專利名稱:用于被動的延遲冷卻紡制中的長絲的裝置和方法
技術領域:
本發明涉及一種利用周圍空氣來被動的,延遲冷卻熱塑性聚合物的熔紡長絲的裝置。該裝置在每一個噴絲板上都有一個冷卻部件,該部件可被冷卻介質滲透,它設置在長絲的運行方向上,并同心地包圍著一個長絲束。本發明還涉及實現這個過程的一種方法。
聚合物紗線和長絲是根據各種各樣非常不同的熔紡條件生產的。從由一臺擠壓機,或直接由一臺縮聚裝置提供的熔融激流開始,聚合物被分開,并由紡絲泵輸送至單獨的噴絲頭。在細長絲形式的熔融物,從噴絲頭的狹窄的毛細孔中出來之后,這些細的長絲要用冷卻介質冷卻,扎成束,進行紡絲整理,并纏繞起來。
長絲的冷卻是一個重要的處理工序。特別是均勻性,以及織物性質(例如染色親和性,長絲強度和伸長)都由冷卻來決定。根據所要生產的長絲紗線的所希望的性質和對處理的要求,存在著完全不同的冷卻裝置。
在先前的紡絲裝置中,采用了主要考慮橫向流動急冷系統的主動冷卻系統。
例如,德國申請DE-AS1410427和德國申請DE-2644996A1,涉及了一些裝置,利用這些裝置可以冷卻合成聚合物的垂直擠壓熔紡的長絲,并通過水平吹風的裝置使該長絲凝固。這些“橫向流急冷”一般稱為“急冷系統”,它主動地從一側,將冷卻介質和空氣吹在最好是在噴絲頭孔的圓形裝置中紡出的紗線和長絲束上。被紡材料冷卻的不規則性,可能滿足對較大的合成長絲和纖維先前提出的要求,這種不規則性是這種結構特點的一部分。該長絲和纖維是在大約1000米/分的牽拉速度下生產的。但這些不規則性對于近來根據所謂高速紡絲過程生產的長絲是不適合的,在這種高速紡絲過程中,牽拉速度可大于3000米/分,特殊情況下,還可大于5000米/分,而長絲的纖度約為2分特(dtex),最好是在1分特以下,因為這種長絲要求特別高的均勻性。
另一方面,還已知一些延遲冷卻長絲的方法。這些方法包括使用一些精巧的,主動電熱裝置,長絲可從這些裝置中通過。
在過去幾年中,紡絲領域的發展已取得成果,一方面是使生產速度更高,另一方面是生產纖度小于1分特的更細的長絲。這些方法要求特殊的冷卻裝置。需要避免的是冷卻介質的紊流和長絲的太快冷卻,因為,否則的話,長絲折斷率明顯升高。
例如,在德國實用新型DE9306510 U1中,提出了一種穿孔或多孔的冷卻管,它們放在帶有可調節的氣源(沒有鼓風機)的空氣盒中,并在管子的下端,帶有篩網狀的金屬端板,最好,在該管子的內部,帶有漏斗形的金屬導向板。所有這些精巧的內藏式元件可用于改善被紗線吸入的空氣的流動和冷卻作用,并減少空氣渦流和壓力波動的影響。
例如,從瑞士專利CH467348或歐洲專利EP0530652B1中,還知道有助于解決上述問題的另一些裝置。長絲由這些裝置引導,通過一個開放的多孔管。該管的形狀與噴絲頭孔組件形狀相適應。利用周圍空氣冷卻該管中的長絲完全是由于管中的長絲的自我吸入抽吸作用的結果。兩個文件中提出的裝置由網眼密度為60目/平方厘米的篩網構成,其空白表面大約占40%。在德國專利DE1914556中描述了一種圓錐形的類似的裝置,其直徑向著底部呈一定錐度。也可能有其他形狀,它們對裝置的功能和操作沒有影響。
然而,上述自行吸入式冷卻裝置工作的一個非常重要之點是沒有冷卻介質的主動供應。裝置是利用室溫下的周圍空氣工作的。
雖然,這種系統的優點是能夠達到較高的生產速度,但也有相當嚴重的缺點,這將在下面詳細說明。
這種裝置的一個明顯的缺點是,因為單個的長絲束或紡絲位置之間的距離短(在工業設備上通常都是這樣),因此不可能保證在生產機器的長度上溫度均勻。紡絲位置最外面的冷卻管的溫度比機器中心處的管子的溫度低。這樣減少的冷卻速度會導致在邊緣處生產的卷筒長絲,與在中心處生產的卷筒長絲產品性能上有差別。
冷卻管圓周上沿半徑方向溫度分布不均勻對長絲束內部的均勻性有特別不利的影響。溫度的峰值出現在相鄰的紡絲位置的管的連接處,這會導致長絲束內冷卻不均勻。
特別是,在實際使用中,先前技術的裝置的冷卻管的維修和操作不十分便利。長絲束必需通過該管子與冷卻管的中心精確地對中,因為否則空氣動力學特性會受到擾動,所得出的長絲紗的質量降低。
一個基本的缺點是,在每一次開始紡絲過程之前,必需使長絲束通過冷卻管。另外,例如,看看管子是否被單體或折斷的長絲(所謂線毛沉積物)弄臟,要檢查是很困難。實際上不可能在安裝狀態下,清潔管子。
為了以高的紡絲速度進行生產,先前技術所述的方法要求紡絲溫度非常高。在所述例子中,紡絲溫度超過通常值達到20K。這種高溫度對方法的可靠性有相當大的不利影響,并且由于紡絲的該動作,會增加間歇的頻率。紡絲的該動作可由不同的原因引起a.由于單體沉積物,或孔的邊緣上的燃燒的熔化物,造成噴絲頭弄臟;b.內熱引起的聚合物熔化物的不均勻性;c.冷卻過程中的空氣動力學紊流。
本發明的目的是要設計由熱塑性聚合物制成的長絲紡絲過程的冷卻步驟,使長絲紗具有改善的織物機械性質和更均勻的染色親和力,同時減少紡絲故障,使生產能力提高,并且裝置的操作和清潔簡單。
該裝置和方法,通過利用周圍空氣,對由熱塑性聚合物制成的熔紡長絲進行被動的延遲冷卻的裝置可以達到這個目的。
具體地說,該目的是利用一種裝置和方法來達到的。該裝置和方法可以使在每一個冷卻裝置的橫截面上,和生產裝備的所有裝置中,使溫度分布均勻。
根據本發明,該裝置的操作重要的是,長絲束所通過的冷卻裝置應具有足夠高,但不過高的溫度。該溫度在低于聚合物的凝固點,高于裝置長度時彎紗。并在冷卻過程中,在該裝置的橫截面上的溫度在很大程度上為一常數。
特別是當冷卻裝置放在離所指定的噴絲板至少20毫米的距離處,并帶有熱絕緣時,可以使溫度均勻。該冷卻裝置同心地包圍著紡紗裝置的單獨的長絲束,并作成細長的管狀的穿孔噴絲頭的形式。
熱絕緣不但可以在冷卻管的圓周上達到非常恒定的溫度分布,而且可使相鄰的冷卻裝置彼此熱絕緣。因為,通常為了使結構緊湊,相鄰紡絲位置之間的距離較小,這種絕緣更是特別必要。這可防止在冷卻管圓周上形成不對稱的溫度分布,并可以防止機器中心處的冷卻裝置與工業設備外部位置上的冷卻裝置之間的溫度不同。
熱絕緣最好由具有明顯較低的導熱性的材料構成。在特定的實施例中,該絕緣還可包含另外的加熱元件。
冷卻裝置一定不能與噴絲板接觸,因為這樣,噴絲頭有喪失熱量的危險。通過噴絲頭和冷卻裝置之間的蓋,進行間接加熱是有利的,即該蓋起導熱金屬板的作用。這樣,該蓋可防止噴絲頭上熱量散失。此外,還提供了充分加熱冷卻裝置的機會。該蓋的結構最好是,只需通過簡單地旋轉它,即可清潔噴絲頭。
為了保持該裝置清潔和容易操作,在一個優選實施例中,根據本發明的冷卻裝置由一個開口的二根局部沿縱向的管子組成。這個開口可以精確地檢查裝置內部的清潔程度,并且可在安裝狀態下,容易清潔裝置的內部,以及,在紡絲一次折斷后,使長絲束毫無問題地插入和通過。
冷卻裝置的另一個實施例可以改變冷卻裝置內直徑的設計,和可適用于各種不同的熔融物的通過量或噴絲頭的形狀。
冷卻裝置的穿孔的噴絲頭(bospinneret)具存圓柱形,圓錐形,橢圓形或多邊形的橫截面,其中,優選的是圓柱形橫截面。
冷卻裝置的橫截面形狀與噴絲頭相適應,在優選實施例中,其內直徑與從相應的噴絲頭出來的長絲束的直徑匹配。
對于使用彈簧加載的固定裝置的優選實施例,冷卻裝置的變化的內直徑可以調整。
因此,根據本發明的冷卻裝置可以達到足夠高的溫度,并使被動延遲冷卻所需的溫度分布均勻。為了使導熱性好,不設計成如先前技術那樣的篩網,而是設計成具有相應壁厚的細長管子形的體,體上穿孔。
對于根據本發明的裝置的功能,管壁厚度十分重要,主要決定單位時間內,從根據本發明的裝置的上部流入下部的熱量。原理上,每一個穿孔部會擾動熱流。然而,利用自動吸入冷卻介質和空氣被動地冷卻必需不受到阻礙的長絲束是可能的。
假如壁厚小于1mm,因為與周圍空氣熱對流,則管子冷卻太強烈,因而長絲顯著冷卻。從實際和經濟的角度考慮,最好,壁厚的上限為10mm。導熱性特別顯著的材料是優選的結構材料。由于經濟和技術生產的理由,根據本發明的裝置的管子最好由鋁或銅制成。
另外,冷卻裝置的壁厚與其長度匹配是有利的。還可以在管的長度上改變壁厚,使溫度分布均勻。
在這種情況下,管子的優選長度至少應為300mm,最大為1800mm,最好在350mm至1500mm范圍內。
改變管長的有蓋例子為伸縮式的實施例,風箱式的實施例,可插入式的實施例。
采用所有這些實施例時,各個單獨的管子部分之間必需要有暢通無阻的熱傳導。
在特定的實施方案中,冷卻裝置的巨大長度最好為涂成黑色,并從外部加熱。在這方面,可以利用散熱器或加熱元件,在縱向方向或在圓周上,設定所要的溫度分布。另一個實際比較簡單的方案是將冷卻裝置包裝在第二熱絕緣的外套(例如,一個盒子或圓筒)中。這樣,可以減少冷卻裝置和環境之間的熱交換。這個第二外套一定不要妨礙冷卻裝置中的長絲束的自行吸入作用。該第二外套也是穿孔的。
在一個簡化的實施例中,該絕緣外套簡單地設計成冷卻裝置的一個塑料涂層。當厚度足夠時,這種涂層可以代替冷卻裝置和外套之間的絕緣。
為了將盡可能多的熱量,從靠近噴絲頭的本發明的冷卻裝置的上部引導向下,穿孔的密度,特別是穿孔的尺寸,數目和形狀最好在冷卻裝置的長度上是變化的。在這種情況下,作為一條規則,穿孔之間的橫向距離6應大于在長絲運行方向上的距離a。對于因為速度低,長絲只吸入少量空氣的上部區域,較低的穿孔密度(或“相對的空白表面”)就夠了。
所謂“相對的空白表面”也稱作相對于該外套的內表面的空白橫截面或穿孔的開放面積。作為冷卻裝置的整個穿孔表面,它應與長絲的數目和纖度相匹配。對于多毛細孔長絲紗,比對于毛細孔較少的產品,需要較大的相對的空白表面。在所有情況下,相對的空白表面為30%至70%的管子已足夠,但最好為35%至60%。當長絲數目較少時,所需要的空白表面可減少,而隨著纖度的增加,所需的空白表面增加,但總是在上述30%至70%的范圍內。
當相對的空白表面確定時,有一些大的穿孔比許多小孔更有利,因為與環境進行熱交換的邊表面較少。穿孔在管子上排成直行,并且沒有對角線傾斜的多排穿孔是較有利的。
一般,使長絲的自行吸入作用不破壞是很重要的,這樣可避免紊流。另一方面,如果穿孔不是做得很粗糙,以致使長絲冷卻太快也是有利的。在每一種情況下,在冷卻裝置相應部分中的長絲的凝固是穿孔的空白表面尺寸的函數。
冷卻裝置的優選的實施例方案為長絲在其中凝固的縱向部分具有足夠的空白表面的軋花(embo)噴絲頭。其長度最好是在經過長絲凝固點以后,還有100至250mm才到末端。
在優選實施例方案中,壁厚,每一個表面的穿孔的間隔,表面和數目是以適當方式互相匹配的。
穿孔的形狀基本上是次要的。然而,為了使冷卻作用強烈,采用縱軸線與管子軸線平行的細長穿孔是有利的。
當壁厚/穿孔直徑之比大于1時,使穿孔軸線精確地指向管子中心是重要的。該穿孔軸線,為了保持徑向對稱,最好與長絲束的中心相適應。穿孔的孔角度相對于管子軸線小于90°,并且是在長絲運行方向向下傾斜的,使冷卻介質不致在與長絲運行方向相反的方向被吸入,從而可以避免對紗線均勻性有不利影響的紊流。
對于利用周圍空氣,進行熔紡熱塑性聚合物長絲的被動的延遲冷卻方法而言,冷卻介質和空氣可以滲透至同心地包圍長絲束的一個冷卻裝置中,通過熱絕緣作用,使長絲的冷卻延遲。對于從相應噴絲頭出來的每一種長絲,設置了該裝置。
利用這種冷卻裝置,可將紡絲速度在2300米/分以上的微型長絲的紡絲溫度,或較高纖度的長絲,在紡絲速度大于5000米/分時的紡絲溫度最大降低至290℃。
這時應特別注意下列幾點管子壁厚不應小于最小壁厚,以便保證在冷卻裝置中的長絲的凝固點以下,最優的熱傳導;對于一種確定的纖度,要選擇最小的相對的空白表面,以便不與長絲束的自行吸入作用發生干涉,并且不對紗線的均勻性有不利影響。
例1與例4的比較表明,可以利用冷卻裝置的形狀和紡絲參數,將紡絲溫度降低10K。冷卻裝置的直徑基本上是隨噴絲頭形狀而變的,它與噴絲頭的毛細孔的圓的直徑關系很小。冷卻裝置直徑對烏斯特(Uster)值有很大影響。
對于不同纖度、每一個區域也存在一個最優的,與裝置有關的冷卻裝置直徑。技術熟練的人們,根據給出的紡絲裝置,可以很容易決定該直徑。
穿孔尺寸,穿孔數目和穿孔間隔及相對的空白表面可以作為纖度和紡出的長絲數目的函數來選擇。相對的空白表面最好在30%(最小)和70%(最大)之間。
冷卻裝置和長絲之間的距離很短,這對二者之間的良好的傳熱基本上是有利的。當由于長絲和管壁接觸造成長絲折斷的數目增加時,該距離取下限。
管子和長絲之間的距離至少為4mm,最大為15mm是有利的,最好是5至8mm,與之相聯系的是從噴絲頭孔中出來的長絲之間的距離為3至15mm。
在噴絲頭孔排列在一個單一圓周上的優選實施例中,所用冷卻裝置中的每一根長絲與壁面距離都相同,因此都受到同樣的冷卻。這種徑向對稱性,使產品均勻性特別好。
在優選實施例中,所用冷卻裝置的長度由要紡的長絲的最粗糙的纖度決定。
使長絲束的凝固點仍位于管子內是很重要的。將該點布置在裝置末端之前至少100mm處(最好至少250mm)是有利的。
距離較短時,存在著長絲束通過與長絲運動相反的管子末端,而不是通過管子穿孔吸入空氣的危險。這會造成相當大的紊流。
與先前技術的裝置比較,根據本發明的冷卻裝置的長度較大,因為長絲是后來根據升高的內部溫度凝固的。
為了使根據本發明的裝置能夠適應不同的噴絲頭形狀,纖度和長絲數目及不同的空氣動力學特性,冷卻裝置的優選實施例的內部直徑和長度可以調整。
最好長度至少為300mm,最大為1800mm,但最好在350至1500mm之間范圍內。
在一種有利的方法方案中,對于長絲在其中凝固的縱向部分,采用具有足夠的空白表面的冷卻裝置。其長度最好在長絲凝固點之后,還有100至250mm才到末端。
冷卻裝置的優選總長在300至1800mm之間。
為了使用根據本發明的方法,對于不同的產品纖度,管子離噴絲頭的距離在20至200mm范圍內,最好在30至150mm范圍內和噴絲頭和冷卻裝置的蓋的高度在40至450mm之間是有利的。
在另一個優選實施例方案中,為了使該裝置能覆蓋大的纖度范圍和將該裝置放入冷卻裝置內,可以調整使用紡絲整理裝置的高度(spin finish)。
從先前技術中已知,為了減少紡絲過程中的定向問題,必須利用較高的紡絲溫度,在大于5000米/分的速度下,生產長絲,或生產纖度在0.3分特至0.8分特之間的長絲紗線。這樣產生的缺點已經作了說明。
在使用根據本發明的冷卻裝置中,驚奇地發現,利用一個蓋間接地和熱管子,可使紡絲溫度從通常的297℃降低至287℃,同時,作為一個例子,紡絲速度可達5200米/分,最終纖度達到77分特f36。
通過例1和例4的比較,可以看出,對于折斷處的一個預先決定的伸長值,可以將纏繞速度提高至6600米/分,紡絲速度提高至5400米/分。
聯系根據德國專利DE 4208568或歐洲專利EP 0530652B1的先前技術的比較例子,可知,對于這樣的紡絲速度,噴絲頭溫度可達296至301℃,至少293℃。
使用根據本發明的裝置中的冷卻裝置,可將紡絲溫度降低大約10℃(至少6℃)的一個明顯的效果是可使紡絲過程長期穩定。這點在德國專利DE 19626051A1“帶集成熱絕緣的噴絲頭”中也有說明。與已知方法比較,因為聚合物熔化物的熱分解明顯減小和噴絲頭的污染明顯減少,可以將噴絲頭的清潔范圍擴展70%(至少擴展30%)。另外,還驚奇地發現,通過使用根據本發明的裝置和降低紡絲溫度,盡管生產速度提高,紗線性能改善了。如例2所示,特別是質量數升高,而該數字由于熔化物減少,是可以降低的。
例如,在德國專利DE 2836514C2中,將該質量數定義為折斷力與折斷處的伸長的平方根(second root)的數學乘積。
降低紡絲溫度可降低聚合物熔化物的熱分解速率,而其分子重量份卻最好保持不變。這樣所增加的溶液粘度,以及由于紡絲溫度降低而增加的熔化物的粘度使紗線的拉力較高。紗線拉力提高使長絲穩定,并使均勻性提高。該長絲均勻性可用烏斯特值降低表示(根據DIN 53817)。
另外還驚奇地發現,當在生產速度低的過程中,使用冷卻裝置,也可以降低紡絲溫度,這將使產品具有每根長絲少于1分特的紡絲纖度(例5和例6)。這種細旦尼爾(denier,纖度單位),產品通常是在非常高的紡絲溫度下生產的,這與高速紡絲過程相似(例7)。
使用根據本發明的方法基本的要求是冷卻裝置應有足夠高的溫度。所有已知裝置都不允許在較低溫度下紡長絲(例3)。這些裝置只將不充分的熱量,從裝置的上部傳導至下部。當紡絲溫度低時,長絲冷卻太快。盡管質量數字高(例3與例4比較),但折斷率急劇提高。
因此,利用根據本發明的方法,可以有利的方式生產長絲紗線,該長絲紗線的織物物理性質非常好,特別是其杰出的均勻的染色親和力和特別均勻的分子重量分布。
該方法的另外一些優點是大大延長了生產長絲的長度,因為生產過程中的中斷頻率降低了。由于使用根據本發明的裝置時,紡絲溫度降低,因此噴絲頭的污染,以及在紡絲零件中的,以及在生產裝置的送料和/或擠出零件中的聚合物熔化物的分解明顯減少。
本發明還有一個優點是可以改變包圍長絲束的冷卻裝置的管子的直徑。由于這樣,可以很快地修正產品的改變(例如纖度的改變)。
根據本發明的方法和裝置適用于所有熱塑性聚合物制成的長絲,但特別適合于由聚酯和共聚的聚酯和聚酰胺制成的長絲。
根據本發明的方法和裝置,將用下面的
圖1至圖13所示的示例性實施例進行更詳細的說明。
圖1為冷卻裝置的總圖;圖2a為一個多位置的紡絲裝置(每一個裝置都帶有冷卻裝置)的示意性視圖;圖2b為冷卻裝置,蓋和帶有一個凹下部分的噴絲頭的詳細視圖2c為與圖2b一樣的詳細視圖,但噴絲頭的凹下部分可以移動(即可以取下);圖3為冷卻裝置的一個方案(部分地打開的)的示意性視圖;圖4a為在熱絕緣壁之間的一種可調節的冷卻裝置的視圖;圖4b為帶有另外的穿孔側壁的一種可調節的冷卻裝置的視圖;圖4c為一種可調節的冷卻裝置的頂視圖;圖4d為冷卻裝置的不同橫截面形狀的示意圖;圖5a,5b表示利用一個安裝套管改變內直徑的不同實施例方案;圖6為在冷卻裝置中不同的穿孔排布置的示意性圖;圖7為冷卻裝置的穿孔的孔角度的示意性視圖;圖8表示烏斯特值與長絲纖度和冷卻裝置直徑的函數關系;圖9表示纖度與管直徑D的函數關系;圖10a,b,c代表具有不同長度的冷卻裝置的方案;圖11a,b,c代表不同長度的冷卻裝置的方案;圖12表示沿著冷卻裝置測的溫度分布;圖13為紡絲整理裝置位置設置的詳細情況的示意性視圖。
圖1示意性地表示根據本發明的裝置的總圖,它具有一個噴絲頭2,一個所謂的紡絲盒3,一個從該裝置出來的長絲束4,一個管子狀的穿孔冷卻裝置5,一個側壁形式的熱絕緣器6和一個穿孔的前殼體件7a,一個穿孔的后殼體件7b和一個蓋子8。由右端側壁6和兩個殼體件7a與7b組成的蓋8,將該紡絲盒3和殼體9連接起來。在蓋8的一端設有擋板10,通過擋板10可接近噴絲板2。
在圖2a中,示意性表示一個紡絲裝置中的幾個紡絲位置,其中,為了清楚起見,前殼體件7a用剖開的視圖表示。
聚合物熔融液通過分配至紡絲盒3中各個位置去的一根熔融液管路1,均勻地送至紡絲盒3中的各個噴絲頭2中。應當理解,這里術語”噴絲頭”包括了整個噴絲板2。熔融液S以單根長絲的形式,從噴絲板2的孔中流出。這些長絲通過冷卻裝置5進行冷卻和凝固,然后在纏繞之前,綜合成長絲束4。這點最好是采用紡絲整理裝置來進行(見圖13a,13b,13c)。
在紡絲過程中,熱絕緣器的穿孔殼體9的穿孔前殼體件7a關閉。
管狀的穿孔冷卻裝置5(在本示例性實施例中用管子形式表示)彼此由熱絕緣器的壁隔開。這些冷卻裝置5不與單個的噴絲頭2a齊平,而是安裝在蓋8下面的紡絲盒3上,離紡絲盒一定距離h(見圖1)。
圖2b和圖2c詳細地表示了從噴絲板2至根據本發明的裝置的過渡部分。冷卻裝置的管子5邊緣不與噴絲頭2齊平,否則,噴絲頭有喪失熱量的危險。可以通過蓋8,對這些噴絲頭2進行間接加熱。因此,一方面,蓋8可防止熱量從噴絲頭散失,另一方面,使管子5不致充分地被加熱。為了加熱充分,管子5與蓋8的良好熱接觸是有利的。蓋8的結構,使得通過簡單地把擋板10倒轉打開,即可以清潔噴絲頭2。
在優選方案中,蓋8是另外絕緣的,以防止熱量喪失。蓋8上還可設置小開口,以防止紊流。
圖2b表示在紡絲盒3中有一凹下部分的噴絲板2,圖2c表示帶有一個可調節的凹下裝置11的方案。利用這個可調節的凹下裝置11,可以調節能運動的凹下部分,從而可以毫無問題地清潔噴絲板。
圖3示意性地表示根據本發明的裝置的另一個示例性實施例,圖中部分是切開,部分是分解視圖。打開該整個裝置一方面可以清潔噴絲頭2a,另一方面,可以清潔在安裝狀態下的整個冷卻裝置。為些,可將管子5做成單獨的管子5a和5b,并相應地將側壁的熱絕緣做成兩個單獨的側壁6a和6b,并使側壁6a,6b,沿著紡絲盒3的方向,通過單獨的管子5a和5b的末端,因此,蓋8也可作成兩件(在這個方案中,省略了擋板10,因為冷卻裝置13的整個前半部,利用鉸鏈連接12,可以繞支軸轉動地放置)。
圖4a,4b,4c和4d為模仿帶有穿孔平板金屬輪廓14的冷卻裝置的管狀橫截面的不同的實施例。
對圖4a和4b中的管狀的長絲的冷卻效果差不多相同。即使根據圖4d中的半個幾何半輪廓18,19,20,21的實施例的結果也非常好。
根據圖4b,通過利用隔套16固定在熱絕緣器6的側壁上,由于根據圖4b的實施例,可以保證通過另外的穿孔側面金屬板,空氣可完全從四周進入,因此與圖4a比較,吸入的對稱性影響較小。
圖4c表示如何利用一個調節螺釘17,使穿孔平板金屬輪廓14彼此相對移動,和如何改變管狀冷卻裝置的橫截面(雖然是不對稱地改變)。
圖5a和5b表示改變冷卻裝置的內直徑的實施例(在本實施例中,為管狀的空心體)。
圖5a和5b所示的冷卻裝置的直徑,可以利用一個彈簧加載的固定裝置改變,其中圖5a所示的裝置為一穿孔的平板金屬彈簧板22,其直徑可用固定裝置23改變。
在圖5b所示的裝置中,圖5a的穿孔平板金屬彈簧板22被板條24代替,這些板條24彼此相隔一定距離放置。梯形橫截面的板條24之間的距離,可通過固定裝置23連續地改變,利用該固定裝置可以在預先決定的范圍內調節直徑。
圖6表示在冷卻裝置5的管狀體上的幾排穿孔25,它們排列在一直線上,或沿著管子設置,傾斜一定角度。
然而,根據本發明的裝置的作用不受穿孔形狀的限制。該角度相對于垂直線在0≤β≤45°范圍內,最好在0≤β≤20°范圍內。
圖7說明在冷卻裝置的孔的壁厚d上,穿孔的孔角度α,這些孔是在長絲的運行方向上,向下形成的。
圖8中可以看出烏期特值在不同管子直徑下,與不同纖度的依賴關系。從圖中可以便利地對每一個纖度決定冷卻裝置的一個最優管子直徑。
圖9表示冷卻裝置5的最優管子直徑與長絲束4的總纖度的依賴關系。
圖10a,10b和10c表示具有不同管長的冷卻裝置5的特殊的實施例;圖10a為伸縮式的實施例,圖10b為風箱式的實施例,圖10c為可插入式的實施例。
圖11a,11b和11c表示具有不同管子長度,但有一個附加的穩定支撐的冷卻裝置5的另一些方案。支撐與管子連接一起就是凹紋噴絲頭,這樣可以保證長絲的自行吸入作用繼續下去。即,用于支撐的保持環最好做成皺紋的,或在其內面帶有齒,它可以在孔之間精確地支承管子體。雖然圖11c中,只能不連續地調節管子長度而根據圖11a和11b的實施例則可以連續地調節。
圖12表示在冷卻裝置5內的溫度分布,并可清楚地看到長絲在離蓋子一定距離處的延遲冷卻。相對距離X表示從下端8開始至相應的測量點,相對于管子總長度的距離。
相對溫度T為在位置X處測量的,相對于X=0處的開始溫度(℃)的溫度(℃)。
圖13a,13b和13c表示使用紡絲整理裝置作為紡出的長絲束的第一個導向裝置,即圖13a為紡絲整理裝置放在進入紡絲裝置之前,圖13b為放在冷卻裝置下面,圖13c為放在冷卻裝置內面。
所謂長絲束的收斂點在使用紡絲整理裝置的地方形成。將這種高度可調節的收斂點移入冷卻裝置中可使長絲束的紗線拉力降低。低的紗線拉力對于進一步進行紡絲是特別有利的。但如果將紡紗整理裝置的使用地點延伸至管子以外,則只能拼接形成長絲束。例1至4
例5至權利要求
1.一種利用周圍空氣對由熱塑性聚合物制成的熔紡長絲進行被動的、延遲冷卻的裝置,該裝置包括每一個噴絲板一個冷卻裝置,冷卻介質可滲透至該冷卻裝置中,該裝置放置在長絲的運行方向上,并同心地包圍一個長絲束(4),其特征為,該冷卻裝置具有不同排列方式,穿孔密度,穿孔形狀和穿孔尺寸的許多穿孔(25),該冷卻裝置放在離噴絲板至少20mm距離的地方并設有熱絕緣器(6),冷卻裝置的壁厚至少為1mm并有預先決定的內直徑(D),其特征還在于,冷卻裝置(9)與熱絕緣器(6)一起,設計成可以打開,并且,冷卻裝置(9)通過一個導熱的蓋(8)與紡絲盒(3)連接。
2.如權利要求1所述的裝置,其特征為,該冷卻裝置(9)具有帶30%至70%的沒有穿孔的相對空白表面的一個細長的管狀的穿孔體(5),該穿孔體(5)的橫截面形狀與噴絲板(2)匹配,且內直徑與長絲束(4)的纖度匹配,其特征還在于,該穿孔體的材料和形狀允許在該體的縱向方向最大可能地導熱。
3.如權利要求1所述的裝置,其特征為,該熱絕緣器(6)另外設有加熱元件。
4.如權利要求1或2所述的裝置,其特征為,該冷卻裝置(9)被一個穿孔殼體或圓筒包圍。
5.如上述權利要求中的一條所述的裝置,其特征為,蓋(8)的高度(h)在40至450mm范圍內。
6.如上述權利要求中的一條所述的裝置,其特征為,該穿孔體(5)的橫截面為圓筒形,圓錐形,橢圓形或多邊形。
7.如上述權利要求中的一條所述的裝置,其特征為,該穿孔體(5)的壁厚,在長度方向上最好在1至10mm之間變化。
8.如上述權利要求中的一條所述的裝置,其特征為,該穿孔體(5)由導熱性能良好的材料(最好為銅或鋁)制成。
9.如上述權利要求中的一條所述的裝置,其特征為,該穿孔體(5)的穿孔(25)排成許多穿孔排,穿孔排有一個凹下部分,該凹下部分可以傾斜,其傾角范圍在0≤β≤45°內,最好在0≤β≤20°范圍內。
10.如上述權利要求中的一條所述的裝置,其特征為,在冷卻裝置的長度上,該穿孔的尺寸,數目和形狀均不相同。
11.如上述權利要求中的一條所述的裝置,其特征為,穿孔(25)彼此之間的橫向距離(b)比在長絲運行方向上的距離(a)大。
12.如上述權利要求中的一條所述的裝置,其特征為,穿孔(25)的方向指向冷卻裝置(5)的中心。
13.如權利要求12所述的裝置,其特征為,穿孔(25)的方向與長絲運行方向成90°或向下。
14.如上述權利要求中的一條所述的裝置,其特征為,穿孔(25)的相對空白表面在整個外套內表面的35%至60%之間。
15.如上述權利要求中的一條所述的裝置,其特征為,該穿孔體(5)的長度在300至1800mm之間。
16.如上述權利要求中的一條所述的裝置,其特征為,該穿孔體(5)的內直徑至少與從相應的噴絲板(3)出來的長絲束(4)的直徑相適應。
17.一種利用周圍空氣,對熱塑性聚合物的熔紡長絲進行被動的延遲冷卻的方法,其特征在于,在根據權利要求1至16的裝置中,紡絲裝置的每一塊噴絲板(2)由一穿孔體(5)組成,冷卻介質和空氣可以滲透至該裝置中,該裝置精確同心地包圍長絲束。
18.如權利要求17所述的方法,其特征為,該裝置使長絲的冷卻延遲,并可降低紡絲溫度,對于微型長絲,在紡絲速度在2300米/分以上時,紡絲溫度最大降至290℃,或者,對于纖度較大的長絲,在紡絲速度大于5000米/分時,紡織溫度也可降至290℃。
19.如權利要求17或18所述的方法,其特征為,穿孔尺寸,穿孔數目和穿孔間隔是紡出的長絲纖度和數目的函數。
20.如權利要求17至19中的一條所述的方法,其特征為,孔(25)的相對空白表面按紡出的長絲纖度和數目的函數選擇,其特征為,孔(25)的相對空白表面最小為總表面的30%,最大為總表面的70%。
21.如權利要求17至20中的一條所述的方法,其特征為,冷卻裝置(9)的長度選擇在使長絲的凝固點位于冷卻裝置末端之前的100至250mm之間。
22.如權利要求17至21中的一條所述的方法,其特征為,當從噴絲板(2)出來的長絲彼此之間的距離為3至15mm時,至冷卻裝置(9)的壁的距離,作為長絲纖度和數目的函數,可在4至15mm之間選擇。
23.如權利要求17至22中的一條所述的方法,其特征為,長絲的紡絲整理裝置(在先前技術中,它是通常的裝置)集成在該冷卻裝置(9)中。
全文摘要
一種由每一個噴絲板2帶有一個冷卻裝置9組成的裝置,它可允許周圍空氣,作為冷卻介質,通過其穿孔25進入。該裝置是熱絕緣的,可以打開。同時還提供了一種被動的延遲冷卻由熱塑性聚合物制成的紡絲長絲的方法。
文檔編號D01D13/02GK1197129SQ98101558
公開日1998年10月28日 申請日期1998年4月17日 優先權日1997年4月18日
發明者馬丁·德薩克斯, 烏爾里希·堪普, 曼弗雷德·施泰因 申請人:埃姆斯·英芬塔股份有限公司