生产复合纱的方法与设备的制作方法

专利名称：生产复合纱的方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及生产复合纱的方法与设备，该复合纱包括混并的连续玻璃单丝和连续热塑性有机材料单丝。
已经知道一些能够生产包括这样的玻璃单丝和热塑性有机材料单丝的复合纱的方法。
在EP-A-0 367 661中，描述了一种方法，该方法使用第一台包括喷丝装置的设备，由其喷丝装置拉制出连续的玻璃单丝，第二台包括喷丝头的设备，在压力下向喷丝头加热塑性有机材料，它放出连续的有机单丝。并合时，这两类单丝可以呈束状、或层状和纱状。在所得到的玻璃/热塑性复合纱中，热塑性单丝缠绕玻璃单丝，防止它们在所述的单丝与固体表面接触时产生的摩擦。但是，这种排列不能够得到两类单丝非常均匀的混合物复合纱断面表明每类单丝有各自不同的区域。
这种复合纱另外还易于卷曲。于是，该线绕成卷装时，热塑性单丝收缩会在整个卷装四周产生卷曲。这种现象具有下述缺陷制造卷装(卷筒)必须使用厚的套筒，以便一方面它们能承受由复合纱所施加的套紧作用，另一方面由于没有保持其几何特性而影响卷装(卷筒)退卷。
在EP-A-0 505 275中，提出了一种与前面EP-A-0 367 661所描述的类似复合纱制备方法，该申请使用至少一个在合成纤维工业领域中通常使用的喷丝头。以这种方式可以得到由一根或多根被有机单丝包围的一种或多种纱构成的复合纱，这种复合纱与挤出有机单丝所使用的喷丝头构型无关。
该文献推荐有机单丝拉制成一个或多个层，这些层纱部分或全部地限定了锥形或棱锥形区域，该区域包括一个加入玻璃纱的开口扇形区。得到的复合纱具有与前面所述纱的同样缺陷(单丝非均匀分布和卷曲)。
文件EP-A-0 599 695描述了玻璃/热塑性(材料)复合纱的生产方法，该方法在于让来自喷丝装置的连续玻璃单丝束或层与来自喷丝头的连续热塑性单丝层，在它们穿过玻璃单丝束或层时以高于玻璃单丝拉制速度的速度混并。采用这种方法，过度拉制热塑性(材料)单丝以弥补其收缩，结果是复合纱形成时没有卷曲，随着时间流逝，它仍是稳定的。
在EP-A-0 616 055中，提出了另外一种玻璃/热塑性复合纱的生产方法，该方法在于热塑性单丝层与玻璃单丝束或玻璃单丝层并合，热塑性单丝在汇聚点上游加热到高于其转变温度的温度，拉制，然后冷却。
特别由于降低生产成本的原因，寻求增加工业喷丝装置的生产能力，同时增加模孔数，达到800，甚至1600或2400模孔。
使用已描述的方法，在上述条件下难以生产出两类单丝均匀分布的复合纱。事实上，喷丝装置的模孔数很多时，观察到热塑性单丝层投射到玻璃单丝束或层中不再是规则的，因此，热塑性单丝易于优选地分配在玻璃单丝束或层的中心。另外，喷丝装置长度增加时，在喷丝装置中心和在喷丝装置端部玻璃单丝达到的距离不再是相同的。由此造成如此生产的单丝直径的误差。
采用由来自喷丝装置的连续玻璃单丝与来自喷丝头的连续热塑性有机材料单丝混并(entremêlement)形成的复合纱生产方法，其中玻璃单丝分成多个层，把热塑性单丝分成多个层，并且把热塑性单丝投射到玻璃单丝中，以便按照在每个玻璃单丝层中至少一个热塑性单丝层来混并(mêler)它们，混并的单丝然后再并合成至少一种复合纱，这样解决了使用大尺寸喷丝装置(模孔数超过800)时因在复合纱中玻璃单丝与热塑性单丝混并质量所带来的问题。
如此进行的分离能够达到玻璃单丝与热塑性塑料单丝极好的混并，这表现在所述单丝的均匀一致的分配，如下面给出的复合纱混并指数和断面(性质)所表明的。根据本发明的一种优选实施方式，通过投射将仅一层热塑性单丝与每个玻璃单丝层结合。
藉助本发明，可能的是形成仅一根高纤度的玻璃/热塑性复合纱(单位长度质量约3000克/千米)，或多根低纤度纱，这些纱可以卷绕在一个或多个由同一卷绕机锭子的套筒上。
本发明方法的另一个优点是有可能无须通过中间步骤，直接地由构成单丝的熔化材料得到复合纱，以避免增加喷丝头，因此在喷丝装置端的空间不会堵塞。
本发明还提出一种实施这种方法的设备。
根据本发明，为了能够生产出由混并的连续玻璃单丝和连续热塑性单丝构成的复合纱，这种设备一方面包括一种装置，该装置有至少一个加熔化玻璃料的喷丝装置(filière)，其喷丝装置下表面有大量模孔，一般地至少800个模孔，这种喷丝装置与一种涂覆设备(dispositif enducteur)和与一种能够将玻璃单丝分成多个束或层的部件相结合，另一方面，该设备包括一种装置，该装置有至少一个在压力下加熔化热塑性有机材料料的喷丝头(tête de filage)，这个喷丝头与一种能够将热塑性单丝分成多个层的部件相结合(associer)，并且还与拉伸机和所述单丝的投射部件结合，以便与玻璃单丝混并，最后是与两个装置共有的部件，该部件能够完成其并合与卷绕至少一根复合纱。在本发明中可使用的拉伸机(étireur)例如可以是在WO-A-98/01751或在EP-A-0 599 695中描述的滚筒型拉伸机，该机还可以包括加热部件，如在EP-A-0 616 055中提出的加热部件。
优选地，将玻璃单丝分成与热塑性单丝层一样多，每个热塑性单丝层接着投射到仅一个玻璃单丝层中。特别有利地，一方面热塑性单丝层是相同的，另一方面玻璃单丝束或层也是相同的。
根据本发明的一种优选实施方式，玻璃单丝的分离部件配置使得由涂覆辊和所述部件限定的每个层为等腰三角形的形状，而热塑性单丝投射到该三角形中。以这种方式，外部单丝达到的距离是相同的，这样能够减少玻璃单丝的直径分散。
能够将玻璃单丝分成多个层的部件可以由固定或移动的张力装置梳或槽辊组成，这个部件还有一个功能是在卷绕设备处吸收张力。这种设备有双重优点它能够将单丝分成层，还将玻璃和热塑性的单丝并合，形成一根或多根复合纱。通过调节所述分离部件与涂覆辊之间的距离(一方面)以及这些同一部件之间的距离(另一方面)，因此可以很容易地得到每个层所希望的形状。
根据本发明的另一种优选实施方式，热塑性单丝层通过共同的拉伸机，每个层通过独立的投射(projection)设备与玻璃单丝结合。投射设备取向能够更好地调节将热塑性单丝投射到玻璃单丝层中，这样达到极好的单丝混并。
能够投射热塑性单丝的部件特别地由Venturi系统构成。这种设备的优点是产生玻璃单丝与热塑性单丝的混并，使用同样的速度就可达到这种混并。因此可以形成线性的混并单丝。
在一种具体方案中，有可能得到复合纱，其玻璃单丝是线性的，热塑性单丝是卷曲的。某些纺织应用中在研究这类或多或少体积大的纱。为此，使热塑性单丝的速度高于玻璃单丝的速度就足够了。可以在拉丝机处通过滚筒式辊的旋转速度固定热塑性单丝的高速度。
前面描述的这些设备能够使用有大量模孔的喷丝装置，连续、直接和以较低成本地生产出由玻璃单丝和热塑性单丝组成的复合纱，这些单丝在这种线中是均匀分配的。
这样一些设备还有一个优点是，可以高生产率地实现高纤度复合纱(约3000特(tex)或克/千米)的卷装，或由构成单丝的材料连续和直接地得到的复合纱的多种同时卷装。
通过阅读由下述


的设备实施例，本发明的其它细节和有利的特征会显现出来-图1是本发明第一个实施方式的装置总示意图，-图2是本发明第二个实施方式的装置图示意图，-图3A是使用双筒放大镜观察在本发明条件下所得到复合纱的断面图，-图3B是示意性表示这个断面，-图4A是使用双筒放大镜观察在非本发明条件下所得到复合纱的断面图，-图AB是表示这个断面。
图1说明的本发明包括喷丝装置1，或者从直接加玻璃的炉子前部直到其顶往该喷丝装置1加熔化玻璃料，或者通过装入例如珠状冷玻璃的只是通过重力降落的料斗加料。
无论怎样加料，喷丝装置1通常是用铂-铑合金制成的，它通过焦耳效应加热，以便熔化玻璃或使其保持在高的温度下。从喷丝装置流出大量的熔化玻璃流束，采用一种未示出的设备将其流束拉成两束单丝2a、2b，还能够形成卷装5和6。可用两个凹槽辊3和4使两束单丝2a、2b保持分开。在两束单丝2a、2b的路程中配置了涂覆辊7，例如石墨涂覆辊，这种辊在玻璃单丝上涂一种用于防止或限制单丝与其接触构件摩擦的润滑油。润滑油可以是含水的或无水的(即含有5％以下的水)，含有属于热塑性单丝8组分的化合物或这些化合物的衍生物，这些热塑性单丝8与玻璃单丝结合形成复合纱9和10。
图1还示意性地表示了喷丝头11，由其喷丝头11挤塑出热塑性单丝8。往喷丝头11加熔化的热塑性材料，例如来自未表示的加颗粒料的挤出机的热塑性材料，其材料在压力下通过置于喷丝头11下面的许多模孔流出，经拉伸和冷却后形成单丝8。使用其形状与喷丝头11相适应的，产生与单丝垂直的层状空气流的调节设备12，以强对流方式冷却单丝。冷却空气的流量、温度和湿度保持不变。这些单丝8然后在辊13上通过，其辊13能够将这些单丝并合成层14的形状，并且改变其轨线。在辊13上通过后，热塑性单丝层14朝向滚筒式拉伸机15，即这里由六个滚筒16、17、18、19、20、21构成的拉伸机。
滚筒16、17、18、19、20、21有不同的速度，以便它们沿层14运行方向产生加速作用。在现有的情况下，这些滚筒按对运行。未示出的加热设备与构成第一对滚筒16、17相接，该加热设备例如可以是电系统，该系统通过接触就能够均匀快速地提高热塑性单丝的温度。升高温度取决于使用的热塑性材料的性质。以能够拉制来自喷丝头11的热塑性单丝8的相同速度推动滚筒16、17。
以高于第一对滚筒的速度推动第二对滚筒18、19。在第一对滚筒16、17上通过加热的热塑性单丝层14，由于两对滚筒的速度差而受到加速，该加速即表现在层14的单丝拉长及其结构改变。
以与前面一对滚筒相同的速度或高于其速度推动最后一对滚筒20、21，这对滚筒包括未示出的冷却设备，例如“水套”型的冷却设备，该设备能够固定层14的单丝结构。
热塑性单丝层14的加热与冷却应该快速均匀地进行。
拉伸机15可以包括更大量的滚筒，其条件是保持三个区域加热、拉伸和冷却。另外，这些区域中的每个区域可以只由唯一一个滚筒构成。拉伸机还可以由一系列由前面列举的三个区域构成的组构成。
为了协助加热与冷却步骤，还可能在热塑性单丝层14滑动通过的拉伸机15辊之间插入加热或冷却的固定设备。
热塑性单丝层14然后在偏转辊22上通过，该层从其辊被分成两个层14a、14b，然后它们通过两个独自的Venturi系统23、24。这些系统23、24一方面能够使热塑性单丝保持独立，另一方面能够将其单丝投射到以玻璃丝束2a、2b到来的玻璃丝中。系统23、24通过加入压缩空气没有给层14a、14b添加任何附加速度，这样制约了干扰所述玻璃单丝的危险。
热塑性单丝的层14a、14b和来自玻璃丝束2a、2b的玻璃单丝在涂覆机辊7的发生器上进行接合。
玻璃和热塑性塑料混并单丝层25a、25b然后在辊3、4上通过，辊3、4能够将玻璃和热塑性单丝并成两根复合纱9、10，这两根线借助未示出的拉伸设备立刻卷绕成两个卷装5、6状，该拉伸设备以保持不变的一定线性速度运行，从而保证所希望的单位长度质量。
能够拉伸玻璃单丝的这个线性速度在这里与滚筒20、21传给热塑性单丝层14的速度相同。以这种方式，热塑性单丝在混合时具有同样的速度，该复合纱在其形成时没有卷曲。
在说明本发明的第二种实施方式的图2中，与图1相同的元件有同样的标号。
从喷丝装置1流出的熔化玻璃丝被一个未示出的设备拉制成两束玻璃单丝2a、2b，它们还能够形成卷装5。
束2a、2b通过涂覆辊7，然后通过两个辊3、4分开这些束以及并合单丝形成两根复合纱9、10，然后用并合元件26将这些纱合并起来，构成复合纱27，该纱卷绕成卷装5形式。
同时，使用有两组分开模孔的喷丝头11将热塑性单丝挤出成两束8a、8b，该喷丝头装有熔化态的热塑性单丝。两束8a、8b用调节设备12冷却，然后在辊13上合并成两个层14a、14b，它们引导到第二个偏向辊28，然后通过拉丝机29，这里拉丝机29由一对滚筒30、31构成。
滚筒30、31具有相同的旋转速度，但它们还可以以不同的速度运转。在这种情况下，滚筒31的速度高于用于拉伸玻璃单丝并形成卷装5的设备的速度，因此能够松弛热塑性单丝。
拉丝机29可以由一组加热或冷却滚筒对构成，滚筒间可以插入加热或冷却设备。
松垂的热塑性单丝层14a、14b通过两个定向辊32、33，然后通过Venturi系统23、24，再分开投射到玻璃单丝层34a、34b中。
热塑性单丝层14a、14b和玻璃单丝层34a、34b在涂覆料辊7与辊3、4之间进行连接起来。这个设备是特别有利的，因为它能够很好地适应玻璃单丝层34a、34b的几何形状，并且达到两类单丝的均匀分配。有凹槽的偏转器35、36可保证单丝特别地保持在这些边缘上，因此能够减弱热塑性单丝层14a、14b投射时玻璃单丝层34a、34b受到的扰动。
混并的玻璃单丝与热塑性塑料单丝层25a、25b然后通过这对辊3、5，它们能够并合这些单丝，形成两根复合纱9、10。这些线然后合并成复合纱27，该线采用未示出的设备中间绕成卷装5的形式，因此能够以所要求的速度拉伸这些单丝。
正如前面所指出的，玻璃单丝的拉伸速度在这里低于滚筒30的速度，这样能使热塑性单丝在其通过辊32、33之前得到松驰。以这种方式，热塑性单丝之后收缩不会引起玻璃单丝卷曲，因此避免了纱在卷装5上套紧。
根据一种或另一种实施方式，还可能生产出高充填容量的复合纱，即包括线性玻璃单丝和卷曲的热塑性单丝的纱。这类复合纱在某些需要相对较厚织物厚度的纺织品应用中显示出是有利的。
为了制造这样的复合纱，优选的是改进图1、2所表示的设备，通过涂覆机15、29，更确切地通过滚筒18、19、31提高与热塑性单丝层的传送速度。改进热塑性单丝投射到玻璃单丝中的速度，有可能调整热塑性单丝的卷曲度，因此，生产出“蓬松的”或“有织构的”复合纱，即体积或多或少较大的复合纱。
在图1和2上，热塑性单丝层14a、14b分别投射到在涂覆器辊7发生器上与其通过所述辊后的玻璃单丝中。但是，可能的是热塑性单丝投射到由玻璃单丝构成的束2a、2b中，即在这些玻璃单丝通过涂覆辊7之前投射到由玻璃单丝构成的束2a、2b中。然而，这种进行混并的方式是比较难以实施的，因为热塑性单丝投射到玻璃单丝中，而它们没有涂任何润滑油。这时必需精确地控制这种投射条件，以避免在这个阶段特别脆的玻璃单丝可能被折断。
采用本发明方法得到的卷装由具有优异的混并指数的复合纱构成。在本发明的范围内，“优异的混并指数(indiced’entremêlement)”应当理解为混并指数平均值小于12。混并指数平均值是按照下述方式测量的-在一定长度上制出许多复合纱横断面，-每个横断面画出网格，-在每个如此确定的网格上，采用图像分析类的显微摄影机测量在玻璃单丝与热塑性单丝之间的表面分布，-计算出每个横断面的整个网格表面分布的标准偏差，它是所研究横断面的混并指数，以及-计算出所有横断面混并指数的平均值。原则上，在本发明范围内得到的卷装是由复合纱构成的，该纱的玻璃单丝没有卷曲，而热塑性单丝有卷曲。因此，在该卷装退卷时，或者在使用作支撑一个或多个卷装的套抽出后由内部退卷时，可以很容易取下线，这样没有任何问题。
图3A是用双筒放大镜观察根据本发明所得到的复合纱的断面图，该复合纱是根据图2实施方式所得到的，它由800根直径18.5微米的玻璃单丝和800根聚丙烯单丝(混并纱纤度932特；60重量％玻璃和40重量％聚丙烯)构成。该复合纱的混并指数等于9.86。在图3B上，它示意性地表示了图3A断面。玻璃单丝37(黑色)和聚丙烯单丝38(白色)具有基本相同的尺寸，并且在纱中均匀分布。
图4A是非本发明的复合纱的断面图，该复合纱是将单层的800根聚丙烯投射到单层的800根玻璃中。这种纱的混并指数等于15。在图4B上，该图对应于示意性表示的4A断面，玻璃单丝37′和聚丙烯单丝38′混并不太好。特别地指出存在大量的玻璃单丝37′和聚丙烯单丝38′团，这些单丝优选地分布在纱四周。
还可能对已描述的本发明设备作某些改进。首先，可能的是使用润滑油，它由多种含水的或非水的溶液组成，这些溶液含有在彼此接触时可在相对短的时间内能共聚的化合物。在这种情况下，涂覆设备包括多个分离的辊，每个辊可将其中一种润滑液涂到玻璃单丝上。还可能的是配置干燥设备，这种设备能够除去玻璃单丝的水，或在卷装之前至少能够显著降低其水含量。
在实施本发明的方法时，可以使用任何已知的玻璃类型，例如玻璃AR、R、S或E，后者是优选的。
同样地，可能的是使用任何具有热塑性特性的有机材料，优选的材料是聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺-6、聚酰胺-6，6和聚酰胺-12。
还可能的是将本发明与制造配合的复合纱，即含有不同热塑性有机材料的复合纱结合起来。为此，可能的是例如使用一个或多个喷丝头形成具有不同性质的单丝，它们再以单根形式或在合并之后投射到玻璃单丝上。
权利要求
1.复合纱(9、10、27)的生产方法，该复合纱由来自喷丝装置(2)的连续玻璃单丝(2、34)与来自至少一个喷丝头(11)的连续热塑性有机材料单丝(8、14)混并形成，其特征在于玻璃单丝分成多束(2a、2b)或多个层(34a、34b)，并且把热塑性单丝分成多个层(14a、14b)，并且将这些热塑性单丝投射到玻璃单丝中，至少一个热塑性单丝层(14a、14b)投射到每个玻璃单丝束(2a、2b)或层(34a、34b)中，混并的单丝(25a、25b)再并合成至少一种机械牵引的复合纱(9、10、27)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于形成与玻璃单丝束(2a、2b)或层(34a、34b)同样多的热塑性单丝层(14a、14b)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将这些玻璃单丝分成相同的玻璃单丝束(2a、2b)或层(34a、34b)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将热塑性单丝分成相同的层(14a、14b)。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的方法，其特征在于将热塑性单丝层(14a、14b)投射到在喷丝装置(1)基部与涂覆设备(7)之间的玻璃单丝束(2a、2b)中。
6.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的方法，其特征在于将热塑性单丝层(14a、14b)投射到在涂覆设备(7)发生器上的玻璃单丝中。
7.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的方法，其特征在于将热塑性单丝层(14a、14b)投射到在涂覆设备(7)与玻璃单丝分离部件(3、4)之间的玻璃单丝层(34a、34b)中。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的方法，其特征在于在热塑性单丝投射到玻璃单丝(2、34)中之前，其热塑性单丝在拉伸机(15、29)上拉长。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于能够拉长热塑性单丝的拉伸机(15、29)的速度大于或等于复合纱(9、10、27)的牵引速度。
10.由连续玻璃单丝(2、34)与连续热塑性有机材料单丝(8、14)混并形成的复合纱(9、10、27)的生产设备，这种设备一方面包括至少一个加熔化玻璃料的喷丝装置(1)，其喷丝装置下表面有大量模孔，这种喷丝装置与一种涂覆设备(7)相结合，另一方面，至少一个加熔化热塑性有机材料的喷丝头(11)，它的下表面有大量模孔，这个喷丝头(11)与可变化速度的拉伸机(15、29)相结合，以及对喷丝装置(1)和喷丝头(11)共有的多个部件(3、4、26)，该部件能够并合和拉伸复合纱(9、10、27)，其特征在于喷丝装置(1)与部件(3、4)结合，该部件能够将玻璃单丝分成多束(2a、2b)或多层(34a、34b)，喷丝头(11)与部件(23、24)结合，该部件能够将至少一个热塑性单丝层(14a、14b)混入每个玻璃单丝束(2a、2b)或层(34a、34b)中。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于能够将热塑性单丝与玻璃单丝混并的部件是Venturi设备(23、24)。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于每个Venturi设备(23、24)与置于玻璃单丝前面的偏转器(35、36)结合。
13.根据权利要求10所述的设备，其特征在于能够分离玻璃单丝(2、34)的部件(3、4)置于在涂覆设备(7)与能够机械牵引复合纱(9、10、27)的设备之间。
全文摘要
本发明涉及一种复合纱的生产方法，该复合纱包括并合的连续玻璃单丝和连续热塑性有机材料单丝。根据本发明，它在于将来自喷丝装置(1)的连续玻璃单丝分成几束(34a、34b)，将来自喷丝装置(11)的连续有机热塑性材料单丝分成几束(14a、14b)，和将这种热塑性单丝投射到玻璃单丝上，以在每束玻璃单丝中至少一束热塑性单丝的比率并合，然后集合为至少一根复合纱(27)。本发明还涉及实施所述方法的设备。
文档编号D01D5/08GK1479811SQ0182040
公开日2004年3月3日 申请日期2001年9月26日 优先权日2000年10月11日
发明者P·布瓦森纳特, D·理查德, P 布瓦森纳特, 榈 申请人:法国圣戈班韦特罗特斯有限公司