CN1005855B - 用于冷却和调节熔融纺丝材料的装置 - Google Patents

Abstract

用于冷却和调理熔纺长丝的装置，包括一个可调节的把冷空气从中心引入长丝束的装置，它的方向可与纺丝方向平行和垂直；还有一个正好在用作中心鼓风装置的鼓风筒下边的环形喷嘴头，用来输入或清除调理剂。中心鼓风装置的上端有一个被加热的销钉和一个可封闭的环形开缝，强气流从中向外流出，在纺丝过程中起到帮助加工的作用。冷却介质和全部介质是从调理环下面的一个水平的窄通道输入，因此，尽管横过长丝轨迹，长丝束也不会分开。

Description

用于冷却和调节熔融纺丝材料的装置

本发明涉及冷却和调理熔融纺丝材料的装置。

在熔融纺丝制造长丝和纤维的过程中，是将给定的熔体流经纺丝板纺成许多根可熔单丝。用吹冷空气的方法，将长丝冷却至凝固点以下，最好是冷却到玻璃化转变点以下;以恒定的速率拉成长丝，然后涂上调理剂，将之卷绕或以纤维绳状存放在桶中。获得稳定优质产品的最基本要求是熔体应尽量呈均质和均匀冷却。

热分解对熔体的均质性不利。因此熔体应尽量均匀，纺丝头不应有任何减少熔体通过量的区域或有任何滞止的物料。此要求可用径向对称的圆形纺丝头而简单有效地实现。该纺丝头在熔融纺丝过程中是非常重要的。

圆形纺丝头的缺点是在用普通鼓风管侧向吹风冷却长丝时，为满足均匀冷却的需要，纺丝头的直径和每个纺丝板上纺丝孔的数目必须很小，因而不符合要求。采用侧向吹风时，从纺丝头的靠近吹风网一面出来的长丝与从纺丝头的远离吹风网一面出来的长丝相比，因冷却强度大而更迅速冷却。增加纺丝孔数目和表面密集度，使这一差别扩大，并且将影响纤维的一系列重要性能，如：拉伸特性;断裂伸长度;收缩值和着色性能。

在保持侧向吹风方法的同时，如果使用有2000到3000个孔的矩形纺丝头来代替约有600个，也许最多800个孔的圆形纺丝头，就会大大增加每个纺丝头上纺丝孔的数目，相应地亦会增加每个纺丝工位的生产量。只要纺丝头的结构合理，即使是矩形的也可得到充分均匀的熔体。然而，矩形纺丝头比圆形的更易阻塞，在纺丝中使用时必须经常更换。

如果使用有大量纺丝孔的径向对称圆形或环形纺丝头，并且不是从一面侧向吹风来冷却长丝，而是均匀地、径向对称地引入以冷却长丝，可基本避免上述缺点。如美国专利US-A-3299469号所述，以径向对称方向将空气从外向里喷吹。

但是，对于纺丝过程，采用相反的吹风方向，即从里向外吹风，尽管制造这样的装置不太容易，却更为适用，这至少有以下两个理由：

首先，如果从外向内吹风，在气流作用下，丝束会被向一起压缩，结果单根长丝的间距缩小。如果增加气流的强度，将有两根或多根未完全凝固的单根长丝相互接触并粘连或不均匀地熔接在一起的危险。相反，如果从里向外吹风，使丝束膨胀，单根长丝的间距就会增大。

其次，如果从外向内吹风，长丝束在快速运动中夹带的外部空气作为部分冷空气流的冷却作用很弱。如果从里向外吹风，外部空气起补偿作用，气流的作用是使冷却最弱处得到加强。在同样意义上，加强了长丝外部/内部冷却作用。

然而中心鼓风（即鼓风方向从里向外）如美国专利US-A-3858386、US-A-3969462和US-A-4285646，欧洲专利EP-A-0040482号和EP-A-0050483号所述，其气流引入困难，尽管它有明显的优点，但到目前还未真正采用这种方法。

如果气流从下向上引入，则引入的空气横过长丝运动方向。借助于将纺丝头中出来的一组长丝分成两束而平行运动，可以保证刚纺出的长丝不受进气管的干扰。同美国专利US-A4285646（第二栏第6～68行）中所叙述的一样，这种方法有很多缺点。文中并未提到使用这种被称为最新技术的吹风装置，对于纺丝中断后（包括断丝、更换纺丝头、清理纺丝头等）再次开始纺丝工艺操作的尝试所遇到的很大困难。而且强度不够和尚有粘性的原纤维容易粘附在中心烛筒上并且断开，并且易与其它的纤维粘在一起，尔后也要断开，因此，这样的纺丝过程甚至熟练的人员也难以将它调节好。

为了避免上述问题，美国专利US-A-4285646，欧洲专利EP-A-0040482和EP-A-0050483叙述了通过纺丝头组件中心上面输入气流的方法。这种方法带来了新问题，如有关隔热问题。纺丝头内的熔体不应被气流冷却，而气流不应被已加热的纺丝头组件所加热，这一问题只能通过适当增加纺丝头直径来解决。此外，从环形排布纺丝孔的圆形纺丝头中流出的熔体流不再是中心对称的。

本发明的目的是，设计对熔纺长丝进行中心鼓风并且鼓风方向从里向外的装置，它可克服上述的缺点。

按照本发明，用于冷却和调理熔纺长丝的装置包括一个过滤中心烛筒，通过它可向外喷吹冷空气，此筒可沿与纺丝方向平行或垂直的方向移动，并且在其上端有一个可封闭的环形开口，可使向外喷出的强气流通过。紧接在中心烛筒下面的是一个环形喷嘴头，具有输入调理剂和排出多余调理剂的装置。

本发明具有下列五个特征：

1.冷却介质，具体是空气流从下面输入，因此使用圆形纺丝头并且使熔体流动呈径向对称是可能的。在纺丝头组件中无隔热问题。改造旧有设备时，可不必更换纺丝箱体。

2.鼓风装置的装配不固定，而是可移动的，可用旋转变向或直线推拉移动的方法，竖向下降和水平向移出长丝通过区域。例如，采用在纺丝中反向移动来操作。

3.在纺丝中，将气流引入后，强气流从鼓风装置即中心烛筒上端的环形槽缝喷出。在中心烛筒被挂上/收回和上升的时候，气流使长丝不能接触中心烛筒以防止长丝悬起、粘结和断裂。中心烛筒上升时，已压缩的弹性中心销钉穿过盖在中心烛筒上端的平盖，压入纺丝板中部的对应的凹槽里，并支撑在那里。销钉弹力克服通道盖的弹性，并当中心烛筒达到它的最高位置时，用它作用于一个向环形槽缝输送空气的阀门，使它关闭。

4.一组长丝不再分成两束，输入的空气不是经过装在中心烛筒下端的圆形管输送到与长丝运动轨迹相交的区域，而是通过可转动的扁平通道输入，该扁平通道的模式是可以有回旋运动，使之有小的横向宽度和很大的竖向高度。通道的上边缘涂有陶瓷层。或带有一个陶瓷部件（长棒、半壳体）作为长丝的改向挡板。没有因丝束在此处分开而引起的湍流，也不干扰气流的对称性。

5.在中心烛筒的下端可转动的扁平通道上面对长丝涂以调理剂。含水的调理剂溶液（水通常为99%）用至少一个在两个有陶瓷涂层的法兰盘之间的环形开口供入，法兰盘与一组通过鼓风区后的长丝相接触，这样使长丝运动轨迹稳定，处理后的长丝被聚集在一起并改变方向（如：转到侧边气流通道的上面）。由于长丝是以一组散开的原纤维来处理，而不是以传统方法集合成股绳状来处理，部分调理液可从长丝束上蒸发，这有助于长丝冷却。用于输入调理剂和排出多余调理剂的导管（在较低的法兰盘下面组合成一个环形通道）是在气流通道里面和可转动的扁平通道内。

在这些给定的措施中，（2）和（3）使得能进行无故障纺丝。关于措施（3），在以往未曾见过此等叙述。已有具特征（5）有关的相似长丝冷却和润湿方式的调理装置，见美国专利US-A-4038357号。然而该装置是使用于很不相同的目的，即用薄液膜在单一面非对称地冷却长丝，其目的是制备有潜伏卷曲力的长丝。它不用法兰盘和环形开口，而是使用具有较宽的接触表面的中心金属成形件。在该表面必然出现摩擦，在传统纺丝过程中使长丝的张力增加至不能接受的程度，尤其是当纺丝速率实质上高于在实例中给出的最高纺丝速率（约900米/分）时。

然而，带有一个环形开口的圆形法兰盘仅是本发明调理装置的一个优选实施例，例如：如果增大环形开口并用象芯绳一样的材料塞满，或者用一个狭窄的烧结金属环代替法兰盘周边接触面。本装置的构思和操作并未改变。

附图1为本发明的长丝冷却装置的侧示意图。

现通过实例并参照本发明的长丝冷却装置的侧视示意图来叙述本发明。如图所示是在纺丝板1上的纺丝孔10。聚合物熔体从纺丝孔10中流出，开始是易熔长丝6，然后被中心烛筒5吹出的冷空气冷却并凝固。随后通过由环形槽缝和环形通道组成的调理装置7之后，在导丝环9中集合成纤维绳，然后输送到送出装置。

纺丝孔10最好布置成多圈环形，而不是如图所示的在单圈中，图中这样画只是为了容易看明白。

用浅锥形罩3遮盖中心烛筒5的上端，在锥形罩3的下面紧接着一个环形开缝4。中心烛筒5与进气管8连接，进气管以水平横向通道的形式接在中心烛筒的下端。中心烛筒5用插在纺丝板1的相应中心凹槽中的定心销钉2固定在图示位置。

中心烛筒5由一种多孔的，机械性能好的材料制成，例如烧结金属制成的多层过滤网或增强的过滤纤维网。它包括可更换的筒体或其它用于在中心烛筒长度方向上产生预先确定的气流分布的部件。

纺丝时，当刚纺出的长丝通过导丝环9并稳定拉出时（用抽吸枪或拉伸装置），首先移动鼓风装置，仅将之转动并上升。在旋转和上升时，从设在罩3下面的环形开口4喷出的强气流单侧向通过，以使长丝不致停留在鼓风装置上而发生断开。在达到终端位置时，由于安装在纺丝板1上的中心销钉的限制，气流自动切断。

在长丝通过导丝环9时，已得到充分冷却。可立即改变长丝运行方向，从横向拉出，亦即在较短的长丝运动路程范围内即可进行加工（不用落下轴）。

为了将具有较高的低聚物含量的材料进行纺丝（如聚酰胺-6），在锥形罩和中心烛筒上端装有防止低聚物在中心烛筒上冷凝的加热装置。

上述鼓风装置非常有效。从以下例子可了解到，在常规纺丝速率下，每一纺丝工位可达到日产2.5吨的生产能力，所得到的长丝和纤维质量好。

用以下例子来说明本发明，

用图示装置实施上述过程，

实例1

将一种相对溶液粘度（于20℃，用1.0%的间-甲酚溶液测定）为1.60的聚对苯二甲酸乙二醇酯颗粒料，在一台90mm/24D的纺丝挤压机中熔化并在293℃的熔体温度以996g/min的挤出速率通过一个圆形纺丝头，纺丝板上有1295个直径为0.4mm的圆形纺丝孔，成9圈环形分布。

用位于纺丝板中心的烛筒吹出温度为30℃，相对湿度为65%的空气，以450kg/h的流量冷却长丝。中心烛筒用烧结金属制成，其内径为70mm，外径为76mm，长530mm，锥形罩高30mm（空气与熔体流量比为7.5∶1.0）。

在鼓风区的末端，长丝通过一个直径为180mm的调理环，同时以400ml/min流量涂上一种纺丝调理剂的0.5%溶液。随后长丝在导丝环中聚集，用导丝盘将长丝以1500m/min的速率拉出，并卷绕在纺丝箱中的卷轴上。

在纤维行进路程中，将纺成的丝绳以1∶3.5的拉伸率拉伸、固定、压力卷曲、干燥并切成38mm长的短纤维。

通过检验纤维丝，得到下列结果，纤度为1.53dtex，断裂强度为6.4cN/dtex，伸长率在7%时的强度为2.2cN/dtex，断裂伸长率为20.4%。

在纺丝过程和纤维运行过程中无干扰发生。此种可移动、带有支撑、在其锥形罩的底面有辅助气流的鼓风装置，操作很顺利。

实例2-5

重复实例1的操作步骤，其不同之处及所得结果如下表所示：

实例 2 3 4 5

颗粒料 PETP^** PETP^** PETP^** PA-6^***

纺丝孔的数目， 2158/0.4 1661/0.4 710/0.4 710/0.3

熔体的流量，g/min 1812.2 1693 1792 305

空气流量，kg/h 770 750 600 390

空气/熔体流量比值， 7.08 7.5 5.6 21.3

中心烛筒直径，mm 90/96 90/96 90/96 70/74＊

纺丝速率m/min 1750 770 1100 1000

拉伸率，1： 3.0 4.3 4.05 2.5

纤度，dtex 1.72 2.90 5.03 1.62

断裂强度，cN/dtex 5.8 5.4 5.7 5.7

伸长率，% 24.2 31.4 20.6 53.6

＊中心烛筒锥形罩加热到310℃，防止PA-6的低聚物在其上沉积

＊＊聚对苯二甲酸乙二醇酯

＊＊＊聚酰胺-6

Claims (9)

1、用于冷却、稳定和调理熔纺长丝的装置，包括一个喷丝孔呈环形布置的纺丝板并配置成向下方排列长丝，一个冷却介质入口使气体冷却介质经该入口与长丝接触，还包括调理装置;其特征在于，冷却介质入口是竖直向上的过滤中心烛筒的型式，其上端封闭，安装在横向延长臂上并可转动，因而过滤烛筒可在纺丝板下面作中心式转动，并且它还可平行于纺丝的方向移动，横向延长臂包括一个与过滤中心烛筒相通的导管，其特征还在于其中的调理装置包括在过滤烛筒下面的环形的与长丝接触区，以及一个调理剂入口和一个多余调理剂出口。

2、按照权利要求1的装置，其特征是横向延长臂包括用于输送冷却介质和调理剂的导管和在它上面的长丝改向挡板。

3、按照权利要求1或2的装置，其特征是该过滤中心烛筒包括一个在它上端的可封闭环形开缝。

4、按照权利要求3的装置，其特征是该可封闭环形开缝的开口是使气流沿径向和或向下倾斜流出。

5、按照权利要求或1或2的装置，其特征是该环形长丝接触区包括至少一个环形槽缝，并且于其下面有一个环形通道。

6、按照权利要求1或2的装置，其特征是在过滤中心烛筒上端有一个锥形罩，并且锥形罩上包括一个加热装置。

7、按照权利要求1或2的装置，其特征是在过滤中心烛筒的带槽的锥形罩上有一个中心销钉，而纺丝板的下边有一个容纳中心销钉的凹槽。

8、按照权利要求1或2的装置，其特征是中心烛筒是由烧结金属的多层过滤网，或有增强物的过滤纤维网制成。

9、按照权利要求1或2的装置，其特征是所用冷却介质是空气。

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