CN1449459A - 熔化聚合物颗粒的方法及熔融单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在熔融单元中熔化聚合物颗粒以使熔融颗粒能够用于纺丝的方法。为了以一种积极可行的方式熔化颗粒，同时没有高的热量或机械损伤，使用一种熔融单元，其朝向该熔融单元下部的开口是圆锥形逐渐变细的。引入到该开口中的颗粒状球形颗粒的平均直径为D3，同开口的入口端直径D1之比为2*D3≥D1≥D3。

Description

熔化聚合物颗粒的方法及熔融单元
本发明涉及一种在炉形熔融单元(element)中熔化聚合物颗粒并跟着将熔融颗粒纺丝的方法。另外，本发明涉及一种用于熔化颗粒，特别是聚合物颗粒的炉形熔融单元，更适宜用于熔融纺丝。最后，本发明目的在于一种熔融纺丝的设备。
在熔融纺丝时，大分子原料被熔化并纺丝，其中通过冷却固化纤维。本质上通过实践已知了两种不同的熔融纺丝方法，特别是使用熔炉或挤出机对原料进行再加工，其中原料通常表现为颗粒。在所涉及的第一个方法中，圆柱形颗粒在氮保护气氛下脱离储槽并进入到熔炉中。该熔炉可由被加热的相邻管组成。熔体从炉中滴到一个池中，通过泵送传送到喷丝头。
这种依靠熔炉的熔化方法也被称为炉喷丝头，特别是从1940到50年代期间开始被使用。由于经济效率的原因以及为了获得更强的熔化能力，即，纺织厂为了达到更高的生产量，将挤出机用于纤维制造。由于更高的熔化效率和系统生产量，这种所谓的挤出机纺丝已经变得很流行，特别是对于特性粘度在0.6到0.7的范围内的中等粘性熔融物。
由DD 44 624 A可知为一种依照炉纺丝方法用于熔融纺丝模塑体的设备。供熔化片状高聚合物的熔融物体在进料侧有类似漏斗型的镗孔。
为了熔融有机化合物以制造纱线，GB719062提出一种喷丝板，在漏斗形入口端包括多个银制扩孔。
近年来，对纱线的技术质量的需求日益迫切。同时伴随着有成本效益的生产。然而，在颗粒的处理过程中会产生明显的损害，例如：
-水解损害：如果颗粒上粘附了过多的湿气，熔融时会降低粘度，使强度变小。这种损害可以通过将颗粒干燥至残留水分为12ppm来避免；
-氧化损害：在熔化颗粒时，氧的存在导致氧化，并因此降低强度。这可以通过使融化在惰性气体气氛下，特别是在N2气氛下发生来弥补；
-机械损伤：使用挤出机熔化颗粒将提高剪切应力，致使缩短或破坏分子□。
-热量损害：给予熔融颗粒过长的保留时间，例如，由于从管到喷丝头的传送，使粘度降低，导致强度减弱。
越复杂的熔化分布体系需要愈长的保留时间，结果延长了保留时间。由于这个原因，数量上不断增长的静止混合器必须被合并到更复杂的分布体系中以阻止熔融物在层流中分散。然而，相应的混合器会导致明显的压力损失，这可以通过更高的挤出机驱动功率和摩擦力依次得到补偿。
本发明的目的是为了进一步完善在开头所涉及的那种方法或熔融单元以最大程度地避免对熔融颗粒的机械和热量损害，以此来提高制作的纱线质量。
该目的是通过根据本发明的在炉形熔融单元中熔化聚合物颗粒的方法达到的，使该熔融单元具有成圆锥形变狭窄的开口，正对着该熔融单元的底部，球形微粒以颗粒状被供给，且平均直径D3对入口端直径D1满足如下的相关条件：2*D3≥D1≥D3。
根据本发明，球形微粒以颗粒状使用，特别是残留水分≤20ppm，优选≤10ppm，且直径在0.5至2mm之间的。特性粘度应在0.75至1.3之间。使用球形颗粒能够最佳地传热，且因此使狭窄相对于底部同时具有几何截锥的喷嘴型开口中的颗粒熔化无需将熔融单元的温度设定为明显超过颗粒本身的熔化温度。同时，缩短了球形颗粒和熔融单元的接触时间。因此将热量损害的危险降到最低。机械损伤也同样不会发生，因为在熔化时没有剪力作用。
换句话说，在非常短的时间内熔化颗粒无需考虑它们的低导热性，其中，本发明通过在熔融单元的开口处将热量传给初始量为VA的球形颗粒，在脱离开口处时其未熔化的剩余量粗略估算为小于或等于0.02VA，这样的方法来进一步完善。在此种方法中留下的剩余固体将在熔融单元之后出现的熔化池中被熔化。
熔融单元应该被设定为超过颗粒的熔化温度5℃至20℃，特别是5℃至10℃的温度T1。这可以确保最大程度上地排除热量损害。
用于熔化颗粒，特别是聚合物颗粒，优选为供熔融纺丝的熔融单元特征在于板形的熔融单元具有狭窄的相对于其底部的开口，入口端直径D1和出口端直径D2满足4*D2≤D1≤6*D2，且D1≤2*D3，其中D3是以颗粒状供给到熔融单元的球形微粒的平均直径。
该熔融单元本身可以被设定为超过颗粒熔化温度T2大约5℃至20℃的温度T1。另外，喷嘴型开口的高度h粗略估算为入口直径D1的1至3倍。
另外，本发明的特点还在于将熔融纺丝聚合物颗粒同一个用于保存颗粒的贮藏容器安排在一起，且依靠第一输送聚集体将至少一个纺丝区域同贮藏容器连接起来，其中纺丝区域包含一个惰性气体增压的壳体，其顶部有一个所供给微粒的测量设备，一个具有狭窄的相对于其底部的截锥形开口的板形或炉形熔融单元位于壳体中，一个池形区域位于壳体底层用以接收熔化的颗粒，第二输送设备从池形区域顺流供应熔融物到喷丝头中，其中熔融单元特别被设定为超过颗粒的熔化温度T2大约5℃至20℃的温度T1。
在此情况下，第二输送设备优选为由两个串连的齿轮计量泵组成，它们可各自以一个恒定的，然而是可变的速度运转。壳体一侧的齿轮计量泵可以速度N1操作，下游齿轮计量泵可以速度N2操作，且N1＜N2。
测量设备可被控制作为熔化池填充液位的功能。通过氮微粒液位测量或机械和/或电动机械填充液位设备来作用。可以利用机械或气动动力使测量设备运转，例如计量阀。
从储槽引导至纺丝区域的第一输送设备可为氮增压的振动输送。
本发明的其它细节、优势和特征不仅包括在权利要求书中，不论分开的和/或结合的由权利要求书收集的特征，而且也包括在以下如图所示优选实施例的描述中。
附图说明：
图1是熔融颗粒设备的基本视图；
图2是熔融单元的顶视图；
图3是穿过图2所示熔融单元的横截面；
图4是图2所示熔融单元中一个开口的透视图；和
图5是图2所示熔融单元中一个开口的基本视图且其中正进行颗粒熔化。
为了在熔融纺丝大分子原料时最大程度地消除机械和热量损害，被称作粒料12的球形聚合物颗粒微粒，通过第一输送设备14、16、18、20从储槽10被输送到纺丝区域22、24、26、28。
该粒料12特别具有尤其小于12ppm的残留水分，优选小于5ppm，且直径范围在0.5mm至2mm，其中平均直径依赖于以下将作进一步详细描述的板形熔融单元32的开口30的尺寸，为了简单化目的，以下简称为熔炉或炉。
输送设备14、16、18、20优选包括氮增压的振动输送凹槽。
由于纺丝区域22、24、26、28实质上具有相同的结构，纺丝区域22将被进一步详细描述。粒料12从被借用到纺丝区域的振动输送凹槽14行进到达漏斗36，该漏斗可依靠滑块34锁定，然后被安置在氮或其他惰性气体增压的壳体40的顶部区域38。漏斗36在壳体侧壁上用计量阀42密封，以此来测量进入壳体40的粒料并以下述方式熔化后者。
遍布于壳体40横截面上的是板形熔炉32，其用于熔化粒料12，然后将粒料滴落到壳体38底部区域中的熔化池44中。计量阀42被控制作为熔化池44中计算熔化量的功能。在此情况下，计量阀40可以使用已知方式或测量设备操作和控制，例如，直接地和机械地通过设置在熔化池44中的液位计来操作和控制。作为可供选择的办法，池液位差动压力46可以通过所说的氮微粒液位测量来确定。计量阀12本身在所需范围内可通过例如气动装置打开或关闭。
熔融物通过两个串联的齿轮计量泵48、50从熔化池44中被输送到所需数量的喷丝头54、56中，由于输送聚集体经由短分配线路52，因此保留时间短。
熔炉32具有朝向底部的圆锥形窄开口30，它具有截锥几何和入口直径D1和出口直径D2。在此情况下，直径D1最大为未熔化的粒料直径D3的两倍，而出口直径D2粗略估算为直径D3的0.25至0.15。因此，在通过开口30时，熔融粒料12不会互相阻挡。此外，在粒料12和开口30的内壁58之间有一个良好的热接触，这样，不管它们的导热性多差，粒料12都能相对较快地最大程度地熔化，而不用将熔炉32加热到非所希望的高水平。可将熔炉设定为超过粒料12的熔化温度T2大约5℃至20℃的温度T1。
在使用PET(聚对苯二酸乙二醇酯)球作为粒料12时，其熔化温度约为265℃，将熔炉32加热到270℃至280℃的温度就足够了。这可以通过在开口30间转动的加热线圈60来实现。
开口30本身的高度应被粗略估算为被熔化的粒料12的直径D3的3至5倍。
根据本发明的说明书，在粒料12和开口30的接触面58，例如熔炉32之间产生了一个小的温度梯度，因为在最少的容积可得到最大的加热面。这最大程度地排除了粒料12承受的负面热。由于粒料12通过开口30的保留时间被最小化，因此特别适合用于高粘性产品。
粒料在池中的保留时间同样被最小化，其中通过监控池液位，特别是通过微粒液位测量可以实现经由计量阀42供给的粒料和经由输送设备，例如齿轮计量泵48、50输送的粒料之间的最佳调整。

Claims (15)

1.一种在炉形熔融单元中熔化聚合物颗粒并跟着将熔融颗粒纺丝的方法，特征在于该熔融单元具有朝向底部的圆锥形狭窄开口，球形微粒以颗粒状被供给到该开口，颗粒平均直径D3同开口的入口端直径D1满足如下的相关条件：2*D3≥D1≥D3。
2.根据权利要求1所述的方法，特征在于熔融单元被设定为温度T1，温度T1超过球形颗粒的熔化温度T2大约5℃至20℃，特别是5℃至10℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，特征在于在熔融单元的开口处将热量传给初始量为VA的球形颗粒，致使在脱离开口处后未熔化的剩余量粗略估算为小于或等于0.02VA。
4.根据上述权利要求中的至少一个所述的方法，特征在于所用球形颗粒的残留水分≤20ppm，特别是≤10ppm。
5.根据上述权利要求中的至少一个所述的方法，特征在于球形颗粒以颗粒状使用，且直径在0.5至2.0mm之间。
6.根据上述权利要求中的至少一个所述的方法，特征在于所用颗粒的特性粘度在0.75至1.3之间。
7.用于熔化颗粒(12)，特别是聚合物颗粒，优选为供熔融纺丝的熔融单元(32)，特征在于炉形熔融单元(32)具有朝向其底部的狭窄开口(30)。
8.根据权利要求7所述的熔融单元，特征在于熔融单元(32)可被设定为超过球形颗粒(12)的熔化温度T2大约5℃至20℃的温度T1。
9.根据权利要求7或8所述的熔融单元，特征在于具有几何截锥的板形熔融单元(32)的圆锥形的尖头开口(30)其入口直径D1和出口直径D2满足4*D2≤D1≤6*D2，且2*D3≥D1≥D3，其中D3是以颗粒状供给到熔融单元的球形颗粒(12)的平均直径。
10.根据权利要求7至9之一所述的熔融单元，特征在于喷嘴形开口(30)的高度约为入口直径D1的1至5倍。
11.一种熔融纺丝聚合物颗粒的设备，具有一个用于保存颗粒的储槽(10)，通过第一输送聚集体装置(14、16、18、20)将贮藏容器与至少一个纺丝区域(22、24、26、28)连接，并包括一个惰性气体增压的壳体(40)，其顶部有一个供给颗粒的计量装置(42)，一个具有朝向其底部变狭窄的截锥形开口(30)的板形或炉形熔融单元(32)位于壳体中，一个池形区域(44)位于壳体底层用以接收熔化的颗粒，第二输送装置(48、50)从池形区域顺流供应熔融物到喷丝头(54、56)。
12.根据权利要求11所述的设备，特征在于熔融单元(32)被设定为超过颗粒的熔化温度T2大约5℃至20℃的温度T1。
13.根据权利要求11或12之一所述的设备，特征在于第二输送装置包括两个串连的齿轮计量泵(48、50)，它们各自以一个恒定的，但是是可变的速度(N1、N2)运转。
14.根据权利要求11至13所述的设备，特征在于设置在壳体侧面的齿轮计量泵(48)以速度N1操作，下游齿轮计量泵以速度N2操作，其中N1＜N2。
15.根据权利要求11至14之一所述的设备，特征在于将颗粒供给到壳体中的计量装置(42)以通过熔化池(44)中聚积的熔融物来控制。
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