CN1174128C - 复丝纱熔融纺丝的方法和设备 - Google Patents

Abstract

从热塑性材料熔融纺制复丝纱的一种方法和设备，其中由一喷丝头将热塑性材料挤压成束状长丝，这些长丝初始时是液态，然后在喷丝头的下游的冷却区内预冷，但并不固化。随后，长丝束由于沿着其前进方向前进的冷却剂流的作用被导引到拉伸区内，在那里继续被冷却一直到在拉伸区内的固化区固化为止。为了将固化区保持在拉伸区内的一个预定的合适范围内，可调节长丝在冷却区内的冷却。

Description

复丝纱熔融纺丝的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种从热塑性材料纺制复丝纱的方法和设备，所纺复丝纱属于EP 0 682 720和相应的美国专利5,976,431公开的一般型式。

背景技术

在用已知方法和设备纺丝时，空气流能够帮助前进途中新挤压出来的长丝。采用空气流，可使长丝的固化区移动离开喷丝头。空气流还可导致延迟结晶，能对纱线的物理性能有良好的影响。例如在生产POY纱(部分取向丝)时，能增加抽拉速度，也就是拉伸比，而可不改变纱线的延伸值，而这是纱线进一步加工所必需的。

为此目的，已知设备在喷丝头的下游设有一个冷却装置，后者包括一个上冷却井和一个连接到上冷却井上的下冷却井。下冷却井在其出口端连接到一个冷却剂流发生器上，该发生器能在下冷却井内产生真空。上冷却井被制成可透过气体，因此在下冷却井内占优势的真空造成一股空气流流到上冷却井内，然后在下冷却井的方向上前进。这样做时，便产生一股冷却剂流，其流动速度基本上等于长丝的前进速度。这样便影响到在长丝和邻近空气层之间的摩擦，使结晶推迟开始，于是长丝便在下冷却井内的固化区内固化。

但曾被证明，在纺制细旦数的长丝例如1dtex/f或以下的长丝时，长丝在上冷却井内形成的冷却区预冷后，长丝内的结晶已进展到这样程度，使接下来在继续前进中得到的帮助已不再能对延迟结晶有显著的影响。

美国专利4,277,430曾公开过一种方法和设备，其中长丝在喷丝头下游的冷却区内被导向该处的横向气流冷却。在冷却区的直接下面是一个第二冷却井，该井在其进口处接纳成为雾状冷却流的空气和水的混合物。为了冷却这个长丝纱，采用在长丝纱向冷却区末端前进的方向上抽吸的方法使冷却流流动。在这过程中，液体的添加在长丝上产生更大的冷却作用，因此结晶的开始不是被推迟，而是被加速。

发明内容

本发明的一个目的是要进一步发展上述的那一种方法以及实施这种方法所需的设备，使得有可能以较高的生产速度和均匀的物理性能生产出具有低、中、高旦数的纱线。

本发明基于这样的认识：即从喷丝头出现到固化到形成纱线，长丝的结晶取决于两个互相影响的作用。已知聚合物熔液在冷却时，熔液会在一定温度上固化。这个过程只与温度有关，在这里被称为热结晶。在纺纱时，长丝束从喷丝头被拉出。在这过程中，长丝纱受到拉力的作用，拉力在长丝内实现拉伸引起的结晶。这样，在纺纱时，热结晶和拉伸引起的结晶重叠在一起，都会导致长丝的凝固。为了影响拉伸引起的结晶，可在固化之前将长丝束导引到一个拉伸区内，在那里长丝纱的摩擦力，也就是作用在长丝纱上的张力被改变。

这样，本发明就可提供一种方法和设备，使之有可能在条件基本不变的条件下影响拉伸引起的结晶。为此目的，长丝在从喷丝头内喷出后的冷却可在冷却区内调节，使长丝的固化区的位置按预定的合适范围保持在拉伸区内。这样，在下冷却井的拉伸区的长丝的固化总是基本上发生在同一地方，因此可以保证长丝的均匀处理以资影响拉伸引起的结晶。为了影响热结晶，必需使在冷却区内冷却剂所施加的冷却作用可以变化。但与此有关，在长丝进入拉伸区之前它必需已有一定的稳定性，特别是其外边缘层，目的是为了承受冷却剂流的擦过而不损坏，这个冷却剂流是在拉伸区内为了处理长丝纱的拉伸而产生的。一个可用来控制冷的特别有利的变型是由本发明的进一步的发展提供的，其中冷却剂在进入冷却区之前被升温。在这情况下，冷却剂的温度适宜增加到范围为从20℃到300℃。例如纺制旦数较低的长丝时，冷却剂被一用作手段的加热装置预热到较高的温度，使长丝束在进入拉伸区之前不被固化。这样便有可能用一股方向与长丝平行的冷却剂流来进行有利的拉伸处理。这股剂流将使长丝在拉伸区的合适范围内固化。在要纺制高旦数的长丝时，冷却剂被调节到较低的温度，使长丝在进入拉伸区之前，热结晶的发展只是使长丝束具有适当的稳定性能够承受冷却剂流的冲击。

为了调节冷却区内的冷却，本发明提出的另一个有效的改进是改变冷却剂的流量。用于这个目的的装置为一送风机，它能被用来控制送到冷却区内的体积流量。

这时应该注意到在使用本发明的方法来纺丝时，基本上所有可用来影响冷却区内冷却作用的已知手段都可适用。但这里所说的装置特别适用于当冷却空气被用作冷却剂的情况。例如，当使用蒸汽冷却剂时，只是由于蒸汽的状态便能影响冷却作用。同样，能够使用形式为例如活动片来影响冷却区内冷却的装置，该活动片可影响冷却剂进入冷却区内的量。

为了确保长丝纺制时有很大的均匀性，本发明还有一个较适宜的进一步改进为，只是在拉伸区中的加速区内将冷却剂流加速到处理长丝束的拉伸所必需的流速。这样做时，冷却剂流的流速至少被加速到等于前进长丝的速度，使长丝在继续运动时不会被减速。这样，为了达到最佳的拉伸引起的结晶，用来固化长丝的合适区域可延伸到冷却剂的加速区内或直接在其下流。

在拉伸区内的冷却剂流可从离开冷却区的冷却剂和从供应到冷却区下游的拉伸区进口处的冷却剂中产生出来。这个构造使拉伸引起的结晶可在大范围内进行调节。附加供应的冷却剂还可影响长丝束在拉伸区内的冷却。特别是，在纺制高旦数的纱时，附加的冷却剂供应使人们有可能当长丝纱被组合时在拉伸区的出口端达到所需最小的冷却。

本发明的方法可不管冷却剂流在拉伸区内是用抽吸的效果还是用送风的作用产生的。本方法的变型即在拉伸区内以抽吸流动为主的方法具有的优点是，在冷却区内的热结晶和在拉伸区内的拉伸引起的结晶能够基本上互相不影响。

为了用送风作用产生冷却剂流，可将冷却剂吹送到冷却区内并相应地将它导引到拉伸区内，或将在冷却区下游供应的冷却剂直接吹送到拉伸区内。

为了使冷却剂流在长丝束的每一条长丝上的作用尽可能地均匀，拉伸区可由一段冷却管构成使长丝通过该管前进，并且该管在其进口端有一狭窄的横截面，能对进入该管的空气起到加速区的作用。

基于其灵活性，本发明的方法特别适宜用来纺制聚酯、聚酰胺、或聚丙烯丝。另外，纺丝后适用的后处理使人们能够用这个方法来生产例如全拉伸丝(FDY)、部分取向丝(POY)、或高度取向丝(HOY)。

本发明的方法能十分有效地由一设备来实行，该设备的冷却装置具有一个上冷却井和一个下冷却井。上冷却井直接在喷丝头的下游延伸，并构成一个冷却区，由引入到冷却井内的冷却剂来影响热结晶。下冷却井与上冷却井连接，并构成拉伸区。为了产生与长丝纱平行流动的冷却剂流，冷却装置包括一个冷却剂流发生器。这个冷却剂流发生器用来产生具有预定流速的冷却剂流。按照本发明，实行本方法的设备具有一个可用来在上冷却井内调节长丝冷却的装置。这个装置允许这样来影响长丝的冷却，使长丝只是在下冷却井内的一个预定的合适范围内才固化。这样，本发明的设备便可沿着纺丝线合适地改变长丝的固化区的位置，特别是在下冷却井的区域内。因此能同时采用在冷却装置上操作的装置和直接作用在冷却剂上的装置。

有利的做法是，在采用冷却空气时，还将所述装置设计并构造成加热装置，使进入下冷却井的冷却空气升温。在这种情况下，加热装置通过一个具有相应预定控制值的控制器来操作。

为了在下冷却井内产生尽可能均匀的冷却剂流，特别有效的做法是用缩小的横截面在冷却井内构成一个加速区，这样进入下冷却井内的冷却剂就被加速到一个流速，这主要依靠在下冷却井的进口侧和内部之间存在的压力差。

为了产生这个压力差以资在下冷却井内发展冷却剂流，能用作冷却剂流发生器的既可以是能将冷却剂吹送到下冷却井内的送风机，也可以是一个在下冷却井的出口侧连接到下冷却井上的真空源，它能将冷却剂抽吸到下冷却井内。

为了生产出质量优越的纱线，下冷却井可由一根管构成，使长丝束通过该管前进。在其进口端装有一个冷凝器，而在出口端装有一个扩散器。冷凝器产生一股均匀的冷却剂流将长丝束包围在中间。而扩散器使冷却剂流的流速缓慢地降低，因此长丝束前进通过下冷却井时可基本没有湍流。

为了使长丝束更顺溜地行进，并且在冷却井内避免产生较强的湍流，上述设备的一个极其有效的进一步改进是在上、下冷却井之间设置一个第二冷凝器。这个第二冷凝器可确保冷却剂基本上无湍流地从上冷却井转移到下冷却井。在这种情况下，以最狭窄的流动横截面为特征的加速区可构造在第一或第二冷凝器内。为了增强冷却效果，特别是在纺制粗旦数的纱时，有效的做法是将附加的冷却剂引入到两个冷凝器之间的拉伸区内。

附图说明

下面结合附图较详细地说明按照本发明的设备的某些实施例以及按照本发明的方法的有利效果。

图1为用来实现本发明的方法的按照本发明的设备的第一实施例的概略视图；及

图2-4为按照本发明的设备的另外一些实施例的概略视图。

具体实施方式

图1概略地示出按照本发明用来纺制复丝纱的设备的第一实施例，其中复丝纱26是由热塑性材料纺制的并用卷取装置24卷绕在卷装25上。热塑性材料在一挤压机内被熔化，有一纺丝泵(未示出)通过熔液管3将熔液送到加热的纺丝头1上。纺丝头1的下侧安装有一个喷丝头2。熔液以纤细的长丝束或长丝8的形式从喷丝头2喷出。长丝8前进通过一个冷却区4，该区由一上冷却通风管道或冷却井5构成。为此目的，冷却井5被直接布置在纺丝头1的下游，并用气体可透过的壁9包围着长丝8。在壁9的外侧，冷却井5具有向周围环境开启的空气吸入口33。在空气吸入口33内布置有一个加热器10，用来将从外界引入的空气气流加热后再进入可透气的壁9。加热器10被连接到控制器11上。

在上冷却井5的下游的长丝纱前进的方向上有一第二冷却井7延伸着，其构成拉伸区6，用来影响长丝纱的摩擦，也就是拉伸引起的结晶。下冷却井7被设计并构造成管子12。在下冷却井7的进口侧，管12上安装有一个连接在上冷却井5出口侧的冷凝器14，冷凝器14的壁含有多个进入孔15.1和15.2。本实施例示出，例如为两个进入孔，它们被对称地布置在冷凝器14的周围。在下冷却井的出口侧，管12具有一个终止在出口室17的扩散器13。在其下侧，出口室17在前进长丝纱的平面内含有一个输出孔19。在出口室17的一侧，有一抽吸管线21终止在出口室17内。抽吸管线21连接到一个真空发生器20。真空发生器20可被设计和构造成例如一个泵或送风机以资在出口室17内也就从而在管12内产生真空。下冷却井7构成影响长丝束上长丝摩擦的拉伸区6。

在出口室17的下游，在前进长丝纱的平面内有一单纱润滑器22、一个处理装置23和一个卷取装置24。作为生产过程中的一个功能，处理装置例如可包括一个缠结喷嘴或拉伸区，使长丝纱在被卷绕之前，其张力能被影响和被拉伸。同样有可能在处理装置23内布置附加的加热器用来拉伸或回缩。

在图1所示的设备中，热塑性材料以熔融状态前进到纺丝头1内，通过喷丝头2上的许多喷嘴孔，材料被挤压成长丝束8。卷取装置24拉取长丝8组成的束。在这样做时，长丝8以增加的速度通过上冷却井5内的冷却区4前进。随后，长丝通过冷凝器14进入下冷却井7的拉伸区6。在下冷却井7的管12内，真空发生器20产生一个真空。由于这个真空并由于长丝运动所产生的自抽吸作用，一股空气流从外界通过空气吸入口33被吸入到上冷却井的冷却区4内。在进入冷却区4内之前，空气流被加热器10加热到预定的温度，并通过控制器11来控制加热器10。这样，长丝在冷却区4内被一具有预定温度的冷却剂预先冷却。在它们移动通过冷却区4后，这些长丝8便进入拉伸区6。在这过程中，进入冷却区4的空气被挟带或吸入。在冷凝器14内，另外一些冷却空气通过进入口15.1和15.2从外界被吸入。从冷却区4出来的空气和通过进入口15.1和15.2进入的空气在管12的加速区16内一起被加速为冷却剂流。在加速区16内，空气流由于管12的最狭窄的横截面且由于真空发生器20的作用被加速到这样的程度，以致作用在管内运动长丝上的空气流不再存在。这样就减少了作用在长丝上的应力也就是减少长丝的张力。在经历过冷却区4内的预冷却后由于热结晶基本上只是在其边缘区域凝固的长丝，将在下冷却井7的拉伸区6内的一个限定的合适的范围内被延迟的拉伸引起的结晶固化。这个合适范围从加速区16延伸到导入扩散器13的进入区。在这过程中，长丝被进一步冷却。

为了在下冷却井7的出口区域产生尽可能少的湍流，空气流通过扩散器13被引入到出口室17内。为了进一步使空气稳定，出口室17含有一个包围长丝束的网屏圆筒。随后空气被抽吸而从出口室17除去，并通过抽吸管线21和真空发生器20被排放。

长丝8通过输出孔19从出口室17的下侧出来进入长丝润滑器22内。其时长丝8经过完全的冷却而离开下冷却井7。长丝纱润滑器22将长丝8组合成纱线26。经过处理后，纱线26用卷取装置24被卷绕在卷装25上。图1所示的配置能被用来生产例如聚酯纱线，它可用大于7000m/min的卷取速率被卷绕。

图1所示设备的特征在于，进入冷却区的空气在进入前先被加热到预定的温度。这样可有效地用来影响冷却区内的热结晶，使长丝8能够以尚未固化的状态进入拉伸区6。长丝的预冷却可被这样调节，使它们能在拉伸区6内的预定的合适范围内固化。通常，这个合适范围位在管12内的加速区16内或直接在加速区16的下游。这样，用来影响长丝纱摩擦的空气流就可在长丝固化前作用在长丝上。由于长丝的这个有效的处理，拉伸引起的结晶可被推迟，保证增加具有不变的、令人满意的物理性能的纱线的生产。在下冷却井7的进入侧增添供应的空气除了平行取向地在拉伸区内流动外，还合适地起到冷却的作用。

图2-4示出按照本发明的设备的另外一些实施例。在这些实施例中，冷却装置被用各种不同的方法修改，目的都是为了要改变冷却区内的冷却剂和拉伸区内的冷却剂流。图2-4中所示的设备的基本结构基本上与图1的设备相同。为此，上述说明在这里被参考引用。

图2示出按照本发明设备的一个实施例，其中冷却装置同样具有一个上冷却井5和一个下冷却井7。在喷丝头2下游的冷却区4内，长丝被可透气的壁9包围着。在壁9的外侧制有一个空气室27。空气室27连接到送风机28上。送风机28使一冷却剂进入到空气室27内。送风机28连接到一个控制器11上。

在上冷却井5的出口侧，下冷却井7通过冷凝器14连接在其上。在冷凝器14内，制有多个进入孔15.1和15.2，通过该孔，一股空气流被供应到拉伸区内。下冷却井用管子12制成圆筒形，其进入侧连接到冷凝器14上，而其出口侧则连接到扩散器13上。在下冷却井7的出口侧，管12或扩散器13有一输出孔34，通过该孔，长丝和冷却剂流能够离开。

为了在拉伸区6内产生冷却剂流，送风机28使冷却空气进入冷却区4的上冷却井5内。在这情况下，最好在空气室27内产生过压力。这样便可使引入冷却区的冷却剂流向拉伸区6并在具有狭窄横截面的加速区16内加速。在这过程中，附加的空气流通过进入孔15.1和15.2被吸入。这股附加的空气流与送入的冷却空气一同通过拉伸区6前进。但也可能将进入孔15.1和15.2连接到送风机28上，使附加空气流被送到拉伸区6内。为了控制在冷却区4内的热结晶，送风机28按控制器11预定的转速运转，使预定数量的空气进入冷却区内进行预冷。

图3概略地示出另一个实施例，该实施例基本上与图2的实施例相同。为此，上述说明在这里被参考引用，但参考只是为指出其不同。

在图3所示的设备内，有一加热器10被结合在上冷却井的空气室27内，使进入冷却区4的空气预先被加热到预定的温度。在这方面，加热器10和送风机28都被连接到控制器11上并通过控制器被控制。在上冷却井的出口侧安排有一个测量装置29，使排出的空气的温度或长丝的温度被测量。测量装置29连接到控制器11上。

图3所示的设备使人们有可能在加工过程中调节在拉伸区6内长丝的固化区的位置。由于热结晶和拉伸引起的结晶都与温度有关。因此能有效地利用在从冷却区4到拉伸区6的转变区域内的温度的测量来维持固化区的预定位置。为此目的，测得的温度被送往控制器11。在控制器11内作出预定所需值和测得实际值之间的调节。在有控制偏差的情况下，控制器11于是发出一个相应的控制脉冲给加热器10，或给送风机28，或给两者。因此这个设备特别适用于不管外部影响如何都能将固化区维持在一定位置。

图4示出按照本发明的另一实施例。这个实施例的设备和构造基本上与图1所示的设备相同，只是进口孔15.1和15.2被连接到一个环状室30，而环状室30被连接到送风机31上。这样，在加速区16的上游，附加的冷却空气就被吹送到拉伸区6内。在上冷却井5和进入孔15之间有一个第二冷凝器32与下冷却井7的冷凝器14基本上同轴地延伸。结果，离开冷却区4的冷却空气可预先加速地进入拉伸区6内而可没有显著的湍流。这样在加速区16内形成的冷却剂流便由离开冷却区的冷却空气和吹入的冷却空气两者组成。在拉伸区6内，冷却剂流是由真空发生器20在下冷却井7的出口侧上的作用产生的。

如图4所示的按照本发明的设备的实施例还可用简单的方式修改，使加速区16由第一冷凝器14形成，后者直接设在拉伸区6的进口区域。这样一种构造允许通过进入孔15增添供应到下冷却井7内的冷却剂引入到加速区下游的拉伸区内。这样一种构造的优点是当加速的冷却剂膨胀时可以阻止在扩散器的边缘区域内发生湍流。

就构造而言，图1-4所示的设备都只是示范的。因此，有可能将图4所示的实施例与图3所示的冷却剂流的产生结合起来。例如，可能把上冷却井设计并构造成一个以横向空气流来操作的所谓冷却***，其中冷却空气只是从一侧冲击在长丝束上。同样，可能把下冷却井构造成盒式以便接纳多条纱线。在这种情况下，图1所示下冷却井的侧壁可在垂直于图纸平面的方向上延长。

Claims (23)

1.一种熔融纺制复丝纱的方法，包括下述步骤：

将加热的聚合物熔液通过一个喷丝头挤出来以资形成多条向下前进的长丝，这些长丝初始是在液态，

通过与引入到位在喷丝头下游的冷却区内的冷却剂接触而将这些长丝被预先冷却，并使这些长丝在冷却区内没有被固化，

进一步在冷却区下游的拉伸区内、通过与冷却剂流接触而冷却所述长丝，使这些长丝在拉伸区内固化，及

可调节地控制长丝在冷却区内的冷却，使其在拉伸区内的固化位置可保持在一个预定的合适范围内。

2.如权利要求1所述的方法，其特征为，可调节地控制长丝冷却的步骤包括在冷却剂进入冷却区之前改变其温度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征为，可调节地控制长丝冷却的步骤包括在冷却剂进入冷却区之前改变其体积流量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征为，冷却剂流在拉伸区内的加速区内被加速，并且长丝在拉伸区内固化的位置被保持在加速区内或紧接着在其下游。

5.如权利要求1所述的方法，其特征为，冷却剂被引入到冷却区内，然后使它前进到拉伸区内形成至少一部分冷却剂流。

6.如权利要求5所述的方法，其特征为，冷却剂流是由离开冷却区的冷却剂和直接供应到拉伸区的上游端部的冷却剂形成的。

7.如权利要求5所述的方法，其特征为，在拉伸区内的冷却剂流是由抽吸作用产生的。

8.如权利要求5所述的方法，其特征为，在拉伸区内的冷却剂流是由吹送作用产生的。

9.如权利要求1所述的方法，其特征为，拉伸区是由一个管构成的，长丝从其内通过而前进，在该管上游端附近的一段有一狭窄的横截面、起到加速区的作用。

10.如权利要求1所述的方法，其特征为，冷却剂被抽吸作用或吹送作用引入到冷却区内。

11.如权利要求1所述的方法，还具有另外的随后的步骤，即将前进的长丝聚集在一起组成前进的复丝纱，然后将该纱卷绕成卷装。

12.如权利要求1所述的方法，其特征为，聚合物溶液从含有聚酯、聚酰胺和聚丙烯的组群中选用。

13.一种用来生产复丝纱的熔融纺丝设备，具有：

一台挤压机，用来加热聚合物材料并挤压造成的熔液使之通过喷丝头形成多条向下前进的长丝，这些长丝初始是在液态，

一个设在喷丝头之下的冷却装置，用来冷却前进的长丝，该冷却装置包括一个上冷却井和一个下冷却井，该上冷却井形成一个冷却区并有一个可透气的侧壁，该下冷却井设在上冷却井之下，其内形成一个拉伸区，

至少一个冷却剂流发生器，用来使冷却剂通过可透气的侧壁进入到上冷却井内，还用来使一股冷却剂流沿着前进长丝的方向流动通过下冷却井，及

用来调节在上冷却井内的长丝的冷却的装置，使长丝的固化位置保持在下冷却井内的一个预定的合适范围内。

14.如权利要求13所述的熔融纺丝设备，其特征为，用来调节长丝冷却的装置具有一个加热器，该加热器的位置使它在冷却剂进入上冷却井之前加热冷却剂。

15.如权利要求13所述的熔融纺丝设备，其特征为，用来调节长丝冷却的装置具有一个送风机，后者能在冷却剂进入上冷却井之前改变冷却剂的体积流量。

16.如权利要求13所述的熔融纺丝设备，其特征为，下冷却井包括一段由狭窄横截面构成的加速区，目的为使冷却剂流加速，加速区定位在固化长丝的一个预定的合适范围的上游。

17.如权利要求13所述的熔融纺丝设备，其特征为，上冷却井被直接连接在下冷却井上，并且下冷却井包括一个紧接在上冷却井下游的冷却剂入口。

18.如权利要求13所述的熔融纺丝设备，其特征为，冷却剂流发生器具有一个送风机、用来通过所说入口将冷却剂吹送到下冷却井内。

19.如权利要求13所述的熔融纺丝设备，其特征为，冷却剂流发生器为一连接到下冷却井的下游部上的真空发生器，以便能将冷却剂抽吸到下冷却井内。

20.如权利要求13所述的熔融纺丝设备，其特征为，下冷却井包括一管，其入口端为一冷凝器，而其出口端为一扩散器，冷凝器和扩散器都连接在管的最窄横截面上。

21.如权利要求20所述的熔融纺丝设备，其特征为，下冷却井还具有一个第二冷凝器，该冷凝器位在上冷却井和第一次提到的冷凝器之间，并有一个冷却剂进入口安排在两个冷凝器之间。

22.如权利要求13所述的熔融纺丝设备，还包括导引装置用来聚集前进的长丝，以形成前进的复丝纱，还具有一个卷绕机用来将前进的复线纱卷绕成卷装。

23.如权利要求22所述的熔融纺丝设备，其特征为，导引装置位于下冷却井的下游端附近。

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