空气喷射器的制作方法

专利名称：空气喷射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的空气喷射装置，特别是，涉及一种使用空气喷射器的改进的喷射装置(piddler)以及一种与此有关的改进方法和由此获得的改进产品。
背景技术：
在很多工艺方法或系统中，一个完整的纺织纤维生产工序是将快速移动的复丝纤维条收集到容器中并将其传递到下一步处理工序。该工序通常称为喷射(piddling)或封装，在该工序中，设有一个可在拉伸/皱缩工序之前将一股或多股纤维丝(这里称为纤维束或绳)积聚和组合在一起的装置，该工序通常以慢于前部工序的速度进行，例如慢于将合成聚合物纺成合成纤维丝的工序。在喷射过程中，一个长期存在的问题是如何将这样一种快速运动的长纤维沉积到容器中，并且同时可避免出现缠结，而这对于后续从容器中移去产品是非常重要的。有几种方法在商业上是可行的并且/或者已经被披露了。
当前，商业上优选的喷射纺织纤维绳的装置是使用一对带齿的辊子从初级(退绕)纺丝辊处拉纤维束。这种带齿的辊通常被称为齿辊、齿轮编织装置(gear plaiter)或向日葵滚轮，其可用于IWKA、Neumag和Fleissner所销售的喷射装置中。在这些装置中，带齿的辊子从前面的辊子处拉纤维束，并以这样一种方式松开纤维束，即(1)纤维束不卷绕到任何一个辊子上，并且(2)纤维束的分布使其可软沉积着陆到容器中。为实现上述第一个目标(低卷绕可能性)，使用带有多个齿的大直径辊子，以便在每个齿的齿顶提供很小的纤维接触面。为促使纤维丝放松，齿上通常涂有低摩擦材料，带齿辊子的表面速度通常大于纤维束的运动速度，以使齿可在纤维上滑动并避免产生过大的静摩擦。运动的纤维束软沉积着陆到容器中可主要通过将运动的纤维束的大部分速度转化为水平分量来实现。而这主要通过两个相邻辊子上齿的相互啮合使纤维束自身折合来完成。其速度的垂直分量通过纤维丝与齿间歇性和暂时性地粘合而进一步降低，这可使纤维束脱离其中心线并且/或者散开。而这种喷射装置也存在一些问题。由于很难使这样(大直径)的向日葵滚轮高速转动，因此，喷射装置在实际操作时通常其速度限制到低于1000m/min(米/分钟)；高速会增加卷绕的发生。另外，对于一个给定的产品，这种喷射装置的操作范围也是很窄的，特别是，对于某一些类型的纤维丝。在很多情况下，滚轮之间的啮合太松会导致容器中纤维束捻向不良并发生缠结，而啮合太紧则会使纤维束卷绕在向日葵滚轮上。磨损和修整涂覆在齿表面上的任何低摩擦涂层也会频繁地引起卷绕。向日葵滚轮齿相对于纤维具有较高的速度也会使纤维丝遭到破坏，而且其会在后续的纤维或织物处理过程中形成较深的染色部分。有时在向日葵滚轮和前面的辊子之间保持张力也是较困难的。这种喷射装置的性质是仅需有很小的力由快速转动的向日葵滚轮作用于纤维丝，这是由于在这一点上不需要拉伸纤维丝，而且为了提供更大张力所需的高速和/或较紧的滚轮啮合也会导致向日葵滚轮发生卷绕。总之，在实际操作带齿的辊子装置时存在很多问题，这种带齿的辊子装置可在市场上购买到，但同时，特别是在用这种带齿辊喷射装置处理某些特定类型的纤维丝时需要对其进行改进。
使用气动喷射器来沉积纺织纤维束已有近50年历史了，例如，在Koster的US2447982、Burns的US2971243、King等人的US3706407以及Goodner的US3387756中都有披露。上述所有的文献均是使用气动(或抽吸)喷射器，该气动喷射器需要旋转的机械部件，而且需要排出管远离并倾斜于纤维束的垂直入口位置，这需要非常复杂的设备，通常需要旋转空气接头和密封件，并且需要对它们进行维护。尽管在倾向于使用齿轮喷射装置之前，这种空气喷射器就已经在早些年被提议和提出，但这种空气喷射器现在并不能从市场上买到。Koster以堆圈(heaped coil)或大量叉排(numerousstaggered)、特别是重叠环圈(overlapping loops)(第1栏第23-26行)的方式通过使纤维丝材料和液流一起经过一个出口管11来沉积连续纤维丝材料2，出口管11在12位置处具有一个弯管(以便使较低部分形成一定角度)，而在13位置处具有一个第二弯管，这样液体排出时可使管11产生旋转(第2栏第1-34行以及附图)。Burns的方法是将纺织材料吹过一个绕轴线转动的管，以使纺织材料以堆叠或重叠环圈或盘圈的方式沉积，而这会产生纤维丝缠结和得到“非均匀拉伸部分”的问题，因此，Burns的目的是在不使纤维丝形成环圈或缠结的情况下沉积纤维丝，因此，在纤维束带中的纤维丝仍保持大致平行(第1栏第1-41行)。Burns使用一个空气喷射器5，该空气喷射器是旋转的，并在一个角度上以螺旋盘圈的方式喷出纤维束(例如第2栏，特别是第19-25行和

图1)。Burns强调将空气喷射器5放置在其旋转安装的设备的输出端，并且在纤维束带行程的垂直路径上通过喷射器来进行工作通常会产生大量的缠结(第3栏第58-67行)。Goodner文献的题目是“气动纤维束喷射装置”(“Pneumatic JetTow Piddler”)，这需要以高速推进粗但尼尔的纤维束，同时通过将它们螺旋分布到较大的容器或罐中而使它们拧成盘圈的形式(第1栏第10-17行)。Goodner使用一个旋转安装的喷射器，该喷射器带有一个喷嘴22，喷嘴22具有一个弯曲的端部来实现以盘圈的形式进行沉积(第2栏第59-65行以及图1)。King参考了Koster和Burns的方案，其需要一个旋转驱动件(如Burns所使用的，而不是Koster的技术方案)来避免出现破坏性的空气流，并且避免出现任何形式的纤维附着接头，其中破坏性的空气流会或多或少地扰乱纤维丝相互之间所需要的平行关系(第1栏第22-58行)。
回顾以前，值得注意的是需要避免纤维丝缠结，这已自然地进入到本领域技术人员的脑海中，这需要使纤维丝保持大致相互平行，这就意味着纤维束带应当以单独盘圈的形式保持整体形态，也就是说，纤维丝不会从一个盘圈侵入到另一个盘圈中，并且不会产生缠结，当之后将纤维束从容器中抽出时，缠结会产生问题。
发明概述相反，根据本发明，一个固定的带有不动部件的喷射器直接设置在容器上方，纤维束可喷射到该容器中。该喷射器设置在垂直方向上，且不需要机械装置或排出管来使纤维束弯曲。令人吃惊的是，其优点是排出的纤维束可以这样一种方式软着陆到容器中，即减小了缠结，并且在纤维束随后从容器中移出时，完全避免出现缠结。可以大于等于早期所能达到的速度来拉纤维束。例如，使用这种新的装置可达到2000mpm(米/分钟)的速度，而且可以相信更高的速度也完全可以达到。
根据本发明的一个方面，一种抽吸喷射器14包括进口管24、出口管29以及外壳27，复丝纺织纤维束11沿轴向向下通过上述进口管和出口管，外壳27上设有一个吸气进口23，所述进口管24和所述外壳27之间形成一个环形空间28，所述吸入的气体经此空间流过，所述吸入的气体可拉着纤维束11向下经过并离开所述进口管24而进入所述出口管29，并且将纤维束从所述出口管29排出而进入到容器15中，其中，所述出口管29刚性固定，并且相对于喷射器14不可转动。
根据本发明的另一个方面，提供一种可将复丝纺织纤维束缓和地沉积到容器中的方法，其包括使用一个带有不动部件的抽吸喷射器，使纤维束沿直线路径向前经过所述喷射器，并将纤维束沉积到容器中。
如这里所描述的，本发明还提供了其它的装置和方法以及由此获得的产品。
本发明的抽吸喷射器可装入到现有技术的喷射装置中，例如，一个可从市场上购买到的向日葵式或齿轮喷射装置，但最好是代替了可从市场上购买到的上述装置。
纤维束可放置到任何几个容器中，并沉积成一定形状。所有通常的沉积系统都可适用于本发明，所述沉积系统包括可在X和Y两个方向上移动容器和/或喷射器的系统、容器可在其中转动的系统、使用不运动的圆筒形容器的系统、圆形容器既可在其中转动又可横向移动的系统、当容器旋转时喷射头可在其中横向移动的系统以及其它可能的结构系统。这种新的喷射装置便于简化机器结构，并可使快速运动的纤维束以这样一种方式均匀沉积到容器中，即大量地放入到容器中，并且如在随后的加工工序中减少了停机时间。
附图简述图1是本发明一个实施例与向日葵滚轮喷射装置结合在一起的正视简图。
图2显示了作为优选喷射装置一部分的本发明类似的一个实施例，该喷射装置不带有向日葵滚轮。
图3是本发明优选实施例的局部正视简图。
图4是图3所示实施例的俯视图。
优选实施方案描述如图所示，图3和4显示了喷射器，该喷射器在图1和2中用标号14表示。在图1中，喷射器(jet piddler)与一种可购得的喷射装置(piddler unit)的“向日葵滚轮”(“sunflower rolls”)13结合在一起。在该装置中，辊子12从一台纺丝机(未示出)上拉着一根运动的纤维束11。向日葵滚轮13从辊子12处拉上述纤维束11。至此，图1实现了一种传统的商品化喷射系统(piddler system)。这样，根据本发明，固定的喷射器14从向日葵滚轮13处拉纤维束11，并将其沉积到一个容器15中。在图2中，显示了一个优选实施例的喷射器14，一组辊子12从纺丝机上拉纤维束11，固定的喷射器14从该组辊子处拉纤维束，并将其沉积到容器15中。
在图3和4中，纤维束11经进口管24进入喷射器，并从出口管(尾管)29喷出，如图3所示，出口管29是外壳27的延伸部分。固定喷射器还包括一个直线式空气入口23和一个优选的涡旋式空气入口22，直线式空气入口23将空气或其它吸入流体沿垂直于纤维束路径11的方向导入到外壳27中，而涡旋式空气入口22将空气沿与纤维束路径11相切的方向导入。这两个入口都与一个或多个压缩气体源相联，一般是空气，压力范围一般是25-100psig(2.75-8大气压)，这些气体源图中未示出。空气进入由盖板26密封的外壳27中，并经位于进口管24和出口管29之间的环形空间28而离开外壳27，出口管29是外壳27的延伸部分。空气动力可由进口管24和出口管29之间的相互关系来进行控制，并可通过升高或降低进口管24来进行调节，进口管24和出口管29之间形成一个环形空间28，进口管24通过外螺纹拧到例如盖板26上，并可通过例如锁紧螺母25固定就位。空气入口是简便布置的，使得从入口23直线进入的空气沿大致平行于纤维束11运动方向的方向流经所述环形空间，而任何涡旋进入的空气则沿大致与纤维束11的运动方向相切的方向涡旋或螺旋流过所述环形空间，并类似地通过出口管29。经喷射器向下拉动夹带的纤维束11，任何涡旋空气会产生涡旋力，当上述涡旋空气从喷射器经出口管29排出时，会使单纤维丝也产生螺旋涡动(呈圆形)。任何所提供的螺旋量可通过调节经外部阀门(未示出)从入口22进入到喷射器外壳27中的涡旋空气量来进行控制。当喷射具有不同特性的各种不同纤维束时，作为一种方法，可使用涡旋空气提供的灵活性来调节空气压力。
可以注意到这种新的空气喷射器没有活动部件，这是一个非常重要的实用的优点，其便于制造、操作和维护。
实例在下面的实例中，将对本发明作进一步描述，并通过比较数据来说明使用本发明所获得的优点；所有的部件和百分比均按重量计。
比较例A根据现有技术来生产聚酯纤维长丝，使用一个齿轮喷射装置(如可从德国IWKA，Karlesruhe购买到)以无定向初纺纤维丝的形式从纺丝机上拉复丝纤维条，并将所述纤维丝沉积到一个容器中。聚酯纤维长丝是基本上如US5458971所披露配制的双组份纤维，共聚物生产率为182磅/小时(82.6千克/小时)，聚合物A与聚合物B的比率为78∶22。在喷射装置辊子上的滑动速度是600ypm(549m/min)以上，并且这种滑动是非常剧烈的，使得在复丝纤维条卷绕在其中一个辊子上并使全套设备停止运行之前，运行时间限制在30分钟或更短。
实例1为克服比较例A中存在的这种问题，根据本发明的一个实施例，如图1所示，在相互啮合的喷射装置齿辊之间的辊隙下面，安装一个固定空气喷射器。该固定空气喷射器使空气从两个位置处进入到喷射器外壳中。所设置的第一空气入口使空气直接喷射到环绕纤维丝的管子上，并沿平行于纤维丝的方向夹带着纤维丝经管头流出喷射器。所设置的第二空气入口使空气沿与纤维丝流动方向相切的方向进入。这会在所夹带的纤维丝上产生涡旋效应，并且在其离开喷射器尾管时产生螺旋运动。可通过调节空气的压力和流量来控制喷射器的抽吸效能。另外，通过调节涡旋空气与其它空气的比率，可控制作用于绳带上的螺旋量。
采用上述喷射器，可以大于两倍比较例A中最大速度的速度，也就是以高达1360ypm(1244mpm)的速度纺出比较例A中所生产的类似纤维束，并将其令人满意地喷射到容器中。当使用本发明的这种喷射装置时，在整个喷射装置中的张力较好，且没有卷绕辊子的倾向。
实例2采用基本上如实例1中所生产的纤维束以500ypm(mpm)的速度进行比较试验，然后，在成品纤维束进入拉伸机喂料部分之前，将成品纤维束从容器中拉出，并经一台拉伸机进行处理，该拉伸机装有一个可检测打结绳的装置。然后，拉伸机的逻辑控制器将机器关闭，以避免结头损坏设备。记录下根据本发明所生产产品的缠结和打结，与先前不使用本发明固定空气喷射器(也就是，基本上如比较例A所描述的那样)在500ypm速度下所生产的同样产品在整个六个月时间范围内的历史数据进行比较。
表1
可以看到，在从容器抽出的过程中，使用本发明的固定空气喷射器可将缠结数目减小到约为原先试验所记录数目的60％。
实例1和2所生产的位于容器中的纤维丝的外表形状与随后所描述的实例3之后的纤维丝外表形状相同，而与比较例A或B中所描述的使用商品化齿轮喷射装置所喷出的纤维丝外表形状很不相同。
比较例B根据现有技术来生产聚酯纤维长丝，使用一个Neumag型齿轮喷射装置以无定向初纺纤维束带的形式从纺丝机上拉复丝纤维束，并将所述纤维束沉积到一个容器中。聚酯纤维长丝是用传统的聚酯聚合装置制备的20.5LRV聚对苯二甲酸乙二醇酯。熔融共聚物流经喷丝板以63kg/hr的速率在每个位置上挤出，并在纺丝仓下面通过气流冷却形成固态圆形纤维，所述喷丝板具有2600个孔。制成的纤维束与从另外63个位置上挤出的类似纤维束结合，通过使用齿轮喷射装置，使制成的纤维束以1450mpm的最大速度沉积到容器中。从几个容器中将纤维束拉出，并使纤维束组合形成一条绳状束带，并使用传统的聚酯方法将其拉出形成一条韧度为6.4gm/den的1.2dpf纤维。
在比较例B中，当使用较高的纺纱速度时，会使喷射装置过度卷绕(每8小时轮班超过一次)，因此，齿轮喷射装置的操作应限制到1450mpm。在纺丝过程中，需要20％重量的液体加料以便获得用以在后续拉伸操作中从所述容器中取出的产品。在低液体加料的情况下，当拉出比较例B所喷射出的这种纤维束时，打结和缠结会很多。
实例3为克服比较例B中存在的这种问题，根据本发明的这个实施例，如图2、3和4所示以及实例1中所描述的那样，齿轮喷射装置由一个固定空气喷射器来代替。所夹带的纤维丝经喷射器出口管29拉出，并进入固定尾管，该固定尾管可将纤维丝引向容器。尾管实际上是出口管沿长度方向的延伸部分，其可引导纤维丝更接近于容器，而该容器位于比实例1距空气喷射器更远的地方。实际上，在实例3中纤维丝不产生涡旋。即使在实例1中没有涡旋作用，当空气从尾管排出时，空气趋向于膨胀从而使纤维丝向外膨胀。这种膨胀实际上可使纤维丝向下漂移并软沉积着陆，纤维丝不会在喷射装置容器中相互缠绕，事实上，可满意地将纤维束移出。
使用这种喷射器来代替齿轮喷射装置，以高达1980mpm的速度以及83kg/hr/pos的纺丝仓通过量来纺出比较例B中所述的类似纤维束。在使用本发明的这种喷射器时，纺丝流程张力较好，并且没有卷绕到喷射装置滚轮上的趋向。喷射装置的卷绕降低到每月不足一次。在该实例中，使用了本发明的喷射器，在纺丝过程中，在不妨碍令人满意地从容器中将产品移出的情况下，液体加料量也从20％降低到5％。在将产品移出的过程中，不会遇到打结或缠结。
另外，喷射器容许初纺纤维束直接沉积到四边形容器中(与沿一定轨迹沉积到圆形容器中相比较)。在工厂中以及在运输纤维束的过程中，四边形或矩形容器可使空间更加有效的使用。这种更加有效的使用可使效率提高25％还多。另外，这种较大的容器可使24个多小时的筒子架(creelstock)更换周期在机器使用过程中提高6％，并且使容器底部的产量损失降低66％。
显然，使用本发明实例3的喷射器来代替那种易于商业操作且可购买到的齿轮喷射装置具有很多优点1.较高的操作速度，实例3是1980mpm，而比较例B是1450mpm，也就是说快大约三分之一，喷射速度的提高比在喷射过程中仅提供较好的生产能力要重要得多，因为市场上可购买到的喷射装置至今所能获得的最大速度已经限制了纺丝速度，纺丝速度可以更高，但实际上已被最大实际喷射速度这一瓶颈限制住了。较高的纺丝速度还可使制成的初纺纤维丝具有不同特性，因此，对下游工序具有深远的影响。可以相信可获得更高的速度，实例3中的限制是由于辊子工作速度的限制而产生的，而不是出于空气喷射器的任何限制。
2.较少的缠结和打结，以前，在后续抽出纤维束成为一个重要因素时，不能在没有过度缠结和打结的条件下提高喷射速度，对于本发明这一令人吃惊的结果后面将单独进行讨论。
3.较低的液体加料量，实例3中仅有5％就可获得比较例B中所能获得的最大速度，而比较例B中最少为20％。“液体加料量”是液体重量(纺丝油剂和可能的额外的水)占纤维重量的百分比值。较高的液体加料量通常可减少齿轮喷射装置所产生的打结和缠结，使纤维束成为一条自身不可能打结的较大的粘合绳。另外，液体将重量加到纤维束上，使得如果形成缠结，在向上将纤维束拉出容器时，缠结很可能会脱去。再者，除了经过齿轮喷射装置的纤维束液体加料以外，操作人员会加更多的水作为覆盖层，例如，以大约1加仑/分钟的速率添加，以有助于使纤维束圈在容器中是致密的。尽管在使用现有技术中可在市场上购买到的齿轮喷射装置的情况下，这种高液体加料可以提高速度，但由于需要加入更多的液体(纺丝油剂)，因此增加了成本，而且还会在后续工序中、例如在拉伸过程中产生问题。
4.较少的辊子卷绕，与比较例B相比，在实例3中每月不足1次，而在比较例B中是每8小时轮班不足1次，因此，限制了最大速度。
5.较高的生产率，实例3是83kg/hr，而比较例B是63kg/hr。
6.实例3中是四边形容器，而比较例B中是圆形容器，与传统的圆形容器相比，四边形或矩形容器提供了可更有效利用的空间，市场上可购买到的喷射装置使喷射出的纤维束呈圆形截面形状分布，从实例3端部可看到这种令人吃惊的优点。
更令人吃惊的是容器中根据本发明所生产的纤维丝材料的性质与根据现有技术喷射出的纤维束圈的性质不同。如在背景技术中已提到并与“液体加料”有关的那样，在上文中，当从容器中抽出所喷出的纤维束时，应避免缠结或打结的重要目的自然是与在将纤维束放入到容器过程中要保持一条粘合的整体纤维束有关。如实例3中所述的纤维丝的向外膨胀和漂移的确与至今所认为需要的(保持一条放入到容器中的粘合的整体纤维束)相反。显然，本发明喷射装置喷出的向外膨胀的纤维丝以及随机放入到容器中的大部分纤维丝似乎是以这样一种方式分布的，即对于在没有打结和缠结的情况下从容器中抽出纤维丝来说，这种方式是本领域技术人员所不希望出现的，就我们自身来说，确保放入一条粘合的整体绳状束带，以避免在随后抽出纤维束的过程中出现打结。的确，操作者应当注意在一个容器已充满并要切断纤维束而将其引入到另一个容器中时，不要将纤维束或纤维丝的端部落入到容器中，因为与现有技术中的纤维束相反，由于喷出的这种纤维束缺乏束带的均匀完整性，因此其端部(在其落入到容器中后)是很难找的。尽管如此，假定切断端是非常可靠的，如从上述实例中所看到的那样，根据本发明，从容器中抽出本发明的成品纤维束与使用市场上可购买到的齿轮喷射装置的情况相比，本发明的纤维束具有较少的缠结或打结。
权利要求
1.一种抽吸喷射器(14)，其包括进口管(24)、出口管(29)以及外壳(27)，复丝纺织纤维束(11)沿轴向向下通过上述进口管和出口管，外壳(27)上设有一个吸气进口(23)，所述进口管(24)和所述外壳(27)之间形成一个环形空间(28)，所述吸入的气体经此空间流过，所述吸入的气体可拉着纤维束(11)向下经过并离开所述进口管(24)而进入所述出口管(29)，并且将纤维束从所述出口管(29)排出而进入到容器(15)中，其中，所述出口管(29)刚性固定并且相对于喷射器(14)不可转动。
2.一种可将复丝纺织纤维束缓和地沉积到容器中的方法，其包括使用一个带有不动部件的抽吸喷射器，以使纤维束沿直线路径向前经过所述喷射器，并将纤维束沉积到容器中。
全文摘要
一种改进的抽吸喷射器,其具有不动的部件,操作该喷射器可实现软着陆沉积,并能减少缠结。
文档编号B65H51/16GK1265632SQ98807797
公开日2000年9月6日 申请日期1998年7月31日 优先权日1997年7月31日
发明者F·W·安德森, J·V·哈特佐格, D·S·奎恩 申请人:纳幕尔杜邦公司