CN1058304C - 加热合成长丝的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
在一个加热合成丝线的方法和装置中，该丝线在输入加热段19之前带有水层湿润。为此可以设置一个水喷嘴47或一个热蒸汽喷嘴23，其安置在加热段19之前。
Description
本发明涉及加热合成长丝的方法和装置。
例如在DE-A 3808854(贝格1571)中已公开了一种方法和装置。
在这一方法及装置中，一种新纺出的合成长丝以高的速度通过一个加热管导行并同时被拉伸。为实现高的速度、还应该采用高的温度。
本发明的任务在于，在热力处理一种运行的合成长丝情况下，其中可以涉及聚酯，特别是聚酰胺，尼龙，聚丙烯，要防止或减弱长丝材料的化学-物理反应。还应该避免，在加热器中和在长丝上以及在随后安置的导丝器位置上发生导致提高污染量的，导致长线材料变色的，导致收缩的或导致其他不利的结果的那些反应，或者应该避免，长丝对于要携带的柔韧剂、粘合剂、颜料的容纳性能受到影响。
为实现上述目的，按本发明的一个方面，提供了一种制造合成长丝束的方法，它包括下列步骤：挤压聚酯材料形成多根行进的长丝；聚集被挤压出的长丝形成一行进的长丝束；把行进的长丝束引导过一细长的加热室；以及，在行进的长丝束进入加热室之前即时将加热水蒸气施加到所述行进的长丝束上，以致当长丝束进入加热室时，水蒸气冷凝在所述长丝束上。
按本发明的另一方面，提供了一种制造合成长丝束的装置，它包括：挤压聚酯材料形成多根行进的长丝的装置；聚集被挤压出的长丝形成一行进的长丝束的装置；一个细长的加热室，以及引导行进的长丝束通过该加热室的装置；以及，在行进的长丝束进入加热室之前即时将加热水蒸气施加到所述行进的长丝束上的装置，以便当长丝束进入加热室时，水蒸气冷凝在所述长丝束上。
按本发明的又一方面，提供了一种加热行进的长丝束的装置，它包括：一个细长加热室，它具有一个入口和一个出口，以允许长丝束从中行进通过；用于加热上述加热室的装置，以加热行进通过加热室的长丝束；以及，用于将加热水蒸气施加到行进通过加热室的长丝束上的装置，它紧邻所述加热室的入口，以便在长丝束进入加热室时，水蒸气冷凝在所述长丝束上。
本发明提供的优点是，这些有机的长丝材料也就是说，聚酯，聚丙烯而且特别是尼龙和贝纶，可将水蒸汽分子容纳在其结构中。因此，还避免了内部的化学—物理变化。该水分子可阻碍收缩和泛黄作用以及促进时另外的长丝处理材料的容纳性能或粘附性，因为，这些另外的处理材料在以后的长丝加工程序中要覆置在长丝上，而这些材料例如是在技术处理长丝和制造轮胎布时的增柔和粘合剂。
使水分子容纳的长丝结构中还可如此得到促进，即在加热装置中本身形成一个蒸汽环境。
而且首先在按照权利要求7的实施方案中可附加地实现，对于拉伸长丝所必需的高于80℃的长丝温度能很迅速地达到，而且对于一个确定的长丝行程，这个温度保持不变化。因此，在现有技术中将解决措施瞄准到将拉伸点安排和确定在加热段的入口处就成为多余的了。
此处，在长丝材料上吹击的蒸汽还会在冷的长丝上冷凝出来。在长丝上的水凝结具有一个100°的温度。
同时在加热装置中本身形成一个蒸汽环境。
另外产生的优点是，长丝在加热段中的加热是很安全地发生的。因为该长丝不是马上就开始承受加热段的温度的，而是首先很迅速地而且只是被加热至100°并直至它的水外膜完全地蒸发。
这一点是基于，由喷嘴排出和在冷长丝上吹射的蒸汽在长丝的表面上冷凝和同时特别地将其冷凝热传给长丝。由此，在长丝的表面上就凝结出一个水层。
此外，还试图使水蒸汽在长丝整个的丝横截面或丝束横截面上渗透给长丝，这些长丝一般公知的是由多个单根的丝构成的，而单丝被控制成一个丝束。这一点可通过权利要求2的方案实现。这个方法的优点是，这些单丝同时获得一个位置移动和因此由那时平行的相同位置陷入一个紊乱状态。这样就导致一种缠绕交错。而这种缠绕交错在丝束的单丝之间形成一个内聚作用，依此就实现一个紧密的长丝。
在公知的方法中，对长丝施加的拉伸力是如此实现的，即用很高的长丝速度实现很高的空气摩擦力。应用权利要求2或3的变型方案，则可使必需的空气摩擦力和因此必需的高速度下降。
本发明还允许，长丝在加热段中导行时与加热轨件相接触或者相对于纵向延伸的加热元件和其加热表面不接触并有一个规定的间距。由于水层在进入加热段时包围着长丝，所以就能够使加热元件被加热到一个超过长丝熔化点的温度。此外，该水层防止了一个对长丝突然的加热和避免了损坏。代替无接触的导行或接触式导行，该长丝还可以通过导丝器沿被加热的加热元件纵向并相对其加热表面处于微小的间距导行，该导丝器沿加热段纵向分布，并基本上以相同的间距布置。
在与水湿润相关的蒸汽处理之后，按照发明要求该长丝通过一个纵向延伸的加热段导行和在此处被加热到希望的温度上。本发明的优点在于：一方面该长丝很迅速地被加热至100°并在已热的情况下进入加热段，而且另一方面还在加热段中首先保持了一个100℃的温度，直至在丝表面上冷凝的水层完全蒸发掉。这就意味着在加热段中长丝有一个安全的处理。这一点特别在拉伸合成长丝时是重要的，因为还未拉伸的长丝是很敏感的，特别是对热很敏感的。通过在加热段的进入区域将温度限定在100℃上就可以在这个进入区域还能进行长丝的拉伸作用，也就是说，该拉伸作用在此处是自动发生的。在水层蒸发以后该长丝就承受一个较高的温度，其对于进一步处理，完全的取向以及结晶作用是有利的。
因为该水层是借助蒸汽实现的，所以该长丝已经被预先加热，然后进入加热段。这样就允许，在真正的加热段该附加的热量只能慢慢地传递。出于这个原因，一个无接触的加热作用(权利要求4)是有利的。这种在加热段的一部分区域中包围长丝的水层还另一方面允许，能利用一个这样的温度，即它已经会导致长丝损坏，特别是高于熔化点的温度。通过应用一个这样的高温-加热器，加热段的长度就可以限制。而且还可能的是，长丝在加热段中被置于和加热体相接触。
为了均匀地施加热量，这样一个加热器是有利的，其中，该长丝是以拉伸方式无接触和以拉伸方式并与加热表面相接触地导行的。这样，就可以通过具有纵向延伸的加热表面的加热器首先能实现，在加热表面上设置多个导丝器，它们一方面具有使长丝以相对加热表面间距导行的功能，而且另一方面它们本身与加热表面相接触和因此接收其热量并传给长丝(参考例如US 5148 666贝格1720)。
这种通过蒸汽喷嘴的长丝处理是公知的，它们被单独地应用和对于使长丝中的内张力下降是特别有用的。通过德国专利说明书(展示公报)1660 605，也公开了一个长丝处理，其中，在蒸汽处理之后，还在一个纵向延伸的加热段中实施一个进一步的热处理以为了长丝定型的目的。同时，只施加很微小的作用力和特别地该蒸汽喷嘴离开加热段的入口一段显著的距离。由此，应考虑到，施加的蒸汽不会进入加热段和在长丝上冷凝的水层在位于蒸汽喷嘴和加热段之间的空气行程就已经又蒸发掉了。因此这种实施方案特别地不适合于，在加热段6中的工作温度超过聚合物的熔化温度。而将一个蒸汽喷嘴与一个直接在其上连接的加热器相组合的本方案是不公知的。按照权利要求7装置的优点是，为了一个复杂的长丝处理仅仅需要一个由喷嘴和加热段组成的加热装置，特别是一个随后的热导丝辊也省去了。
已经指出的是，本方法的优点特别在拉伸情况下体现出来。同时，一次就可实现在蒸汽喷嘴中的一个本机稳定的拉伸点确立。另一方面，还可实现一个很快地达到拉伸必需温度的加热作用。最后，对于超出这个温度的加热作用也是很安全的。
由于这个原因，本方法首先应用在拉伸工作中。而且还在收缩处理或松弛(回缩)处理时获得重要的优点，因为至少涉及一个两级的处理，其中该长丝首先承受一个100℃的温度，然后是一个另外，最好较高的温度。
因此，这种长丝的残余收缩应被消除或减少的收缩处理就可以与定型处理相关进行了。
下面借助附图1至5描述本发明的实施例。
图1以简图方式描述一个纺纱方法和为此在该方法中必需的装置构件以及按照本发明应用的装置。
图2表示本方法和装置的一个变型方案，
图3表示加热装置的一个实施方案，
图4表示一个制造聚丙烯长丝的方法，
图5表示在加热装置中的一个温度曲线，
对于两个实施例适于如下描述：
一条丝线由一种热塑性材料纺成。该热塑性材料通过一个装料装置2送到挤压机3中。该挤压机3通过一个电机4驱动。该电机4通过一个电机控制装置49控制。在挤压机3中该热塑性材料被熔化。为此一方面需要剪切工作(剪切能)，其由挤压机置于材料中。另外，设置一个加热装置5，例如电阻加热装置的形式，该装置5通过一个加热控制装置50进行控制。通过熔化物管道6，该熔化物就到达齿轮泵9，在管道6中设置一个测量熔化物压力的压力传感器7以用于挤压机的压力—转数控制，所述泵9通过泵电机44来驱动。该泵电机通过泵控制装置45如此控制，即使泵转数可以精细地调节。该泵9将熔融物流输送到被加热的纺丝箱10中，在其下侧边置有纺丝喷嘴11。由纺丝嘴11，该熔化物就以精细的长丝群12的形式排出。这些长丝贯穿一个冷却筒14。在冷却筒14中通过鼓风将一股空气流51横向地或径向地对着长丝(群)12吹。依此，长丝被冷却。
在冷却筒14的端头，该长丝(群)通过一个给油辊13被握制成一条长丝1并带有一种制备液体。只有对于图1的实施方案适于：
该长丝是从冷却筒14和纺丝嘴11并通过拉伸导丝辊16拉出。该长丝多次环绕该导丝辊16。为此，设置一个和导丝辊16交错安置的偏转导丝滚17。该导丝滚17是自由可转动的。该导丝辊16则通过导丝辊电机18和频率发送器22按预先可调的速度驱动。这个牵拉速度要比长丝(群)12从纺丝嘴11出来的自然排出速度高许多倍。
仅对于图2的实施方案适于：
该长丝由冷却筒14和纺丝嘴11并通过一个拉伸导丝辊54抽出。长丝多次缠绕该拉伸导丝辊54。为此设置一个和导丝辊54交错安置的偏转导丝滚55。该偏转导丝滚55可自由转动。该导丝滚55通过一个导丝滚电机以预先可调的速度牵拉。这个牵拉速度比长丝(群)12从纺丝嘴出来的自然排出速度高许多倍。该长丝从牵拉导丝辊54通过加热装置20到达另一个导丝辊16，它此处称之为拉伸导丝辊。该拉伸导丝辊16要以比前述导丝辊54更高的速度驱动。依此，长丝在两个导丝辊54和16之间被拉伸。对于两个实施方案又都适于：
从拉伸导丝辊16(图2)或索拉导丝辊16(图1)，该长丝1就到达所谓的“头部导丝器”25并从此处进入往复三角(区)26。在图1中该往复装置27未描述。同时，涉及了相反方向转动的翼片，它使长丝在筒管33的长度上作往和返的导行。这样，长丝就在往复装置27之后绕过一个接触辊28。该接触辊28靠置在筒管33的表面上。而该接触辊用来检测筒管33的表面速度。该筒管33在一个套管35上构成。该套管35在一个管轴34上张紧。该管轴34通过联轴电机36和轴控制装置37如此驱动，即筒管33的表面速度保持常数。为此，在接触辊轴29上可自由转动的接触辊28之转数，并作为调节量，借助一个铁磁的嵌件30和一个磁性脉冲发送器31进行扫描得出。
应该指出的是，该往复装置27还可以是一个普通的往复螺纹辊，其具有一个在往复螺纹槽中通过往复区域作往和返导行的往复导丝器。
在图1中作为筒管33的状态参数，该直径是连续检测的或者获得一个由直径导出的参量。为检测直径，该管轴34的转数和靠置在筒管表面上的接触辊28的转数都被检测。为此设置了置于管轴34中以及接触辊28中的铁磁性嵌件30，38和相对应的脉冲发送器31，39。在将接触辊28的转数。通过轴控制装置37同时作为调节量而用于调节联轴电机36情况下，该轴34的转数(对其此处未作进一步详述)就可用于控制该往复装置27。
对于图1的实施方案适于：
在冷却筒14和拉伸导丝辊16之间设置一个加热装置8。
在图2的实施方案情况下，该加热装置8位于牵拉导丝辊54和拉伸导丝辊16之间。
借助图3详细描述加热装置8。图3中的加热装置8具有一个纵向延伸的壳体19。这个壳体被一个加热套20所包围。该加热套由一种被隔热体包围的电阻丝构成。通过加热套就可以将壳体加热，并且最好加热到温度高于180°，而且还可高于300°。该壳体19被长丝沿轴向贯穿。在出口处设有排出闸口21。在进口处置有一个蒸汽喷嘴23。该汽嘴23具有一个长丝通道24，它与壳体19中的长丝通道对中设置并直接通入壳体19的长丝通道中。在进入侧，该蒸汽喷嘴通过一个进入闸口40卡限。该蒸汽喷嘴23就通过蒸汽通道41输送热蒸汽。该蒸汽通道41是与长丝轴线相垂直地(图3示)通入汽嘴之长丝通道24中的或者与长丝轴线成横向并具有一个迎着长丝运行方向的流动分量的方式(图3示)。依此，该长丝被一个加热蒸汽射流所吹击。该加热蒸汽是在一个加热蒸汽发生器42中产生的。此处这个发生器仅仅用简图表示，没有描述用于温度和压力必需的调节和测量仪器。亦即产生一种具有温度例如300°的水—热蒸汽。该对着长丝吹击的蒸汽射流首先使得丝线的单丝相互紊乱。因此在单丝之间导致一种缠绕交错。这种形式的缠绕交错首先出现在具有确定的可控间距的打结中。这种缠绕交错还在单丝间实现一个相互内聚作用。依此，通过蒸汽射流的冲击作用就实现一种在单独的单丝之间内聚作用得到改善的长丝结构。另外，蒸汽射流吹击到此处已经强烈冷却的长丝上因此可实现，该水蒸汽在长丝上冷凝和同时放出其冷凝热。依此，长丝或单独的单丝就一方面被水蒸汽渗透到内部，另一方面很快地被加热到一个为100℃的温度。这个温度对于拉伸来说是有利的温度。同时该长丝已经在加热壳体19的进口区域类似拉伸的方式流动，然后进一步的加热段用于分子的结构转换和结晶。
在图3的加热装置情况下，该蒸汽喷嘴直接安置在加热段的进口处。此处，汽嘴的长丝通道24通入加热段的长丝通道中。依次，在加热段中存在一个很纯净的水蒸汽环境。它起到保护气体环境的作用和防止长丝的氧化作用。
当此时该长丝进入加热装置时，那么携带的水层必须首先蒸发。在这个实施方案情况下，该加热装置最好被加热到很高的温度，其位于熔化温度之上亦即基本上高于220℃。当然应注意的是，较低的温度也是可以的。在任何情况下，该水外层所提供的保险是，该长丝，只要是它未被拉伸，就不会承受加热装置高的温度。这一点首先发生在水外层蒸发的时候。但是还要确保，长丝在入口处的拉伸已经完成。然后该长丝不再有特别程度的温度敏感性为的是它可以在短时间里承耐温度，而该温度高于熔化温度。因此，人们不仅可以实现一个有利的丝线处理(如已描述的)，而且还可以便加热装置大大缩短。
图5表示一个用于本发明加热装置典型的温度曲线。在纵坐标上是温度，而在横坐标上表示的是长丝的运行距离，然后比较在没有接入蒸汽喷嘴时处于加热段中的温度曲线。在一个传统的加热段中的行程和温度曲线用I表示。它表明，温度首先是以双曲线形式增加到第一级(TG)的转化点的。然后到达拉伸阶段，此处，实现结构变形工作，并且长丝的温度要很快地提高。接着，又按照一个双曲线的轨迹实现加热作用。在预先接有蒸汽喷嘴情况下，在汽嘴中的长丝行程用II.1表明，而在以后的加热段中的长丝行程用II.2表示。在蒸汽喷嘴中，首先该蒸汽在冷的长丝上冷凝并同时将其冷凝热传给长丝。因此该长丝的温度就很快地提高到第一级(TG)的转化点。在这个点上，长丝由于拉伸力的作用而开始流动并且该结构变形工作转换成热能。依此长丝便很快地达到100℃的温度。当长丝达到这一温度时，则它特别在以后的加热段中以双曲线方式被加热。并且表明，这种加热不仅是明显较快的，而且在相同的运行路段上还可实现一个较高的温度。
图4表示一个制造聚丙烯丝线的方法。多条长丝1由纺丝箱10中纺出并通过带偏转导丝滚55的导丝辊54牵拉。在此范围内，该方法与图2相应的情况一致。该导丝辊54之后设置一个第二导丝辊16并带有偏转导丝滚17，然后该长丝卷绕成一个筒管33。
在导丝辊54和16之间设置一个按照本发明的加热装置。由此，该加热装置由蒸汽喷嘴23和以后的加热管组成。这个加热管被分成两个级，这两个级可以相互独立地被加热。
在本实施例中，该聚丙烯—丝线纺成具有0.7至3分特克斯(dtex)的单丝细度。并且以位于3.500和4.500m/min(米/分)之间的速度从纺丝喷嘴中拉出，然后在加热装置中被加热至100至140℃并被拉伸。该导丝辊16具有一个比导丝辊54要高的圆周速度。从而实现一个约1∶1.3的拉伸。该加热管的第一区加热到350℃，而在第二区加热到150℃。还可以不仅在导丝辊16和36之间以此方式实现一个足够的拉伸，而且还可以实现一个足够的松弛处理，这一处理在卷绕区还要继续。这种松弛作用可以如此改进，即第二导丝辊16同样被加热。
在这一方法中已经证明，在热处理前的进口处的蒸汽处理会导致，在拉伸高于取向的聚丙烯丝线情况下，分子结构将同时发生如此地回缩，即丝线的残余收缩会很明显地下降。因此在一般的方法中却必需一个附加的方法工序，它包含在另外的导丝辊之间。
还应该指出的是，该导丝辊54是未加热的，而且导丝辊16也不必要一定加热。这和一般的方法相反，在一般方法中，为了使聚丙烯丝线拉出，拉伸和松弛作用全部的导丝辊都被加热。
参考编号1.长丝2.填料装置3.挤压机4.电机5.加热装置6.熔融管道7.压力传感器8.加热装置9.泵，齿轮泵10.纺丝头，纺丝箱11.喷嘴，纺丝喷嘴12.单丝，单丝群13.给油辊，制备装置14.冷却筒15.鼓风装置，空气流16.牵拉导丝辊17.偏转导丝滚18.驱动电机19.壳体20.加热套21.排出闸口22.频率发送器23.蒸汽喷嘴24.长丝通道25.头部导丝器26.往复三角27.往复装置28.接触辊29.接触辊轴30.铁磁的嵌件31.脉冲发送器33.筒管34.轴35.套管36.驱动电机37.轴控制装置38.铁磁嵌件39.脉冲发送器40.进入闸口41.蒸汽通道42.加热蒸汽发生器44.泵电机45.泵控制装置46.计算单元47.水喷嘴48.偏转体49.挤压机控制装置50.加热控制装置51.冷却控制装置52.排出闸口53.进入闸口54.导丝辊55.偏转导丝滚
Claims (16)
1.一种制造合成长丝束的方法，包括下列步骤：
挤压聚酯材料形成多根行进的长丝，
聚集被挤压出的长丝形成一行进的长丝束，
把行进的长丝束引导过一细长的加热室，以及
在行进的长丝束进入加热室之前即时将加热水蒸气施加到所述行进的长丝束上，以致当长丝束进入加热室时，水蒸气冷凝在所述长丝束上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：上述将加热水蒸气施加到所述行进的长丝束的步骤包括沿垂直于长丝束的行进方向的方向将上述水蒸气射向上述长丝束。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：上述将加热水蒸气施加到所述行进的长丝束的步骤包括沿着在与长丝束的行进方向相反的方向具有分量的方向将上述水蒸气射向上述长丝束。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：上述把行进的长丝束引导过一细长的加热室的步骤包括导引该长丝束使其不接触加热室。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：上述加热室的表面温度高于长丝束聚酯材料的熔化温度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：上述加热室的表面温度至少约为300℃。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括以下步骤：在行进的长丝束通过上述加热室时，将一拉力施加到该行进的长丝束上，该拉力足以拉伸上述行进的长丝束。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：上述水蒸气被加热成，在其被施加到长丝束上时，其温度至少约为100℃。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：上述将加热水蒸气施加到所述行进的长丝束的步骤导致在上述加热室中形成水蒸气气氛。
10.一种制造合成长丝束的装置，包括：
挤压聚酯材料形成多根行进的长丝的装置，
聚集被挤压出的长丝形成一行进的长丝束的装置，
一个细长的加热室，以及引导行进的长丝束通过该加热室的装置，以及
在行进的长丝束进入加热室之前即时将加热水蒸气施加到所述行进的长丝束上的装置，以便当长丝束进入加热室时，水蒸气冷凝在所述长丝束上。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，它还包括在行进的长丝束通过上述加热室时，将一拉力施加到该行进的长丝束上的装置。
12.一种加热行进的长丝束的装置，包括：
一个细长加热室，它具有一个入口和一个出口，以允许长丝束从中行进通过，
用于加热上述加热室的装置，以加热行进通过加热室的长丝束，以及
用于将加热水蒸气施加到行进通过加热室的长丝束上的装置，它紧邻所述加热室的入口，以便在长丝束进入加热室时，水蒸气冷凝在所述长丝束上。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于：所述将加热水蒸气施加到长丝束上的装置包括一个蒸汽喷嘴，它具有一个邻接所述加热室的入口的出口端。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于：所述加热室包括一个管状件，它定位成环绕行进的长丝束的路径而不与其接触。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于：所述蒸汽喷嘴被构造并配置成，沿垂直于长丝束的行进方向的方向将上述水蒸气射向上述长丝束。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于：所述用于将加热水蒸气施加到长丝束上的装置还包括用于将水蒸气加热到至少约为100℃的装置。
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