專(zhuān)利名稱(chēng)：用于被動(dòng)的延遲冷卻紡制中的長(zhǎng)絲的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用周?chē)諝鈦?lái)被動(dòng)的，延遲冷卻熱塑性聚合物的熔紡長(zhǎng)絲的裝置。該裝置在每一個(gè)噴絲板上都有一個(gè)冷卻部件，該部件可被冷卻介質(zhì)滲透，它設(shè)置在長(zhǎng)絲的運(yùn)行方向上，并同心地包圍著一個(gè)長(zhǎng)絲束。本發(fā)明還涉及實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程的一種方法。
聚合物紗線和長(zhǎng)絲是根據(jù)各種各樣非常不同的熔紡條件生產(chǎn)的。從由一臺(tái)擠壓機(jī)，或直接由一臺(tái)縮聚裝置提供的熔融激流開(kāi)始，聚合物被分開(kāi)，并由紡絲泵輸送至單獨(dú)的噴絲頭。在細(xì)長(zhǎng)絲形式的熔融物，從噴絲頭的狹窄的毛細(xì)孔中出來(lái)之后，這些細(xì)的長(zhǎng)絲要用冷卻介質(zhì)冷卻，扎成束，進(jìn)行紡絲整理，并纏繞起來(lái)。
長(zhǎng)絲的冷卻是一個(gè)重要的處理工序。特別是均勻性，以及織物性質(zhì)(例如染色親和性，長(zhǎng)絲強(qiáng)度和伸長(zhǎng))都由冷卻來(lái)決定。根據(jù)所要生產(chǎn)的長(zhǎng)絲紗線的所希望的性質(zhì)和對(duì)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(dòng)急冷系統(tǒng)的主動(dòng)冷卻系統(tǒng)。
例如，德國(guó)申請(qǐng)DE-AS1410427和德國(guó)申請(qǐng)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(zhǎng)絲，并通過(guò)水平吹風(fēng)的裝置使該長(zhǎng)絲凝固。這些“橫向流急冷”一般稱(chēng)為“急冷系統(tǒng)”，它主動(dòng)地從一側(cè)，將冷卻介質(zhì)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(zhǎng)絲束上。被紡材料冷卻的不規(guī)則性，可能滿足對(duì)較大的合成長(zhǎng)絲和纖維先前提出的要求，這種不規(guī)則性是這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的一部分。該長(zhǎng)絲和纖維是在大約1000米/分的牽拉速度下生產(chǎn)的。但這些不規(guī)則性對(duì)于近來(lái)根據(jù)所謂高速紡絲過(guò)程生產(chǎn)的長(zhǎng)絲是不適合的，在這種高速紡絲過(guò)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(zhǎng)絲的纖度約為2分特(dtex)，最好是在1分特以下，因?yàn)檫@種長(zhǎng)絲要求特別高的均勻性。
另一方面，還已知一些延遲冷卻長(zhǎng)絲的方法。這些方法包括使用一些精巧的，主動(dòng)電熱裝置，長(zhǎng)絲可從這些裝置中通過(guò)。
在過(guò)去幾年中，紡絲領(lǐng)域的發(fā)展已取得成果，一方面是使生產(chǎn)速度更高，另一方面是生產(chǎn)纖度小于1分特的更細(xì)的長(zhǎng)絲。這些方法要求特殊的冷卻裝置。需要避免的是冷卻介質(zhì)的紊流和長(zhǎng)絲的太快冷卻，因?yàn)椋駝t的話，長(zhǎng)絲折斷率明顯升高。
例如，在德國(guó)實(shí)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(diào)節(jié)的氣源(沒(méi)有鼓風(fēng)機(jī))的空氣盒中，并在管子的下端，帶有篩網(wǎng)狀的金屬端板，最好，在該管子的內(nèi)部，帶有漏斗形的金屬導(dǎo)向板。所有這些精巧的內(nèi)藏式元件可用于改善被紗線吸入的空氣的流動(dòng)和冷卻作用，并減少空氣渦流和壓力波動(dòng)的影響。
例如，從瑞士專(zhuān)利CH467348或歐洲專(zhuān)利EP0530652B1中，還知道有助于解決上述問(wèn)題的另一些裝置。長(zhǎng)絲由這些裝置引導(dǎo)，通過(guò)一個(gè)開(kāi)放的多孔管。該管的形狀與噴絲頭孔組件形狀相適應(yīng)。利用周?chē)諝饫鋮s該管中的長(zhǎng)絲完全是由于管中的長(zhǎng)絲的自我吸入抽吸作用的結(jié)果。兩個(gè)文件中提出的裝置由網(wǎng)眼密度為60目/平方厘米的篩網(wǎng)構(gòu)成，其空白表面大約占40％。在德國(guó)專(zhuān)利DE1914556中描述了一種圓錐形的類(lèi)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(duì)裝置的功能和操作沒(méi)有影響。
然而，上述自行吸入式冷卻裝置工作的一個(gè)非常重要之點(diǎn)是沒(méi)有冷卻介質(zhì)的主動(dòng)供應(yīng)。裝置是利用室溫下的周?chē)諝夤ぷ鞯摹?br> 雖然，這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能夠達(dá)到較高的生產(chǎn)速度，但也有相當(dāng)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，這將在下面詳細(xì)說(shuō)明。
這種裝置的一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是，因?yàn)閱蝹€(gè)的長(zhǎng)絲束或紡絲位置之間的距離短(在工業(yè)設(shè)備上通常都是這樣)，因此不可能保證在生產(chǎn)機(jī)器的長(zhǎng)度上溫度均勻。紡絲位置最外面的冷卻管的溫度比機(jī)器中心處的管子的溫度低。這樣減少的冷卻速度會(huì)導(dǎo)致在邊緣處生產(chǎn)的卷筒長(zhǎng)絲，與在中心處生產(chǎn)的卷筒長(zhǎng)絲產(chǎn)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?qū)﹂L(zhǎng)絲束內(nèi)部的均勻性有特別不利的影響。溫度的峰值出現(xiàn)在相鄰的紡絲位置的管的連接處，這會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)絲束內(nèi)冷卻不均勻。
特別是，在實(shí)際使用中，先前技術(shù)的裝置的冷卻管的維修和操作不十分便利。長(zhǎng)絲束必需通過(guò)該管子與冷卻管的中心精確地對(duì)中，因?yàn)榉駝t空氣動(dòng)力學(xué)特性會(huì)受到擾動(dòng)，所得出的長(zhǎng)絲紗的質(zhì)量降低。
一個(gè)基本的缺點(diǎn)是，在每一次開(kāi)始紡絲過(guò)程之前，必需使長(zhǎng)絲束通過(guò)冷卻管。另外，例如，看看管子是否被單體或折斷的長(zhǎng)絲(所謂線毛沉積物)弄臟，要檢查是很困難。實(shí)際上不可能在安裝狀態(tài)下，清潔管子。
為了以高的紡絲速度進(jìn)行生產(chǎn)，先前技術(shù)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(guò)通常值達(dá)到20K。這種高溫度對(duì)方法的可靠性有相當(dāng)大的不利影響，并且由于紡絲的該動(dòng)作，會(huì)增加間歇的頻率。紡絲的該動(dòng)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(nèi)熱引起的聚合物熔化物的不均勻性；c.冷卻過(guò)程中的空氣動(dòng)力學(xué)紊流。
本發(fā)明的目的是要設(shè)計(jì)由熱塑性聚合物制成的長(zhǎng)絲紡絲過(guò)程的冷卻步驟，使長(zhǎng)絲紗具有改善的織物機(jī)械性質(zhì)和更均勻的染色親和力，同時(shí)減少紡絲故障，使生產(chǎn)能力提高，并且裝置的操作和清潔簡(jiǎn)單。
該裝置和方法，通過(guò)利用周?chē)諝?，?duì)由熱塑性聚合物制成的熔紡長(zhǎng)絲進(jìn)行被動(dòng)的延遲冷卻的裝置可以達(dá)到這個(gè)目的。
具體地說(shuō)，該目的是利用一種裝置和方法來(lái)達(dá)到的。該裝置和方法可以使在每一個(gè)冷卻裝置的橫截面上，和生產(chǎn)裝備的所有裝置中，使溫度分布均勻。
根據(jù)本發(fā)明，該裝置的操作重要的是，長(zhǎng)絲束所通過(guò)的冷卻裝置應(yīng)具有足夠高，但不過(guò)高的溫度。該溫度在低于聚合物的凝固點(diǎn)，高于裝置長(zhǎng)度時(shí)彎紗。并在冷卻過(guò)程中，在該裝置的橫截面上的溫度在很大程度上為一常數(shù)。
特別是當(dāng)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(shí)，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(dú)的長(zhǎng)絲束，并作成細(xì)長(zhǎng)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(dá)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?yàn)椋ǔ榱耸菇Y(jié)構(gòu)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(duì)稱(chēng)的溫度分布，并可以防止機(jī)器中心處的冷卻裝置與工業(yè)設(shè)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(dǎo)熱性的材料構(gòu)成。在特定的實(shí)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?yàn)檫@樣，噴絲頭有喪失熱量的危險(xiǎn)。通過(guò)噴絲頭和冷卻裝置之間的蓋，進(jìn)行間接加熱是有利的，即該蓋起導(dǎo)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(jī)會(huì)。該蓋的結(jié)構(gòu)最好是，只需通過(guò)簡(jiǎn)單地旋轉(zhuǎn)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(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置由一個(gè)開(kāi)口的二根局部沿縱向的管子組成。這個(gè)開(kāi)口可以精確地檢查裝置內(nèi)部的清潔程度，并且可在安裝狀態(tài)下，容易清潔裝置的內(nèi)部，以及，在紡絲一次折斷后，使長(zhǎng)絲束毫無(wú)問(wèn)題地插入和通過(guò)。
冷卻裝置的另一個(gè)實(shí)施例可以改變冷卻裝置內(nèi)直徑的設(shè)計(jì)，和可適用于各種不同的熔融物的通過(guò)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(yōu)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(yīng)，在優(yōu)選實(shí)施例中，其內(nèi)直徑與從相應(yīng)的噴絲頭出來(lái)的長(zhǎng)絲束的直徑匹配。
對(duì)于使用彈簧加載的固定裝置的優(yōu)選實(shí)施例，冷卻裝置的變化的內(nèi)直徑可以調(diào)整。
因此，根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置可以達(dá)到足夠高的溫度，并使被動(dòng)延遲冷卻所需的溫度分布均勻。為了使導(dǎo)熱性好，不設(shè)計(jì)成如先前技術(shù)那樣的篩網(wǎng)，而是設(shè)計(jì)成具有相應(yīng)壁厚的細(xì)長(zhǎng)管子形的體，體上穿孔。
對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的裝置的功能，管壁厚度十分重要，主要決定單位時(shí)間內(nèi)，從根據(jù)本發(fā)明的裝置的上部流入下部的熱量。原理上，每一個(gè)穿孔部會(huì)擾動(dòng)熱流。然而，利用自動(dòng)吸入冷卻介質(zhì)和空氣被動(dòng)地冷卻必需不受到阻礙的長(zhǎng)絲束是可能的。
假如壁厚小于1mm，因?yàn)榕c周?chē)諝鉄釋?duì)流，則管子冷卻太強(qiáng)烈，因而長(zhǎng)絲顯著冷卻。從實(shí)際和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，最好，壁厚的上限為10mm。導(dǎo)熱性特別顯著的材料是優(yōu)選的結(jié)構(gòu)材料。由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)生產(chǎn)的理由，根據(jù)本發(fā)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(zhǎng)度匹配是有利的。還可以在管的長(zhǎng)度上改變壁厚，使溫度分布均勻。
在這種情況下，管子的優(yōu)選長(zhǎng)度至少應(yīng)為300mm，最大為1800mm，最好在350mm至1500mm范圍內(nèi)。
改變管長(zhǎng)的有蓋例子為伸縮式的實(shí)施例，風(fēng)箱式的實(shí)施例，可插入式的實(shí)施例。
采用所有這些實(shí)施例時(shí)，各個(gè)單獨(dú)的管子部分之間必需要有暢通無(wú)阻的熱傳導(dǎo)。
在特定的實(shí)施方案中，冷卻裝置的巨大長(zhǎng)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(shè)定所要的溫度分布。另一個(gè)實(shí)際比較簡(jiǎn)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(gè)盒子或圓筒)中。這樣，可以減少冷卻裝置和環(huán)境之間的熱交換。這個(gè)第二外套一定不要妨礙冷卻裝置中的長(zhǎng)絲束的自行吸入作用。該第二外套也是穿孔的。
在一個(gè)簡(jiǎn)化的實(shí)施例中，該絕緣外套簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)成冷卻裝置的一個(gè)塑料涂層。當(dāng)厚度足夠時(shí)，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(fā)明的冷卻裝置的上部引導(dǎo)向下，穿孔的密度，特別是穿孔的尺寸，數(shù)目和形狀最好在冷卻裝置的長(zhǎng)度上是變化的。在這種情況下，作為一條規(guī)則，穿孔之間的橫向距離6應(yīng)大于在長(zhǎng)絲運(yùn)行方向上的距離a。對(duì)于因?yàn)樗俣鹊?，長(zhǎng)絲只吸入少量空氣的上部區(qū)域，較低的穿孔密度(或“相對(duì)的空白表面”)就夠了。
所謂“相對(duì)的空白表面”也稱(chēng)作相對(duì)于該外套的內(nèi)表面的空白橫截面或穿孔的開(kāi)放面積。作為冷卻裝置的整個(gè)穿孔表面，它應(yīng)與長(zhǎng)絲的數(shù)目和纖度相匹配。對(duì)于多毛細(xì)孔長(zhǎng)絲紗，比對(duì)于毛細(xì)孔較少的產(chǎn)品，需要較大的相對(duì)的空白表面。在所有情況下，相對(duì)的空白表面為30％至70％的管子已足夠，但最好為35％至60％。當(dāng)長(zhǎng)絲數(shù)目較少時(shí)，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(nèi)。
當(dāng)相對(duì)的空白表面確定時(shí)，有一些大的穿孔比許多小孔更有利，因?yàn)榕c環(huán)境進(jìn)行熱交換的邊表面較少。穿孔在管子上排成直行，并且沒(méi)有對(duì)角線傾斜的多排穿孔是較有利的。
一般，使長(zhǎng)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(zhǎng)絲冷卻太快也是有利的。在每一種情況下，在冷卻裝置相應(yīng)部分中的長(zhǎng)絲的凝固是穿孔的空白表面尺寸的函數(shù)。
冷卻裝置的優(yōu)選的實(shí)施例方案為長(zhǎng)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(zhǎng)度最好是在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)絲凝固點(diǎn)以后，還有100至250mm才到末端。
在優(yōu)選實(shí)施例方案中，壁厚，每一個(gè)表面的穿孔的間隔，表面和數(shù)目是以適當(dāng)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(qiáng)烈，采用縱軸線與管子軸線平行的細(xì)長(zhǎng)穿孔是有利的。
當(dāng)壁厚/穿孔直徑之比大于1時(shí)，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?qū)ΨQ(chēng)，最好與長(zhǎng)絲束的中心相適應(yīng)。穿孔的孔角度相對(duì)于管子軸線小于90°，并且是在長(zhǎng)絲運(yùn)行方向向下傾斜的，使冷卻介質(zhì)不致在與長(zhǎng)絲運(yùn)行方向相反的方向被吸入，從而可以避免對(duì)紗線均勻性有不利影響的紊流。
對(duì)于利用周?chē)諝?，進(jìn)行熔紡熱塑性聚合物長(zhǎng)絲的被動(dòng)的延遲冷卻方法而言，冷卻介質(zhì)和空氣可以滲透至同心地包圍長(zhǎng)絲束的一個(gè)冷卻裝置中，通過(guò)熱絕緣作用，使長(zhǎng)絲的冷卻延遲。對(duì)于從相應(yīng)噴絲頭出來(lái)的每一種長(zhǎng)絲，設(shè)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(zhǎng)絲的紡絲溫度，或較高纖度的長(zhǎng)絲，在紡絲速度大于5000米/分時(shí)的紡絲溫度最大降低至290℃。
這時(shí)應(yīng)特別注意下列幾點(diǎn)管子壁厚不應(yīng)小于最小壁厚，以便保證在冷卻裝置中的長(zhǎng)絲的凝固點(diǎn)以下，最優(yōu)的熱傳導(dǎo)；對(duì)于一種確定的纖度，要選擇最小的相對(duì)的空白表面，以便不與長(zhǎng)絲束的自行吸入作用發(fā)生干涉，并且不對(duì)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(shù)，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(xì)孔的圓的直徑關(guān)系很小。冷卻裝置直徑對(duì)烏斯特(Uster)值有很大影響。
對(duì)于不同纖度、每一個(gè)區(qū)域也存在一個(gè)最優(yōu)的，與裝置有關(guān)的冷卻裝置直徑。技術(shù)熟練的人們，根據(jù)給出的紡絲裝置，可以很容易決定該直徑。
穿孔尺寸，穿孔數(shù)目和穿孔間隔及相對(duì)的空白表面可以作為纖度和紡出的長(zhǎng)絲數(shù)目的函數(shù)來(lái)選擇。相對(duì)的空白表面最好在30％(最小)和70％(最大)之間。
冷卻裝置和長(zhǎng)絲之間的距離很短，這對(duì)二者之間的良好的傳熱基本上是有利的。當(dāng)由于長(zhǎng)絲和管壁接觸造成長(zhǎng)絲折斷的數(shù)目增加時(shí)，該距離取下限。
管子和長(zhǎng)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(lián)系的是從噴絲頭孔中出來(lái)的長(zhǎng)絲之間的距離為3至15mm。
在噴絲頭孔排列在一個(gè)單一圓周上的優(yōu)選實(shí)施例中，所用冷卻裝置中的每一根長(zhǎng)絲與壁面距離都相同，因此都受到同樣的冷卻。這種徑向?qū)ΨQ(chēng)性，使產(chǎn)品均勻性特別好。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所用冷卻裝置的長(zhǎng)度由要紡的長(zhǎng)絲的最粗糙的纖度決定。
使長(zhǎng)絲束的凝固點(diǎn)仍位于管子內(nèi)是很重要的。將該點(diǎn)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(shí)，存在著長(zhǎng)絲束通過(guò)與長(zhǎng)絲運(yùn)動(dòng)相反的管子末端，而不是通過(guò)管子穿孔吸入空氣的危險(xiǎn)。這會(huì)造成相當(dāng)大的紊流。
與先前技術(shù)的裝置比較，根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的長(zhǎng)度較大，因?yàn)殚L(zhǎng)絲是后來(lái)根據(jù)升高的內(nèi)部溫度凝固的。
為了使根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠適應(yīng)不同的噴絲頭形狀，纖度和長(zhǎng)絲數(shù)目及不同的空氣動(dòng)力學(xué)特性，冷卻裝置的優(yōu)選實(shí)施例的內(nèi)部直徑和長(zhǎng)度可以調(diào)整。
最好長(zhǎng)度至少為300mm，最大為1800mm，但最好在350至1500mm之間范圍內(nèi)。
在一種有利的方法方案中，對(duì)于長(zhǎng)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(zhǎng)度最好在長(zhǎng)絲凝固點(diǎn)之后，還有100至250mm才到末端。
冷卻裝置的優(yōu)選總長(zhǎng)在300至1800mm之間。
為了使用根據(jù)本發(fā)明的方法，對(duì)于不同的產(chǎn)品纖度，管子離噴絲頭的距離在20至200mm范圍內(nèi)，最好在30至150mm范圍內(nèi)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(gè)優(yōu)選實(shí)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(nèi)，可以調(diào)整使用紡絲整理裝置的高度(spin finish)。
從先前技術(shù)中已知，為了減少紡絲過(guò)程中的定向問(wèn)題，必須利用較高的紡絲溫度，在大于5000米/分的速度下，生產(chǎn)長(zhǎng)絲，或生產(chǎn)纖度在0.3分特至0.8分特之間的長(zhǎng)絲紗線。這樣產(chǎn)生的缺點(diǎn)已經(jīng)作了說(shuō)明。
在使用根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置中，驚奇地發(fā)現(xiàn)，利用一個(gè)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(shí)，作為一個(gè)例子，紡絲速度可達(dá)5200米/分，最終纖度達(dá)到77分特f36。
通過(guò)例1和例4的比較，可以看出，對(duì)于折斷處的一個(gè)預(yù)先決定的伸長(zhǎng)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(lián)系根據(jù)德國(guó)專(zhuān)利DE 4208568或歐洲專(zhuān)利EP 0530652B1的先前技術(shù)的比較例子，可知，對(duì)于這樣的紡絲速度，噴絲頭溫度可達(dá)296至301℃，至少293℃。
使用根據(jù)本發(fā)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(gè)明顯的效果是可使紡絲過(guò)程長(zhǎng)期穩(wěn)定。這點(diǎn)在德國(guó)專(zhuān)利DE 19626051A1“帶集成熱絕緣的噴絲頭”中也有說(shuō)明。與已知方法比較，因?yàn)榫酆衔锶刍锏臒岱纸饷黠@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(kuò)展70％(至少擴(kuò)展30％)。另外，還驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的裝置和降低紡絲溫度，盡管生產(chǎn)速度提高，紗線性能改善了。如例2所示，特別是質(zhì)量數(shù)升高，而該數(shù)字由于熔化物減少，是可以降低的。
例如，在德國(guó)專(zhuān)利DE 2836514C2中，將該質(zhì)量數(shù)定義為折斷力與折斷處的伸長(zhǎng)的平方根(second root)的數(shù)學(xué)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(zhǎng)絲穩(wěn)定，并使均勻性提高。該長(zhǎng)絲均勻性可用烏斯特值降低表示(根據(jù)DIN 53817)。
另外還驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在生產(chǎn)速度低的過(guò)程中，使用冷卻裝置，也可以降低紡絲溫度，這將使產(chǎn)品具有每根長(zhǎng)絲少于1分特的紡絲纖度(例5和例6)。這種細(xì)旦尼爾(denier，纖度單位)，產(chǎn)品通常是在非常高的紡絲溫度下生產(chǎn)的，這與高速紡絲過(guò)程相似(例7)。
使用根據(jù)本發(fā)明的方法基本的要求是冷卻裝置應(yīng)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(zhǎng)絲(例3)。這些裝置只將不充分的熱量，從裝置的上部傳導(dǎo)至下部。當(dāng)紡絲溫度低時(shí)，長(zhǎng)絲冷卻太快。盡管質(zhì)量數(shù)字高(例3與例4比較)，但折斷率急劇提高。
因此，利用根據(jù)本發(fā)明的方法，可以有利的方式生產(chǎn)長(zhǎng)絲紗線，該長(zhǎng)絲紗線的織物物理性質(zhì)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(yōu)點(diǎn)是大大延長(zhǎng)了生產(chǎn)長(zhǎng)絲的長(zhǎng)度，因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程中的中斷頻率降低了。由于使用根據(jù)本發(fā)明的裝置時(shí)，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(chǎn)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(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以改變包圍長(zhǎng)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(chǎn)品的改變(例如纖度的改變)。
根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置適用于所有熱塑性聚合物制成的長(zhǎng)絲，但特別適合于由聚酯和共聚的聚酯和聚酰胺制成的長(zhǎng)絲。
根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，將用下面的

圖1至圖13所示的示例性實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1為冷卻裝置的總圖；圖2a為一個(gè)多位置的紡絲裝置(每一個(gè)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(gè)凹下部分的噴絲頭的詳細(xì)視圖2c為與圖2b一樣的詳細(xì)視圖，但噴絲頭的凹下部分可以移動(dòng)(即可以取下)；圖3為冷卻裝置的一個(gè)方案(部分地打開(kāi)的)的示意性視圖；圖4a為在熱絕緣壁之間的一種可調(diào)節(jié)的冷卻裝置的視圖；圖4b為帶有另外的穿孔側(cè)壁的一種可調(diào)節(jié)的冷卻裝置的視圖；圖4c為一種可調(diào)節(jié)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(gè)安裝套管改變內(nèi)直徑的不同實(shí)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(zhǎng)絲纖度和冷卻裝置直徑的函數(shù)關(guān)系；圖9表示纖度與管直徑D的函數(shù)關(guān)系；圖10a，b，c代表具有不同長(zhǎng)度的冷卻裝置的方案；圖11a，b，c代表不同長(zhǎng)度的冷卻裝置的方案；圖12表示沿著冷卻裝置測(cè)的溫度分布；圖13為紡絲整理裝置位置設(shè)置的詳細(xì)情況的示意性視圖。
圖1示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的總圖，它具有一個(gè)噴絲頭2，一個(gè)所謂的紡絲盒3，一個(gè)從該裝置出來(lái)的長(zhǎng)絲束4，一個(gè)管子狀的穿孔冷卻裝置5，一個(gè)側(cè)壁形式的熱絕緣器6和一個(gè)穿孔的前殼體件7a，一個(gè)穿孔的后殼體件7b和一個(gè)蓋子8。由右端側(cè)壁6和兩個(gè)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(lái)。在蓋8的一端設(shè)有擋板10，通過(guò)擋板10可接近噴絲板2。
在圖2a中，示意性表示一個(gè)紡絲裝置中的幾個(gè)紡絲位置，其中，為了清楚起見(jiàn)，前殼體件7a用剖開(kāi)的視圖表示。
聚合物熔融液通過(guò)分配至紡絲盒3中各個(gè)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(gè)噴絲頭2中。應(yīng)當(dāng)理解，這里術(shù)語(yǔ)”噴絲頭”包括了整個(gè)噴絲板2。熔融液S以單根長(zhǎng)絲的形式，從噴絲板2的孔中流出。這些長(zhǎng)絲通過(guò)冷卻裝置5進(jìn)行冷卻和凝固，然后在纏繞之前，綜合成長(zhǎng)絲束4。這點(diǎn)最好是采用紡絲整理裝置來(lái)進(jìn)行(見(jiàn)圖13a，13b，13c)。
在紡絲過(guò)程中，熱絕緣器的穿孔殼體9的穿孔前殼體件7a關(guān)閉。
管狀的穿孔冷卻裝置5(在本示例性實(shí)施例中用管子形式表示)彼此由熱絕緣器的壁隔開(kāi)。這些冷卻裝置5不與單個(gè)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(jiàn)圖1)。
圖2b和圖2c詳細(xì)地表示了從噴絲板2至根據(jù)本發(fā)明的裝置的過(guò)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(xiǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)蓋8，對(duì)這些噴絲頭2進(jìn)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(jié)構(gòu)，使得通過(guò)簡(jiǎn)單地把擋板10倒轉(zhuǎn)打開(kāi)，即可以清潔噴絲頭2。
在優(yōu)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(shè)置小開(kāi)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(gè)可調(diào)節(jié)的凹下裝置11的方案。利用這個(gè)可調(diào)節(jié)的凹下裝置11，可以調(diào)節(jié)能運(yùn)動(dòng)的凹下部分，從而可以毫無(wú)問(wèn)題地清潔噴絲板。
圖3示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一個(gè)示例性實(shí)施例，圖中部分是切開(kāi)，部分是分解視圖。打開(kāi)該整個(gè)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(tài)下的整個(gè)冷卻裝置。為些，可將管子5做成單獨(dú)的管子5a和5b，并相應(yīng)地將側(cè)壁的熱絕緣做成兩個(gè)單獨(dú)的側(cè)壁6a和6b，并使側(cè)壁6a，6b，沿著紡絲盒3的方向，通過(guò)單獨(dú)的管子5a和5b的末端，因此，蓋8也可作成兩件(在這個(gè)方案中，省略了擋板10，因?yàn)槔鋮s裝置13的整個(gè)前半部，利用鉸鏈連接12，可以繞支軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)施例。
對(duì)圖4a和4b中的管狀的長(zhǎng)絲的冷卻效果差不多相同。即使根據(jù)圖4d中的半個(gè)幾何半輪廓18，19，20，21的實(shí)施例的結(jié)果也非常好。
根據(jù)圖4b，通過(guò)利用隔套16固定在熱絕緣器6的側(cè)壁上，由于根據(jù)圖4b的實(shí)施例，可以保證通過(guò)另外的穿孔側(cè)面金屬板，空氣可完全從四周進(jìn)入，因此與圖4a比較，吸入的對(duì)稱(chēng)性影響較小。
圖4c表示如何利用一個(gè)調(diào)節(jié)螺釘17，使穿孔平板金屬輪廓14彼此相對(duì)移動(dòng)，和如何改變管狀冷卻裝置的橫截面(雖然是不對(duì)稱(chēng)地改變)。
圖5a和5b表示改變冷卻裝置的內(nèi)直徑的實(shí)施例(在本實(shí)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(gè)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?gòu)椈砂?2，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?gòu)椈砂?2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(guò)固定裝置23連續(xù)地改變，利用該固定裝置可以在預(yù)先決定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)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(shè)置，傾斜一定角度。
然而，根據(jù)本發(fā)明的裝置的作用不受穿孔形狀的限制。該角度相對(duì)于垂直線在0≤β≤45°范圍內(nèi)，最好在0≤β≤20°范圍內(nèi)。
圖7說(shuō)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(zhǎng)絲的運(yùn)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(guān)系。從圖中可以便利地對(duì)每一個(gè)纖度決定冷卻裝置的一個(gè)最優(yōu)管子直徑。
圖9表示冷卻裝置5的最優(yōu)管子直徑與長(zhǎng)絲束4的總纖度的依賴關(guān)系。
圖10a，10b和10c表示具有不同管長(zhǎng)的冷卻裝置5的特殊的實(shí)施例；圖10a為伸縮式的實(shí)施例，圖10b為風(fēng)箱式的實(shí)施例，圖10c為可插入式的實(shí)施例。
圖11a，11b和11c表示具有不同管子長(zhǎng)度，但有一個(gè)附加的穩(wěn)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(zhǎng)絲的自行吸入作用繼續(xù)下去。即，用于支撐的保持環(huán)最好做成皺紋的，或在其內(nèi)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(xù)地調(diào)節(jié)管子長(zhǎng)度而根據(jù)圖11a和11b的實(shí)施例則可以連續(xù)地調(diào)節(jié)。
圖12表示在冷卻裝置5內(nèi)的溫度分布，并可清楚地看到長(zhǎng)絲在離蓋子一定距離處的延遲冷卻。相對(duì)距離X表示從下端8開(kāi)始至相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)，相對(duì)于管子總長(zhǎng)度的距離。
相對(duì)溫度T為在位置X處測(cè)量的，相對(duì)于X＝0處的開(kāi)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(zhǎng)絲束的第一個(gè)導(dǎo)向裝置，即圖13a為紡絲整理裝置放在進(jìn)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(nèi)面。
所謂長(zhǎng)絲束的收斂點(diǎn)在使用紡絲整理裝置的地方形成。將這種高度可調(diào)節(jié)的收斂點(diǎn)移入冷卻裝置中可使長(zhǎng)絲束的紗線拉力降低。低的紗線拉力對(duì)于進(jìn)一步進(jìn)行紡絲是特別有利的。但如果將紡紗整理裝置的使用地點(diǎn)延伸至管子以外，則只能拼接形成長(zhǎng)絲束。例1至4
例5至權(quán)利要求
1.一種利用周?chē)諝鈱?duì)由熱塑性聚合物制成的熔紡長(zhǎng)絲進(jìn)行被動(dòng)的、延遲冷卻的裝置，該裝置包括每一個(gè)噴絲板一個(gè)冷卻裝置，冷卻介質(zhì)可滲透至該冷卻裝置中，該裝置放置在長(zhǎng)絲的運(yùn)行方向上，并同心地包圍一個(gè)長(zhǎng)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(shè)有熱絕緣器(6)，冷卻裝置的壁厚至少為1mm并有預(yù)先決定的內(nèi)直徑(D)，其特征還在于，冷卻裝置(9)與熱絕緣器(6)一起，設(shè)計(jì)成可以打開(kāi)，并且，冷卻裝置(9)通過(guò)一個(gè)導(dǎo)熱的蓋(8)與紡絲盒(3)連接。
2.如權(quán)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(méi)有穿孔的相對(duì)空白表面的一個(gè)細(xì)長(zhǎng)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(nèi)直徑與長(zhǎng)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(dǎo)熱。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征為，該熱絕緣器(6)另外設(shè)有加熱元件。
4.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征為，該冷卻裝置(9)被一個(gè)穿孔殼體或圓筒包圍。
5.如上述權(quán)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(nèi)。
6.如上述權(quán)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(quán)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(zhǎng)度方向上最好在1至10mm之間變化。
8.如上述權(quán)利要求中的一條所述的裝置，其特征為，該穿孔體(5)由導(dǎo)熱性能良好的材料(最好為銅或鋁)制成。
9.如上述權(quán)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(gè)凹下部分，該凹下部分可以傾斜，其傾角范圍在0≤β≤45°內(nèi)，最好在0≤β≤20°范圍內(nèi)。
10.如上述權(quán)利要求中的一條所述的裝置，其特征為，在冷卻裝置的長(zhǎng)度上，該穿孔的尺寸，數(shù)目和形狀均不相同。
11.如上述權(quán)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(zhǎng)絲運(yùn)行方向上的距離(a)大。
12.如上述權(quán)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(quán)利要求12所述的裝置，其特征為，穿孔(25)的方向與長(zhǎng)絲運(yùn)行方向成90°或向下。
14.如上述權(quán)利要求中的一條所述的裝置，其特征為，穿孔(25)的相對(duì)空白表面在整個(gè)外套內(nèi)表面的35％至60％之間。
15.如上述權(quán)利要求中的一條所述的裝置，其特征為，該穿孔體(5)的長(zhǎng)度在300至1800mm之間。
16.如上述權(quán)利要求中的一條所述的裝置，其特征為，該穿孔體(5)的內(nèi)直徑至少與從相應(yīng)的噴絲板(3)出來(lái)的長(zhǎng)絲束(4)的直徑相適應(yīng)。
17.一種利用周?chē)諝?，?duì)熱塑性聚合物的熔紡長(zhǎng)絲進(jìn)行被動(dòng)的延遲冷卻的方法，其特征在于，在根據(jù)權(quán)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(zhì)和空氣可以滲透至該裝置中，該裝置精確同心地包圍長(zhǎng)絲束。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征為，該裝置使長(zhǎng)絲的冷卻延遲，并可降低紡絲溫度，對(duì)于微型長(zhǎng)絲，在紡絲速度在2300米/分以上時(shí)，紡絲溫度最大降至290℃，或者，對(duì)于纖度較大的長(zhǎng)絲，在紡絲速度大于5000米/分時(shí)，紡織溫度也可降至290℃。
19.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征為，穿孔尺寸，穿孔數(shù)目和穿孔間隔是紡出的長(zhǎng)絲纖度和數(shù)目的函數(shù)。
20.如權(quán)利要求17至19中的一條所述的方法，其特征為，孔(25)的相對(duì)空白表面按紡出的長(zhǎng)絲纖度和數(shù)目的函數(shù)選擇，其特征為，孔(25)的相對(duì)空白表面最小為總表面的30％，最大為總表面的70％。
21.如權(quán)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(zhǎng)度選擇在使長(zhǎng)絲的凝固點(diǎn)位于冷卻裝置末端之前的100至250mm之間。
22.如權(quán)利要求17至21中的一條所述的方法，其特征為，當(dāng)從噴絲板(2)出來(lái)的長(zhǎng)絲彼此之間的距離為3至15mm時(shí)，至冷卻裝置(9)的壁的距離，作為長(zhǎng)絲纖度和數(shù)目的函數(shù)，可在4至15mm之間選擇。
23.如權(quán)利要求17至22中的一條所述的方法，其特征為，長(zhǎng)絲的紡絲整理裝置(在先前技術(shù)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(gè)噴絲板2帶有一個(gè)冷卻裝置9組成的裝置,它可允許周?chē)諝?作為冷卻介質(zhì),通過(guò)其穿孔25進(jìn)入。該裝置是熱絕緣的,可以打開(kāi)。同時(shí)還提供了一種被動(dòng)的延遲冷卻由熱塑性聚合物制成的紡絲長(zhǎng)絲的方法。
文檔編號(hào)D01D13/02GK1197129SQ98101558
公開(kāi)日1998年10月28日 申請(qǐng)日期1998年4月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月18日
發(fā)明者馬丁·德薩克斯, 烏爾里?！た捌? 曼弗雷德·施泰因 申請(qǐng)人:埃姆斯·英芬塔股份有限公司