CN105518194A - 用于制造卷曲变形长丝的熔融纺丝方法和熔融纺丝设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造卷曲变形长丝的熔融纺丝方法和熔融纺丝设备。利用纺丝装置由热塑性聚合物制造单丝束，该单丝束在冷却之后被完全拉伸。在拉伸之后，单丝束被变形装置的输送喷嘴牵引出并被输送至填塞箱中以形成填塞丝。填塞丝被开松成卷曲变形长丝并被卷绕成丝卷。为能够以尽可能小的输送介质体积流执行可调的卷曲变形，根据本发明，被拉伸的单丝束由被驱动的辅助导丝辊输送至输送喷嘴，其中，该单丝束以局部缠绕的方式与辅助导丝辊的辊套接触。

Description

用于制造卷曲变形长丝的熔融纺丝方法和熔融纺丝设备

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于制造卷曲变形的长丝的熔融纺丝方法以及一种根据权利要求5前序部分所述的用于制造卷曲变形的长丝的熔融纺丝设备。

背景技术

DE10326850A1已经公开了用于制造卷曲变形的长丝的该类型的方法以及该类型的设备。

在以熔融纺丝工艺制造优选用于制造地毯的卷曲变形长丝时，用于形成所期望的纱线物理特性的处理步骤通常通过单独的相继布置的处理装置来进行。首先利用纺丝装置从聚合物熔体挤压出大量单丝，这些单丝在冷却后被聚集成单丝束并被上油。之后利用拉伸装置将单丝束完全拉伸。在拉伸单丝束后进行变形，其中利用输送喷嘴将单丝束输送至填塞箱中，在该填塞箱中利用优选被加热的气流将单丝束以弧线和圈结沉积成填塞丝。该填塞丝在冷却后被开松为长丝并作为卷曲变形的长丝在卷绕装置中被卷绕成丝卷。

在现有技术所公开的该方法和所公开的该设备中，所述处理装置都尽可能在没有额外的长丝导引的情况下相继布置以形成长丝路径。因此常见的是，变形喷嘴直接布置在拉伸装置的拉伸导丝辊下游，以便将被拉伸的单丝束从拉伸装置牵引出并输送至后续的填塞箱中。为此，在输送喷嘴内部产生优选由热空气构成的气动的输送气流，该输送气流在单丝束上产生所需的用于牵引和输送的拉力。为此需要相应强烈的热空气体积流量，这需要对压缩空气进行相应的过压设定。取决于单丝束的总纤度和拉伸工艺，只留有一部分的输送介质来将单丝压缩成填塞丝。由于所需的用于建立拉力来拉入单丝束的该部分输送空气的量基本是未知的，因此通常在变形喷嘴内部选择比例过大的设定来确保填塞丝的压缩。

发明内容

本发明的目的是，这样进一步改进本类型的熔融纺丝方法和本类型的熔融纺丝设备，使得尤其能够在卷曲变形方面个性化地设定长丝的物理特性。

本发明的另一目的在于，提供一种本类型的熔融纺丝方法和一种本类型的熔融纺丝设备，其中能够尽可能节省能量地使变形装置运行。

对于熔融纺丝方法，该目的根据本发明由下述方式实现：通过被驱动的辅助导丝辊将拉伸的单丝束输送至输送喷嘴，其中该单丝束局部缠绕地接触辅助导丝辊的辊套。

根据本发明的熔融纺丝设备提供如下方式的解决方案，即：在拉伸装置和变形装置之间设置被驱动的辅助导丝辊，该辅助导丝辊以短的距离布置在输送喷嘴上游，并且具有辊套用来以单次局部缠绕的方式引导长丝。

本发明的有利的改进方案通过相应权利要求的特征和特征组合来限定。

本发明的突出之处在于，变形装置的输送喷嘴只需产生较小的用于拉入单丝束的长丝拉力。输送喷嘴内部的气流可以被主要用于输送单丝和将单丝压缩成填塞丝。单丝束从拉伸装置的拉出以及单丝束向输送喷嘴的输入可以有利地通过被驱动的辅助导丝辊实现。本发明的另一特别优势在于，变形装置的输送喷嘴能够以较小的空气压力来工作，以产生单丝的铺放和压缩。

为确保对输送喷嘴的足够减负，提出如下方法变型方案：利用由辅助导丝辊所产生的大于150cN的最小拉力引导所述被拉伸的单丝束。由此不仅可以确保单丝束从拉伸装置的拉出，还可以确保向输送喷嘴的输入。

为支持单丝束向变形装置的输入，优选使用如下方法变型方案：在辅助导丝辊和输送喷嘴之间以在50mm至200mm范围内的自由长丝长度引导单丝束。由此可以减小在拉伸过程中被加热了的长丝在过渡时的额外的热损失。

该效果仍可以通过以下方式进一步改进：在辅助导丝辊的被加热了的辊套的周部上引导单丝束。单丝束的加热同样带来了能量优势，因为能够减小通过加热空气带入到单丝束中的热量。

根据本发明的熔融纺丝设备原则上使得能够通过相应设计辅助导丝辊将单丝束在尽可能无张力的情况下转移到变形装置中。

为了在局部缠绕和传统导丝辊表面的情况下产生150cN的最小拉力，根据本发明设备的一种有利的改进方案，辊套具有60mm至100mm范围内的外直径。视辅助导丝辊在长丝路径内的布置而定，在此可以实现单丝束的在60°至180°范围内的局部缠绕。为了产生还更高的拉力，也可以实现大于180°的局部缠绕。

为了获得环境和长丝输送之间的尽可能小的交互影响，还提出，这样选择在辅助导丝辊与输送喷嘴的入口之间的间距，使得单丝束能够以在50mm至200mm范围内的自由长丝长度被引导。

单丝束的调温可以有利地在变形喷嘴上游由下述方式实现：配设有用于无接触地加热辅助导丝辊的辊套的加热结构。这类加热结构可以由热辐射器或感应线圈构成。

辊套的圆周速度的设定可以优选地通过本发明的如下改进方案进行调整：所述辅助导丝辊具有无刷直流电机(例如BLDC电机)以驱动辊套。由此可以根据工艺和长丝拉力直接在辅助导丝辊上进行个性化的设定。但原则上，能够实现转速匹配的类似的电机、例如PMSM电机也是适用的。

根据本发明的熔融纺丝方法和根据本发明的熔融纺丝设备原则上适用于所有的被用于制造纤维的热塑性聚合物。因此可以由聚烯羟、聚酰胺、聚酯或其他聚合物例如PTT、PLA被用于制造卷曲变形长丝。

附图说明

下面借助几个实施例参照附图对根据本发明的熔融纺丝方法以及根据本发明的熔融纺丝设备详细加以说明。

附图示出：

图1示出根据本发明的熔融纺丝设备的第一实施例的示意图，

图2示出图1实施例的辅助导丝辊的一个实施例的示意图，

图3使出根据本发明的熔融纺丝设备的另一实施例的示意图。

具体实施方式

图1中示意性示出了根据本发明的用于由热塑性聚合物生产卷曲变形长丝的熔融纺丝设备的第一实施例。根据本发明的熔融纺丝设备的该实施例以长丝路径为例示出，其中这类熔融纺丝设备也为生产多条长丝而被并排平行使用。

图1中所示的根据本发明的熔融纺丝设备的实施例具有纺丝装置1、冷却装置5、拉伸装置11、变形装置15、后处理装置20以及卷绕装置24，它们前后相继布置以形成长丝路径。纺丝装置1在该实施例中通过纺丝头2示出。该纺丝头2被实施为被加热的，以便对用于引导和分配聚合物熔体的组件和管路进行调温。因此该纺丝头2在其底侧上具有纺丝喷嘴3，该纺丝喷嘴与在此未示出的纺丝泵耦合。纺丝喷嘴3在其底侧上载有喷嘴板，其具有大量喷嘴孔，大量单丝通过所述喷嘴孔被挤出。这类纺丝喷嘴早已公开，因而不再赘言。由在此未示出的挤出机输入的聚合物熔体经由熔体入口4输入到纺丝头2中。

在生产多条并排平行的长丝时，在本领域中还被称为纺丝箱体的纺丝头2载有多个并排的纺丝喷嘴。

在纺丝装置1下方设有冷却装置5，该冷却装置构成了用于容纳新挤出的单丝的冷却甬道6，其中该冷却甬道6配设有用于产生冷却气流的吹风机构7。该冷却空气在此可以从外向内地通过横流吹风或径流吹风来实现。但原则上也可以沿径向从内向外地将冷却气流引导通过单丝束。

通过纺丝喷嘴3产生的单丝8在冷却后被聚集以形成单丝束10。为此，在冷却装置5下方设有上油装置9。该上油装置9通常具有长丝收集引导器以及润湿机构。作为润湿机构，可以使用上油销或上油辊。

在长丝路径中跟在上油装置9之后的是拉伸装置11，该拉伸装置在该实施例中由具有两个被加热的导丝辊12.1和12.2的牵引导丝辊对12以及具有两个被加热的导丝辊14.1和14.2的拉伸导丝辊对14构成。所述被加热的导丝辊12.1和12.2以及14.1和14.2分别布置在导丝辊箱13中。原则上在此可以将导丝辊对12和14布置在单独的导丝辊箱中或布置在共同的导丝辊箱中。

在接下来的长丝路径中，在拉伸装置11和变形装置15之间布置有辅助导丝辊26。该辅助导丝辊26具有以可转动的方式被支承的辊套27，该辊套被电机31驱动。该电机31被实施为无刷直流电机(BLDC电机或PMSM电机)，从而能够直接通过BLDC电机31的电子部件来控制或调节辅助导丝辊26的辊套27的圆周速度。该辅助导丝辊26在长丝路径中这样布置在拉伸导丝辊14.1和变形装置15之间，使得从拉伸导丝辊14.1出来的单丝束能够以单次局部缠绕的方式在辅助导丝辊26的辊套27的周部上被引导。该辅助导丝辊26以短的距离布置在变形装置15上方。

变形装置15在该实施例中由输送喷嘴16和在该输送喷嘴16的出口侧上布置的填塞箱17构成，该填塞箱与下游的冷却转筒19共同作用。输送喷嘴16与压缩空气源耦合，以便利用气流向填塞箱17中输送单丝束10并将其压缩成填塞丝。用于输送单丝束的气流优选是被加热的。填塞丝18在冷却转筒19的周部上被冷却空气冷却。

变形装置15下游布置有后处理装置20，该后处理装置一方面通过在冷却转筒19周部上牵引出卷曲变形的长丝而开松填塞丝18，另一方面对长丝实施涡流变形来增加长丝抱合性。为此一个涡流变形喷嘴22布置在两个引导导丝辊单元23.1和23.2之间。每个引导导丝辊单元23.1和23.2都具有一个导丝辊和一个空转辊/无载托辊。

最后，卷曲变形的长丝21利用卷绕装置24被卷绕成丝卷25。为此，该卷绕装置24具有带有两个悬伸的筒管锭子29.1和29.2的筒管转塔28。这些筒管锭子相继地被引导到卷绕区域和更换区域中，以便连续地将卷曲变形的长丝卷绕成丝卷。这类卷绕装置通常是已知的，因而在此无需再对此加以说明。

在熔融纺丝设备的在图1中所示的实施例中，例如通过挤出机使热塑性聚合物材料例如聚酯的颗粒熔融，并通过熔体入口4输送至纺丝头2。在纺丝头2的内部，熔体在压力下被纺丝泵输送至纺丝喷嘴3，从而在纺丝喷嘴3的底侧有大量单丝8从喷嘴板的喷嘴孔中出来。新挤出的单丝8在冷却装置5的内部被冷却气流冷却并最终被汇集成单丝束10。为此利用上油液、优选油水乳液将单丝8润湿。通过牵引导丝辊对12从纺丝装置1牵引出单丝束10。被加热的导丝辊12.1和12.2在其辊套上具有在90℃至100℃范围内的表面温度。在此，将单丝束10在牵引导丝辊对12上优选缠绕10-15圈地进行引导。由此将单丝的长丝材料升温至一个适于拉伸的温度。

为拉伸单丝10，相对于牵引导丝辊对12以更高的速度驱动拉伸导丝辊对14，从而使单丝束10在牵引导丝辊对12与拉伸导丝辊对13之间的长丝路程中被拉伸。根据聚合物类型而定，导丝辊14.1和14.2的辊套具有在120℃至210℃范围内的表面温度。导丝辊14.1和14.的辊套的该表面温度同时也是用于使单丝束10内部的单丝的单丝材料升温和松弛的松弛温度。单丝束10为此也优选在导丝辊对14上总共缠绕8至12圈地被引导。在导丝辊对12和14上绕圈的数目在此决定了用于使单丝升温和松弛的逗留时间。

在拉伸后，通过辅助导丝辊26从拉伸装置11牵引出单丝束10并将其输送至输送喷嘴16。单丝束10在此以单次缠绕在辅助导丝辊26的辊套27上的方式被引导，以便一方面相对于输送喷嘴16产生小的长丝拉力，另一方面避免在从导丝辊对14过渡到输送喷嘴16时可能的热损耗。在此，辅助导丝辊26保持与输送喷嘴16相距短的距离。

参照图2来进一步说明辅助导丝辊26的功能，图2示出了紧邻输送喷嘴16的辅助导丝辊26的另一实施例，就像可例如被用于根据图1的实施例中的那样。

在图2所示的实施例中，辅助导丝辊26和输送喷嘴16的装置部件与图1所示实施例构造相同，因此在此参照前述说明，只对不同之处加以说明。

图2所示实施例中，辅助导丝辊26在辊套27内部具有加热结构33。该加热结构33可以例如由保持在中空圆柱形的辊套27内部的感应线圈构成。该感应线圈在此既可以布置在导丝辊托架上，也可以布置在外部支架上，例如布置在导丝辊箱的门上。

辅助导丝辊26在辊套27上具有在图2中用附图标记D表示的外直径。辊套27的该外直径的大小位于60mm至100mm的范围内。由此可以实现在传统的导丝辊表面的情况下所要求的用于牵引单丝束的最小长丝拉力。因此可以通过辅助导丝辊26产生处于大于150cN范围内的最小拉力以用于减轻变形喷嘴的负荷。

单丝束10从离开辊套27到进入输送喷嘴26的长丝入口32为止所经历的自由的长丝长度在图2中用附图标记A表示。辅助导丝辊26与输送喷嘴16之间的间距的长度这样确定，使得单丝束10经历在50mm至最大200mm范围内的自由的长丝长度。由此可以在拉伸装置11与变形装置15之间的过渡时使施加到单丝束10上的环境影响最小。

通过上游的辅助导丝辊26可以在低线张力的情况下将单丝束10输送至输送喷嘴16，从而使得该输送喷嘴无需产生很大的长丝拉力来拉入单丝束10。

为进行压缩，单丝束10通过输送喷嘴16借助热气流输送至填塞箱16中并填塞成填塞丝。单丝束的输送另选地也可以视方法变型方案而定利用冷气流进行。

如从图1的图示中可知的，由单丝束10的被压缩的单丝所构成的填塞丝18被输送出填塞箱17并在冷却转筒19的周部上被冷却。填塞丝18开松成卷曲变形的长丝21的开松通过后处理装置20进行，该后处理装置具有第一引导导丝辊单元23.1。在后续进程中，卷曲变形的长丝21在涡流变形喷嘴22中被涡流变形，然后经由第二引导导丝辊单元23.2被引导至卷绕装置24。在卷绕装置24中，卷曲变形的长丝21被卷绕成丝卷25。

在根据图1的实施例中，以由单丝束制成的卷曲变形长丝的长丝路径为例示出根据本发明的熔融纺丝方法以及根据本发明的熔融纺丝设备。这类卷曲变形的长丝优选被制造为单色长丝。为产生优选被用于制造地毯的多色长丝，该卷曲变形的长丝由多个有色的单丝束制成。一个这类实施例在图3中被示意示出。在图3所示的根据本发明的熔融纺丝设备的实施例中，纺丝装置1具有纺丝头2，在其底侧并排保持着三个纺丝喷嘴。每个纺丝喷嘴3.1、3.2和3.3都与一个单独的纺丝泵连接，这些纺丝泵通过熔体入口4.1、4.2和4.3各自与单独的挤出机耦合。因此可以从纺丝喷嘴3.1、3.2和3.3将不同颜色的聚合物熔体挤出成单丝簇。单丝8被一同通过冷却甬道6输送至冷却装置5并通过冷却气流被冷却。冷却气流在此通过吹风机构7产生优选横流吹风。在冷却装置5的下方设有上油设备9，该上油设备对于每个纺丝喷嘴3.1至3.2分别具有一个润湿机构，以便将通过纺丝喷嘴之一挤出的单丝8集聚成单丝束。单丝8的簇被集聚成总共三个单丝束10.1、10.2和10.3。通过单独的纺丝导丝辊单元30.1、30.2和30.3从纺丝装置1牵引出单丝束10.1、10.2和10.3并引导至后续的拉伸装置11。纺丝导丝辊单元30.1、30.2和30.3分别具有一个导丝辊和一个空转辊。

在拉伸装置11中，单丝束10.1、10.2和10.3彼此并排平行地被引导并且共同被拉伸。为此，拉伸装置11具有牵引导丝辊对12和拉伸导丝辊对14。牵引导丝辊对12在此情况下通过被加热的导丝辊12.1和空转辊12.3构成。拉伸导丝辊对14具有被加热的导丝辊14.1和14.2。

在拉伸导丝辊对14下方设有辅助导丝辊26。辅助导丝辊26和拉伸导丝辊对14共同设置在一个导丝辊箱13中。直径比拉伸导丝辊14.1和14.2小得多的该辅助导丝辊26同样具有被加热的辊套27。与拉伸导丝辊14.1和14.2相比，辅助导丝辊26在辊套27上仅被单丝束10.1、10.2和10.3单次缠绕。

后续的变形装置15以及后处理装置20和卷绕装置24都与图1的实施例构造相同，因此在此参照上述说明。

在图2所示的根据本发明的熔融纺丝设备的实施例中，单丝束10.1、10.2和10.3一同彼此并排平行地在拉伸装置11的导丝辊和辅助导丝辊26上被引导。为实现变形，单丝束10.1至10.3一起被输送喷嘴16压缩成填塞丝18。该填塞丝18因此由不同颜色的单丝束制成并在冷却后被开松成卷曲变形的彩色长丝。但原则上还可以将所述不同颜色的单丝束10.1至10.3分别压缩成单独的填塞丝并开松成多个卷曲变形长丝，这些卷曲变形长丝然后在后处理装置20中利用涡流变形喷嘴22组合成复合长丝。

无论变形方法为何，单丝束10.1至10.3都共同由辅助导丝辊26从拉伸装置11牵引出来并尽可能在低线张力的情况下输送至输送喷嘴16。

根据本发明的熔融纺丝方法以及根据本发明的熔体纺丝设备因此不仅涵盖卷曲变形的单丝长丝，也涵盖卷曲变形的彩色长丝。在此重要的是，单丝束在线张力尽可能低的情况下被输送至变形装置11，以便能够利用热空气以受控的和可调节的方式实施压缩过程。

附图标记列表：

1纺丝装置

2纺丝头

3,3.1,3.2,3.3纺丝喷嘴

4,4.1,4.2,4.3熔体入口

5冷却装置

6冷却甬道

7吹风机构

8单丝

9上油装置

10,10.1,10.2,10.3单丝束

11拉伸装置

12牵引导丝辊对

12.1,12.2被加热的导丝辊

13导丝辊箱

14拉伸导丝辊对

14.1,14.2被加热的导丝辊

15卷曲变形装置

16输送喷嘴

17填塞箱

18填塞丝

19冷却转筒

20后处理装置

21卷曲变形的长丝

22涡流变形喷嘴

23.1,23.2引导导丝辊

24卷绕装置

25丝卷

26辅助导丝辊

27辊套

28筒管转塔

29.1,29.2筒管锭子

30.1,30.2,30.3纺丝导丝辊单元

31BLDC电机

32长丝入口

33加热结构

Claims (9)

1.一种用于制造卷曲变形长丝的熔融纺丝方法，在该方法中，通过纺出多个单丝而由热塑性聚合物产生至少一个单丝束，单丝束在冷却之后通过多个被加热的导丝辊热拉伸，利用调温的气流将单丝束输送至输送喷嘴并在填塞箱中压缩成填塞丝，将所述填塞丝开松成卷曲变形长丝并卷绕成丝卷，其特征在于，被拉伸的单丝束由被驱动的辅助导丝辊输送至输送喷嘴，其中，单丝束以部分缠绕的方式与辅助导丝辊的辊套相接触。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用由辅助导丝辊所产生的大于150cN的最小拉力引导被拉伸的单丝束。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在辅助导丝辊和输送喷嘴之间以在50mm至200mm范围内的自由长丝长度引导单丝束。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，单丝束在辅助导丝辊的被加热的辊套的周部上被引导。

5.一种用于制造卷曲变形长丝的熔融纺丝设备，具有纺丝装置(1)、冷却装置(5)、拉伸装置(11)、变形装置(15)和卷绕装置(24)，其中，所述变形装置具有输送喷嘴(16)和填塞箱(17)，所述拉伸装置(11)具有带有被加热的导丝辊(12.1、12.2、14.1、14.2)的牵引导丝辊对(12)和拉伸导丝辊对(14)，其特征在于，在所述拉伸装置(11)和变形装置(15)之间设有被驱动的辅助导丝辊(26)，该辅助导丝辊布置在输送喷嘴(16)上游短距离内，该辅助导丝辊具有辊套(27)用于以单次部分缠绕的方式引导至少一个长丝(10)。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述辅助导丝辊(26)的辊套(27)具有在60mm至100mm范围内的外直径(D)。

7.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，辅助导丝辊(26)与输送喷嘴(16)的入口(32)之间的距离选择成：使单丝束(10)能够以在50mm至200mm范围内的自由长丝长度(A)被引导。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的设备，其特征在于，配设有用于无接触地加热辅助导丝辊(26)的辊套(27)的加热结构。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述辅助导丝辊(26)为驱动辊套(27)而具有无刷直流电机(31)。