CN1162657A - 用热处理从合成聚合物生产出松弛复丝的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于由合成聚合物在拉伸之后进行热处理来生产全方位松弛的复丝的装置和方法，其特点是所述的复丝连同冷凝蒸气在一个具有至少两个狭窄通路的处理导管中在压力状态下被加热并被松弛，其中丝的卷紧张力同时减小到小于0.15cNdtex。用这种方法生产的复丝也受到保护。

Description

用热处理从合成聚合物生产出 松弛复丝的装置和方法

本发明涉及一种用热处理方法从合成聚合物生产出全方位松弛的复丝的装置和方法。具体地说，它是涉及一种用于对用尼龙6、尼龙66或者聚对苯二甲酸乙酯制成的复丝进行松弛热处理的装置以及一种具有很高的生产速度的方法。

为了产生高强度，就必需在挤压和凝固之后以高达170米/秒的速度卷紧熔纺复丝。可以将一拉伸台插设在凝固位置和夹紧装置之间。通常，在拉伸过程中或者在拉伸之后对已经凝固的单纤维进行附加的热处理是必不可少的，以便纤维形成的聚合物所要求的方向可以在高于第二次转变温度时发生以及使纤维松弛。所述的松弛处理可以被理解成是对重新提供的顺序状态的固定因而它必须防止复丝在以后例如在夹紧装置上随同变硬或卷绕的松开而松弛。

已经可以看到复丝的松弛-自由特性必须要这种热处理尽可能保持无张力以便单纤维可以尽可能均匀地收缩并且不受拉伸负荷的影响。

另外一个与采用高速生产方法生产复丝相联系的问题在于要克服复丝与周围空气的摩擦力，如果这种摩擦力必须只是通过卷绕来克服的话，则这会引起一种张力，这种张力便会导致太硬因而变形的卷线筒结构。

由于在复丝和周围空气之间的摩擦力是随速度的平方增大，而复丝的运行距离的缩短只具有线性效果，因此结构上的措施，所谓紧凑型工厂仅仅带来有限的优点。另加到空气摩擦力上的是由复丝引导件和传统的热处理部分所产生的摩擦力，除非这后者补偿所有的张力。

与用于生产用全合成聚合物制成的复丝中很高的生产速度相关联，在技术上不能够无问题地解决对于在小于1毫秒范围的相当短的停顿时间内将复丝的所有单纤维的均匀热渗透和加热到生产温度(例如可以高达摄氏190度)这样一个问题。

与高速复丝加热有关的已有技术是以下面的参考文献中列出的装置和设备为比较著名：

-与加热表面，例如加热导丝辊直接接触，在美国专利第4508674，4251481和4349501中。

在这种情况时，要求环绕迅速旋转的滚筒重复地卷绕，然而，这只是保证在单纤维束支承的伴随表面上一侧提供热量因而复丝的所有单纤维就不可能有均匀而透彻的加热。

-通过炽热的液体拉伸，在欧洲专利公布EP-A-0468918，EP-A-0384886以及美国专利第5171504中所述。

对此就要求一种其沸点高出生产温度的热媒液体，而由于它粘在丝的表面上因此必须予以去掉，这给环境增加了负担和给操作者带来了麻烦并且进一步增加了费用。除此之外，还必需用相当大的张力以克服与液体的摩擦力，这个张力就要加到丝的张力上。

-用冷凝蒸气处理，在德国专利公布DE2643787，美国专利5019316和4456575中所揭示。

对于在环境压力时沸点之上温度的这种处理，要求能保持住处在处理装置内的过压状态下的蒸气，通过这种处理还必须对复丝进行引导以便使复丝进入与冷凝蒸气直接接触，例如在美国专利5280606中所述，以及

-用过热蒸气处理，例如按照德国专利公布DE2643787，美国专利5019316，4539170，4508674和4456575，这种处理不允许使用蒸气的相当大的冷凝热量。

其中仅仅利用热气体的装置或方法并不能确保每一根单丝均匀、有效的加热穿透，或者由于可达到的从气体向丝的热传递值较小因而需要较大的，例如2米的结构长度，如在美国专利4539170中所揭示的那样。

其中饱和蒸气直接与敞开系统中的复丝相接触的方法和装置，由于不能达到摄氏100度以上的温度，因此只能在环境压力下工作。“敞开系统”可理解为其中的复丝不需要穿过密封装置就可通过处理部分，这就可以尽可能多地防止蒸气损失。

此外，必须解决如下的问题：

-不能够被冷凝的一些气体，例如被复丝牵引向前的空气相当大地阻碍了冷凝过程。冷凝蒸气的极为理想的热传递值仅仅是在不含有任何惰性气体的蒸气环境中才得到保证。

-为了可以利用在高温，例如摄氏150度时的蒸气的冷凝热量，就必需在一个合适的饱和压力，例如在摄氏150度时为4.74巴(绝对大气压)的状态下使蒸气直接与复丝相接触并且同时排除不可以冷凝的气体。在复丝的进口和出口处为防止蒸气损失增加所需要的密封就将机械的、液压的或者气动的摩擦力传递给复丝，而这些摩擦力必须通过增加丝的张力来克服。

-复丝必须在具有摩擦损失的超压的状态下被拉过处理装置。此外，必须克服在室内部和室外部之间的压力的突然变化。这种所需的张应力消极地影响筒子的结构并且必须由另外的成本高的措施来补偿。

用于实现解决这些问题的简单方法可从美国专利第5287606中了解到。为此，提出了一种用于采用饱和蒸气对纺织材料进行无接触处理的装置，这种装置具有多个室，而饱和的处理蒸气供给其中的一个中央室。

然而，这些室只是借助于简单的穿孔的隔板分开，而纺织材料的拉出是借助于在装置的出口上的一个文杜里喷嘴的抽吸作用完成的。所述的文杜里喷嘴对于将丝穿入装置基本是有效的并且只是在装置的出口上驱动通过的复丝。因此它在处理部分的区域上并不引起任何张力的减小而相反进一步使张力增加。由于所述的张力和在高压状态下的蒸气的摩擦阻力未被补偿，因此只能够实现纺织材料的部分松弛。而且不利的是需要附加的能源，例如压缩空气，其能量就不能够用于热处理过程。

因此，本发明的目的是解决尤其与熔纺后已经凝固的单纤维必需进行一种热后处理的这样一种复丝有关的在卷紧过程中松弛和保持与摩擦力有关的张力的技术问题，并且克服在已有技术中在一个紧凑的装置中采用一种简单的方法所具有的缺点。

本发明的这个目的是借助于具有权利要求1所述的特点的用于对由合成聚合物制成的复丝进行松弛热处理的装置、借助于具有权利要求11所述的特点的用于用合成聚合物生产全方位松弛的复丝的方法以及借助于权利要求21所述的全方位松弛的复丝来达到的。

所述的目的尤其是借助于一种与原来就知道的一种用于由PA6、PA66或PET制成的复丝的纺丝工艺相结合的热处理装置来实现的，在这种方法中产生引起松弛的处理蒸气是在压力状态下沿着单纤维流动，使在复丝内的张应力减小并使存在于复丝内的应力减至0.15cN/dtex以下再加热复丝。

下面将借助于附图来具体说明本发明的装置，这些附图还用于说明本发明的方法：

图1是用于单级纺丝工艺并预拉伸的带有本发明一整体热处理装置的一种装置的第一实施例；

图2是用于单级纺丝工艺但未预拉伸的带有本发明一整体热处理装置的一种装置的第二实施例；

图3是用于单级纺丝工艺的带有本发明一整体热处理装置的一种装置的第三实施例；

图4是本发明热处理装置的示意说明图；

图5是辅以一些图解说明的蒸气焓-熵图之一部分。

图1示意地表示用于一单级纺丝工艺以在纺丝头1上开始按已有技术生产合成复丝的一个装置，它在拉伸装置3和接收装置4之间有本发明的一个热处理装置5。

例如通过采用横向喷吹使复丝6的单纤维在一冷却装置2上的纺丝头1的下面凝固并冷却到摄氏100度之下的一个温度。随后借助于被加热或未被加热的导丝辊3产生拉伸，该导丝辊在复丝置于筒子上面之前用一个接收装置4予以反复卷绕。

图2示出具有以与图1中所示同样的方式表示的本发明的一整体装置的一个没有拉伸的类似装置。

图3以一种比较说明方式，图3示出本发明的一个带有开式卷绕的导丝辊20的纺丝装置和用于热处理的整体装置5。

图4示出了一个示意地表示的本发明的热处理装置5。作为例子，这个装置可以理解成或者是一个绕着复丝6轴线的动力平衡的结构布置或者更理想的是一个具有矩形横剖面的不对称的结构布置。

在复丝从上到下的运行方向上，复丝首先通过一个叠置的喷嘴7，在该喷嘴中通过正对复丝的单纤维喷吹蒸气使在丝周围并被它牵引向前的空气的边界层被吹离所述的单纤维并由蒸气组成的边界层取代所述的空气边界层取代。

所述的叠置的喷嘴7可以作为一种用蒸气工作的涡旋喷嘴来具体实施，这种涡旋喷嘴可通过涡流产生丝的粘合。在一个较佳实施例中，该叠置的喷嘴7产生一个与丝运行方向相反的速度分量。

剩余的蒸气和被移走的空气被收集在一个布置在上游的室43内并通过出口8被排出。通过进口9将预先准备好的处理用水蒸气引进并通过一个喷嘴10和位于下游的第一狭窄通道11将水蒸气引入处理导管12中，所述的狭窄通道后面的圆锥形的扩展口41是按照拉瓦尔的一种膨胀喷嘴具体实施的。蒸气在在该膨胀喷嘴中被加速到超音速的速度。按照K.Oswatitsch的“气体动力学基础”(1976年，斯普林格)所述，在此过程中所保持的状态下，一个稳定的压缩冲击便在膨胀喷嘴41的下游产生，这种冲击在第二狭窄通道13的上游使蒸气减速到亚音速而在第二狭窄通道13内刚好达到音速。

在通过第二狭窄通道13的通路下面，在圆锥形扩展口14(也是以一种膨胀喷嘴具体实施)内未被冷凝的剩下的蒸气便膨胀到大约2至4巴，这些蒸气被收集在一个中间室15内并通过一管路40返回到叠置的喷嘴7中。

未离去的处理蒸气剩余部分在一第三圆锥形扩展口17(也是以一种膨胀喷嘴具体实施)中的第三狭窄通路16的下游膨胀到环境压力并通过布置在下游的室18排出。

热处理装置5通过一个加热套19至少保持在为热处理所要求的处理温度，以便防止在热处理装置的壁上产生蒸气的任何冷凝。

为了说明在本发明的装置内部的热力学过程，图5示出了蒸气焓-熵图的一部分，在该焓-熵图上研讨了处理蒸气状态变化的一个例子，由此蒸气在其从第一狭窄通路11通过处理导管12、第二狭窄通路13到第二拉瓦尔喷嘴14的末端的路径上通过。

因此被加热的热处理装置5是由一用于将空气牵引向前的出口8、一用于处理水蒸气的进口9、一喷嘴10、一处理导管12和一布置在下游的室18所组成，这里所述的处理导管在其进口或出口上没有密封，但有至少两个而较理想为三个狭窄通路11、13、16，在它们每一个的后面带有圆锥形的扩展口41、14、17。

在一些较佳实施例中，至少下列零部件之一：叠置的喷嘴7、喷嘴10、处理导管12、狭窄通路11、13、16或者圆锥形扩展口41、14、17被设计成一种环绕复丝的轴线动力平衡的方式，或者作不对称设计。

在一些较佳实施例中，至少下列零部件之一：叠置的喷嘴7、喷嘴10、处理导管12、狭窄通路11、13、16或者圆锥形扩展口41、14、17具有一个多边形的横剖面。

按照另外一个较佳实施例，用于提供处理蒸气的装置具有设置在其一侧上的一个进口9。

此外，本发明的装置可以沿着丝轴线的剖面分开并设计得可将它打开或者可以设计成通过与纵向轴线平行延伸的一个分离间隙能够进入。

本发明的装置的一个本质的优点在于由于装置可以设计得结构简单而且没有任何运动件，因此它的投资成本低。

本发明的热处理装置5基本上可以完成下面的功能：

a)在复丝6的单纤维的周围的空气边界层借助于对它喷吹小张力的蒸气而在叠置的喷嘴7中被一水蒸气的边界层取代，所述的小张力的蒸气较理想是从处理导管12返回的一部分处理水蒸气流。

b)复丝6是通过喷嘴10被移入处理装置5的内部。

c)复丝由于其移动张力减小因此被喷出的处理用水蒸气驱动。

d)随后处理水蒸气通过处理导管12的狭窄通路11、13、16及其各自后面的圆锥形扩展口或者膨胀喷嘴41、14、17。

-其中，处理蒸气在第一狭窄通路11下游的膨胀喷嘴41内被加速到超音速的速度，以及

-在膨胀喷嘴41和第二狭窄通路13之间产生并保持一个压缩冲击从而使压力增加到2和13巴之间，并且

-由于蒸气经预先处理，该处理用蒸气达到其饱和压力。

e)通过吸收处理蒸气的冷凝热量在压缩冲击通过的路径上加热复丝6的单纤维使它从进入温度提高到冷凝温度，

-其中反应被激发，以及

f)在后面有第二和另一个狭窄通路13、16的膨胀喷嘴14、17中，水蒸气逐步地膨胀到环境压力，并连同松弛的复丝6一起被引入布置在下游的室中，该室通过出口喷嘴42使复丝6排出，以及随后被供给用于卷紧的接收装置4。

剩余的蒸气通过一个蒸气排出管21有益地返回预处理装置。

在一较佳实施例中，一个调节装置是有利地由一热交换器和一带有一个旋流微滴与悬浮微粒分离器的旋流蒸气干燥器所组成，它可以使用其过热补偿到达冲击前锋途中所损失的热量并使处理蒸气在冲击前锋上达到其饱和状态的方法之预先处理方式来调节处理蒸气的状态变为可能。

如上所述，喷嘴10是起一个蒸气喷射泵的作用，它将复丝6的单纤维吸入带有狭窄通路11、13、16且其后面设有圆锥形扩展口41、14、17的一根处理导管12中。

处理导管12使处理水蒸气在复丝6的单纤维的表面上冷凝成为可能，所述的单纤维起着冷凝核心的作用并吸收处理水蒸气的冷凝热量直到它们本身的温度与冷凝温度十分匹配为止。

处理导管12的长度可以有利于取得停顿时间，在处理导管中通过使处理蒸气冷凝可以在第二狭窄通路13内将在复丝6的内部单纤维与外部单纤维之间的温差调节到小于1K。在本发明的装置的处理导管中的停止时间一般是按照热传导的原理同时考虑冷凝蒸气的导热率、冷凝蒸气的热传递、单纤维的直径和复丝6的纤维的横剖面形状，以及制成纤维的合成聚合物的导热率来规定的。

被设置在喷嘴10的下游的处理导管12这样就有利地具有至少两个狭窄通路11、13，其每一个后面都设有一圆锥形扩展口41、14，它们都是用拉瓦尔的膨胀喷嘴来具体实施的。膨胀喷嘴的每一个41、14将以音速通过在它们上游的狭窄通路11、13的处理蒸气加速到超音速的速度，超音速速度是在大于1.0至2.0马赫值之间的一个范围内，其中高达13巴(较理想是在4和7巴之间)的一个垂直稳定的压缩冲击前锋在第一狭窄通路11之后呈现。所述的压缩冲击的压力是按照用于质量流动、能量和脉冲的热力学守恒定律调定的。其大小是作为进入的处理蒸气状态的一个函数和由如在图5中所示的蒸气焓-熵图上的范诺(Fanno)线与雷利(Ra1eigh)线的交点位置给定的。

在一个较佳实施例中，管路40将膨胀的未冷凝的蒸气中的一部分蒸气从第二狭窄通路13的下游引向叠置的喷嘴7用于正对复丝6喷吹。

在一个特定的实施例中，所述的叠置的喷嘴7被设计成一个涡旋喷嘴，以便可以获得复丝6的所要求的有利的纤维粘合。

由在热处理装置5内未被移去的一剩下部分的进口张力和在热处理装置5中产生的摩擦力组成的复丝6的相当低的移动张力(其张力小于0.15cN/dtex，例如0.06cN/dtex)被认为是本发明的装置的一个本质优点。

用于处理蒸气的一个调节装置(未图示)有利地连接在热处理装置5的上游，它基本由一个热交换器和一个带有旋流微滴和悬浮微粒分离器的旋流蒸气干燥器。

此外，所述的圆锥形扩展口41、14、17是被有利地设计成一种拉瓦尔喷嘴的形式。

在另一个较佳实施例中，通过将被设计成一个用于容置热处理装置5的中空室的加热套19的温度调节到处理蒸气的饱和温度，就可以避免蒸气可能在处理导管12、狭窄通路11、13、16、在它们的下游的圆锥形扩展口41、14、17(被设计成膨胀喷嘴)或者布置在下游的室18的内壁上冷凝而妨碍其进行。因而可指望冷凝仅仅在被加热的复丝6的单纤维表面上发生。

本发明还包括与原来已知的一种单级纺丝工艺相结合、用于在权利要求1所述的装置中、通过丝的热处理用合成纤维生产出全方位松弛的复丝的一种方法，其特点是在压力状态下产生松弛流动的处理蒸气进入与单纤维相接触由此借助于一种喷嘴作用将其冲力的一部分传递给复丝从而以这种方法减小因必须克服与空气和装置的摩擦所产生的在复丝中的张应力，以便使存在于复丝中的剩余张力减少到小于0.15cN/dtex，例如0.06cN/dtex，并且将复丝加热到超过制成纤维的聚合物的第二次转变温度的温度，而较理想是在摄氏105和190度之间。由于被复丝牵引向前的空气受到蒸气对着它的喷吹在进入复丝之前便转向并以这种方式移离复丝以使没有未被冷凝的气体可以进入处理过程。

借助于已说明的图1至5还可以说明本发明的方法。

图1是用于单级纺丝工艺并预拉伸的带有本发明一整体热处理装置的一种装置的第一实施例；

图2是用于单级纺丝工艺但未预拉伸的带有本发明一整体热处理装置的一种装置的第二实施例；

图3是用于单级纺丝工艺的带有本发明一整体热处理装置的一种装置的第三实施例；

图4是本发明热处理装置的示意说明图；

图5是辅以一些图解说明显示本发明方法特点的热力过程的蒸气焓-熵图之一部分。

图1示意地示出一种用于生产已有技术的合成复丝的单级纺丝方法，它是在纺丝头1开始进行的。借助于喷吹使复丝6的单纤维在一个冷却装置2中的纺丝头1的下面凝固并冷却到摄氏100度以下的一个温度。接着附加的拉伸通过被加热或未被加热的导丝辊3产生，这些导丝辊在复丝通过一接收装置4收到筒子上之前反复地卷绕。

一个采用本发明热处理方法步骤的热处理装置5被结合在所述的导丝辊3和接收装置4之间。

图2示出一种没有附加拉伸的类似方法。这种方法以与图1中所述的同样的方法予以描述。

图3以比较说明方式示出本发明的一个采用开式卷绕的导丝辊20的熔纺方法。

图4借助于一个已示意说明了的热处理装置5来说明本发明的热处理步骤。

在复丝6从上到下的运行方向上，复丝6首先通过一个叠置的喷嘴7，在该喷嘴中通过正对复丝的单纤维喷吹蒸气使在丝周围并被它牵引向前的空气的边界层被吹离所述的单纤维并由蒸气组成的边界层取代所述的空气边界层。

所述的叠置的喷嘴7可以具体化为一种用蒸气工作的涡旋喷嘴，这种涡旋喷嘴可通过涡流导致丝的粘合。在一个较佳实施例中，该叠置的喷嘴7产生一个与丝运行方向相反的速度分量。

剩余的蒸气和被移走的空气被收集在一个布置在上游的室43内并通过出口8被排出。通过进口9将预先准备好的处理蒸气引进并通过一个喷嘴10和位于下游的第一狭窄通道11引入处理导管12中，所述的狭窄通道后面的圆锥形的扩展口41是按照拉瓦尔的一种膨胀喷嘴具体实施的。蒸气在在该膨胀喷嘴中被加速到超音速的速度。按照K.Oswatitsch的“气体动力学基础”(1976年，斯普林格)所述，在此过程中所保持的状态下，一个稳定的压缩冲击便在膨胀喷嘴41的下游产生，这种冲击在第二狭窄通道13的上游使蒸气减速到亚音速而在第二狭窄通道13内刚好达到音速。

在通过第二狭窄通道13的通路下面，在圆锥形扩展口14(也是以一种膨胀喷嘴具体实施)内未被冷凝的剩下的蒸气便膨胀到大约2至4巴，这些蒸气被收集在一个中间室15内并通过一管路40返回到叠置的喷嘴7中。

未离去的处理蒸气的剩余部分形扩展口17(也是以一种膨胀喷嘴具体实施)中的第三狭窄通路16的下游膨胀到环境压力并通过布置在下游的室18排出。

热处理装置5通过一个加热套19至少保持在为热处理所要求的处理温度，以便防止在热处理装置的壁上产生蒸气的任何冷凝。

为了说明在本发明的装置内部的热力学过程，图5示出了蒸气焓-熵图的一部分，在该焓-熵图上研讨了处理蒸气状态变化的一个例子，由此，蒸气在其从第一狭窄通路11通过处理导管12、第二狭窄通路13到第二拉瓦尔喷嘴14的末端的路径上通过。

处理水蒸气在例如15巴的一个压力22时进入第一狭窄通路11。进一步的状态变量是由在图上的点23的位置所确定的。蒸气在第一拉瓦尔喷嘴中膨胀到例如2.6巴的压力24和其进一步的值是由点25所确定的一个状态。在此过程中蒸气被加速到一个大约1.5马赫的超音速的速度。在此过程中其焓值h从水平线26下降到水平线27。在此同时熵值是在值28和29之间增加。一个垂直稳定的压缩冲击锋呈现在第一拉瓦尔喷嘴的末端上，该喷嘴的后面是在第二狭窄通路13的范围内的其中经常出现增高的压力并延伸的一段。压力在其动能一部分再变化回到焓值h为31的位置时的冲击锋上跳离例如7巴和摄氏165度，而熵增加到值32。总能量在冲击锋的前后保持不变。

如果在冲击锋之后的蒸气状态33是处在饱和线34之上或之下，则一部分的处理水蒸气在复丝的单纤维的表面上冷凝，单纤维连同蒸气通过狭窄通路11被引导直到它被加热到在冷凝过程中发生的状态3 5时的处理蒸气的温度。在此过程中，焓被传递给丝，因此，在一恒定温度时，蒸气状态沿着恒定压力线30移向点35的焓值h水平线。

为了加热丝就必需使在狭窄通路11和13之间的距离，因而处理导管12的长度要足够大。在处于第二狭窄通路13下游的第二拉瓦尔喷嘴17内，蒸气膨胀到3巴的压力水平线37，例如到状态36。

按照F.Bosnjakovic，K.F.Knoche在其“热力学技术(Techn.Thermodynamik)”(斯泰因科普夫，1988年，第7版，第一部分)中所述，在冲击锋产生之后的33时的蒸气状态是从在点25时的冲击锋前面的蒸气状态开始的话，则在蒸气的焓-熵图上可以绘制出“范诺线”38以及“雷利线”39，所述的这两条线都是函数线，在前一条线的各点上流动横截面值和流动水蒸气的“静止状态”的焓是恒定的，而在后一条线的各点上流动横截面值以及各压力和相联结的容积与流动横截面积的平方之商的和是恒定的。

两条线两次相交并在其第二个交点上表示出在冲击锋之后的蒸气状态。

本发明的热处理基本包括以下步骤：

a)通过喷吹小张力的蒸气用一水蒸气的边界层取代在叠置的喷嘴7中复丝6的单纤维周围的空气边界层，所述小张力的蒸气较理想是从处理导管12返回的一部分处理水蒸气流；

b)通过处理装置5的喷嘴10将复丝6引入并吸出；

c)借助于被喷出的经预先处理的蒸气驱动复丝6而减小移动张力；

d)使处理蒸气和丝束通过处理导管12的狭窄通路11、13、16；

-其中，处理蒸气在第一狭窄通路11下游的圆锥形扩展口41内被加速到超音速的速度，以及

-在圆锥形扩展口41和第二狭窄通路13之间产生并保持一个压缩冲击从而使压力增加到2和13巴之间，并且

-由于蒸气经预先处理，该处理用蒸气达到其饱和压力。

e)通过吸收处理蒸气的冷凝热量在压缩冲击通过的路径上加热复丝6的单纤维使它从进入温度提高到冷凝温度，

-其中反应被激发，以及

f)通过处理装置的出口开口42将松弛的丝束喷出；

-在第二和另一个狭窄通路13、16的通路后面使处理蒸气分级膨胀；

-并且将它移去，较理想是使它通过管路40返回调节装置中；以及

g)将松弛的复丝移动并卷紧。

为此目的，就要以过热量补偿到达冲击锋途中所损失的热量并使处理蒸气在冲击锋上达到其饱和状态的这样一种方式来预先调节处理蒸气的状态。

为此目的，被加到在喷嘴10上游的管路9处的经过预调节的蒸气的压力较理想是在12和25巴之间。

处理蒸气在复丝6的单纤维的表面上冷凝，所述的单纤维是起冷凝核心的作用并在其冷凝时取得热量直到其本身的温度已经与冷凝温度非常匹配为止。

复丝6已经在低于摄氏100度，较理想是低于摄氏50度的进入温度时进入处理装置5内。在处理装置中复丝6的单纤维初始脱离环境空气，它们在一叠置的喷嘴7中已被牵引向前，接着移动，在借助于冷凝的处理蒸气，第二狭窄通路13处复丝内单纤维和外单纤维之间的温差(作为导管长度的函数)自己调整到小于1K的停顿时间中，单纤维就在小于0.15cN/dtex，例如0.06cNdtex的小张力的作用下在处理导管12的两个第一狭窄通路11、13之间被起着一个蒸气喷射泵作用的第一圆锥形扩展口41吸入，而形成的温度是在各特定的聚合物的第二次转变温度之上。

在此温度时，在聚合物内的分子间的结合力大大减小以使在先前拉伸过程的路径中已建立的分子间的张力被平衡，以使复丝松弛到一种稳定的部分结晶的状态。

决定本发明方法处理导管的最小长度的在处理导管12中的停顿时间是按照热传导的规律并考虑冷凝蒸气的热传导率、冷凝蒸气的热传递、单纤维的直径和复丝6的纤维丝的横截面形状以及制成纤维丝的合成聚合物的热传导率而确定的。

被设置在喷嘴10的下游上的处理导管12这样就有利地具有至少两个狭窄通路11、13，其每一个后面都设有一圆锥形扩展口41、14，它们都是用拉瓦尔的膨胀喷嘴来具体实施的。膨胀喷嘴的每一个41、14将以音速通过在它们上游的狭窄通路11、13的处理蒸气加速到超音速的速度，超音速速度是在大于1.0至2.0马赫值之间的一个范围内，其中高达13巴(较理想是在4和7巴之间)的一个垂直稳定的压缩冲击前锋在第一狭窄通路11之后呈现。所述的压缩冲击的压力是按照用于质量流动、能量和脉冲的热力学守恒定律调定的。其大小是作为进入的处理蒸气状态的一个函数和由如在图5中所示的蒸气焓-熵图上的范诺(Fanno)线与雷利(Raleigh)线的交点位置给定的。

在一个较佳实施例中，管路40将膨胀的未冷凝的蒸气中的一部分蒸气从第二狭窄通路13的下游引向叠置的喷嘴7用于正对复丝6喷吹。

在一个特定的实施例中，所述的叠置的喷嘴7被设计成一个涡旋喷嘴，以便可以获得复丝6的所要求的有利的纤维粘合。

既不构成复丝8的蒸气边界层又不移去或冷凝的处理蒸气的剩下部分是在它膨胀到环境压力的一个状态时以一种理想的方式被收集于布置在下游的室18内，被抽出并有利地供给热量回收处理。

在已通过所有的狭窄通路后，松弛的复丝6通过处理装置5的出口42以一个小于0.15cNdtex，例如0.06cNdtex的张力被接收装置4抽出，所述的张力是由在处理装置5内未被减小的进口张力的剩余部分和由在处理装置5内产生的摩擦力所组成。

在另一个较佳实施例中，使处理装置5至少加热到处理水蒸气的饱和温度可以以一种处理中断的方式阻止蒸气在处理导管12、狭窄通路11、13、16或者圆锥形扩展口41、14、17或者布置在下游的室的内壁上冷凝。采用这种方法就可以实现蒸气只在被加热的复丝6的单纤维的表面上冷凝。

在按已有技术的工艺用例如聚酯(PET)或尼龙6(PA6)制成的复丝的数据在下表的第一和第二列中示出的同时，按本发明方法生产的相应的丝，如在第三和第四列中所列那样，由于有关沸水收缩率和收缩力的值明显改善而有显著的区别。

                                                       表1

变量       方    法按已有技术    按本发明

      号                       1           2              3              4

聚合物	聚酯	尼龙6	聚酯	尼龙6
					断裂强度/dtex	4.3	4.7	4.3	4.7
断裂时延伸率，％	32	45	32	45
					T10值，cN/dtex	30	18	30	18
沸水收缩率％	7	10.5	4.5	6-7.5
					热空气收缩率，％*	7	4-5	7	4-5
收缩力，cN/dtex**	2	1	1	0.5

^* 热空气收缩率，对PES是在摄氏180度时测定，或对尼龙6是在摄氏160度时测定

^**收缩力测量是在Textechno公司的Dynafil上于摄氏125度和10米/分时进行。

Claims (21)

1.一种用于在处理装置(5)中对用合成聚合物制成的复丝(6)进行松弛热处理的装置，它基本包括：带有用于放掉由进入的复丝牵引向前的空气的一根连接管(8)的布置在上游的一个室(43)，一个与处理蒸气用进口管(9)相结合的喷嘴(10)，一根至少有两个被其分开的下游带有圆锥形扩展口(41、14)的狭窄通路(11、13)、且以在进口或出口侧没有密封的方式具体实施的处理导管(12)，一个布置在下游的室，一个加热套(19)和引出所述的布置在下游的室(18)之外的蒸气排出口，以及一个可选用处理蒸气工作或者选用通过一蒸气返回管(40)与一个也是可选用之中间室(15)相连接的叠置的喷嘴(7)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，至少下列零部件之一是以环绕其复丝(6)的轴线动力平衡的方式所制成：

所述的叠置的喷嘴(7)，喷嘴(10)，处理导管(12)，狭窄通路(11)、(13)、(16)以及圆锥形扩展口(41)、(14)、(17)。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，至少下列零部件之一是作不对称设计的：

所述的叠置的喷嘴(7)，喷嘴(10)，处理导管(12)，狭窄通路(11)、(13)、(16)以及圆锥形扩展口(41)、(14)、(17)。

4.如权利要求1至3之一所述的装置，其特征在于，至少下列零部件之一具有多边形形状的横截面：

所述的叠置的喷嘴(7)，喷嘴(10)，处理导管(12)，狭窄通路(11)、(13)、(16)以及圆锥形扩展口(41)、(14)、(17)。

5.如权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述的用于处理蒸气的进口管(9)是设置在一侧上。

6.如权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于，所述的加热套(19)是设计成一个采用热媒(较理想是蒸气)的中空的室。

7.如权利要求1至6之一所述的装置，其特征在于，所述的热处理装置(5)可沿着丝轴线的剖面分开和做成可以翻开。

8.如权利要求1至7之一所述的装置，其特征在于，所述的热处理装置(5)设计得可借助于与纵向轴线平行延伸的一个分隔间隙而通过。

9.如权利要求1至8之一所述的装置，其特征在于，用于处理蒸气的一个调节装置附加地与所述的热处理装置(5)的上游相连接，它基本上是由一个热交换器和一个带有一旋流微滴与悬浮微粒分离器的旋流蒸气干燥器所组成。

10.如权利要求1至9之一所述的装置，其特征在于，所述的圆锥形扩展口(41)、(14)、(17)是拉瓦尔喷嘴。

11.一种用于生产由合成聚合物制成全方位松弛的复丝的方法，具有下列步骤：熔纺、冷却、可选择的拉伸、在摄氏105和190度之间的单纤维的第二次转变温度之上对凝固的单纤维加热的同时进行热处理以及以一个小于0.15cN/dtex的张力卷紧，其特征在于，所述的热处理是在权利要求1至10的装置内以在复丝(6)和处理蒸气之间直接接触的方式进行的，并且其中复丝(6)和处理蒸气是在处理装置(5)的进口或出口端都没有密封的情况下一起通过一处理导管(12)被引导，在处理导管中，被加速到超音速之后，蒸气经受一个遵循热力学规律的稳定的垂直压缩冲击，其中处理蒸气的一部分在它通过一喷嘴(10)被引入处理导管(12)内后在处理导管中于复丝(6)的单纤维的表面上冷凝，在处理导管中蒸气将一个稳定的驱动脉冲传递给通过一叠置的喷嘴(7)引入的运行着的复丝(6)，因而在它通过布置在下游的室(18)移去时将它的张力减小到一个所要求的剩余张力。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述的处理蒸气的状态是以这样一种方式在喷嘴(10)上游的管(9)处被调定，即过热补偿了到达冲击锋(25)的途中所损失的热量，以使处理蒸气至少大约达到其在冲击锋(25)上的饱和状态并在起着冷凝核心的复丝(6)的单纤维的表面上冷凝，在此过程中单纤维吸收其冷凝热直到它们的温度与蒸气冷凝温度已非常匹配为止。

13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，毗邻喷嘴(10)的处理导管(12)至少具有两个狭窄通路(11、13)，其每一个后面都设有一圆锥形扩展口(41、14)，它们设计成拉瓦尔的膨胀喷嘴，所述的圆锥形扩展口在狭窄通路(11、13)内达到音速之后将处理蒸气加速到1.0至2.0马赫的超音速的速度，其中一个2至13巴的垂直稳定的压缩冲击锋(25、23)在第一狭窄通路(11)的下游产生，所述的压缩冲击锋在第二狭窄通路(13)的上游使处理蒸气运动到超音速的速度，在压缩冲击中的压力(30)是按照用于质量流动、能量和脉冲的热力学守恒定律调定的，并且作为进入的处理蒸气状态的一个函数，其大小是由蒸气焓-熵图上的范诺(Fanno)线(38)与雷利(Raleigh)线(39)的交点(25、33)的位置所确定的。

14.如权利要求11至13之一所述的方法，其特征在于，所述的处理导管(12)具有一第三狭窄通路(16)，在其上游聚集有在第二狭窄通路(13)下游已膨胀蒸气的未冷凝剩余部分并且这个蒸气的一部分被收集在一个中间室内而作为流过管(40)的一个分支供向一个叠置的喷嘴(7)，所述的叠置的喷嘴在进口的上游设置到喷嘴(10)上并供复丝(6)最先通过，在其中被复丝(6)牵引向前的空气边界层与复丝(6)分开并被蒸气的边界层取代，所述的蒸气边界层防止外部气体干扰处理导管(12)内的冷凝过程。

15.如权利要求11至14之一所述的方法，其特征在于，所述的叠置的喷嘴(7)是用一种旋涡喷嘴来具体实施的，它提供给复丝(6)一种丝粘合(交织作用)，这种交织作用有利于进一步的处理步骤和接着的进一步处理。

16.如权利要求11至15之一所述的方法，其特征在于，在处理导管(12)的一端上和在通过两个或三个狭窄通路(11、13、16)的最后一个的通路后面，复丝(6)通过卷紧装置(4)以小于0.15cN/dtex的一个张力被抽出处理装置(5)，所述的张力是由进入处理装置(5)的在其中未被减小的剩下部分的张力和在处理装置中本身所产生的摩擦力所组成。

17.如权利要求11至15之一所述的方法，其特征在于，所述的处理蒸气既没有在冷凝时落在复丝(6)的表面上又不返回叠置的喷嘴(7)的一个剩余部分在处理导管(12)的最后一个狭窄通路(16)的下游被膨胀到环境的压力，被收集于布置在下游的室(18)内并连同来自叠置的喷嘴(7)的蒸气边界层中未伴随复丝(6)的过多蒸气被抽出和返回处理。

18.如权利要求11至17之一所述的方法，其特征在于，所述的处理导管(12)是被封闭在一加热套(19)内并被加热到至少是处理水蒸气的饱和温度，以便冷凝只是在复丝(6)的单纤维的表面上而不是在处理导管(12)和/或狭窄通路(11)、(13)、(16)或相连接的布置在下游的室(18)的圆锥形扩展口(41)、(14)、(17)的内壁上发生。

19.如权利要求11至18之一所述的方法，其特征在于，在两个狭窄通路(11、13)之间的处理导管(12)的长度具有这样一个尺寸，即它能使由复丝(6)的速度和在两个狭窄通路(11、13)之间冷凝蒸气向复丝的热传递输出量所造成的复丝的停顿时间导致在第二狭窄通路(13)的导管出口处复丝(6)的单层和芯纤维之间的温差小于1K。

20.如权利要求11至19之一所述的方法，其特征在于，按照热传导的规律并考虑冷凝蒸气的热传导率、冷凝蒸气的热传递、复丝(6)的纤维的单纤维直径和制成纤维的合成聚合物的热传导率，所选择的处理导管的最小长度取决于在处理导管内的复丝(6)的停顿时间，它导致在狭窄通路(13)的导管出口处产生一个大于1K的温度差。

21.一种全方位松弛的复丝，它可以用权利要求1所述的装置和权利要求11至20中的一个或几个的方法生产出。

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