CN1003293B - 带的热处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

机加工的钢制构件１和２具有峰－谷的外形，一个构件的峰２０面向另一与其相对构件的谷。待处理的聚烯烃带３与每个构件的每个峰滑动接触。加热器４将构件加热。构件可以移开以允许带３有一定限度的振颤。

Description

带的热处理方法和装置

本发明是有关对易弯曲的细长材料进行热处理的方法和装置，比如带或其他细长物，诸如：线、纱（单纤丝、连续丝、细纱等）、纤维（织成的或未织的）、连续丝束、胶丝以及长丝（特别是用做织物原料的）等。处理一般是加热，但也可以是冷却。

一项应用是用于合成纤维（例如聚丙烯）带。其热处理一般分为两段，先是将挤压出来的带拉伸，然后将被拉伸的带退火。

以前，带的热处理是对其拉伸，并通过一个热风炉。炉子一般为几米长，消耗功率可为40KW，加热的费用很高。此外，温度控制很困难并且很慢，炉内温度变动几乎是不可避免的。第二种已知的热处理方法是利用红外线辐射加热。第三种已知的热处理方法是使带通过充油加热的辊子或热的转筒。这些方法需要复杂的轴承、加热油路的旋转密封和仔细地控制温度，因而费用是很高的。此外，辊子或转筒上的热量，仅有一小部分施到带上。

上述三种热处理方法都有如下所述的能源利用率低和其他缺点。

热风炉靠被处理材料表面上的附面空气层传热。为获得可以接受的传热速度，循环空气的温度必须提高到比材料所需的温度高很多。此外，循环空气的温度变化造成产品不均质，甚至于出现缺陷和破损。热风炉还向周围环境泄漏热风，并因为炉子结构的传导和辐射而损失热量。热风炉还占用相当可观的厂房面积。

红外线辐射加热装置的设计简单而且造价低，但耗能大。辐射热要穿过装置本身的所有实起物，而不是只施于被处理的材料。另外，随着装置的使用，辐射元件衰变（辐射热量减少）和破损，从而使加工温度不均匀。不同聚合物组成的材料，甚至同一批材料对辐射能的吸收也很不相同，从而会导致产品物理性质的波动。

一般而言，利用若干个加热的缸体（其表面速度不断增高）可以得到良好的温度分布和均质的产品。但是，缸体的表面辐射造成很大的能量损失，只有有限的表面对材料进行加热。

本发明提出的用于对易弯曲细长材料进行热处理的方法，包括材料在两个相对布置的、加热或冷却的并做成一定形状的构件中通过。两构件充分靠紧，使得材料的两侧能在多个位置上和构件接触。

本发明提出的用于对易弯曲细长材料，如带之类进行热处理的装置，包括两个相对布置的并做成一定形状的构件，材料可在其中通过，两个构件靠得很紧，使得材料在它们之间通过时，能在许多位置与每一构件接触。该装置还包括有加热或冷却构件的手段。

构件外形最好为峰-谷状，并与被处理材料的通过方向横切。所谓“横切”包括任何非零的角度，最好在90°范围之内。最好是一个构件的峰与另一构件的谷相对。构件间距应足够大，使材料可以在其间通过，而偏折程度不超过本身厚度，最好不超本身厚度的1/4。通常，构件的峰与材料接触部分是光滑的，峰可为平台状或半球隆起状。如果锐利的峰与材料相接触，则可能阻碍材料的运行或将其划伤，因此在大多数应用中应当避免。

每一个构件最好至少有10个峰与材料接触。

材料上任何一点在两构件间的停留时间应为0.01～0.2秒，最好是0.02秒～0.1秒。

被处理材料可为人造纤维（例如，聚酯或聚烯烃）带。对于这类带，最好将构件加热到125～145℃。拉伸（热固）带时，带离开构件速度与进入构件速度之比为2∶1～30∶1，最好是5∶1～10∶1。松弛（退火）带时，构件可加热至135～155℃，带离开构件速度与进入构件速度之比为0.90∶1～0.97∶1。当连续进行拉伸和松弛作业时，松弛用构件的温度可比拉伸用构件温度高5～20℃。

可采用并排的办法处理复数带，这些带是在拉伸前对宽料进行纵剪而成;在松弛作业后可以纺在一起。为了对所得丝束进行膨化，可以采用至少横向分开一个构件的方法，对某些带施以不同的温度（纺前）。构件的峰可为平行的，但不必一定是平行的;峰间距及高度可恒定的，也可有变化。两个构件的安装要使它们之间的距离能够调节，调节范围应为从两构件外轮廓面相重合处直至该两面相距达0.1mm处;并可在进口端和出口端分别调节。构件应有高的导热率（即是说，可用金属，例如黑色金属制成），并具有冷却和（或）加热的设施，比如通入热液体的钻孔或加热器（可带恒温器），能将温度设定为125～155℃。构件可具有与带运行方向相平行的倒棱的边部（通常是凸形的），以便于重新穿带。

通常，本装置包括有使材料在构件间隙之间、并与峰横切而运动的手段，能将材料从构件中拉出，其速度为材料进入构件速度的0.9～10倍。为了实现前面所述的方法，速度比范围为（0.90～0.97）∶1，或（5～10）∶1。

本装置可有宽料纵剪机，在材料进入构件前进行纵剪。

一套设备可以有两套这种装置，第一套装置在速比为5～10∶1下操作，第二套装置的速比为0.90～0.97∶1，从而连续进行上述的拉伸和松弛作业。为了进一步实现联合，该设备还可以备有挤压装置，以产出宽料，运至带纵剪的第一套装置。加工后的带可以缠绕后出售，直接使用;或者将其纺在一起，如前所述。

这样，上述的方法、装置和成套设备可以拉伸（热固）和（或）松弛（退火）带状物料、纱、丝或纤维;并可膨化手编纱。

可以参照附图对本发明加以说明。

图1为本发明的装置正按本发明的方法工作的情形（为清楚起见，该装置的一部分已被去掉）。

图2为根据本发明所述装置的机加工构件的部分断面图（与下面参照图1所述的不同）。

图3为根据本发明所述成套设备的布置图。

在图1中，两个同样的用软钢铸造并机加工的构件1和2，彼此相对而固定，即面对面布置，但不相接触。为清楚起见，构件1的一部分已被去掉。构件1和构件2上的倒棱1a和2a形成为一个槽，通到构件的间隙。每个构件有5个平行的、机加工的弧形峰20，断面为半圆形，直径为11/2cm，间距为11/2cm，长10cm;峰是相对偏置的，以便当需要时可以互相啮合;面对凸起面观察时，左侧边处于峰的最高处，右侧边位于谷底。两个构件是相同的，当它们面对面时，峰与谷相对，反之亦然，呈互相啮合状。

待处理带3通过倒棱进口1a/2a从横方向被送入构件1和构件2之间。两构件靠得很紧，使带交替地与每一构件上的每一峰滑动接触。可以用改变构件之间间隙的方法来改变对于带的摩擦阻力。

四个筒状电热器4（图中仅示出3个）被嵌进在构件1和构件2上所钻的孔内，并设定在130℃恒温。（每个电热器为130W）。原始宽度为6mm、厚度为0.1mm的聚丙烯带在该装置中以100m/min的速度被拉出，拉伸比（出口速度与进口速度比）为6∶1。当使用热风炉时，加工后带的理论厚度为：（原厚度）/拉伸比：理论宽度为：（原宽度）/拉伸比。利用本发明所述装置，所拉出的带相对更宽和更薄。

当带热处理和拉伸之后，便通过退火构件（同样的装置），其温度适当高一些，而且适当过量供料（拉伸比小于1∶1）。如果需要较长的退火期，可以用更长的构件。换言之，此装置极易增加所需的任何数量的构件对。这些构件可制成后供随时使用。如果需要时，也可以增加冷却构件。

峰一般是在整体构件上加工而成，但也可以成型为固定式的或可转动式的加热管或棒，再装到构件上。峰不必平行和均匀地分隔开，高度也不必相同，虽然这样制造起来比较容易。可以得到非常光滑的表面，但仔细地加工软钢是适宜的。峰可以为顶部很平的平台状，不一定要有明确的峰尖。

采用这种方法和装置，纺织品可以处理，甚至不规则的编织的纤维也可以处理。此法和装置可以对从丝带到阔幅地毯纤维的各种纱或纤维进行干燥。

在图2中，一对机加工的球墨铸铁构件1和2，按与图1相同的原理装配起来。这些构件适用于比图1规模更大的操作。构件峰向宽1m，沿带运行方向长250mm。峰20有约51/2mm的平台，并被约61/2mm的谷分隔开（均为沿带的方向测量），谷壁高约21/2毫米，并在水平方向上占1/4mm，所以峰的重现距离是：51/2+1/4+61/2+1/4＝121/2mm。谷壁在与峰平台部分接合处倒圆（圆角半径1/2mm），峰则稍呈圆球状（约0.1mm）。在良好的条件下延续运转后，可以观察到，在平台沿带运行方向上的51/2mm长度上，被带磨光部分约3mm。采用平顶平台也获满意结果。恒温筒式加热器（图中未示出）以10mm的间距嵌入构件内，功率为28KW/m²，上述一对构件的功率为14KW，但在稳定工作状态下消耗约7～8KW。

图3中使用了两对图2中所示的构件。

挤压头30生产出连续的聚丙烯宽料，其宽度为800mm，厚度为0.1mm。宽料通过激冷辊32后进入第一个调速导轮G1，然后被剪切机（一排平行安装的刀片）剪成133条宽度为6mm的带。为防止带之间的缠绕，装有带导销50的定位架35，使带在水平方向上稍稍分开。

然后，带进入宽度为1米的一对构件37，该构件如图2所示。构件的间距使（张紧的）带易于在进口侧滑动配合。构件为倾斜的，在出口侧靠得较紧，所以易于滑动配合又不过分松。带在拉力作用下，经构件37的长度为250mm的行程后变薄。变薄程度由第二个调速导轮G2的速度决定。构件的温度一般为135℃。试验表明，在离开构件37时，带表面实际温度达到120℃。如果使用普通的热风炉，并且导轮G1和G2的速度也相同（分别为21m/min和150m/min），则热风炉的风温度需达160℃，炉长得3m。因此，使用本发明所述设备所获得的空间节省是可观的。此外，如果导轮停止了工作，则仅影响在135℃的构件中的1/4m长的带，与在160℃的热风炉中的3m长的带相比，其不利影响要小。

带然后通过第二对构件38，构件温度为150℃，以对带进行退火。用第3调速导轮G3运送带，至卷缠机40，速度为142m/min。如果某些带是在不同温度下退火的，则带在卷缠机40处会出现不同的收缩，可用纺纱器使带子重新合股，成为手工编织纱。

不同调速导轮速度下的更详细结果，将在后面讨论。这里先参照图2对构件间距做进一步的讨论。构件不能靠得过分紧，使两个构件的平台互相啮合，如果是这样，对带的摩擦阻力将大到过频出现破断现象。平台面之间的距离最好是刚好使带在构件之间进行时，其直线性不被破坏。实际上，构件间距可以更大一些，因为带子有振颤，在任何时刻都与两构件的若干平台相接触。如果没有这种接触，本发明所具有的良好的热转移便无法保证，所以构件间的间距更大是不可取的。

在拉伸阶段（构件37），带的颈缩十分一致地发生在非常靠近进口侧的某处;而使用热风炉时，出现颈缩的位置是漂移的，从而导致带性能的变化。

拉伸阶段的拉伸比即是G2与G1的速度比，退火阶段的拉伸比即是G3与G2的速度比。

附表表明在不同拉伸比和进口速度情况下，使用本方法处理带状物料的结果，以抗断强度（克/登尼尔）表示;并与普通的160℃的热风炉的结果进行比较。可以看出，抗断强度和破断应变（可用CV统计函数度量）的一致性均有很大提高。此外，与用热风炉处理相比，带的手感更软，外观更明亮。

所有的试验均使用含3%（重量）低密度聚乙烯的聚丙烯在图3所示设备上进行。对比试验则是在一个普通的3m长热风炉上进行的。表1至表3中的退火已做过说明。“收缩”率是带经过处理后，其尺寸稳定性的一个指标，值越小越好。除非另有说明，G2为160m/min。

Claims (29)

1、一种对易弯曲的细长材料进行热处理的方法，其特征是，它包括使材料通过两个相对安装的、加热或冷却的、做成峰-谷形状的构件;将两构件充分靠近，使材料的每一面都在多个位置上与构件接触，将两个构件的间距调得足够大，使材料从中通过时其偏折程度不超过材料本身的厚度，一般使被处理材料的走向与构件的峰一谷形状横交。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是使材料通过两个峰谷相对的构件。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征是将所述的间距调得足够大，使材料从中通过时其偏折程度不超过材料本身厚度的1/4。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征是使材料与平滑的峰的部分接触。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征是使材料与至少各有10个峰的两个构件相接触。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征是材料上任何一点在构件间的停留时间为0.01～0.2秒。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征是停留时间为0.02秒～0.1秒。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征是材料为合成纤维带。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征是材料为聚烯烃带。

10、根据权利要求8所述的方法，其特征是构件被加热至125～145℃。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征是带的拉出速度比，即离开构件的速度与进入构件的速度之比，为5∶1～10∶1。

12、根据权利要求8所述的方法，其特征是构件被加热至135～155℃。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征是带被松弛的速比，即离开构件的速度与进入构件的速度之比，为0.90∶1～0.97∶1。

14、根据权利要求13所述的方法，其特征是当其用于已按权利要求11所述方法处理的带时，其松弛阶段的温度比拉伸阶段的温度高5～20℃。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征是采用并排的方法处理若干条带，这些带是由在拉伸阶段之前纵剪宽料而成。

16、根据权利要求15所述的方法，其特征是带在松弛阶段后纺在一起。

17、根据权利要求16所述的方法，其特征是将至少一个构件横向分开，从而使某些带的温度不同。

18、对诸如带之类易弯曲的细长材料进行热处理的装置，其特征是包括两个相对的、做成峰-谷形状的、材料可在其间通过的构件;构件靠得足够紧，使材料在通过时能在多个位置上与每个构件接触;该装置还包括加热或冷却的装置，构件的安装应使它们之间的距离可以在两构件外轮廓面相重合至该两面有较大距离的范围之间进行调整，构件的峰-谷形状，其走向一般与被处理材料的通过方向横交。

19、根据权利要求18所述的装置，其特征是加热或冷却的方式是利用构件中的通路，使热液流通。

20、根据权利要求18所述的装置，其特征是构件上或构件内有用于加热或冷却构件的由恒温器控制的加热器。

21、根据权利要求18所述的装置，其特征是两构件外廓面之间的最大距离达0.1mm。

22、根据权利要求18所述的装置，其特征是构件间距可在进口或出口端独立地进行调节。

23、根据权利要求18所述的装置，其特征是构件具有与带运输方向相平行的倒棱边，以有利于重新穿带。

24、根据权利要求18所述的装置，其特征是构件事实上是由金属制成的。

25、根据权利要求24所述的装置，其特征是金属是黑色金属。

26、根据权利要求18所述的装置，其特征是一个构件的峰面向与其相对构件的谷。

27、根据权利要求18所述的装置，其特征是构件的峰的与材料接触部分是平滑的。

28、根据权利要求18所述的装置，其特征是每一构件至少有10个峰与材料相接触。

29、根据权利要求18所述的设备，其特征是至少一个构件横向分开，从而使某些带的温度不同。

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