專利名稱：渦流變形、松弛和/或熱收縮定型的設(shè)備、相應(yīng)方法和復(fù)絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在熔融紡絲的過程中復(fù)絲渦流變形、松弛和/或熱收縮定型的設(shè)備以及相應(yīng)的方法。
在復(fù)絲的熔融紡絲時(shí)熔化可熔融紡絲的聚合物并在此狀態(tài)通過噴絲板的細(xì)噴絲孔壓出。在這里形成許多熔融條，它們通過在空氣流中冷卻固化并經(jīng)多個(gè)表面速度逐漸增加的輥拉成細(xì)的長絲。這些長絲然后合并成統(tǒng)一的復(fù)合絲以及最后卷繞成筒子。
一方面實(shí)施長絲的拉出，只要在第一牽拉輥前的冷卻段范圍內(nèi)它還沒有完全固化和聚合物尚未完全結(jié)晶以及尚有一些流動(dòng)能力。對(duì)此人們也稱之為紡絲拉伸。另一方面長絲在其固化后通常還使用導(dǎo)絲盤再進(jìn)行機(jī)械拉伸，由此尤其達(dá)到聚合物大分子定向并調(diào)整絲的最終的延伸率和強(qiáng)度。
紡絲拉伸和機(jī)械拉伸之間處于什么樣的比例關(guān)系取決于紡絲速度。紡絲速度越低，所需要的機(jī)械拉伸的程度越高，以獲得所謂全拉伸絲。在這種情況下拉伸比可達(dá)1∶4。因此在低的至中等的工作速度(取決于使用的聚合物例如至約50m/s)時(shí)可能要求長絲在拉伸區(qū)的范圍內(nèi)加熱至第二級(jí)玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上的溫度，以易于拉伸。在高的紡絲速度(取決于使用的聚合物例如超過約85m/s)時(shí)拉伸比小得多并典型地只等于約1∶1.3，因此取消這種附加的熱處理。
在拉出后，亦即在紡絲拉伸和/或拉伸后，長絲內(nèi)留有內(nèi)部張力，內(nèi)部張力損害絲的形狀穩(wěn)定性，并可能導(dǎo)致在筒子上當(dāng)張力上升時(shí)絲縮短，所以至少不再能沒有任何妨礙地重新退繞。在這種情況下產(chǎn)生的力甚至?xí)?dǎo)致?lián)p壞筒管。為了避免這種有害的效果，實(shí)施拉伸后的絲通常再次進(jìn)行熱處理，借助于此熱處理尤其使絲在卷繞前已經(jīng)縮短，人們將此稱之為松弛收縮。
若復(fù)絲在其制造后受例如100℃或更高的高溫，則每根復(fù)絲傾向于進(jìn)一步縮短。這種縮小長度的傾向取決于熱處理方式稱之為沸水收縮(水95℃-100℃)或熱風(fēng)收縮(熱空氣160℃-200℃)，在這種情況下后續(xù)加工工業(yè)只允許其收縮率在一定界限范圍內(nèi)的絲，例如沸水收縮在6％與11％之間。這種所謂的熱收縮也可以在拉伸后通過絲的熱處理減小，下文將其稱為熱收縮定型。然而在這種情況下與松弛相比要求達(dá)到更高的溫度和/或更長的處理持續(xù)時(shí)間。在另一方面也已證實(shí)，通過提高紡絲速度還可以改善大分子的定向，使絲即使沒有附加的熱收縮定型也已經(jīng)具有工業(yè)上通用的熱收縮率。在這樣一種情況下，松弛便足以使在筒子上的絲獲得足夠的長度穩(wěn)定性。
為了改善一根根長絲合并成絲并因而改進(jìn)所謂的絲緊密度，長絲往往還再加絲聚合劑和/或渦流變形，其中，渦流變形大多作為卷繞前最后一個(gè)步驟，但肯定在拉伸后實(shí)施。應(yīng)與之區(qū)別的是所謂的在拉伸前的預(yù)渦流變形。這種處理僅僅用來均衡在絲上的紡絲上油和長絲的一定的內(nèi)聚力，以防在后續(xù)的拉伸過程中各長絲分離和斷裂。引入的預(yù)渦流變形中的絕大部分通過拉伸過程重新消除。
在先有技術(shù)中已知用于渦流變形、松弛以及熱收縮定型的方法和設(shè)備，然而它們不能或至少不能有效地同時(shí)或至少交替地用于所有三種處理方式，以及除此之外其特點(diǎn)是或設(shè)備設(shè)計(jì)得復(fù)雜和/或能量或處理氣體的耗量大。
對(duì)于在低至中等紡絲速度生產(chǎn)的絲，按先有技術(shù)采取這樣的措施實(shí)現(xiàn)熱收縮率的控制，即，在拉伸后借助于加熱的拉伸盤對(duì)絲進(jìn)行一次可調(diào)整的熱處理。
如已提及的那樣，通過提高紡絲速度可以在絲內(nèi)按這樣的程度加強(qiáng)大分子定向，即可達(dá)到即使在拉伸后不進(jìn)行熱處理絲也有工業(yè)上通用的熱收縮。在這種情況下只需要絲松弛，以避免絲在筒管上收縮和筒管損壞。在CH623611中介紹了這樣一種加工方式，其中絲在冷拉伸后借助于不加熱的導(dǎo)絲輥導(dǎo)引通過一個(gè)或多個(gè)水蒸氣射流，水蒸氣從大體垂直于絲定向的孔噴入一個(gè)側(cè)面開口的處理箱內(nèi)。雖然蒸汽噴嘴以過壓約1.7bar(g)供入，但蒸汽在其從噴嘴出口時(shí)實(shí)際上完全膨脹到大氣壓，所以可以說絲是在大氣壓力的情況下進(jìn)行處理的。因此提供給絲的蒸汽處理溫度最高只有105℃。在這種加工方式中，除松弛外同時(shí)進(jìn)行復(fù)絲中各長絲的渦流變形。
在US 5750215和US 5558826中介紹了按類似的方式用蒸汽松弛和渦流變形，其中還論及熱收縮定型。按照說明在這里絲的處理也是在大氣壓下進(jìn)行的。當(dāng)然，在蒸汽處理后卷繞前接著絲還有一定的移動(dòng)距離為2-3m，在這一距離移動(dòng)期間絲(由于“滯后(lagging)”)可以附加地松弛。由此可以懷疑所說明的這種熱處理本身是否確實(shí)有效。此外，在這里在兩個(gè)導(dǎo)絲輥對(duì)之間的拉伸區(qū)內(nèi)已經(jīng)實(shí)施了類似的絲的第一次蒸汽處理以確定拉伸點(diǎn)，它同樣會(huì)導(dǎo)致影響第二次蒸汽處理的效果。有關(guān)確定拉伸點(diǎn)的陳述也與DE 2204397矛盾，在那里指出，從3000m/min起根本不再可能設(shè)定一個(gè)確定的拉伸點(diǎn)，因此也不再必要或不再可能控制拉伸點(diǎn)。
在WO 98/23797中介紹了另一種裝置，其中多根紗在卷繞前通過具有大氣壓力的蒸汽室導(dǎo)引。在此室內(nèi)蒸汽不直接沖擊在紗上并經(jīng)側(cè)向孔向外排出。在這里只達(dá)到松弛，沒有規(guī)定熱收縮定型和渦流變形。
在US 5634249或與之對(duì)應(yīng)的EP 0703306中介紹了在整經(jīng)過程借助蒸汽渦流變形，其中顯然所涉及的是處理事先已在第一個(gè)加工階段制造的只部分定向的絲。加工速度分別為584和800m/min，因此是較低的。因?yàn)樵谒ㄗh的加工方式中，渦流變形同時(shí)并在與拉伸相同的地點(diǎn)實(shí)施，所以令人不解的是，在絲處于高拉伸應(yīng)力的情況下如何能實(shí)現(xiàn)有效的渦流變形。
在DE 19546784中介紹了一種用于復(fù)絲松弛熱處理的蒸汽室，它使用了一種設(shè)計(jì)非常特殊的噴嘴幾何結(jié)構(gòu)，借此應(yīng)獲得使蒸汽完全凝出的有利的動(dòng)力學(xué)條件并由此在絲上造成良好的傳熱。絲在這種情況下部分通過這些也流過蒸汽的相同的噴嘴口。在設(shè)備的進(jìn)口區(qū)設(shè)單獨(dú)的渦流變形室，蒸汽射流在其中從側(cè)面沖擊在絲上。
導(dǎo)引絲通過加入過熱水蒸氣的室還可利用來加熱絲，以便于尤其在低到中等加工速度時(shí)絲的拉伸。例如由US 5487860、DE 2643787、DE 2204397或DE 3346677已知相應(yīng)的設(shè)備。
本發(fā)明的目的是，提供一種前言所述類型在熔融紡絲時(shí)可通用的設(shè)備以及相應(yīng)的方法，借助于它們可在需要時(shí)使絲松弛、渦流變形，以及借助于它們還可以有效地實(shí)施絲的熱收縮定型。此外，設(shè)備還應(yīng)設(shè)計(jì)得簡單并能經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。按本發(fā)明此目的通過具有權(quán)利要求1特征的設(shè)備以及通過在權(quán)利要求13和14中所述的方法達(dá)到。有利的設(shè)計(jì)和進(jìn)一步的發(fā)展分別在回引的權(quán)利要求中說明其特征。
按本發(fā)明的設(shè)備包括一個(gè)處理箱，它可充填一種基本上處于靜態(tài)的過壓和提高了溫度的氣體并有用于絲通過的入口孔和出口孔，它們允許氣體流過并卸壓，也就是說氣體可沿著或逆絲的移動(dòng)方向通過它們流出并卸壓。
因此按本發(fā)明的設(shè)備尤其不再包括任何噴嘴，處理氣體的射流通過它基本上垂直于絲的流動(dòng)方向引向絲使絲渦流變形。確切地說，在按本發(fā)明的設(shè)備中，當(dāng)絲或其長絲通過處理箱入口孔和/或出口孔時(shí)，借助于沿著或逆絲的移動(dòng)方向通過這些孔流出并卸壓的氣體，造成絲或其長絲渦流變形。
在這里出現(xiàn)的渦流變形效果是意料之外的，因?yàn)槠袢藗兊目捶ㄊ牵?dāng)氣體在絲上的沖擊角為90°角時(shí)獲得最大的渦流變形效果，并已知隨著角度減小渦流變形基本上成比例地減少。當(dāng)此值接近0°時(shí)實(shí)際上不再預(yù)期由此會(huì)造成任何渦流變形。但在按本發(fā)明的設(shè)備中卻仍然發(fā)生了渦流變形，而且是借助于絲穿過(至少)一個(gè)渦流變形噴嘴本身(在形式上為處理箱的入口孔和/或出口孔)導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)的。
在傳統(tǒng)的渦流變形噴嘴中，獲得的渦流變形結(jié)節(jié)數(shù)直接取決于所使用的氣體壓力并因而取決于沖擊在絲上的氣體射流的動(dòng)量。反之，通過按本發(fā)明的設(shè)備達(dá)到的渦流變形與所使用的氣體壓力關(guān)系不大，而且渦流變形的水準(zhǔn)甚至超過傳統(tǒng)的渦流變形的水準(zhǔn)。
所獲得的絲的渦流變形還很正規(guī)。與按傳統(tǒng)制成的絲相比，絲表面的損壞少和絲/陶瓷摩擦系數(shù)也低。這意味著這種絲可有利地使用于進(jìn)一步的加工階段中。
令人意外地發(fā)現(xiàn)，采用按本發(fā)明的設(shè)備制成的絲在水浴中顯示出有連續(xù)閉合的絲的緊密度，沿絲的全長它沒有或?qū)嶋H上沒有孔口。與之相反，傳統(tǒng)地制成的絲在水浴中表明有間距為6至8cm的收縮。在收縮之間在絲的各長絲內(nèi)絲氣球形張開。如借助按本發(fā)明的設(shè)備可獲得的良好的絲緊密度，對(duì)于進(jìn)一步的加工有突出的優(yōu)點(diǎn)。
如進(jìn)一步意外發(fā)現(xiàn)的那樣，借助按本發(fā)明的設(shè)備制成的渦流變形或絲的緊密度有極佳的拉力穩(wěn)定性。例如，隨著拉伸應(yīng)力增加到至少單位絲張力為0.5cN/dtex，每單位長度結(jié)節(jié)數(shù)的減少至少比按先有技術(shù)除此之外類似的復(fù)絲小一個(gè)數(shù)量級(jí)(十的冪)。所提及的單位絲張力0.5cN/dtex大體相當(dāng)于例如在織機(jī)內(nèi)引緯時(shí)出現(xiàn)的負(fù)荷，并因而相當(dāng)于實(shí)際上絲通常所受到的最大負(fù)荷。就此而言，本發(fā)明的對(duì)象還針對(duì)渦流變形的復(fù)絲，這種復(fù)絲按權(quán)利要求16特征部分所述的特征，每單位長度的結(jié)節(jié)數(shù)至單位絲張力為0.5cN/dtex時(shí)減少不超過50％，但尤其是不超過30％。
按本發(fā)明的復(fù)絲這種極佳的渦流變形穩(wěn)定性對(duì)于提高織造準(zhǔn)備工作的效率起特別有利的作用。在這種情況下，當(dāng)整經(jīng)或軸經(jīng)整經(jīng)時(shí)出現(xiàn)較少的停頓和產(chǎn)生較少的廢料。由此在總體上還導(dǎo)致在織造中無故障的運(yùn)行過程。
在按本發(fā)明的設(shè)備中由于處理箱可充填一種基本上處于靜態(tài)的過壓和提高了溫度的氣體，因此絲有利地在其通過處理箱的整個(gè)行程中經(jīng)受此壓力及此溫度，由此一方面導(dǎo)致改善松弛；另一方面這樣一來還顯著擴(kuò)展了工作范圍，因?yàn)樵谔幚硐鋬?nèi)低壓時(shí)便已經(jīng)能充分松弛。在熱收縮定型方面業(yè)已證明有利地取決于所使用的壓力和處理的持續(xù)時(shí)間，所以甚至可以目標(biāo)準(zhǔn)確地調(diào)整所期望的收縮。
處理箱入口孔和/或出口孔優(yōu)選地設(shè)計(jì)為緊緊地圍繞著絲的噴嘴，在這種情況下處理箱相比之下有大得多的橫截面。這就便于在處理箱內(nèi)建立基本上靜態(tài)的過壓以及減少處理氣體泄出，這對(duì)于處理氣體的消耗起有利的作用。與例如傳統(tǒng)的渦流變形噴嘴相比，消耗量可以降低到只有約1/3至1/4。由此并不影響渦流變形，而是正相反甚至有助于渦流變形。
此外，入口孔和/或出口孔的橫截面優(yōu)選地是矩形的，由此當(dāng)絲的長絲通過處理箱移動(dòng)時(shí)被彼此拉開成扁平的帶。在這種形狀下絲給處理箱內(nèi)的氣體提供了一個(gè)更大的表面以及可由氣體更有效地加熱。
借助處理箱沿絲運(yùn)行方向的(通常是垂直的)尺寸可以用簡單的方式影響處理的持續(xù)時(shí)間。為了即使在較高的加工速度也能獲得足夠長的時(shí)間，有利的是處理箱在其入口孔與其出口孔之間的長度尺寸比與之垂直方向的(通常是水平的)其內(nèi)部凈寬度大得多。
按另一項(xiàng)優(yōu)選的設(shè)計(jì)，處理箱有一個(gè)處理氣體輸入孔，它的橫截面比其入口孔和/或其出口孔的橫截面大得多。由此保證不會(huì)象在傳統(tǒng)的渦流變形室中發(fā)生的情況那樣在氣體流入處理箱內(nèi)時(shí)便已經(jīng)膨脹和作為高速度的射流沖擊在絲上。確切地說，做到了氣體均勻地涌入處理箱并在處理箱內(nèi)建立起基本上靜態(tài)的壓力。只有在處理氣體通過入口孔和/或出口孔流出時(shí)它的壓力才明顯地消減。
如上所述，顯然，處理箱除其入口孔、其出口孔以及處理氣體輸入孔外應(yīng)盡可能完全封閉。
還可以理解，用于加工處理箱的材料主要考慮金屬或陶瓷，后者基于其有良好的耐磨特性。當(dāng)然具有耐磨鍍層的金屬也是適用的。
按本發(fā)明的設(shè)備有利地使用于具有絲的紡絲拉伸段和/或預(yù)拉伸段以及卷取裝置的熔融紡絲系統(tǒng)內(nèi)并裝在這兩者的位置之間。尤其在紡絲速度處于從75m/s起的較高的范圍內(nèi)時(shí)，在這種情況下優(yōu)選地在拉伸段中不設(shè)絲加熱裝置，因?yàn)榘幢景l(fā)明的設(shè)備尤其在松弛效果及熱收縮定型方面的有效性在沒有這種絲的預(yù)熱時(shí)更高。按本發(fā)明的設(shè)備在上述系統(tǒng)中也可以直接布置在卷取裝置前，也就是說絲不再需要其他任何處理，也不必借助附加的工作段給絲以額外的時(shí)間用于可能的進(jìn)一步縮短。
按本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選地用蒸汽尤其用水蒸氣作為處理氣體進(jìn)行工作，它應(yīng)設(shè)計(jì)用于絕對(duì)壓力至約10bar。
按本發(fā)明的設(shè)備可使用于全部纖度范圍，也就是說從細(xì)纖度以上的微復(fù)絲到變形絲，尤其是BCF絲(地毯絲)，以及工業(yè)絲。
下面借助于實(shí)施例并結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。其中

圖1示意表示具有按本發(fā)明的設(shè)備的熔融紡絲系統(tǒng)；圖2按本發(fā)明設(shè)備的處理箱剖面；圖3分別在a)和b)中用垂直和水平剖面表示按先有技術(shù)的傳統(tǒng)處理箱用于進(jìn)行比較；圖4圖解表示按本發(fā)明的處理箱噴嘴孔的多種橫截面并且還與按先有技術(shù)的進(jìn)行比較；圖5在剖面a)-d)中表示按本發(fā)明的處理箱不同的噴嘴幾何結(jié)構(gòu)；圖6用圖線表示采用按本發(fā)明的設(shè)備獲得的熱收縮與壓力的關(guān)系以及按先有技術(shù)的相應(yīng)關(guān)系與之作比較；以及圖7用圖解表示采用按本發(fā)明的設(shè)備生產(chǎn)的絲以及兩種按先有技術(shù)的絲相對(duì)渦流變形與單位絲張力的關(guān)系。
在圖1的熔融紡絲系統(tǒng)中，可熔融紡絲的聚合物首先借助于普通的熔融擠壓機(jī)(圖中未表示)熔化為有恰當(dāng)?shù)南鄬?duì)粘度并供入具有噴絲板11的噴絲板組合件10。熔化的聚合物通過噴絲頭按照在噴絲板11內(nèi)的孔數(shù)壓出數(shù)量一樣多的單個(gè)熔體流20，在冷卻裝置內(nèi)借助于經(jīng)空調(diào)的空氣流(箭頭所示)冷卻，借助于紡絲上油器30成束，然后通過預(yù)渦流變形裝置40流動(dòng)。接著絲50被第一對(duì)不加熱的絲50多次纏繞著的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)絲輥60以規(guī)定的速度拉出。第二個(gè)同樣被多次纏繞和同樣不加熱的導(dǎo)絲輥對(duì)拉伸絲50，因?yàn)樗砸欢ǖ牧扛斓剡\(yùn)轉(zhuǎn)。導(dǎo)絲輥優(yōu)選地設(shè)有規(guī)定的低粗糙度的光滑陶瓷表面。
離開第二對(duì)導(dǎo)絲輥70后，絲通過蒸汽處理箱80并接著被工業(yè)上傳統(tǒng)的絡(luò)筒機(jī)90按一個(gè)速度卷繞，這一速度由于在箱80內(nèi)發(fā)生的松弛收縮因而比最后那對(duì)導(dǎo)絲輥70的圓周速度低。
圖2表示了蒸汽處理箱的結(jié)構(gòu)。除絲50的入口孔和出口孔以外，它有一個(gè)對(duì)外實(shí)際上封閉的縱向延伸的處理腔81，它經(jīng)接管或輸入孔82供入準(zhǔn)確規(guī)定過壓的處理氣體。接管82通過它匯入處理腔的橫截面顯然比較大，所以在此區(qū)域內(nèi)不產(chǎn)生任何值得注意的壓力降，以及處理腔81基本上有與在輸入管內(nèi)或接管82內(nèi)也存在的壓力相同的準(zhǔn)靜態(tài)的壓力。與此不同，不僅入口孔83而且出口孔84均設(shè)計(jì)為緊緊圍繞著絲50的噴嘴，它們的橫截面只略大于絲的截面。絲導(dǎo)引機(jī)構(gòu)85和86準(zhǔn)確地沿互相對(duì)齊的孔83和84的軸線導(dǎo)引絲50通過腔81。為了置入流動(dòng)中的絲50可以取走腔81的前蓋87。
圖3通過a)和b)表示按先有技術(shù)的兩種傳統(tǒng)渦流變形噴嘴的基本結(jié)構(gòu)用于比較，其中在圖的上部分別表示垂直剖面，以及在圖的下部分別表示水平剖面。圖3a)表示在開式折流板技術(shù)中每根絲有兩個(gè)氣孔的噴嘴，圖3b)表示具有穿絲縫和開式絲入口和出口的結(jié)構(gòu)方式。在這些已知的渦流變形噴嘴中，絲的渦流變形借助于將氣流沖擊在途經(jīng)的絲上造成，其中，氣孔88與絲之間的角度可在45°與90°之間。如圖3所示，這些傳統(tǒng)的室必然基本上是開式的，以便從根本上能在氣孔88出口處形成強(qiáng)烈的氣流。因此，在這些室的絲所在區(qū)基本上處于環(huán)境壓力下。
通過比較圖2和3可以非常清楚地看出，本發(fā)明從一種與先有技術(shù)根本不同的渦流變形機(jī)理出發(fā)按本發(fā)明，渦流變形不是借助于橫向沖擊在絲上的氣流實(shí)現(xiàn)的，而是在氣流之內(nèi)造成的，此氣流與絲一起或逆此絲及其移動(dòng)方向從按本發(fā)明的腔81狹小的噴嘴孔83和84流出。
圖4在長度與寬度的示圖中表示了這種噴嘴孔83/84的面積尺寸，這些值已證明特別適合在按本發(fā)明設(shè)計(jì)的圖2所示形式的處理箱中使用。與之相比較，圖中表示了按圖3的傳統(tǒng)渦流變形噴嘴常用的氣孔88出口面積，它們顯然要大得多。此外在圖4中標(biāo)注的噴嘴類型符號(hào)與前面一些圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下Z＝圖2，G＝圖3a)以及0＝圖3b)。按本發(fā)明的噴嘴類型Z，噴嘴孔83、84供排出氣體使用的橫截面被絲的橫截面進(jìn)一步減小。因此按本發(fā)明的處理箱工作時(shí)所需的過熱氣體顯著地少于傳統(tǒng)技術(shù)，從而大大改善了渦流變形過程的經(jīng)濟(jì)性。
圖5表示設(shè)計(jì)噴嘴孔83和84用的優(yōu)選的幾何結(jié)構(gòu)，在這里，入口孔83和出口孔84的幾何結(jié)構(gòu)可以不同并因而可獲得不同的效果。例如，通過在入口處以及在出口處使用按圖5d)的噴嘴形式，可以達(dá)到腔非常良好地密封和只需很低的氣體消耗量。在入口處用噴嘴形式a)和在出口處用噴嘴形式c)的一種組合，導(dǎo)致良好的絲的輸送效果以及在腔入口和出口處有利的絲應(yīng)力。在入口處采用按舉例b)的噴嘴，而在出口處采用舉例c)的噴嘴，通過在入口孔內(nèi)預(yù)渦流變形以及在出口噴嘴內(nèi)最終渦流變形，可獲得更好的渦流變形效果。這里只是舉了一些例子，同樣可以設(shè)想其他的噴嘴形式和組合。
借助于圖4還可看出，入口和/或出口孔或噴嘴的橫截面優(yōu)選地在0.1mm2與1mm2之間。如圖4進(jìn)一步表示的那樣，噴嘴孔優(yōu)選矩形，寬長比優(yōu)選地在1∶5與1∶10之間，其中長度優(yōu)選地在0.5mm與2.5mm之間以及寬度優(yōu)選地在0.2與0.5mm之間。與噴嘴橫截面相比，處理腔81有大得多的橫截面并優(yōu)選地在10mm2與30mm2之間。它在其入口孔83與其出口孔84之間的長度尺寸再次比與之垂直方向的其內(nèi)部凈寬度大得多，而且優(yōu)選地在30mm與150mm之間。輸入孔82的橫截面優(yōu)選地在100mm2與200mm2之間。
借助于下表1可更詳細(xì)地說明采用本發(fā)明能獲得的優(yōu)點(diǎn)。表1
*水浴中絲緊密度目視鑒定＝＞0-50＝絲很松，少量和不均勻地渦流變形
3＝結(jié)節(jié)比較均勻，結(jié)節(jié)之間絲稀松5＝完全和連續(xù)閉合的絲** 借助于REM鑒定絲表面＝＞a-ca＝單絲表面不平，沒有損壞b＝?jīng)]有微粗糙度，在絲表面有眾多損傷c＝少量微沉積，幾乎沒有損傷***絲不可能卷繞在表1的例子1至18中的基本加工方式如下具有適用于紡成織物絲的特性粘度的可熔融紡絲的聚合物顆粒材料按已知的方式在擠壓機(jī)內(nèi)熔化，借助紡絲泵輸入噴絲頭以及在那里通過小細(xì)孔壓出。排出的長絲被冷卻，加紡絲潤滑油并以紡絲速度被第一個(gè)導(dǎo)絲輥承接。借助以一定量更快地旋轉(zhuǎn)的拉伸輥，絲被拉伸為FDY(Fully DrawnYarn)。之后，但在同一個(gè)加工過程中，絲通過一個(gè)其中加入水蒸氣的處理箱導(dǎo)引以及最后卷取。
例子1至5和8是按已知類型的加工方式，它們采用工業(yè)中傳統(tǒng)的通常使用壓縮空氣的處理箱或渦流變形噴嘴并用符號(hào)0標(biāo)示，但在這些例子中用水蒸氣工作。這大體上與圖3b)中表示的一致。
例子6采用專門適合用過熱氣體介質(zhì)工作的用符號(hào)G標(biāo)示的處理箱(噴嘴)，同樣按已知的類似于圖3a)的處理箱的結(jié)構(gòu)形式。在這里也借助冷導(dǎo)絲輥實(shí)施拉伸。獲得了穩(wěn)定的筒管結(jié)構(gòu)。由于已說明的噴嘴孔所以蒸汽消耗量較大，對(duì)熱收縮的影響不明顯(參見后面還要說明的圖6)。以此方式生產(chǎn)的絲也稱“H4S”。
例7中的結(jié)構(gòu)與例6的對(duì)應(yīng)，但在冷導(dǎo)絲輥之間的拉伸區(qū)附加地置入一蒸汽處理噴嘴。在蒸汽噴嘴中的處理長度為49mm，壓力1.5bar(g)。為了松弛，同樣的渦流變形噴嘴(G)與例6中一樣用水蒸氣工作。加工方式基本上與在前言已提及的US5750215中所介紹的加工方式一致。如此制成的絲不能卷成大的筒子，因?yàn)榻z在卷繞筒管上繼續(xù)收縮、將卷繞筒管壓死并造成筒子不能從筒管架上取下。絲在拉伸區(qū)已經(jīng)受了一次接近松弛加熱的熱處理，所以在以后的松弛處理中不再發(fā)生足夠的松弛以及絲會(huì)收縮在筒管上，從而使絲和筒管受損。不過按這種加工方式可以接受小量的絲并檢驗(yàn)了拉伸力的均勻度(CV按％)得出為2.5％。比較在沒有蒸汽拉伸時(shí)此量的值為1.7％。
例9至18是按本發(fā)明思想的加工方式，使用大體按圖2并用符號(hào)Z標(biāo)示的處理箱。借助于按本發(fā)明的處理箱，絲在給定的時(shí)間內(nèi)在給定的氣體壓力下亦即在過壓下處理。經(jīng)如此處理的絲以規(guī)定的絲張力卷取。按本發(fā)明生產(chǎn)的絲稱為“H5S”。
由表1的數(shù)據(jù)可清楚看出，與先有技術(shù)相比，按本發(fā)明的加工方式帶來一些重要的優(yōu)點(diǎn)—顯著擴(kuò)展了工作范圍，因?yàn)榕c已知的加工方式不同，按本發(fā)明的加工方式在低的蒸汽壓力時(shí)由于絲充分松弛所以已經(jīng)能夠加工。(例5和10)—按本發(fā)明的加工方式生產(chǎn)的絲的沸水收縮可借助于設(shè)定蒸汽壓力和處理持續(xù)時(shí)間在一個(gè)寬的范圍內(nèi)調(diào)整，這在按對(duì)比例的加工方式中是不可能的。(見例3和4或15和16)。在圖6中更清楚地表示了此關(guān)系，亦即以PET(纖度84 f 36 dtex)為例蒸汽壓力對(duì)沸水收縮的影響，其中下方較陡的直線表示按本發(fā)明的加工方式得到的關(guān)系，上部較平緩和虛的直線表示按傳統(tǒng)的加工方式得到的關(guān)系?！诎幢景l(fā)明的加工方式中所造成的渦流變形與氣體壓力的大小關(guān)系不大，但仍然處于在傳統(tǒng)的設(shè)備中氣體消耗量大得多的情況下達(dá)到的數(shù)據(jù)級(jí)?！幢景l(fā)明生產(chǎn)的絲與按先有技術(shù)生產(chǎn)的絲相比有均勻一致的低的絲/陶瓷摩擦系數(shù)。這些值同樣表示在表1中并借助Rothschild-Messinstrumente公司(Zürich，Schweiz)的F表測量。造成這種有利的摩擦系數(shù)的原因也許是因?yàn)榘幢景l(fā)明生產(chǎn)的絲在其表面損傷較少，這種損傷在SEM(Scanning Electron Microscope)下大約放大2000倍觀察絲橫截面時(shí)可以清楚地識(shí)別，以及損傷少可歸因于渦流變形的氣體射流與絲運(yùn)行的方向相同從而實(shí)現(xiàn)了一種不損傷的渦流變形。—世界范圍廣泛采用的絲的檢驗(yàn)方法主要是在水浴中觀察絲的緊密度。在這種情況下目視計(jì)算放在水面上的絲段一定長度中的渦流變形點(diǎn)數(shù)量。與各種自動(dòng)化的方法相比這種方法是有優(yōu)點(diǎn)的，因?yàn)樗峁u流變形特征的視覺印象。在這種檢驗(yàn)方法的范圍內(nèi)出人意料地發(fā)現(xiàn)，按本發(fā)明的方式生產(chǎn)的絲有連續(xù)閉合的絲緊密度，這種緊密度表明沿整個(gè)絲的長度沒有或?qū)嶋H上沒有孔。與之相反，傳統(tǒng)地生產(chǎn)的絲顯示有間距為6至8cm的斷面收縮，在斷面收縮之間，絲在其各單絲內(nèi)氣球狀張開。在按本發(fā)明的加工方式時(shí)存在的這種良好的絲緊密度，對(duì)于進(jìn)一步加工是非常有利的。
例3、6、8、11、12的絲還借助于片梭織機(jī)作為緯絲引入由PET透明三葉形22 dtex f1巴里紗制的經(jīng)絲中。對(duì)這種絲的織造特性鑒定如下表2
<p>在所介紹的例子中采用的處理介質(zhì)是水蒸氣。但此加工方式不限于水蒸氣，壓縮空氣也是適用的，由于傳熱系數(shù)差所以它對(duì)熱收縮的影響要小一些。
按本發(fā)明的設(shè)備還可用作單純的渦流變形設(shè)備，與先有技術(shù)相比由于壓縮空氣的消耗量小所以有節(jié)約能量的優(yōu)點(diǎn)。
圖7在圖解中表示按本發(fā)明生產(chǎn)的絲“H5S”渦流變形或絲緊密度的穩(wěn)定性(所謂纏結(jié)穩(wěn)定性或也稱結(jié)節(jié)強(qiáng)度)。用于比較，圖中還表示了按先有技術(shù)生產(chǎn)的另外兩種絲“標(biāo)準(zhǔn)的”以及“H4S”相同的關(guān)系，其中，絲“H4S”使用按圖3a)的用水蒸氣工作的處理箱生產(chǎn)，以及絲“標(biāo)準(zhǔn)的”使用按圖3b)的用壓縮空氣工作的處理箱生產(chǎn)。所有這三種絲的纖度110 dtex f 24，以及在起始狀態(tài)(0.05cN/dtex)給定大約同一個(gè)渦流變形數(shù)為每米約20結(jié)節(jié)。
圖7中“相對(duì)渦流變形”表示為在只有小的單位絲張力時(shí)的渦流變形相對(duì)于正是在此單位絲張力(cN/dtex-Centinewton/decitex)時(shí)渦流變形的百分比(％)。在圖7中所畫的測量值借助于Akzo NobelFaser AG公司(德國Heinsberg，業(yè)務(wù)范圍Enka technica)銷售的各為“Itemat Lab TSI”的渦流變形測量儀確定。借助這種儀器可在運(yùn)行中的絲上首先在只有小的絲張力時(shí)以及緊接著在提高了絲張力的情況下確定每單位長度渦流變形結(jié)節(jié)數(shù)。
按本發(fā)明的絲“H5S”意外地表明，直至單位絲張力0.5cN/dtex，實(shí)際上是恒定的高結(jié)節(jié)數(shù)。在所表示的范圍內(nèi)結(jié)節(jié)數(shù)只減少約10％。反之，在兩種對(duì)比的絲中，在同樣的張力范圍內(nèi)結(jié)節(jié)數(shù)竟下降了約80％或更多！因此，按本發(fā)明的絲表明直至單位絲張力0.5cN/dtex每單位長度的結(jié)節(jié)數(shù)的減少肯定不超過50％，尤其是甚至不超過30％。
權(quán)利要求
1.復(fù)絲(50)在熔融紡絲過程中渦流變形、松弛和/或熱收縮定型的設(shè)備，包括一個(gè)處理箱(80)，其特征為處理箱(80、81)可充填一種基本上處于靜態(tài)的過壓和提高了溫度的氣體并有用于通過復(fù)絲(50)的入口孔(83)和出口孔(84)，它們允許氣體流過并卸壓。
2.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征為處理箱(80、81)的入口孔(83)和/或出口孔(84)設(shè)計(jì)為橫截面優(yōu)選地在0.1mm2與1mm2之間緊緊地圍繞著絲的噴嘴；以及，相比之下處理箱(80、81)有大得多的優(yōu)選地在10mm2與30mm2之間的橫截面。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征為入口孔(83)和/或出口孔(84)有矩形橫截面，其寬長比優(yōu)選地在1∶5與1∶10之間，其中長度優(yōu)選地在0.5mm與2.5mm之間以及寬度優(yōu)選地在0.2與0.5mm之間。
4.按照權(quán)利要求1-3之一所述的設(shè)備，其特征為處理箱(80、81)在其入口孔(83)與其出口孔(84)之間的長度尺寸比與之垂直方向的其內(nèi)部凈寬度大得多，以及優(yōu)選地在30mm與150mm之間。
5.按照權(quán)利要求1-4之一所述的設(shè)備，其特征為處理箱(80、81)有一個(gè)輸入孔(82)用于提高了溫度并處于過壓狀態(tài)的氣體；以及，此輸入孔(82)的橫截面比入口孔(83)和/或出口孔(84)的橫截面大得多并優(yōu)選地在100mm2與200mm2之間。
6.按照權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征為處理箱(80、81)除其入口孔(83)、其出口孔(84)以及輸入孔(82)外是完全封閉的。
7.按照權(quán)利要求1-6之一所述的設(shè)備，其特征為處理箱用金屬或有耐磨鍍層的金屬制成。
8.按照權(quán)利要求1-6之一所述的設(shè)備，其特征為處理箱用陶瓷制成。
9.按照權(quán)利要求1-8之一所述的設(shè)備，其特征為它布置在由聚合物通過熔融紡絲生產(chǎn)復(fù)絲的系統(tǒng)(10-90)中處于絲(50)的紡絲牽伸和/或拉伸段(60、70)與卷取裝置(90)之間。
10.按照權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征為在紡絲牽伸和/或拉伸段(60、70)中只設(shè)有絲(50)拉出和/或拉伸用的機(jī)械裝置。
11.按照權(quán)利要求9或10之一所述的設(shè)備，其特征為它布置在上述系統(tǒng)中直接處于卷取裝置(90)前。
12.按照權(quán)利要求1-11之一所述的設(shè)備，其特征為它借助絕對(duì)壓力在1.5與10bar之間的水蒸氣作為氣體進(jìn)行工作。
13.采用設(shè)備(80)在熔融紡絲過程中使復(fù)絲(50)渦流變形的方法，設(shè)備有一噴嘴，處于過壓狀態(tài)的氣體通過它流動(dòng)并至少基本上卸壓，其特征為絲(50)沿著或逆氣體流動(dòng)方向也穿過此噴嘴(83、84)運(yùn)動(dòng)。
14.在熔融紡絲過程中復(fù)絲(50)松弛和/或熱收縮定型的方法，其特征為絲(50)在為此目的恰當(dāng)設(shè)計(jì)的設(shè)備(80)中通過一個(gè)預(yù)定的地段并供給過熱的沿此地段處于基本恒定的過壓狀態(tài)的氣體。
15.按照權(quán)利要求13或14之一所述的方法，其特征為使用按照權(quán)利要求1-12之一所述的這樣一種設(shè)備作為設(shè)備(80)。
16.每單位長度有預(yù)定結(jié)節(jié)數(shù)的渦流變形復(fù)絲，其特征為每單位長度的結(jié)節(jié)數(shù)直至單位絲張力為0.5cN/dtex時(shí)的減少不超過50％。
17.按照權(quán)利要求16所述的渦流變形復(fù)絲，其特征為每單位長度的結(jié)節(jié)數(shù)直至單位絲張力為0.5cN/dtex時(shí)的減少不超過30％。
全文摘要
所說明的設(shè)備(80)可通過用于在熔融紡絲過程中復(fù)絲(50)的渦流變形、松弛和/或熱收縮定型。它包括一個(gè)處理箱(80、81)。處理箱可充填一種基本上處于靜態(tài)的過壓和提高了溫度的氣體,以及有優(yōu)選地設(shè)計(jì)為噴嘴的用于通過絲(50)的入口孔(83)和出口孔(84),氣體可沿著或逆絲(50)的運(yùn)行方向通過它們流出并卸壓。
文檔編號(hào)D02J13/00GK1275640SQ0011766
公開日2000年12月6日 申請日期2000年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月28日
發(fā)明者烏爾里希·克姆普, 馬塞爾·魯彭塔爾 申請人:英溫特－菲舍爾股份公司