TWI648441B - 驟冷合成複絲纖維之系統、方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本文描述一種驟冷系統，其中包括熔融聚合物紡絲的噴絲頭、按運作佈置於噴絲頭下方並連通於噴絲頭之驟冷棧、在固化溫度下提供環境空氣之第一氣流以部份驟冷從噴絲頭紡絲的熔融聚合物之固化纖維之第一工具及在低於環境溫度下提供空調冷氣之第二氣流以進一步驟冷部份驟冷的固化纖維之第二工具，其中空調冷氣之第二氣流透過按運作置於某個區域下方之調溫器提供，而熔融的聚合物在此區域部份固化。

Description

驟冷合成複絲纖維之系統、方法及裝置

本發明涉及驟冷透過熔體紡絲擠出的複絲纖維。

在傳統的熔體紡絲工藝中，尤其是聚酯所使用的工藝，擠出/拉出長絲是在接近300℃高溫下。利用冷空氣或空調，在拉伸狀況下，將此類長絲或纖維冷卻到其玻璃化轉變溫度(T_G)，獲得所需的流變特性。

一般情況下，在垂直於拉出長絲路徑方向，透過從濾網吹出的空調冷氣來驟冷擠出的長絲。冷空氣或空調溫度通常維持在18℃與25℃之間，吹風速度大約是0.5至1米/秒，使用鼓風機等已知的先有技術工具。空調冷氣溫度及速度之調節範圍取決於紡絲旦度(denier)。此工藝公知為橫向流驟冷系統。

橫向流驟冷系統是最廣泛使用的驟冷系統。然而，在一種典型的交叉驟冷系統中，長絲到達濾網一半位置時，即達到安全紡絲所需的溫度；此後，冷空氣受到浪費。

已知在先有技術中，有系統嘗試節省用於驟冷目的之空氣冷卻費用。比如，在一些橫向流驟冷系統中，先用環境空氣冷卻長絲至某個長度，後用較少量空調冷氣將其冷卻到所需溫度。然而，與驟冷系統相關的製冷或空調費用仍然很高，需要進一步提升先有技術之水準。

即使在分步使用環境空氣和冷空氣之組合系統中，也無法精確估算 空調冷氣應該橫向吹過長絲之位置，以獲得批號一致的紡絲纖維，且具有所需特性及空調冷氣之需求最小。因此，採用現有的驟冷系統，成品之品質及/或流變特性難以維持。

目的

以下是本公示系統之部份目的，本文所討論的至少一個方案與其相符：本公示之一個目的是，部份解決當前技術中的一個或多個問題，或至少提供一種有用的選擇。

本公示之一個目的是，提供一種系統及/或裝置，以較少費用驟冷透過熔體紡絲擠出的長絲。

本公示之另一個目的是，提供一種驟冷透過熔體紡絲擠出的長絲纖維之方法，大量減少冷空氣或空調冷氣之使用。

本文描述一種驟冷系統，其中包括熔融聚合物紡絲的噴絲頭、按運作佈置於噴絲頭下方並連通於噴絲頭之驟冷棧、在固化溫度下提供環境空氣之第一氣流以部份驟冷從噴絲頭紡絲的熔融聚合物之固化纖維之第一工具及在低於環境溫度下提供空調冷氣之第二氣流以進一步驟冷部份驟冷的固化纖維之第二工具，其中空調冷氣之第二氣流透過按運作置於某個區域下方之調溫器提供，而熔融的聚合物在此區域部份固化。

此系統包括一種紡絲尾面敷帖器，位於調溫器下方。此紡絲尾面敷帖器佈置于驟冷濾網之運作正前方。此紡絲尾面敷帖器還適於沿驟冷棧高度方向調整。

紡絲尾面敷帖器適於沿驟冷棧之高度方向調整的範圍是0.5米至1.2米。

此系統包括一種紗線導向器，位於調溫器下方。紗線導向器按運作置於紡絲尾面敷帖器下方。此紗線導向器適於沿驟冷棧高度方向調整。

此紗線導向器適於沿驟冷棧之高度方向調整的範圍是0.5米至1.2米。

調溫器包括一個或多個圓柱單元，便於纖維穿過此調溫器。

每一個此一個或多個圓柱單元都具有多孔外形。

圓柱單元透過一個螺紋盤裝于調溫器底盒之基座內表面。

此類圓柱單元透過一個螺紋盤裝于調溫器底盒之頂側邊緣表面。

此驟冷系統包括至少一個用於每個圓柱單元之長絲導向器，其中每個長絲導向器包括至少一對板子，其形狀為徑向相對的兩個撇號，撇號之曲面彼此相對。

將兩個板子裝于調溫器之頂蓋時，需在兩個板子之間留有間隙。

兩個板子之間隙在最寬部份能夠達約5毫米，在最窄部份約2毫米。

調溫器包括多孔側板，沿調溫器的長度方向按運作佈置于調溫器內。

第二氣流透過空氣管提供，空氣管透過至少一個棧橋通道連通于調溫器之圓柱單元。

第二氣流透過圓柱單元徑向進入調溫器。

驟冷空氣之第一氣流溫度能夠是約25℃及以上。

空調冷氣之第二氣流溫度能夠低於25℃。

第一工具配置用於將環境空氣之第一氣流橫向吹過驟冷棧。

第一工具及第二工具都能夠包括有一台鼓風機。

固化溫度是玻璃化轉變溫度(T_G)。

根據本公示之另一個構想，驟冷方法包括紡絲熔融聚合物透過噴絲頭，進入按運作佈置於噴絲頭下方之驟冷棧；置熔融聚合物於環境空氣之第一氣流中，以在固化溫度下提供部份驟冷的固化纖維；及使用低於環境溫度之空調冷氣之第二氣流，在低於固化溫度下進一步驟冷部份驟冷的固化纖維，以提供驟冷的纖維，其中提供的空調冷氣之第二氣流獨立于透過調溫器提供的環境空氣之第一氣流，此調溫器運作于某個區域下方，而熔 融聚合物在此區域部份固化。

調溫器按運作置於至少一個紡絲尾面敷帖器及紗線導向器之上方。

環境空氣之第一氣流能夠具有約25℃及以上之環境溫度。

環境空氣之第一氣流能夠在垂直于驟冷棧之長度方向大量提供。

空調冷氣之第一氣流能夠用鼓風機提供。

空調冷氣之第二氣流溫度能夠低於25℃。

空調冷氣之第二氣流能夠用鼓風機提供。

空調冷氣之第二氣流能夠在調溫器內強制循環。

固化溫度是玻璃化轉變溫度(T_G)。

空調冷氣之第二氣流能夠徑向進入調溫器。

100‧‧‧驟冷系統

102‧‧‧噴絲頭

104‧‧‧驟冷棧

106‧‧‧方向箭頭

108‧‧‧方向箭頭

110‧‧‧調溫器

112‧‧‧紡絲尾面敷帖器

114‧‧‧方向箭頭

116‧‧‧紗線導向器

202‧‧‧頂蓋

204‧‧‧底盒

206‧‧‧小孔

208‧‧‧空氣管

210‧‧‧通道

212‧‧‧圓形區域

214‧‧‧長絲導向器

214a‧‧‧長絲導向器之板子

214b‧‧‧長絲導向器之板子

216a‧‧‧調溫器側面

216b‧‧‧調溫器側面

302‧‧‧圓柱單元

304‧‧‧螺紋C形盤

306‧‧‧側板

308‧‧‧槽口

402‧‧‧孔

404‧‧‧狹口

406‧‧‧間隙

A₀‧‧‧長絲面積

A_L‧‧‧長絲在距離L之面積

A_[z]‧‧‧距離Z之長絲面積

L‧‧‧長度(轉變點；凍結點)

T₀‧‧‧長絲溫度

T_g‧‧‧長絲在距離L之溫度(玻璃化轉變溫度)

T_[z]‧‧‧距離Z之溫度

Z‧‧‧距離

現解釋有關非限定性附圖中本公示用於驟冷合成複絲纖維之系統、方法及裝置，其中：圖1示出的線路圖表示根據本公示一個方案之熔體紡絲驟冷系統；圖2示出根據本公示一個方案中的驟冷系統之調溫器；圖3示出圖2中調溫器之多孔圓柱及多孔板；圖4示出裝於圖2中調溫器內長絲導向器之放大圖；及圖5示出圖1中驟冷系統之紡絲尾面敷帖器及紗線導向器之透視圖。

現參閱附圖描述本公示，附圖並未限定本公示之範圍及範疇。所做描述純屬示例及說明。

參閱以下描述中的非限定性方案，解釋本文方案及其各種特徵與優點。在本文方案中省略了公知部件及加工工藝之描述，以免喧賓奪主。本文所用示例只圖方便理解可以實施本文方案之方式，進而使本領域技術人員能夠實施本文方案。由此可見，此類示例不應詮釋為限定本文方案之範圍。

以上具體方案之描述充分揭示了本文方案之一般性質，使其他人能夠應用現有知識，在不脫離一般概念條件下，輕鬆修改及/或調整此類具體方案以適合各種應用，因此，此類調整及修改應該並試圖在等同所公開方案之意思及範圍內加以理解。應該理解，本文所用措辭或術語是用於描述而非限定目的。因此，儘管本文方案以術語“優選方案”加以描述，本領域技術人員將會認同，在本文所述方案之精神及範圍內，本文方案能夠修改並實施。

本發明涉及一種驟冷長絲之工藝，長絲透過驟冷棧中的噴絲頭擠出，驟冷棧按運作置於噴絲頭下方，使用環境空氣之第一氣流在固化溫度下提供纖維之部份驟冷或固化，隨後使用調溫器內空調冷氣之另一種氣流進一步驟冷，調溫器正好位於紡絲尾面敷帖器或紗線導向器上方及某個區域下方，而熔融聚合物在此區域部份固化。透過調溫器之空調冷氣流幫助冷卻部份固化的纖維至所需溫度，然後進行紡絲尾面敷帖或卷絲。

所選調溫器之位置使進入調溫器之長絲溫度已經低於玻璃化轉變溫度T_G，然後才接觸調溫器內空調冷氣。通常，調溫器位置接近長絲彙聚點(如紡絲尾面敷帖器)，從而減小調溫器圓形入口直徑，進而減少淨空氣耗量。空調冷氣能夠用鼓風機之類提供。由此，空調冷氣在調溫器內強制循環，從而提供更高效率之纖維驟冷。在調溫器內進一步冷卻不會影響熔融拉伸/拉出運作，而只是冷卻長絲至某個溫度，使在尾面敷帖過程中，快速移動長絲不會相互干擾(如粘滑現象)。採用本公示之工藝及系統，冷空氣需求減少達70%，導致冷卻費用大量節省。

參閱圖1至4，解釋根據本公示熔體紡絲之驟冷系統。系統總成之零部件一般透過附圖中標注的序號加以引用。

參閱圖1，驟冷系統100示出連通于驟冷棧104之噴絲頭102之末端，驟冷棧104按運作位置佈置於噴絲頭102下方。噴絲頭102末端中的小孔或細孔與驟冷棧104連通。驟冷棧104朝末端方向變寬，並連通於噴絲頭 102，而朝另一端逐漸變窄。噴絲頭102呈立式佈置，使重力作用於透過熔體紡絲擠出的纖維。熔融狀態之聚合物穿過噴絲頭102，沿箭頭106所示方向進入噴絲頭102下方之驟冷棧104。

從噴絲頭細孔擠出的長絲面積及其溫度用A₀及T₀分別表示。用箭頭108表示的環境空氣之橫向流透過濾網(未示出)之類，沿驟冷棧104之長度方向橫向吹入。在一個方案中，環境空氣溫度是25℃或以上。

當熔融聚合物到達驟冷棧104之距離Z時，因環境空氣作用，其溫度降至T_Z。在此點，長絲面積用A_Z表示。之後，熔融聚合物到達距離噴絲頭102之長度「L」位置，正好位於熔體紡絲工藝尾面敷帖段上方。到達此長度後，熔融聚合物才接觸橫向流動之環境空氣。長絲在此距離「L」之溫度用T_G(代表玻璃化轉變溫度)表示，長絲面積用A_L表示。「L」點是熔融聚合物轉變到玻璃態之轉變點。在一個方案中，轉變或凍結點「L」通常距離噴絲頭102約300毫米。然而，本領域技術人員將會認同，凍結點「L」位置可能隨長絲旦度(denier)而變。在一個方案中，環境空氣之橫向流將熔融聚合物溫度從約250℃冷卻到100℃。

環境空氣之橫向流提供部份驟冷及/或固化的纖維。此類部份驟冷的纖維在調溫器110內進一步驟冷或冷卻，調溫器110正好安裝於尾面敷帖段前方及熔融聚合物轉變成玻璃態之區域下方。在一個方案中，調溫器110位置通常距離噴絲頭102約600至1000毫米。然而，同樣容易認同，此距離也可能根據長絲旦度而變。

部份驟冷的纖維進入調溫器110，採用鼓風機之類，提供空調冷氣將其冷卻到所需溫度。此後，在紡絲尾面敷帖器112最終獲得纖維，並卷絲於方向箭頭114方向之卷軸之類。在一個方案中，調溫器110內空氣壓力控制能夠採用外部壓力調節器(未示出)，這要取決於紡絲旦度之需求。紡絲尾面敷帖器112以均勻速率敷面於移動的纖維，使纖維之尾面塗層均勻。在一個方案中，紡絲尾面敷帖器112按運作位於調溫器110下方，並 佈置於橫向流驟冷濾網之運作前方，其中橫向流驟冷濾網使冷卻氣體(如空氣)能夠加速吹入以冷卻長絲。紡絲尾面敷帖器112還適於沿驟冷棧高度方向調整。通常，紡絲尾面敷帖器112適於沿驟冷棧之高度方向調整的範圍是0.5米至1.2米。驟冷系統100還包括紗線導向器116(示於圖5)。紗線導向器116用於接收及導向紗線，並傳輸紗線到捲繞工具。紗線導向器按運作位於調溫器110下方，並按運作佈置於紡絲尾面敷帖器112下方。紗線導向器116適於沿驟冷棧之高度方向調整。通常，紗線導向器適於沿驟冷棧之高度方向調整的範圍是0.5米至1.2米。圖2示出圖1中根據一個方案之驟冷系統100中的調溫器110之透視圖。調溫器110正好位於紡絲尾面敷帖器112上方，並配置用於利用空調冷氣，將從驟冷棧104進入調溫器110之長絲冷卻到所需溫度。在一個方案中，空調冷氣進入調溫器110之溫度大約是16-25℃。

如圖所示，調溫器110之頂蓋202透過小孔206裝於底盒204上方。透過每一個此類小孔206，能夠將螺栓固定於底盒204之頂側邊緣。裝於底盒204基座下方之空氣管208透過通道210，提供冷空氣或空調冷氣到調溫器110內。借助長絲導向器214，將部份驟冷的纖維導入圓形區域212。透過此類圓形區域212，冷空氣與纖維徑向接觸。在一個方案中，圓形區域212具有約25毫米直徑。

在一個方案中，在調溫器兩個側面216a及216b裝有滑塊(未示出)。借助此類滑塊，在“穿線”過程中，能夠在通道210上方側向推拉調溫器110。行話“穿線”是指將長絲從噴絲頭底面穿到絡紗機。在一個方案中，部份驟冷的纖維能夠在調溫器110內行走的長度大約是50毫米。調溫器110長度取決於纖維旦度。對於進入調溫器110之某個具體旦度之纖維，需要一個單獨的圓形區域。在一個方案中，圓形區域之距離相同於在紡絲位置噴絲頭之噴距。而且，底盒寬度可能約有200毫米。

圖3示出移走頂蓋202之後調溫器110之透視圖。調溫器110包括一個 或多個圓柱單元302，用於進入調溫器110之每束長絲。在一個方案中，圓柱單元302具有C形截面，便於長絲穿線。圓柱單元302透過螺紋C形盤304，焊接或螺栓連接於底盒204之基座內表面及邊緣，並透過一個或多個棧橋通道210連通于空氣管208。

在一個方案中，圓柱單元302具有多孔外形。而且，調溫器110具有沿調溫器110長度方向佈置的側板306，其也具有多孔，便於空氣通過。在一個方案中，兩塊側板306置於調溫器110內。側板306用於空氣均勻分配。側板306裝於底盒204側面216a及216b所開的槽口308內。有了此佈置，穿過圓柱單元302之部份驟冷的長絲能夠接觸均勻分配的空調冷氣，冷氣透過圓柱單元302及側壁306之多孔進行強制循環。

圖4示出裝於圖2中調溫器110內長絲導向器214之放大圖。如圖所示，長絲導向器214裝于頂蓋202之頂面，優選透過焊接或螺栓連接。由於長絲導向器214之形狀，在長絲穿線過程中，長絲能夠穿過C形圓柱單元302。在一個方案中，長絲導向器214是一對板子214a及214b，其形狀為徑向相對的兩個撇號，撇號之曲面彼此相對。兩塊板子214a及214b置於頂蓋202，且設定兩塊板子214a與214b之間隙406，便於穿線時長絲能夠進入。在一個方案中，兩塊板子214a與214b之間隙406在最寬部份大約是5毫米，在最窄部份約2毫米。有了此形狀，部份驟冷的纖維進入圓柱單元302之圓形區域212時，不會觸到任何粗糙零件。

在穿線過程中，將調溫器110拉離其連通空氣管208之位置，然後置於來自驟冷棧104之長絲流線路下方。在此位置，可以阻斷從空氣管208進入調溫器110之冷空氣流。然後透過長絲導向器214及C形圓柱單元302之狹口404，將長絲置於圓形區域212內。穿線後，能夠將調溫器110推回其初始位置，使其重新連通空氣管208。來自空氣管之約16至25℃空調冷氣流透過沿調溫器110之長度方向大量設置的棧橋通道210，徑向穿過每一個圓柱單元302。有了如此佈置，在所有圓柱單元中的空調冷氣或冷空氣在 所有調溫器110之截面保持均勻。而且，在圓柱單元中的多孔402在調溫器110內提供空氣之強制循環。多孔側板306進一步支援冷空氣之均勻分配。

技術先進性及經濟意義

上述根據本公示的驟冷系統、方法及裝置之技術先進性包括但不限於達成：

●系統更有效地使用環境空氣，從而大大減少為驟冷目的提供冷空氣牽涉的製冷費用。

●系統利用強制循環空氣冷卻部份驟冷的纖維，從而以較少冷空氣量高效冷卻纖維。

●系統還在調溫器內整個空間均勻分配冷空氣。

●系統還促成冷卻區域之分隔，從而避免驟冷棧內可能因冷卻所致任何偏差。

●系統還減少重複冷卻相同的長絲部份之機率。

在本說明書全文，應理解“含有”一詞之含義是包括所陳述的單個元素、整體或步驟，也可以是包括多個元素、整體或步驟，但並不排除任何其他單個元素、整體或步驟，也不排除其他多個元素、整體或步驟。

使用措辭“一種”、“至少”或“至少一種”，其含義是使用一個或多個元素或配料或數量，此用法可能出現在本公開說明書之方案中，旨在達成一個或多個希望之目標或結果。

本說明書中所有關於文檔、法案、材料、設備、文獻等之論述，其唯一目的是為本發明提供理據。不應將其視為承認，任何或所有此類事項形成了先有技術基礎之一部份或因其在本申請優先日之前已經存在而是本發明相關領域之公知常識。

各種物理參數、外形尺寸和數量所給定的數值僅僅是近似值，其設想是，凡大於或小於賦予此類物理參數、外形尺寸和數量之值都應該在本 公開說明書和請求項之範圍內，除非在說明書中有相反之陳述。

Claims (20)

1. 一種驟冷系統，其中包括：一種用於紡絲熔融聚合物的噴絲頭；一種按運作佈置於該噴絲頭下方並連通於該噴絲頭之驟冷棧；提供環境空氣之第一氣流之第一工具，旨在固化溫度下，提供透過噴絲頭紡絲的該熔融聚合物之部份驟冷的固化纖維；及提供低於環境溫度之空調冷氣之第二氣流之第二工具，旨在進一步驟冷該部份驟冷的固化纖維，其中該空調冷氣之該第二氣流透過按運作置於一區域下方之調溫器提供，而該熔融聚合物在該區域部份固化，其中該調溫器包含- 裝於底盒上方之頂蓋；- 一個或多個圓柱單元，使部分驟冷纖維穿過該調溫器；○其中該圓柱單元係：￭透過螺紋盤裝於該調溫器之該底盒之基座內表面；及￭透過螺紋盤裝於該調溫器之該底盒之頂側邊緣表面；○其中每一個該圓柱單元都具有多孔外形用於該空調冷氣之徑向強制循環。
2. 如請求項1之驟冷系統，其中此系統包括按運作位於該調溫器下方之紡絲尾面敷帖器，該紡絲尾面敷帖器佈置於橫向流驟冷濾網之運作前方，該紡絲尾面敷帖器還適於沿該驟冷棧之高度方向調整。
3. 如請求項2之驟冷系統，其中紡絲尾面敷帖器適於沿該驟冷棧之高度方向調整之範圍是0.5米至1.2米。
4. 如請求項1之驟冷系統，其中此系統還包括按運作位於該調溫器下方之紗線導向器，該紗線導向器按運作佈置於該紡絲尾面敷帖器下 方，該紗線導向器適於沿該驟冷棧之高度方向調整。
5. 如請求項4之驟冷系統，其中紗線導向器適於沿該驟冷棧之高度方向調整之範圍是0.5米至1.2米。
6. 如請求項1之驟冷系統，其中還包括至少一個長絲導向器，用於每一個圓柱單元，其中每一個長絲導向器包括至少一對板子，其形狀為徑向相對的兩個撇號，撇號之曲面彼此相對；兩個板子裝於調溫器之頂蓋，且兩個板子維持一定間隙；及兩個板子之間隙在最寬部份大約是5毫米，在最窄部份約2毫米。
7. 如請求項1之驟冷系統，其中調溫器包括沿調溫器之長度方向佈置於調溫器內之多孔側板。
8. 如請求項1之驟冷系統，其中第二氣流透過連通於調溫器之圓柱單元及透過至少一個棧橋通道提供；及第二氣流透過圓柱單元徑向進入調溫器。
9. 如請求項1之驟冷系統，其中環境空氣之第一氣流溫度大約是25℃及以上；及空調冷氣之第二氣流溫度低於25℃。
10. 如請求項1之驟冷系統，其中第一工具配置用於將環境空氣之第一氣流橫向吹入驟冷棧。
11. 如請求項1之驟冷系統，其中第一工具及第二工具都包括一台鼓風機。
12. 如請求項1之驟冷系統，其中固化溫度是玻璃化轉變溫度(T_G)。
13. 如請求項1之驟冷系統，其中該圓柱單元具有C形截面，以促進該纖維之穿線。
14. 一種使用如請求項1之驟冷系統的驟冷方法，其中包括：紡絲該熔融聚合物透過該噴絲頭進入按運作佈置於噴絲頭下方之該驟冷棧；置該熔融聚合物於環境空氣之該第一氣流中以在該固化溫度下提 供該部份驟冷的固化纖維；及使用低於環境溫度之空調冷氣之該第二氣流，在低於固化溫度下進一步驟冷部份該驟冷的固化纖維，以提供驟冷的纖維，其中提供的空調冷氣之該第二氣流獨立於透過調溫器提供的環境空氣之第一氣流，該調溫器按運作置於一區域下方(熔融聚合物在該區域部份固化)，且按運作置於至少一個紡絲尾面敷帖器及紗線導向器之上方。
15. 如請求項14之方法，其中環境空氣之第一氣流溫度大約是25℃及以上；及空調冷氣之第二氣流溫度低於25℃。
16. 如請求項14之方法，其中環境空氣之第一氣流沿垂直於驟冷棧之長度方向大量提供。
17. 如請求項14之方法，其中環境空氣之第一氣流及空調冷氣之第二氣流透過鼓風機提供。
18. 如請求項14之方法，其中固化溫度是玻璃化轉變溫度(T_G)。
19. 如請求項14之方法，其中空調冷氣之第二氣流徑向進入調溫器。
20. 如請求項14之方法，其中該穿過圓柱單元之該部份驟冷的纖維接觸均勻分配的透過圓柱單元及側壁之多孔進行強制循環之該空調冷氣。