CN105970319B - 加热成型辊、纺丝装置、制造加热成型辊的方法、和制作竹节丝的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于形成多彩竹节丝的成型加热辊、包括这种成型加热辊的纺丝装置、制造加热成型辊的方法、以及利用纺丝装置制作竹节丝的方法。加热成型辊包括：筒形的主体部；加热装置，设置在所述主体部上；以及接触层，包覆在所述主体部的外部，以与被加工的纺丝接触。所述接触层上形成多个加热区和多个非加热区，所述加热区和非加热区沿所述加热成型辊的轴向方向延伸并在圆周方向上交替排列，与加热区接触的所述纺丝被加热成粘弹态，与非加热区接触的所述纺丝保持为凝固态，从而将所述纺丝拉伸成具有交替布置的多个粗节部和多个细节部的竹节丝。通过在加热成型辊的表面上形成加热区和非加热区，可形成竹节丝，简化了制作工艺，降低了制作成本。

Description

加热成型辊、纺丝装置、制造加热成型辊的方法、和制作竹节 丝的方法

技术领域

本发明涉及一种用于形成多彩竹节丝的成型加热辊，特别是，涉及一种基于一步法全拉伸丝(Full Drawn Yarn，FDY)的竹节丝的加热成型辊、以及包括这种加热成型辊的纺丝装置、制造加热成型辊的方法、以及利用纺丝装置制作竹节丝的方法。

背景技术

多彩竹节丝是指长丝纱线内部单根长丝纤维在长度方向具有粗细变化、结晶取向变化、染色深浅变化、沸水收缩率变化、初始模量变化等特征的长丝纱线。传统工艺是通过不均匀纺丝一拉伸工艺形成，通常把具有上述不均匀结构(Thick&Thin)特征的长丝称为多彩竹节丝。

由聚合物涤纶经纺丝-拉伸制成的多彩竹节丝其粗细节分布规律与其不均匀结晶取向结构的分布规律基本是一致的。故一般用粗细节分布规律的调控来代表其“Thick&Thin”结构的调控。在已有的工艺技术中，通常采用以下几种方法赋予“Thick&Thin”结构生产竹节丝：①在PE T(polyethylene terephthalate(聚对苯二甲酸乙二醇酯))熔纺过程中添加多镁氧硅氧烷等添加剂，经共混后纺丝，可得到高蓬松度和染色反差度高的竹节丝；②由牵伸不足产生的竹节丝；③由不均匀牵伸产生的竹节丝；④用变形工艺来制取竹节丝。

将竹节丝用于生产纺织面料时，一般希望对竹节丝的粗细比、粗细节分布规律及其变化周期等特征参数能进行设计、控制和再现，以增加美观度。目前，在根据已有的制作方法制作的多彩竹节丝中，不能对产生粗、细节的位置进行控制；不能对粗、细节分布的规律或产生竹节的频率及周期进行控制；不能对粗细节部分的直径之比进行控制。

发明内容

为克服现有技术中的上述或者其它方面的缺陷，本发明提出一种用于形成多彩竹节丝的成型加热辊、包括这种成型加热辊的纺丝装置、制造加热成型辊的方法、以及利用纺丝装置制作竹节丝的方法，通过在加热成型辊的表面上形成加热区和非加热区，可形成竹节丝，简化了制作工艺，降低了制作成本。

根据本发明的一个方面的实施例，提供一种用于形成竹节丝的加热成型辊，包括：筒形的主体部；加热装置，设置在所述主体部上；以及接触层，包覆在所述主体部的外部，以与被加工的纺丝接触。所述接触层上形成多个加热区和多个非加热区，所述加热区和非加热区沿所述加热成型辊的轴向方向延伸并在圆周方向上交替排列，与加热区接触的所述纺丝被加热成粘弹态，与非加热区接触的所述纺丝保持为凝固态，从而将所述纺丝拉伸成具有交替布置的多个粗节部和多个细节部的竹节丝。

根据本发明的一种实施例，每个所述非加热区设有至少一条形成在所述接触层中并沿所述轴向方向延伸的凹槽。

根据本发明的一种实施例，每个所述非加热区设有至少两条凹槽，相邻的凹槽之间通过沿所述轴向方向延伸的支撑部隔开，每个所述凹槽的宽度为8mm～13mm。

根据本发明的一种实施例，每个所述非加热区设有一条凹槽。

根据本发明的一种实施例，所述凹槽中设有隔热垫。

根据本发明的一种实施例，所述接触层的厚度为0.1mm～0.3mm。

根据本发明的一种实施例，每个所述凹槽的深度为0.1mm～0.2mm。

根据本发明的一种实施例，每个所述加热装置设置在所述接触层和所述主体部之间，并包括至少一个沿所述轴向方向延伸的电阻丝。

根据本发明的一种实施例，所述加热区的温度都相同或者彼此不同。

根据本发明的一种实施例，所述加热区和非加热区的个数都为4-15个。

根据本发明的一种实施例，所述加热区的宽度都相同或者彼此不同。

根据本发明的一种实施例，所述非加热区的宽度都相同或者彼此不同。

根据本发明的一种实施例，所述加热装置被构造成将所述加热区的温度加热至90度～210度，而非加热区的温度不高于55度。

根据本发明的一种实施例，所述接触层由陶瓷材料制成。

根据本发明的一种实施例，所述接触层由包括氧化钛和氧化铝的混合材料制成。

根据本发明的一种实施例，所述氧化铝占所述混合材料的重量的大约40％。

根据本发明另一方面的实施例，提供一种纺丝装置，包括：喷丝装置，被构造成用于喷出待处理的纺丝；导向组件，被构造成用于引导和拉伸所述纺丝，并包括第一热辊和第一分丝辊；拉伸组件，设置在所述导向组件的下游，被构造成用于进一步拉伸所述纺丝并形成多彩竹节丝，并包括第二热辊和第二分丝辊；以及卷绕装置，被构造成用于对所述竹节丝进行卷绕。所述第一热辊和第二热辊中的至少一个为上述任一实施例所述的加热成型辊。

根据本发明再一方面的实施例，提供一种制造加热成型辊的方法，包括如下步骤：提供筒形的主体部；在所述主体部的圆柱表面上形成粘结层；在所述粘结层上形成具有导热性能的接触层；以及部分地去除所述接触层，以在未去除接触层的部位形成多个加热区，在去除接触层的部位形成多个非加热区，所述加热区和非加热区沿所述主体部的轴向方向延伸并在圆周方向上交替排列。

根据本发明的一种实施例，在所述粘结层上形成接触层的步骤包括，在所述粘结层上喷涂包括氧化钛和氧化铝的混合材料以形成接触层。

根据本发明的一种实施例，所述氧化铝占所述混合材料的重量的大约40％。

根据本发明的一种实施例，制造加热成型辊的方法还包括如下步骤：在去除接触层的部位采用等离子喷涂工艺涂覆氧化铝材料，以形成隔热垫。

根据本发明再一方面的实施例，提供一种利用上述实施例所述的纺丝装置制作竹节丝的方法，包括：利用喷丝装置喷出待处理的纺丝；利用导向组件引导和拉伸所述纺丝；利用拉伸组件进一步拉伸所述纺丝并形成竹节丝；以及利用卷绕装置对所述竹节丝进行卷绕。

根据本发明的上述各种实施例的成型加热辊、纺丝装置、制造加热成型辊的方法、以及利用纺丝装置制作竹节丝的方法，通过在成型加热辊表面上形成间隔排列的多个加热区和非加热区，由喷丝板吐出的长丝经过成型加热辊表面会受到分段加热，与非加热区对应的丝段仍保持凝固态，与加热区对应的丝段被加热成粘弹态，经成型加热辊匀速拉伸后即可在长丝上形成粗细变化的竹节丝，通过控制加热成型辊表面加热区与非加热区的温差、分布弧长、以及第一热辊和第二热辊的相互速比等参数，可以实现对涤纶FDY多彩竹节丝特征参数(粗细节位置、粗细节分布频率及周期、粗细节直径比)的调控。通过上述方法与工艺，简化了竹节丝的制作工艺，提高了竹节丝的生产效率，增加了竹节丝品种的变化和范围、降低了制作成本。

附图说明

为了使本发明的目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，其中：

图1是根据本发明的一种示例性实施例的纺丝装置的原理性示意图；

图2是根据本发明的一种示例性实施例的加热成型辊的立体示意图；

图3是图2所示的加热成型辊的圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图；

图4是根据本发明的第一种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图；

图5是根据本发明的第二种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图；

图6是根据本发明的第三种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图：

图7是根据本发明的第四种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图；

图8是根据本发明的第五种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图；

图9是示出加热成型辊的加热区和非加热区的第一种分布情况的加热成型辊的圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图；

图10是示出加热成型辊的加热区和非加热区的第二种分布情况的加热成型辊的圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图；

图11是示出加热成型辊的加热区和非加热区的第三种分布实例的加热成型辊的圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图；以及

图12是示出加热成型辊的加热区和非加热区的第四种分布实例的加热成型辊的圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图。

具体实施方式

虽然将参照含有本发明的较佳实施例的附图充分描述本发明，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本发明的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本发明所描述的示例性实施例。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

图1是根据本发明的一种示例性实施例的纺丝装置的原理性示意图。

参见图1，根据本发明的一种示例性实施例，提供一种纺丝装置，包括：具有喷丝板的喷丝装置100，被构造成用于喷出待处理的纺丝1000，例如，利用包括多镁氧硅氧烷等添加剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯PET(polyethylene terephthalate)材料喷出待处理的纺丝1000；导向组件200，被构造成用于引导和拉伸所述纺丝1000，并包括第一热辊201和用于将纺丝1000均匀分布在第一热辊201上的第一分丝辊202；拉伸组件300，设置在所述导向组件200的下游，接收由导向组件200处理的纺丝，被构造成用于进一步拉伸所述纺丝并形成多彩竹节丝2000，拉伸组件300包括第二热辊301和用于将丝均匀分布在第二热辊301上的第二分丝辊302；以及卷绕装置400，被构造成用于对所述竹节丝200进行卷绕。所述第一热辊201和第二热辊301中的至少一个为根据本发明的实施例所述的加热成型辊10(下面将详细描述)。进一步地，在拉伸组件300和卷绕装置400之间还设有网络装置500，用于对已形成的竹节丝进行分散定位，以分别卷绕到各自的卷绕装置400上。

图2是根据本发明的一种示例性实施例的加热成型辊的立体示意图；图3是图2所示的加热成型辊的圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图；图4是根据本发明的第一种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图。

参见图2-4，根据本发明的一种示例性实施例，提供一种用于形成多彩竹节丝的加热成型辊10，所述加热成型辊10可以用作上述纺丝装置中的第一热辊201和第二热辊301。加热成型辊10包括：筒形的主体部1，该主体部1可转动地安装在支撑框架(未示出)；加热装置2，设置在所述主体部1上；以及由导热材料制成的接触层3，包覆在所述主体部1的外部，以与被加工的纺丝接触。所述接触层3上形成多个加热区31和多个非加热区32，所述加热区31和非加热区32沿所述加热成型辊10的轴向方向延伸并在圆周方向上交替排列，与加热区31接触的所述纺丝被加热成粘弹态，与非加热区32接触的所述纺丝保持为凝固态，从而将所述纺丝1000拉伸成具有交替布置的多个粗节部和多个细节部的竹节丝2000。

根据本发明进一步发明的实施例，提供一种利用上述实施例的纺丝装置制作竹节丝的方法，包括：利用喷丝装置喷出待处理的纺丝；利用导向组件引导和拉伸所述纺丝；利用拉伸组件进一步拉伸所述纺丝并形成竹节丝；以及利用卷绕装置对所述竹节丝进行卷绕。

在本发明的包括上述加热成型辊的纺丝装置可应用于涤纶FDY纺丝机中以制作竹节丝。具体而言，由喷丝板吐出的长丝(纺丝)经导向组件和拉伸组件的加热拉伸形成多彩竹节丝，竹节丝卷绕在卷绕装置上，完成涤纶FDY的一步法纺丝。在加热装置的热作用下，在加热成型辊的圆周表面形成加热区和非加热区，第一热辊可用作导丝辊，第二热辊用作牵伸辊。作为喷丝装置的喷丝板吐出的长丝高速卷绕并依次通过导丝辊和牵伸辊的圆周面，与加热成型辊上的加热区接触的丝段受热后变成粘弹态，与非加热区接触的丝段保持为凝固态。在涤纶FDY原有纺丝工艺条件下，纺丝的处于粘弹态和凝固态的丝段的拉伸变形及分子链的取向结晶结构产生较大差异，由此产生具有直径较大的粗节部和直径较小的细节部的竹节丝效果。可以理解，通过控制加热成型辊表面加热区与非加热区的温差、分布弧长、以及第一热辊和第二热辊的相互速比等参数，可以实现对涤纶FDY多彩竹节丝特征参数(粗细节位置、粗细节分布频率及周期、粗细节直径比)的调控。

在一种实施例中，接触层3由导热性能良好的陶瓷材料制成，以使加热装置2产生的热量快速传递到纺丝。例如，使用离子镀工艺将导热陶瓷喷涂在导热管的主体部1的表面，以形成接触层，所述接触层3的厚度为0.1mm～0.3mm。

在另一种实施例中，所述接触层由包括氧化钛和氧化铝的混合材料制成。氧化铝占所述混合材料的重量的大约40％。这种混合材料简称为TA40(TiO₂-40wt.％Al₂O₃)。

参见图3和4，在一种实施例中，每个所述非加热区32设有至少两条形成在所述接触层3上并沿加热成型辊的轴向方向延伸的凹槽321，相邻的凹槽321之间通过沿所述轴向方向延伸的支撑部322隔开，以使纺丝在加热成型辊被均匀支撑。在缠绕纺丝的过程中，在凹槽321中形成非加热区，使得凹槽321和支撑部322共同形成非加热区32。支撑部322可以由与形成接触层3的材料相同的材料制成，也可以由不同于接触层的材料制成。在每个非加热区32中，凹槽的数量可以相同或者彼此不同，从而形成弧长相同或者不同的非加热区，由此形成具有不同长度的粗节部和细节部的竹节丝。

图5是根据本发明的第二种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图。第二实施例的加热成型辊与第一实施例的加热成型辊的不同之处在于，在第一实施例的加热成型辊的凹槽321的基础上在凹槽中设有隔热垫323，以更好地支撑纺丝。凹槽321和隔热垫323共同形成非加热区32。

图6是根据本发明的第三种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图。第三实施例的加热成型辊与第一实施例的加热成型辊的不同之处在于，每个所述非加热区设有一条形成在所述接触层3上并沿加热成型辊的轴向方向延伸的凹槽324，第三实施例的凹槽324相对于第一实施例的凹槽321在圆周方向上较宽。凹槽324形成非加热区32。

图7是根据本发明的第四种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图。第四实施例的加热成型辊与第三实施例的加热成型辊的不同之处在于，在第三实施例的凹槽324的基础上在凹槽中设有隔热垫325，以对纺丝进行支撑。隔热垫325形成非加热区32。

在图4-7所示的实施例中，加热装置可以包括加热电阻丝，该电阻丝以螺旋缠绕的方式设置在主体部1上，从而在控制装置(未示出)的控制下对接触层3进行加热。

根据本发明另一方面的实施例，提供一种制造加热成型辊的方法，包括如下步骤：提供筒形的主体部1；在所述主体部1的圆柱表面上形成粘结层；在所述粘结层上形成具有导热性能的接触层3；以及部分地去除所述接触层，以在未去除接触层的部位形成多个加热区31，在去除接触层的部位形成多个非加热区32，所述加热区31和非加热区32沿所述主体部1的轴向方向延伸并在圆周方向上交替排列。

在一种实施例中，在所述粘结层上形成接触层3的步骤包括，在所述粘结层上喷涂包括氧化钛(TiO₂)和氧化铝(Al₂O₃)的混合材料以形成接触层。所述氧化铝占所述混合材料的重量的大约40％，因此，这种混合材料简称为TA40(TiO₂-40wt.％Al₂O₃)。

具体而言，根据本发明第一种实施例的制造加热成型辊的方法包括如下步骤：

由不锈钢材料制成筒形的主体部，在主体部的内部设置加热装置；之后，将主体部的圆周表面用喷砂工艺进行粗糙化处理，并用丙酮进行表面清洗；用等离子喷涂工艺在主体部圆周表面喷涂大约0.17mm厚的FeCrAl涂层作为粘结层，再喷涂0.5mm-1mm厚的TA40(TiO₂-40wt.％Al₂O₃)电磁加热层作为接触层；用喷砂工艺将部分地去除0.5mm-1mm厚的TA40(TiO₂-40wt.％Al₂O₃)接触层；在去除接触层的部位用等离子喷涂工艺涂覆1.05mm厚度的Al₂O₃热障涂层以形成非加热区，在未去除接触层的部位形成多个加热区。这样，可以形成本发明实施例的加热成型辊，其中，所述加热区和非加热区沿所述主体部的轴向方向延伸并在圆周方向上交替排列；之后，对加热成型辊圆周表面统一进行0.1mm的精细磨削处理以提高其圆整度和表面光洁度。由于在主体部的表面涂覆了不同电磁感应效应的涂层材料，与未去除的接触层对应的区域构成加热区，与Al₂O₃涂层对应的区域构成非加热区。对主体部圆周表面的加热区和非加热区的分布可按照竹节丝的分布规律进行设计和加工。

根据本发明第一种实施例的制造加热成型辊的方法包括如下步骤：

由不锈钢材料制成筒形的主体部，在主体部的内部设置加热装置；之后，将主体部的圆周表面用喷砂工艺进行粗糙化处理，并用丙酮进行表面清洗；用等离子喷涂工艺在主体部圆周表面喷涂大约0.17mm厚的FeCrAl涂层作为粘结层，再喷涂0.3mm-0.6mm厚的TA40(TiO₂-40wt.％Al₂O₃)电磁加热层作为接触层；用喷砂工艺将部分地去除0.3mm-0.6mm厚的TA40(TiO₂-40wt.％Al₂O₃)接触层；之后，对加热成型辊圆周表面统一进行0.1mm的精细磨削处理以提高其圆整度和表面光洁度。由于在主体部的表面的一部分涂覆了电磁感应效应的涂层材料，一部分区域没有电磁感应涂层材料，与未去除的接触层对应的区域构成加热区，与去除的接触层对应的区域(凹槽区域)构成非加热区。这样，可以形成本发明实施例的加热成型辊，其中，所述加热区和非加热区沿所述主体部的轴向方向延伸并在圆周方向上交替排列对主体部圆周表面的加热区和非加热区的分布可按照竹节丝的分布规律进行设计和加工。

在上述实施例形成的加热成型辊中，如果加热区对应的弧长为s₁、s₂、...s_n，令：S＝s₁+s₂+...+s_n；

如果非加热区对应的弧长为t₁、t₂、...t_n，令：T＝t₁+t₂+...+t_n；

进一步地，如果加热成型辊的圆柱直径为Φ，则圆柱面周长：L＝π*Φ＝S+T＝(s₁+t₁)+(s₂+t₂)+...+(s_n+t_n)。

图8是根据本发明的第五种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图。第五实施例的加热成型辊与第一实施例的加热成型辊的不同之处在于，在非加热区32不形成凹槽(也就是说，在接触层3上非加热区32与加热区31具有相同的结构)，并且每个所述加热装置2’设置在所述接触层3和所述主体部1之间，并包括至少一个沿所述轴向方向延伸的电阻丝，相邻的电阻丝之间具有间隙21。这样，电阻丝可以对接触层的与电阻丝对应的部分进行局部加热，从而形成加热区31；而接触层的不与电阻丝对应的其它部分温度较低，从而形成非加热区32。

在图4-7所示的实施例中，可以采用超细喷砂工艺沿加热成型辊的轴向方向(与母线平行的方向)去除以形成的陶瓷涂层，以形成凹槽。每个所述凹槽的深度为0.1mm～0.2mm。进一步地，在图4和图5所示的实施例中，每个所述凹槽的宽度为8mm～13mm。

在一种实施例中，所述加热装置2被构造成将所述加热区31的温度加热至90度～210度，而非加热区32的温度不高于55度。

在一种实施例中，加热区31的温度都相同或者彼此不同。加热区和非加热区的个数都为4-15个。加热区的宽度都相同或者彼此不同。非加热区的宽度都相同或者彼此不同。这样，通过控制加热成型辊表面加热区31与非加热区32的温差、分布弧长、以及第一热辊和第二热辊的相互速比等参数，可以实现对涤纶FDY多彩竹节丝特征参数(粗细节位置、粗细节分布频率及周期、粗细节直径比)的调控。

例如，按照形成为长丝的纺丝的长度方向所要出现的粗节部和细节部的分布规律，设计导热辊的主体部的圆周面上凹槽(非加热区)的分布规律，以此在主体部上形成陶瓷材料的加热区和非加热区隔热层交替排列的接触层。

如图3所示，在离子镀工艺形成的导热陶瓷涂层的加热成型辊的圆柱形的主体部上均匀或者不均匀地分布了多个导热陶瓷涂层(加热区)和隔热非加热区(非加热区)。假设加热区31对应的弧长分别为s₁、s₂、…s_n，则所有加热区31的总弧长为：S＝s₁+s₂+…+s_n；假设非加热区32对应的弧长分别为t₁、t₂、…t_n，则所有非加热区32的总弧长为：T＝t₁+t₂+…+t_n。

在此情况下，如果加热成型辊10的圆柱直径为Φ，圆柱面周长：L＝π*Φ＝S+T＝(s₁+t₁)+(s₂+t₂)+…+(s_n+t_n)。

可以理解，为了保证加热成型辊卷绕和退绕形成为长丝的纺丝所需摩擦力的均匀性，非加热区(凹槽)的宽度和深度需要设置在合理范围。

参见图1-3，在基于涤纶FDY工艺中实现分段加热长丝的工艺中，经作为喷丝装置100的喷丝板吐出并冷却凝固的形成为长丝的纺丝1000，高速卷绕并通过导向组件200的第一热辊201和第一分丝辊202后进入牵伸区。在此过程中，沿第一热辊201圆周方向，纺丝1000的与加热区31对应的丝段接触加热区的导热陶瓷涂层而被加热，纺丝1000的与非加热区32对应的丝段由于非加热区隔热未被加热，由此实现高速卷绕条件下对涤纶长丝的分段加热。一般地，设定第一热辊的理论温度为90℃～210℃，纺丝1000的与加热区31的陶瓷涂层紧密接触的丝段被加热至粘弹态，非加热区32对应的丝段仍保持在凝固态，以此形成粘弹态丝段与凝固态丝段间隔排列的长丝。

在一种实施例中，纺丝螺杆(未示出)的吐出量为Q(g/min)，喷丝板孔数为f，第一热辊201、第二热辊301和卷绕头400的转速分别为V₁≈800～1200(m/min)、V₂(m/min)≈2800～4000(m/min)、V₃≈(0.97～1.05)×V₂，第一热辊201和/或第二热辊301使用组合热辊模式，且第一热辊201的设置温度为120～210℃，第二热辊301的设置温度为95～160℃，可以将纺丝100得到具有粗细竹节、取向结晶结构不匀、染色深浅不匀的FDY多彩竹节丝2000。

根据本发明的各种实施例，通过设置加热区和非加热区的温度、弧长，可对涤纶FDY多彩竹节丝特征参数包括竹节丝周期长度、周期内粗细节频率、粗细节长度排列规律和直径比等进行设定。

假设FDY纺丝牵伸倍数为K≈V₂/V₁，一般地，粗节部的牵伸倍数λ＝0.98～1.8，则细节部的牵伸倍数为：ω＝(K*L-λ*T)/S。

假设FDY多彩竹节丝的周期长度为P，周期内细节部长度之和：ε＝ε₁+ε₂+…+ε_n，周期内粗节部长度之和：η＝η₁+η₂+…+η_n，且：P＝ε+η；

则：P＝L×(V₂/V₁)＝π*Φ*(V₂/V₁)

一般地，K≈3.2，则P＝3.2*L＝3.2*Φ*π，即多彩竹节丝的周期长度P一般为热辊圆柱面周长的3.2倍左右。

周期内细节部长度之和：ε＝ε₁+ε₂+…+ε_n＝ω*S＝ω*(s₁+s₂+…+s_n)；

周期内粗节部长度之和：η＝η₁+η₂+…+η_n＝λ*T＝λ*(t₁+t₂+…+t_n)。

如图3和4所示，在具有离子镀导热陶瓷形成电热器的涂层的导热辊(第一热辊和/或第二热辊)的圆柱面上分布了多个凹槽321，与非加热区对应的丝段经拉伸后成为FDY多彩竹节丝的粗节(深染)部，与加热区对应的丝段经拉伸后成为FDY多彩竹节丝的细节(浅染)部。因此，周期内粗细节的频率与加热区和非加热区的个数相关。

FDY多彩竹节丝周期长度内各粗节部的长度：η_i＝λ*t_i(i＝1，2，…n)；

其中：λ为粗节部的牵伸倍数，一般地，λ＝0.98～1.8；

多彩竹节丝周期长度内各细节部的长度：ε_i＝ω*s_i(i＝1，2，…n)；

其中：ω为细节部的牵伸倍数，

则涤纶FDY多彩竹节丝的周期长度内的粗节部和细节部的排列规律为：

(K*L-λ*T)/S*s₁、η₁、(K*L-λ*T)/S*s₂、η₂、…(K*L-λ*T)/S*s_n、η_n。

假设由喷丝板吐出的纺丝1000经第二热辊拉伸后形成的FDY多彩竹节丝的细节部的直径为d_i，粗节部的直径为D_i，则周期长度内粗节部与细节部的直径之比由下式确定：

这样，周期长度内长丝单纤维取向与结晶度及染色深度的分布情况如下表1：

	双折射率Δn	结晶度(％)	染色深度
				竹节丝粗节	0.02～0.04	6～9	深
竹节丝丝条细节	0.09～0.12	20～40	浅

表1

实例1

图9是示出加热成型辊的加热区和非加热区的第一种分布情况的加热成型辊的圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图。假设该加热成型辊用作图1所示的第一热辊，用于生产具有周期长度的多彩竹节丝。

加热成型辊的直径为Φ＝220mm，周长为L＝691mm，使用离子镀工艺在加热成型辊表面镀厚度为0.2mm的导热陶瓷涂层。用超细喷砂工艺去除加热成型辊表面的导热涂层，以形成凹槽，多个凹槽形成非加热区。如图9所示，在圆柱表面形成的加热区的宽度分别为：

s₁＝100mm、s₂＝150mm、s₃＝80mm、s₄＝65mm，则：S＝s₁+s₂+s₃+s₄＝395mm；

非加热区的宽度分别为：

t₁＝70mm、t₂＝60mm、t₃＝40mm、t₄＝126mm，则：T＝t₁+t₂+t₃+t₄＝296mm。

将加热成型辊作为导向组件的第一热辊安装在涤纶FDY纺丝设备上，设置第一热辊、第二热辊的温度分别为160℃和120℃，实测与第一热辊陶瓷加热区s₁、s₂、s₃、s₄接触的纺丝在5秒内温度上升为120℃，与非加热区t₁、t₂、t₃、t₄接触的长丝在5秒内温度上升为50℃，将第一热辊的接触温度保持在120℃。由于第一热辊对高速卷绕的涤纶长丝进行了分段加热，并使与加热区s₁、s₂、s₃、s₄接触的纺丝进入了粘弹态，与非加热区t₁、t₂、t₃、t₄接触的纺丝仍保持凝固态。

设定纺丝螺杆吐出量为Q＝450(g/min)，喷丝板孔数为f＝24f，第一热辊201、第二热辊301和卷绕头400的转速分别为V₁≈960(m/min)、V₂(m/min)≈3600(m/min)、V₃≈3580(m/min)，则：

多彩竹节丝的周期长度内，FDY纺丝牵伸倍数K≈V₂/V₁＝3.75；

形成的多彩竹节丝2000的周期长度P＝L*K＝691*3.75＝2591.25mm；

周期长度内粗节部和细节部的频率在2591.25mm周期长度内，粗节部的个数为4，细节部的个数为4；

周期长度内粗节部和细节部的长度排列规律如下：粗节部经纺丝拉伸后长度为η_i＝λ*t_i，粗节部牵伸倍数λ＝1.6，则各粗节部长度为：η₁＝112mm、η₂＝96mm、η₃＝64mm、η₄＝201.6mm；周期长度内细节部经纺丝拉伸后长度为T_i＝ω*s_i，细节部的牵伸倍数ω＝(K*L-λ*T)/S＝5.365，则各细节部的长度为：ε₁＝536.5mm、ε₂＝804.78mm、ε₃＝429.21mm、ε₄＝348.73mm。

在此基础上，假设由喷丝板吐出的纺丝经第二热辊拉伸后形成的FDY多彩竹节丝的细节部的直径为d_i，粗节部的直径仍为D_i，则周期长度内粗节部与细节部的直径之比由下式确定：

这样，周期长度内长丝单纤维取向与结晶度及染色深度的分布情况如下表2：

	双折射率Δn	结晶度(％)	染色深度
				竹节丝粗节	0.025	7	深
竹节丝丝条细节	0.10	32	浅

表2

实例2

图10是示出加热成型辊的加热区和非加热区的第二种分布情况的加热成型辊的圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图。假设该加热成型辊用作图1所示的第一热辊，用于生产具有周期长度的等距和密集型竹节丝。

加热成型辊的周长为L＝720mm，使用离子镀工艺在加热成型辊表面镀厚度为0.2mm的导热陶瓷涂层。用超细喷砂工艺去除加热成型辊表面的导热涂层，以形成凹槽，多个凹槽形成非加热区。如图10所示，在圆柱表面形成的加热区的宽度分别为：

s₁＝40mm、s₂＝40mm、s₃＝40mm、s₄＝40mm，s₆＝40mm、s₇＝40mm、s₈＝40mm、s₉＝40mm，s₁₀＝40mm、s₁₁＝40mm、s₁₂＝40mm，

则：S＝s₁+s₂+s₃+s₄+s₅+s₆+s₇+s₈+s₉+s₁₀+s₁₁+s₁₂＝480mm；

非加热区的宽度分别为：

t₁＝20mm、t₂＝20mm、t₃＝20mm、t₄＝20mm，t₅＝20mm、t₆＝20mm、t₇＝20mm、t₈＝20mm，t₉＝20mm、t₁₀＝20mm、t₁₁＝20mm、t₁₂＝20mm，则：T＝t₁+t₂+t₃+t₄+t₅+t₆+t₇+t₈+t₉+t₁₀+t₁₁+t₁₂＝240mm；

将加热成型辊作为导向组件的第一热辊安装在涤纶FDY纺丝设备上，设置第一热辊、第二热辊的温度分别为180℃和120℃，实测与第一热辊陶瓷加热区s₁、s₂、s₃、s₄、s₅、s₆、s₇、s₈、s₉、s₁₀、s₁₁、s₁₂接触的纺丝在5秒内温度上升为130℃，与非加热区t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆、t₇、t₈、t₉、t₁₀、t₁₁、t₁₂接触的长丝在5秒内温度上升为45℃。由于第一热辊对高速卷绕的涤纶长丝进行了分段加热，并使与加热区s₁、s₂、s₃、s₄、s₅、s₆、s₇、s₈、s₉、s₁₀、s₁₁、s₁₂接触的纺丝进入了粘弹态，与非加热区t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆、t₇、t₈、t₉、t₁₀、t₁₁、t₁₂接触的纺丝仍保持凝固态。

设定纺丝螺杆吐出量为Q＝350(g/min)，喷丝板孔数为f＝48f，第一热辊201、第二热辊301和卷绕头400的转速分别为V₁≈1100(m/min)、V₂(m/min)≈3300(m/min)、V₃≈3280(m/min)，则：

多彩竹节丝的周期长度内，FDY纺丝牵伸倍数K≈V₂/V₁＝3，

形成的多彩竹节丝2000的周期长度P＝L*K＝720*3＝2160mm；

周期长度内粗节部和细节部的频率在2160mm周期长度内，粗节部的个数为12，细节部的个数为12；

周期长度内粗节部和细节部的长度排列规律如下：粗节部经纺丝拉伸后长度为η_i＝λ*t_i，粗节部牵伸倍数λ＝1.3，则各粗节部长度为：η₁＝η₂＝η₃＝η₄＝η₅＝η₆＝η₇＝η₈＝η₉＝η₁₀＝η₁₁＝η₁₂＝26mm；周期长度内细节部经纺丝拉伸后长度为T_i＝ω*s_i，细节部的牵伸倍数ω＝(K*L-λ*T)/S＝3.85，则各细节部的长度为：ε₁＝ε₂＝ε₃＝ε₄＝ε₅＝ε₆＝ε₇＝ε₈＝ε₉＝ε₁₀＝ε₁₁＝ε₁₂＝3.85*40＝154mm。

在此基础上，假设由喷丝板吐出的纺丝经第二热辊拉伸后形成的FDY多彩竹节丝的细节部的直径为d_i，粗节部的直径仍为D_i，则周期长度内粗节部与细节部的直径之比由下式确定：

这样，周期长度内长丝单纤维取向与结晶度及染色深度的分布情况如下表3：

	双折射率Δn	结晶度(％)	染色深度
				竹节丝粗节	0.020	8	深
竹节丝丝条细节	0.15	36	浅

表3

实例3

图11是示出加热成型辊的加热区和非加热区的第三种分布情况的加热成型辊的圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图。假设该加热成型辊用作图1所示的第一热辊，用于生产具有周期长度的以粗节为地、细节为斑的竹节丝。在该加热成型辊中，非加热区的弧长远大于用作加热区的导热陶瓷层的弧长。

加热成型辊的周长为L＝720mm，使用离子镀工艺在加热成型辊表面镀厚度为0.2mm的导热陶瓷涂层。为了形成以粗节为地、细节为斑的竹节丝，在加热成型辊的圆周表面的形成的非加热区的弧长几倍于加热陶瓷层的弧长。如图11所示，在圆柱表面形成的加热区的宽度分别为：

s₁＝30mm、s₂＝30mm、s₃＝30mm、s₄＝30mm、s₅＝30mm，则：S＝150mm；

用超细喷砂工艺去除加热成型辊表面的导热涂层，以形成凹槽，多个凹槽形成非加热区。非加热区的宽度分别为：

t₁＝114mm、t₂＝114mm、t₃＝114mm、t₄＝114mm、t₄＝114mm，则：T＝570mm；

将加热成型辊作为导向组件的第一热辊安装在涤纶FDY纺丝设备上，设置第一热辊、第二热辊的温度分别为180℃和120℃，实测与第一热辊陶瓷加热区s₁、s₂、s₃、s₄、s₅接触的纺丝在5秒内温度上升为130℃，与非加热区t₁、t₂、t₃、t₄、t₅接触的长丝在5秒内温度上升为45℃。由于第一热辊对高速卷绕的涤纶长丝进行了分段加热，并使与加热区s₁、s₂、s₃、s₄、s₅接触的纺丝进入了粘弹态，与非加热区t₁、t₂、t₃、t₄、t₅接触的纺丝仍保持凝固态。

设定纺丝螺杆吐出量为Q＝350(g/min)，喷丝板孔数为f＝48f，接触的纺丝仍保持凝固态V₁≈1500(m/min)、V₂(m/min)≈2780(m/min)、V₃≈2750(m/min)，则：

多彩竹节丝的周期长度内，FDY纺丝牵伸倍数K≈V₂/V₁＝1.853；

形成的多彩竹节丝2000的周期长度P＝L*K＝720*1.853＝1334.4mm；

周期长度内粗节部和细节部的频率在1334.4mm周期长度内，粗节部的个数为5，细节部的个数为5；

周期长度内粗节部和细节部的长度排列规律如下：粗节部经纺丝拉伸后长度为η_i＝λ*t_i，粗节部牵伸倍数λ＝1.4，则各粗节部长度为：η₁＝η₂＝η₃＝η₄＝η₅＝159.6mm；周期长度内细节部经纺丝拉伸后长度为T_i＝ω*s_i，细节部的牵伸倍数ω＝(K*L-λ*T)/S＝3.57，则各细节部的长度为：ε₁＝ε₂＝ε₃＝ε₄＝ε₅＝3.57*30＝107.23mm。

在此基础上，假设由喷丝板吐出的纺丝经第二热辊拉伸后形成的FDY多彩竹节丝的细节部的直径为d_i，粗节部的直径仍为D_i，则周期长度内粗节部与细节部的直径之比由下式确定：

这样，周期长度内长丝单纤维取向与结晶度及染色深度的分布情况如下表4：

	双折射率Δn	结晶度(％)	染色深度
				竹节丝粗节	0.025	10	深
竹节丝丝条细节	0.18	32	浅

表4

实例4

图12是示出加热成型辊的加热区和非加热区的第四种分布情况的加热成型辊的圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图。假设该加热成型辊用作图1所示的第一热辊，用于生产具有周期长度的以细节为地、粗节为斑的竹节丝。在该加热成型辊中，加热区的弧长远大于非加热区的弧长。

加热成型辊的周长为L＝720mm，使用离子镀工艺在加热成型辊表面镀厚度为0.2mm的导热陶瓷涂层。为了形成以粗节为地、细节为斑的竹节丝，在加热成型辊的圆周表面形成的加热区的弧长要几倍于非加热区的弧长。如图12所示，在圆柱表面形成的加热区的宽度分别为：

s₁＝114mm、s₂＝114mm、s₃＝114mm、s₄＝114mm、s₅＝114mm，则：S＝570mm；

用超细喷砂工艺去除加热成型辊表面的导热涂层，以形成凹槽，多个凹槽形成非加热区，非加热区的宽度分别为：

t₁＝30mm、t₂＝30mm、t₃＝30mm、t₄＝30mm、t₄＝30mm，则：T＝150mm；

将加热成型辊作为导向组件的第一热辊安装在涤纶FDY纺丝设备上，设置第一热辊、第二热辊的温度分别为180℃和120℃，实测与第一热辊陶瓷加热区s₁、s₂、s₃、s₄、s₅接触的纺丝在5秒内温度上升为130℃，与非加热区t₁、t₂、t₃、t₄、t₅长丝在5秒内接触温度为45℃。由于第一热辊对高速卷绕的涤纶长丝进行了分段加热，并使与加热区s₁、s₂、s₃、s₄、s₅接触的纺丝进入了粘弹态，与非加热区t₁、t₂、t₃、t₄、t₅接触的纺丝仍保持凝固态。

设定纺丝螺杆吐出量为Q＝350(g/min)，喷丝板孔数为f＝48f，第一热辊201、第二热辊301和卷绕头400的转速分别为V₁≈1200(m/min)、V₂(m/min)≈3000(m/min)、V₃≈2980(m/min)，则：

多彩竹节丝的周期长度内，FDY纺丝牵伸倍数K≈V₂/V₁＝2.5；

形成的多彩竹节丝2000的周期长度P＝L*K＝720*2.5＝1800mm；

周期长度内粗节部和细节部的频率在1800mm周期长度内，粗节部的个数为12，细节部的个数为12；

周期长度内粗节部和细节部的长度排列规律如下：粗节部经纺丝拉伸后长度为η_i＝λ*t_i，粗节部牵伸倍数λ＝1.2，则各粗节部长度为：η₁＝η₂＝η₃＝η₄＝η₅＝36mm；周期长度内细节部经纺丝拉伸后长度为T_i＝ω*s_i，细节部的牵伸倍数ω＝(K*L-λ*T)/S＝2.842，则各细节部的长度为：ε₁＝ε₂＝ε₃＝ε₄＝ε₅＝2.842*30＝85.26mm。

在此基础上，假设由喷丝板吐出的纺丝经第二热辊拉伸后形成的FDY多彩竹节丝的细节部的直径为d_i，粗节部的直径仍为D_i，则周期长度内粗节部与细节部的直径之比由下式确定：

这样，周期长度内长丝单纤维取向与结晶度及染色深度的分布情况如下表5：

	双折射率Δn	结晶度(％)	染色深度
				竹节丝粗节	0.025	8	深
竹节丝丝条细节	0.16	36	浅

表5

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合，从而在解决本发明的技术问题的基础上，实现更多种加热成型辊。

在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本发明亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。

Claims (18)

1.一种用于形成竹节丝的加热成型辊，包括：

筒形的主体部；

加热装置，设置在所述主体部上；以及

接触层，包覆在所述主体部的外部，以与被加工的纺丝接触，

其中，所述接触层上形成多个加热区和多个非加热区，所述加热区和非加热区沿所述加热成型辊的轴向方向延伸并在圆周方向上交替排列，与加热区接触的所述纺丝被加热成粘弹态，与非加热区接触的所述纺丝保持为凝固态，从而将所述纺丝拉伸成具有交替布置的多个粗节部和多个细节部的竹节丝，每个所述非加热区设有一条形成在所述接触层中并沿所述轴向方向延伸的凹槽，并且

所述凹槽中设有隔热垫，用以隔热并支撑所述纺丝。

2.如权利要求1所述的加热成型辊，其中，所述接触层的厚度为0.1mm～0.3mm。

3.如权利要求2所述的加热成型辊，其中，每个所述凹槽的深度为0.1mm～0.2mm。

4.如权利要求1所述的加热成型辊，其中，每个所述加热装置设置在所述接触层和所述主体部之间，并包括至少一个沿所述轴向方向延伸的电阻丝。

5.如权利要求1-4中的任一项所述的加热成型辊，其中，所述加热区的温度都相同或者彼此不同。

6.如权利要求1-4中的任一项所述的加热成型辊，其中，所述加热区和非加热区的个数都为4-15个。

7.如权利要求6所述的加热成型辊，其中，所述加热区的宽度都相同或者彼此不同。

8.如权利要求7所述的加热成型辊，其中，所述非加热区的宽度都相同或者彼此不同。

9.如权利要求1-4中的任一项所述的加热成型辊，所述加热装置被构造成将所述加热区的温度加热至90度～210度，而非加热区的温度不高于55度。

10.如权利要求1-4中的任一项所述的加热成型辊，其中，所述接触层由陶瓷材料制成。

11.如权利要求1-4中的任一项所述的加热成型辊，其中，所述接触层由包括氧化钛和氧化铝的混合材料制成。

12.如权利要求11所述的加热成型辊，其中，所述氧化铝占所述混合材料的重量的40％。

13.一种纺丝装置，包括：

喷丝装置，被构造成用于喷出待处理的纺丝；

导向组件，被构造成用于引导和拉伸所述纺丝，并包括第一热辊和第一分丝辊；

拉伸组件，设置在所述导向组件的下游，被构造成用于进一步拉伸所述纺丝并形成竹节丝，并包括第二热辊和第二分丝辊；以及

卷绕装置，被构造成用于对所述竹节丝进行卷绕，

其中，所述第一热辊和第二热辊中的至少一个为如权利要求1-12中的任一项所述的加热成型辊。

14.一种制造如权利要求1所述的加热成型辊的方法，包括如下步骤：

提供筒形的主体部；

在所述主体部的圆柱表面上形成粘结层；

在所述粘结层上形成具有导热性能的接触层；

部分地去除所述接触层，以在未去除接触层的部位形成多个加热区，在去除接触层的部位形成多个非加热区，所述加热区和非加热区沿所述主体部的轴向方向延伸并在圆周方向上交替排列；以及

在每个所述非加热区设置一条形成在所述接触层中并沿所述轴向方向延伸的凹槽，并在所述凹槽中设置隔热垫，用以隔热并支撑纺丝。

15.如权利要求14所述的方法，其中，在所述粘结层上形成接触层的步骤包括，在所述粘结层上喷涂包括氧化钛和氧化铝的混合材料以形成接触层。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述氧化铝占所述混合材料的重量的40％。

17.如权利要求14-16中的任一项所述的方法，还包括如下步骤：

在去除接触层的部位采用等离子喷涂工艺涂覆氧化铝材料，以形成隔热垫。

18.一种利用权利要求13所述的纺丝装置制作竹节丝的方法，包括：

利用喷丝装置喷出待处理的纺丝；

利用导向组件引导和拉伸所述纺丝；

利用拉伸组件进一步拉伸所述纺丝并形成竹节丝；以及

利用卷绕装置对所述竹节丝进行卷绕。