Conjunto de hilado para el hilado semihúmedo comprendiendo una caja de hilera,

un conducto de solución bruta de hilado formado dentro de la caja de hilera, un orificio de alimentación de solución de hilado bruta formada en la caja de hilera, para alimentar la solución de hilado bruta en el conducto de solución bruta de hilado, y una hilera colocada en la caja de hilera y que tiene numerosos orificios de hilado dispuestos a intervalos para descargar la solución bruta de hilado de la salida de solución bruta de hilado, donde la superficie externa de la hilera se enfrenta a la superficie líquida de un líquido de coagulación que pasa por una fase gaseosa, y donde el número de orificios de hilado es de 6000 o más y cociente de aspecto Ra de una hilera de orificios de hilado es 2,5 o más, en la cual el cociente de aspecto Ra se define con la fórmula Ra = A2/B2, en la cual B2 es la longitud del segmento lineal más corto de entre los segmentos lineales obtenidos cuando las líneas rectas que pasan por el centro de la superficie de hilera atraviesan la zona de orificios de hilado y A2 es la longitud del segmento lineal más largo de entre los segmentos lineales obtenidos cuando las líneas derechas perpendiculares al segmento lineal más corto atraviesan la región de orificios de hilado, y donde la zona de orificios de hilado es una cara rodeada por una línea de contorno trazada empalmando los orificios de hilado situados sobre el lado más exterior de la hilera de orificios de hilado de entre los numerosos orificios de hilado ordenados en la superficie de hilera

Conjunto de hilado para el hilado seco-húmedo y dispositivo y método para producir el haz de fibras.

Campo de la técnica

La invención presente se relaciona con un conjunto de hilado para el hilado semihúmedo (seco-húmedo), y un aparato y método para producir un haz de fibras. Más detalladamente, la invención se relaciona con un conjunto de hilado para el hilado semihúmedo que tiene 6.000 o más orificios de hilado para descargar una solución de hilado bruta, y un aparato y el método para producir un haz de fibras que utiliza el conjunto de hilado.

Antecedentes de la técnica

Un método de hilado semihúmedo comprende los pasos de que una vez se descarga una solución de polímero (la solución de hilado bruta) de los orificios de hilado de un hilador en una parte en fase gaseosa (por lo general aire), para formar fibras, introducir las fibras en un baño de coagulación, para coagularlos, y arrollar las fibras coaguladas del baño de coagulación, para formar un haz de fibras. En el método de hilado semihúmedo, debido a que el estiramiento de fibras ocurre cuando las fibras son arrolladas principalmente en la parte de fase gaseosa, las fibras pueden ser coaguladas y gelificadas a baja una tensión en el baño de coagulación. En base al proceso, se puede obtener un haz de fibras que tiene una capacidad excelente de estiramiento en un paso subsecuente. El método de hilado semihúmedo puede proporcionar un haz de fibras que comprende filamentos cada uno de los cuales tiene una alta densidad.

Por otra parte, hay una demanda de reducción del coste de producción de un haz de fibras de carbón. Uno de los métodos para responder a la demanda es aumentar la productividad de un haz de fibras acrílico necesario para la producción de un haz de fibras de carbón. Para esta mejora de productividad, es necesario obtener un haz de fibras acrílico hilando a una mayor velocidad y con gran densidad (aumentando el número de orificios de hilado de una hilera).

Sin embargo, en el caso de hilado a una mayor velocidad, debido a que la velocidad de circulación de un haz de fibras por un baño de coagulación es más alta, la cantidad de líquido de coagulación que fluye para acompañar el avance del haz de fibras aumenta. Debido a que el flujo de acompañamiento aumenta, la cantidad del líquido de coagulación que fluye en el baño de coagulación aumenta para hinchar la superficie líquida del líquido de coagulación, causando un fenómeno de formación de vórtice según el caso. Si este fenómeno ocurre, la posición de la superficie líquida del líquido de coagulación directamente bajo la hilera varía enormemente. Esta variación de la superficie líquida del líquido de coagulación comporta la alternación de una disposición de los filamentos en el haz de fibras y la fractura del filamento. Si la variación de la superficie líquida del líquido de coagulación es significativa, la superficie de la hilera en la cual están dispuestos los orificios de hilado (la superficie de hilador) se pone en contacto con el líquido de coagulación parcialmente o totalmente y puede resultar que no se pueda realizar el hilado semihúmedo.

En el caso de hilado a una mayor una densidad, a saber, en el caso donde el número de orificios de hilado de la hilera es aumentado, si los intervalos entre los orificios de hilado adyacentes son estrechados, de dicho fenómeno puede resultar que mientras las fibras formadas por los orificios de hilado una vez que pasan por la parte de fase gaseosa, es decir antes de que sean coaguladas, los filamentos adyacentes se adhieren el uno al otro. Si el número de orificios es aumentado sin causar el fenómeno, los intervalos entre los orificios de hilado adyacentes deben ser ensanchados. En este caso, la hilera se hace muy grande y pesada.

La forma de circunferencia exterior de la superficie de hilera convencional (la superficie de hilador), en la cual se disponen los orificios, es generalmente circular. Si el diámetro de la hilera circular es ampliado para aumentar el número de orificios, de dicho fenómeno ocurre que la distancia entre la superficie de hilera y la superficie líquida del líquido de coagulación {el hueco de aire) en una posición cerca del centro de la superficie de hilera se hace enormemente diferente de aquella en una posición cerca de la circunferencia exterior de la superficie de hilera cuando los numerosos filamentos son montados como un haz de fibras. En este caso, como en el dicho caso anterior de hilado a una mayor velocidad, la disposición de filamentos en el haz de fibras es alterada, y el filamento se rompe. Además, la superficie de hilera puede ponerse en contacto parcialmente o totalmente con el líquido de coagulación, y puede ocurrir que no se pueda realizar el hilado semihúmedo.

Como métodos para solucionar estos problemas, se proponen aparatos de hilado de baño de flujo (por ejemplo, los documentos de las patentes 1 y 2). Un aparato de hilado de baño de flujo se refiere a un aparato de hilado en el cual mientras una solución de hilado bruta es descargada de los orificios de hilado en un líquido de coagulación de un baño de coagulación, el líquido de coagulación se hace fluir junto con las fibras formadas, y un haz de fibras que consiste en los numerosos filamentos coagulados y el líquido de coagulación se hacen fluir por un tubo {la parte de tubo de flujo). En el aparato de hilado de baño de flujo, se puede reducir la resistencia de acompañamiento del líquido de coagulación que actúa sobre los filamentos que constituyen el haz de fibras debido a la diferencia entre la velocidad móvil del haz de fibras y la velocidad móvil del líquido de coagulación. Además, si el flujo del líquido de coagulación es controlado por la fuerza, la fricción entre filamentos puede ser inhibida. Si se realizan estas acciones, se puede utilizar una hilera más grande en número de los orificios de hilado por spinneret (el huso), y puede ser aumentada la velocidad de circulación del haz de fibras.

Sin embargo, dicho aparato de hilado de baño de flujo tiene un problema que cuando el haz de fibras comienza a ser pasado la parte de tubo de flujo, es decir cuando el haz de fibras es pasado como un hilo, puede ocurrir que el haz de fibras como una masa obstruya la parte de orificio de hilado, alterando el estado de hilado estable.

Por otra parte, se propone poner pelotas que floten sobre la superficie líquida del líquido de coagulación bajo cerca de una hilera, para inhibir la agitación de la superficie líquida del líquido de coagulación (documento de la patente 3).

Sin embargo, es necesario comprobar la distancia entre la superficie de hilera y la superficie líquida del líquido de coagulación para el control diario de producción, y en este caso, las pelotas molestan el funcionamiento. Por lo tanto, las pelotas deben ser quitadas y la eficacia de control de funcionamiento disminuye.

Además, si una hilera es ampliada para aumentar el número de orificios de hilado de la hilera, la cantidad de una solución de hilado bruta descargada de los orificios de hilado colocados cerca de la circunferencia exterior de la superficie de hilera probablemente es diferente de la descarga de los orificios de hilado colocados cerca del centro de la superficie de hilera. Esta diferencia hace los filamentos del haz de fibras obtenido sea diferente en finura el uno del otro. Esta irregularidad de finura disminuye la calidad del haz de fibras obtenido. Además, esta irregularidad de finura causa que los filamentos obtenidos de los orificios de hilado colocados cerca de la circunferencia exterior de la superficie de hilera a menudo se rompan, lo que disminuye la formabilidad del hilo del aparato de hilado.

Han sido estudiadas varias técnicas para aumentar el número de orificios de una hilera para un método de hilado semihúmedo, pero la investigación para aumentar el número de los orificios de la hilera para el método de hilado semihúmedo no muestra ningún progreso significativo.

Documento de la patente 1: JP 03-070006 B

Documento de la patente 2: JP 60-094617 A

Documento de la patente 3: JP 11-350245 A

La patente JP 11350244 A describe un método para producir fibras acrílicas en un proceso de hilado semihúmedo utilizando una hilera que ha aumentado el número de los orificios de hilado.

La patente JP 2001 348722 describe una hilera que tiene 6.000 o más orificios de hilado dispuestos según con el cociente de aspecto de una serie de orificios de hilado de 2,5 o más, que se utiliza para un hilado húmedo de fibras acrílicas.

La patente...

1. Conjunto de hilado para el hilado semihúmedo comprendiendo una caja de hilera, un conducto de solución bruta de hilado formado dentro de la caja de hilera, un orificio de alimentación de solución de hilado bruta formada en la caja de hilera, para alimentar la solución de hilado bruta en el conducto de solución bruta de hilado, y una hilera colocada en la caja de hilera y que tiene numerosos orificios de hilado dispuestos a intervalos para descargar la solución bruta de hilado de la salida de solución bruta de hilado, donde la superficie externa de la hilera se enfrenta a la superficie líquida de un líquido de coagulación que pasa por una fase gaseosa, y donde el número de orificios de hilado es de 6000 o más y cociente de aspecto Ra de una hilera de orificios de hilado es 2,5 o más, en la cual el cociente de aspecto Ra se define con la fórmula Ra = A2/B2, en la cual B2 es la longitud del segmento lineal más corto de entre los segmentos lineales obtenidos cuando las líneas rectas que pasan por el centro de la superficie de hilera atraviesan la zona de orificios de hilado y A2 es la longitud del segmento lineal más largo de entre los segmentos lineales obtenidos cuando las líneas derechas perpendiculares al segmento lineal más corto atraviesan la región de orificios de hilado, y donde la zona de orificios de hilado es una cara rodeada por una línea de contorno trazada empalmando los orificios de hilado situados sobre el lado más exterior de la hilera de orificios de hilado de entre los numerosos orificios de hilado ordenados en la superficie de hilera.

2. Conjunto de hilado para el hilado semihúmedo según la reivindicación 1, donde el intervalo entre los orificios adyacentes de hilado es del orden de 1 a 3 mm.

3. Conjunto de hilado para el hilado semihúmedo según la reivindicación 1, donde se coloca una placa de bifurcación para bifurcar el flujo de la solución bruta de hilado en la salida de alimentación de solución bruta de hilado en la caja de hilera.

4. Conjunto de hilado para el hilado semihúmedo según la reivindicación 1, donde está colocada una placa perforada para dispersar el derrame de la solución bruta de hilado en la salida de alimentación de solución bruta de hilado en la caja de hilera, y el espacio entre la placa perforada y la hilera es del orden de 1 a 5 mm.

5. Conjunto de hilado para el hilado semihúmedo según la reivindicación 1, donde los numerosos orificios de hilado se clasifican por lo menos en dos grupos de orificios de hilado sobre una superficie de la hilera y una zona sin orificio de hilado privada de orificios de hilado está prevista entre los grupos de orificios de hilado.

6. Conjunto de hilado para el hilado semihúmedo según la reivindicación 5, donde la anchura de la zona sin orificio de hilado es del orden de 2,5 a 8 mm.

7. Conjunto de hilado para el hilado semihúmedo según la reivindicación 1, donde la planicidad de una superficie de la hilera es del orden de 0,02 mm o menos.

8. Dispositivo para producir un haz de fibras, que comprende un conjunto de hilado para el hilado semihúmedo, un depósito de baño de coagulación situado por debajo del conjunto de hilado con un espacio formado entre sí, y una guía de desviación colocada en el depósito de baño de coagulación, para cambiar la dirección de avance del haz de fibras sumergidas y extendiéndose en un líquido de coagulación contenido en el depósito de baño de coagulación, en el cual el conjunto de hilado para el hilado semihúmedo es un conjunto de hilado para el hilado semihúmedo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Aparato para producir un haz de fibras según la reivindicación 8, donde la dirección del lado largo de la hilera que corresponde a la dirección de la anchura del cociente de aspecto Ra es paralelo a la dirección axial de la guía de desviación y se satisface la relación siguiente: 0,5 anchura del haz de fibras sobre la guía de desviación/longitud de los lados largos de la hilera 1,0.

10. Aparato para producir un haz de fibras según la reivindicación 8, en el cual la guía de desviación tiene una curva que tiene un radio de curvatura de 1000 a 3000 mm en la mayor parte de su dirección longitudinal y es sostenida en rotación en el depósito de baño de coagulación.

11. Aparato para producir un haz de fibras según la reivindicación 10, en el cual una superficie de la guía de desviación es una superficie satinada teniendo un tamaño de grano del orden de 5 a 50 µm.

12. Aparato para producir un haz de fibras según la reivindicación 8, en el cual se prevé un orificio de observación en el depósito de baño de coagulación para permitir la observación del interior del depósito desde el exterior del depósito.

13. Aparato para producir un haz de fibras según la reivindicación 8, en el cual el haz de fibras es un haz de fibras precursor utilizado para producir fibras de carbono.

14. Procedimiento para producir un haz de fibras, en el cual se produce un haz de fibras utilizando un aparato para producir un haz de fibras compuesto de un conjunto de hilado para el hilado semihúmedo, un depósito de baño de coagulación situado debajo del conjunto de hilado con un espacio formado entre sí y una guía de desviación instalada en el depósito de baño de coagulación, para cambiar la dirección de circulación del haz de fibras sumergido y que se extiende en un líquido de coagulación alojado en el depósito de baño de coagulación, en el cual el conjunto de hilado para el hilado semihúmedo es un conjunto de hilado para el hilado semihúmedo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, y el ángulo de arrollamiento de las fibras descargadas de los orificios de hilado más exteriores formados lo más cerca de la circunferencia externa de la hilera y extendiéndose hacia la guía de desviación, con respecto a la superficie de hilera de la hilera es del orden de 83 grados a 92 grados.

15. Procedimiento para producir un haz de fibras según la reivindicación 14, en el cual el ángulo de arrollamiento de las fibras liberadas por los orificios más exteriores de hilado en dirección del lado largo de la hilera correspondiente a la dirección de la anchura del cociente de aspecto Ra y se extiende hacia la guía de desviación con relación a la superficie de hilera de la hilera es del orden de 87 grados a 92 grados, y el ángulo de arrollamiento de las fibras liberadas de los orificios más exteriores de hilado en dirección del lado corto de la hilera correspondiente a la dirección de la longitud del cociente de aspecto Ra y se extiende hacia la guía de desviación con respecto a la superficie de hilera de la hilera es del orden de 83 grados a 87 grados.

16. Procedimiento para producir un haz de fibras según la reivindicación 14, en el cual la guía de desviación tiene una curva que tiene una sección de curvatura del orden de 1000 a 3000 mm en la mayor parte de su dirección longitudinal y está sostenida en rotación en el depósito de baño de coagulación.

17. Procedimiento para producir un haz de fibras según la reivindicación 16, en el cual una superficie de la guía de desviación es una superficie satinada teniendo un tamaño de grano del orden de 5 a 50 µm.

18. Procedimiento para producir un haz de fibras según la reivindicación 14, en el cual la dirección del lado largo de la hilera correspondiente a la dirección de la anchura del cociente de aspecto Ra es paralela a la dirección axial de la guía de desviación y se satisface la relación siguiente: 0,5 de anchura del haz de fibras sobre la guía de desviación/longitud de los lados largos de la hilera 1,0.

19. Procedimiento para producir un haz de fibras según la reivindicación 14, en el cual se prevé un orificio de observación en el depósito de baño de coagulación para permitir la observación de! interior del depósito desde el exterior del depósito.

20. Procedimiento para producir un haz de fibras según la reivindicación 14, en el cual el haz de fibras es un haz precursor de fibras utilizado para producir fibras de carbono.