用于在全拉伸丝工艺中形成竹节丝的纺丝装置的制造方法
【专利摘要】一种用于在全拉伸丝工艺中形成竹节丝的纺丝装置，包括：热辊箱、第一热辊和第二热辊。第一热辊和第二热辊中的至少一个包括加热成型辊，加热成型辊包括：筒形的主体部；加热装置，设置在主体部上；以及由导热材料制成的接触层，包覆在主体部的外部以与长丝接触。接触层上形成多个加热区和多个非加热区，加热区和非加热区沿加热成型辊的轴向方向延伸并在圆周方向上交替排列，与加热区接触的长丝被加热成粘弹态，与非加热区接触的长丝保持为凝固态，从而将长丝拉伸成具有交替布置的多个粗节部和多个细节部的初始竹节丝。通过在加热成型辊的表面上形成低温区和加热区，可形成竹节丝，简化了制作工艺，降低了制作成本。
【专利说明】
用于在全拉伸丝工艺中形成竹节丝的纺丝装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种纺丝装置，特别是，涉及一种用于在全拉伸丝(Full Drawn Yarn (FDY))工艺中形成竹节丝的纺丝装置。
【背景技术】
[0002] 多彩竹节丝是指长丝纱线内部单根长丝纤维在长度方向具有粗细变化、结晶取向 变化、染色深浅变化、沸水收缩率变化、初始模量变化等特征的长丝纱线。传统工艺是通过 不均匀纺丝-拉伸工艺形成，通常把具有上述不均匀结构（Thick&Thin)特征的长丝称为多 彩竹节丝。由聚合物涤纶经纺丝-拉伸制成的多彩竹节丝其粗细节分布规律与其不均匀结 晶取向结构的分布规律基本是一致的。故一般用粗细节分布规律的调控来代表其"Thick& Thin"结构的调控。在已有的工艺技术中，通常采用以下几种方法赋予"Thick&Thin"结构生 产竹节丝:①在PET(polyethyleneterephthalate(聚对苯二甲酸乙二醇酯））恪纺过程中 添加多镁氧硅氧烷等添加剂，经共混后纺丝，可得到高蓬松度和染色反差度高的竹节丝;② 由牵伸不足产生的竹节丝;③由不均匀牵伸产生的竹节丝;④用变形工艺来制取竹节丝。
[0003] 将竹节丝用于生产纺织面料时，一般希望对竹节丝的粗细比、粗细节分布规律及 其变化周期等特征参数能进行设计、控制和再现，以增加美观度。目前，在根据已有的制作 方法制作的多彩竹节丝中，不能对产生粗、细节的位置进行控制；不能对粗、细节分布的规 律或产生竹节的频率及周期进行控制;不能多粗细节部分的直径之比进行控制。
【发明内容】
[0004] 为克服现有技术中的上述或者其它方面的缺陷，本发明提出一种用于在全拉伸丝 工艺中形成竹节丝的纺丝装置，通过在加热成型辊的表面上形成低温区和加热区，可形成 竹节丝，简化了制作工艺，降低了制作成本。
[0005] 根据本发明的一个方面的实施例，提供一种用于在全拉伸丝工艺中形成竹节丝的 纺丝装置，包括:热辊箱，将被拉伸的长丝引入所述热辊箱中；以及第一热辊和第二热辊，在 所述长丝的行进方向上安装在所述热辊箱中，所述第一热辊和第二热辊被构造成用于对所 述长丝进行预热和拉伸以形成竹节丝。所述第一热辊和第二热辊中的至少一个包括加热成 型辊，所述加热成型辊包括:筒形的主体部;加热装置，设置在所述主体部上；以及由导热材 料制成的接触层，包覆在所述主体部的外部，以与长丝接触。所述接触层上形成多个加热区 和多个非加热区，所述加热区和非加热区沿所述加热成型辊的轴向方向延伸并在圆周方向 上交替排列，与加热区接触的所述长丝被加热成粘弹态，与非加热区接触的所述长丝保持 为凝固态，从而将所述长丝拉伸成具有交替布置的多个粗节部和多个细节部的初始竹节 丝。
[0006] 根据本发明的一种实施例，每个所述非加热区设有至少一条形成在所述接触层中 并沿所述轴向方向延伸的凹槽。
[0007] 根据本发明的一种实施例，每个所述非加热区设有至少两条凹槽，相邻的凹槽之 间通过沿所述轴向方向延伸的支撑部隔开，每个所述凹槽的宽度为8mm~13mm。
[0008]根据本发明的一种实施例，每个所述非加热区设有一条凹槽。
[0009] 根据本发明的一种实施例，所述凹槽中设有隔热垫。
[0010] 根据本发明的一种实施例，所述接触层的厚度为0.1mm~0.3mm。
[0011 ]根据本发明的一种实施例，每个所述凹槽的深度为〇 · 1mm~〇 · 2mm 〇
[0012] 根据本发明的一种实施例，每个所述加热装置设置在所述接触层和所述主体部之 间，并包括至少一个沿所述轴向方向延伸的电阻丝。
[0013] 根据本发明的一种实施例，所述加热区和非加热区的个数都为4-15个。
[0014] 根据本发明的一种实施例，所述加热装置被构造成将所述加热区的温度加热至90 度~210度，而非加热区的温度不高于55度。
[0015] 根据本发明的一种实施例，所述接触层由陶瓷材料制成。
[0016] 根据本发明的一种实施例，所述接触层由包括氧化钛和氧化铝的混合材料制成。
[0017] 根据本发明的一种实施例，所述氧化铝占所述混合材料的重量的大约40%。
[0018] 根据本发明的一种实施例，所述第二热辊包括所述加热成型辊。
[0019] 根据本发明的一种实施例，所述纺丝装置还包括第三热辊和第四热辊，在所述长 丝的行进方向上安装在所述热辊箱中，并位于所述第二热辊的下游，所述第三热辊和第四 热车昆被构造成用于对所述竹节丝进行拉伸和定型。
[0020] 根据本发明的一种实施例，所述纺丝装置还包括导入辊，设置在所述热辊箱内，并 位于所述第一热辊的上游，以对引入到所述热辊箱中的长丝进行引导。
[0021] 根据本发明的一种实施例，所述纺丝装置还包括张力调节器，设置在所述热辊箱 内，并位于所述第四热辊的下游，以调节从所述第四热辊引出的竹节丝的松紧度。
[0022] 根据本发明的一种实施例，所述纺丝装置还包括施油器，设置在所述张力调节器 和第四热辑之间，并被构造成向所述竹节丝上施加油剂。
[0023]根据本发明的上述各种实施例的用于在WINGS纺丝工艺中形成竹节丝的纺丝装 置，通过在加热成型辊表面上形成间隔排列的多个加热区和非加热区，由喷丝板吐出其中 一路长丝经过加热成型辊表面会受到分段加热，即与非加热区对应的丝段仍保持凝固态， 与加热区对应的丝段被加热成粘弹态，再经成型辊匀速拉伸后即可在长丝上形成粗细变化 的竹节丝，通过控制加热成型辊表面加热区与非加热区的温差、分布弧长、以及第一热辊和 第二热辊的相互速比等参数，可以实现对涤纶ITY多彩竹节丝特征参数(粗细节位置、粗细 节分布频率及周期、粗细节直径比）的调控。通过上述方法与工艺，简化了 ITY竹节丝的制作 工艺，提高了竹节丝的生产效率，增加了竹节丝品种的变化和范围、降低了制作成本。
【附图说明】
[0024] 为了使本发明的目的、特征及优点能更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例 对本发明作进一步说明，其中：
[0025] 图1是根据本发明的一种示例性实施例的用于在全拉伸丝工艺中形成竹节丝的纺 丝装置的原理性示意图；
[0026] 图2是根据本发明的一种示例性实施例的加热成型辊的立体示意图；
[0027] 图3是图2所示的加热成型辊的圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图；
[0028] 图4是根据本发明的第一种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图；
[0029] 图5是根据本发明的第二种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图；
[0030] 图6是根据本发明的第三种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图；
[0031] 图7是根据本发明的第四种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图；
[0032] 图8是根据本发明的第五种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图；
[0033] 图9是示出加热成型辊的加热区和非加热区的第一种分布情况的加热成型辊的圆 柱形外表面在展开状态下的平面示意图；以及
[0034] 图10是示出加热成型辊的加热区和非加热区的第二种分布情况的加热成型辊的 圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图。
【具体实施方式】
[0035] 虽然将参照含有本发明的较佳实施例的附图充分描述本发明，但在此描述之前应 了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本发明的技术效果。因 此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限 制本发明所描述的示例性实施例。
[0036]另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露 实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以 被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
[0037] 图1是根据本发明的一种示例性实施例的用于在全拉伸丝工艺中形成竹节丝的纺 丝装置的原理性示意图。
[0038] 参见图1，根据本发明的一种示例性实施例，提供一种用于在全拉伸丝工艺中形成 竹节丝的纺丝装置，包括:一种用于在WINGS纺丝工艺中形成竹节丝的纺丝装置，包括:热辊 箱101和安装在热辊箱101中的第一热辊102和第二热辊103。将被拉伸的长丝201引入热辊 箱101中。第一热辊102和第二热辊103在所述长丝的行进方向上安装在热辊箱101中，所述 第一热辊101和第二热辊102被构造成用于对长丝201进行预热和拉伸以形成竹节丝202。第 一热辊101和第二热辊102中的至少一个包括加热成型辊10。
[0039] 图2是根据本发明的一种示例性实施例的加热成型辊的立体示意图；图3是图2所 示的加热成型辊的圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图；图4是根据本发明的第一种 示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图。
[0040] 如图2-4所示，加热成型辊10包括：筒形的主体部1，该主体部1可转动地安装在热 辊箱101的支撑框架(未示出）；加热装置2,设置在所述主体部1上；以及由导热材料制成的 接触层3,包覆在所述主体部1的外部，以与被加工的长丝接触。所述接触层3上形成多个加 热区31和多个非加热区32,所述加热区31和非加热区32沿所述加热成型辊10的轴向方向延 伸并在圆周方向上交替排列，与加热区31接触的所述长丝201被加热成粘弹态，与非加热区 32接触的长丝保持为凝固态，从而将所述长丝201拉伸成具有交替布置的多个粗节部和多 个细节部的初始竹节丝202。
[0041 ]参见图1，在一种实施例中，纺丝装置还包括第三热辊104和第四热辊105，在所述 长丝201或竹节丝202的行进方向上安装在所述热辊箱101中，并位于所述第二热辊103的下 游，所述第三热辊104和第四热辊105被构造成用于对所述竹节丝202进行拉伸和定型。
[0042] 在一种实施例中，纺丝装置还包括导入辊106,设置在所述热辊箱101内，并位于所 述第一热辊102的上游，以对引入到所述热辊箱101中的长丝201进行引导，使得长丝201均 匀地分布在第一热辊102上。
[0043] 在一种实施例中，纺丝装置还包括张力调节器107,设置在所述热辊箱101内，并位 于所述第四热辊107的下游，以调节从第四热辊107引出的竹节丝的松紧度。
[0044] 在一种实施例中，纺丝装置还包括施油器108,设置在所述张力调节器107和第四 热辊105之间，并被构造成向所述竹节丝202上施加油剂，以使成品竹节丝具有良好的摩擦 特性、粘度特性和抗静电性能。
[0045] 在一种实施例中，纺丝装置还包括喷丝装置109和集束器110。喷丝装置109具有喷 丝板，被构造成用于喷出待处理的单丝，例如，利用包括多镁氧硅氧烷等添加剂的PET (polyethylene terephthalate(聚对苯二甲酸乙二唇酯））材料喷出待处理的单丝。集束器 110用于将多个单丝合并成长丝201。在热辊箱101的外部设有网络装置111，用于对已形成 的竹节丝进行分散定位，以分别卷绕到各自的卷绕装置(未示出）的卷绕头上。在网络装置 111和卷绕头之间设有外部张力调节器112,以进一步对竹节丝的松紧度进行调节。
[0046] 根据本发明实施例的用于在全拉伸丝工艺中形成竹节丝的纺丝装置，用于加热和 拉伸长丝的第一热辊102和第二热辊103都安装在热辊箱中。特别是，第三热辊104、第四热 辊105、导入辊106、张力调节器107和施油器108也安装在热辊箱中，从而将用于加热和拉伸 长丝的部件集成在热辊箱中，降低了整个纺丝装置的体积。基于这种纺丝装置制造的全拉 伸丝也称做集成牵伸辑的解决方案的全拉伸丝(Winding Integrated Godet Solution Full Drawn Yarn(Wings FDY)。进一步地，本发明实施例的加热成型辑10适用于德国巴马 格(Barmag)公司生产的Wings FDY纺丝装置，并将该加热成型辑10用做该Wings FDY纺丝装 置的第二热辊，从而生产基于FDY工艺的多彩竹节丝。
[0047] 利用根据本发明实施例的纺丝装置可通过一步法形成具有多彩竹节丝特征的 FDY。在长丝经过用做第二热辊103的加热成型辊10的过程中，在加热装置的热作用下，在加 热成型辊的圆周表面形成加热区和非加热区。长丝201高速卷绕并依次通过作为导丝辊的 加热成型辊10的圆周面，与加热成型辊10上的加热区接触的丝段受热后变成粘弹态，与非 加热区接触的丝段保持为凝固态。长丝的处于粘弹态和凝固态的丝段的拉伸变形及分子链 的取向结晶结构产生较大差异，由此产生具有直径较大的粗节部和直径较小的细节部的竹 节丝效果。可以理解，通过控制加热成型辊表面加热区与非加热区的温差、分布弧长、以及 各个热辊的相互速比等参数，可以实现对多彩初始竹节丝特征参数(粗细节位置、粗细节分 布频率及周期、粗细节直径比）的调控。
[0048] 在一种实施例中，如图2-4所示，接触层3由导热性能良好的陶瓷材料制成，以使加 热装置2产生的热量快速传递到第一纺丝。例如，使用离子镀工艺将导热陶瓷喷涂在导热管 的主体部1的表面，以形成接触层，所述接触层3的厚度为0.1mm~0.3mm。
[0049] 参见图3和4,在一种实施例中，每个所述非加热区32设有至少两条形成在所述接 触层3上并沿加热成型辊的轴向方向延伸的凹槽321，相邻的凹槽321之间通过沿所述轴向 方向延伸的支撑部322隔开，以使纺丝在加热成型辊被均匀支撑。在缠绕第一纺丝的过程 中，在凹槽321中形成非加热区，使得凹槽321和支撑部322共同形成非加热区32。支撑部322 可以由与形成接触层3的材料相同的材料制成，也可以由不同于接触层的材料制成。在每个 非加热区32中，凹槽的数量可以相同或者彼此不同，从而形成弧长相同或者不同的非加热 区，由此形成具有不同长度的粗节部和细节部的竹节丝。
[0050]图5是根据本发明的第二种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图。第二 实施例的加热成型辊与第一实施例的加热成型辊的不同之处在于，在第一实施例的加热成 型辊的凹槽321的基础上在凹槽中设有隔热垫323,以更好地支撑第一纺丝。凹槽321和隔热 垫323共同形成非加热区32。
[0051]图6是根据本发明的第三种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图。第三 实施例的加热成型辊与第一实施例的加热成型辊的不同之处在于，每个所述非加热区设有 一条形成在所述接触层3上并沿加热成型辊的轴向方向延伸的凹槽324,第三实施例的凹槽 324相对于第一实施例的凹槽321在圆周方向上较宽。凹槽324形成非加热区32。
[0052]图7是根据本发明的第四种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图。第四 实施例的加热成型辊与第三实施例的加热成型辊的不同之处在于，在第三实施例的凹槽 324的基础上在凹槽中设有隔热垫325,以对第一纺丝进行支撑。隔热垫325形成非加热区 32〇
[0053]在图4-7所示的实施例中，加热装置可以包括加热电阻丝，该电阻丝以螺旋缠绕的 方式设置在主体部1上，从而在控制装置(未示出）的控制下对接触层3进行加热。
[0054]根据本发明另一方面的实施例，提供一种制造加热成型辊的方法，包括如下步骤： 提供筒形的主体部1;在所述主体部1的圆柱表面上形成粘结层;在所述粘结层上形成具有 导热性能的接触层3;以及部分地去除所述接触层，以在未去除接触层的部位形成多个加热 区31，在去除接触层的部位形成多个非加热区32,所述加热区31和非加热区32沿所述主体 部1的轴向方向延伸并在圆周方向上交替排列。
[0055] 在一种实施例中，在所述粘结层上形成接触层3的步骤包括，在所述粘结层上喷涂 包括氧化钛(Ti02)和氧化铝(Al 2〇3)的混合材料以形成接触层。所述氧化铝占所述混合材料 的重量的大约40%，因此，这种混合材料简称为TA40(Ti0 2-40wt. %Al2〇3)。
[0056] 具体而言，根据本发明第一种实施例的制造加热成型辊的方法包括如下步骤： [0057]由不锈钢材料制成筒形的主体部，在主体部的内部设置加热装置;之后，将主体部 的圆周表面用喷砂工艺进行粗糙化处理，并用丙酮进行表面清洗；用等离子喷涂工艺在主 体部圆周表面喷涂大约0.17mm厚的FeCrAl涂层作为粘结层，再喷涂0.厚的TA40 (Ti〇2_40wt. %Al2〇3)电磁加热层作为接触层；用喷砂工艺将部分地去除0.厚的 TA40(Ti02-40wt. %Al2〇3)接触层;在去除接触层的部位用等离子喷涂工艺涂覆1.05mm厚度 的Al2〇3热障涂层以形成非加热区，在未去除接触层的部位形成多个加热区。这样，可以形成 本发明实施例的加热成型辊，其中，所述加热区和非加热区沿所述主体部的轴向方向延伸 并在圆周方向上交替排列；之后，对加热成型辊圆周表面统一进行0.1mm的精细磨削处理以 提高其圆整度和表面光洁度。由于在主体部的表面涂覆了不同电磁感应效应的涂层材料， 与未去除的接触层对应的区域构成加热区，与Al 2〇3涂层对应的区域构成非加热区。对主体 部圆周表面的加热区和非加热区的分布可按照竹节丝的分布规律进行设计和加工。
[0058]根据本发明第一种实施例的制造加热成型辊的方法包括如下步骤：
[0059]由不锈钢材料制成筒形的主体部，在主体部的内部设置加热装置;之后，将主体部 的圆周表面用喷砂工艺进行粗糙化处理，并用丙酮进行表面清洗；用等离子喷涂工艺在主 体部圆周表面喷涂大约0.17mm厚的FeCrAl涂层作为粘结层，再喷涂0.3mm-0.6mm厚的TA40 (T i 〇2_40wt · % A12〇3)电磁加热层作为接触层；用喷砂工艺将部分地去除0 · 3mm-0 · 6mm厚的 TA40(Ti02-40wt. %Al2〇3)接触层;之后，对加热成型辊圆周表面统一进行0.1mm的精细磨削 处理以提高其圆整度和表面光洁度。由于在主体部的表面的一部分涂覆了电磁感应效应的 涂层材料，一部分区域没有电磁感应涂层材料，与未去除的接触层对应的区域构成加热区， 与去除的接触层对应的区域（凹槽区域)构成非加热区。这样，可以形成本发明实施例的加 热成型辊，其中，所述加热区和非加热区沿所述主体部的轴向方向延伸并在圆周方向上交 替排列对主体部圆周表面的加热区和非加热区的分布可按照竹节丝的分布规律进行设计 和加工。
[0060]在上述实施例形成的加热成型辊中，如果加热区对应的弧长为S1、S2、. . .Sn，令:S =S1+S2+ . . .+Sn;
[0061 ] 如果非加热区对应的弧长为tl、t2、. . .tn，令:T = tl+t2+. . .+tn;
[0062] 进一步地，如果加热成型辑的圆柱直径为Φ，贝lj园柱面周长:L = JT*C> =S+T= (Si+ tl)+(S2+t2)+.·.+(Sn+tn)〇
[0063] 图8是根据本发明的第五种示例性实施例的加热成型辊的局部截面示意图。第五 实施例的加热成型辊与第一实施例的加热成型辊的不同之处在于，在非加热区32不形成凹 槽(也就是说，在接触层3上非加热区32与加热区31具有相同的结构），并且每个所述加热装 置2'设置在所述接触层3和所述主体部1之间，并包括至少一个沿所述轴向方向延伸的电阻 丝，相邻的电阻丝之间具有间隙21。这样，电阻丝可以对加热区的与电阻丝对应的部分进行 局部加热，从而形成加热区31;而加热区的不与电阻丝对应的其它部分温度较低，从而形成 非加热区32。
[0064] 在图4-7所示的实施例中，可以采用超细喷砂工艺沿加热成型辊的轴向方向（与母 线平行的方向）去除以形成的陶瓷涂层，以形成凹槽。每个所述凹槽的深度为0.1mm~ 0.2_。进一步地，在图4和5所示的实施例中，每个所述凹槽的宽度为8mm~13_。
[0065] 在一种实施例中，所述加热装置2被构造成将所述加热区31的温度加热至90度~ 210度，而非加热区32的温度不高于55度。
[0066] 在一种实施例中，加热区31的温度都相同或者彼此不同。加热区和非加热区的个 数都为4-15个。加热区的宽度都相同或者彼此不同。非加热区的宽度都相同或者彼此不同。 这样，通过控制加热成型辊表面加热区31与非加热区32的温差、分布弧长、以及加热成型辊 的相互速比等参数，可以实现对多彩初始竹节丝特征参数(粗细节位置、粗细节分布频率及 周期、粗细节直径比）的调控。
[0067] 例如，按照形成为长丝的纺丝的长度方向所要出现的粗节部和细节部的分布规 律，设计导热辊的主体部的圆周面上凹槽(非加热区）的分布规律，以此在主体部上形成陶 瓷材料的接触层和非加热区隔热层交替排列的加热区。
[0068] 在一种实施例中，所述第一热辊103包括加热成型辊，也就是说，第一加热辊102和 第二热辊103具有相同或者相似的结构，以将长丝201拉伸成具有交替布置的多个粗节部和 多个细节部的竹节丝202。所谓第一加热辊102和第二热辊103具有相同的结构，是指它们的 组成部分、各个部分的位置关系和尺寸都完全相同。所谓第一加热辊102和第二热辊103具 有相似的结构，是指它们的组成部分和各个部分的位置关系相同，但各个部分的尺寸不完 全相同。这样，第一热辊和第二热辊都可以将纺丝加热并拉伸成竹节丝。
[0069]如图3所示，在离子镀工艺形成的导热陶瓷涂层的加热成型辊的圆柱形的主体部 上均匀或者不均匀地分布了多个导热陶瓷涂层(加热区）和隔热区（非加热区）。假设加热区 31对应的弧长分别为81、82、"_811，贝1|所有加热区31的总弧长为:3 = 81+82+"_+811;假设非加热 区32对应的弧长分别为1：1、〖2、"_1：11，贝1|所有非加热区32的总弧长为:1 = 1：1+〖2+···-!：!!。
[0070] 在此情况下，如果加热成型辑10的圆柱直径为Φ，园柱面周长:L = jt*C> =S+T = (Sl+tl) + (S2+t2)^-----Ksn+tn) 〇
[0071] 可以理解，为了保证加热成型辊卷绕和退绕长丝所需摩擦力的均匀性，非加热区 (凹槽)的宽度和深度需要设置在合理范围。
[0072] 参见图1-3,在基于FDY工艺中实现分段加热长丝201的工艺中，长丝201高速卷绕 并通过第一热辊和作为第二热辊的加热成型辊10。在此过程中，沿加热成型辊10圆周方向， 长丝201的与加热区31对应的丝段接触加热区的导热陶瓷涂层而被加热，长丝201的与非加 热区32对应的丝段由于非加热区隔热未被加热，由此实现高速卷绕条件下对长丝的分段加 热。一般地，设定加热成型辊的理论温度为90°C~210°C，长丝的与加热区31的陶瓷涂层紧 密接触的丝段被加热至粘弹态，非加热区32对应的丝段仍保持在凝固态，以此形成粘弹态 丝段与凝固态丝段间隔排列的竹节丝。
[0073] 在一种实施例中，纺丝螺杆(未示出）的吐出量为Q(g/min)，第一热辊102、第二热 辊103、第三热辊104和卷绕装置的卷绕头的转速分别为Vi^SOO~1200(m/min)、V 2~（0.97 ~1.05)￥1、￥3~2800~4000(111/11^11)、￥4~（0.97~1.05)￥3、￥5~（0.97~1.05)\￥4，第二热 辊103使用组合热辊模式，且第一热辊102的设置温度为70~110°C，第二热辊103的设置温 度为120~160°C，第三热辊104的设置温度为95~160°C，第四热辊105的设置温度为95~ 130°C，可以利用长丝201得到具有粗细竹节、取向结晶结构不匀、染色深浅不匀的基于Π)Υ 工艺的多彩竹节丝202。
[0074] 根据本发明的各种实施例，通过设置加热区和非加热区的温度、弧长，可对基于 FDY工艺的多彩竹节丝的特征参数包括竹节丝周期长度、周期内粗细节频率、粗细节长度排 列规律和直径比等进行设定。
[0075]假设基于Π )Υ工艺的多彩竹节丝的拉伸倍数为K~V3/V2, 一般地，粗节部的拉伸倍 数λ = 〇·98~1.8,则细节部的拉伸倍数为：ω =(K*L_A*T)/S。
[0076] 假设基于Π )Υ工艺的多彩竹节丝的周期长度为P，周期内细节部长度之和：ε = ε?+ε2 +···+εη，周期内粗节部长度之和:η=ηι+η2+···+ηη，且:Ρ=ε+η;
[0077] 贝ij :p = LX (V2/Vi) = JT*C>*(V2/Vi)
[0078] 一般地，Κ~3.2，贝ijP = 3.2*L = 3.2* Φ *D，即多彩竹节丝的周期长度Ρ-般为热辊 直径的3.2倍左右。
[0079] 周期内细节部长度之和：ε = ει+ε2+···+εη= c〇*s= 〇*(si+S2+…+sn);
[0080] 周期内粗节部长度之和:η = η?+Π 2+…+Πη = λ*Τ = λ* ( tl+t2+…+tn)。
[0081] 如图3和4所示，在具有离子镀导热陶瓷形成电热器的涂层的导热成型辊(第一热 辊和/或第二热辊）的圆柱面上分布了多个凹槽321，与非加热区对应的丝段经拉伸后成为 基于Π )Υ工艺的多彩竹节丝的粗节(深染)部，与加热区对应的丝段经拉伸后成为基于FDY工 艺的多彩竹节丝的细节(浅染)部。因此，周期内粗细节的频率与加热区和非加热区的个数 相关。
[0082] 基于WINGS FDY工艺的多彩竹节丝周期长度内各粗节部的长度:ru = A*ti(i = l， 2，···η);
[0083]其中：λ为粗节部的牵伸倍数，一般地，λ = 〇·98~1.8;
[0084] 多彩竹节丝周期长度内各细节部的长度:ei= c〇*si(i = l，2,…n);
[0085] 其中：ω为细节部的牵伸倍数
[0086]则基于WINGS FDY工艺的多彩竹节丝的周期长度内的粗节部和细节部的排列规律 为：
[0087] (K*L_A*T)/S*si、ni、（K*L_A*T)/S*S2、Π2、…（K*L-A*T)/S*s n、qn。
[0088] 假设由喷丝装置的喷丝板(未示出）吐出的长丝201的直径为δ，经第三热辊104拉 伸后形成的基于WINGS FDY工艺的多彩竹节丝的细节部的直径为di，粗节部的直径为Di，则 周期长度内粗节部与细节部的直径之比由下式确定：
[0089]
[0090] 这样，周期长度内长丝单纤维取向与结晶度及染色深度的分布情况如下表1:
[0091]
[0092] 表 1
[0093] 实例 1
[0094] 图9是示出加热成型辊的加热区和非加热区的第一种分布情况的加热成型辊的圆 柱形外表面在展开状态下的平面示意图。假设该加热成型辊应用于德国巴马格(Barmag)公 司生产的Wings FDY纺丝装置中的第二热辊，用于生产具有周期长度的基于WINGS FDY工艺 的多彩竹节丝。
[0095]用做第二热辊的加热成型辊的直径为Φ=220πιπι，周长为L = 691mm，使用离子镀工 艺在加热成型辊表面镀厚度为0.2mm的导热陶瓷涂层。用超细喷砂工艺去除加热成型辊表 面的导热涂层，以形成凹槽，多个凹槽形成非加热区。如图9所示，在圆柱表面形成的加热区 的宽度分别为：
[0096] si = 100mm 、S2 = 150mm、S3 = 80mm、S4=65mm，贝丨J: S = si+s2+s3+s4 = 395mm;
[0097] 非加热区的宽度分别为：
[0098] ti = 7 0mm、t2 = 60mm、t3 = 40mm、t4= 126mm，则：T = ti+t2+t3+t4 = 296mm。
[0099] 参照图1，将加热成型辊安装在涤纶Wings FDY纺丝装置上，第一热辊102、第二热 辊103、第三热辊104、第四热辊105的温度分别设置为80°C、160 °C、140 °C和95°C，实测与用 做第二热辊的加热成型辊的陶瓷加热区81、82、83、84接触的长丝201在1/30秒内温度上升为 120°(：，与非加热区丨 1山山、丨4接触的长丝在1/30秒内温度上升为50°(：，将第三热辊105的 温度保持在120°C。由于第二热辊对高速卷绕的涤纶长丝进行了分段加热，并使与加热区 SI、S2、S3、S4接触的纺丝进入了粘弹态，与非加热区tl、t2、t3、t4接触的纺丝仍保持凝固态。
[0100] 设定纺丝螺杆的吐出量为Q = 450(g/min)，喷丝板孔数为f = 24f，第一热辊102、第 二热辊103、第三热辊104和卷绕头（未示出）的转速分别为 min) ^3^3750(111/111:111)、V5^3580(m/min)，则：
[0101] 多彩竹节丝的周期长度内，WINGS FDY工艺的纺丝的拉伸倍数K~V3/V2 = 3.75;
[0102] 形成的多彩竹节丝的周期长度P = L*K = 691*3.75 = 2591.25mm;
[0103] 周期长度内粗节部和细节部的频率在2591.25mm周期长度内，粗节部的个数为4， 细节部的个数为4;
[0104]周期长度内粗节部和细节部的长度排列规律如下:粗节部经纺丝拉伸后长度为m = A*ti，粗节部牵伸倍数λ = 1 · 6，则各粗节部长度为:ηι = 112mm、n2 = 96mm、n3 = 64mm、ru = 201.6mm;周期长度内细节部经纺丝拉伸后长度为Ti= c〇*si，细节部的牵伸倍数〇=(1(礼-A*T)/S = 5 · 365，则各细节部的长度为：ει = 536 · 5mm、ε〗=804 · 78mm、￡3 = 429 · 21mm、￡4 = 348·73mm〇
[0105] 在此基础上，假设由喷丝板吐出的长丝的直径为δ，经第三热辊拉伸后形成的基于 WINGS FDY工艺的多彩竹节丝的细节部的直径为di，粗节部的直径仍为Di，则周期长度内粗 节部与细节部的直径之比由下式确定：
[0106]
[0107] 这样，周期长度内长丝单纤维取向与结晶度及染色深度的分布情况如下表2:
[0108]
[0109] 表2
[0110] 实例2
[0111] 图10是示出加热成型辊的加热区和非加热区的第二种分布情况的加热成型辊的 圆柱形外表面在展开状态下的平面示意图。假设该加热成型辊应用于德国巴马格(Barmag) 公司生产的Wings FDY纺丝装置中的第二热辊，生产具有周期长度的等距和密集型的基于 WINGS FDY工艺的多彩成品竹节丝。
[0112] 用做第二热辊的加热成型辊的周长为L = 720mm，使用离子镀工艺在加热成型辊表 面镀厚度为〇. 2_的导热陶瓷涂层。用超细喷砂工艺去除加热成型辊表面的导热涂层，以形 成凹槽，多个凹槽形成非加热区。如图10所示，在圆柱表面形成的加热区的宽度分别为：
[0113] si = 40mm、S2 = 40mm、S3 = 40mm、S4 = 40mm，S6 = 40mm、S7 = 40mm、S8 = 40mm、S9 = 40mm， sio = 40mm、sii = 40mm、si2 = 40mm，
[01 14] 贝！J : S = Sl+S2+S3+S4+S5+S6+S7+S8+S9+Sl〇+Sll+Sl2 = 480mm;
[0115] 非加热区的宽度分别为：
[0116] ti = 20mm、t2 = 20mm、t3 = 20mm、t4 = 20mm，ts = 20mm、t6 = 20mm、t7 = 20mm、t8 = 20mm， t9 = 20mm、tio = 20mm、tii = 20mm、ti2 = 20mm，则：T = ti+t2+ts+t4+t5+t6+t7+t8+t9+tio+tii+t 12 =240mm；
[0117] 将加热成型辊作为第二热辊安装在涤纶Wings FDY纺丝装置上，第一热辊102、第 二热辊103、第三热辊104、第四热辊105的温度分别设置为80 °C、160 °C、180°C和120 °C，实测 与第二热辑陶瓷加热区81、82、83、84、85、86、87、88、89、81()、811、812接触的纺丝在1/20秒内温度 上升为130°C，与非加热区1：1山山山、七5、七6山、七8山、1：1()、1：11、1：12接触的长丝在20秒内温度 上升为45°C。由于第二热辊对高速卷绕的涤纶长丝进行了分段加热，并使与加热区 S1、S2、 83、84、85、86、87、88、89、81。、811、812接触的纺丝进入了粘弹态，与非加热区1：1、七2、七3、七4、七5、七6、 t7、t8、t9、tlQ、til、tl2接触的纺丝仍保持凝固态。
[0118] 设定纺丝螺杆的吐出量为Q = 350(g/min)，喷丝板孔数为f = 48f，第一热辊102、第 二热辊103和卷绕头(未示出）的转速分别为Vi^llOOU/minhV^i^^SOiKm/minhVs^^SSO (m/min)，，贝丨J:
[0119] 多彩竹节丝的周期长度内，FDY纺丝的拉伸倍数=
[0120] 形成的多彩竹节丝的周期长度P = L*K = 720*3 = 2160mm;
[0121] 周期长度内粗节部和细节部的频率在2160mm周期长度内，粗节部的个数为12,细 节部的个数为12;
[0122] 周期长度内粗节部和细节部的长度排列规律如下:粗节部经纺丝拉伸后长度为ru =x*ti，粗节部牵伸倍数λ=ι·3,则各粗节部长度为：ni=n2=n3=n4=n5=n6=n7=ns=n9 = nio = nii = ni2 = 26mm;周期长度内细节部经纺丝拉伸后长度为Ti= c〇*si，细节部的牵伸倍 数ω =(K*L-A*T)/S = 3.85,则各细节部的长度为：￡:=62 = 63 = 64=65 = 66=67=68=89 = ε 10 = ε 11= ε 12 = 3.85 氺40 = 154mm 〇
[0123] 在此基础上，假设由喷丝板吐出的纺丝的直径为δ，经第三热辊拉伸后形成的基于 ΙΤΥ工艺的多彩成品竹节丝的细节部的直径为di，粗节部的直径仍为Di，则周期长度内粗节 部与细节部的直径之比由下式确定：
[0124]
[0125] 这样，周期长度内长丝单纤维取向与结晶度及染色深度的分布情况如下表3:
[0126]
[0127] 表3
[0128] 本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的 技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲 突的情况下可以进行自由组合，从而在解决本发明的技术问题的基础上，实现更多种纺丝 装置。
[0129] 在详细说明本发明的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在 不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本发明亦不受限于说 明书中所举示例性实施例的实施方式。应注意，措词"包括"不排除其它元件或步骤，措词 "一"或"一个"不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。
【主权项】
1. 一种用于在全拉伸丝工艺中形成竹节丝的纺丝装置，包括： 热辊箱，将被拉伸的长丝引入所述热辊箱中；以及 第一热辊和第二热辊，在所述长丝的行进方向上安装在所述热辊箱中，所述第一热辊 和第二热辊被构造成用于对所述长丝进行预热和拉伸以形成竹节丝； 其中，所述第一热辊和第二热辊中的至少一个包括加热成型辊，所述加热成型辊包括： 筒形的主体部； 加热装置，设置在所述主体部上；以及 由导热材料制成的接触层，包覆在所述主体部的外部，以与长丝接触， 其中，所述接触层上形成多个加热区和多个非加热区，所述加热区和非加热区沿所述 加热成型辊的轴向方向延伸并在圆周方向上交替排列，与加热区接触的所述长丝被加热成 粘弹态，与非加热区接触的所述长丝保持为凝固态，从而将所述长丝拉伸成具有交替布置 的多个粗节部和多个细节部的初始竹节丝。2. 如权利要求1所述的纺丝装置，其中，每个所述非加热区设有至少一条形成在所述接 触层中并沿所述轴向方向延伸的凹槽。3. 如权利要求2所述的纺丝装置，其中，每个所述非加热区设有至少两条凹槽，相邻的 凹槽之间通过沿所述轴向方向延伸的支撑部隔开，每个所述凹槽的宽度为8mm~13mm。4. 如权利要求2所述的纺丝装置，其中，每个所述非加热区设有一条凹槽。5. 如权利要求4所述的纺丝装置，其中，所述凹槽中设有隔热垫。6. 如权利要求2-5中的任一项所述的纺丝装置，其中，所述接触层的厚度为0.1mm~ 0.3mm〇7. 如权利要求6所述的纺丝装置，其中，每个所述凹槽的深度为0.1mm~0.2mm。8. 如权利要求1所述的纺丝装置，其中，每个所述加热装置设置在所述接触层和所述主 体部之间，并包括至少一个沿所述轴向方向延伸的电阻丝。9. 如权利要求1-8中的任一项所述的纺丝装置，其中，所述加热区和非加热区的个数都 为4-15个。10. 如权利要求1-9中的任一项所述的纺丝装置，所述加热装置被构造成将所述加热区 的温度加热至90度~210度，而非加热区的温度不高于55度。11. 如权利要求1-10中的任一项所述的纺丝装置，其中，所述接触层由陶瓷材料制成。12. 如权利要求1-10中的任一项所述的加热成型辊，其中，所述接触层由包括氧化钛和 氧化铝的混合材料制成。13. 如权利要求12所述的加热成型辊，其中，所述氧化铝占所述混合材料的重量的大约 40% 〇14. 如权利要求1-13中的任一项所述的纺丝装置，其中，所述第二热辊包括所述加热成 型辊。15. 如权利要求1-14中的任一项所述的纺丝装置，还包括第三热辊和第四热辊，在所述 长丝的行进方向上安装在所述热辊箱中，并位于所述第二热辊的下游，所述第三热辊和第 四热辊被构造成用于对所述竹节丝进行拉伸和定型。16. 如权利要求15所述的纺丝装置，还包括导入辊，设置在所述热辊箱内，并位于所述 第一热辊的上游，以对引入到所述热辊箱中的长丝进行引导。17. 如权利要求16所述的纺丝装置，还包括张力调节器，设置在所述热辊箱内，并位于 所述第四热辊的下游，以调节从所述第四热辊引出的竹节丝的松紧度。18. 如权利要求17所述的纺丝装置，还包括施油器，设置在所述张力调节器和第四热辊 之间，并被构造成向所述竹节丝上施加油剂。
【文档编号】D01D10/02GK105937063SQ201610505957
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】代正伟, 薛元, 李清华, 李长琦
【申请人】嘉兴胜邦机械设备有限公司