CN1353780A - 用于冷却合成长丝的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

在用冷却介质冷却合成长丝、尤其用于复丝纺丝的冷却装置中,在长丝入口与出口之间设置有至少一个供长丝通过的冷却轴(21)。按照本发明,冷却轴(21)包括一电成形的无缝支承件(22),该支承件具有由围堤分隔的通孔(23),结果在冷却轴(21)中可获得均匀的冷却介质流动剖面,长丝可受均匀的冷却处理。

Description

用于冷却合成长丝的冷却装置
本发明涉及一种用于冷却合成长丝、尤其是用于复丝纺丝的冷却装置，这种装置包括一带有至少一个冷却介质入口和至少一个冷却介质出口的壳体、一用于待冷却长丝的入口以及一用于已冷却长丝的出口，在长丝入口和出口之间设置有至少一根供长丝通过的冷却轴，该冷却轴具有供冷却介质通过的开口。
这种冷却装置在现有技术中是众所周知的。可用三种不同的基本方法来生产纤维或长丝，它们是熔体纺丝、干法纺丝和湿法纺丝，但这些基本方法还有许多变型和组合。这里须顺便提一下，在本说明书中，术语“纺丝”是作广义理解的，即指长丝的生产，而并不局限于由短纤维来生产长丝。
在熔体纺丝过程中，将一聚合物加热至其熔点以上的温度，并通过一喷丝头挤出熔融的聚合物。喷丝头是具有大量毛细管的模具，其直径和形状可以有所不同。从毛细管排出的熔融聚合物射流通过一冷却区域，聚合物射流在该区域中固化，从而形成连续的长丝。在干法纺丝过程中，将聚合物溶解于一合适的溶剂中，并将得到的溶液在压力下通过一喷丝头挤出。聚合物溶液的射流送入一加热区域，在该区域中，溶剂从聚合物蒸发掉，长丝固化。在湿法纺丝过程中，同样将聚合物溶剂于一合适的溶剂中，并将得到的溶液通过一喷丝头挤出，该喷丝头浸没于一所谓的凝固槽中。在该凝固浴中，聚合物以长丝形式产生沉淀或化学再生。这样所得到的长丝通常必须进行进一步处理，诸如热或冷拉伸、扭绞以及织构，以获得具有预期最终用途所需特性的(复)丝。
在单丝或复丝的熔体纺丝场合，挤出工序后的冷却相当重要，这是因为冷却的均匀性可直接影响长丝的物理参数，诸如长丝的粗细均匀度或可染性。通常认为，这些特性在长丝纵向方向上的差异以及在不同长丝之间的差异是由冷却介质(通常是冷却空气)的非层状流动或紊流所造成的。在冷却区域中，必须在长丝能够彼此接触或与生产装置的构件(诸如导丝器)相接触之前将熔融长丝冷却到熔点以下。
为了使挤出的熔融长丝受到尽可能均匀的冷却空气处理，己设计出了各种昂贵的冷却系统和方法，它们要求复杂的空气分配、控制和均质化装置，以引导紊乱的冷却空气并将其以层状形式输送。
在一种公知的系统中，利用一冷却轴，至少其一部分具有供冷却介质通过的开口。这种冷却轴(可直接)设置在纺丝装置的一或多个喷丝头下面，并可选择地与强制供给和/或排出的冷却空气一起工作。DE-A-4220915、DE-A-4223198和WO-A-93/19229中描述了这种系统的几个例子。
在这些出版物所公开的(复)丝冷却系统中，采用一通常由筛布或穿有孔和缝的管子构成的冷却轴。更具体地说，作为这种冷却轴的例子，WO-A-93/19229提到一种金属筛网，在其整个表面上靠近地设置有相对较大的孔，并提到一种在其整个表面上具有通孔的穿孔轴。这些孔的直径为1-5毫米，最大通过度为50％。在该文献的实例1中，采用一种网眼密度为600/厘米2的筛网筒。在DE-A-4220915的冷却系统中，采用一种由筛布构成的冷却轴或轴壁上穿有小孔或小缝的冷却轴。DE-A-4223198的设计方式与DE-A-4220915所描述的相同。冷却轴的横截面形状与喷丝头的配置形式相适应。在复丝纺丝的场合，每根长丝束最好由一冷却轴围绕。
如果冷却轴是由筛网材料制成的话，该筛网材料必须在不同的位置得到支承，端部必须彼此相连(例如通过焊缝)。这种对支承措施和接点的需求意味着在冷却轴中会形成“死”区，这种死区中的实际上静止的冷却空气的局部加热会干扰冷却空气的所需的稳定(层状)流动，这是因为热量从热的长丝传递至冷却空气。因此，长丝无法得到均匀的冷却处理，这会引起产品物理特性的差异。对于具有大通孔的冷却轴，所需的层状流动剖面受到破坏的危险也依然存在，这部分地是因为长丝的运动速度会对冷却空气产生吸引作用。
本发明的目的在于至少部分地消除上述缺点，更具体地说是在于提供一种可进一步降低产生死区危险的冷却轴。
在本发明的上述类型的冷却装置中，冷却轴包括一电成形的无缝支承件，它具有由围堤分隔的通孔。按照本发明，该冷却轴通过电成形法以无缝的形式生产。在工作中，这种冷却轴不易于形成死区，因此可以更均匀地进行冷却处理，进而在长丝中可以获得更均匀的特性分布。而且，这种电成形冷却轴具有足够的强度并且抗弯，因而不需要进一步支承措施。
为了对冷却轴进行电成形，采用一种模具，其中设置一个界定绝缘岛的导电体系统。这些导电体限定需要成形的围堤，绝缘岛限定需要成形的通孔。在一电解槽中，在导电体上电镀所需厚度的金属，之后将所得到的产品从模具中取出。另一方面，先可以以相同的方式在模具上沉积一冷却轴的基本构架，在将其取出后允许它进一步长大。通常，采用横截面为圆形的模具，因而电成形的冷却轴的横截面也为圆形。但是，也可以采用其它的形状，诸如椭圆形或矩形。单位表面积上的开口数量可以根据所需的应用场合来选择，聚合物的类型也是较为重要的。冷却轴的长度要尽可能地短，因而可以使本发明的冷却装置所构成的总的纺丝装置保持相对较为紧凑。业已发现，对于许多应用场合，长度大小为20毫米到50毫米、网眼数量为50到100(具体说，对10或16％的通过度分别为60或70)的冷却轴实际上可发挥较佳的效用。这种电成形的冷却轴的通常尺寸为100微米，但也可以使用较薄和较厚的冷却轴。冷却轴的横截面的形状和尺寸与喷丝头的形状和尺寸相适应。
最好，电成形的无缝支承件由镍制成，因而可获得较长使用寿命的冷却轴。
在本发明的冷却轴的一优选实施例中，由围堤所分隔的通孔按规则图案布置。根据具体的应用场合，电成形的无缝支承件可包括一第一区域和一第二区域，在第一区域中有由围堤分隔的通孔，在第二区域中没有通孔，并且第二区域与第一区域相邻，这在现有技术中本来就已公知。
在另一实施例中，电成形的无缝支承件内可移动地设置有一连续的套筒。该没有开口的套筒用来封住电成形支承件上的某些通孔，使得可以通过套筒在电成形无缝支承件中的移动来调节冷却空气的量以及冷却空气进入的位置。
本发明还涉及一种电成形的无缝支承件，它具有由围堤分隔的通孔，该支承件适合用于本发明的冷却装置中。
本发明还涉及一种用于生产合成长丝的装置，其中采用本发明的冷却装置，如权利要求7及其从属权利要求中所限定的。按照本发明的一优选实施例，所使用的挤出装置的挤出头连接于冷却装置的入口，更好的是，排出单丝而结合成长丝束的每个喷丝头连接于冷却装置的一冷却轴。按照本发明的用于生产合成长丝的装置的另一优选实施例中，所使用的冷却装置具有两个冷却介质出口，一个设置在冷却轴的入口端附近，另一个设置在其出口端附近。以这种方式，一部分冷却空气与长丝的路线同向地输送，一部分冷却空气与长丝的路线反向地输送。气流的这种引导方式可提高冷却处理的均匀性。
下面参照附图来说明本发明，附图中：
图1示意性地表示熔体纺丝；以及
图2示意性地表示本发明的冷却装置的一个实施例。
图1是用诸如PET之类的聚合物的熔体纺丝的示意图，在该工艺中，PET颗粒以及添加剂(如果需要的话)通过给料斗1供给到拉杆挤出机2，聚合物在该挤出机中熔化并进而被挤出。挤出的聚合物通过一计量泵3被输送至一喷丝头6、混合装置4和过滤器5。喷丝头6具有许多毛细管，从它们压出分离的熔融聚合物射流7。熔融聚合物射流7用冷却空气(箭头所示)来冷却，其冷却方式在下面详细描述；如果需要的话，可在冷却操作的末尾处供给诸如润滑剂之类的添加剂，之后，以这种方式经分开冷却的长丝相结合而形成复丝，并卷绕起来供进一步处理。此等进一步处理例如可包括拉纱，用以获得所需的纱线方向，还可包括织构。
图2表示本发明冷却装置的一个实施例的一部分。这种冷却装置包括一封闭的壳体(未图示)，以尽可能地减少环境因素的变化对冷却过程的干扰。该壳体具有一冷却介质入口和一冷却介质出口，并具有一长丝入口和一长丝出口。壳体中设置有一冷却轴21，它包括一圆筒形的薄壁支承件22，该支承件具有规则图案的通孔23。该具有通孔23的支承件22通过电成形法来生产，如上面已说明的。在图示的状态下，冷却轴21的顶侧抵靠于一具有毛细管24的喷丝头6，但如果需要的话，它可以与该喷丝头相隔一定距离，使相对较大量的冷却空气可冷却直接位于喷丝头6下方的长丝。圆筒形支承件22内可移动地设置有一紧密配合的薄壁圆筒形套筒25。该圆筒形套筒25在其壁上没有任何开口，而在其底部具有一供冷却的长丝通过的通道27。

Claims (10)

1.用于冷却合成长丝(7)、尤其是用于复丝纺丝的冷却装置，该装置包括一带有至少一个冷却介质入口和至少一个冷却介质出口的壳体、一用于待冷却长丝的入口以及一用于已冷却长丝的出口，在长丝入口和出口之间设置有至少一根供长丝(7)通过的冷却轴(21)，该冷却轴(21)具有供冷却介质通过的开口，其特征在于，该冷却轴(21)包括一电成形的无缝支承件(22)，该支承件具有由围堤分隔的通孔(23)。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，该电成形的无缝支承件(22)由镍制成。
3.如前述任一项权利要求所述的冷却装置，其特征在于，由围堤分隔的通孔(23)按规则图案布置。
4.如前述任一项权利要求所述的冷却装置，其特征在于，该电成形的无缝支承件包括一第一区域和一第二、连续的区域，在第一区域中有由围堤分隔的通孔，第二区域与第一区域相邻。
5.如权利要求1-3的任一项所述的冷却装置，其特征在于，电成形的无缝支承件(22)内设置有一可移动的套筒(25)。
6.适合在前述任一项权利要求所述的冷却装置中用作冷却轴(21)的、具有通孔(23)的电成形无缝支承件(22)。
7.用于生产合成长丝、尤其用于复丝纺丝的装置，该装置包括一用于将聚合物熔融体通过一挤出头中的开口挤出的挤出装置以及一用于冷却挤出的长丝的冷却装置，其特征在于，该冷却装置是如权利要求1-5的任一项所述的冷却装置。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该挤出头连接于冷却装置的入口。
9.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，该挤出头包括一或多个喷丝头(6)，每个喷丝头连接于冷却装置的一冷却轴(21)。
10.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，冷却装置包括两个冷却介质出口，一个设置在冷却轴的入口端附近，另一个设置在冷却轴的出口端附近。
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