CN1099479C - 长丝纱的喷气变形方法和纱整理装置 - Google Patents

长丝纱的喷气变形方法和纱整理装置 Download PDF

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Abstract

新发明涉及一种喷气变形方面，是将一个加热的纱处理装置结合较高的压力和强化的变形，容许在800至1500米/分范围内极大提高喷气变形效率，并且高于上述速度也能保持良好质量。本发明是依据WO97/30200提供的一种变形喷嘴，尽最大可能达到马赫数大于2。此外，一个热处理装置建议安置在变形工序之前和/或之后。处理空气压力被提高到10至14巴。

Description

长丝纱的喷气变形方法和 纱整理装置
技术领域
本发明涉及长丝纱的一种喷气变形方法，使用一个带直通纱通道的喷气变形，其一端输入原丝，另一端输出变形纱；此时压缩空气在中间的加工区段输入到纱通道，并在一个逐渐扩大的加速通道内，此喷气流被加速到超音速以及最好在600米/分以上的高输送速度下生产卷曲变形纱，这里喷气变形的区段是由空气整理区段的开始端的输送装置1和其终端的输送装置2来界定。
本发明还涉及一个带有一个变形区段的纱整理装置，它由输送原丝的一个输送装置1，一个变形喷嘴以及位于变形喷嘴之后的一个输送装置2所组成，这里变形喷嘴有一个直通的纱通道，在其一端输入长丝纱，而另一端输出变形纱并在一个中间的区段将压缩空气输入到纱通道内和在一个扩大的加速通道中产生超音速的喷气流。
现有技术
本发明是出自于根据WO97/30200的一种喷气变形工艺。长丝纱的整理主要有两个任务：其一，这种工业生产的长丝应具有纺织品特征以及纺织加工特性。其二，这种长丝纱从最终产品的各项质量特征看，应进行后整理。这种工业化生产的长丝或用此长丝生产的纱和织物，一个很重要的目标是优化加工过程。这里，优化意味着保持和提高已规定的质量标准以及降低生产成本。众所周知，生产成本可以采取不同方式降低。最显而易见的方式是，提高已有的这台生产设备的运行速度。第二个可能性是在工艺的结合方面，即不是强制地单一提高运行速度，而是在高的纱运行速度同时确定所规定的各项质量标准。
纺织工业，特别是长丝生产工厂是属于最综合的工业部门之一；许多个独立的工业部门和行业参与了从原料到纺织成品的生产。这里没有一个部门是完全自主的，倒不如说是一条加工链，在此链条上，一个阶段中的一次流程改动，就能影响到后面阶段或至少先前的阶段。采用新工艺经常在产品质量性能方面产生变动后，用户是否接受或拒绝，一直悬而未决。在一些生产部门，特别是在长丝生产厂，卷曲变形纱是通过纺整理喷嘴的整理作为一个最重要的阶段。原丝结构改变成变形纱只是通过机械的空气力所致。这里产生的空气流达到超音速范围，正如前面提到的WO97/30200文中所述的那样。所有至今已公开的试验表明，应用此如喷入到喷嘴内的热空气，未能改变形效果。最简单的解释是，热空气会突然膨胀也同时会冷却。加热的压缩空气效应是在膨胀以及相应的冷却时完全抵消。
DE-OS 38 23 538介绍一种生产PBT-地毯纱的方法。这是一种填塞箱卷曲方法，它作为输送速度超过1800米/分的纺丝拉伸变形工艺内部的一个综合处理过程来实施。填塞卷曲工艺是依靠热作用使纱变形，这点与喷气变形工艺相反，后者通常只是用空气力使纱变形。
USP-PS 40 40 154介绍另一种应用热蒸汽的填塞卷曲的例子。填塞卷曲是一个圆柱形通道内产生。纱在无张力下离开通道。这点与原来的变形方法相反，后者使纱在喷嘴的出口处产生张力，作为变形质量的一个尺度。过去，变形工艺常常是按一般概念，而不是按专业概念来理解。
本发明的描述
本发明的任务是，使生产变形纱的加工过程优化。该方法的一个特别任务是，在质量不受到损失情况下，允许提高纱的输送速度。
根据本发明的方法，其特征在于，处于输送装置1和2之间的纱，是通过一个安置在前面的或后面的纱加热装置起到这种加热作用，即在输送装置1和2之间既产生机械的气流作用又产生热作用。
图2表示使用T311型喷嘴的现今技术水平的变形工艺图表，正如WO97/30200所述的那种。应予强调的是，喷嘴的两个主要参数，即从喷嘴纱通道的一个直径d出发，一个开孔区域Oe-Z1和一个冲击面直径DAs。与此相对的，右上方表示根据WO97/30200的理论，变形工艺提高了效率。这里很清楚地看出，Oe-Z2值和DAE要比喷嘴T311大一些。纱的开松是在加速通道之前，压缩空气入口P的区域内，即圆柱形区段中已开始。V0表示前开孔。V0的尺寸最好选择较大一些的d。图2主要是纱张力GSP(cN)曲线的比较，根据变形喷嘴T311，马赫＜2的曲线以及变形喷嘴S315，马赫＞2的曲线。曲线图中的纵座标表示纱张力(cN)。横坐标表示生产速度Pgeschw(米/分)。可以看出，T311的纱张力曲线是在生产速度500米/分以上时才迅速全面下降。大约在650米/分以上时变形工艺崩溃。与此相反，S315的曲线显示，纱张力不仅高许多，而且在生产速度400到700米/分范围内接近恒定，并在更高生产速度也是逐渐地下降。根据WO97/30200，提高马赫数，是产量提高进步的最主要“秘密”。令人惊奇的是，采取特别布置的加速通道，根本无法充分利用效率的提高。两点中心认识同样允许在不改变质量的同时再大大提高速度去开放另一扇大门，即增加以下的组合：
-提高压缩空气压力以及
-在变形区段之前和/或之后附加一个热处理器。
虽然在实际中不能够按严格分阶段的概念加以讨论，但相应的描述仍然很接近实际。假设生产速度按新的发明采用1200米/分，可归因于(热效应除外)提高压力到10-12巴能部分提高速度250米/分以及进一步提高压力12-14巴能再增加速度200米/分。根据至今的试验，进一步提高效率是完全可能的。前提是，必须将压力提高到8或9巴以上才能提高马赫数。这点首先是变形喷嘴要根据WO97/30200的理论进行布置才能有效。估计大致提高到1500米/分和更高的速度是可能的。根据到目前为止的试验，生产速度提升是完全可能；此外，观察已令人注意到，在使用马赫＜2的老喷嘴情况下，位于变形喷嘴之前和/或之后的热效应就起到提高效率作用。新发明表明，提高压力、马赫数、纱输送速度和热作用所存在的前因后果。在纱变形之前利用热效应降低单根长丝的硬挺性。长丝在热状态下以很少能量就很易弯曲，这就是其主要原因。在纱变形之后利用热效应，使纱变形时的结构变动全部完成。对这种热处理极其高的效果可能作出的解释是，在同时提高纱通行速度下，可能冷却的片刻时间似乎可折半。因此热效应可以产生得更强些。有关特别优选的方案，可参看专利权利要求第2至6项。
此外，本发明涉及一种整理装置，其特征是，一个纱加热装置安置在两个输送装置之间，变形喷嘴之后，输送装置2之前，和/或变形喷嘴之前，输送装置1之后。关于特别有优点的纱整理装置可参看权利要求第8到10项。本发明还涉及在一个喷嘴之前和/或之后的热处理装置的应用，该喷嘴内的加速通道的马赫数＞2。
发明的简要说明
下面就所附的多个实施图例，对发明的各个细节进行说明。
图1新变形工艺流程一览图；
图2马赫＞2的一个变形喷嘴，同一个马赫＜2的变形喷嘴的对比；
图3a至图3e有关变形工艺的现有技术；
图4根据本发明的一个变形工艺区段；
图5a至5d应用热处理装置的不同变型；
图6是不同的布置思想组合所能达到的梯级。
本发明的方法和实施
现按顺序以图1来说，它表示新变形工艺程序的一个概要。从上到下展示了前进地分隔开的程序阶段。原丝100由上经过第一输送装置LW1按规定的输送速度V1输入到一个变形喷嘴101并通过纱通道104。经过高压缩的、首选未经加热的空气，通过与压缩空气源P1相连接的压缩空气通道103，与纱的运行方向成α角喷射入纱通道104内。纱通道104接着按锥形作这样的开放，即在锥形区段102内，出现一般超音的强加速气流，最好马赫数大于2。正如前面提到的WO97/30200所详述的那样，冲击波产生变形作用。从喷气孔105进入纱通道104的第一区段，直到锥形扩张孔102的第一区段，是用于原丝的开松，使每根丝处于超音气流中。视所提供的压缩空气压力(9…12至14巴和更高)，变形作用可以产生在锥形部件102之内或产生于出口区域。马赫数和变形工艺之间形成一直接的比例性。马赫数愈高，则冲击效应愈强，变形作用也加强。有关生产速度方面，得出以下两个重要参数：
·所要求的质量标准以及
·在进一步提高输送速度下，能导致变形工艺崩溃的抖动。
本文中的缩写词含意：
Th.vor.：热预处理，可能使用纱加热器或热蒸汽。
G.mech：利用压缩空气流(超音气流)的机械作用的纱处理。
Th.Nach：用热蒸汽(可能用热能或热空气)的热后处理。
D：蒸汽。PL：压缩空气。
生产速度能在附加热处理装置条件下提高到1500米/分，不产生抖动和变形工艺崩溃，这个极限已通过现有的试验设备得到。最好的变形纱质量能在速度不超过800米/分时达到。令人惊奇的是，即使上述规律性(较高马赫数＝较强的冲击＝强化变化)在所有的试验均被确认，发明者仍发现了一个或两个完全新的质量参数。其一是在于变形工艺连接于热处理之前和/或之后，其二是在于通过提高空气压力来提高马赫数，以及加速通道相适应的结构。
a)热后处理或松驰
专家根据从变形喷嘴出来的纱张力作为评定变形工艺的一个主要质量依据，该依据也被承认为变形强度的一个度量。纱张力出现在变形喷嘴(TD)和输送装置LW2之间的变形纱。在变形喷嘴(TD)和输送装置LW2之间的区域内，处于张力下的纱进行着热处理。此时纱被加热到约180℃。首次试验，不论使用热棒或加热辊，或使用热板(无接触)都取得了成功；从纱输送速度上看，质量极限能强有力地增大，取得惊奇的结果。目前推测，热处理对变形纱起到定形作用，并同时起到收缩作用，因而变形工艺得到支持。
b)热前处理
更令人惊奇的是，热前处理同时对变形过程起到积极效果。这里，处于喷气入口到纱通道的区段和锥形扩张的第一部分区段中，纱收缩和纱形松之间的组合效应，可能是在超音速范围内取得成效的原因。通过纱加热降低纱的硬挺性，从而改善变形过程中形成卷曲的前提。对此，试验不论是使用热棒或热板作为热源都取得成功。也许，纱经过热前处理有助于防止变形喷嘴中空气膨胀所产生的冷却负作用，因此经过预热的纱起到改善变形的作用。在很高的纱速输送下，纱中的一部分热量一直保持到卷曲形成的区域。
如果藉助一种加工介质，如热空气，热蒸汽或另一种热气体使效应达到最大，其首选方式是，局部分别地，在运行纱上短暂地或直接顺序地实施附加的热工艺步骤。工艺介入在这种方式下不是弧立的，而是综合到两个输送装置之间的一个作用联合体。这点表明，纱只是保持在起始端和终端，其中间则产生机械气流作用和热作用。热处理是施加到尚处于压缩空气所产生之机械张力下的纱上。
图2展示了有关纱张力(GSP)与生产速度方面的概况。在图的左下部，表示使用喷嘴T311的结果，这里纱是用喷嘴T311+Th经过热处理。虚线表示的纱是使用喷嘴T311+Th只是探索性试验结果。在图的上半部分，是使用带加速通道，马赫＞2的喷嘴S315。变形用的基础空气压力来记录到两根曲线上。虚线画的曲线S315+Th，主要表示热效应的大影响。由于有一系列的纱质量及纱纤度，因此还不可能精确测定出其相应的关系。根据纺织技术经验，这点在实质的生产使用上是可能的。从图2还可看出，通过不同的组合所达到的提高效率的等级。作为对比材料，应用了聚酰胺丝PA 78f51，芯纱10％，花式纱30％以及空气压力9巴。
图3a至3e表示现今技术水平的典型方法，带有相应的众所周知的符号标志。其中图3d复述了变形纱的一些例子；图3e表示一个传统的变形喷嘴。图3a表示大家知道的FOY纱单独加工和平行加工的示意图。图3b表示FOY纱和POY纱的平行加工流程。图3c表示POY纱与芯纱和花式纱的加工。图中所显示的喷嘴是一个T311型喷嘴。
图4是根据图3采用新发明的变形工艺示意图。它与图1中所示不同之处是，热处理中使用所谓的热板(H.P1ate)，即无接触加热通道，如图3b和3c所示的这种。根据图1，整个空气整理区段在图4中用LvSt标志。图4表示出热预处理器120和热后处理器121以及一些最主要的工艺数据，例如空气压力、温度和纱的速度。H.P1ate表示热板，H.Pin表示热棒。在变形喷嘴101之前还设置了一个Hema Jet123纱加湿装置。纱经过空气整理阶段之后，通常只有很小百分率(1-2％)处于拉伸过程。紧接着纱再进入另一个加热器122。这里加热器也可以是一个蒸汽箱。假若在一个位置上是用热蒸汽作为热处理，从经济原因考虑，建议其它的位置也同样设计使用热蒸汽。图4上的表格，列举了纱在所标志的各个输送装置(W)上的运行速度。
图5a至5d表示应用所谓的加热器，被驱动的热处理辊及其一些重要应用可能性。辊的温度数据，不论是否加热位置都予以标明。大致上，在全部图示上，既可以使用热板，也可以使用根据本发明的直通蒸汽箱。
图6很粗略地图示速度提高的范围。这里表示出每种相同变形质量情况下，所可能的生产速度提高。绘示的许多方块图，表示从下向上的变形工艺的不同组合。在图的上半部分，它根据图1，4和5所采取的工艺配置，表示所达到的效率提高，或生产速度提高以及保持预先所规定的纱质量。
方块500表示按图3e使用一个变形喷嘴T311的现有技术，空气压力9巴，生产速度500米/分。
方块150表示使用S315型变形喷嘴。试验表明，附加热处理过程，方块图150即使应用喷嘴T311，也是可以达到S315的水平，见图中虚线所示。
方块100表示附加了一个热定形器。
方块250表示附加了一个热后处理器(图5a)，空气压力为10-12巴，并使用热板C/E/ATY；SET。
方块200表示附加了一个热前处理器(图5d)，空气压力为12-14巴，使用热板C/E/ATY；SET。
依据方块250和200的效率提高，只有使用根据WO97/30200的一种变形喷嘴能保持质量稳定，亦即加速通道中的马赫＞2才能实现。方块250是以较高压力和一个热处理器为前提。方块200是以所有建议的措施为前提。必要时，方块150也能在使用T311喷嘴和一个热处理器情况下达到。
本发明还涉及在此变形喷嘴之前和/或之后至少应用一个或两个热处理器，该喷嘴加速通道内的马赫数＞2。

Claims (10)

1.长丝纱(100)的喷气变形方法，配备有一个带直通纱通道(104)的喷气变形喷嘴(101)，其一端输入原丝(100)，另一端输出变形纱(106)，而压缩空气(PL)是从喷嘴中间的一个区段进入纱通道(104)并在一逐渐扩大的加速通道(102)内，此喷气流被加速到超音速，卷曲纱(106)是在高的输送速度下，优选600米/分以上速度生产，这里喷气变形区段(LVST)是由喷气变形区段(LVST)的开始端的输送装置LW1和终端的输送装置LW2来界定，其特征在于，位于输送装置LW1和输送装置LW2之间的长丝纱是受到一个安置在喷嘴之前和/或之后的纱加热装置(120，121)这样的加热，即在输送装置LW1和输送装置LW2之间既产生机械的喷气作用又产生热的作用。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，压缩空气(PL)采用8巴以上喂入压力，首选10-14巴或更高的压力输送到纱通道内以及喷气流被加速到马赫＞2的超音速。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，原丝直接在变形之后和/或变形之前加热到90℃以上。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，在变形工序之前和/或之后的加热是采用“热板”或“热棒”方式。
5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，充分利用一种热的、气态状的介质，首选热蒸汽的热效应用于纱的热处理，其中纱的热整理是在一个带有密闭的直通蒸汽箱(41)的处理元件(101)中进行，蒸汽箱最好选择大横截面的蒸汽输入通道。
6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，变形工艺的纱输送速度是800至1500米/分或者更高些。
7.带有一个变形区段(LVST)的纱整理装置，是由输入原丝(100)的输送装置LW1和一个变形喷嘴(101)以及位于变形喷嘴(101)之后的输送装置LW2组成，其中变形喷嘴(101)有一个直通纱通道(104)，其一端输入原丝(100)，另一端输出变形纱(106)，压缩空气(PL)是由喷嘴的一个中间区段输入到纱通道，以及一股喷气流在逐渐扩大的加速通道(102)中可产生超音速，其特征在于，一个纱加热装置(120，121)可安置在两个输送装置之间，即位于变形喷嘴(101)之后，输送装置LW2之前，和/或变形喷嘴(101)之前，输送装置LW1之后。
8.根据权利要求7的纱整理装置，其特征在于，它具有用于热处理的一个加热板或加热棒或一个处理元件(41)，配有一个直通蒸汽箱，其一端为纱进入孔/另一端为纱输出孔，使纱自由通行，以及有一个最好选择大横截面的蒸汽输入通道。
9.根据权利要求8的纱整理装置，其特征在于，处理元件(41)和/或直通蒸汽箱设计成两个部分，最好设计成封闭的喷嘴形式；直通蒸汽箱也设计为两个部件，大体相同于对称的两半个喷嘴部件。
10.根据权利要求7-9中之一项的纱整理装置，其特征在于，热处理装置在一个变形喷嘴(101)之前和/或之后的应用以加速通道(102)内的马赫数＞2完成。
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