CN1044141C - 保持合成纤维束连续热处理机内压力的方法 - Google Patents

Abstract

一种保持合成纤维束连续热处理机内部压力的方法，使压力室内部压力保持得十分稳定，避免质量下降同时保证作为加热介质的蒸汽泄漏最小。出口压力密封件的长、宽尺寸经调整窄于进口压力密封件的长、宽尺寸。本发明的方法保证所处理的纤维的最小损伤，对作为加热介质的蒸汽的单位需要量最小，而且能提供稳定的操作和均匀的处理。

Description

保持合成纤维束连续热处理机内压力的方法

作为合成纤维成产的一种公知的重要方法，在卷曲机中形成假卷曲的合成纤维束要在热处理机中承受热处理，热处理机设有一充满蒸汽或其它加热介质的压力室。

已有人提出几种方法，用来将合成纤维束(下文也称为“卷曲的纤维团”)以卷曲的状态或以伸展的形状放入压力室并从压力中拉出卷曲纤维团，同时保持压力室内部的压力。

保持压力室内部压力的方法之一是用卷曲纤维团充填压力室的进、出口压力密封件。一般来说，这种热处理机是将卷曲的纤维团夹在一对环形输送带上、下侧面之间输送(这种输送装置下文中简称为夹层输送带)。对于这种压力密封方法来说，只是通过在压力密封件处在卷曲纤维团和夹层环形输送带间施加较大的摩擦阻力来阻止压力室中的压力泄漏，从而获得密封效果。

为增加上述摩擦阻力并防止蒸汽或其它加热介质从压力室的泄漏，需要增加压力室进口处卷曲纤维团的表观密度。将具有高的表观密度的卷曲纤维团引入压力室，会在夹层环形输送带上的纤维填塞密度增加，这又会要求更长的热处理时间并使热处理机加长。另外，在压力室内，卷曲的纤维团在热处理的过程中形成了热收缩，在压力室出口压力密封件处减小了其横截面积。

因此，垂向阻力的减少也减小了卷曲的纤维团和夹层环形输送带之间的摩擦阻力。然后失去了密封件上的压力密封，卷曲的纤维团被吹到压力室出口压力密封部件之外，使压力室难于保持其内部压力。

为克服这一缺陷，在装入压力室之前，卷曲的纤维团要经伸展。该方法比未伸展的卷曲纤维团的情形能以更短的时间完全热处理，这是因为在夹层环形输送带上它具有比未伸展的卷曲纤维团较小的纤维填塞密度。尽管如此，该方法还是不能解决卷曲纤维团从出口压力密封件吹出及所处理纤维受损的问题。

因此，目前并不经常采用这种用卷曲纤维团充填压力室进、出口压力密封件的方法。作为替代，一般在出口压力密封件上使用迷宫汽封。但是迷宫汽封法也具有缺陷，常常引起纤维损伤，这是因高温处理纤维在迷宫汽封件上的直接摩擦作用引起的，该方法只能处理事先使其卷曲伸展的纤维，而且增加的压力需要深的迷宫汽封件。因此迷宫汽封法并不是令人满意的方法。

另一种改进的保持压力室内部压力的方法是所谓“滚柱密封法”。在该方法中，在进口和/或出口压力密封件上设置一组咬压滚柱压制卷曲的纤维团从而形成足够的压力密封。然而在该方法中，特别是在出口压力密封件处，高温下的卷曲纤维团通过压制形成高压区，这会在单丝上引起丝的熔化和损坏，造成质量缺陷。一种改进的滚柱密封法在出口滚柱密封件的进口处采用一冷却室，在卷曲纤维团进入密封件前使其冷却。这种改进的方法也有缺陷，即结构变得复杂并需要较长的空间，而且经处理的纤维的质量也不尽如人意。

如上所述，目前尚没有一种满意的方法，能防止设备过长，使压力室内具有很好的压力稳定性，并能解决如热处理纤维损坏等质量问题。

本发明的目的在于提供一种保持压力室内部压力的方法，它能解决上述与连续热处理机有关的问题，并维持压力室内部稳定的压力，而不损坏被处理纤维的质量并能适应各种不同的处理条件。

本发明的目的是通过一种维持合成纤维束连续热处理机内压力的方法实现的，在该方法中，卷曲的合成纤维束的连续热处理是将其通过一个压力室，压力室中保持高于大气压的压力，并充满蒸汽作为加热介质，合成纤维束是夹在一对环形输送带的上、下侧面之间的，其中，在压力室进、出口处的压力密封件的开口的长度和宽度经选择，使得在压力室的出口密封件处窄于在其进口密封件处。按照本发明，压力室出口压力密封的长度尺寸的减少是通过减小布置在所处理的卷曲纤维团上、下侧面的夹层环形输送带之间的间隙而实现的，而压力室的出口压力密封的宽度尺寸的减少是通过下述方法实现的，即设置一对环形带，沿着至少在压力室出口密封件处的卷曲纤维团的两侧面运行并使这对环形带向着卷曲纤维团路径的中心线收敛(这对环形带下文中称为“宽度限制环形带”)。

本发明的方法减小压力室矩形出口密封件的长度和宽度尺寸，因此，卷曲纤维完成其热处理后运行时变得窄于压力室进口压力密封件的尺寸，并再次引起在所处理的卷曲纤维团和夹层环形输送带及宽度限制环形带两者间的摩擦阻力。因此，令人满意地保持了压力室内的压力，而消除了被处理的卷曲纤维团吹出的问题，同进适应卷曲纤维团尺寸变化等处理条件。

下面详述本发明：

本发明中使用的合成纤维束连续热处理机(下文简称为“热处理机，使用热处理机进行的处理简称为“热处理”)包括一垂向机，纤维束通过其垂向运行，一水平机，纤维束通过其水平运行，或一斜向机。下面描述一水平机作为典型实例。在热处理机的中心区域设置一个充满加热介质一蒸汽的压力室，其压力为大气压或较高的压力。压力室设有进、出口，进、出口充填有所处理的卷曲纤维团以便密封住压力室内的压力。所处理的卷曲纤维团从进口压力密封件通过压力室至出口压力密封件的输送是由在上、下面夹着卷曲纤维团的一对环形输送带完成的。

合成纤维束向热处理机的装入是通过位于进口压力密封前方的卷曲机进行的。

按照本发明，由卷曲机赋予假卷曲的合成纤维束是以“团”的形式即以前述卷曲纤维团的形式通过卷曲机的卸出力装入进口压力密封件的。对卷曲纤维团使用“假”一词的原因是卷曲纤维团以后也许要再次经过伸展处理。

卷曲的合成纤维团可容易地获得高的表观密度而本身不受损伤，并在压力密封件处增加摩擦阻力以改善压力密封性能。在这个阶段推荐的卷曲是在每英寸8节(pitch)至每英寸12节之范围内。在该范围内，在卷曲机进口处纤维束的运行速度大约10倍于其出口处的运行速度。

对于没有假卷曲的合成纤维束来说，需要附加装置(例如多级滚筒)以便将其装入压力室。另外，没有假卷曲的合成纤维束需要通过很窄的压力密封件以维持足够的压力密封性能，这不可避免地会损坏纤维。因此未经假卷曲的纤维束不能获得本发明超过滚柱密封法的优点，不能实施本发明。

压力室进口压力密封件的尺寸应该与卷曲机形成的卷曲纤维团的长、宽尺寸相匹配。本发明通过调整布置在卷曲纤维团上、下方的一对夹层环形输送带之间的间隙来实现这种长度尺寸的匹配。与长度尺寸有关，如果对卷曲纤维团的夹层力足够，卷曲纤维团倾向于加宽其侧向尺寸，因此，即使一固定的宽度也能提供足够的摩擦阻力。

一对沿卷曲纤维团侧面运行的宽度限制环形带不仅可设置在出口压力密封件处，而且也可延伸至进口压力密封件，并可向卷曲纤维团中心线收敛以控制纤维团的宽度。

以这种方法，穿过进口密封件的卷曲纤维团进入压力室，同时被一对夹层环形输送带和一对宽度限制环形带夹住或覆盖。

在这个阶段，卷曲纤维团从卷曲机卸出的速度(A米/分)不必等于上述输送带的运行速度(B米/分)。唯一需要的条件是：B≥A。

条件B＞A使卷曲纤维团伸展，B除以A所得到的值称为伸展率。只要调整卷曲机的卸出速度和/或前述输送带的运行速度即可方便地调整伸展率。在实际操作中，伸展率的调整要考虑以下因素：热处理是否使卷曲定形，在热处理机内卷曲纤维团滞留时间是否固定，以及卷曲的完全伸展会减少在出口压力密封件上的摩擦阻力。常用的伸展率的范围是1到4。

因此，通过压力室同时被夹层环形输送带夹住并由宽度限制环形带覆盖的卷曲纤维团由作为加热介质的蒸汽加热以提高其温度。大多数合成纤维在纤维的轴向收缩，纤维团体积减小而表观密封增加。换言之，在压力室出口处，卷曲纤维团的长，宽尺寸小于其在压力室进口处的长、宽尺寸。

在普通的热处理机中，进口和出口压力密封件具有相同的长、宽尺寸会发生加热介质蒸汽和所处理的纤维团通过出口密封件吹出的情况，使压力室内不能维持压力，不能正常进行热处理。

按照本发明，卷曲纤维团具有减小的体积即具有减小的长度和宽度，在其通过的出口处，压力室的出口压力密封件的长、宽尺寸小于进口压力密封件的长、宽尺寸。这一结构特征使得体积减小的卷曲纤维团和压力密封件之间在顶部，底部及各侧面产生摩擦阻力，在出口压力密封件处形成密封。

出口压力密封件长、宽尺寸的减少可通过以下两种方式实现：使出口压力密封件的开口制得小于进口压力密封件的开口，或者，与前面对进口压力密封件的描述相似，减小夹层环形输送带之间的间隙以减小长度尺寸，并使宽度限制环形带向着卷曲纤维团的中心线收敛以减小宽度尺寸。如上所述，当卷曲纤维团的长度方向和宽度方向都被夹住时，其它尺寸增加，因此，在长、宽方向上的尺寸减小都可受到限制。

在卷曲纤维团顶面及底面的夹层环形输送带是用耐热、耐磨和对蒸汽有良好的渗透性的材料制成的，夹层环形输送带从进口至出口运行通过热处理机。在卷曲纤维团两侧缘的宽度限制环形带对制造材料的特性与夹层环形输送带相同。但是宽度限制环形带的运行范围可以在进口压力密封件至出口压力密封件或只在出口压力密封件处。为宽度限制密封件的运行不必要求设置驱动系统。例如，宽度限制环形带可夹合在一对夹层环形输送带之间的夹层环形输送带的边缘处，在出口压力密封件处或宽度限制环形带通过的进、出口压力密封件处的宽度都可提供宽度控制。

出口压力密封件长、宽尺寸与进口压力密封件长、宽尺寸之比值取决于所处理的卷曲纤维团的种类和旦尼尔总数，设计的伸展率，纤维的收缩，以及作用于压力室的作为加热介质的蒸汽的压力等，因此其值一般并不规定。至于与加热介质蒸汽的压力有关的最有影响的因素，长宽尺寸减小率(出口尺寸对进口尺寸的减小率％)为：10-18％(长度)和1-3％(宽度)，在大约1kg/cm²G时；18-22％(长度和3-7％(宽度)，在2kg/cm²G时；以及22-25％(长度)和7-12％(宽度)，在3kg/cm²G时。

按照以上详述的方法，即使因热处理，卷曲纤维团长、宽尺寸有所变化，在卷曲的纤维团和出口压力密封件之间的加热介质蒸汽借以泄漏的间隙变得很窄，这是因为出口压力密封件的长、宽尺寸调整得窄于进口密封件的长、宽尺寸，另外，由于卷曲纤维团充填入压力密封件，即使作用在纤维上的压缩力明显地小于滚柱密封法(在该方法中卷曲纤维团受到很高的压力，同时在纤维团两侧留下空间)，也能获得足够的密封效果，为此，不需要深的迷宫汽封。另外，特别是在出口压力密封件处，一对宽度限制环形带在卷曲纤维团和固定的定心件之间放置在卷曲纤维团的两侧缘，防止了在卷曲纤维团两侧缘上的摩擦作用。

现对照以下附图更详细地描述本发明的实施例。

图1是采用本发明方法一推荐实施例的连续热处理机的侧剖图。合成纤维束1从图中左侧装入并通过卷曲机2形成卷曲纤维团3。然后，卷曲纤维团3夹在一对环形输送带7之间并随环形输送带7被运送，输送带7运行通过进口压力密封件4，压力室5和出口压力密封件6，纤维团被卸至该机的右端。

图2是图1所示进口压力密封件4的横剖图，该图是以相对于卷曲纤维团运行的侧向看去的。该图表示位于卷曲纤维团3上、下方的一对夹层环形输送带7。

图3是图1所示出口压力密封件6的横剖图，该图是以相对于卷曲纤维团运行的侧向看去的。该图表示在卷曲纤维团3上、下方的一对夹层环形输送带7和一对在卷曲纤维团两侧的宽度限制环形带，以及在出口压力密封件内，在宽度限制环形带外侧的一对固定的定心件8。

图4是本发明另一实施例的出口密封件6的横剖图。该图表示一对调整件10，在卷曲纤维团3上下方的一对夹层环形输送带7，一对在卷曲纤维团两侧面的宽度限制环形带9，以及在出口压力密封件内，在宽度限制环形带外侧的一对固定的定心件8。

实例1

现参阅附图，图1是本发明方法的连续热处理机的侧剖图。待处理的合成纤维束(实例1使用总旦尼尔为800,000的丙烯酸纤维)从图的左侧送入，由卷曲机形成卷曲纤维团3，卷曲机的运行速度为12米/分。然后，卷曲纤维团3被夹在一对夹层环形输送带7之间，环形输送带7以18米/分的运行速度向图的右侧运行。载有卷曲纤维团3的夹层环形输送带下进入进口压力密封件的矩形开口，该开口的尺寸为18mm长，200mm宽，并且运行通过压力室5。卷曲纤维团3的伸展率为1.5。

图2是图1中进口压力密封件4的横剖图，该图是从相对于卷曲纤维团3的运行的侧向看去的。在该图中看不到应该夹住卷曲纤维团3的宽度限制环形带。尽管如此，观察不到在卷曲纤维团3和矩形进口压力密封件4的包围表面之间有间隙。

出口压力密封件6是一矩形通道，该通道具有与进口压力密封件相同的长、宽尺寸，出口压力密封件6有一对固定的定心件8以减小宽度。出口压力密封件6还设有一对宽度限制环形(橡胶)带，在卷曲纤维团3的两侧缘运行。因此，实际的宽度变成190mm(见图3)。

压力室5从其顶面和底面引入蒸汽作为加热介质，冷凝水从其底面排出(引入口和排出口在图1中都未画出)。

在本实例中，2.0kg/cm²G的蒸汽引入压力室，在热处理过程中，压力室内压力的浮动的范围仅为±0.06kg/cm²，在进口压力密封件处，甚至在出口压力密封件处也只能观察到极少的蒸汽泄漏。

蒸汽输入速率是由蒸汽输入管线上的蒸汽流量累加器测定的，而冷凝排出速率是由排出流量累加器测定的。前者和后者之比为96.4重量百分比值。该值受所处理的卷曲纤维团本身含水量的影响，因此，该比值并不是一个一定的比值。尽管如此，该比值是了解从压力密封件蒸汽泄漏的大小的一个指数，而所测出的结果显示该压力密封件具有很高的密封性能。

与图2的情况相似，图3是出口密封件6的横剖图，该图是从相对于卷曲纤维团运行的侧向看去的。如图3所示，所处理的卷曲纤维团3夹在一对夹层环形输送带7之间，并且在侧面夹在一对宽度限制环形带之间。在完成实例1的处理程序之后，所有传动零件都停止，并拆卸了出口压力密封件进行检查。视觉观察看不到在卷曲纤维团3和环绕的出口压力密封件6之间具有间隙。

本实例热处理的卷曲纤维团经过适当的后处理，并评估了纤维的物理性质。被评估的物理性质为：指示纤维团长、宽方向可染性的非均匀性的可染性范围(最大和最小可染性之差)；损坏度，由具有纤维直径那样长或更长些的裂纹段的破裂单丝的百分率表示，损坏度是对200根热处理后的单丝作显微观察测出的；摩擦率，是由损坏或折断的单丝的百分率表示的，摩擦率是对只从卷曲纤维团两侧缘上收集到的200根热处理单丝作显微观察测出的。

当出口压力密封件工作情况良好时，第一和第二评估项目的值很小，其原因在于，压力密封性能差会使所处理的纤维团承受压力浮动幅度大，并使蒸汽从压力密封件吹出，这引起热处理不均匀及染色不均匀，当热的纤维冲出周围的固体壁时即分成单丝，容易断裂和损坏。最后一个评估项目，摩擦率指示纤维在出口压力密封件两侧缘的壁上的摩擦的程度。较小的摩擦率是有利的。

评估的结果是：可染性范围为0.58％，损坏度为2.0％，摩擦率为1.1％。这些值表示，本实例的方法是保持压力室内部压力的很好方法。这个结果也表示，该方法提供了高质量的经过热处理的纤维束，包括卷曲纤维团两个侧面。对照实例1

具有实例1所用结构的热处理机被改为滚柱密封式，其中，夹层环形输送带的下面留下用来输送卷曲纤维团，而其上面被除去，而且进口压力密封件和出口压力密封件都由咬合滚柱密封装置所取代。在与实例1相同的条件下进行热处理。为防止从进口和出口咬合滚柱密封装置可能的蒸汽泄漏所需要的咬合滚柱表面压力在进口压力密封件处为3kg/cm²G，而在出口压力密封件处为5kg/cm²G。

压力室内部压力的变化范围为±0.04kg/cm²，冷凝排泄流动速率为97.0重量百分比，未出现保持压力和蒸汽泄漏方面的问题。

可染性范围良好，为0.50％。然而损坏度高达30％，这显示在出口咬合滚柱密封件处的严重损坏。摩擦率无法评估，因卷曲纤维团无侧缘表面形成，无法评估这个特性。对照实例2

对具有实例1所用结构的热处理机进行了修改，在出口压力密封件6卸去了固定的定心件8，并卸去了宽度限制环形带9。在与实例1相同的条件下进行热处理。在出口压力密封件处可观察到卷曲纤维团被蒸汽间断性地吹出。该机未进行顺利的工作，但还是收集到少量样品以便进行评估。

评估结果是：压力变化为±0.50kg/cm²，冷凝排泄率为63.4％，可染性范围为2.58％，损坏率25％，摩擦率为8.0％。内眼观察即可分辨出热处理不均匀，严重的蒸汽泄漏和严重的纤维损坏。收集到的样品显示严重的摩擦损坏，这证实在实例1中所使用的宽度限制环形带在防止摩擦损坏方面有很大优越性。实例2

对具有实例1所用结构的热处理机进行了修改，在出口压力密封件内安装了一对固定的定心件8，同时保持与实例1中出口压力密封件相同的形状，其尺寸为长14mm，宽200mm，并且卸去了通过出口密封件运行的一对宽度限制环形带。热处理是在与实例1相同的条件下进行的。该机的运行顺利，提供了足够量的样品供评估。在进口压力密封件处未观察到蒸汽泄漏，在出口压力密封件处有轻微的蒸汽泄漏。

评估结果是：压力变化为±0.08kg/cm²，冷凝排泄率为93.7重量百分比，可染性范围为0.66％，损坏度为4.0％，摩擦率为4.3％。上述值显示，压力室内部压力得以稳定地维持，蒸汽泄漏最小，而且热处理均匀，损坏最少。尽管如此，由于未设置宽度限制环形带，与实例1相比引起一定程度的摩擦损坏。实例3

对具有与实例1所使用结构的热处理机进行了修改，在卷曲纤维团3上、下方增设一对调整件10以减小夹层环形输送带之间的间隙(请参阅图4，图4是从相对于出口压力密封件处卷曲纤维团的运行的侧向看去的剖面图)。热处理是在与实例1相同的条件下进行的。操作进行得十分平稳，在进口和出口压力密封件处都观察不到蒸汽泄漏的现象。

评估的结果是：压力变化为±0.03kg/cm²，冷凝排泄率为97.7重量百分比，可染性范围为0.43％，损坏度为0.5％，摩擦率为0.6％。上述值表示压力室内部压力的维持和热处理后纤维的质量都很好。

从上面的详细描述可见，本发明的方法稳定地保持了作为热处理加热介质的蒸汽的压力，未对所热处理的纤维造成裂纹，破裂或折断等损坏。因此，本发明的方法能得到最小的非均匀性(如非均匀染色)，操作十分稳定，能够适应热处理的卷曲纤维团尺寸不同带来的变化的处理条件。本发明方法的工业优越性在于，蒸汽泄漏最小，因而对热处理介质蒸汽的单位需要量最小，从而是一种节能的方法，而且由于无加热介质蒸汽排放到工作场所，因而提供了卫生的工作环境，这个效果对工业应用场合具有重大意义。

Claims (3)

1．一种保持合成纤维束连续热处理机内部压力的方法，合成纤维束经卷曲后夹在一对环形输送带上，下面之间通过一内部压力保持高于大气压且充满作为加热介质的蒸汽的压力室，从而对卷曲的纤维束进行连续热处理，其中，选择在压力室的进口和出口处的密封件的长、宽尺寸，使得在出口处的压力密件长、宽尺寸小于进口处压力密封件的长、宽尺寸。

2．按照权利要求1所述的保持合成纤维束连续热处理机内部压力的方法，其特征在于：设置一对环形带，使其至少在压力室出口密封件处沿合成纤维束两侧面运行，而且所述环形带向着合成纤维束通道的中心线收敛。

3．按照权利要求1或2所述的保持合成纤维束连续处理机内部压力的方法，其特征在于：在压力室出口密封件处，减小在合成纤维束上、下面设置的所述环形输送带之间的间隙。

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