CN1231647A - 断裂长丝的检测 - Google Patents
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Abstract
用一种新型的压电薄膜传感装置(40)可检测和记录正在运行中的丝束例如新熔纺出的长丝束(1)中的单根断裂长丝。
Description
本发明涉及断裂长丝的检测，尤其涉及在制备聚合物纤维的工艺过程中特别是熔纺合成聚合物的工艺过程中的断裂长丝的检测，及在上述工艺或在其他工艺中能检测如断裂的长丝那么小疵点的装置，和由上述工艺制得的产品的提高。
本世纪以来，用熔融的合成聚合物纺成合成长丝(熔纺)以及用合成聚合物的溶液和再生聚合物的溶液纺丝(溶纺)在工业上已具有很大规模，数量之多已达数百万吨，纺织速度之高达到每分钟几百米至几千米。这些纤维大多数都具有细的单丝旦数(单丝旦数：9仟米单丝重1克为1旦，而10仟米单丝重1克为1分特)。在现有技术中，已有几项检测纺丝注头的建议。例如，Harvey等人在1971年5月出版的美国国防报告T 886007中公开的一种检测纱或长丝中的过尺寸疵点的带槽的装置特别适用于在合成纤维的溶纺中检测过尺寸长丝或聚合物注头。Harvey提出的带槽的装置使用一种应变测量仪(例如Baldwin Lima Hamilton公司制造的SPB2-15-200型应变测量仪)来测量带槽导丝器中应变的变化(当过尺寸的长丝或聚合物注头触及导丝器并使之挠曲时)。Harvey发现，上述装置可用于指示上述的尺寸疵点，并可驱动一种除废装置，将有疵点的长丝投入废料中，或驱动一种标识器，以标出疵点的位置。在纺织场所的实际生产中已应用多种型号的除废装置。
最好是能提高检测和标识新纺出的长丝中的疵点的能力又不必断开整个端部。显然，新纺出的未拉伸的合成纤维是十分脆弱和敏感的，所以在新纺的未拉伸合成长丝的控制和监测中存在的问题完全不同于纺织纤维(例如棉纱、羊毛或已抽拉的合成纤维)的问题。
70年代，Weidmann等人在美国专利NO.4133207中提出了一种检测运行中的纺织纱中的结头状粗点的装置，其中，纺织纱穿过导纱器与机械振动装置之间的间隙，该机械振动装置的基本频率低于100Hz，并含有一个片状的振动件或者说悬臂件和一个固定在悬臂件的一个面上的机电传感件。该机电传感件是一种对上述的机械振动装置的振动敏感的片状压电构件。Weidmann的装置可用于织造机中鉴定纬纱或计算结头或结头状粗点。迄今所知，Weidmann的装置尚未实际用于熔纺机或溶纺机上。
多年来，有许多文献中提出过用于检测行进中的丝束内的疵点的压电元件，例如：美国专利NO.3611342(Raaben等人，1971)、NO.4110654(Paul,1978)、NO.4254613(Arita等人，1981)、NO.4393647(Kilamura,1983)、NO.4605875(Bobbola,1986)、NO.5043708(Kimura,1991)和欧洲专利A 616058 A1(Atex Savio等人，1994)。上述的压电元件一般用作整体地检测纱线中的破损疵点。并非用于检测连续的复合纤维纱中单根长丝的破损疵点。而且，这些现有建议一般用于织造机，例如环锭纺纱、加捻、复绕或织造过程中，并非用在最初由熔体挤压、激冷或最初卷绕刚激冷的和纺制的单丝以制造纱或纤维束的熔纺场所中。
如在上面Weidmann所述，电容的或者光电的传感器或者说检测装置已被提出在不触及纱线的情况下进行检测，但其制造费用昂贵。例如，有限技术公司在国际专利WO 92/01622(1992)中叙述过几种纱线检测装置，并且提出了用于这一目的的超声波检测仪。
多年来一直缺少能够在例如熔纺过程中检测出现的单根断裂长丝而其余丝束与未断裂的长丝一起继续行进的实用装置。最近，Reese在美国专利NO.5034174中公开了一种现行的操作规程，首先检查完全绕好的纱线筒管的端部以发现断裂长丝，然后计算从筒管端伸出的断裂长丝数量，给出该筒管的纱中可能的断裂长丝的数量，然后将伸出的断裂长丝总数除以筒管上的纱线磅数，其结果从BFC(断裂长丝计数)表示之。如意识到的那样，上述技术(最近投入应用)在熔纺场所中检测熔纺过程中断裂的单丝一直具有许多疵点。可是，迄今为止，还没有一种可在熔纺生产线上足够灵敏地检测单根断裂长丝而不像例如由Weidmann早在70年代所提出的装置付出那样高成本的代价的实用方法。
本发明解决了上述长期存在的问题，本发明的一个基本要点是采用压电薄膜传感件在例如熔纺场所中检测新纺出原断裂的合成长丝。所述的压电薄膜已在市场上出现几十年，但是，从前并没有人提出用其解决上述的问题，尽管有各种出版物谈到过这种元件，例如BenCarlisle《机械设计》1986、10、23、P105～110和Garen20等人的美国专利NO.5136202，后者参考了1987和1988年出版的有关Kynar压电薄膜的技术手册和其他文件。
因此，按照本发明的一个方面，提出了一种将合成聚合物熔纺成复合长丝的工艺的改进，该工艺包含如下步骤：将熔融聚合物挤压通过纺断裂长丝细管而形成长丝流；用冷却空气快速冷却上述的长丝流，使之固化而成长丝；然后对上述的长丝涂敷整理剂，其中，上述的工艺改进包括：能够在上述长丝通过与它隔开预定距离的可挠曲的悬臂片时检测和记录出现的断裂长丝，在上述的悬臂片上固定一个压电薄膜传感件，该薄膜传感件是也含有可记录来自该传感件的电脉冲的记录装置的电路的一部分，因此，长丝的疵点与上述悬臂片的碰撞会使悬臂片挠曲，并使上述薄膜传感件伸张，从而使上述电路中产生来自薄膜传感件的电脉冲，该电脉冲可被记录下来。
支承压电薄膜传感件的可挠曲的悬臂片最好具有一个与导丝器隔开的自由端，以便在该自由端与导丝器之间形成预定宽度的间隙。
按照本发明的另一方面，提出一种适用于检测正在沿纺丝路线连续移动的复合长丝中的断裂长丝的装置，它含有：
(1)一个具有两个表面并在沿上述长丝移动的方向上具有低惯性悬臂片，该悬臂片与上述丝路相隔预定的距离；
(2)一个永久地粘合在上述悬臂片的一个面上的压电薄膜传感件，当上述悬臂片由于碰到断裂长丝或其他丝中疵点而挠曲时，上述的压电薄膜传感件会发出一个电信号；和
(3)一个含有可记录上述电信号的记录装置的电路。
上述的悬臂片最好具有一个位于上述丝路之第一侧的自由端，一个导丝器置于与上述自由端相对的位置，而使在上述自由端与上述导丝器之间形成一个预定宽度的丝路间隙。
也可以采用另一种结构，例如，在悬臂片上做出一个凹槽，使丝路通过形成预定宽度的丝路间隙的上述凹槽。
按照本发明的又一个方面，由于采用了改进的工艺并使用了本发明的装置及所取得的经验，可提供高质量的产品例如优质纱。
下面结合附图说明本发明，附图中：
图1是现有技术熔纺合成纤维丝的典型工艺过程的示意图；
图2和3分别是本发明装置的最佳实施例的示意正视图和平面图。
下面参考附图说明本发明的最佳实施例。参看图1，图中示出一种用于制备纱线的典型高速熔纺设备。熔融的聚酯通过加热过的喷丝头2上的孔熔纺成丝，并在大气中冷却而凝固成长丝1。当熔融的聚酯从喷丝头2露出并通过吐丝孔与通入冷却空气的部位10之间时，由一个包围长丝1的金属管(例如在带孔的金属管11中对称地围绕通过吐丝孔的长丝的金属管)将它与大气隔开。长丝1可任意地通过用于约束它的汇聚导丝器21之间，然后与辊子20接触，该辊子20在一个纺丝整理剂槽中转动，因此可对固态长丝涂上所需量的纺丝整理剂(或者也可采用其它的涂敷纺丝整理剂的装置例如计量器)。长丝1通过辊子20后，再通过另一组导丝器22，并由该导丝器22保持长丝1与整理辊20相接触并导引长丝进入另一组导丝器25，而后长丝继续前进而进入缠绕系统，该缠绕系统含有一个第一从动辊31、一个第二从动辊32、一个横动导丝器35和一个从动绕纱辊33，长丝1由交缠喷嘴34交缠成纱。上述的熔纺设备的配置在美国专利NO.4156071(Knox)中已有叙述。也可以采用几种改型的配置方式；例如，交缠喷嘴34可置于辊子31与32之间，或置于导丝器25与辊子31之间，特别是对于单辊缠绕(或无导丝盘系统)。以及对于通常既不交缠又不缠绕、纤维丝只是成束地通过第一从动辊31到达一种集束装置并通常与其他丝束合并成一个较大的丝束后加工成一个大丝束的短纤维，更可如此安排。如上所述，迄今为止，一般尚未在高速熔纺过程中实际应用过监控疵点的现有技术。所以，只能像现有技术例如在Quick的美国专利NO.2624933或Ebnesajjad等人的美国专利NO.4668453中所述的那样采用除杂导丝器，在较大疵点通过该导丝轮时除去整个丝束。这种除杂导丝器可以方便地沿熔纺丝束的流水线设置，例如设置在导丝器22或25的位置，或其他方便的任何位置。但是，按照本发明，检测断裂长丝的装置可以设置在沿熔纺丝束的流水线中与除杂导丝器类似的位置上，代替上类的除杂导丝器，或者附在除杂导丝器上，或者按其他方式设置。
下面参看图2，在图的右边，总的以标号40示出断裂长丝检测装置。若干悬臂片41伸向通过位于丝条1之同一侧并分别置于悬臂片之上方和下方的导丝器42和44之间的丝条1，这些悬臂片41也位于丝条的同一侧，而导丝器43则位于丝条1的另一侧，即与悬臂片41相对的位置。在导丝器43与悬臂片41之间形成一个预定宽度的间隙，当丝条1通过上述间隙时，由上导丝器42和下导丝器44推向导轮43。图3更清楚地示出上述的间隙48，但未示出丝条1，图3是断裂长丝检测装置40和导丝器43的上视平面图，其比例比图2小，图中示出8个从基座45伸出的悬臂片41和导丝器43，它们均牢牢地安装在刚性支架46上。8个悬臂片41均富有柔性，可用不锈钢制造，例如用厚度为3～4密耳(0.075～0.1毫米)的钢片制成。在每个悬臂片41上固定一个压电薄膜传感件47。
压电传感件47应永久地粘在悬臂片41上，因为悬臂片41的弯曲会使薄膜传感件47弯曲和变形，从而检测出疵点例如断裂长丝。图3示出并排设置的8个悬臂片41和用于检测8条新熔纺出来的长丝/丝束的压电薄膜传感件47。显然，根据通过疵点检测装置的长丝、丝束或纱的排列情况，可以采用不同的布局。例如，对于将纤维纺成一种较大的丝束并加工成毛束的情况，可以采用跨越整个丝束横向的单根较粗的悬臂片。
压电薄膜传感件47的电路可以像在与本文有关的Atochem的产品资料号NO.61(B/91)或Garenzo等人的美国专利NO.5136202或Kynar公司的压电薄膜手册(以及产品简介和价格表)中所述的那样也可以像在Weidmann等人的美国专利NO.4133207(一种陶瓷型压电传感器)所述的那样的电路。在图2和3未示出上述电路，但示出了通向电源的导体50。换言之，合适的电路是在市场上可购得的。
如上所述，悬臂片41可以用厚度为3～4密耳的不锈钢片制成。这种尺寸的钢片已成功地用于制造低惯性、高弹性以及高挠度和高信号灵敏度的悬臂片。悬臂片的宽度和长度与具体用途有关，并且主要取决于丝束(丝条)的宽度及其存在的疵点。宽度和长度范围分别为0.18～1英寸(4.5～25毫米)和0.5～1.5英寸(12～40毫米)的悬臂片已在不同的机器结构和产品上成功地试验和评价过。
也可以不用不锈钢而用其他材料来制造具有所需传感特性的悬臂片，例如可以采用黄铜片和塑料片，但是，从制造方便和降低成本来说，不锈钢对于一般用途已被证明是合适的。
对于不同的用途，可以按丝束厚度和灵敏度要求来调节“检测间隙”。已经成功地试验出4～30密耳(0.1～0.8毫米)的间隙范围可用于各种生产线。这个与所需灵敏度有关的间隙尺寸一般是丝束厚度的2～3倍。典型的丝束的厚度为1～3密耳(25～75微米)。一般说来，如果可行的话，为达到最高的灵敏度，纱束最好在导轮上扩张开来而仅出现一根长丝的厚度，但是，这往往是不可行的，尤其是在熔纺大的丝束例如短纤维束时更是这样。
检测装置的工作部件即压电传感件47(最好包括悬臂片41)最好是防水的，例如涂上合适的防水材料，本发明人在实践中发现，对于熔纺的应用来说，十分重要的是防止薄膜站上纺丝整理剂。我已用过美国马萨诸塞州Paratronic of Attleboro公司以商标名Paralene出售的商业防水涂料，将上述工作部件直到基座45都涂上这种涂料。另外，包含电路的整个装置(包括基座45)最好用一种合适的材料例如硅酮密封剂密封之。
与使用已证明不能令人满意的现有技术装置的做法不同，我用本发明的工艺和装置已能检测和记录出新熔纺出的每一丝束中的断裂长丝，因此，由于我提高了检测断裂长丝和其他疵点的能力而提高了纺纱的质量，并因此能修正产生断裂长丝和其他疵点的原因。按照本发明也提供了高质量的纱。虽然本发明的目的及最主要的应用是熔纺过程，但是，可以认为本发明的新型断裂长丝检测装置将可广泛地应用于监控和记录其他正在生产中的丝条中的疵点。根据所设定的装置的灵敏度，可用于监测单丝的断裂(正如我曾经做过的那样)和/或更大的疵点(例如Harvey曾指出过的注头、粗点或熔丝)。而且，除了监控运行中的丝条之外，本发明的装置还可采用作手提式试验装置用于检查离线(即离开工业制造场地)的丝条质量。可通过改变间隙的宽度来调节灵敏度，在这方面，具有自由端的悬臂片比带有凹槽的悬臂片能更容易调节其相对于固定的导纱轮的位置。而且可以按照悬臂片的挠曲量调节电记录的临界灵敏度，正如在实践中可证明是理想的那样。
Claims (6)
1．一种将合成聚酯熔纺成复合长丝工艺的改进，该工艺包含如下步骤：将熔融聚合物挤压通过纺断裂长丝细管而形成长丝流；用冷却空气快速冷却上述的长丝流，使之固化而成长丝；然后对上述长丝涂敷整理剂，其特征在于，上述的工艺改进包括：能够在上述长丝通过与它隔开预定距离的可挠曲的悬臂片41上固定一个压电薄膜传感件47，该薄膜传感件47是也含有可记录来自该传感件的电脉冲的记录装置的电路的一部分，因此，长丝疵点与上述悬臂片的碰撞会使悬臂片挠曲，并使上述薄膜传感件伸张，从而使上述电路中产生来自薄膜传感件的电脉冲，该电脉冲可被记录下来。
2．根据权利要求1的工艺，其特征在于，上述的压电薄膜传感件用防水涂层保护。
3．一种适用于检测正在沿纺丝线路连续移动的复合长丝中的毛丝的装置，其特征在于它包括：
(1)一个具有两个表面并在沿上述长丝移动的方向上具有低的惯性的柔性悬臂片，该悬臂片与上述丝路相隔一定的距离；
(2)一个永久地粘在上述悬臂片的一个面上的压电薄膜传感件，当上述悬臂片由于碰到断裂长丝或其他的丝中疵点而挠曲时，上述的压电薄膜就会发生一个电信号；和
(3)一个含有记录上述电信号的记录装置的电路。
4．根据权利要求3的装置，其特征在于，上述悬臂片的自由端位于上述线路的第一侧，而上述装置的导轮43设置在与上述悬臂片的自由端相对的位置上，因此在上述自由端与上述导轮之间形成一个预定宽度的丝路间隙48。
5．根据权利要求3的装置，其特征在于，上述的悬臂片具有一个透槽，该片和槽的结构可使上述的丝路通过上述的槽，并由上述的槽形成预定宽度的丝路间隙。
6．根据权利要求3～5中任一项的装置，其特征在于，上述的压电薄膜传感件涂有防水涂层。
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