CN1105196C - 由热塑聚合物生产高纤度均匀性的微长丝纱的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用具有较大孔密度的喷丝头和中心冷却单元的纺丝工艺在高速度下、利用合成聚合物制造具有高均匀纤度、高染料吸收性和改善物理纱的性能的微长丝纱的装置和方法。

Description

由热塑聚合物生产高纤度均匀性 的微长丝纱的装置和方法
本发明涉及用于利用热塑聚合物生产具有高纤度均匀性的微长丝纱的装置和方法，这种微长丝还可以作为纺织原料进一步加工。
一般地，利用熔融纺丝法生产长丝和长丝纱。
随着一般来自一挤出机或直接来自缩聚设备的一熔融流，聚合物藉由旋转泵而送入各个旋转喷丝头。当熔融物以细长丝形式退出喷丝头的毛细管孔之后，藉由冷却媒质冷却，随后利用纺丝前处理和卷绕而集聚或束成束。在最初开发熔融纺丝法时，纺成的长丝不采用专门的冷却装置处理，而仅通过在被卷绕的路径上其本身在空气媒质中的垂直运动冷却。
自五十年代中期以来，开始采用自动冷却系统，主要是利用横流空气扩散作用来降低机器的高度并增加容量。
在生产聚合长丝的所有工艺中使长丝冷却是非常重要的一个工序。这会影响到质量均匀性、染料吸收的质量以及纺织性能、如强度和伸张度。
过去的十年，纺丝技术已开发利用线性密度低于1dtex/长丝的称为微长丝的、具有更细纤度的单根长丝来生产长丝纱。
通常用于进一步生产总纤度为84dtex或分别为167dtex的纺织物的长丝纱不再由36或分别由72根长丝构成，而是如现有技术的近似100至200单根长丝。
由这许多种微长丝制成的产品具有特殊的性能，是受消费者欢迎的。
为了在熔融纺丝之后冷却长丝或线，根据现有技术可采用一种通常称为横流空气扩散的方法。然而，由于产品均匀性的原因，当纱具有大量的长丝时必须采用大直径的喷丝头，并且当喷丝头上的孔密度超过约8孔/cm2时不能采用这些方法进行长丝冷却。
然而，大直径喷丝头给生产设备的空间要求带来不利的影响，并且由于喷丝头表面上的温度不均匀地增加以及聚合熔融物在喷嘴容器中停留时间增加，而使产品质量受到不利影响。
目前比较适用于纺丝多毛细管产品的装置例如有DE36 29 731 A1，DE19653 451 C1或WO 92/15732 A1。
在这些装置中，长丝在退出喷丝头之后由一中心空气扩散系统冷却。为此，长丝从一喷丝头旋出，该喷丝头的毛细管口或孔布置成一个或多个同心圆，最好是同心圆。最小圆的直径必须足以安装冷却装置，即纺丝装置下方中心的所谓空气流筒。此空气流筒由一管状的多孔的气体可渗透空心体构成，空气从管一端输入，相对的管端是封闭的。冷却空气流从多孔筒辐射状向外流，并以此方式冷却长丝，这些长丝是同心地围绕它的。在经过空气扩散区之后，长丝擦过用于纺丝准备的环。其后，它们在空气流筒下方结合成一股。以此方式纺出的长丝适用于生产人造纤维。
用于利用大量大毛细管纤度为1dtex/长丝以上的单根长丝生产具有低缩水率和大模数的工业纱的中心空气扩散工艺由德国专利DE196 53 451 C1中保护。
在美国专利3,969,462中描述了采用中心冷却单元制造具有低纤度的工业聚酯纱，该冷却单元近似长15至60厘米，其中没有空气扩散，但可从外部加热以提高纱的乌斯特均匀性。
在DE38 22 571 A1中描述了一种中心空气扩散装置，具有一在在喷丝头空气流筒之间的环状冲模槽筛网以防止纺丝时干扰。并且在实际使用中，如果没有此结构，将由于长丝折断而频繁地干扰操作，并且长丝的质量均匀性与横流空气扩散相比是不能令人满意的。
虽然，现有技术的装置本身已经证明具有高生产率，如生产工业用人造纤维和人造纱时所必需的那样，但它们在生产未切断微长丝少时仍是不够的。其中每个喷嘴的输出量是相当少的。下文中将更详细地描述生产微长丝纱时所存在的缺陷。
对于本技术领域中的普通技术人员而言，纺织用于纺织纱的微长丝决不是一个无关紧要任务。从现有技术可知，与这些产品有关的危害是在喷丝头冷却时由于低熔融输出而产生的，由于此、纺丝缺陷增加，如Th.Tekaat在“Chemiefasern/Textilindustrie”(化学纤维/纺织工业)42/94，第879页所述。
所以，现有装置仅用纤度明显地在1dtex/长丝以上的在大纤度，或者用于每块喷丝头上具有大量孔数的纤维纺丝方法中。在DE 37 08 168 C2中，例如其中提及了在每块喷丝头上有700个以上的孔。在纤维纺丝方法中，由于所需的熔融输出量大，喷丝头由熔融物质充分加热。
为了克服微长丝生产中喷丝头冷却所存在的问题，本技术领域中的普通技术人员采用较高旋转或相应的熔融温度，特别是在横流空气扩散情况下。然而，较高的温度反过来又对工艺的可靠性影响很大，或者相应的中断频率增加，这是由于在熔融输送系统中、所谓的“旋转梁”和喷嘴容器中的聚合熔融物的热分解增加以及喷丝头表面上的杂质增加。
在未公开的德国专利文件DE197 16 394.7-26中描述了一种用于使纺制长丝被动冷却的装置，该装置仅可用于最多孔数为300的喷丝头，其直径最高达110mm，孔密度仅在10孔/cm2左右。
最大为25孔/cm2的孔密度由EP 0 646 198 B1中的圆形孔结构的喷丝头实现。
因此，现有技术已知的孔密度上限仍低于30孔/cm2。如果不损失质量和增加纺丝缺陷，是不能获得更大的孔密度的。
所以现有技术的装置和方法不能实现该目的。
所以本发明是基于以下目的而设计的，具体地，是与利用一种合适的装置冷却与由热塑性聚合制成的单个毛细管纤度少于1dtex/长丝微长丝有关的方法步骤，即可减少纺丝干扰数量，并且所产出的微长丝纱具有改进的纺织机械性能和更均匀的染料吸收性，如果可能，还应减少设备和产品的成本。
此目的是通过根据权利要求1所述的利用热塑合成物生产总纤度最大为500dtex、较佳的每个长丝纤度最大为1dtex、最好为0.8dtex的微长丝纱的装置实现的，以及通过根据权利要求24所述的利用本发明的装置生产这些微长丝纱的方法实现的，以及如权利要求37所述的在此方式下所生产的微长丝纱实现的。
已经令人惊讶地示出，可以在本发明的装置中获得更高的孔密度，它含有适当的主动中心冷却单元，用于生产最大达500dtex、较佳地为250dtex、以及每根长毛细管纤度小于1dtex/长丝、较佳地0.8dtex/长丝的微长丝纱。而且还令人意外地表现为当长丝在其退出喷丝头时可直接冷却，从而可更可靠地获得大孔密度。
所以，DE 38 22 571 A1所述的环形模槽筛已经表明不足以生产微长丝。而且也不足以象D有195 44 662 A1所要求的那样仅在喷嘴附近的一个狭窄的槽形段中冷却长丝。
为了实现所需的目的，必须开发中心冷却单元的冷却功能，其定位和形状必须新开发。
对于本发明的装置功能重要的还有，长丝固化发生在与装置的纱导向件首次接触之前，并且空气扩散速度的分布应在横截面上尽可能恒定。
而且，必须保证喷丝头上温度曲线尽可能均匀，即必须采取防止喷丝头不均匀冷却的步骤。根据本发明的具有一体式冷却单元的装置可保证在与横流空气扩散相比具有特别高的孔数的喷丝头的情况下长丝可非常均匀地冷却。
由于所有长丝是以管状套的方式包封所谓空气流筒的，所以辐射状引入的冷却空气将以双锥体形式使此套变宽以便逸出。长丝套的变宽还可使其在空气垫上时单个长丝位置稳定，并且可防止由于单个长丝之间的横向距离增加引起的相互接触。因此，与现有技术相比，可以明显地减少喷丝头上两个毛细管孔之间的横向距离。
这还可以使每个孔圆上有更多的毛细管孔或喷嘴口，因为这一点，与横向流空气垫相比，可相当明显地减少孔排的数量。减少空气流过的孔排数量可使产品差异减小。
因而，与横流空气扩散相反，本发明的装置中，由于更均匀的冷却，所以单根长丝之间的质量差别非常小。这些非常小的差别对物理纺织性能的良好CV值有决定性影响。
根据本发明的装置可实现所需的目的，具体地，其中有一喷丝头，其直径如现有技术一样达110毫米并且有600毛细管孔，而在有效出口表面(孔排)上有非常高的孔密度、多达40孔/厘米2，并与一主动冷却单元结合，该冷却单元在直接位于一距离S处的喷嘴下方开始冷却退出的长丝并且在一空气垫上继续，该空气垫由在整个有效冷却长度上以一均匀的速度排出的空气流形成，冷却直至固化和施加油剂时结束。
如果不进行冷却，长丝会以不加控制的方式摆动，这会明显地减少均匀性的乌斯特值。图1至13用于解释本发明的实施例，其中局部地沿纵向和横截面示出。
图1a、b示出了装置和方法的示意总体图；
图2a示出了一个插入装置的冲孔结构；
图2b示出了一插入装置的鳞状结构；
图3示出了具有下垂形长丝导向件的装置；
图4a、b示出了藉由多个油剂施加器进行油剂施加；
图5a示出了具有环形间隙的位置长丝导向件；
图5b示出了喇叭状长丝导向件；
图6a、b示出了不带长丝导向件的装置；
图7示出了具有两个单独的长丝束的方法；
图8示出了呈双锥体形的套以作为冷却单元；
图9a示出了作为一冷却单元的弹性波纹管；
图9b示出了插件形式的冷却单元；
图10a、b示出具有一上管件和下管件的冷却单元；
图11示出了冷却单元可转入的纺丝设备；
图12示出了冷却单元可转出的纺丝设备(维护位置)；
图13是冷却单元的横向图，示意地示出了运动状态。
在图1a和1b中示意地示出了本发明的装置，具有：用于将聚合熔融物输送到旋转模支管3中的喷丝头2上的熔融物管路1，长丝4退出喷丝头2的毛细管孔，长丝沿着冷却单元5移动以便固化，(在插入状态下)冷却单元位于喷丝头2下方中心距离S处，其中LK是冷却单元5的有效冷却长度，定位长丝导向件6、与空气输送管路成一体(未示)的插入装置7的臂以及卷绕单元8。
冷却单元5相对模具是中心对称固定的，即通过在喷丝头2下方最大35毫米距离的S处定中心。此距离可通过纤度函数而变化。
插入部在距离S处的几何延伸段中的空间是隔热的或者具有辅助加热和冷却元件以避免喷丝头2出口侧上的整个横截表面上以及喷丝头2和冷却单元5之间的温度差。
隔热件不仅可将喷丝头表面的温度最大程度地保持恒定，而且同时可将其保持比退出熔融物的温度低5至10℃。
这种隔热件最好由具有低导热率的材料实现。
在较佳实施例中，隔热件与喷丝头5成一体的。
在较佳实施变化模式中，喷丝头2中的毛细管孔的环状或圆形结构是中断的或分成多组以使长丝4藉由单个长丝导向件单独地结合成单元物长丝束，或者在冷却单元5的插入装置7上方保持没有长丝4的区域。
主动冷却单元5由一套式的透气纺织材料制成(如图8所示)，在退出的冷却空气的压力作用下，或者一侧有空气输入的冲孔管件压力作用下在双锥体中的变宽，而喷丝头另一侧上的端部是封闭的。
在其它的较佳实施方案中，冷却单元各自由一对着喷丝头2沿插入装置方向直向上的管件，以及在长丝路径上直向下的管件(图10a、b)。
在另一特殊的实施例中，下管件设计成进入锥体中朝向底部的一点上。冷却单元5的长度和直径可以改变并且以此方式与纺丝状态相符，特别是放置速度和长丝的纺制纤度。
较佳的直径在10至106毫米范围中，最好是在1至40毫米中，而小于喷丝头2中的环形毛细管孔的内圆。长度、特别是有效冷却长度LK由冲孔部的长度确定，并且有选择地藉由辅助非冲孔或不同的冲孔中间环确定。其较好在50至1000毫米范围中。
在特殊变化中，冷却单元5可采用弹性波纹管或插件形式以改变LK(见图9a、b)
在其它实施例中，冷却单元5的冲孔由孔的尺寸和形状、孔之间的距离、孔深或对应的单元壁厚和方向以及在单元长度上这些参数的不同应用而采用，用于调整吹入的空气，在15至200℃之间予热，或者较佳地低于纺制的聚合物的TG约18至10℃，并且其退出速度也是可控制的。
在装置的特殊变化中，吹入空气仅在其从冷却单元5中退出之前予热。这可在不同温度下均匀地发生或不同区域地发生。
在其它实施例中，在冷却单元5内部以安装位移体以调整吹入空气的速度，较佳地在0.05至0.7米/秒之间，或者安装用于在冷却单元5的局部区域中采用不同温度吹入空气的装置。
冷却单元5可由一插入装置7的臂水平或垂直地定位在喷丝头2下，或者在一较佳实施例中，定位在一垂直的圆形转动轨道13上，或者可单独地完全转出长丝路径。
转入和转出可机械、气动或电动地控制，并且较佳地与一长丝监测器结合。
在特别有利的装置中，冷却单元的转出是由其自重或一弹簧力而实现的。已与冷却单元5所用的空气输送管路成一体的插入件7的臂较佳地具有一狭窄、较佳地为矩形或椭圆形横截面。
在一具体的实施例中，其表面设计成具有呈菱形或鱼鳞状的减少摩擦对角结构或痕迹(图2b)，这可在空气中产生伴随长丝的气垫，从而可防止长丝与插入装置7的大范围直接接触。
在另一个实施例中，臂设有呈圆形或狭长切口形的空气出口(图2a)，这可产生一长丝偏移空气流以保护装置不碰撞和粘结长丝。
开口最好均匀地设置在一封闭的格子中，由于空气对流的原因，仅在临界点处，例如与长丝接触的部位必须避免。
当然，由结构和冲孔混合以及不同结构与冲孔几何形状混合所构成的实施例也是合适的，还有冷却单元的保持件也冲孔都是合适的。
在另一种变化形式中，插入装置7的臂通过一特殊形状的、例如液滴形的长丝导向件(图3中的9)而不与长丝接触，在其处所有长丝的接触在可能最小的精确确定的表面处几乎是相同的。
具有足够大直径的环形定位长丝导向件6和10(图4)的结构对于防止长丝4在冷却路径上的自身运动的不必要摆动是有利的。
长丝导向件可设计成一干燥长丝导向件或一个用于实施预加工的元件。碰触长丝的干燥长丝导向件的环10由耐磨损材料制成，例如陶瓷氧化铝，或者在金属基材上涂有耐磨损材料的类似表面。
在图5a中示出了环形定位长丝导向件10的另一种实施例。在此情况下，气流引过环形间隙，由此单根长丝4在整个环形空间上的一个气垫上流动，并且可最大限度地防止定位长丝导向件6和长丝4之间的直接接触。
在另一种实施例中，定位长丝导向件6由如图5b所示的锥体构成，其向着底部变宽成一漏斗形或喇叭形。由长丝4所附带的空气在此锥体中加速并且对着长丝4流动。由此偏移拖曳空气而形成一气垫，可最大程度地防止长丝4和长丝导向件之间的直接接触。长丝导向件的直径最好根据等式“I”确定。
Dpf＝定位长丝导向件的直径(毫米)，DL＝毛细管孔的孔圆直径(毫米)，Ddp＝喷丝头的直径(毫米)。 - Ddp 4.75 ≤ K ≤ Ddp 4.75
与油剂施加装置相同的方式，它们都是高度可调节的，并且在冷却单元5的主动端前部至少1至40毫米可固定在位。
在该装置的另一种较佳实施例中，空气剥离平面可靠近油剂施加器前方设置(从长丝移动方向来看)，这可确保不受干扰，所以可均匀地施加油剂。
在如图4所示的结合长丝和油剂施加器的实施例中，设有一个或多个高度可调节的油剂施加器11，它们在长丝移动方向上一个接一个地布置，并且藉由一泵输送均匀量的纺丝油剂。
在一些喷涂油剂的实施例中，在中心中喷涂喷丝头以便从内向外操作以及在外侧向内部喷涂都是较佳的。
在根据本发明的一个实施例装置中，为每个长丝束都设置了长丝监测器，其可记录长丝的折断情况并且自动且及时地释放一毛撮，这样冷却单元可移出长丝路径，较佳地是通过自重，因而可防止空气流筒沾污或损坏。
本发明还包括利用本发明的装置采用最大为500dtex、并且单独长丝纤度最大1dtex的具有大纤度均匀性的热塑性聚合物生产微长丝纱的方法，包括以下步骤：
●在纺丝速度为2000至7000米/分钟之间熔融纺制总纤度在22至500dtex之间的长丝，
●藉由冷却单元利用予热空气均匀且位置稳定地冷却长丝，
●有选择地将单个导向件中的长丝分成一束或几束长丝，
●对长丝束施以油剂，
●以2000至7000米/分钟的速度卷绕各长丝束，
其中，距离S由等式的函数确定：
Figure C9910671000133
S＝喷丝头和冷却单元之间的距离(毫米)
TEK＝单个毛细管的纤度(dtex)
RL＝在最大为35毫米的喷丝头上一个接一个的孔排数量，其中与熔融物的温度相比，喷丝头表面可经历均匀冷却达至10℃，长丝束的固化点由纤度函数设定，并且在冷却单元的有效冷却长度LK端部上方纺丝速度为1至40毫米。
在此方法中较佳的各个长丝纤度在0.1至1dtex之间，较佳地在0.3至0.8dtex之间，较佳地纱的总纤度为最大的250dtex。
通过确定中心的冷却单元而进行纺制长丝的冷却在喷丝头下方距离S处开始，其最大为35毫米，较佳地在5至10毫米之间。在此情况下，当距离S相对周围环境是隔热时是最佳的。此距离S可在该方法的较佳变化形式下加热或冷却。
当喷丝头末端与纺丝梁不齐平时，例如当喷嘴伸入纺丝梁R距离时，图1所示的装置插入的距离超过所需的距离S。
为了适应多种长丝纤度，冷却单元离开喷丝头2的距离S设定在0.2至35毫米之间，较佳地在1至10毫米之间，其中采用以下关系：
S＝喷丝头的距离(毫米)
TEK＝各毛细管的纤度(dtex)
RL＝在喷丝头上一个接一个的孔排数量。
在聚合物的纺制过程中，当单体或低聚物沉淀物沉淀在喷丝头区域中时，具有被加热空间的方法是尤其有利的。
可减少冷却单元末端沉淀物干涉聚集的加热器可以一有利方式增加纺丝的可靠性。
在离开冷却单元中心的毛细管孔最内孔圆直径距离处测量吹入空气的较佳速度为0.05至0.7米/秒之间，较佳地在0.1至0.5米/秒之间，并且与长丝的纺制速度相符。在此关系中，吹入空气沿冷却单元5的适当速度曲线是特别重要的。
在一种较佳的方式中这可通过在冷却单元内部采用位移体控制，其中防止涡流的形成是必要的。
在另一种变型中，具体的冲孔形式和分布在冷却单元的有效冷却长度上随纤度函数变化。
吹入路径的有效冷却长度LK至少为50毫米，最大为1000毫米，较佳地为100至500毫米。
吹入空气较佳地在在15至200℃之间予热，在一种较佳的方法中是在室温至45℃之间。在另一种变型中，其予热至纺制聚合物TG以下最大30至10℃。
该方法另一种变型中，吹入空气仅在所谓的空气流筒的上退出区予热，较佳地在有效冷却长度LK上1/3至2/3处。
根据本发明的装置的冷却单元5的直径必须是喷嘴几何形状的函数。用于微长丝纱的通常直径在70至110毫米范围中。
设置冷却单元5离开喷丝头2中的毛细管孔最内圆的距离，半径差最小为1毫米至最大的40毫米，但较佳地在最小2毫米至最大的30毫米之间。因而，最小10毫米至最大106毫米的较佳范围可形成本发明装置中冷却单元的直径。最多约60毫米的直径是最佳的。
另一种方法采用一由套形耐热和透气纺织材料制成的冷却单元，其由其内部的气体过压吹胀并且形状为双锥体形，而可配合于长丝路径上(图8)。在有效冷却长度LK距离上的长丝极佳的均匀度可通过离开长丝束的特别短距离获得。有效冷却长度由该方法的最大纤度确定。重要的是，冷却的长丝束的固化点位于与装置最初接触之前。
此点较佳地固定在至少1毫米处，但较佳地在长度LK端部前至少40毫米处。不同产品制造和纱张力的最优化在本发明的方法中可藉由长度LK的变化而确定。
以此方式可进行冷却单元与各种喷嘴几何形状、纤度和长丝数、并因而改变长度LK上的空气动力的配合。在此情况下，采用可连续调节长度的弹性波纹管实施例(图9a)和插件实施例(图9b)是特别适合的。较佳的长度在50毫米至1000毫米之间，最好在100毫米至500毫米之间。
还可以插入未冲孔或不同冲孔件。这是一个特别简单地使装置与不同熔融物输出量和不同产品适应的方式，而且还可根据卷绕长丝纱调节所需的纱张力。
为了固定时间间隔所需的喷丝头的维护工作，中心冷却单元必须暂时从喷丝头工作区中拆除。通过将冷却单元绕机器后方上的一个枢转点转出是最简单的方法。
本发明的较佳实施例多种结构示意地示出在图11、12和13中。它包括至少一个冷却单元5，并且可完全转出移动的长丝4区域外。在其插入操作位置上，利用其末端上的一个定心销它可与喷丝头2中的中心孔配合(图13)。
冷却单元转出的维护位置示出在图12中。图13示出了装置的横向图，其中各个运动相位是紧随的。
一种结构的特点在一圆形枢转路径13，其轴线14在一空气输送管15的横截面内延伸，并且可随枢转一起转动，其中至少一个、较佳地任意数量、最好是两个至十二个冷却单元5可由一个机械插入和拆除装置转入相应数量的长丝束4中。为此，它们分别藉由一个连接件或插入装置7一起固定在空气输送管15上，其可将吹入空气从空气输送管15引到冷却单元5上。该装置设计成是平的，至少在定位纱导向件6附近的长丝路径区域中是平的，较佳地具有一狭长矩形横截面。在外部，枢转运动由一杆16转递，其再由图中未示出的驱动装置驱动，或者在一较佳实施例中通过一手柄17而人工地驱动，并且沿弧29移动。第二根杆19设置在杆16的相应支承点18上，并且相应地将每个冷却单元5的一个犁形长丝分离器21支撑在与其连接的横条20上。因而，所有长丝分离器21可绕伸过支承点18的转轴28一起转动并且由其自重在端点22处保持在冷却单元5的转出位置上，在图13中，该端点22位于长丝分离器21转轴28周围的共同转动路径左端并且表明自动位置。在冷却单元5的转入运动过程中，其沿轴14周围的弧23转动并且在冷却单元5前方插入长丝束4中，并且分离束，且横向使单根长丝位移，这样在转入时不会搭到冷却单元5上，直至通过绕轴14的相互转动，作用于由杆19、横条20和长丝分离器21构成的系统重心上的重力矢量24在伸过支承点18的转轴28上相交，这样该装置绕支承点25倾向其相对端位置25，所以伸入其被动或维护位置。因此，长丝分离器21转出长丝束4并且将其释放在冷却单元5的插入路径13的最后部分，这样定心销可移入分配给它们的纺丝模板2的中心孔。同时，长丝束4的整个路径释放，在冷却单元5转出长丝束路径过程中的所述操作以相反的次序重复。
一旦发生纺丝故障(响应于纱折断监测器)，冷却单元5由于自重而自动转动，或者由于当其转入时伸张的弹簧、或者由外部能源所设置的驱动装置而转出运动长丝区，进入如图12所示的维护位置。为此所需的机械装置和齿轮结构不是本发明的部分，为清楚起见在此不详述。
而且，为了防止过量热流在纺丝过程中藉由定心销而从喷丝头2上转移，可采用这样一种喷丝头2，其中心区具有隔热件，并且为一槽28，其中填充隔热材料，或者是在另一种实施例中，如果需要的话是抽真空加热的，并且由一最好焊入的盖27封闭。
藉由一为每个单独的插入装置7或连接件所设的制动节流装置12可调节空气输入。
通过接触或喷涂施加油剂，其中纱导向件和/或涂油单元都位于有效冷却长度LK末端前方至少1至40毫米处。
绕冷却单元同心设置的长丝可能在其没有涂油的状态下意外地接触在其区域中的插入装置，而这会使它们具有相对于剩余长丝发生改变的性能，但这是不希望发生的。
这种接触可通过最简单的方式来防止，即采用一种在其插入装置区域中不具有毛细管孔的喷丝头、例如喷嘴孔的同心圆在此部位被中断。为了聚合物分布尽可能均匀，如果毛细管孔圆不被中断，根据本发明的冷却单元的一个实施例可在空气输送下方设置一纱导向件结构，如图3所示，其在与插入装置接触的长丝区域中为一液滴形状，因为此接触仅发生在此纱导向件处并且对于所有长丝束都是近似相同的。
另一种方法形式在由长丝所伴随的空气产生空气垫时，即通过在长丝接触区中的插入装置臂表面上的呈鱼鳞状(图2b)、菱形、对角线形等的摩擦减少结构或印痕，由此可最大限度地防止长丝与插入装置臂之间的直接接触。
另一种方法变化是防止长丝和插入装置之间的干燥接触。图2以举例方式示出了这种装置是如何在经过的长丝区域中设置开口的，这可使通过退出空气而产生空气垫，而防止长丝与装置接触。
空气出口设计成可使空气均匀地辐射状流动。在一个具体的实施例中，其设置成可使空气朝着长丝移动方向。
另一种方法变化是如图4所示的在长丝已成束之后藉由一个或多个油剂施加器11施加纺丝油剂，这些油剂施加器在长丝运动方向上一个接一个地布置，并且藉由一泵施以均量的纺丝油剂。
在较佳的实施例中，油剂是从内部向外部喷涂的，以及从外部向内部喷涂的。在另一方法变形中，靠近长丝移动中的油剂施加器前方的空气剥离面板可保证不分散而均匀地施加油剂。为了避免在冷却路径上长丝本身不必要的运动，设置一环形的定位纱导向件6，设计成干燥的或作为具有足够大直径的油剂施加件都是有用的。(图4)。
根据图5a，在另一种方法变化中，一气流流过定位纱导向件中的环形间隙，因此，单根长丝在整个环形空间上的一气垫上移动，并且定位纱导向件和长丝之间的摩擦减少。在另一种变化形式中，采用根据图5所示向下变宽的喇叭形锥体而形成的定位纱导向件。由长丝所携带的空气在此锥体上偏移并朝向长丝。由此转移的拖曳空气形成一空气垫，这样长丝和长丝导向件之间的直接摩擦可避免。
在采用冷却单元5的另一种方法变形中，已经设计成向锥体底部的点，在靠近长丝4成束处的长度极短，这样可省略一定位纱导向件。
在该方法的特别合适的实施例中，长丝没有预先接触就直接引到油剂施加器11上，如图6所示。
为了在一个喷丝头2中纺制几个长丝束，可如图7所示地使长丝层分开，所产生的长丝束可分别聚拢、处理或缠绕。
通过此方法可明显地减少设备的成本，以及产品成本，但不会使质量下降。
为了在长丝折断情况下防止不再移动的长丝堆积在冷却单元上或纱导向件上，根据本发明的方法可为每个长丝束提供一纱监测器。当此纱监测器报告长丝折断时，一毛撮自动且立即松开，冷却单元由于自重或弹簧力而从长丝路径上撤离，并且移入一所谓的维护位置，这样可以可靠地防止空气流筒、甚至喷丝头损坏或污染。
由于藉由中心冷却单元5可以更均匀和位置稳定地吹在长丝上，与横流扩散方式中的8孔/cm2和根据专利文献EP0 646 189 B1相比，喷丝头2的孔密度在本发明的方法可增加至40孔/cm2之多，较佳地有35孔/cm2那么多。
同时改善了单根长丝的均匀性和长丝纱的均匀性。与专利文献EP 0 646 189B1类似，在计算孔密度时应考虑对挤出具有决定作用的表面。
由于根据本发明方法所制成的长丝均匀性增加，所以可以
●增加生产速度，
●使生产停机时间最短；
●减少纺丝机所需的空间；
●由于孔密度增加可减少喷丝头的直径，或者
●采用直径不变的喷丝头，在每个喷丝头多个单独的长丝束，以便进一步单独地处理它们并且卷绕它们，或分别
●在每个机器上产生固定数量的长丝，以明显地减少喷丝头的数量和/或纺丝设备的长度、即纺丝梁的长度，因而
●可显著地降低设备的投资费用以及产品成本。
本发明方法的原理示出在图1中：
聚合物熔融物藉由熔融物管路1输送到纺丝梁3中的喷丝头2。然后，熔融物以长丝形式退出喷丝2的毛细管孔。为了固化，它们沿本发明装置中的冷却单元5同心地移动，并且聚集，接下来缠绕在卷绕单元8上。
在所谓的空气流筒或冷却单元5下方，一环形结构的定位纱导向件6接管长丝的固定，并且同时也可用于对长丝4施加油剂。
例1(中心冷却装置)示出了与对比例2(横流扩散)相比在均匀性(乌斯特值和乌斯特1/2值)和质量(等级数)方面的质量是如何明显改善的。例3所示的值证实，采用本发明的装置，由非常多的微长丝构成的纱的质量明显地好于对比例5中所示的纱，例5采用现有技术的装置。例4清楚地表明，采用本发明的方法和本发明的装置，可以增加孔数并且实现比现有技术装置明显改善的质量。这种采用相同的喷嘴制造多毛细管产品是横流扩散所不可能的。利用本发明装置采用本发明方法所改善的质量与现有技术的系统相比可用于增加方法的速度。在例3和5所涉及的孔数还适于采用此喷丝头纺制两个分别由120根长丝构成单独束。例2的喷丝头还可用于纺制各自由120根长丝构成的三个单独束。
与预料相反，尽管有这些优点，但微长丝纱还没有广泛地被消费者所接受。其主要原因在于与普通长丝纤度范围的纱相比，这种具有均匀染料吸收性能的纱难以处理，并且进一步的加工步骤会意外地降低生产速度。
现在有了根据本发明的方法所提供具有高纤度均匀性的单独长丝的纱。所述微长丝纱的物理纺织性能改善，特别是具有显著的染料吸收性，并且可以高速制造。
本技术领域中的普通技术人员可知，乌斯特不均匀是一个重要的参数以用于判断与所期望的长丝纤度均匀性有关的长丝纱质量、物理纺织性能和在制成品中的这种纱的染料吸收性能。所测得的乌斯特值越高，随后将损失的染料吸收性越大。具体的影响是在长波纹中的色彩亲合力的变化，由于在成品中它们比短周期的疵点看上出更明显。这种染料错误会导致严重的加工问题和昂贵的索赔。以百分率表示的乌斯特值U1/2可以作为无问题的进一步印染加工的基本参数。在正常长丝纤度范围中的纱，通常可获得0.40％至0.70％U，U1/2为0.25％至0.65％。一般来说，这种纱不存在印染问题。
根据现有技术的微长丝纱纺制，通常乌斯特增加0.70至0.95。通过采用本发明的方法，可以生产在0.25％至0.70％U1/2安全范围中的长丝纱。本发明的方法的另一个优点是由于喷丝头表面的温度而可增加喷嘴表面的清洁循环频率，其可达到45％以下。
根据现有技术，可知必须采用较高的纺丝温度来改善由聚合物生产长丝的纺丝性能，并且长丝纤度低于1dtex/长丝。然而，温度增加将使聚合熔融物在纺丝梁和喷嘴容器中的聚合熔融物的热分解加速。
令人惊讶的是，已经发现通过本发明的方法，当采用本发明的装置时可以使整个喷丝头上的表面温度均匀地下降达5℃，较佳地甚至达10℃。喷丝头的低温可使退出毛细管孔的聚合熔融物的热分解速度在表面处降低，并由此延长喷嘴清洁的间隔。
由此所增加的纱张力可使长丝稳定并且均匀性增加，或者具有相应的非常低的乌斯特值。
还令人惊讶地发现，纺织纱物理性能可通过本发明的装置利用本发明的方法而改善。例如，所谓的具体的等级数还随着恒定的生产速度增加，CV膨胀和CV强度也改善(例1)。根据本发明的方法极适用于纺织将以特殊方式进一步加工的微长丝。为此在卷绕之前或如果需要的话在其它时间施加油剂之前，可以对长丝束额外交织。
实际上在卷绕之前，长丝束藉由导丝盘加热或冷却，同时或随后伸张、预缩、卷曲和/或交织。
如例中所示的，长线和纱折断减少可使本发明方法特别适用于在高纺丝速度下纺丝，如用于生产高度定向的长丝纱。
而且，该装置的急剧冷却可以减少收敛长度，因此减少纱张力是可能的。藉此，与传统方法相比，在高引出速度时无问题、无导丝盘的工作是可行的。
该方法还可用于由热塑聚合物纺制微长丝纱，其中由聚酰胺、聚酯或聚烯烃制成都是较佳的。
本发明还可包括根据上述方法所制成的微长丝纱，其较佳地具有单独纤度为0.2至1.0dtex，并且表现为在等级数为29至35/％*N/dtex(等级数＝强度*/伸长)时乌斯特低于0.9％。
还包括在一辅助方法步骤中通过伸张、预缩、卷曲和/或交织，或者在特别高的处理速度下，可进一步加工成高度定向的长丝纱的微长丝纱。
较佳的是，此加工步骤可在卷绕之前与本发明的方法结合。
举例 本发明的装置 标准/横流
例 1 2
聚合物 聚酯 聚酯
相对粘度[1％间甲苯酚，25℃] 1.64 1.64
熔融物温度[℃] 290 296
喷丝板直径[毫米] 70 70
孔数量 144 144
内径[毫米] 40 0
外径[毫米] 56 56
孔密度[数/厘米2] 11.9 5.8
输入量[克/分钟] 36.1 36.4
“电嘴”长度[毫米] 350 -
“电嘴”直径[毫米] 34 -
距离S[毫米] 3 20
扩散长度[毫米] 350 600
吹气速度[米/秒] 0.35 0.35
吹气温度[℃] 21 21
汇合长度[毫米] 560 600
纺丝速度[米/分钟] 2900 2900
总纤度[dtex] 124.9 125.9
毛细管纤度[dtex] 0.87 0.87
撕裂处的伸长量[％] 109.2 111.1
撕裂处CV伸量长[％] 2.4 2.9
抗撕裂性[CN/dtex] 2.75 2.58
CV撕裂性[％] 2.3 3.1
乌斯特[％] 0.62 0.83
乌斯特1/2[％] 0.31 0.71
染料吸收性-原色比例 5 4-5
等级数 28.7 27.2
长丝折断量[数量/t] 0.3 2.2
毛羽[数量/10,000米] 0.4 2.3
本发明的装置 本发明的装置 标准/横流
例 3 4 5
聚合物 聚酯 聚酯 聚酯
相对粘度[1％间甲苯酚，25℃] 1.64 1.64 1.64
熔融物温度[℃] 290 290 296
喷丝板直径[毫米] 70 70 95
孔数量 288 360 288
内径[毫米] 40 43 0
外径[毫米] 56 56 73
孔密度[数/厘米2] 23.9 35.6 6.9
输入量[克/分钟] 53.0 43.2 54.0
“电嘴”长度[毫米] 300 280 -
“电嘴”直径[毫米] 22 24 -
距离S[毫米] 2 1 20
扩散长度[毫米] 300 280 600
吹气速度[米/秒] 0.38 0.38 0.3
吹气温度[℃] 21 21 21
汇合长度[毫米] 550 550 590
纺丝速度[米/分钟] 2400 2215 2400
总纤度[dtex] 221.4 195.4 225.6
毛细管纤度[dtex] 0.77 0.54 0.78
撕裂处的伸长量[％] 105.0 100.4 109.9
撕裂处CV伸量长[％] 3.1 3.3 7.2
抗撕裂性[CN/dtex] 2.68 2.7 2.48
CV撕裂性[％] 3.2 3.6 6.1
乌斯特[％] 0.82 1.14 1.64
乌斯特1/2[％] 0.62 0.68 1.41
染料吸收性-原色比例 5 5 4
等级数 27.5 27.1 26.0
长丝折断量[数量/t] 0.3 1 5.7
毛羽[数量/10,000米] 1.1 1.3 4.0

Claims (39)

1.一种用热塑性聚合物生产微长丝纱的装置，具有最大为500dtex总纤度，并且每根长丝纤度最大为1dtex，而且纤度均匀性强，
包括
●一喷丝头(2)，其上毛细管孔呈环形布置，并且有效出口表面的孔密度L/A达40孔/厘米2，
●一用于使空气予热的透气主动冷却单元(5)，位于所述喷丝头下方中心并离开距离S且固定在位，
●一插入装置(7)，具有成一体的用于冷却单元(5)的空气输送装置，
●在纱导件或导向面板组中的至少一个纱导向件(9)，
●至少一个油剂施加器，
●一纱监测器，最好与控制插入装置(7)的控制部分相结合，以及
●至少一个卷绕单元(8)，
其中，一起旋出喷丝头的长丝(4)单独移动或分成一个以上的单独长丝束，并且施加油剂和卷绕，
其中，距离S由下列等式确定
Figure C9910671000021
S＝喷丝头和冷却单元之间的距离(毫米)
TEK＝单个毛细管的纤度(dtex)
RL＝在喷丝头上一个接一个的孔排数量，最大为35毫米，其中，冷却单元的有效冷却长度LK由纤度和纺丝速度的函数确定。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
在所述喷丝头上的孔的环形布置是间断的或分成多组。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，
来自一喷丝头(2)的长丝藉由长丝导向件(9)分成至少两个单独的长丝束。
4.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
所述喷丝头(2)和冷却单元(5)之间的距离S处具有隔热件。
5.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
隔热件具有加热或冷却件。
6.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
距离S为0.2至35毫米。
7.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
距离S为1至10毫米。
8.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
主动冷却单元由透气的纺织材料构成。
9.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于
由至少一个一端封闭的冲孔管件构成。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，
冷却单元(5)由一上、下方向的管件构成。
11.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
冷却单元(5)可水平和垂直地定位，或者藉由插入装置(7)位于一圆形转动路径(13)上，并且可藉由一定心销相对所述喷丝头中心地固定在位。
12.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
在发生故障的情况下，冷却单元(5)可自动地移出长丝路径而进入一维护位置。
13.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
在插入和回缩过程中，插入装置(7)的运动主要在水平方向上，在相对喷丝头(2)定中心的过程中，主要在垂直方向上。
14.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
插入装置(7)可机械、气动或电动控制。
15.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
插入装置(7)设计成藉由其表面形状或冲孔而推开长丝。
16.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
插入装置(7)绕轴(14)的圆形插入路径(13)转动，其中转动可藉由一杆(18)转递，其上藉由一支承点(18)铰接有第二杆(19)，所述第二杆(19)藉由一横条(20)支撑插件状长丝分离器(21)，这样所述长丝分离器(21)一方面可绕支承点(18)转动，另一方面与冷却单元(5)一起绕轴(14)转动，在冷却单元(5)转入长丝路径时，其一开始由长丝分离器(21)覆盖，这样长丝分离器(21)先进入长丝路径并且使之分离，这样冷却单元(5)不与长丝接触直至冷却单元(5)几乎到达其垂直端位置，并且完全位于未由毛细管孔穿过的喷丝头(2)中心区域下方，其后，长丝分离器(21)绕支承点(18)转出长丝路径外并且未阻断长丝(4)路径。
17.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
冷却单元的长度和直径是可变化的，其中直径在10至106毫米范围中，并且至少比环形布置的毛细管孔的最小圆内径小1毫米。
18.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
有效冷却长度LK和冷却单元(5)的冲孔实施例与被冷却的长丝的纤度和纺丝速度相配。
19.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
空气可在15至200℃之间予热。
20.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
空气在冷却单元(5)的长度LK上的退出速度和/或退出温度和/或退出方向可以改变，以适应长丝(4)的纤度和纺丝速度。
21.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
长丝导向件(9)和油剂施加器(11)都是高度可调节的，这样长丝的固化点也可设置成在冷却单元(5)有效端前方至少1至40毫米处。
22.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
长丝导向件(9)设计成一具有或不具有额外空气输出的支撑环或漏斗。
23.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，
长丝导向件(9)设计成液滴形。
24.一种藉由权利要求1至23所述的装置利用热塑聚合物生产微长丝纱的方法，其中最大总纤度为500dtex，长丝的单个纤度最大为1dtex并且具有较大的纤度均匀性，
具有以下步骤：
●以2000至7000米/分钟的纺丝速度和在总纤度为22至500dtex之间进行熔融喷丝，
●藉由一冷却单元利用予热空气冷却长丝，有效冷却长度LK在离开喷丝头的距离S处，
●将长丝在若干分隔开的导向件中分成一个或几个长丝束，
●将油剂施加于长丝束上，
●以2000至7000米/分钟的速度卷绕分开的长丝束，其中距离S由下述等式确定
Figure C9910671000041
S＝喷丝头和冷却单元之间的距离(毫米)
TEK＝单个毛细管的纤度(dtex)
RL＝在喷丝头上一个接一个的孔排数量，最大为35毫米，与熔融物温度相比，喷丝头表面在整个喷丝上均匀地冷却达10℃，其中长丝束的固化点由纤度和纺丝速度的函数确定至冷却单元有效冷却长度LK末端上方1至40毫米。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，
长丝单独纤度在0.2至1dtex之间。
26.如权利要求24或25所述的方法，其特征在于，
距离S是被隔热的，或被冷却或加热。
27.如权利要求24至26所述的方法，其特征在于，
距离在1至35毫米之间。
28.如权利要求24至27所述的方法，其特征在于，
距离S在1至10毫米之间。
29.如权利要求24至28所述的方法，其特征在于，
与长丝的纤度和纺丝速度相配的空气速度在冷却单元的有效冷却长度LK上，可变地设置在0.05至0.7米/秒之间。
30.如权利要求24至29所述的方法，其特征在于，
在冷却单元中所采用的予热空气的温度在15至200℃之间。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，
采用低于聚合物TG的10至30℃的予热空气。
32.如权利要求24至31所述的方法，其特征在于，
在冷却单元的不同区域中采用不同的予热和/或流向的空气。
33.如权利要求24至32所述的方法，其特征在于，
长丝束的固化点由纤度和纺丝速度的函数确定至冷却单元有效端上方的1至40毫米处。
34.如权利要求24至33所述的方法，其特征在于，
藉由一环形间隙或通过喷涂施加油剂。
35.如权利要求24至34所述的方法，其特征在于，
采用聚酰胺、聚酯或聚烯烃作为合成聚合物。
36.如权利要求24至35所述方法所生产的具有较大纤度均匀性的微长丝纱，其特征在于，具有0.1到1.0dtex的单个纤度．
37.如权利要求36所述的微长丝纱，其特征在于，
乌斯特值U低于1.2％，
Figure C9910671000051
低于0.8％。
38.如权利要求36或37所述的微长丝纱，其特征在于，
通过将伸张、卷曲、预缩或交织引入本发明的方法中便可对微长丝进一步加工。
39.如权利要求37或38所述的微长丝纱，其特征在于，还可进一步在高速下处理成具有高定向性的长丝纱。
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