CN1033659A - 冷却熔融纺丝材料的装置 - Google Patents

Abstract

用于冷却熔融纺丝的装置，它包括一个对于中心 冷却空气用于长丝束6的可调节的装置，这个装置对 于纺丝方向可平行和垂直运动。烛筒过滤5作为中 心吹风装置，环形喷嘴头7位于烛筒过滤5的正下 方，用于输入和排溢调节剂。作为一种生产的辅助装 置，中心吹风装置的上端有一个加热销钉2和一个可 关闭的环形细长孔4，在纺丝过程中，强空气流方向 对外吹出。在调节环的下方，在一水平的窄通道8中 输入空气流，这样，尽管横跨长丝行程，也不会将长丝 束分离开。

Description

本发明涉及的是一种用于冷却熔融纺丝材料的装置。

关于熔融纺丝的工艺方法制备的长丝和纤维制品，是使融化的流体在喷丝头上成为数根可熔的单根长丝。用吹冷空气的方法将长丝在凝固点之下冷却，最好是在玻璃化转变温度下冷却，将长丝以恒定的速度拉出，并在使用调节剂之后，象多股线那样卷绕或存贮于条筒中。为保证良好的和一致的生产质量，重要的因素是融化物要尽可能的均匀，而且冷却条件要一致。

热分解对于融化物的均匀性具有不利的影响，因此，融化物应当尽可能均匀，并且喷丝板上不应有任何使流量减小的区域和任何滞流物质。用于径向对称的圆形喷丝板可达到最简单和最有效的要求，这样喷丝板在熔体纺丝工艺过程中是第一重要的。

圆形喷丝板的不足之处在于，在通过横向吹风对长丝进行冷却的情况下，使用普通的吹风通风管道，喷丝板的直径以及每个喷丝板的喷丝孔的数量不能象所需要的增加，除非不满足一致的冷却条件。使用横向吹风时，从靠近吹风网喷丝板一侧引出的长丝比远离吹风网喷丝板一侧引出的长丝冷却的稍微强和快些，对于增加喷丝孔的数量和表面密度来说，将会增大这一冷却上的差异，并且能够在一范围内影响纤维的重要性能，如拉伸状态，断裂处的延伸率，收缩值以及着色方面的性能。

当保持横向吹风的方法时，如果采用具有2000-3000个孔的矩形喷丝板来代替具有大约600个，最多大概达到800个孔的圆形喷丝板的话，则每个喷丝板的喷丝孔的数量和相应地每个喷丝工位的流量效率可以得到很大的提高。对于矩形喷丝板，采用适当的结构还可以获得足够均匀的融化物。然而，在使用矩形喷丝板纺丝时，矩形喷丝板比圆形喷丝板更容易被阻塞，喷丝板必须经常更换。

如果采用具有很多孔的径向对称的圆形或环形喷丝板，则已知的缺陷可以在很大程度上得以克服。并且，用来冷却长丝的空气流不是采用一侧横向，而是采用均匀径向对称的。例如，美国专利US-A-3299469描述了从外侧向里径向对称地传输空气。

然而，对于纺丝过程，还可以用相反方向吹风即从里向外进行吹风，即使结构与之相应的装置不是很简单，制造这种装置也是合适的。关于这一点，至少有以下的两个原因：

第一，如果吹风方向是从外向里，则长丝束在空气流的作用下被挤压在一起，因此在每根长丝之间的间隙就会减小。如果增加空气流的强度，则会增加危险性，即：尚未完全固化的两根或更多的单独的长丝将彼此接触并且不均匀地粘接或融化在一起了。相反，如果吹风方向是从里向外，则长丝束通常被扩展开，每根长丝之间的间隙加大。

第二，如果吹风方向是从外向里，则被长丝在加速运动过程中外部空气被带走，使起冷却作用的冷却空气便非常弱了，而在同样意义上，对于外部/内部长丝冷却的影响加大了。如果吹风方向是从里向外，则外部空气的影响得到补偿，空气流的作用在最弱点处得到加强。

中心吹风，即吹风方向是从里向外，这种方法已经被描述过。例如在US-A-3858366，US-A-3969462，US-A-4285646，EP-A-0040482，和EP-A-0050483中。然而，采用这种方法吹风，造成输入空气流的困难。尽管这种工艺方法具有其他一些很显然的优点，却仍未发现该方法得以应用，其原因一定就在于此。

如果空气流从下向上输入，则输送的空气穿过长丝的通路，长丝从喷嘴出来形成两束并列移动的长丝束，通过这样的分布，事实上可以确保刚刚纺的长丝不受空气流进气管的干扰。正如美国专利US-A-4285646（第2段，第6-68行）所叙述的。然而，这种方法涉及许多缺陷，在这种情况下，由于试验有很大困难，使用现有技术所描述的吹风装置，工艺以静态到生头纺丝过程，间断后重新进入操作，以及随后的长丝断裂，喷丝板的更换，喷丝板的清洗等问题，均没有记载。仍然不够稳固和发粘的纤维容易粘着在通风烛筒上，断裂并且与另外的纤维粘接逐渐增多，使这些纤维也断裂，因此，即使是技术熟练的人员也无法控制这种纺丝过程。

为了避免这些问题，专利文献US-A-4285656，EP-A-0040482和EP-A-0050483叙述了从上方输入空气流的方法，气流通过喷丝板组件中心，这种传输空气的方法带来了新的问题，例如，在隔热方面。喷丝板中的熔融体不应被空气流冷却，同时空气流也不应被热的喷丝板组件加热。只有通过相应地增加喷丝板的直径，才能达到完全隔热。进一步说，圆形喷丝板一圈喷丝孔给出的融流不再是中心对称的。

在GB-A-2180△99（英国专利申请№8621915）所叙述的发明之后，本发明的目的是设计用于熔体纺丝中心吹风的装置，吹风方向是从里向外，这种装置避免了上述不足。

GB-A-2180499叙述的是用于熔纺长丝冷却和调节湿度的装置，它包括：

一个过滤烛筒，冷空气可通过这个过滤烛筒向外吹风，并且它能对纺丝方向平行和垂直地移动，在过滤烛筒的上端有一个可关闭的圆形小孔，该小孔适合于让向外方向吹的强空气流通过。

一个圆形喷嘴头位于烛筒的正下方，它包括用来输送调节剂和排出过量调节剂的装置。

本发明使用下列零件：

1.冷却剂，最好是空气流，它从下方输入，可以使用圆形喷丝板，形成径向对称的融流。在喷丝板组件中没有隔离的问题，不用改变纺丝束，使旧设备的重新装备成为可能。

2.所提供的一种或更多种的温度和/或湿度含量不同的冷却介质可被输入到吹风装置中，也就是通风过滤烛筒，用这些冷却介质通过适当的导管在多孔烛筒所要求的区域里对熔融纺丝的长丝进行吹风冷却。

3.在冷却介质从导管向多孔通风烛筒的输入区域中使用一些元件，例如使用一导流片，或使用一个起连接作用的构件将烛筒与导管接通，这样就降低了压力，使处于上方区域被径向吹风的固化长丝有一拉伸作用，并且这些长丝被逐一放置于调节湿度的装置上。

4.在烛筒的内部设计成流线型，或根据具体情况，提供可替换壳体的结构形式，冷却介质的流动分布对熔体纺丝提供了最佳状态。壳体的安装形式，必须考虑冷却介质的总量和多孔烛筒材料的特殊阻力两个因素。

5.由多孔烛筒材料对冷却介质的流动的阻力所引起的压力差（△P）被根据实验所确定的曲线Ⅱ和曲线Ⅱ（见附图图3）所限制。

根据：

1.43×10^-6 m+2222 m²≤△P≤-96.96 m+20202 m²

其中 m是每单位面积和时间冷却介质的流动量，在这一给定区间（曲线Ⅲ）的下方，不可能获得所需要的冷却介质的流动分布，在烛筒内的湍流的冷却介质不足以形成层流。在所限定的区间（曲线Ⅱ）的上方，对于给定量的冷却介质，所需要的压力非常高，以致于工业生产上无法获得这样的压力。曲线Ⅰ表示一个以工业生产为基础、根据实验确定出的压力应用范围，在这条曲线之上，吹风和管道系统的损耗特别是用于高压明显上升，对于压力差△P最大有效值为10KPa，△P最好为7KPa。

6.吹风装置不是固定的，而是可移动地安装的，通过旋转运动或线型推拉运动，它可被竖直降下和可以被水平移到长丝通道区域之外，例如，喷丝时要控制相反方向的运动。

7.在纺丝过程中，被输入的强空气流从一个环形长孔中流出，环形长孔位于吹风装置即通风烛筒的上端。空气流驱使长丝远离吹风装置，长丝旋转/回缩并且同时上升，因此防止了长丝的悬浮，粘接和断裂。在上升时，一个受压的弹性中心销钉穿过通风烛筒上端的平盖，进入喷丝板中部相应的凹陷处，并固定在那里，这颗销钉克服弹性力压于通道盖中，并因此开动一个阀门，当通风烛筒处于它的最上端位置时，该阀门切断进入环形长孔的空气。

8.长丝不再分成两束，空气流不从通风烛筒的底部进入与长丝通路相交的区域通过圆管输入，而是通过低横向和比较高的纵向延伸的平通道。该通道的上边缘具有陶瓷涂层或带有一陶瓷构件（棒状，半套层）作为长丝的导向装置，不会妨碍空气流的对称性，也不会由于长丝束分开的产生而引起的干扰。

9.调节加湿剂的涂层作用于通风烛筒的较低端，通过一个环形小孔投配合水调节给湿溶液（一般大约99%H₂O），该小孔位于两个陶瓷涂层导向装置的凸边之间，长丝束经过吹风区域之后接触于这陶瓷涂层导向装置，这样，稳定了长丝行程，可将处理完的长丝能够结合在一起，并将其改变方向，（例如放到横向空气流通道的上部边缘上）。由于长丝是一组松疏的纤维来处理的，而不是按通常的方法作为纺多股丝来处理的，所以一部分调节水可以从纤维束中挥发掉，并通常有助于长丝冷却。用于输入调节剂和去掉多余的调节剂（结合在处于低处凸部下方的环形通道中）的导管是在空气流通道的内侧。

对于已经给出的措施来说，（6）和（7）使得喷丝能避免出现问题。在专利文献US-A-4038375中可找到一个按照在特征（9）方面所描述的结构的调节装置，它具有类似的长丝冷却和给湿调节装置。然而，这篇专利文献中所示的装置是用作一个完全不同的目的，即：用一个薄的液体膜进行单侧的、不对称的长丝冷却，以制备潜在卷曲的长丝为目的。在这种情况下，中央的金属成形部分代替涂层凸边和环形孔，此金属成形部分具有一个较宽的接触表面，在通常的喷丝工艺中，不可避免地出现在这样一个表面上的摩擦使长丝的拉伸增加到一个不允许的程度，特别是如果拉出速度基本上处于例子中所给出的最大拉出速度之上，即大约900米/分。

环形凸缘上开有环形小孔。环形凸缘只不过是提供了一个按照本发明的调节装置的最佳实施例，它的基本原理和作用没有改变，例如，该环形小孔被扩大并且装有一种材料，这种材料作为烛芯;或者在凸缘周边上的接触表面由一个窄的烧结的金属环所代替。

现参照附图1用实施例来描述本发明，这是一个长丝冷却装置的部分剖视的截面侧视图。

图1表示出了位于喷丝板1上的喷丝孔10，熔融的聚合物从孔10中排出，最初呈可熔状态的长丝6在从吹风烛筒5中吹出的冷空气的作用下冷却并固化。调节给湿装置7包括环形长孔和环形通道，长丝在通过调节给湿装置7之后，在一个导向件9中被聚集在一起，并象一股线那样被运送到排出装置。

最好设置几圈这样的喷丝孔10，而不是如附图所示的任意一圈孔，附图是为了提供更清楚地图解。

通风烛筒5的上端被一个薄的锥形盖子3盖住，紧接在盖3的下方有一个环形小孔4。通过侧面的一个水平通道托架8将气态的冷却介质输入到烛筒5较低的一端，水平通道托架8还可作为导管用于其他的辅助装置，它的形状结构不影响长丝的通行。烛筒5由一个定中心的销钉2安装在如图所示位置，销钉2固定在喷丝板1中间部位的相应凹陷处。

通风烛筒5包含一种有气孔的但有一定机械强度的材料，例如被烧结过的金属，多层过滤纤维网或是加强了的羊毛状物。它主要包含排气壳体或其他材料附物，用来在烛筒的长度方向上形成一种予定的空气流分布。

中心对称的定向导向装置12使得冷却介质的外流分布成为这样一种情况，即：如果恰当的话，使方向和固化长丝的结晶过程达到最佳的效果。在这种结构中，长丝的固化点的距离是尤其重要的，它取决于长丝的横截面和取决于其固化过程的拉出条件。众所周知，这些参数对长丝的质量有很大的影响，它们一般是根据实验确定的，因此确定一种特殊类型的纤维的生产。

鉴于上面所述的措施（3）和（4），构件11提供所需要的压力下降情况，最后所得到的总的流动分布如图2中的13、14所示（图2中所示的其他部分即为图1所示的装置）。

按照本发明所述的装置可获得纤维的最佳性质，特别是具有高的均匀性。进一步的优点在于纺丝过程迅速，避免中断后再次抽吸问题，使损失达到最小值。在纺丝过程中的这样情况下，当刚刚纺出的长丝被引导穿过长丝导向件9并被稳定地抽出（使用一个吸枪或抽出装置）时，首先移动吹风装置，并单独地绕中心枢轴转动且被提升。在旋转和提升状态下，强空气流单向通过盖3下方的环形孔4，迫使长丝远离吹风装置，这样长丝不会停留在吹风装置上，不会断裂。当到达端部时，通过喷丝板1上的定中心销钉2的约束，空气流自动关闭。

调节装置包括环形长孔和环形通道，在较低位置处有旋转托架8，在调节装置的下方，长丝在经过长丝导向件9的通道中被充分冷却。立即将它们改变方向并将其横向拉出，目的是能够在一个短行程的上方进行加工（不需要惯用的下降的通风管道）。

为了纺具有高聚合物含量（例如PA-6）的材料，盖子和烛筒的上部带有加热元件，它防止在通风烛筒上聚合物凝结。

如上所述的吹风装置具有显著的效果。从下列实施例可以知道，在一般的牵伸速率下，每个纺丝位置的生产率可达到大约2.5吨/天，并能获得良好的长丝或纤维质量。

下面的实施例来具体说明本发明。它所描述的工艺过程是用图示的装置来实现的。

实例1-3：

重复GB-A-2180499的例1的生产过程，在下表中给出了所具有的变化和结果。

在每个例子中烛筒均使用具有阻力性能的材料，即：在例1和2中使用具有高阻力的烧结的金属，在例3中使用具有低阻力的多孔金属。烧结的金属是铬/镍钢1.4404，选自西德的Krbscege    GmbH，90mm直径×95mm×530mm，过滤孔隙的尺寸100μm，壁厚为2.5mm，多孔金属CMeY-6不锈钢，选自荷兰的Seac    Intenational    BV，70mm直径×80mm×580mm，壁厚为5.0mm，过滤细度等级达每英尺6/44-45网眼。

例子    1    2    3

粒化    PETP    PETP    PA-6

喷丝孔数    2158/0.4    2395/0.4    710/0.3

熔融生产率

克/分    1812.2    2000    305

空气量

千克/小时    770    1200    390

空气/融体

流量比值    7.08    10    21.3

通风烛筒直径

毫米 90/95 90/95 70/74^＊

烛筒长度

毫米    530    580    580

介质流量

千克/小时厘米²0.514 0.80 0.306

△P帕（pa）    3200    6800    150

牵引速度    米/分    1750    1750    1000

拉伸率    1：    3.0    3.0    2.5

纤度    分特    1.72    1.75    1.62

断裂强度

厘牛顿/分特    5.8    6.0    5.7

断裂处的延伸率    24.2    25.5    53.6

^＊烛筒盖加热到310℃，防止PA-6聚合物沉积。

Claims (8)

1、用于冷却熔融纺丝的装置，它包括一个喷丝板和一个有气孔的烛筒，喷丝板上具有环形排列的喷丝孔，烛筒位于装置的中央，并适合气态冷却介质进行径向对称向外对着方向向下的长丝，长丝可从喷丝孔中留出，其特征在于有气孔的烛筒的材料对冷却介质流动阻力，用相对于出口表面区域的压力差来表示(△P，以“帕”为单位)，由下式确定：

1.43×10^-6 m+2222 m²≤△P≤-96.96 m+20202 m²

其中 m是冷却介质横断表面区域的流动速率(以千克/小时、厘米²为单位)。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于烛筒中冷却介质入口区域的横截面变窄（机械的）。

3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于烛筒包括一个使冷却介质的流动变换方向的导流片（在烛筒的较低部位）。

4、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于烛筒包括一个变换冷却介质流动分布的中心对称的导向装置。

5、根据权利要求1所述的装置，实质上如本发明书中参照附图1和附图2两者之中任何一个所描述的装置。

6、一种用于冷却熔融纺长丝的工艺方法，它包括从如权利要求1所说的喷丝板中向下喷出长丝，并通过一个如权利要求1-4中任何一个权利要求所说的有气孔的烛筒向长丝供给冷却介质。

7、根据权利要求6所述的工艺方法，其特征在于一种或多种具有不同的温度和/湿度含量的分开的冷却介质从有气孔的烛筒的不同高度上向长丝吹送。

8、如权利要求6或7所述的工艺方法，其特征在于冷却介质是一种气体或蒸汽，例如空气。

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