10至25 重量%之掃描黏度在450至700 ml/g範圍內的纖維素與70至95 重量%，較佳地75至90 重量%之掃描黏度在300至450 ml/g的範圍內的纖維素而獲得，其中該二部分的掃描黏度差異為40 ml/g或更大，較佳地100 ml/g或更大。該掃描黏度係根據SCAN-CM 15:99於銅-乙二胺溶液(cupriethylenediamine solution)中測定，其係熟練的技術人員已知的並且可於市售可得的裝置上進行，例如可購自psl-rheotek的裝置Auto PulpIVA PSLRheotek。

為了獲得此纖維素原料(舉例來說從木漿)以實現所需的分子聚分散性(polydispersity)，可使用不同類型的起始原料之摻混物。最佳摻混比例將取決於各摻混組分的實際分子量、長纖製造條件及長纖紗的特定產物要求。或者，舉例來說在木漿製造期間，也可經由在乾燥之前進行摻混來獲得所需的纖維素聚分散性。這將消除在萊纖製造期間仔細監控及摻混紙漿原料的要求。

該紡絲溶液中纖維素的總含量通常為10至20 重量%，較佳地10至16 重量%，例如12至14 重量%。由於熟練的技術人員知道用於萊纖製程的紡絲溶液所需的組分，因此此處不需要對這些組分及一般製造方法進行進一步的詳細說明。關此，參考US 5,589,125、WO 96/18760、WO 02/18682及WO 93/19230，在此以引用的方式併入本文。

為了進一步控制根據本發明的製程，較佳地採用高水準的製程監控及控制以確保紡絲溶液的組成均勻性。這可能包括線上測量紡絲溶液組成/壓力/溫度、線上測量顆粒含量、線上測量紡絲溶液在噴射器/噴嘴中的溫度分佈及定期進行離線交叉檢查(cross-check)。

更佳為控制並且，必要的話改善本發明使用的萊纖紡絲溶液的品質，因為大顆粒的含量會導致正在形成的個別長纖出現不可接受的斷裂。此顆粒的實例係雜質，例如沙子等等，但是還有包含不能充分溶解的纖維素之凝膠顆粒。使此固體雜質含量最少化之一選項係過濾器製程。該紡絲溶液的多級過濾係使固體雜質最少化的最佳方法。熟練的技術人員將理解，對於更細的長纖纖度需要更大的過濾器嚴格性。典型地，舉例來說，頃發現具有約20微米的絕對阻制力(absolute stopping power)之深度過濾對於1.3分特長纖係有效的。對於更細的長纖分特數較佳為15微米的絕對阻制力。用於進行過濾的裝置及製程參數係熟練的技術人員已知的。

此外，頃發現合適的是將該紡絲溶液的黏度調整至在110℃下以1.2 (1/s)的剪切速率測量為500至1350 Pa^. s的範圍。

在其製備期間該紡絲溶液的溫度通常在105至120°C，較佳地105至115°C的範圍內。在實際紡絲/擠出之前，該溶液係視需要地在過濾之後使用熟練的技術人員已知的製程及裝置加熱至更高的溫度，通常為115至135℃，較佳地120至130℃。此製程與過濾步驟一起提高初步製備之後的紡絲溶液的均勻性以提供適合於通過該紡絲嘴擠出的紡絲溶液(有時候叫做紡絲體)。然後，此紡絲溶液較佳地在擠出/紡絲之前加熱至110°C至135°C，較佳地115°C至135°C的溫度，該製程可包括中間冷卻及加熱階段及回火階段(將該紡絲溶液在指定溫度下保持一定時間的階段)。此製程係熟練的技術人員已知的。 •長纖伸展

在離開該紡絲浴之後，通常藉由導輥(guidance roller)將該多絲長纖束捲取，該導輥將產生最終紗線的束引導至後續加工階段，例如清洗、乾燥及捲繞。在此步驟期間，較佳為不使該長纖束發生拉伸。該紡絲浴的出口及與該導輥的接觸之間的距離可根據需要進行選擇，並且據顯示介於40與750 mm之間，例如100至400 mm的距離係合適的。頃發現此製程步驟可提供另外的選項來控制及影響產物品質。在此製程步驟中，舉例來說，可調整長纖晶體結構，從而實現該萊纖連續長纖紗的理想性質。如以上指出的，並且視為申請專利範圍第1項的措詞的衍生形式，頃發現此製程步驟的成功與根據上述揭示的關係式對製程條件的調整密切相關。

如以上指出的，諸如導輥的裝置捲取該長纖，將其組裝以形成初始紗線，並且將由此獲得的紗線引導至進一步的加工步驟。根據本發明，較佳為在該長纖束(紗線)與該導輥的接觸點處施於該長纖束的最大張力(maximum tension)為(4.2×長纖數/長纖纖度)^0.69 ( cN)或更小。此張力意指從該紡絲嘴的出口點處到該第一接觸點，舉例來說在該凝結步驟之後設置的導向輥，之間施於該長纖/長纖束的張力。上面提供的公式藉由例示的方式定義該最大張力，舉例來說，對於60根紗纖度為80 dtex(普通長纖束的纖度為1.33 dtex)的長纖之長纖束而言，該最大張力為(4.2 x 60：1.33)^0.69 ，結果為37.3 cN。

藉由保持此規定的最大張力，可確保防止長纖斷裂，所以可獲得高品質的紗線。此外，這有助於確保該長纖製造製程能夠在規定的時間內運行而不會受到干擾。熟練的技術人員將理解本文所指的張力係藉由使用三輥測試設備Schmidt-Zugspannungsmessgerät ETB-100從整個製程中採集的樣品來測量的張力。在本文中所指的指定接觸點為長纖及長纖束測定的張力可，使用本文在本發明的上下文中揭示的製程參數，用以控制產物品質及製程穩定性，特別是藉由調整該紡絲溶液的組成、該紡絲浴深度及該紡絲浴液(凝聚浴)的組成、該空氣橫向氣流以及紡絲板設計(例如噴嘴設計及噴嘴間距)，以便將該張力值調整成符合上述方程式的值。 •長纖清洗

由於在初步凝聚及冷卻之後的長纖仍含有胺氧化物，因此通常將獲得的長纖及/或紗線進行清洗。胺氧化物可藉由經由典型地在70至80°C的去礦物質水或其他合適液體的逆流從新形成的紗線上洗淨。與較早的製程步驟一樣，頃發現傳統的清洗技術(舉例來說使用槽)可能鑑於高於約400 m/min的高生產速度而帶來問題。此外，較佳將清洗液均勻地施於各自個別的長纖，以獲得高品質的產物。同時，為了保持該長纖的完整性，較佳使該嫩長纖與清洗表面之間的接觸最小以實現目標紗線性質。再者，必須將個別長纖紗並排清洗，並且線長度應該最小化以確保可行的製程經濟學。有鑑於以上所述，頃發現較佳的清洗方法涉及以下的單獨或組合的步驟：

清洗較佳地使用一系列從動輥來進行並且對各自紗線個別地進行一系列清洗液浸漬/除液步驟。

頃發現在各清洗浸漬步驟之後，提供從各自紗線長纖均勻地滌除紡絲液而不會損壞嫩長纖的裝置係有益的。這可舉例來說經由適當設計及定位的導銷(pin guide)達成。該導銷可，舉例來說建構為無光澤的鉻飾面。該導引件使長纖紗緊密間隔(約3 mm)，與長纖良好接觸，而可導致均勻液劑去除及低張力，以使長纖損壞減至最少。

視需要地，可包括鹼洗步驟以提高從長纖去除殘留溶劑的效率。

用過的清洗液(在第一導銷之後)在返回溶劑回收之前通常具有10至30%，較佳地18至20%胺氧化物的濃度。

“軟飾面”可用以輔助進一步處理。類型及施用方法對此領域的習知技藝者而言係已知的。舉例來說，頃發現‘吻輥(lick-roller)’裝置在該長纖上施加約1%的表面整理劑(finish)，然後接著軋輥(nip roller)控制進入乾燥器的紗線張力係有效的。 •紗線乾燥

同樣，對此步驟的良好控制有助於開展最佳的紗線性質並且使長纖損壞的可能性減至最低。乾燥裝置及乾燥參數係熟練的技術人員已知的。較佳具體實例係定義如下：

該乾燥器由舉例來說12至30個直徑約1 m的加熱滾筒(heated drum)組成。較佳為對個別的速度控制以確保長纖張力保持較低且恆定，較佳地低於10 cN，較佳地低於6 cN。乾燥之後的紗線之間的間距可為約2至6 mm。

乾燥器中的初始溫度為約150°C。在該乾燥的後期，製程溫度可能隨著乾燥的進行而降低。

可藉由此領域的習知技藝者已知的裝置在乾燥之後將抗靜電劑及/或柔軟整理劑(soft finish)施於該長纖紗。

其他製程步驟，舉例來說將紗線合股(combining)，變形(texturizing)或交織(intermingling)，可在乾燥之後並且在收集之前使用熟練的技術人員已知的製程應用。必要的話，柔軟整理劑可在上述步驟之前施於該紗線。 •紗線的收集

紗線可以使用標準捲繞裝備來收集。合適的實例係一排捲繞機。捲繞機速度係用以微調上游的加工速度以保持較低並恆定的紗線張力。

熟練的技術人員將理解各種改質物質，例如染料、抗菌產物、離子交換劑產物、活性碳、奈米顆粒、洗劑、阻燃劑產物、超強吸收劑(superabsorber)、浸漬劑(impregnating agents)、染料、整理劑、交聯劑、接枝劑(grafting agent)、黏合劑；而且其混合物可在製備該紡絲溶液期間或在清洗區中添加，只要這些添加物不損害該紡絲製程即可。這樣可使所製造的長纖及紗線改質以符合個別產物的要求。熟練的技術人員非常了解如何在該萊纖長纖紗製程的那個步驟中添加上述參考材料。關此，頃發現由於該高線速從而短停滯時間，通常在該清洗階段添加的許多期望的改質物質對該長纖紗途徑將會沒效。為了加入這些改質物質，替代方法是收集經過充分清洗但是“永不乾燥”的長纖紗並且將其分批進一步處理而停滯時間不會成為限制因子。

藉由參考圖1來描述根據本發明的方法之相關部分的圖示。在圖1中，措辭(p)顯示該紡絲板片的長度，措辭(L)表示該氣隙的長度。含有該紡絲溶液的貯槽及任何先前步驟(例如過濾步驟)並未顯示於圖1，但是熟練的技術人員將理解該紡絲溶液如何進入該紡絲板及該紡絲板片中。措辭(S)表示沉澱或凝聚浴，而措辭(v)表示生產速度，其通常測量為每分鐘經過該凝聚浴之後所捲取的紗線米數(m/min)。

根據本文所述的方法，可製造出纖維素長纖以及萊纖維長纖束形成的纖維素紗。所製造的長纖及紗線的性質可根據所需最終用途的相應要求做調整，例如每根紗線長纖數、長纖更緊密、總紗線更緊密以及該長纖及紗線的其他性質。

下列實施例進一步舉例說明本發明：

使用具有長度65 mm的紡絲板片之紡絲板，將萊纖長纖紡絲並且以高生產速度製造萊纖紗。在各製造組中規定使用相同的紡絲溶液。第一組纖度1.3 dtex /生產速度700 m/min

紗線一次用70 mm的氣隙製造，一次用120 mm的氣隙製造。然而，在此二情況下皆獲得萊纖紗，儘管第一個設定(氣隙70 mm)的缺陷率為每公斤紗13.3，但是使用120 mm的較長氣隙時此缺陷率降至0。第二組纖度1.3 dtex /生產速度700 m/min

與第1組的各小組相比使用不同類型的紡絲溶液，紗線一次用70 mm的氣隙製造，一次用95 mm的氣隙製造。然而，在此二情況下皆獲得萊纖紗，儘管第一個設定(氣隙70 mm)的缺陷率為每公斤紗7.2，但是使用95 mm的較長氣隙時此缺陷率降至0。

第1及2組的結果顯示，當將該製程參數調整為關係式(1a)時，可以700 m/min的極高生產速度製造萊纖長纖及紗線。這些結果進一步顯示，藉由將該製程參數調整為也符合關係式(1b)，將大幅改善所獲得的長纖及紗線的品質，因為該缺陷率能被降低到非常令人滿意的值，特別是使所製造的材料能用在高要求的應用領域。第三組纖度1.3 dtex

紗線以600、700及900 m/min的生產速度製造，前二生產速度的氣隙為60 mm，而且第三個設定的氣隙為95 mm。在所有三情況下皆可得到萊纖紗，儘管第一個設定的缺陷率(氣隙60 mm)為每公斤紗8，但是當生產速度提高到700 m/min而不增加該氣隙的長度時，該缺陷率增加到13.5。將該生產速度進一步提高到900 m/min，同時將該氣隙的長度增加到95 mm，則該缺陷率降低到1.9。

第3組的結果再次顯示，當將該製程參數調整為關係式(1a)時，可以600至900 m/min的極高生產速度製造萊纖長纖及紗線。這些結果進一步顯示，藉由調整該製程參數使其也符合關係式(1b)將大幅改善所獲得的長纖及紗線的品質，因為即使將該生產速度提高到極高值(例如900 m/min)該缺陷率也會降低。第4組氣隙95 mm

紗線一次用1.3 dtex的纖度並於350 m/min的生產速度下製造，而且一次用4.1 dtex的纖度於400 m/min的生產速度下製造。在第一個設定中，隨著慢的生產速度該缺陷率為9.6，而對於第二個設定，該缺陷率下降到1.9。第4組的結果顯示，隨著所製造的纖度提高使生產速度輕微提高將導致滿足本發明所定義的關係式之製程條件，所以獲得高品質的紗線。第5組纖度1.3 dtex

紗線用1.3 dtex的纖度並於700 m/min的生產速度下，一次用95 mm的氣隙製造，一次用120 mm的氣隙製造。在第一個設定中，該缺陷率為2，而對於第二個設定該缺陷率降至0。第5組的結果再次顯示，藉由根據本發明選擇製造參數，可製造出高品質的纖維，而無需用麻煩的預試驗來尋找合適的製造參數。

L:氣隙的長度 P:紡絲板片的長度 S:凝聚浴 V:生產速度

圖1顯示相關製程參數的示意圖，其某些參數窗口的製程控制對於根據本發明的方法能夠製造萊纖長纖及紗線至關重要。

L:氣隙的長度

P:紡絲板片的長度

S:凝聚浴

V:生產速度

Claims

一種由水性三級胺氧化物中纖維素的萊纖紡絲溶液製造萊纖型纖維素長纖紗之方法，其包含以下步驟，其中該製程條件係調整成能滿足關係式(1a)：
其中L表示氣隙的長度(mm)，v表示生產速度(m/min)，纖度(titer)表示個別長纖的纖度(dtex)，而且p表示紡絲板中使用的個別紡絲板片的長度(mm)，而且其中v為400m/min或更高。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該製程條件係調整成能滿足關係式(1b)：
其中，F為1.3或更大。
如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該方法製造出多絲長纖紗(multifilament yarn)。
如申請專利範圍第1或2項之方法，其中v係400至2000m/min。
如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該個別長纖的纖度係1.0至6.0dtex。
如申請專利範圍第1或2項之方法，其中L係最大150mm。
如申請專利範圍第1或2項之方法，其中p係40至80mm。
如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該長纖係於具有5至50mm深度的凝聚浴中進一步固化。
如申請專利範圍第1或2項之方法，其中L係90至150mm。
如申請專利範圍第1或2之方法，其中通過該擠出噴嘴的溫度變化係控制於±2℃或更小。