CN1308505C - 拉伸长丝的拉伸喷射器和方法以及熔纺长丝的装置和方法 - Google Patents

拉伸长丝的拉伸喷射器和方法以及熔纺长丝的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明针对拉伸长丝的拉伸喷射器和方法以及熔纺长丝的装置和方法，其中所述拉伸喷射器包括拉伸槽、拉伸件、及至少一个空气喷嘴，上述拉伸槽由入口件限定，所述入口件包括会聚通道，会聚通道与连续通道连通，收尾于出口部分，拉伸件包括入口部分，入口部分具有拉伸间隙宽度为约2.0-约10mm，该入口部分与入口件的出口部分连通，其中拉伸件具有一个拉伸通道，拉伸通道在间隙壁之间的开角为约0.0-约5°，上述至少一个空气喷嘴用于使高速空气对准在下游方向上的上述长丝，空气喷嘴设置在入口件的出口部分与拉伸件的入口部分之间，并具有一个喷嘴间隙宽度，其中拉伸间隙宽度与所有上述喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.0-约10。

Description

拉伸长丝的拉伸喷射器和方法以及熔纺长丝的装置和方法
技术领域
本发明涉及用一种合成聚合物熔纺法用高速拉伸喷射器来制造拉伸的长丝。更具体地说，高速拉伸喷射器利用高速空气冲击长丝丝条时所产生的张力来拉伸长丝。长丝可以收集在筛上并粘合在一起，以便制造一种非织造织物或收卷起来供在一种纺织物或其它最终用途中使用。
背景技术
射流装置与合成聚合物纺织长丝一起已用于许多场合，其中包括拉伸、变形工艺、膨化、卷曲、交络等。例如，纺粘型非织造布通常用下述方法制造：熔纺一排或多排长丝，拉伸长丝，将随机叠置的长丝收集在一个筛上，及将长丝粘合在一起。拉伸长丝的方法是使一个或多个长丝排经受拉伸喷射。拉伸喷射利用向下喷射的高速空气来在长丝上提供拉伸它们的张力。当张力增加时，聚合物产量和长丝速度也增加。这会导致增加生产率。然而，消耗更多的空气会多花钱。另外，空气可能加热，这也使费用增加。在纺粘法中，太多的空气流可能导致叠置过程中的不均匀性。因此，有利的是使空气用量减至最少而同时增加长丝张力。希望的情况是使用一种拉伸喷射器，所述拉伸喷射器能对用于拉伸的长丝丝条提供高张力，而同时使用最少量的高速空气来增加生产率。
发明内容
在第一实施例中，本发明针对一种用于拉伸热塑性聚合物长丝的拉伸喷射器，所述拉伸喷射器包括一个拉伸槽、一个拉伸件、和至少一个空气喷嘴，上述拉伸槽由一个入口件限定，所述入口件包括一个会聚通道，该会聚通道与一个连续通道连通，收尾于一个出口部分，上述拉伸件包括一个入口部分，所述入口部分具有一个拉伸间隙宽度为约2.0-约10mm，该入口部分与上述入口件的出口部分连通，而上述至少一个空气喷嘴用于使高速空气对准在下游方向上的上述长丝，空气喷嘴设置在上述入口件的出口部分与上述拉伸件的入口部分之间，并具有一个喷嘴间隙宽度，其中上述拉伸间隙宽度与所有上述喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.0-约10。
本发明的另一个实施例针对一种用于熔纺热塑性聚合物长丝的装置，所述装置包括一个拉伸喷射器、一个拉伸件、和至少一个空气喷嘴，上述拉伸喷射器用于拉伸热塑性聚合物长丝，包括一个拉伸槽，上述拉伸槽由一个入口件限定，所述入口件包括一个会聚通道，该会聚通道与一个连续通道连通，收尾于一个出口部分，上述拉伸件包括一个入口部分，所述入口部分具有一个拉伸间隙宽度为约2.0-约10mm，该入口部分与上述入口件的出口部分连通，而上述至少一个空气喷嘴用于使高速空气对准在下游方向上的上述长丝，空气喷嘴设置在上述入口件的出口部分与上述拉伸件的入口部分之间，并具有一个喷嘴间隙宽度，其中上述拉伸间隙宽度与所有上述喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.0-约10。
在另一个实施例中，本发明针对一种用于拉伸热塑性聚合物长丝的方法，所述方法包括用一种拉伸喷射器拉伸上述长丝，上述拉伸喷射器具有一个入口件、一个拉伸件、和至少一个空气喷嘴，上述入口件包括一个会聚通道，所述会聚通道与一个连续通道连通，收尾于一个出口部分，上述拉伸件包括一个入口部分，所述入口部分具有一个拉伸间隙宽度为约2.0-约10mm，该入口部分与上述入口件的出口部分连通，而上述至少一个空气喷嘴用于使高速空气对准在下游方向上的上述长丝，空气喷嘴设置在上述入口件的出口部分与上述拉伸件的入口部分之间，并具有一个喷嘴间隙宽度，其中上述拉伸间隙宽度与所有上述喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.0-约10。
在另一个实施例中，本发明针对一种用于熔纺热塑性聚合物长丝的方法，所述方法包括熔化一种热塑性聚合物，通过一个喷丝头纺丝上述熔化的热塑料性聚合物并形成长丝，及用一个拉伸喷射器拉伸上述长丝，上述拉伸喷射器具有一个入口件、一个拉伸件、和至少一个空气喷嘴，上述入口件包括一个会聚通道，所述会聚通道与一个连续通道连通，收尾于一个出口部分，上述拉伸部件包括一个入口部分，所述入口部分具有一个拉伸间隙宽度为约2.0-约10mm，该入口部分与上述入口件的上述出口部分连通，而上述至少一个空气喷嘴用于使高速空气对准在下游方向上的上述长丝，空气喷嘴设置在上述入口件的出口部分与上述拉伸件的入口部分之间，并具有一个喷嘴间隙宽度，其中上述拉伸间隙宽度与所有上述喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.0-约10，并将上述形成的长丝收集在一个收集筛上，以便形成一个非织造纤维网。
附图说明
图1是本发明的长丝拉伸喷射器横断面示意图。
具体实施方式
本发明针对一种长丝拉伸喷射器和一种供使用上述长丝拉伸喷射器的方法。这种气流喷射可以用于各种高速熔纺法中，所述这些高速熔纺法不需用长丝拉伸辊。在纺粘法中，可以把这些长丝收集在一个形成筛上并粘合在一起，以便产生一种非织造布或纤维网。这些布或纤维网可以例如用于过滤器、抹布类、及卫生制品中。
按照本发明，一种熔纺的长丝帘幕穿过一个拉伸喷射器导向。其中长丝用高速空气冲击，同时在丝条上形成张力。这种张力使待拉伸的长丝产生更小的长丝直径和增加的分子准直(增加的结晶度)用于增加长丝强度。
本发明可以参照用按照图1的装置拉伸喷射的拉伸长丝一个特定的例子进行说明。
图1是本发明一种长丝拉伸喷射器的示意横向剖视图。将一种热塑性合成聚合物在一挤塑机中熔化并穿过一个纺丝箱体进行纺丝以便产生长丝(未示出)。拉伸喷射器1位于纺丝箱体的下面。拉伸喷射器1具有一个沿着纺丝箱体的长度运行的槽形开口。图1示出俯视槽时的拉伸喷射器1的剖视图。
长丝导入并穿过气流喷射装置1的槽4。槽4由安装到拉伸件8上的入口件6形成。入口件6包括会聚通道10和连续通道12。会聚通道10由会聚板14和16限定，而连续通道12由连续板18和20限定，上述连续板18和20分别附连到会聚板14和16上。只要为空气气嘴32提供空间，连续通道12的长度可以减至最小。连续板18和20的壁可以如图1所示平行安排。入口件6末端是在连续通道12尾端处的一个出口部分。连续通道12限定进料口间隙的宽度22。进料口间隙宽度22为约0.5-约4.0mm。
拉伸件8包括由拉伸板26和28所限定的拉伸通道24。拉伸件8的入口部分与入口件6的出口部分成轴向对准连通。端板(未示出)封闭拉伸喷射器的每一端，同时盖住会聚板14和16、连续板18和20、及拉伸板26和28的端部。拉伸通道24由拉伸板26和28限定，并且在它的最窄部分处限定拉伸间隙宽度30。拉伸间隙宽度30优选的是约2.0-约10mm，更优选的是约2.3-约8mm，而最优选的是约2.6-约6mm。拉伸间隙宽度30等于或大于进料间隙宽度22。拉伸件长度优选的是约25-约75cm，更优选的是约28-约65cm，而最优选的是约30-约55cm。拉伸通道24用板26和28其中之一或二者偏离槽4的轴向中心对准线限定一个开角。开角优选的是约0.0-约5°，更优选的是约0.1-约3°，而最优选的是约0.2-约1°。
空气喷嘴32设置在入口件6的出口部分和拉伸件8的入口部分之间，并在下游方向上使高速空气对准槽4中的长丝。具体地说，空气喷嘴32在连续板18和拉伸板26之间形成或是在连续板20和拉伸板28之间形成。在两个空气喷嘴彼此相对的情况下，每个空气喷嘴都位于一个连续板和拉伸板对之间。空气喷嘴具有喷嘴间隙宽度36。
间隙比定义为：间隙比＝拉伸间隙宽度/(所有喷嘴间隙的结合宽度)，其中所有喷嘴间隙的结合宽度是如果有一个以上喷嘴间隙所有单个喷嘴间隙之和。间隙比优选的是约1.0-约10，更优选的是约1.2-约7，和最优选的是约1.4-约5。
拉伸的长丝可以收集在一个收集筛(未示出)上，以便形成一种非织造纤维网。
长丝的纺丝速度可达到高于6000m/min。
例1：一种纺粘型织物用一双组份喷丝组合件制造，此处纤维用一种线性低密度聚乙烯和聚(对苯二甲酸乙二酯)聚酯的混合物制造，上述线性低密度聚乙烯混合物含有20％熔融指数为27g/10min(按ASTMD-1238测得)的Dow ASPUN 6811A和80％熔融指数为17-18g/10min(按ASTM D-1238测得)的Dow ASPUN 61800.34，上述聚(对苯二甲酸乙二酯)聚酯具有特性粘度为0.53(如在美国专利4,743,504中所测得的)，从Dupont作为Crystar聚酯(Merge 3949)购买。聚酯树脂在180℃的温度下结晶，并于120℃下干燥，以便水分含量在使用之前低于50ppm。
在分开的挤塑机中将聚酯加热到290℃和将聚乙烯加热到280℃。将聚合物进行挤塑、过滤和计量，以便一个喷丝组合件保持在295℃，并设计成提供一种皮-芯形长丝横截面。聚合物通过喷丝头被纺丝以便产生一种双组分长丝，所述长丝具有一聚乙烯皮和一聚对苯二甲酸乙二酯芯。每个喷丝组合件毛细管的总聚合物产量是0.8g/min。将聚合物计量，以便提供一种长丝纤维，所述长丝纤维根据纤维重量是30％聚乙烯(皮)和70％聚酯(芯)。长丝在一长38cm骤冷段中用骤冷空气冷却，所述骤冷空气由两个对置的骤冷箱提供，所述骤冷空气具有温度为12℃和速度为L。然后将长丝转入本发明的气动式拉伸喷射器，在喷丝组合件毛细管开口的下方间隔约63cm。喷射装置拉伸件的长度是30cm，进料间隙宽度是2.79mm，喷嘴间隙宽度为1.02mm，拉伸间隙宽度为3.56mm，拉伸间隙宽度与喷嘴间隙宽度的间隙比是3.5，及拉伸件的拉伸通道具有一开角为0.3°。当拉伸喷射器供气压-力从210变动到420kPa时收集样品。在这些条件下，射流产生一个拉伸张力，以使长丝拉伸高达约10,000m/min的最大速率。任何观察到的将会断裂的长丝由于在进料部分处的抽吸作用，都被快速而自动地拉回到拉伸喷射器中。最终的小而十分坚固的连续长丝用真空抽吸沉积到叠置带上。纤维网中的纤维具有有效尺寸是在约0.70-1.0dpf(单丝旦数)范围内。纤维的尺寸和速度数据见表1。
例2：样品按例1中每步操作和用同样的拉伸喷射器进行，不过每个孔的总聚合物质量产量是1.2g/min。纤维尺寸和速度数据见表1。
                      表1：纤维尺寸和速度
  例1：0.8g/min/孔   例2：1.2g/min/孔
  射流供气压力(KPa)   纤维尺寸(dpf)   纤维速度(m/min)   纤维尺寸(dpf)   纤维速度(m/min)
  210280350420   0.910.810.750.73   7903892796649812   1.351.151.051.01   801494251032210690
例3：熔纺型纤维用一种双组分喷丝组合件制造，此处两边的纤维供给一种具有特性粘度为0.53(如美国专利4,743,504中所测定的)的聚(对苯二甲酸乙二酯)聚酯，所述聚(对苯二甲酸乙二酯)聚酯可从Dupont购买，如Crystar聚酯(Merge 3949)。聚酯树脂在160℃下于真空炉中结晶和干燥，以便在使用之前水分含量低于50ppm。
聚酯在两个分开的挤塑机中熔化并加热到287℃。将聚合物挤塑、过滤并计量到一个保持在292℃的双组分喷丝组合件上。聚合物通过喷丝头进行纺丝以便产生单组分长丝。每个喷丝组合件毛细管的总聚合物产量是0.4g/min。长丝在一38cm长的骤冷段中用骤冷空气冷却，上述骤冷空气由在环境空气温度为25℃下的两边并流的无源骤冷箱提供。然后长丝进入本发明的气动拉伸喷射器中，上述拉伸喷射器在喷丝组合件的毛细管开口下方间隔67cm。喷射装置拉伸件的长度为30cm，进料间隙宽度为1.27mm，喷嘴间隙宽度为1.02mm，拉伸间隙宽度为2.03mm，拉伸间隙宽度与喷嘴间隙宽度的间隙比是2.0，及拉伸件的拉伸通道具有一个开角为0.3°。在140和170KPa的拉伸喷射供气压力情况下收集样品。在这些条件下，射流产生一个拉伸张力，因此长丝用约6000m/min的最大速率拉伸。任何观察到的将会断裂的长丝由于在进料部分处的抽吸作用都被快速而自动地拉回到拉伸喷射器中。收集和分析最终的小而十分坚固的连续长丝。纤维具有一个有效直径在0.6dpf范围内。纤维尺寸和速度数据见表2。
                 表2：纤维尺寸和速度
 射流供气压力(KPa)   纤维尺寸(dpf)   纤维速度(m/min)
 140170   0.630.58   57146143

Claims (18)

1.用于拉伸热塑性聚合物长丝的拉伸喷射器，包括一个由包含与连续通道连通的会聚通道的入口件限定的拉伸槽，收尾在一个出口部分处；
一个拉伸件，包括一个具有拉伸间隙宽度为约2.0-约10mm的入口部分，该入口部分与上述入口件的上述出口部分连通，其中上述拉伸件具有一个拉伸通道，上述拉伸通道在间隙壁之间的开角为约0.0-约5°；及
至少一个空气喷嘴，用于将高速空气对准到在下游方向上的上述长丝上，设置在上述入口件的出口部分与上述拉伸件的入口部分之间，并具有一个喷嘴间隙宽度，其中上述拉伸间隙宽度与所有上述喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.0-约10。
2.如权利要求1所述的拉伸喷射器，其中只有一个空气喷嘴。
3.如权利要求1或2所述的拉伸喷射器，其中上述拉伸间隙宽度为约2.3-约8mm，而上述拉伸间隙宽度与所有上述喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.2-约7。
4.如权利要求1或2所述的拉伸喷射器，其中上述拉伸间隙宽度为约2.6-约6mm，而上述拉伸间隙宽度与所有上述喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.4-约5。
5.用于熔纺热塑性聚合物长丝的装置，包括：
一个拉伸喷射器，所述拉伸喷射器包括一个拉伸槽，所述拉伸槽由下述件限定：
一个入口件，包括一个与一个连续通道连通的会聚通道，收尾在一个出口部分处；
一个拉伸件，所述拉伸件包括一个具有拉伸间隙宽度为约2.0-约10mm的入口部分，该入口部分与上述入口件的上述出口部分连通，其中上述拉伸件具有一个拉伸通道，上述拉伸通道在间隙壁之间的开角为约0.0-约5°；及
至少一个空气喷嘴，所述空气喷嘴用于将高速空气对准下游方向上的上述长丝上，空气喷嘴设置在上述入口件的上述出口部分与上述拉伸的上述入口部分之间，并具有一个喷嘴间隙宽度，其中上述拉伸间隙宽度与所有上述喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.0-约10。
6.如权利要求5所述的装置，其中只有一个空气喷嘴。
7.如权利要求5所述的装置，其中设置在上述拉伸喷射器上游的是一个熔纺装置，上述熔纺装置用于熔化热塑性聚合物，纺制上述熔化的热塑性聚合物，并形成长丝；而设置在上述拉伸喷射器下游的是一种长丝收集筛，所述长丝收集筛用于将拉伸的长丝收集成非织造纤维网。
8.如权利要求7所述的装置，其中只有一个空气喷嘴。
9.如权利要求5-8其中之一所述的装置，其中上述拉伸间隙宽度为约2.3-约8mm，而上述拉伸间隙宽度与所有上述喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.2-约7。
10.如权利要求5-8其中之一所述的装置，其中上述拉伸间隙宽度为约2.6-约6mm，而上述拉伸间隙宽度与所有上述喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.4-约5。
11.用于拉伸热塑性聚合物长丝的方法，包括：
用拉伸喷射器拉伸上述长丝，上述拉伸喷射器具有
一个入口件，所述入口件包括一个与一个连续通道连通的会聚通道，收尾于一个出口部分；
一个拉伸件，所述拉伸件包括一个具有一个拉伸间隙宽度为约2.0-约10mm的入口部分，该入口部分与上述入口件的出口部分连通，其中上述拉伸件具有一个拉伸通道，上述拉伸通道在间隙壁之间的开角为约0.0-约5°；及
至少一个空气喷嘴，所述至少一个空气喷嘴用于使高速空气对准在下游方向上的上述长丝，上述空气喷嘴设置在上述入口件的出口部分与上述拉伸件的入口部分之间，并具有一个喷嘴间隙宽度，其中上述拉伸间隙宽度与所有喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.0-约10。
12.如权利要求11所述的方法，其中只有一个空气喷嘴。
13.如权利要求11或12所述的方法，其中上述拉伸间隙宽度为约2.3-约8mm，而上述拉伸间隙宽度与所有上述间隙结合宽度的间隙比为约1.2-约7。
14.如权利要求11或12所述的方法，其中上述拉伸间隙宽度为约2.6-约6mm，而上述拉伸间隙宽度与所有上述间隙结合宽度的间隙比为约1.4-约5。
15.用于熔纺热塑性聚合物长丝的方法，包括
熔化一种热塑性聚合物，通过一个喷丝头纺制上述熔化的热塑性聚合物并形成长丝；及
用拉伸喷射器拉伸上述长丝，上述拉伸喷射器具有
一个入口件，所述入口件包括一个与一个连续通道连通的会聚通道，收尾于一个出口部分；
一个拉伸件，所述拉伸件包括一个具有拉伸间隙宽度为约2.0-约10mm的入口部分，该入口部分与上述入口件的出口部分连通，其中上述拉伸件具有一个拉伸通道，上述拉伸通道在间隙壁之间的开角为约0.0-约5°；及
至少一个空气喷嘴，所述至少一个空气喷嘴用于使高速空气对准在下游方向上的上述长丝，上述空气喷嘴设置在上述入口件的出口部分与上述拉伸件的入口部分之间，并具有一个喷嘴间隙宽度，其中上述拉伸间隙宽度与所有上述喷嘴间隙结合宽度的间隙比为约1.0-约10；及
将上述拉伸的长丝收集在收集筛上以便形成非织造纤维网。
16.如权利要求15所述的方法，其中只有一个空气喷嘴。
17.如权利要求15或16所述的方法，其中上述拉伸间隙宽度为约2.3-约8mm，而上述拉伸间隙宽度与所有上述间隙结合宽度的间隙比为约1.2-约7。
18.如权利要求15或16所述的方法，其中上述拉伸间隙宽度为约2.6-约6mm，而上述拉伸间隙宽度与所有上述间隙结合宽度的间隙比为约1.4-约5。
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