CN1056203C - 复丝纱熔融纺丝设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以至少2000米/分卷绕速度从形成纤维的聚合物防制复丝纱熔融纺丝的设备，其中包括一个喷丝板(2)、一个使丝固化的冷却装置(4)、一个汇聚部件(6)、一个卷绕装置(8)、同时具有一条至少介于喷丝板(2)和汇聚部件(6)之间的必要的垂直纺丝路线A-A，其特征在于：冷却装置(4)是一多孔管，该多孔管朝纺丝方向开放并对中纺丝路线A-A，无论在其上游或下游，都没有任何带有或不带有冷却剂的装置。

Description

复丝纱熔融纺丝设备
本发明涉及的设备是用于至少以2000米/分卷绕速度从形成纤维的聚合物纺制复丝纱的熔融纺丝设备，包括一个喷丝板，一个使丝固化的冷却装置，一个长丝汇聚部件和一个吹风装置，同时具有一条至少介于喷丝板与第一汇聚部件之间的必要的垂直纺丝路线。
从形成纤维的聚合物纺制复丝纱其经济效益受卷绕速度的极大影响。3500至约5000米/分卷绕速度现今已普及，5000以上至12000米/分也是已知的了。在如此高速卷绕速度尤其5000米/分以上时，从早先的工艺过程得知设备的设计往往占很重要位置，反之纯工艺特色就越来越显得不重要了。
例如，EP-A56963描述一项聚酯纤维纺纱过程，卷绕速度至少5000米/分，挤压出来的丝先导入一个至少50毫米长的加热区，卷绕之前直接进入吸取装置。从图样看出进行这种工艺的设备设计简单是值得注意的。
已知进一步简化的设备如EP-A-95712所示，该设备在加热区之后设一冷却装置使复丝纱固化，然后经过汇聚部件再卷绕。该设备的重要部分为喷丝板下面的加热区和丝成束位置以及7000米/分或更高的卷绕速度。类似的设备在EP-A-117215已述及，不仅是丝束汇聚位置重要，而且喷丝板到卷绕装置的距离也很重要。
虽然上述设备的片断中已谈到作为使丝固化的冷却装置，但并未提供有关冷却装置设计指示。
EP-A-244216评述有关冷却装置设计，即冷风由空调供应，由圆筒形金属丝网从径向由外往里吹。该设备在圆筒形金属丝网出口处的横截面需要锐减为一狭窄管，结果使纺丝起动非常复杂。
WO 90/02222是在封闭的纺丝室中纺纱。若纺丝室用作冷却装置，则室内冷风要经过喷射器吸出。纺丝起动时必须将喷射器移开，结果纺丝起动很麻烦。
本发明提供的设备项目结构简单，适合于从形成纤维的聚合物纺制复丝纱，至少2000米/分卷绕速度，甚至至少5000米/分，更为重要的是纺丝起动将简便地完成，在该设备上纺制复丝纱有多方面的用途。
此目的是这样实现的：冷却装置为多孔管，朝纺丝方向开放，对中纺丝路线，此多孔管无论在其上游或下游都没有进而输送或/和不输送冷却剂的装置。
根据本发明的一种从形成纤维的聚合物纺制复丝纱的熔融纺丝设备，其卷绕速度至少为2,000m/min，其中包括一个喷丝板，在喷丝板的下方是抑制长丝冷却的装置、一个使长丝固化的冷却装置、长丝汇聚部件、一个卷绕装置、同时具有一条至少介于喷丝板和第一汇聚部件之间的基本垂直的纺丝路线，其特征在于，抑制长丝冷却的装置的长度在300mm以上，冷却装置是一多孔管，它朝纺丝方向开放并且与纺丝路线同心，无论在其上游或下游，都没有任何进而输送和/或不输送冷却剂的装置，并且抑制长丝冷却的装置与多孔管连接。
这是因为已发现纺制复丝纱，尤其在高速卷绕情况下没有冷却剂的积极供给也很成功。喷丝板下面接着多孔管朝纺丝方向开放，不须进一步提供冷却剂及其密封装置，也意外地能完全满足要求。多孔管周围处于室温空气中也完全可以，因而使得本发明设备运转十分经济。此外，本发明设备的冷却装置特点只不过是必须安排多孔管对中纺丝路线，长度为200至1800毫米的多孔管已被证实是适宜的。
此种设备实际上可纺制任何可纺聚合物的复丝纱。特别是聚乙烯、对苯二甲酸、聚酰胺、锦仑6、锦仑6.6以及这些的共聚物及混合物最适合使用本发明设备。
由于本发明设备的冷却装置结构简单，在各种情况下确定适用于最佳纺丝的多孔管长度也很简单。仅须提供一组长度在200至1800毫米范围内的不同长度的多孔管，这组多孔管每只长度差异例如约100毫米。进一步简化多孔管也可做成伸缩套筒结构。纺制全取向丝(FOYs)卷绕速度5000至10000米/分采用200至1200毫米长的多孔管甚为有利，纺制部分取向丝(POYs)卷绕速度2000至5000米/分采用900至1800毫米长度多孔管。纺制粗丝或线密度高的长丝则按上述尺寸取最长的多孔管。
多孔管的横断面在纵向是不变的，使设备简单完成纺丝起动。因为长丝自由落下经过管区能在管子下面集中。但也可能采用其他形状管子例如截头圆锥管。
丝束固化所需的冷风，通过多孔管由丝束本身高速运行产生的负压吸入，冷风不须予处理。特别在纺制聚酯长丝纱时，用本发明设备附近平常大气条件的空气就可以了，所以操作人员可以舒服地操作本发明设备。与已有的设备相比较，本发明设备所占空间小，因为不需要用于供应空调的风管。纺丝起动损耗少。由于冷却空气不须空调，直到丝束卷绕成形亦不须施加温度影响，所以本设备能源消耗低值得特别注意。
在高速纺丝情况，纺丝路线于喷丝板与卷绕装置之间必须垂直是很有益的。
本发明设备的多孔管做成圆柱形已被证明是有优点的，圆柱体的横断面可做成各种几何形状，例如圆形、椭圆形、八角形、六角形。多孔管横断面的几何形状至少要做成与丝束外形相似，这一点特别有益的。其结果可导致单丝固化均匀。这里要求丝束外廓与多孔管内壁保持距离，任何情况下丝束要避免与内壁接触，丝束外廓与管内壁之间的距离为5至40毫米，距离小的如5至20毫米用于短的多孔管，20至30或至40毫米用于长的多孔管。
选择多孔管材料，只须保证它能直接连接喷丝板，而在喷丝板流通温度下不软化。为此目的适宜材料为金属，尤其是钢。
多孔管与喷丝板连接，喷丝组件或冷却延缓装置安排于喷丝板和多孔管之间，在这种情况下，多孔管附近的空气只能通过多孔管的孔隙进入，至少可以有效地避免了不受控制的冷风进入喷丝板下面的区域。
制造多孔管最简单的办法为采用打孔的管子或采用烧结金属材料。原则上任何多孔管都是适宜的，其透气性为1米/秒风速通过孔隙后压力降低了3至150帕，以降低在10帕左右较有利。但多孔管最好用金属筛网制作，60目的金属筛网最适用，为了增加金属筛网管的强度，还要做金属穿孔管套在金属筛网管里面。
多孔管可与喷丝板直接连接，但也可把一个300毫米长的装置装在介于多孔管与喷丝板之间，这个附加于多孔管的装置能抑制丝束冷却。抑制丝束冷却装置以热风气流包围丝束，有效地抑制丝束的冷却。这样就保证丝束冷却延缓均匀。如果热风包围套的温度与喷丝板温度相近似，则将取得有益效果。
当喷丝板为组合纺丝喷丝板时，熔体挤压至圆中心，从环绕中心同心排列的一圈或多圈环形喷丝孔冒出热气包围长丝，这时热风套特别有益。这里特别指出喷丝孔绕中心按同心圆环形排列是有利的。这种喷丝板带有延缓冷却作用的热风套，已知用于DE-A-3941824及EP-A-0455897。
抑制丝束冷却也能在简单状态下都能取得成果，该装置可以是一个加热套管或不加热套管。
抑制丝束冷却装置特别简单，这个300毫米以上长度的部件在多孔管面向喷丝板的这一端是封闭的。此封板盖在300毫米长度上面，直接装在喷丝板下面。
抑制丝束冷却导致延缓丝束冷却，在平稳加工过程中能促使丝束线密度降低。
纺制粗丝或采用相对较长的多孔管时，多孔管的包围热风套应位于距喷丝板200至300毫米处。
本发明设备的汇聚部件应距喷丝板400至2200毫米处，但至少位于多孔管下面约100毫米处。最简单情况汇聚部件就是导丝器。而更有利的是常规纺丝的给湿上油装置。
本发明设备亦可能做到喷丝板和卷绕装置之间具有较长距离，例如可达9000毫米。本发明设备特别适合于卷绕装置位于喷丝板下面2000至6000毫米。纺速6000米/分或以上纺制FOY时，喷丝板至卷绕装置距离2000至3500毫米，以2400毫米最适宜。纺速2000至5000米/分纺制POY时，这个距离为2500至3500毫米，以3000毫米最合适。如果要求丝束线密度大于3分特或总线密度大于100分特，则这个距离应扩至4000毫米，值得注意的是，由于本设备高度不高，操作人员只须在同一层楼操作。新安装本发明设备的基建费用也较低，而且，本发明设备具有较高的可靠性。
大多数情况下，丝束网络装置安排在卷绕装置上游。
为了进一步减少纺丝的问题，在喷丝板上游聚合物熔体从螺杆挤压机压至喷丝板的路线上至少装一个静态混合器。这种措施对纺丝纱均匀性具有良好影响。在螺杆挤压机和喷丝板之间，在熔体路线中安排一或多处静态混合器是有益的。
在喷丝板上游装有过滤装置，静态混合器设置在过滤装置上游甚为有利，这样就能保证喷丝板上游的过滤装置发挥强有力的过滤作用。
如果将本发明设备用于卷绕速度10000米/分以上纺制聚酯长丝纱，其结果能得到变异系数低，沸水收缩值和热风收缩值均低，尤其是深染性好的长丝纱。采用本发明设备以卷绕速度6000至8000米/分纺制聚酯纱已被证实其优点。如前所述本设备亦可用于纺制聚酯、对苯二甲酸、聚酰胺、锦仑6、锦仑6、6以及它们的共聚物或混合物的长丝纱。本设备同样可以卷绕速度2000至8000米/分纺制线密度为1.1至5分特的长丝。因此采用本发明设备也能满意地纺制线密度约为0.1至1.5分特的微细纤维，但如长丝线密度减少，降低卷绕速度和机器高度是明智的。
本发明设备亦可用于纺制POY，最好以2000至5000米/分卷绕速度纺制聚酯纱。
下面，根据附图说明本发明设备的实施例。
图1是本发明设备的示意图。
其中，纺丝组件1包括喷丝板2，喷丝板2挤压喷出多根长丝3，进入直接装在喷丝板下面的多孔管4。长丝离开多孔管4经过汇聚部件6(画出的为导纱钩状态)形成一根纱。为了纱中长丝良好抱合在卷绕装置8的上游，装设空气喷射网络装置7。空气喷射网络装置7最好是平行的平喷咀，运行压力为1.5至8巴，压力随纺速增加而增大。沿纺丝路线A-A可另外安排纱监测设备例如断裂长丝检测器以及切断机(未画出)。
现将本设备应用举例列表如下，表中概括了本发明设备的主要特点、工艺过程条件和纺出的纱的性质。
                                         表
    A     B     C     D     E     F
聚合物相对粘度颗粒含湿量烘燥机温度烘干后颗粒含湿量相对粘度螺杆挤压机1区温度2区温度3区温度4区温度头部温度压力熔体温度 (10-3％H2O)(℃)(10-3％H2O)(℃)″″″″〔巴〕〔℃〕     PET1.6405015041.642305310295290290140287     PET1.64051503-41.640305300290290294155291     PET1.638501503-41.642305305296292300160292     PET1.6361315041.646300295290290290130-200285     PET1.639617041.659305300292290291180293     PET1.633515041.641320315300295292150298
                                                     表(续)
    A     B     C     D     E     F
纺丝组件压力喷丝孔径喷丝板直径喷丝板温度通过量熔体相对粘度冷却延缓长度多孔管(金属多孔管外套筛网)多孔管长度多孔管直径汇聚部件和纺丝给湿上油器喷丝板至纺丝给湿上油器距离加重率网络喷嘴压力卷绕速度     (巴)(微米)(毫米)(℃)(克/分)(毫米)(目)(毫米)(毫米)针直径10毫米(毫米)(％)(巴)(米/分)     9036/2008028440.71.625060140080同左19550.421.53500     18524/2508029634.81.60106070080同左9000.6067000     13036/2008030132.61.574506050080同左8800.6646500     17036/Y8030231.21.59906050080同左9200.703.56250     20524/2508029353.61.6221006070080同左10000.5067000     17524/25080294.561.21.595506080080同左10200.507.08000
                                          表(续)
    A     B     C     D     E     F
卷绕张力纱参数乌斯特CV100初生断裂率长丝数总线密度断裂伸长强度沸水收缩率热风收缩率双折射密度网络空隙   (厘牛)(％)(br/t)(分特)(％)(厘牛/特)(％)(％)(克/厘米3)(厘米)     20-210.71-36115.9102.827.339.442.70.05441.34859.4     13-141.0618.82449.731.532.02.63.30.1141.3396.0     14-150.015.73650.636.033.52.83.60.1151.3875.0     181.439.43650.036.033.82.83.61.3845.16     14-161.187.12475.237.736.92.53.30.1131.4016.6     220.9-1.0-2476.523.530.02.53.40.1021.3837.6
                                      表(续)
    A     B     C     D     E     F
  变异系数染色均匀度染色条花斑点   (％)   52.3     648.58.06.0     10.57.78.36.0     12.68.08.06.0     32.08.08.06.0     37.08.08.06.0
下述说明有助于表列内容的理解。
D项使用36孔喷丝板，孔断面为三角Y型对应直径250微米。
颗粒含湿测定在真空中进行，将样品加热至200℃读出自生蒸汽压，藉助定标曲线求得颗粒含湿量。
纺液相对粘度采用标准乌伯娄德(Ubbelodhe)粘度计，取1％纺液量于甲苯中比较测定。测试在25℃进行。一方面测试纺液流动时间，另一方面在相同粘度计中测试溶剂流动时间，算出两个流动时间之比即为相对粘度。
网络喷射采用平行平喷咀，平板间距1.2毫米，垂直风道直径1.1毫米。
线密度均匀度为乌斯特CV100值采用乌斯特试验仪II-C在20℃和65％相对湿度情况下测定。试验速度100米/分，测试进行超过2.5分钟。
热风收缩率测定，取10毫米纱绞在室温20℃相对湿度65％条件下经过一小时回缩后，以0.5厘牛/特载荷测得原始长度。然后置于烘箱中用190℃热风吹15分钟，再在室温20℃相对湿度65％中放置一小时后测纱绞长度，相对于原测长度的数值变化即为热风收缩率。
网络间隙用罗氏(Rothschild)网络试验仪测定，在20℃和65％相对湿度下进行。被测线密度范围50至200分特，预加张力10厘牛，脱针标准20厘牛。
可染性均匀度测定。将被测纱针织成的袜子，置于含洗涤剂的温度为30至35℃的水中清洗后，将袜子套在仿型板上放入蒸箱，以110℃预热停留10分钟，然后进行染色，染液中含60％醋酸和染料福降兰E-BL。染液温度约125℃，停留50分钟，最后将袜子烘干按标准尺度1至10级目测鉴定，10级表示最好。染色条花或径柳的评估也分为1至10级，10级表示最好。关于斑点(纱中的小粒)评估分为1至6级，6级表示完全没有斑点。
从表中明显地看出按本发明设备纺出的纱具有最好的乌斯特CV100条干均匀度和染色均匀度，而且染色后无条花。

Claims (16)

1.一种从形成纤维的聚合物纺制复丝纱的熔融纺丝设备，其卷绕速度至少为2,000m/min，其中包括一个喷丝板(2)，在喷丝板(2)的下方是抑制长丝冷却的装置、一个使长丝固化的冷却装置(4)、长丝汇聚部件(6)、一个卷绕装置(8)、同时具有一条至少介于喷丝板(2)和第一汇聚部件(6)之间的基本垂直的纺丝路线(A-A)，其特征在于，抑制长丝冷却的装置的长度在300mm以上，冷却装置是一多孔管(4)，它朝纺丝方向开放并且与纺丝路线(A-A)同心，无论在其上游或下游，都没有任何进而输送和/或不输送冷却剂的装置，并且抑制长丝冷却的装置与多孔管(4)连接。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：抑制长丝冷却的装置是一个包围箍丝的热风外套。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：喷丝板是组合喷丝板，熔体被挤至中心，在中心的周围同心排列着一环或多环喷丝孔，热风从环槽冒出包围着长丝。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于：围中心同心排列的喷丝孔为环形凹槽。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：抑制长丝冷却装置为加热的套管。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：抑制长丝冷却装置为不加热的套管。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：抑制长丝冷却的装置在多孔管(4)面向喷丝板(2)的这一端处是封闭的。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：抑制长丝冷却的装置的封闭部分直接装在喷丝板(2)下方。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：套管封闭处距喷丝板200至300毫米。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：汇聚部件(6)的位置距喷丝板400至2200毫米，但距多孔管(4)之下方至少为100毫米。
11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：汇聚部件(6)即为常规纺丝给湿上油装置。
12.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：卷绕装置(8)约位于喷丝板下面2000到4000毫米处。
13.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：丝束网络装置(7)安排在卷绕装置(8)的上游。
14.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：喷丝板上游为聚合物熔体从螺杆挤压机压至喷丝板的路线，在此路线上至少安排一只静态混合器。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于：在熔体路线中，介于螺杆挤压机和喷丝板之间有一个或多个位置安排静态混合器。
16.根据权利要求14所述的设备，其特征在于：各个静态混合器直接安排在过滤装置的上游，而过滤装置位于喷丝板的上游。
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