专利名称：用于丝束熔融纺造和切断的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分的用于用来制造短纤维的丝束的熔融纺造和切断的方法，以及一种按权利要求8前序部分的用来实施本方法的装置。
背景技术：
为了制造短纤维原则上已知两种不同类型的方法和装置。在一第一种方法和装置中在一单级过程中制造短纤维。这时丝束的纺造、拉伸、卷曲变形和切断相互紧密衔接地顺序进行。例如由US 3,259,681已知一种这样的方法和一种这样装置，本发明由此出发。
在用于制造短纤维的一第二种方法和装置中，在一两级过程中制造短纤维。为此在一第一级内纺造和拉伸一丝束并将其堆放在一条筒内。在一第二处理步骤中将多个丝束从前置的条筒中抽出并合并成一总丝条，在一纤维处理线(Faserstrasse)中对其处理，接着将其切断成短纤维。这种类型的两级过程特别适于加工例如大于200000den的非常粗的总纤度，这种过程例如由US 4,639,347已知。在这种的方法中已知，在第二处理步骤中在切断前用一蒸汽气氛处理完全拉伸的总丝条，以便可以进行收缩处理。
在作为本发明出发点的单级过程中这样来限定待处理的最大总纤度，即必须主要通过一个具有多个拉伸辊的处理装置来将丝束从纺丝装置中抽出并对所述丝束进行拉伸。特别是在丝束总纤度比较粗时可特别明显地看出纤维物理特性上的不均匀性。为了改善物理特性，在根据US 3,259,681的已知方法中在拉伸区之前和之内设有附加的液体浴，此时在一上达200m/min的速度范围内进行拉伸。这里特别明显的是，通过拉伸区内的液体不必对丝束附加地加热便可实现结果的改善。
为了使单级过程可以经济地运行，目前可以达到上达2500m/min的速度。但是在这种高的速度下已知的流体处理没有显著的影响。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种开头所述类型的方法和装置，在所述方法和装置中可在一单级过程中以较均匀物理特性制造短纤维。
按照本发明这个目的通过一种具有根据权利要求1的特征的方法和一种具有根据权利要求8的特征的装置来实现。
本发明是基于这样的认识，即在丝束拉伸时拉伸点的形成和拉伸点的位置对物理特性的均匀性具有重要的影响。例如已知，在拉伸时仅通过拉伸辊加热丝束必定强制地导致不均匀性，因为对于丝束的总纤度例如大于10000den的情况，无法同时使丝束的所有单丝条到达一个温度。通过按本发明的方法可以对丝束的全部单丝进行均匀的加热，并由此按要求控制拉伸区内拉伸点的位置和形成。由此实现短纤维的物理特性以及单纤维纤度的高均匀性。在熔融纺制和切断以200m/min的速度从纺丝装置中抽出并通过多个拉伸辊拉伸到1200m/min的速度的由聚酯制成的丝束时，通过根据本发明的在相邻拉伸辊之间的处理路程内进行的蒸汽处理可以实现，强度的均匀性可改善约40％，单纤维纤度的均匀性可改善约50％，而延伸率的均匀性可改善约30％。丝束的总纤度为13000den。
用一喷嘴的蒸汽束对丝束作用，以进行处理和加热。这里蒸汽在过压下被从喷嘴引入蒸汽室，这里已经确定，可以通过改变过压控制对纤维物理特性的均匀化。为了得到有利的效果，蒸汽的过压应该调整到一处于2至12bar的范围内的值。
为了得到强烈的、控制丝束内部拉伸点的作用，蒸汽应该具有一处于80至200℃范围内的温度。
这样得到提高对纤维的物理特性均匀化的另一种可能性，即将拉伸辊在处理路程内作用的速度差调整到一确定的比例。这里可将拉伸比调整到一0至6之间的范围内，特别是已经确定，在拉伸比大于4时对物理特性均匀化的影响非常强。
但是也可以通过处理路程内的蒸汽处理实现一有利的影响，利用所述影响拉伸辊在处理路程内作用的速度差促使丝束提前进入(Vorlauf)处理路程。这种方法变型方案特别适于在丝束拉伸后特别是用于立即降低应力。
因此也可以有利地将多个蒸汽处理相互组合，其中在一具有一高拉伸比的处理路程内进行一第一蒸汽处理，在一具有低拉伸比或丝束提前进入的处理路程内进行一第二蒸汽处理。最好采用饱和蒸汽或略微过热的干燥蒸汽作为蒸汽。
为了实施该方法按本发明的装置具有一蒸汽室，所述蒸汽室设置在处理路程内的相邻拉伸辊之间。蒸汽室配设一喷嘴，通过该喷嘴处于一过压下蒸汽被引入所述蒸汽室内。
为了实现对丝束强烈的处理和作用效果，喷嘴以在蒸汽室内部的喷嘴口直接指向丝束。这里由喷嘴产生的蒸汽流既可以沿丝束行进方向也可以沿丝束行进方向相反的方向喷入蒸汽室。为了得到在丝束内部的单丝可能的卷曲变形，喷嘴优选垂直于丝束定向，从而蒸汽束在蒸汽室内基本上垂直地指向丝束。
本发明的装置的其中用于拉伸丝束的处理装置具有多个分别由两个相同地驱动的拉伸辊组成的拉伸辊对的改进方案具有这样的优点，即可以形成大的用于拉伸丝束的力。同样也可以选择一种有利于将丝束从纺丝装置中抽出的设置。
但是为了将丝束从纺丝装置中抽出也可以采用配设有辅助滚子(Beilaufrolle)的牵引辊。同样也可以采用两个具有同样速度的牵引辊对来牵引。
用于拉伸丝束的处理装置最好具有多个前后顺序设置的拉伸辊对，在所述拉伸辊对之间最好分别作用调整得不同的速度差。其中在至少一个处理路程中可以有利地设置一加热装置。
但是也可以设置多个设置在分别位于两个拉伸辊对之间的不同处理路程中的加热装置。
为了改善拉伸结果，将拉伸辊对的至少几个拉伸辊设计成可加热的。
按本发明的方法和按本发明的装置原则上适合于制造由所有聚合物，尤其是聚酯、聚酰胺或聚丙烯制成的短纤维。根据相应的聚合物类型选择用于蒸汽处理的蒸汽、蒸汽的过压以及喷嘴设置。同样用于拉伸丝束的处理装置内拉伸辊的速度以及加热和不加热的拉伸辊的数量可以自由选择。因此按本发明的方法和按本发明的装置在短纤维的制造上提供了高度的灵活性，所述短纤维的特征特别在于其在如纤度、延伸率和强度的性能上的高度的均匀性。由此还得到了可染色性的高度均匀性。通过按要求使用蒸汽处理还可以在拉伸后降低丝束的应力。
下面借助于几个实施例参照附图详细说明按本发明的方法和按本发明的装置。
附图表示图1示意性地示出一根据本发明的装置的第一实施例，图2示意性地示出按图1的实施例的用于蒸汽处理的加热装置，图3和4示出根据本发明的装置的另一个实施例。
具体实施例方式
图1中示意性地示出一按本发明的用于单级制造短纤维的装置的一第一实施例。该装置具有一纺丝装置1、多个顺次设置的用附图标号2、3、4、5和6表示的并在后面详细说明的处理装置以及一切断装置7。
纺丝装置包含多个纺丝工位。在本实施例中示出四个具有附图标号1.1、1.2、1.3和1.4的纺丝工位。在每个纺丝工位1.1至1.4分别由一种聚合物熔体纺制出一单丝束12。为此每个纺丝工位1.1至1.4的结构是相同的，从而以纺丝工位1.1为例对纺丝工位1.1至1.4的结构进行说明。
在每个纺丝工位1.1至1.4内通过一熔体输入部8在压力下向一纺丝喷嘴9输入一聚合物熔体，并通过纺丝喷嘴9的多个环形或矩形设置的喷丝孔挤出所述熔体。为此熔体输入部8最好直接连接在一纺丝泵(这里未示出)上。例如可通过一挤出器向纺丝工位1.1至1.4的纺丝泵供给熔体。在纺丝喷嘴下方设一冷却通道25和一连接在它上面的下降通道13。在冷却通道25中在单丝束12的内部设置一连接在一冷却空气输入部11上的吹气筒10。通过吹气筒10径向向外穿过单丝束12吹送冷却空气。
在下降通道13的端部设一预上油装置14，单丝束12的单丝条通过该装置上油和合并。
分别在纺丝工位1.1至1.4中产生的单丝束12被合并成一丝束15，并借助于一拉伸装置2将其从纺丝装置1中抽出。
在拉伸装置2和纺丝装置1之间设置一个具有多个上油辊16的上油装置3，通过该上油装置引导丝束15。
拉伸装置2包括多个前后顺序设置的拉伸辊对17.1、17.2、17.3和17.4。每个拉伸辊对17.1至17.4分别具有两个被丝束15多圈缠绕的拉伸辊19。以基本上相同的周向速度驱动一对拉伸辊对17.1至17.4的拉伸辊19。为了处理丝束15，以不同的周向速度驱动拉伸辊对17.1，17.2，17.3和17.4的拉伸辊，从而在在拉伸辊对17.1至17.4之间形成的处理路程内分别形成一速度差。通常这里在拉伸辊对17.1和拉伸辊对17.2之间的第一处理路程内调整到一大的速度差以拉伸丝束。在拉伸辊对17.2至17.4之间的后续处理路程内调整到较小的速度差或没有速度差。
在拉伸辊对17.1至17.2之间在位于它们之间的处理路程内设一处理结构18。所述处理结构18的结构和功能在后面详细说明。
在拉伸装置2后面设置一卷曲变形装置4。此卷曲变形装置通常设计成填塞箱卷曲变形装置，其中通过一个输送装置将丝束压入一填塞箱内。例如对于2D卷曲变形可以采用辊子作为输送装置，对于3D卷曲变形采用输送喷嘴作为输送装置。卷曲变形装置4后面设置有干燥装置5、拉伸调整装置6和最后设有切断装置7。是否使用一干燥装置取决于聚合物类型。
为了制造短纤维，在按图1的装置的实施例中在纺丝装置1中通过挤出器将例如聚酯或聚酰胺或聚丙烯熔化成聚合物熔体，并通过纺丝泵在压力下将所述熔体输送给各纺丝工位1.1至1.4的相应纺丝喷嘴9。纺丝喷嘴9在其下侧上具有多个环形或矩形地设置的喷丝孔，并分别挤出多个条状单丝。从纺丝喷嘴9中喷出的单丝条在冷却通道25内冷却后通过借助于吹气筒10产生的冷却空气冷却，并分别合并成一单丝束12。在下降通道13的端部单丝束12通过预上油装置14用上油剂润湿，并与相邻的单丝束合并成一丝束15。此外通过拉伸装置2将丝束15从纺丝装置1中抽出。在丝束15到达拉伸装置2的第一拉伸辊对17.1之前，丝束15在上油装置3内通过上油辊16再次调湿。但是也可以采用上油销进行调湿。接着在拉伸装置2内对丝束15进行拉伸，其中在拉伸辊对17.1和17.2之间调整到一速度差，该速度差使丝束在在拉伸辊对17.1和17.2之间形成的处理路程内被拉伸。这时在拉伸辊对17.1和17.2之间的处理路程内附加地用蒸汽处理和加热丝束15。
为了处理丝束15，设置在处理路程内的处理结构18按图2中示意性示出的结构形成。处理结构18具有一具有一入口24和一出口23的蒸汽室20。入口24和出口23在蒸汽室20内相对设置，从而可引导丝束15基本上沿直的路径穿过蒸汽室20。在入口24和出口23之间有一个或多个喷嘴22通入蒸汽室20内。喷嘴22与一这里未示出的蒸汽源连接。通过喷嘴22向蒸汽室20中喷出一处于过压下的蒸汽21。喷嘴22具有一最好直接指向丝束15的喷嘴孔26，从而蒸汽流直接到达丝束15上。蒸汽21具有至少80℃最多200℃的温度。
由于在蒸汽室内部蒸汽束的高能量，尽管丝束15的单丝条处于应力作用下，仍可实现对丝束15内的所有单丝条进行均匀和强烈的处理和加热。因此通过在处理路程内对丝束15进行强烈的蒸汽处理，可以在拉伸丝束时有利地控制拉伸点的形成。这里丝束15既可以冷地也可以预热地被第一拉伸辊对17.1的拉伸辊19抽出。
为了对丝束15进行进一步的处理，通过在图1中所示的拉伸辊对17.2，17.3和17.4进行一另外的处理。这里最好在拉伸辊对17.2和17.3之间同样作用一调整成对丝束15进行另一后拉伸的速度差。最好以相同的周向速度驱动拉伸辊对17.3和17.4，以使丝束15可松弛。
为了进一步的处理，被拉伸的丝束在卷曲变形装置4中卷曲变形。为此卷曲变形装置4最好设计成填塞箱卷曲变形装置，其中借助于一输送装置将丝束压入填塞箱内。接着将卷曲变形的丝束输送给一干燥装置5，并通过拉伸调整装置6以确定的张力将其输送给切断装置7。在切断装置7内将丝束15切断成短纤维。
为了由聚酯制造短纤维，在一产品示例中首先用纺丝装置1纺出总纤度约为13000den的丝束。在这里将丝束以200m/min的速度从纺丝装置1中抽出。为了拉伸丝束15，将拉伸辊对17.1和17.2之间的速度差调整到一4.7的拉伸比。拉伸辊对17.2和17.3之间的速度差形成一1.1的拉伸比。拉伸辊对17.3和17.4之间未调出速度差。丝束以1200m/min的速度从拉伸装置2中输出。为了对丝束15进行热处理，将第一拉伸辊对17.1加热到80℃，拉伸辊对17.2加热到125℃，拉伸辊对17.3加热到170℃，拉伸辊对17.4到120℃。
丝束以1220m/min的速度在卷曲变形装置4中卷曲变形，接着干燥并切断成短纤维。在第一试验系列中在第一拉伸辊对17.1和第二拉伸辊对17.2之间的处理路程中未进行其它的附加处理。而在第二试验系列中在处理路程中采用处理结构18。为此将具有6bar过压的饱和蒸汽通过喷嘴22引入蒸汽室20。蒸汽的温度约为160℃。
根据对物理特性如强度和延伸率的测量，可以确定数值明显的均匀化，测量数据的分散度可通过按本发明的方法改善20％至50％以上。特别是还可以实现单丝纤度均匀性50％的改善。
根据本发明的装置按图1的实施例的结构在处理装置的数量和选择上是举例性的。原则上存在引入附加的处理和处理级的可能性。对于根据本发明的方法和根据本发明的装置重要的是，在拉伸和松弛区内对丝束进行强烈的蒸汽处理。对于根据本发明的方法的结果重要的特别是单丝仅仅略微预取向的分子结构。
图3中给出根据本发明的装置的另一个实施例。这里图3仅示出具有总共四个拉伸辊对17.1至17.4的拉伸装置2。这里未示出的处理装置以及纺丝装置1和切断装置7相当于上述按图1的实施例。因此可参考上述说明，在这里仅说明区别之处。
在图3中所示的用于实施根据本发明的方法的一种变型方案的根据本发明的装置的实施例中，处理结构18设置在拉伸辊对17.3和拉伸辊对17.4之间的处理路程内。这个处理路程基本上不是用于对丝束15进行拉伸而是用于对其进行后热处理。但令人惊讶的是，这里也能实现对丝束物理特性更好的均匀化以及对单丝纤度更好的均匀化。特别是已经证明，在将拉伸辊对17.3和拉伸辊对17.4之间的速度差调整为0时，可以实现比采用造成丝束提前进入处理路程的速度差时更高的均匀性。因此丝束蒸汽处理的强度和均匀性受单丝应力状态的决定性影响。
因此按图4的实施例特别适合于，在一单级过程中制造优化的短纤维。在图4中所示的按本发明的装置的实施例同样通过拉伸装置2仅以局部示出。所有其它的装置相当于按图1的实施例，因此在这里参照上述说明。
在图4所示的实施例中在拉伸辊对17.1和拉伸辊对17.2之间的第一处理路程内设置一第一处理结构18.1。在拉伸装置2的出口处在拉伸辊对17.3和拉伸辊对17.4之间的最后一个处理路程内设一第二处理结构18.2。处理结构18.1和18.2具有在图2中所示的结构。这里对于处理结构18.1喷嘴这样定向，使蒸汽束沿丝束行进方向流动。与此相反，处理结构18.2具有这样的结构，即其中喷嘴在蒸汽室内产生一与丝束15行进方向相反地流动的蒸汽束。但是也可以将处理器18.1和18.2在结构上设计成相同的。
在按图1、3和4所示的实施例中处理结构的结构以及蒸汽处理的设置基本上取决于待加工的聚合物。因此最好由聚酯、聚酰胺或聚丙烯制成短纤维。
附图标记表1 纺丝装置1.1、1.2、1.3、1.4纺丝工位2 拉伸装置3 上油装置4 卷曲变形装置5 干燥装置6 拉伸调整装置7 切断装置8 熔体输入管9 纺丝喷嘴10吹气筒11冷却空气输入管12单丝束13下降通道14预上油装置15丝束16上油辊17.1、17.2、17.3、17.4拉伸辊对18处理结构19拉伸辊20蒸汽室21蒸汽22喷嘴23出口24入口25冷却通道26喷嘴口
权利要求
1.用于熔融纺造和切断一丝束以制造短纤维的方法，其中由一聚合物熔体纺出多个单丝条并将所述单丝条合并成丝束；在纺出后和切断前在多个处理装置中连续地处理所述丝束，其中在至少所述处理装置中的一个中通过多个拉伸辊引导丝束以进行拉伸，且在在拉伸辊之间形成的处理路程中用一种流体处理丝束，其特征为丝束被引入一蒸汽室，以在处理路程内进行处理和加热，并且将所述流体作为处于一过压下的蒸汽借助于一喷嘴引入蒸汽室。
2.按权利要求1所述的方法，其特征为由喷嘴产生的蒸汽束在蒸汽室内直接指向所述丝束。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征为所述蒸汽的过压被调整到2至12bar的范围内的一个值。
4.按权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征为蒸汽是一种饱和蒸汽或一种过热的干燥蒸汽并具有一处于80℃至200℃范围内的温度。
5.按权利要求1至4之任一项所述的方法，其特征为通过在处理路程内作用在丝束上的拉伸辊的速度差以一在0至6的范围内的拉伸比拉伸所述丝束。
6.按权利要求1至4之任一项所述的方法，其特征为所述丝束通过在处理路程内作用在丝束上的拉伸辊的速度差以一提前量引入处理路程。
7.按权利要求1至6之任一项所述的方法，其特征为所述丝束附加地通过至少一个在蒸汽处理前或蒸汽处理后的加热的拉伸辊或附加地通过一设置在后面的第二蒸汽处理加热。
8.用来实施按权利要求1至7之任一项所述的方法的装置，具有一用来熔融纺造丝束(15)的纺丝装置(1)，多个用来处理丝束(15)的处理装置(2、3、4、5、6)和一用来切断丝束(15)的切断装置(7)，其中处理装置之一(2)具有多个用来拉伸丝束(15)的拉伸辊(19)并在处理路程内具有一带有流体(21)的处理结构(18)，其特征为处理结构(18)设置在处理路程内相邻的拉伸辊(19)之间，处理结构(18)由一蒸汽室(20)和一通入该蒸汽室(20)的喷嘴(22)构成，所述喷嘴(22)将流体作为处于过压下的蒸汽(21)引入蒸汽室(20)。
9.按权利要求8所述的装置，其特征为蒸汽室(20)具有一入口(24)和一出口(23)，可穿过所述入口和出口引导丝束(15)；并且喷嘴(22)以一蒸汽室(20)内的喷嘴口(26)指向丝束(15)。
10.按权利要求8或9所述的装置，其特征为蒸汽(21)由饱和蒸汽或过热的干燥蒸汽形成，所述蒸汽具有一处于80℃至200℃范围内的温度。
11.按权利要求8至10之任一项所述的装置，其特征为用于拉伸丝束(15)的处理装置(2)具有多个分别由两个同样地驱动的拉伸辊(19)组成的拉伸辊对(17.1-17.4)，其中一第一拉伸辊对(17.1)设置在纺丝装置(1)后面，以将丝束(15)从纺丝装置(1)中抽出。
12.按权利要求11所述的装置，其特征为在相邻的拉伸辊对(17.1，17.2)之间形成处理路程，在所述路程中作用一在拉伸辊对(17.1，17.3，17.4)之间调定的速度差；在第一拉伸辊对后面这样地设置多个其它拉伸辊对，以形成多个处理路程；并在至少一个处理路程内设置处理结构(18)。
13.按权利要求12所述的装置，其特征为设置多个分别设在所述处理路程之一内的处理结构(18.1，18.2)。
14.按权利要求11至13之任一项所述的装置，其特征为至少一个拉伸辊对(17.1-17.4)的拉伸辊(19)设计成可加热的。
全文摘要
本发明设计一种用来熔融纺造和切断一丝束以制造短纤维的方法和装置。其中借助于一纺丝装置纺造多个单丝并将其合并成一丝束。在多个处理装置中进行多次处理后，丝束在一纺造后的连续过程中切断成短纤维。在处理装置之一中丝束通过多个拉伸辊引导和拉伸，这时在一在拉伸辊之间形成的处理路程内用流体处理所述丝束。为了特别是改善在单级过程中在纤维的物理特性上不均匀的问题，按照本发明用蒸汽处理丝束。为此丝束在拉伸辊之间的处理路程内穿过一蒸汽室，一喷嘴通入所述蒸汽室，所述喷嘴将在一过压下的蒸汽引入蒸汽室。
文档编号D01D10/02GK1662682SQ03814537
公开日2005年8月31日 申请日期2003年7月1日 优先权日2002年7月10日
发明者H·舍特勒, S·里克茨, C·福格特伦德, M·申肯, A·科特 申请人:苏拉有限及两合公司