用于热处理纤维的装置和方法

专利名称：用于热处理纤维的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一个用于冷却合成单丝的冷却管，其在一个纺织装置中垂直安置在纺丝嘴的下方，它的壁部设有径向指向的开口，其用于冷却气体。
这种冷却管在EP93108161以及US-PS5056104中公开了。该冷却管垂直安置在纺丝嘴的下方。
在EP93108161中描述的纺丝设备，和纺丝嘴排出的纤维单丝通过冷却管，然后被握合成一个长丝。
由于纤维单丝速度的原因，在冷却管中产生一个负压。通过在冷却管内腔和周围环境之间的压力差，周围空气则通过冷却管多孔的或打孔的侧壁流入此管内部。
在US5056104的纺丝设备中，冷却管安置在纺丝嘴的下方。该纺丝嘴一孔分布在一个圆上。该冷却管如此安置，即由嘴孔排出的纤维包围住冷却管。为了冷却作用，空气在冷却管之不同的(轴向)延伸段径向流出。
在合成纤维纺丝时必需的冷却作用特别和纤维单丝的数目及质料，单根长丝的粗度，纤维的速度和其它因素有关。
本发明的目的是，解决冷却管的结构设置，以使其可以简单地适应于不同的处理任务。
本发明这一目的按照发明要求通过权利要求1特征部分的装置解决的。即，冷却管的壁部由重叠安置的环形元件构成，该元件以间距重叠安置，使得两个相邻元件的相互面对的限界表面构成其结构为环形气体通道的径向指向的开口。本装置有利的变型方案是从属权利要求2至21的技术方案。在本专利(申请)中概念术语“纤维”和“单丝”被用作同义词。长丝则由数个单丝组成。
气体通道的几何结构取决于所述元件的几何形状和数个元件的间距。通过元件相应的结构设置，就可以使流入的流体关于流通量，流动形式和流动方向和要求相适应。该装置可以由多个不同结构的元件构成。流体的流动比例可以在处理行程上是改变的。
本发明冷却管由环形的或超环面的元件构成。这些环形的元件基本上是相同大的(尺寸)，这意味着，本发明元件通过其轴向上依次地安置可以构成一个冷却管的壁部。该元件相互以间距安置，因此，在两个相邻的元件之间形成一个环形的隙缝(气体通道)。应该提及的是，这种气体通道的环结构通过单个相邻元件间的间距架会被中断。这个冷却管的长度是通过元件的数目和轴向厚度以及相邻元件的间距确定的。可向单丝输送的空气量则特别地取决于元件的数目和相邻元件间的间距。
用于单丝的纺丝嘴孔一般按照一个确定的模型图案均匀地分布在一个圆形表面上。为了在这种纤维束中实现对称的冷却关系设置了权利要求2的结构方案。
按照本发明的冷却管之特征是，气体通道可以设置成不同的几何结构形状。
因此，径向的空气流可以设置成基本上与纤维束相垂直和不产生输送作用(权利要求3)。在权利要求4的结构方案中，每个环形的空气流将导致，由纤维携拉并被加热的空气外套被切断和由新鲜的冷却空气来代替。
同时，该环形的冷却还可用于提高作用于纤维上的纤维牵拉力(权利要求6)或者用于纤维的输送作用(权利要求5)。
为了影响每个单独输入的空气流的流动比例，设置了权利要求7的实施方案。通过相邻元件之限界表面的突起结构可以使气体通道(在冷却管的轴向截面中看)是喷嘴形的例如拉瓦尔喷嘴型式的结构。在权利要求8的结构方案中可获得一个很均匀的较小压力差的冷却气体流。这个结构方案可特别考虑所谓的“自吸冷却管”，正如以后结合权利要求11还要讨论的。
作为冷却气体尤其要考虑大气的空气也就是纺丝车间(工场)的室内空气。同时，按照权利要求10的结构方案，冷却气体量可以通过予先确定外部的空气压力而控制并和需求相适应。在这个结构方案中，仅仅是第一和最后元件基本上为压力密封地装配在压力容器的上侧及下侧(端)中，而所有其余的元件则是在它们间相互有间距地叠置。
还有此处可能的是，可更换中间元件，同时不明显的改装压力容器就能适应存在的冷却任务。
如已提及的，该冷却管特别能实现一个这样的纺丝和冷却，即新纺出的纤维可携拉很多空气，以致在冷却管中产生一个负压和因此形成一个连续的从外向里的冷却流。同时，该纤维最好以高于3.500m/min的抽出速度从纺丝嘴中抽出。在一个优选的实施方案中，这个抽出速度处于或者高于5.000m/min。在这一情况下，该冷却管被大气的空气所包围。如公知的纺丝装置所公开的那样，此处该冷却管可以安置在一个负压箱中，同时，负压如此产生，即室内空气的空气输送是可控制的并且适应于希望的需求。
如已提及的，通过本发明还可以使US5056104的冷却管得以发展变型。在这种冷却原则，冷却作用基本上通过对着纤维径向施加的空气流完成和仅仅以被动的程度通过携拉的空气来实现。因此，多个盘形或锥面形的空气流的控制，对于在新纺出的纤维形成最佳的温度梯度分布有特别的意义。依此，通过本发明冷却管的高度柔韧性，冷却管就能非常恰当地适应于这个冷却原则(权利要求12)。
在元件之间的间距可以这样实现，即元件固定安装在支架上或一个支架中。该气体通道的尺寸确定是特别简单的并按照权利要求13通过间距架实现精的规格尺寸。同时，可以涉及安置在两个相邻的元件之间的单独构件。而且还可以在元件相邻的限界表面上构成这种形式的间距架。
为使元件数目和气体通道的宽度有较高的柔性设置了权利要求14的结构方案。在这种轴向导引结构中，例如可以涉及两个或多个杆件，它们以轴线与冷却管轴线平行定位。在这种情况下，每个元件具有导引套，导引孔或导引轴瓦，借助其，元件就可穿置在杆件上和在杆件上导行。通过例如元件的螺纹结构，这些单个的元件就可以相对相邻元件为予先确定的间距固定在杆件上。
按照本发明的冷却管(在一个正常实施方案中)是筒形和最好是圆筒形结构。这也适用于它的外圆周，而且还适用于它的内圆周。通过这个正常结构的不同变型，又可以影响冷却管中的流动关系和冷却关系。这一点在本发明冷却管情况下可以在另一结构方案中以很简单的方式如此实现并能补充地组装在该纺丝设备中，即应用的类似元件具有不同的流通横截面。在权利要求16的结构方案中，流通横截面在纺丝方向上是扩大的。因此，在冷却管中就产生一个变强的负压作用，结果可吸入一个增大的冷却气体量。这种结构方案又特别适合于权利要求11的冷却原则。
特别为了实现一个对长丝质量有利的良好的长丝运行稳定性，冷却空气通过开口应是无涡流地导入冷却管的内部。
冷却流体的输入可以在冷却管中产生抽吸作用的基础上实现。还可能的是，如现有已建议的，借助鼓风机将空气输入到冷却管中。
通过适当元件的组合方式，用于冷却流体的开口横截面就可以如此结构设置，即该横截面朝冷却管内部的方向为收敛的。依此，就可以影响冷却空气流的速度和型式，进而就可以在冷却管的内部产生确定的紊流的流动状态。这种强制的紊流作用是为了在冷却流体流中引起可抽吸附加空气的压力差。
所述间距架，对于冷却空气来说产生一个流动阻力。为了消除间距架对纤维冷却的影响，这些间距架最好应该错位安置。这种错位的配量结构可导致，所述纤维只是短时间地和在不同的位置上受到流动中断的影响。此外，间距架在流动方向上应该具有一个对流动原理有利的横截面。
本发明冷却管的结构方案还具有优点是，生产制造特别简单和便宜，因为用作冷却管的不再是多孔的或打孔的管件，而是由元件组装的冷却管。
该间距架还可以用于元件的固定架。它们也可以是元件是各个元件一个整体的构件。
除了冷却气体的流动比例改变以外，还可以规定冷却气体的温度变化。按照目的要求可以是，在入口截面区域中，流体以提高的温度流入处理行程。通过这一措施，在纺丝嘴的热量损失就减小了。同时还确保，纤维材料不发生结晶现象。然后，流体的温度在处理行程的方向上下降。这种下降可以是连续的或者跳跃式的。下面，应用的概念冷却空气和冷却管对于热处理的流体和装置来说是同义词。为了实现冷却气体的加热，可以加热一个元件或多个相邻的元件。
在权利要求17的结构方案中，可以实现一个生产(量)提高。就此参见专利申请19504422.3(贝格2306)和由此在先的公开内容。
已经表明，在抽出速度和随之可实现的拉伸比例之间存在一个物理的依赖性。这个依赖性是如此确立的，即通过在此情况下高于2.000m/min的高抽出速度可实现分子链的一个予取向。同时，按此方式予取向长丝(POY)的极限伸长和依此相关的拉伸性就要减小。对于聚酯长丝(聚对苯二甲酸乙二酯等)和聚酰胺长丝(尼纶6和尼纶6.6)，所述的物理依赖性基本上可从DE-C225499.8(贝格854)的图解曲线得到。当下面谈及一个“正常的抽出速度”和/或一个“正常的拉伸比例”时，则如此认为一个拉伸比例，即，要遵守这个图解曲线的关系，也就是说，予取向的长丝是按照传统的方式而不是按照本发明原则纺出的。
这种物理的依赖性和生产的长丝终端纤度共同决定了生产力的限界。该生产力又可以在输送量上测出(每个单位时间内的熔化物量)。
在一个纺丝—拉伸和卷绕程序中，抽出速度的提高、不会相应地提高生产力，因为随着抽出速度的提高，拉伸性就下降了，结果抽出速度只有很小变化或者甚至不变化。
在这样连续的纺丝—拉伸和—和卷绕程序中，长丝直接在纺出以后导入一个拉伸级和通过该拉伸级之后进行卷绕。
在一个断续的生产过程中，在纺丝级后连接一个卷绕工序。然后这样生产的筒管输入到一个拉伸机械中。并在通过该拉伸级之后又进行卷绕。由此，以熔化物排出的输送量可得出，在给定的抽出速度和拉伸度情况下，肯定达到的终端纤度。由于物理的依赖关系，在传统的生产方法中，对于长丝是通过熔化物纺出一个予取向的长丝和随后拉伸的情况来说，不可能实现明显的生产力提高(对比在国际纺织公报ITB1973S，374中的文件“纺丝拉伸—快速纺丝—拉伸变形”)。
在一个连续的生产方法中，根据希望的所生产长丝的终端纤度和希望的输送量就可获得长丝的卷绕速度，其基本上和拉伸装置的终端速度相一致。通过规定一个希望的拉伸比例，就可获得长丝从纺丝嘴的抽出速度或者反过来通过规定一个希望的抽出速度就可在两种情况下根据给定的物理关系获得拉伸比例。通过权利要求17的措施，就可能在额定值的范围内实现一个生产力的提高，因此处所述的在抽出速度和拉伸性之间的物理关系是可以被破坏的。
如果人们基于一个断续的生产方法，其中，长丝在纺丝级中纺出和卷绕并接着在拉伸级中被拉伸和再被卷绕，那么可以想到下面的优选方式一种方法要求，拉伸比例保持在确定的限界内。这一点特别在拉伸变形情况下是存在的。在此拉伸变形中，一方面终端产品的性质，而且变形的可靠性都取决于，选出一个适当的拉伸比例。否则的话，这种多纤维的长丝在假捻—变形中不能承受载荷。因此导致单根长丝的断裂。一个不适宜的拉伸比例不仅意味着所生产长丝的质量下降，而且还意味着，由于单丝断裂可导致程序中断的危险。
在另外的生方法中，期望纺丝程序内的临界比例。此处，抽出速度规定适当的限界内。该抽出速度必须如此选择，即予取向的长丝可以可靠地和无单丝断裂地生产。这一点特别在高强度的长丝或者具有很多根单丝的生丝情况下是必要的，其中，由于很大的空气摩擦作用存在着单丝断裂的危险和因此导致长丝的质量变坏或者纺丝程序的中断。
在两个优选方案中，可以通过提高输送量实现生产力的提高，同时，在一个方案的纺丝级中，长丝不以提高的卷绕速度卷绕，但是以子取向长丝的加大的纤度进行卷绕，并且在拉伸级中以加大的拉伸比例拉伸。此处，在拉伸级中还可在不变的终端纤度情况下获得所生产长丝长度的增加。在另一个变型方案中，输送量的提高导致在纺丝级中卷绕速度提高的结果。随后的拉伸如传统的普通方式一样地进行。
应用权利要求17至21结构设置的冷却管之重要意义在于，从纺丝嘴之嘴孔排出的熔化物股之液熔状态还要保持一个(尽管较短)距离，所述熔化物股接着变成单根单丝。这种状态可以通过权利要求20的措施得到加强。
在建议的解决方案具有的优点是，不需要改变原来的纺丝装置，而加热行程则可以任意地加长和与要求相适应。
所要力图的是加热纺丝嘴平板的下侧部提高大于5℃，最好为5至30℃。在实验中，该加热作用处于大约10℃。
可以想到，与纺丝嘴相邻的多个元件可以被加热。依此，单丝液熔状态的距离就会延长。
为了实现此处产生的热量比输送给纺丝嘴(板)而言较少地输送给长丝，该加热的元件应该以适当的方式配置，特别应按照权利要求20的方案设置。因为熔化物已经以高的温度提供，所以纺丝嘴也已经具有一个处于熔化物温度范围内的温度。为使纺丝嘴加热到一个更高的温度，该加热的元件必需达到一个相应的温度。这一点则要求元件的一个直接加热方式，其特征可以按照权利要求18或19来实现。
在这个构方案中的冷却管特别适于生产很精细的长丝，亦即微细长丝。适用于此的冷却管结构方案可由权利要求21获得。
本发明冷却管，特别按照权利要求11或17的实施方案，具有一个最好在540和1650mm之间的长度，以便纺制一个约0.5至约2DPF的单丝纤度。最好，单丝在一个单丝纤度约0.5DPF情况下通过一个在540和770mm之间，最好在600和700mm之间之长度的冷却管。
在单丝纤度约2DPF情况下，单丝应通过一个这样的冷却管，它的和蔗在1.170和1.650mm之间，最好在1.300和1.500mm之间。
下面借助附图中的实施例阐述本发明，附图中


图1是生产一种光亮长丝的连续纺丝—和拉伸程序简图；图2和3是一个两级工艺简图用于纺丝处理一个予取向的光亮长丝和接着在第二个程序级中使予取向的长丝拉伸变形；图4是冷却管第一实施方案的纺丝装置完整截面简图；图5是压力可调的冷却空气输入装置的实施方案；图6是带有冷却管另一实施方案的纺丝装置完整截面简图；图7是通过喷丝板区域的截面图，并带有冷却管的被加热的元件；图8a和8b是一个用于在一个纤维束中央并径向输入冷却空气的实施方案；图9和9a是一个冷却管第三实施方案局部截面图；图10，10a是一个冷却管第二实施方案局部截面图；图11、11a是一个冷却管第五实施方案局部截面图；图12、12a是一个冷却管第四实施方案完整截面图；图13是一个冷却管第七实施例方案完整截面图；图14是一个冷却管第六实施方案完整截面图；图15-18是一个冷却管元件的实施例；图19-21是流动通道和元件的结构详图；图22是一个曲线图解，它表明对于具有不同长丝—纤度的予取向聚酯长丝来说，对应于表格1的拉伸速度和极限伸长之间的关系曲线；图23是一个曲线图解，它表明在规定的对喷丝级之热量输入情况下，极限伸长的提高与生产的长丝终端纤度之依赖关系；图24是图表。
下面描述的方法适于稳定的由聚酯或聚酰胺或聚丙烯制成的长丝之纺丝处理。作为聚酯特别要考虑聚对苯二甲酸甲二酯。作为聚酰胺特别要应用尼纶6(贝纶)和尼纶6.6。应强调说明的是下面的方法数据适用于聚酯。它们相应地适用于聚酰胺长丝，但具有通过试验确定的偏差。
下面描述该纺丝方法。
这个纺丝方法的描述，虽然适于所有实施例(图1至图8)，但有明显说明的偏差时例外。
一个长丝1由一种热塑性材料纺出。该热塑性材料通过一个填充装置送入该挤压机3中。该挤压机3通过一个电机4驱动。该电机4通过一个电机控制装置8进行控制。在挤压机中，该热塑性材料被熔化。为此，一方面设置变形工作，它通过挤压机施加给材料。另外，设置一个加热装置5，其为电阻加热的结构。它通过一个加热控制装置43进行控制。通过熔化管道，该熔化物到达齿轮泵9、它由泵电机44驱动。在泵前的熔化物压力通过压力传感器7检测和通过将压力信号回送到电机控制装置8而保持常数。
该泵电机通过泵控制装置45如此控制，即泵转数是可以精确调节的。该泵9将熔化物流输送到加热的纺丝箱10中，在其下侧置有位于一个纺丝罐53中的纺丝嘴11(图4)。该熔化物从纺丝嘴11中排出就形成精细的单丝＝纤维12。
作为纺丝嘴是一个平板带有多个纺丝嘴孔，通过这些孔和中排出一个单丝12。该长丝绞通过一个冷却筒14(冷却管)。在冷却筒14中通过吹风装置15将一股空气流径向对着长丝束吹和冷却。
该冷却筒在图1，2中仅简化地作了描述。它是按照本发明设置的。对此详细结构可从图4至21中获得。
在冷却筒14的端部，该单丝束通过一个给油(整理)辊13被握合成一个长丝1并备有一种整理液体。该长丝从冷却筒14出来并被纺丝嘴11通过一个牵伸导丝盘16所牵拉。该长丝多次围绕该导丝盘。为此设置一个相对导丝盘16交错安置的过绕滚17。该过绕滚17是自由可转动的。该导丝盘16则通过导丝盘电机18和频率发送器22以予先于调节的速度进行驱动。这个牵拉速度比单丝从纺丝嘴11的自然的排出速度高许多倍。
通过调节该频率转换器22的输入频率就可以调节牵拉导丝盘16的转数。由此，从纺丝嘴11来的长丝1的牵拉速度就确定了。
至今的描述还等同地适用于图2的纺丝方法。对于图1过程简图的牵拉阶段(级)的纺丝方法适于如下该牵拉导丝盘17后跟一个带有另一个过绕滚20的拉伸导丝盘19。两者就其结构与带看过绕滚17的牵拉导丝盘16相一致。为了驱动拉伸导丝盘19设置带频率发送器23的牵拉电机21。该频率发送(转换)器22和23的输入频率通过可控的频率发送器24可均匀地予先确定。以此形式和方法就可以在频率转换器22和23上个别地调节牵拉导丝盘16及拉伸导丝盘19的转数。该牵拉导丝盘16和拉伸导丝盘19的速度可与此相反地在频率转换器24上共同地调节。
从拉伸导丝盘19，该长丝1到达所谓的“顶端导丝器”25和由此到达往复三角26。
下面的描述以相同方式涉及图1至8程序的卷绕级。在附图中未描绘往复装置。
同时，涉及一个可逆螺纹辊和一个其中导行的往复导丝器，它在筒管33的长度上于长丝中往和返地导行。而且，在往复装置27后长丝缠绕一个接触辊28。该接触辊28靠置在筒管33的表面上。它用于测量筒管33的表面速度。该筒管33在一个轴套35上构成。该轴套35在一个筒管心轴34上张紧。该心轴34通过心轴电机36和心轴控制装置37如此驱动，即筒管33的表面速度保持常数。为此，作为调节参数，可自由的接触辊28的转数是在接触辊29上借助一个磁铁的嵌入件30和一个磁性的脉冲发送器31进行扫描检测和调节的。
在图1的程序中，通过心轴控制装置37的调节，就可以使卷绕速度与拉伸导丝盘19的圆周速度相协调。
在图2的实施方案中，从牵伸导丝盘16退绕的长丝直接导行到顶端导丝器25和进入往复三角26中。此处，发生一个以相应的方式在筒管(轴)33的圆周速度和牵拉速度之间进行的协调工作，所述牵拉速度是通过牵拉导丝盘16予先想定的。
在两种情况下，该由接触辊28扫描和调节的筒管33的圆周速度稍稍低于予先规定的牵拉导丝盘16及19的圆周速度。被卷绕的长丝与几何(轮廓)的总和有关由筒管33的圆周速度和未描绘的往复装置27的往复速度获得。
图3简明表明一个与图2方法相连接的拉伸—变形程序。该筒管3带有按照图2的纺丝程序生产的长丝并安置在一个拉伸—变形机之前。该予取向的长丝则通过导丝器38导行到一个入口输送装置39，从此处通过加热器46，再通过冷却轨47和通过摩擦—假捻器导送到出口输送装置50。接着，长丝卷绕在筒管52上。该输送装置39和50以不同的速度驱动。因此在这些输送装置之间的假捻区中，在加热和假捻—变形的同时发生必需的拉伸作用。
下面按照图4至8的方法再一次共同地描述一下冷却管。由于另外的具体细节可参见图1-3。所以图4的方法仅突出说明缺少的导丝盘。该长丝通过高速，最好为3.500(米/分)或更高速度的卷绕机从纺丝嘴拉出和因此同时被拉伸。
从纺丝头10，使一定剂量的聚合体—熔化物输入到纺丝嘴11中。该纺丝嘴11包括一个带数个排出孔的平板，通过排出孔各排出一个单丝12。在纺丝嘴11的下方安置冷却管14。该单丝12贯穿该冷却管14并通过一个在冷却管14下方安置的导丝器60握合成一个长丝1。通过一个射流喷嘴61，该长丝导行到卷绕头62。
该冷却管14包括多个上下安置的环形元件63。在两个相邻的元件63之间分别安置一个间隔架64，因此，在两个相邻的元件63之间形成一个开口(环形的气体通道)65。通过开口65，空气流向单丝12。该空气将单丝12冷却。然后该空气通过排出口66流走。
该环形的元件例如是钢环。该环具有一个在圆周上保持相同的横截面。此处该横截面是在一个轴向平面内的截面，亦即在所述元件的管轴线及环轴线所处平面内的横截面。
该冷却行程的长度，其基本上与冷却管的高度相一致，它可以通过元件的数目和两个元件之间的距离并根据冷却要求作适应地设置。最好，该间距计为0.5和3mm之间，特别好为1mm。冷却流的速度和形式可以通过开口65的流通横截面以及环的宽度加以影响。
在按照图4至8，14，18的冷却管实施方案中，该环形的元件就其横截面而言，也就是说，在相对该元件环轴线的轴向截面中具有一个矩形的横截面。同时，该开口65的流通横截面是不变的。另外得出，该环形的在元件63之间形成的气体通道65具有水平的限界壁。该气体通道亦即相对于元件和冷却管的垂直环轴线是精确径定位的。
在图9至10的实施方案中该元件—在相对环轴线78的轴向平面内—具有一个梯形的横截面。在图10的实施方案中，它们(元件)是从里往外变厚的。因此，气体通道65的流通横截面在空气的流动方向上、亦即从外向里是收缩变窄变化的，这种收敛结构的结果，该流动速度提高了。
所述元件在轴向截面中的横截面中以如图9所示为从外向里是锥形减小的。在这种情况下，空气流入该冷却管的速度是减小的。
在图9中，描述的实施例，流动横截面是从里往外增大的。该元件63具有一个垂直于环平面的梯形的横截面。该间距架64在图9的实施例中是错位安置的。这一点可以导致一个均匀的单丝冷却作用。
该长丝运行的速度是很有特点的和表现在，它有先是相对较低的、然后是很猛烈地增大。为了在冷却时补偿这一效应，则冷却气体在长丝运行方向上的流通量是可以改变的。也就是说，可以要求，冷却空气流和长丝束的温度分布相适应。为了依据长丝运行速度或者一个单丝束的温度分布来控制冷却控制流可以规定，该单丝是如此构成的，即冷却筒的内横截面在长丝运行方向上是增大的，如图12所示。因此，该内横截面＝元件的通道横截面是扩大的。
代替改变冷却管之冷却通道的内横截面，按照图11规定，元件63相互间的间距设置为不同的。
在单丝运行方向上，各个相邻元件63间的距离是减小的。
可以必需的是，该冷却空气不是垂直于长丝运行方向74，而是相对长丝运行方向74为一个夹角α流入该冷却管中，如图9，11，15，19，20。如果空气对着长丝运行方向流动如图10，那么就可导致，单丝的空气摩擦增大，因此，用于长丝卷绕的拉力就提高。一种相对长丝运行方向为一个夹角地流入该冷却管的流动，如图11，15，19则长丝拉力就减小，借助该拉力，使握合成长丝的单丝从纺丝嘴中抽出。
概述的内容参见如下通过所述元件就其横截面(相对冷却管轴线的轴向平面而言)的结构设置气体通道的形状和/或方向就可以确定。可使在径向上看气体通道的轴向宽度是变化的，该方向是通过中央平面73确定的，它如图19-21特别表明的那样。同时作为中央平面，标志为盘形的或锥面形的平面，它在构成气体通道的元件限界表面的所有点上具有相同的间距。因此，该间距可以在相对管轴线的(轴线)平行方向上测得。在每种情况下，该气体通道具有一个相对管轴线为径向的流动分量和在特殊情况下还有一个相对管轴线平行的和纺丝方向相反或相同的流动分量。
这些单个的元件可以放置在间距架上。为了安置这些元件，它们还可以固定在一个保持架上，因此，相邻的元件有一个间距。首先，在保持架情况下涉及一个轴向导引装置，它与管轴线平行配置。为此每个元件63边缘侧至少具有一个通孔，通过该孔，总有一个作为轴向导引装置的杆67延伸。在图14描绘的实施例中，设置两个杆67。这些杆67在端侧可以设有螺纹结构。然后该元件63可以在两个拧入杆67相应端部的螺母间张紧。
代替杆件，该间距架64在相对管轴线78的轴向平面中具有一个这样的横截面，它与元件的横截面相适应以及与在相邻元件间构成的气体通道之横截面相适应。这些间距架在冷却管的圆周方向上具有较小的延伸距并与元件63分别形成一个结构吻合的连接(图13)。
开口65的流通横截面可以通过元件63不同的几何结构来实现。在图14和图15该开口65的流通横截面是常数。但是进入冷却管的流入方向是不同的。
在图10、13、16中通过元件63的横截面形成一个环形的并为喷嘴形的流动通道，该喷嘴结构使得流入的空气加速。
为此，该相邻的并相互面对着以构成气体通道的元件63之限界表面相互间以凸起的拱结构相对设置。相应的元件横截面形状在图13，16和17中表明。同时，不仅气体通道本身为利于流动的结构设置。通过按照图16元件的横截面具有在流动方向上为收敛方式的滴状结构或者按照图17的横截面为透镜形状就可以实现，要环流过该元件的空气仅仅存在(发现)一个较小的流动阻力，因此，还在冷却管外部压力和管内压力间较小的压力差情况下，获得一个足够的流通量。
借助图4，6描述一下带冷却管的纺丝设备，其中，一个位于外部压力和内部压力之间的压力差是如此产生的，即该纺出的单丝由于其从纺丝嘴抽出时为很高的速度故携带走一个很大的冷却空气量，因此，在冷却管的内部一个负压。这种形式的实施方案是以一个确定的抽出速度为先决条件的。这个抽出速度至少为3.500m/min(米/分)。最好是抽出速度超过5.000m/min。在此情况下，产生另外的优点是，该纺出的单丝具有一个足够的定向度和不必再经受一个另外的后拉伸处理。这样生产的筒管就可立即送去进一步加工处理。以此形式和方法，还可以特别地纺制微细单丝。已经表明，此处的冷却管长度必须非常敏感地适应于纺出的单丝纤度。对此，按照本发明的冷却管是特别适宜的，因为，就其长度而言，通过另外的环形元件的间距或接合是很容易调节变化的。同样，冷却空气量通过调节隙缝宽度是可以控制的，然而在这种情况下，对流通量起作用的压力差却是不可的。具有单个纤度为0.5DPF的单丝(dtex/单丝＝DPF)需要的冷却管长度为540和770mm之间，最好在600和700mm之间。具有单个纤度为2DPF的单丝需要的冷却管长度为1.170和1.650mm之间，最好在1.300和1.500mm之间。
在图4和7中描述了圆筒式冷却管，它包含在一个压力箱75中。而且这个冷却管的结构设置，如借助图9至21在描述的一样。上述和下边的元件是密封地安置在压力箱75中的。在其间安置另外的带相应的间距架和尽可能为轴向导引结构的元件63，它们共同构成圆筒的冷却管。该压力箱75通过输入管76施加压力空气例如借助一个鼓风机。因此，冷却管从外边向里边流入冷却空气。特别关于气体通道和元件的横截面形状以及间隔架和轴向导引结构的配置，前面的描述说明可作完全的内容参考。
至今已描述的实施方案是，单丝12在冷却管14中运行。但是该冷却管14还可以应用于所冷却的单丝是沿着冷却管的外表面上运行的。
这一点在图8中作了描述。在图8b中的喷嘴板是在下面观察得出的。由此产生，该单个的喷嘴孔安置在一个或多个对中的圆上。在纺丝嘴的下方并和上述圆对中地置有该冷却管。冷却管又由单个的环形元件所构成，如前面关于形状，横截面和气体通道结构已经描述的那样。
在两个相邻的元件之间，分别设有间距架，为的是在两个相邻的元件间各构成一个开口65。通过开口65，让空气流向单丝12。
该元件最大的外直径要小于上面置有喷嘴孔的最小圆。这些元件就其外直径在纺丝方向74上是逐渐变小的，因此，冷却管或包封的表面是一个在纺丝方向上收缩的锥形外周面。
该冷却管的上端侧，亦即和纺丝嘴相邻的端部是通过一个平板77封闭的。同样，该相反对置的端则用一个平板77封闭。而且，在这个平板中通入空气输入装置76，通过它，将压力空气用一个鼓风机送入。这与冷却管对中的锥面形导行的单丝则在冷却管的下方借助一个导丝器握合成一个长丝。这个锥面形的单丝仅仅在其圆周的一个位置上通过空气输入装置76而被中断。该单丝必须相应地绕行偏移。这些单丝的冷却则通过空气流完成，亦即这些从里向外基本上径向对着单丝吹的空气流对其冷却。
在图6中简化描述了一个冷却管的实施形式。其与图5的相应部分一致。因此，说明也适用于此处。另外，紧邻纺丝头10安置的元件68是可以加热的。这一点例如借助一个电阻加热器69来实现。该电阻加热器是一个在元件中嵌置的电阻丝或电阻棒。该电阻加热器69通过连接导线70与一个未描绘的电源相连接。还可能的是，设置多个加热元件。是否设置这样的元件，要视对该装置关于在单丝12的处理行程内所希望的温度分布之要求而确定。但是首先要因此可以对纺丝嘴11加热。
一个类似的实施方案是借助图7描述的。此处当然又是冷却管(作为例子)安置在一个压力箱中，如以前借助图5已描述的。因此关于图5的说明可以全内容地参考，而且同样可以参考图6的说明。该加热的环形元件68具有一个辐射表面58，其对着纺丝嘴11指向。这一点也适用于图6。在那里，该元件之部分对着纺丝嘴的上侧面用作辐射表面。在图7的实施方案中与此相反，该里边的限界壁用作辐射表面，但是此处其是设置成锥尖向下的锥形结构。通过元件68的加热和到纺丝嘴11方向上的辐射作用，它就被加热。这就意味着一方面对处于聚合物熔化温度下的纺丝嘴的冷却就可避免了。而且另一方面还可力争一个温度提高。另外，该冷却管的结构设置，如前面已经描述的那样。被加热的元件，除了辐射表面58是嵌置在一个绝缘材料中的。
关于这种加热装置的意义可从下面的实施例说明获知在图1中描述了一个连续的纺丝—拉伸—程序。在这个程序中，由卷绕速度和输送量产生最终纤度。
例如可以生产一种具有终端纤度为2旦单丝纤度的长丝。该抽出速度可以计为3.000m/min。依此在正常的环境下，亦即没有加热纺丝嘴时可获得所生产的长丝极限伸长为120％。也就是说，用另外的词句表达就是，该予取向、抽出的长丝可以拉伸到其长度的220％才断裂。依此就得出，该拉比率大约在这个数值的2/3，亦即例如1∶1.6。
由此产生一个抽出速度为4.800m/min(3.00m/min×1.6＝4.800m/min)。在一个单根单丝纤度为(如已提过的)2旦/单丝和单丝数为72情况下，可获得一个总纤度为150旦。因此，对应于每个纺丝位置得出输送量为150g/9.00m×4.800m/min＝80g/min。现在，生产同样的长丝，抽出速度可提高到4.00m/min。这样获得一个极限伸长为80％。这就是说长丝可以延伸至它的长度之180％才断裂。当再次将一个拉伸比例大约选定在2/3的区域中时，则获得一个拉伸比例为1×1.2。这意味着，抽出速度没有提高。
人们即可看到，在生产相同的终端纤度情况下不会存在输送泵之输送量的提高。由此生产的提高的提高或生产力提高是不受重视的。
出于这个原因，人们为冷却管装备了一个或多个加热的元件如图6或图7。一个适当的用于辐射表面的圆锥角(总角度)例如计为30-40°。该元件(钢)应该加热到高于300°至约800°的灼热温度。非常完全有效的温度可在450°和700°之间的温度范围内获得。
由此表明，在相同的3.000m/min抽出速度和借助加热的元件对纺丝嘴辐射的情况下，可以实现一个明显的极限伸长的提高和依此长丝之的拉伸性能的提高。在一种加热到550°的元件辐射情况下，在本实施例中该极限伸长就可以提高和因此拉伸度可提高5％。这样，在抽出速度为3.000m/min情况下还可以获得一个提高5％的5.040m/min之卷绕速度。这种提高的卷绕速度，在生产入口给定的长丝纤度情况下，则要求输送泵9的输送量提高到84g/min以作为先决条件。由此，设备的生产能力就可以简单的对纺丝嘴辐射加热的措施提高5％/。
如图23的图解曲线所表明那样，该生产力提高的程度一方面取决于辐射温度，另一方面取决于长丝纤度。在较大的长丝纤度情况下，效果是较小的，换句话说，辐射温度应选择较高些。这种关系在单个情况下应通过实验确定。
在图2，3的方法中优先措施如下例如可以生产一种变形的长丝55f109，也就是生产一种为55旦和109单根单丝的长丝。这意味着，每个长丝具有一个0.5DPF的单纤维纤度(旦/每个单丝)。该拉伸(度)可鉴定为1.6是用于拉伸—变形程序的最佳值。这种拉伸可实现一个良好的卷曲变形和可靠的变形过程而不会单丝断裂。这个拉伸比例意味着，一个予取向的长丝，其在109单丝情况下具有一个88旦的纤度，输送到筒管33上。为了使这种长丝可以保持1.6的拉伸比例进行予取向，就必须调整到一个1/2至1/3较高的极限伸长。在拉伸比例为1.6情况下，该极限伸长应该达到约220％。从图22的图解曲线及表格可以得出抽出速度为2.600m/min，它在图2的方法中通过牵拉导丝盘16来调节。为了在抽出速度为2.600m/min时生产一种予取向的88旦长丝，对应于每个纺丝位置，泵的输送量必须调节到25.5g/min。一个输送量的提高是不可能的，因为不然的话抽出速度和依此的拉伸性就会改变的。也就是说，这由变形所确定的拉伸性限定了生产这种予取向长丝的生产力。
当应用图6及7的冷却管时是不同的。在相同的位伸性情况下，通过在元件温度约550°时对纺丝嘴的辐射可以提高抽出速度20％，亦即达到3.360m/min。而输送量与此相应的升高到32.9g/min。依此，在其他相同的机器配置情况下可获得一个高于20％的生产力提高。
作为优选，可以生产一种变形的长丝55f109。但是因此在卷绕区中抽出速度和卷绕速度不应该超过3.000m/min。对于这个限制的原因是在敏感的复合丝情况下有时的程序困难。而且这种困难可能由于其最高速度受到限制的卷绕机的机械配置所决定。
如从表格1及图22的图解曲线所得出的那样，这种长丝具有一个96％的极限伸长。同时，在拉伸区选择的拉伸比例位于断裂长度为196％的约2/3处。可选定一个1.3∶1的拉伸比例。由此得出，该送入拉伸—变形程序的予取向长丝之纤度必须计为55分特克斯(dtex)×1.3＝7.5旦(den)。依此又得出，这个长丝在纺丝区对应于每个纺丝位置具有的输送量为71.5g/9.000m×3.000m/min＝23.8g/min。
当现在再应用一个图6或图7的冷却管并且第一元件加热到550℃的时，则在抽出速度为3.000m/min时获得一个提高20％的并为96％×120％＝115％的极限伸长，且在一个2.15％的断裂长度内。依此，在以后的拉伸级中，该拉伸比例可以调节到这个数值的约2/3，也就是说具有1.45。这又意味着，为了生产55旦的终端纤度必须供给一个具有纤度为55×1.45＝79旦的予取向复合丝。为了在抽出速度为3.000m/min时生产一个79旦的长丝，每个纺丝位置的输送量必须调节到26.3g/min。因此在这个纺丝级中的生产力就可以提高26.3－23.8/23/8＝10％。
能够看出，这些基于予先计算和实施例的单值，对于一个确定的聚合物(聚酯)是可测定的。而对于这些单值，还会根据所使用聚合物的产地和类型而引起差异，而差异则应通过实验测知。这一点一方面适用于已测知的极限伸长，也适用于拉伸比例与已测得极限伸长的依赖关系，以及适用于在辐射速度和极限伸长的提高之间的关系，同样适用于和纤度相关的生产力提高。
这些特殊性就在于，在纺丝嘴中的熔化物是被加热的。为此，纺丝嘴被加热，而且还有附加的热量输入，其来自熔化物和周围的纺丝头以及周围的纺丝箱。最好，纺丝嘴的温度提高至少5℃至40℃。在实验中获得，有利的温度提高为8至20℃。这一点总是基于已加热的纺丝箱的温度。在(正常方式)相对较低的纺丝嘴温度情况下，通过附加的热输入所起的加热作用肯定是相对较大的。
不仅在纺丝嘴不利的热辐射损失得以补偿，而且还发生一个附加的温度提高。在传统的方法中纺丝嘴底侧测得的温度约290°，而在一个辐射器温度为550℃的辐射加热情况下，可产生一个310℃温度提高。
权利要求
1.用于冷却合成单丝的冷却管，其在一个纺丝装置中垂直安置在纺丝嘴下方，而且它的壁部设有径向指向的开口用于冷却气体，其特征在于该冷却管的壁部由重叠安置的环形元件(3)构成，该元件以间距重叠如此安置，即两个相邻元件的相互面对的限界表面构成其结构为环形气体通道的径向指向的开口。
2.按权利要求1所述的冷却管，其特征在于所述元件是圆环形状的。
3.按权利要求1或2所述的冷却管，其特征在于该环形的气体通道的中央平面分别位于一个水平的环平面中。
4.按权利要求1或2所述的冷却管，其特征在于环形气体通道的中央平面位于一个锥形表面上。
5.按权利要求4所述的冷却管，其特征在于该锥形表面的锥尖是与单丝的纺丝方向上相反指向的。
6.按权利要求4所述的冷却管，其特征在于锥形表面的锥尖是与单丝的纺丝方向一致指向的。
7.按权利要求1至6之一所述的冷却管，其特征在于两个相邻元件的相互面对的限界表面在元件的轴向截面中是凸出的拱形结构。
8.按权利要求1至7之一所述的冷却管，其特征在于两个相邻元件的相互面对的限界表面是如此成形的，即在它们之间产生一个环形的气体通道并在元件的轴向截面中具有有利的流动结构形状。
9.按前述权利要求之一所述的冷却管，其特征在于所述元件在其轴向截面中是滴状的结构和在冷却气体的流动方向上逐渐收敛的。
10.按前述权利要求之一所述的冷却管，其特征在于该冷却管在垂直的方向上贯穿一个压力容器并且该压力容器连接到一个压力空气源上。
11.按权利要求1至9之一所述冷却管，其特征在于该冷却管在其外圆周上施以室内空气。
12.按权利要求1至9之一所述的冷却管，其特征在于冷却管的内部连接到一个压力空气源上并施以高压空气和纺丝嘴置于一个或多个圆上，该圆具有一个比冷却管的外径要大的直径和与其对中地安置。
13.按前述权利要求之一所述的冷却管，其特征在于在元件之间的间距通过间距架(64)构成，该间距架作为单个构件设置在相邻的元件之间或者在轴向上构成相邻元件之一上。
14.按前述权利要求之一所述的冷却管，其特征在于所述元件在轴向导引结构中是可移动安置的，该导引结构是与环轴线平行定位的。
15.按前述权利要求之一所述的冷却管，其特征在于所述元件在环平面中和/或与其相垂直具有不同的尺寸和/或横截面。
16.按权利要求15所述的冷却管，其特征在于所述元件在其相应的环平面中流通—横截面沿纺丝方向为增加的。
17.按前述权利要求之一所述的冷却管，其特征在于至少一个在入口横截面区中的元件(68)，最好是与纺丝嘴相邻的元件(68)是被加热的。
18.按权利要求17所述的冷却管，其特征在于该加热的元件(68)通过一个电阻加热器(69)加热，该加热器(69)是一个环形导线的结构或棒状结构并嵌置在所述元件中或安置在元件上。
19.按权利要求17所述的冷却管，其特征在于该加热的元件(68)本身设置成电阻加热器。
20.按权利要求17至19之一所述的冷却管，其特征在于该加热的元件具有一个辐射表面，它对着圆形纺丝嘴的下侧面指向，同时，该辐射表面具有一个与纺丝嘴对中的锥体轴线或环面轴线。
21.按前述权利要求之一所述的冷却管，其特征在于用于纺制具有单纤维纤度为0.5-2分特(decitex)(每个单丝)的单丝之冷却管是在540和1650mm之间的长度，最好在540和770mm之间，特别好在600和700mm之间。
全文摘要
本发明涉及一个用于纤维-纺丝装置的冷却器，它形成一个用于纤维(12)的冷却行程和具有开口(65)，通过开口冷却流体流向纤维(12)。该冷却器由多个上下重叠安置的环形元件(63)构成。在元件(63)之间安置有间距架(64)，因此，空气可从元件之间流入冷却器中。
文档编号D01D5/092GK1131207SQ95117280
公开日1996年9月18日 申请日期1995年9月28日 优先权日1994年9月30日
发明者汉斯亚格·梅斯 申请人:巴马格股份公司