CN104919096A - 用于聚合物纤维挤出的冷却管 - Google Patents

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Abstract

冷却管包括柱形壁，当使用所述冷却管时，冷却空气流过该柱形壁。所述柱形壁包括成无纺纤维结构的金属纤维。金属纤维通过冶金粘接而在接触点处相互粘接，从而形成三维粘接的纤维结构。

Description

用于聚合物纤维挤出的冷却管
技术领域
本发明涉及在聚合物纤维或聚合物丝挤出中使用的冷却管领域，并涉及一种制造这样的冷却管的方法。
背景技术
在聚合物纤维挤出中使用冷却管是已知的，例如在用于制造POY(局部定向的纱线)或FDY(完全拉制的纱线)聚酯多丝纱线的挤出工艺中。在挤出后，纤维或丝通过冷却区域，该冷却区域包括一个或多个冷却管。空气被引导通过冷却管的壁(从内向外或从外向内)，该空气冷却并(有时也)拉拔所述纤维或丝。
存在并已经公开了不同类型的冷却管。
GB1382499提出了由多孔材料(例如陶瓷或烧结的金属粉末)制造的冷却管。用烧结的青铜粉末作为用于冷却管的具体实例。
EP1491663列举了由多层纤维素、多层线网、烧结的金属粉末或陶瓷以及多层穿孔板制造的冷却管。
CN2861195介绍了一种冷却管，该冷却管包括由穿孔金属管构成的外层和由斜纹编织金属线网构成的内层。
CN2528783Y介绍了一种冷却管，该冷却管包括孔隙度为12-15％的穿孔不锈钢板的内层、孔隙度为25-35％的多层纺织不锈钢线网以及孔隙度为22-30％的穿孔不锈钢板的外层。
市场上可获得的冷却管的一个实例由浸渍有酚醛树脂的螺旋缠绕的纤维素纸或无纺带来制造，该酚醛树脂热固化以便形成纸张冷却管。通过在螺旋缠绕带的层之间形成的无数细小间隙而产生空气的分配。大量的分配孔直线地从冷却管的外周延伸至内部芯。
冷却管必须能够使得空气均匀地分配在它们的整个表面上。现有技术的冷却管的问题是该冷却管在空气分配的均匀性方面并不理想。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种改进的冷却管。其特定目的是提供一种冷却管，该冷却管提供了在它的整个流出表面上的、改进的优良的流量分配均匀性。
本发明的一个方面是一种用于在纤维挤出中对聚合物纤维进行冷却的冷却管。这样的聚合物纤维能够是丝或人造纤维。冷却管包括柱形壁，当冷却管在使用时，冷却空气流过该柱形壁。柱形壁能够有圆形截面或者另外的截面形状，例如椭圆形。柱形壁包括成无纺纤维结构的金属纤维。金属纤维通过冶金粘接而在接触点处相互粘接，从而形成三维粘接的纤维结构。
根据本发明的冷却管具有的优点是，它们有在冷却管的整个流出表面上的、优良的冷却流量均匀性，并与低压力降组合。能够制造比现有技术的冷却管更短的冷却管。具有金属线网和/或穿孔金属板的冷却管具有更少的孔，且孔的尺寸更大。这样的冷却管还有在金属线网和/或穿孔金属板的连接边缘处的明显不连续性；这两方面导致不均匀的冷却流量(与本发明的冷却管相比)。
另一优点是，能够对本发明的冷却管进行清洁，同时在清洁后保持优良的冷却流量分配均匀性。具有金属线网和/或穿孔金属板的冷却管也能够清洁，不过，在清洁后，冷却流量甚至比清洁前更不均匀。这是由于在现有技术的冷却管中的多个孔的不同尺寸(与本发明的冷却管相比)。本发明的冷却管有大量的小孔，因此，在清洁后残留的脏颗粒对流量分配的影响更小，因为冷却空气流能够更容易找到在有残留脏颗粒的孔周围的通路。
本发明的冷却管的另一优点是它们不可燃。由浸渍有酚醛树脂(该酚醛树脂热固化)的螺旋缠绕的纤维素纸或无纺带制造的冷却管是可燃的。
对于本发明，冶金粘接技术是优选的，其中，不添加附加的粘接材料或粘接剂，而是只利用金属纤维来产生粘接。这种冶金粘接的实例是烧结粘接(其中，通过在烧结处理中在接触的纤维之间的扩散来产生粘接)或者焊接粘接(其中，接触的纤维通过局部熔化和重新固化而粘接)。合适的焊接技术的实例是电容放电焊接(CDW)。
优选是，金属纤维具有在2和40微米之间的等效纤维直径，更优选是，金属纤维具有在12和40微米之间的等效纤维直径，甚至更优选是，金属纤维具有在18和25微米之间的等效纤维直径。在冷却空气的分配方面，这样的冷却管具有甚至更好的冷却效果。
纤维的等效直径的意思是指具有与纤维的截面相同面积的圆的直径。
在优选实施例中，大部分的金属纤维至少局部环绕冷却管的轴线，优选是至少百分之50，更优选是至少百分之85的纤维至少局部环绕该轴线。
金属纤维至少局部环绕冷却管的轴线的意思是指它局部环绕所述轴线而通过。通过产生与截面轴线垂直的截面并观察所述纤维在与冷却管轴线垂直的平面上的投影线而看出并测量上述情况。当纤维在与截面轴线垂直的平面上的投影线朝着上述轴线成凹形时、当投影线是360°环绕上述轴线时和/或当投影线比纤维长度的一半更长(在人造纤维的情况下)时，金属纤维至少局部环绕该轴线。
优选是不锈钢纤维。甚至更优选是根据AISI 304或AISI 316的不锈钢纤维。
金属纤维例如能够有圆形或多边形截面，例如矩形或六边形截面。
金属纤维例如能够通过单端拉制、通过捆束拉制(例如见US-A-2050298、US-A-3277564和US-A-3394213中)(特别用于生产不锈钢纤维)、通过刮削(例如见US-A-4930199中)、通过机械加工或者通过由熔融物挤出来生产。纤维的六边形截面是优选的。具有六边形截面的金属纤维(特别是不锈钢纤维)能够通过捆束拉制生产技术来获得。
在优选实施例中，金属纤维是盘绕冷却管的中心轴线的纤维结构的一部分。
该纤维结构能够是人造纤维结构。
该纤维结构也能够是无纺纤维网，包括人造纤维或丝(实际上无限长度的纤维)。当该纤维结构是无纺纤维网时，优选是它在冷却管中有该冷却管的宽度。盘绕的层数例如能够是10至100，优选是20至45，更优选是20至40。
该纤维结构也能够包括至少一个纤维束，优选是有环形金属纤维，或者有平均长度在4和30cm之间的金属纤维，且优选是有卷曲的金属纤维。
优选是，该纤维束是金属纤维的组合，这些金属纤维都基本定向成沿纤维束的长度方向。实例是卷曲的金属丝(实际上无限长度的纤维)的束。优选是进行盘绕，从而在冷却管的壁厚上建立多个层，例如10至100层，优选是20至45层，更优选是20至40层。
这样的盘绕有助于提高冷却空气在冷却管的流出表面上分配的均匀性。
当对于本发明的不同实施例使用人造纤维时，优选的人造纤维具有从0.6cm至6cm范围内的平均长度。
为了获得具有优良的冷却空气分配的冷却管，本发明的冷却管的优选孔隙度范围是在60％至95％的范围内，更优选是85至95％。
在甚至更优选的实施例中，冷却管的柱形壁在它的整个壁厚上由成无纺纤维结构的金属纤维来构成。这样的冷却管表现为在冷却空气分配的均匀性方面提供了最佳效果。
冷却管的优选壁厚范围是5至25mm，更优选是5至10mm。
本发明的第二方面是一种制造如本发明第一方面的冷却管的方法。该方法包括以下步骤：
提供细长金属纤维结构；
环绕芯(例如环绕卷轴)来盘绕所述细长金属纤维结构，以便获得柱形形状的盘绕的细长金属纤维结构。优选是进行盘绕，从而在冷却管的壁厚上建立多个层。
对这样获得的柱形形状进行冶金粘接，以便在金属纤维之间的接触点处产生冶金粘接(例如通过烧结的烧结粘接；或者通过焊接的焊接粘接，例如通过电容器放电焊接)；以及
取出所述芯。
该方法是制造具有良好的冷却流量均匀性的冷却管的一种经济方法。这种盘绕有助于提高冷却空气在冷却管的流出表面上分配的均匀性。
在所述方法的特定实施例中，该方法包括以下步骤：
提供网，该网具有至少一个网前边缘；
在对通过盘绕而获得的金属纤维结构进行冶金粘接之前，平行于所述网前边缘而环绕所述缠绕的纤维结构而对所述网进行柱形缠绕；
取下环绕所述冶金粘接的柱形形状的所述网。
在所述方法的特定实施例中，细长金属纤维结构是金属纤维无纺网，该金属纤维无纺网有至少一个前边缘；金属纤维无纺网平行于所述前边缘而进行柱形缠绕，直到获得预定直径。优选是网的宽度等于或大于要制造的冷却管。
例如，在盘绕所述金属纤维无纺网时，在冷却管中获得10至100层，优选是20至50层，更优选是20至45层，更优选是20至40层。
金属纤维无纺网例如能够包括人造金属纤维或金属纤维丝。
在所述方法的另一特定实施例中，金属纤维结构包括金属纤维束或者是金属纤维束。优选是，这样的纤维束是金属纤维的组合，该金属纤维都基本定向成沿纤维束的长度方向。实例是卷曲的金属丝(实际上无限长度的纤维)的束。
能够环绕所述芯来包绕(一个或多个)纤维束，因此所述包绕沿所述芯的轴线运动，以便建立冷却管。
本发明的第三方面是一种聚合物纤维挤出装置，它包括如本发明第一方面的冷却管，该冷却管安装在挤出装置的挤出模具中，以便在聚合物纤维或聚合物丝挤出后对它们进行冷却。聚合物纤维挤出装置能够有从冷却管内部向外的冷却空气流或者从冷却管外部向内的冷却空气流。
为了在具有从冷却管内部向外的流动的挤出装置中使用，冷却管的内径优选是在60至165mm的范围内，甚至更优选是60至100mm。为了在具有从外部向内的冷却空气流的挤出装置中使用，冷却管的内径优选是在200至350mm的范围内。
附图说明
图1表示了根据本发明的冷却管的实例。
图2表示了聚合物纤维挤出装置的实例，该聚合物纤维挤出装置包括本发明的冷却管。
具体实施方式
图1表示了根据本发明的冷却管10的实例。L表示冷却管的长度，例如150mm，D是其外径。通过使得未烧结的无纺不锈钢纤维网环绕具有合适直径的芯(例如环绕一卷轴)来进行圆形缠绕(盘绕)而制造它。能够有利地使用经梳毛机梳过的、空气沉降或湿沉降的无纺不锈钢纤维网。对所述网进行缠绕，以便获得多层12，直到获得用于冷却管的盘绕的细长金属纤维结构的柱形形状的所需直径。所使用的层数有助于获得在冷却管的流出表面上的均匀的冷却空气分配。这样盘绕的细长金属纤维结构的金属纤维再进行冶金粘接，例如通过烧结或通过焊接，而并不使用附加的粘接材料。这样的焊接例如能够通过电容器放电焊接来进行。然后取出所述芯。能够使用根据AISI 304或AISI 316的不锈钢纤维。这些纤维能够是捆束拉制的纤维、单端拉制的线、刮削的纤维或者机械加工的纤维。能够使用的纤维的等效直径的实例是20微米、22微米、30微米或40微米。
所制造的冷却管具有10mm的壁厚。
当盘绕27层而且壁厚为10mm时，使用具有300g/m2重量的不锈钢纤维网；获得的冷却管有90％的孔隙度。
当盘绕21层且壁厚为10mm时，使用具有300g/m2重量的不锈钢纤维网；获得的冷却管有92％的孔隙度。
当盘绕40层且壁厚为10mm时，使用具有300g/m2重量的不锈钢纤维网；获得的冷却管有85％的孔隙度。
冷却管的实例具有86mm的内径和106mm的外径D。
使用在冷却管的出口处的压力传感器来测试冷却空气流的均匀性。压力传感器沿冷却管的长度和沿截面的周边布置在不同位置，并进行空气压力的测量。
本发明的冷却管沿冷却管的长度和沿与冷却管的轴线垂直的截面周边提供了在它们的整个表面上的、明显均匀的空气分配。在清洁(通过在热溶剂中处理，以便从冷却管中除去在它的使用过程中捕获于其中的杂质)之后，保持明显均匀的空气分配。
其它测试表明，与由浸渍有酚醛树脂(该酚醛树脂以后进行热固化)的螺旋缠绕的纤维素纸张或无纺带制造的冷却管相比，可以在更低的空气压力下获得冷却空气流的均匀分配。
图2表示了聚合物纤维挤出装置的实例，该聚合物纤维挤出装置包括本发明的冷却管。挤出装置200包括：框架205；根据本发明的冷却管210，例如如图1中所示和如实例中所述，该冷却管210在支承管215上；以及挤出模具220。聚合物丝230能够通过挤出模具220而被挤出。之后能对这种丝230进行切割，以便提供人造纤维，或者收集所述丝230以便再用作实际上无限长度的丝。冷却空气通过管215而沿箭头240的方向供给到冷却管210。冷却管210有端帽250，以便在它的端部处(该端部与冷却空气进入冷却管210的进口相反)关闭冷却管210。这种端帽250能够是可拆卸地安置在冷却管210的端部处的塑料或金属盘。冷却空气沿箭头260的方向流过冷却管210，从而对该丝230进行冷却。
通过将冷却管210取出至挤出装置200外并拆卸端帽250，能够例如通过在升高的温度下(该温度能够在280-400℃的范围内)在溶剂中洗涤而清洁本发明的冷却管210。
图2表示了挤出装置的实例，其中，冷却管有从内部向外的冷却流体流。以类似方式，挤出装置能够装备有具有从外部向内的冷却流体流的本发明冷却管，其中，所述丝挤出至冷却管的内部。

Claims (10)

1.冷却管，用于在纤维挤出中对聚合物纤维进行冷却，其中：
所述冷却管包括柱形壁，当冷却管使用时，冷却空气流过该柱形壁；
其中，所述柱形壁包括成无纺纤维结构的金属纤维；以及
其中，所述金属纤维通过冶金粘接而在接触点处相互粘接，从而形成三维粘接的纤维结构。
2.根据权利要求1所述的冷却管，其中：大部分所述金属纤维至少局部环绕所述柱形壁的轴线。
3.根据权利要求1或2所述的冷却管，其中：所述金属纤维是纤维结构的一部分，该纤维结构绕冷却管的中心轴线进行盘绕。
4.根据权利要求3所述的冷却管，其中：所述纤维结构是无纺纤维网。
5.根据权利要求3或4所述的冷却管，其中：所述纤维结构包括至少一个纤维束。
6.根据前述任意一项权利要求所述的冷却管，其中：所述冷却管的孔隙度在60至95％的范围内。
7.根据前述任意一项权利要求所述的冷却管，其中：所述柱形壁在它的整个壁厚上由成无纺纤维结构的所述金属纤维构成。
8.一种制造如权利要求1至7所述的冷却管的方法，包括以下步骤：
提供细长金属纤维结构；
环绕一芯来盘绕所述细长金属纤维结构，以便获得盘绕的细长金属纤维结构的柱形形状；
对所获得的柱形形状进行冶金粘接，以便在金属纤维之间的接触点处产生冶金粘接；以及
取出所述芯。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：所述方法包括以下步骤：
提供网，该网具有至少一个网前边缘；
在对纤维结构进行冶金粘接之前，平行于所述网前边缘而环绕所述缠绕的纤维结构对所述网进行柱形缠绕；
环绕所述冶金粘接的柱形形状而取下所述网。
10.聚合物纤维挤出装置，包括如权利要求1至7中所述的冷却管，该冷却管安装在所述挤出装置的挤出模具处，以便在聚合物纤维或聚合物丝挤出后对其进行冷却。
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