CN113166977B - 熔纺长丝的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由聚酯熔纺长丝的方法和装置。根据本发明，通过纺丝设备由熔体流挤出大量长丝。熔体流由熔体生产设备产生的PET熔体和由回收设备产生的PET回收熔体通过强混合产生。

Description

熔纺长丝的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种由聚酯熔纺长丝的方法，以及一种由聚酯熔纺长丝的装置。
背景技术
在由聚合物熔体生产合成线的过程中，聚合物熔体通常借助于喷丝板通过大量毛细管形状的喷嘴孔挤出，从而得到非常细的长丝。冷却后，长丝结合在一起，形成线或纤维股，并根据最终产品的要求，经过多个处理步骤。长丝的强度和延伸值在这里很重要。因此，聚合物熔体的性质，特别是其熔体粘度，必须是恒定的，并且必须始终保持不变。特别是在聚酯的情况下，有必要避免熔体行为或熔体生产中的不规则。聚酯的分子结构由长分子链决定，然而当暴露于热应力时，长分子链会相对迅速地分解。因此，迄今为止，通常是由连续生产的质量稳定的PET熔体纺丝成多种聚酯长丝。因此，缩聚系统用来为合成纤维的生产提供大量的PET熔体。举例来说，DE10063286A1公开了一种通用类型的方法和该通用类型的装置。
当已知工艺和已知装置用于由PET熔体熔纺长丝时，在工艺开始时或在工艺中断的情况下出现产生纤维废料的操作情况。在目前通常使用的生产工艺的情况下，纤维废料的比例为纺纱厂生产量的0.1%至0.5%之间。这类纤维废料通常用于后续工艺中，因为这些PET废料的分子链已发生相当程度的降解，因此在熔融纤维废料时获得的熔体粘度不足以用于纤维生产。
因此，通常在单独的回收过程中处理此类纤维废料，例如，提供型材。
因此，聚酯长丝熔纺所需的聚合物熔体通过缩聚系统生产。这种缩聚系统通常每天生产超过100公吨，因此，并行使用多个纺丝装置用于生产长丝。因此，大量的纺丝设备会产生相对大量的纤维废料，这些废料被收集起来，必须用卡车运走。
发明内容
现在，本发明的一个目的是设计这种通用类型的方法和这种通用类型的装置，用于由聚酯熔纺长丝，所述方法和装置能够提高材料的经济性和原料的利用。
该目标经由本发明所述的下述方法和装置实现。
首先，本发明涉及一种由聚酯熔纺长丝的方法，所述方法通过以下步骤进行：
1.1由PET熔体和PET回收熔体产生熔体流；
1.2挤出所述熔体流的熔体，得到大量长丝；
1.3在纺丝启动期间和/或过程中断期间收集纤维废料；
1.4对所述纤维废料进行熔融和处理以得到所述PET回收熔体；
1.5将所述PET熔体和所述PET回收熔体合并并混合以得到所述熔体流，
所述处理在所述PET回收熔体中产生的熔体粘度为所述PET熔体的熔体粘度的至少大于95%。
另一方面，本发明涉及一种由聚酯熔纺长丝的装置，所述装置用于执行上述方法，并且所述装置具有用于生产PET熔体的熔体生产设备和用于生产合成长丝的纺丝装置，其特征在于，
用于熔融和处理纤维废料以生产PET回收熔体的回收设备，所述回收设备与熔体生产设备一起作用，以从PET熔体和PET回收熔体产生熔体流，
其中，所述回收设备的配置方式是，使产生的所述PET回收熔体的熔体粘度能够大于所述PET熔体的熔体粘度的95%，
其中，提供动态混合装置，所述动态混合装置用于产生所述熔体流，并与所述熔体生产设备连接，并且经由计量泵与所述回收设备连接；并且
所述回收设备具有复合挤出机，所述复合挤出机经由运输系统与废料收集容器连接。
通过各个从属权利要求的特征和特征组合来定义本发明的有利的进一步实施方式。
本发明不受以下假设的约束：由于聚酯中分子链的降解，熔融纤维废料的熔体粘度不足，无法提供可靠的长丝纺丝，尤其无法提供生产具有令人满意的物理性能的长丝所需的均匀性。例如，众所周知的是，在链断裂过程中，键合位因聚酯中的水并入而阻断。然而，令人惊讶的是，对纤维废料的强化处理现在已经成功地由纤维废料生产出允许掺入PET熔体的PET回收熔体。由PET熔体和PET回收熔体动态混合生产的熔体流能够连续且均匀地纺制长丝。
为此，本发明的装置具有用于熔融和处理纤维废料以产生PET回收熔体的回收设备，该回收设备与熔体生产设备一起作用，以便从PET熔体和PET回收熔体生产熔体流而用于挤出长丝。
为了在长丝的挤出期间保持大约为PET熔体通常具有的高熔体粘度，优选的是实施以下方法变体，其中所述处理在PET回收熔体中产生的熔体粘度为PET熔体的熔体粘度的至少>95%。因此，同样可以在长丝中获得通常的物理性质。
随后，熔体流的熔体粘度可以进一步增加，因为PET回收熔体和PET熔体以一定的混合比合并以使熔体流的熔体粘度为PET熔体的熔体粘度的至少>97%。因此可以近似实现由缩聚系统产生的聚酯熔体值。
为此，本发明装置的进一步实施方式具有动态混合装置，其使得PET熔体与PET回收熔体能够均匀且充分地混合。
为了增加PET纤维废料分子的链尺寸，该方法变体具有的特别的优点在于其中PET回收熔体在减压气氛下进行脱挥发分和过滤。在减压大气中的过滤可实现熔体与还原气氛之间的大面积接触区，从而可在相对较短的停留时间内释放挥发性成分。特别是，分子短链中的键合位可被激活，以提供更大强度的链尺寸增加。
为此，回收设备具有加热脱挥发分装置，该装置具有至少一个过滤元件和真空室，其中PET回收熔体可通过过滤元件导入真空室的减压气氛中。因此，本发明装置的进一步实施方式提供了在相对较短的停留时间内能够进行强脱挥发分的特殊优点。
为了实现快速且完全地除去分子结构内的阻断水，提供了一种方法变体，其中PET回收熔体在270℃至330℃的范围内、优选285℃至295℃的范围内的温度进行脱挥发分和过滤。由此提供了聚酯分子结构中链尺寸增加的进一步改进。
为了增大真空室内除去熔体中的水蒸气的强度，将减压气氛调节至0.5 mbar至最大50 mbar，优选为1 mbar至10 mbar。使用某些过滤实施方式可允许此处在熔体表面上产生大的可用区域。
为此，本发明装置的有利的进一步实施方式具有真空泵，该真空泵连接至脱挥发分装置的真空室。
还可以改进PET回收熔体的脱挥发分，在过滤和脱挥发分后，将PET回收熔体引入保持反应器中进行均质化和继续脱挥发分。因此，针对长丝的挤出，PET回收熔体的品质可得到进一步改进。
在本发明装置的有利的进一步实施方式中，回收设备还可补充有由连接在脱挥发分装置的熔体出口处并且具有用于真空泵的真空接头的保持反应器。
提供动态混合以使得由PET回收熔体和PET熔体制成的熔体流也具有特定的均匀性。为此，在本发明装置的有利的进一步实施方式中，动态混合器连接至熔体生产设备，并经由计量泵连接至回收设备。因此，对于熔体流的生产，可以设置PET熔体与PET回收熔体的任何所需混合比。
在本发明装置的进一步实施方式中，为了允许直接利用熔融纺丝过程中产生的纤维废料，回收设备具有复合挤出机，该挤出机经由运输系统与纺丝装置所配的废料收集容器连接。在这里，废料收集容器原则上可能包括多个收集点，每个收集点配给一个纺丝装置。在这里，至关重要的是，在纺丝启动期间或过程中断期间，将纺丝装置中产生的纤维废料直接引入回收设备。
为了提供PET回收熔体的脱挥发分，在复合挤出机的下游有至少一个过滤装置和一个熔体泵。因此，可以实现粗粒级的预过滤。
为了甚至在纤维废料熔融之前就实现水含量的显著降低，纤维废料在熔融之前被粉碎并在加热条件下凝聚。在这里，纤维废料被加热至略低于熔点，因此大部分水分被蒸发掉。
为此，回收设备具有粉碎设备和凝聚器，它们位于复合挤出机的上游，并准备所提供的纤维废料以进行熔融。
附图说明
下面将参考附图，基于本发明的由聚酯熔纺长丝的装置的一些工作例，更详细地说明本发明的由聚酯熔纺长丝的方法。
图1是本发明的用于熔纺长丝的装置的第一工作例的图。
图2是本发明的用于熔纺长丝的装置的另一工作例的图。
图3是图1的工作例的脱挥发分装置的工作例的截面图。
图4是回收设备的另一工作例的图。
具体实施方式
图1表示本发明的用于熔纺长丝的装置的第一工作例的图。该工作例具有纺丝装置2，其具有大量用于生产合成纤维的纺丝单元。在该工作例中，仅示出了作为示例的前三个纺丝单元3.1、3.2和3.3。每个纺丝单元挤出大量的长丝，这些长丝被捆扎成多条纱线。挤出后，纱线以线组合体的形式抽出，最后卷绕成线轴。
纺丝装置2的结构是已知的并且是示例性的，因此这里不作任何进一步的详细说明。原则上，也可以是多个纺丝单元的长丝结合以形成纤维束，举例来说，将其加工成短纤维。
纺丝单元3.1、3.2和3.3连接在主熔体线14上，熔体流通过主熔体线引入纺丝单元3.1至3.3，以挤出长丝。主熔体线14连接至混合装置12。混合装置12被设计为动态混合器，并具有混合器驱动器12.1，其驱动布置在混合装置12内的混合元件12.2。混合装置12通过熔体线13.1与熔体生产设备1相连。在该工作例中，熔体生产设备1例如可采用缩聚系统的形式。然而，作为选择，如果纺丝单元的数量相对较少，则熔体生产设备1也可采用挤出机的形式。
混合装置12通过第二熔体线13.2与回收设备4连接。回收设备4用于熔融和处理在过程启动期间或过程中断期间纺丝装置2的纺丝单元中产生的纤维废料。
因此，在该工作例中，纺丝装置2配有废料收集容器5。废料收集容器5用于接收纺丝装置3.1、3.2和3.3中产生的所有纤维废料，例如在纺纱启动期间或过程中断期间，或在线轴更换期间的纤维废料。因此，纤维废料可自动或手动导入废料收集容器5。废料收集容器5还可以包括用于粉碎纤维废料的设备。
废料收集容器5通过运输系统6与回收设备4的复合挤出机7连接。在该工作例中，输送线如运输系统6所示，纤维废料通过该输送线气动输送至复合挤出机7。
在复合挤出机7旁边，回收设备4具有过滤装置8、熔体泵9、脱挥发分装置10和计量泵11。复合挤出机7可以是单螺杆或多螺杆设计，并在出口端与过滤装置8连接。过滤装置8之后是熔体泵9，其由泵驱动器9.1驱动。熔体泵9与脱挥发分装置10相连。脱挥发分装置10具有计量泵11所配的熔体出口10.7。计量泵11由泵驱动装置11.1以预定转速驱动。计量泵11与熔体线13.2以一定方式连接，使得计量泵11产生的PET回收熔体支流被引入混合装置12。
为了说明脱挥发分装置10，现在参考图3中的描述，图3给出了脱挥发分装置10的截面图。
脱挥发分装置10具有外壳10.1，其在本例中为圆柱形设计。在外壳10.1内配置有真空室10.2。在真空室10.2内，有多个过滤元件10.4，这些过滤元件以空心圆柱烛形过滤器的形式排列。过滤元件10.4在内部具有可加压空间10.5，该空间与外壳10.1中的熔体入口10.6相连。过滤元件10.4在自由突出端封闭，并具有可渗透的过滤器壁。
在过滤元件10.4的自由端的下方，真空室中配置有集料槽10.8。集料槽10.8与外壳10.1中的熔体出口10.7相连。熔体出口10.7布置在外壳10.1的底部中央，这里，集料槽10.8在熔体出口10.7上方以漏斗的方式延伸。
真空室10.2通过真空接头10.3与收集容器10.10并与真空泵10.11相连。
在外壳10.1的外围布置有加热设备10.9。加热设备10.9优选具有电加热手段，在此不做任何更详细的描述。
为了说明回收设备4的功能，现在参考图1和图3。
将粉碎后的纤维废料送入复合挤出机7，作为选择，该挤出机也可以设计成具有真空单元。复合挤出机7熔化纤维废料，得到PET回收熔体，该熔体通过挤出机出口7.1进入过滤装置8。在过滤装置8中，在压力下以相对较大的过滤精度对PET回收熔体进行预过滤，以除去PET回收熔体中的杂质颗粒和未熔的聚酯材料。PET回收熔体的过滤在熔体挤出机7产生的加压气氛中进行。预过滤的PET回收熔体被熔体泵9接受，并在预定的操作压力下引入脱挥发分装置10。
PET回收熔体通过熔体入口10.6进入脱挥发分装置10的可加压空间10.5，并通过过滤元件10.4。PET回收熔体由此进入脱挥发分装置10的真空室10.2。在真空室10.2内，通过真空泵10.11产生减压气氛。此处将减压气氛调节为0.5 mbar至最大50 mbar的范围内的值。优选的是，在真空室10.2中设置1 mbar至10 mbar的减压。此处脱挥发分装置10由加热设备10.9加热至270℃至330℃的范围、优选285℃至295℃的范围内的温度。相对高的温度释放出PET回收熔体中存在的水。当释放气体和蒸气时，它们因减压气氛而从PET回收熔体中抽出，并通过真空接头10.3从真空室10.2中排出，并沉淀在收集容器10.10中。水分的逸出和去除导致分子链上形成反应性键合位点；这使得分子的链尺寸增大，从而导致熔体粘度增大。因此，即使在短暂的停留时间之后，也可以在PET回收熔体中产生相对于PET熔体的熔体粘度而言为高于95%的熔体粘度。相对较高的真空和高温特别有助于PET回收熔体中链尺寸的增加。
经过脱挥发分和过滤处理的PET回收熔体收集在外壳10.1底部的集料槽10.8中，并通过熔体出口10.7离开脱挥发分装置10。
处理后的PET回收熔体从熔体出口10.7流向计量泵11。计量泵11由泵驱动器11.1以预定的泵转速驱动，其方式为产生预定的PET回收熔体的定量流并将所述熔体引入混合装置12。
在混合装置12中，通过熔体线13.1引入的PET熔体与PET回收熔体动态混合。混合装置12由此产生熔体流，该熔体流在出口端经由主熔体线14引入纺丝装置2。
使用PET熔体（举例来说由缩聚系统产生）与PET回收熔体的预定混合比，还可以进一步提高引入纺丝装置2中的熔体流的熔体粘度。因此，熔体流的熔体粘度可在超过PET熔体的熔体粘度的97%的范围内。因此，可以操作非常稳定和均匀的纺丝过程来生产高质量的纱线。
为了在熔体流中生产有色熔体，图1的工作例具有混合装置12所配的辅助挤出机17，通过该挤出机引入添加剂。在混合装置12中，添加剂与PET熔体和PET回收熔体进行强混合。随后产生的熔体流通过主熔体线14引入纺丝装置。
因此，本发明的装置和本发明的方法具有将过程中产生的纤维废料直接返回熔体循环的巨大优点。无需对纤维废料进行任何外部处置。
图2示出了本发明装置的另一工作例的图，其用于生产特别高规格的PET回收熔体。图2的工作例实质上与图1的工作例相同，因此这里仅说明区别，在其他方面参考上述描述。
脱挥发分装置10连接至保持反应器16以允许产生更高的本征粘度，特别是在PET回收熔体中。脱挥发分装置10在基区10.12的出口端与保持反应器16连接。来自脱挥发分装置10的经过滤和脱挥发分的PET回收熔体现在被直接引入保持反应器16的入口区域。保持反应器16在出口端具有真空接头16.2。真空接头16.2连接至单独的真空泵（此处不做任何更详细的描述），或者作为选择，连接至脱挥发分装置10的真空泵10.11。在保持反应器16内设置有从动螺杆轴16.1，其将PET回收熔体引导至反应器出口16.3。熔体挤出机18直接连接在反应器出口16.3，以便排出经过滤和脱挥发分的PET回收熔体。此处，熔体挤出机18后面是排放泵19和最终过滤装置15。最终过滤装置15布置在熔体线13.2中，因此位于混合流的上游。
图2所示的工作例中的附加保持反应器16进一步增加了PET回收熔体的脱挥发分和均质化强度。因此，通过真空接头16.2，可以除去由塑料熔体可靠释放的更多气体和蒸气。由此产生的PET回收熔体的本征粘度的IV值为>0.8。
图4示出了可通过本发明装置的图1或图2的工作例中的示例使用的类型的回收设备4的另一工作例。
在图4所示的回收设备4的工作例中，引入的纤维废料首先在预粉碎设备20中粉碎，然后在凝聚器21中在加热条件下凝聚。因此，即使在熔融之前，也有可能通过蒸发除去纤维废料中的大部分水分。在上游除去水能够进一步改进对PET回收熔体的处理。
然后可以将凝聚体直接引入复合挤出机7。在该工作例中，复合挤出机7具有与真空泵10.11相连的真空接头7.1。因此，在纤维废料的熔融过程中，可以实现预脱挥发分，从而进一步提取水。在通过过滤装置8进行预过滤之后，熔融纤维废料通过熔体泵9输送至脱挥发分装置10。脱挥发分装置10被设计成与图3的工作例相对应，使得在过滤和脱挥发分之后，PET回收熔体可经由计量泵11和另一过滤装置22被导出。通过过滤装置8、脱挥发分装置10和过滤装置22的多级过滤实现了高熔体纯度，这特别是低线性密度纤维的熔纺所需要的。因此，生产的PET回收熔体可以直接引入熔纺过程。
为了在使用图4所示的回收设备4时获得用于纤维纺丝的最大高规格熔体粘度，从脱挥发分装置10导出的PET回收熔体可在保持反应器中进一步处理，特别是脱挥发分。
因此，图4所示的回收设备的工作例特别适合首先从纤维废料中除去挥发性杂质，例如纺丝油或制备液，以及固体杂质，例如灰尘和降解产物，其次适合获得强链尺寸增加以增大熔体粘度。
本发明的用于由聚酯熔纺长丝的方法和装置适用于所有已知的熔纺过程（其中会产生纤维废料）。由于结合了回收设备，不再需要单独利用纤维废料。因为确保了PET回收熔体的高熔体粘度（接近于纯PET熔体的熔体粘度），可以实现稳定的过程，并且纤维质量均匀。

Claims (15)

1.一种由聚酯熔纺长丝的方法，所述方法通过以下步骤进行：
1.1由PET熔体和PET回收熔体产生熔体流；
1.2挤出所述熔体流的熔体，得到大量长丝；
1.3在纺丝启动期间和/或过程中断期间收集纤维废料；
1.4对所述纤维废料进行熔融和处理以得到所述PET回收熔体；
1.5将所述PET熔体和所述PET回收熔体合并并混合以得到所述熔体流，
所述处理在所述PET回收熔体中产生的熔体粘度为所述PET熔体的熔体粘度的至少大于95%。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述PET回收熔体和所述PET熔体以一定的混合比合并，以使所述熔体流的熔体粘度为所述PET熔体的熔体粘度的至少> 97%。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在熔融的纤维废料的处理过程中，所述PET回收熔体在减压的气氛下进行脱挥发分和过滤。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述PET回收熔体在270℃至330℃的范围内的温度进行脱挥发分和过滤。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述PET回收熔体在真空室中在0.5 mbar至50 mbar的减压气氛下进行脱挥发分。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
在过滤和脱挥发分后，将所述PET回收熔体引入保持反应器中进行均质化并继续脱挥发分。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
在所述脱挥发分之前和/或所述脱挥发分之后，所述PET回收熔体在减压下进行过滤。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述PET回收熔体和所述PET熔体通过动态混合而合并，并作为所述熔体流导入挤出工序。
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在熔融之前，所述纤维废料被粉碎并在加热条件下凝聚。
10.一种由聚酯熔纺长丝的装置，所述装置用于执行权利要求1至9中任一项所述的方法，并且所述装置具有用于生产PET熔体的熔体生产设备（1）和用于生产合成长丝的纺丝装置（2），其特征在于，
用于熔融和处理纤维废料以生产PET回收熔体的回收设备（4），所述回收设备与熔体生产设备（1）一起作用，以从PET熔体和PET回收熔体产生熔体流，
其中，所述回收设备（4）的配置方式是，使产生的所述PET回收熔体的熔体粘度能够大于所述PET熔体的熔体粘度的95%，
其中，提供动态混合装置（12），所述动态混合装置（12）用于产生所述熔体流，并与所述熔体生产设备（1）连接，并且经由计量泵（11）与所述回收设备（4）连接；并且
所述回收设备（4）具有复合挤出机（7），所述复合挤出机经由运输系统（6）与废料收集容器（5）连接。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，
所述回收设备（4）具有加热脱挥发分装置（10），所述加热脱挥发分装置具有至少一个过滤元件（10.4）和真空室（10.2），其中，所述PET回收熔体能够经由所述过滤元件（10.4）被导入所述真空室（10.2）的减压气氛中。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，
所述真空室（10.2）中的减压气氛可由真空泵（10.11）产生，以提供0.5 mbar至50 mbar范围内的减压。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，
所述脱挥发分装置（10）经由熔体出口（10.7）与保持反应器（16）连接，并且所述保持反应器（16）通过真空接头（16.2）与真空泵（10.11）连接。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，
在所述复合挤出机（7）的下游，存在至少一个过滤装置（8）和一个熔体泵（9），通过所述过滤装置和熔体泵将熔融的纤维废料引入所述脱挥发分装置（10）。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，
在用于制备纤维废料的复合挤出机（7）的上游，存在预粉碎设备（20）和凝聚器（21）。
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