具有集成热绝缘的纺丝喷嘴的制作方法

专利名称：具有集成热绝缘的纺丝喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有集成热绝缘的纺丝喷嘴，带有最好用金属制的喷丝板，其在入口侧和出口侧之间延伸有喷嘴甬道，其在入口及出口侧之间构成热绝缘，最好在出口侧附近。属于纺织技术领域。
通常的均匀构成的喷丝板的技术和工艺特性受到影响，因为在出口侧表面的温度沿径向从边缘到中心连续地下降，因此出口熔体流的温度沿相同方向相差一定的量。因而在其截面上同时形成相应的温度梯度。这就导致一种粘度梯度。
一种根据外形种类的纺丝喷嘴已由专利DD-PS28729公知了。在其中描述的纺丝喷嘴，其出口侧被部分地绝缘，但仅遍及其大部分的表面。要想借助于这种纺丝喷嘴来达到围绕每个喷嘴都有均匀温度分布的目的，所以，熔体流的截面并未给出一个不对称温度及这样的粘性温度分布，它将导致产生丝熔体流的一个未受控制的倾斜出口。在这篇文献中进一步披露了，如果喷丝板在熔体出口侧尽可能地被绝缘好，例如使用石棉，那么在喷嘴表面可以阻止小熔滴的形成，因为它会干扰丝的形成。该已知结构的正面效果存在于借助绝缘可以阻止从喷丝板到周围空气的热传导。此外，还披露了喷丝板在出口侧，亦即在外部被绝缘起来。这样，在绝缘区域，包括除了最邻近于喷嘴孔之外的整个出口侧的表面，喷丝板体的外表面不包括其中被钻喷嘴孔的相同材料，但包括一层绝缘材料。
采用公知喷丝板在熔体纺丝中的一个问题在于尤其是在引用专利中所述的那样，对丝的形成采用高的聚合物熔体温度是必须的，在出口侧围绕每个喷嘴孔的表面也假定是相应的高温。根据观察，这导致在喷丝板出口侧产生蒸发低分子聚合物组份的淀积物，其在一定时间之后将导致干扰喷嘴毛细管的纺丝，由于需要清洁喷丝板，所以无论如何它将导致生产中断。由于在现有技术中所描述的在喷丝板上的绝缘层，因为从入口侧引入的热量及穿过喷嘴甬道熔体流的热量，不能传导到侧面并通过大的金属表面除去，所以围绕每个喷嘴孔的湿度高于在相同地方采用固体金属喷嘴时的温度。
本发明的目的在于揭示一种按照外形种类的纺丝喷嘴，其中虽然通过喷嘴毛细管的聚合物熔体出口温度处于最佳的高，当开发聚合物流体时借助于毛细管来改善丝的质量，与上述无关，而在出口处围绕喷嘴孔的喷丝板表面具有尽可能低的温度。根据观察，形成上述有防碍的淀积物的速率降低了3至4倍，并且用于清洁的生产中断间隔也就相应地延长了。
本发明目的是这样实现的一种板状形式的纺丝喷嘴，最好用金属制成，其包括在进口侧和出口侧之间延伸的喷嘴通道，其特征在于一个热绝缘夹置在入口和出口侧之间，一个板沿向下的方向将其封闭，喷嘴毛细管通过板而接在端头上，其中至少借助于一个热绝缘空腔，在喷丝板中构成热绝缘。由上可知，热绝缘是由在喷丝板中至少一个热绝缘空腔构成的。该空腔最好被抽真空，或者含有稀薄的微热传导容量的气体。但是也可以用绝缘固体材料填充。
借助于根据本发明的纺丝喷嘴的设计，由于从喷嘴入口侧到出口侧的喷嘴材料内的热导，所以热流散是很小的，特别是由于绝缘空腔结构所产生的仅有的狭窄热桥。此外，在出口侧的纺丝喷嘴表面显示了一个大的热辐射表面。
因此，可以提供一个冷的喷嘴出口表面，其最好包括与喷丝板相同的基体材料，不去冷却当通过喷嘴孔时出现的熔体。由于绝缘空腔各自地包封薄壁喷嘴前置通道，所以这些仅体现一个狭窄的热导截面，只有很少量热可以从这里沿着朝向出口的表面转移(传导)。由于这个原因，甚至可以稍微地降低熔体温度而与现有技术相反。因为它，聚合物熔体的热应力可以保持更小。简而言之，本发明的基本构思包括借助于狭窄热桥，使热流散从入口侧通过热导经过喷嘴材料到喷嘴在外部的表面减至最小，此外，该出口表面相当于一个大的热辐射表面。因为与现有技术相反，热辐射是十分审慎地不被阻止，由于在大的热辐射能力和小的热流散之间的比例，所以喷嘴表面被特殊地冷却。它导致了根据本发明在开头所述的优点。绝缘空腔各自地包封着薄壁喷嘴前置通道，同时阻止丝成形熔流的单方面冷却，因此根据本发明的喷嘴额外地具有引证专利所述的喷嘴优点。
虽然，由于根据本发明的设计，在出口表面围绕每个毛细管孔处，喷嘴基体材料的温度比根据现有技术使用的喷嘴的温度低10至50K(凯氏温度)，出口丝成形聚合物熔体并不显示相应的或者相似的温度降。已经证明根据本发明构造的纺丝喷嘴，在遍及熔体通路的较大部份，比均匀设计的喷嘴具有较高的温度，并且较冷部分仅包括出口面上的薄层，其不再能够除去来自出口聚合物熔体的热量，因此它具有决定性的效果。虽然用这种方式构成的喷嘴在出口侧比均匀喷嘴或者按照引证专利在相同条件下操作的绝缘喷嘴有一个较冷的表面，聚合物丝出口温度比来自均匀喷嘴的丝温更高。较高温度导致较低粘度，也就是大分子的较大流动性，因此从喷嘴毛细管狭窄处在它们出口以后，它们可以更容易地松弛，亦即尽管纺丝工艺过程中，其内应力可以降至较低水平，由于纺丝工艺，其结果是降低了纺丝的分子预定向。因为要稳定比较温热的聚合物熔体，必须除去更多的热，直到初级单丝固化为止时的距离增加了，因此有更多的时间可用于松弛。结果是固化的初级单丝具有较小的分子预定向，其以有利的方式在断裂值产生较高的伸长，及为下一个工艺步骤产生增大的拉伸性，因而导致整个工艺过程的较高生产率。因为与较冷的长丝相反，具有更先进的分子松弛，取决于分子定向值的散布也获得了较好地补偿，例如所述的伸长，而且在更进一步加工期间所使用的强度和延伸力，借助于根据本发明的喷嘴将导致纺丝提高的总体质量。
在使用根据本发明的纺丝喷嘴期间，其它为增加单丝松弛度的装置迄今为止是惯常的而且是精巧的，现在可以有利的方式省略去，或者它们被简化或者缩减。这些是后加热部分，包括加热腔，通过它仍熔融的长丝被直接导纱于喷嘴的下面，以便增加在熔融态下的停留时间，或者通过在高压下将熔融流体压入或者直接在喷嘴的前头穿过适当尺寸的狭窄处，将机械能转换为热能，增加阶梯以便提高熔融流体流出喷嘴的温度。
根据本发明的纺丝喷嘴是采用不同导热性能的零件组合而成的，至少喷丝板通常包括紧密的基体材料，优选的是钢、其它金属或者合金，空腔构成于其中，通过抽真空或者用热绝缘材料填充，亦即采用比喷丝板主要部分具有较低导热能力的一种材料。该空腔的绝缘效果是由于通过它的热辐射绝缘而增大了。空腔的壁最好通过抛光形成镜面，由此辐射减少了，而且反射能力增大了。也可以提供多个空腔来代替一个空腔，则效果更佳。
一种更进一步的优选实施方式存在于热桥中，其通过绝缘空腔和/或横向邻接热桥，具体化为狭窄的或使用一种减少热导的截面，特别是把聚合物熔体通道的壁制作得尽可能薄，而且仍考虑到强度稳定性要求，这样便可以获得成效。当然也可以将不同实施方式的零部件相互组合起来。
下面结合附图对本发明的优选实施方式进行详细说明，但不得由此限制本发明构思

图1表示根据本发明喷丝板的结构示意图；图2表示图1的局部放大图；图3表示图1和图2在喷丝板内的温度过程曲线。
如图1和图2所示是喷丝板1(简称″纺丝喷嘴″)的结构，它是由通常的纺纱器件、壁2和加热的喷丝头壳3等元件集成。纺丝喷嘴1包括喷嘴通道4、5，其在出口端做一个转换，从入口侧的前置通道4到丝成型的出口毛细管(喷嘴毛细管)5。空腔6在纺丝喷嘴中用于热绝缘。在空腔6中的绝热层可包括一种低热传导的材料以及空腔。它最好是抽真空或者是稀薄的气体。真空可以想象是最好的热绝缘体。空腔6在出口侧借助一盖板8封闭。
图2为图1的局部放大图，最佳实施方式是绝热的空腔被抽真空。用纺丝喷嘴的下盖板8将其封闭，并借助于薄壁材料截面7和喷嘴结构的支承件相连接。在与周围空气接触的出口侧纺纱器件内面和盖板8之间的热流，借助于狭窄材料截面7和绝热的空腔6被阻断。这样，盖板8比匀质材料的纺丝喷嘴具有较低的温度，通过它热被除去。
熔融体的前置通道4被引导通过绝热层(即空腔6)。为此目的，它们被封入甚薄壁7中，最好是用金属材料，由于其小截面，沿其热流方向18(见图3)提供高的热阻。壁7的厚度取决于聚合物熔体流穿过它的耐受压力稳定性的要求。
图3是按照图1和图2在喷嘴材料内沿热流方向的温度过程曲线，以及在此区域的上下附近以图解的形式显示出来，并且同以通常用均质材料制成的纺丝喷嘴的温度过程进行比较，其中沿热流路径从纺纱器件的内部进入纺纱器件下面区域(以周围空气填充)的材料温度是适用的。
图解起始于温度9，假定对两种变型是相同的，进入的熔料遍及喷嘴外壳的内部，其与纺纱器件结构材料的温度等同，并且按照温度的进程，同远至相当较低的温度10(在纺纱器件以下的周围空气)进行比较，其也被假定对两种变型而言是相同的。
在结构材料中或者在绝缘空腔内的温度梯度居于纺纱器件内部区域及其下的周围空气之间。被证明是温度梯度11在根据图1本发明位于喷嘴内距离的最大部分上，比通常喷嘴内的对比梯度12较少陡峭地下降。而温度梯度13却在绝缘空腔6区域内陡峭地下降。并且在喷嘴出口表面达到一个比使用通常喷嘴情况的更低值14，而通常情况为较高温度15。结果是在根据图1本发明喷嘴和普通喷嘴之间的喷嘴出口表面的温度差16。标号17是温度座标轴(温度从左向右上升)，而标号18是热流路径座标轴。
初始单丝离开根据图1本发明喷嘴时的温度高于普通喷嘴。这一点可由温度梯度11得到解释，其平均来说是较高的，由于喷嘴结构的支承部分较重，以及这样的事实即在出口侧的剩余路径13中、在绝缘空腔6中及在薄壁连接截面7内，几乎无热流被带走，这一点是具有意义的。
在纺丝喷头结构内部所产生的温度差要求热流通过上述的绝缘空腔6。于是，便产生了位于剩余喷嘴体以下的较低温度，例如在一定的结构区域内(例如在出口侧的盖板8)，在其中，以绝缘空腔6及喷嘴壁7小截面的形式，给热流路径朝着盖板8施加一个阻力，并且为了克服它，要求一个温度降，比用常规的固体材料喷嘴要大一个温差量16。换句话说每个纺丝喷嘴在熔体纺丝过程中通过辐射及主要是对流方式(在图中是朝下的)，遍及出口侧表面释放热量到大气中，这样就具有相当大更低的温度10了。因为热仅仅是沿着当时的温度下降方向流动的，包括所有介质的温度，除聚合物熔体之外，其本身流动沿着热流路径轴18的方向，温度从温度值9下降到温度值10。在一定的构件内，温度下降的陡度取决于其自身的绝缘值，或者随着降低热导而增大。因为在喷嘴外壳内部的温度是借助于从外部的加热(即从加热的喷丝头壳3)及流入聚合物熔体的温度来确定的，增大的温度降仅能由于在出口侧封闭了朝向外部及其表面的绝缘层，才能导致盖板8的较低温度，如图3中定性的图示。
在本发明的实施例中，开发了一种用金属(钢)制的纺丝喷嘴，借助于它可以实现喷丝熔体出口的高温度，例如280℃，而在喷嘴表面的温度，例如仅为265℃。借助于这种喷嘴，可以成功地实现清洁过程之间的时间间隔增加3至4倍，该间隔每次都导致生产中断，并需要重新起动纺丝和卷绕工艺过程，因此，工艺过程效率产生相当大的改善。
如果使冷却气流沿至少一部分按照本发明喷丝板的出口表面流动，将是有利的。
权利要求
1.一种具有集成热绝缘的纺丝喷嘴，包括一种最好用金属制成的板(1)，其含有在进口侧和出口侧之间延伸的喷嘴通道(4，5)，其特征在于一个热绝缘(6)，夹置在入口和出口侧之间，一个板(8)沿向下的方向将其封闭，喷嘴毛细管(5)通过板而接在端头上，其中，至少借助于一个热绝缘空腔(6)在纺丝喷嘴板(1)中构成热绝缘。
2.根据权利要求1的纺丝喷嘴，其特征是在空腔(6)中为真空。
3.根据权利要求1或2的纺丝喷嘴，其特征是在空腔(6)中用热绝缘介质填充，最好是稀薄的气体。
4.根据权利要求1～3中任一项的纺丝喷嘴，其特征是通过空腔(6)的热桥，例如壁(7)包围着每个喷嘴通道，其构成是很薄的，其中为了维持经过其内部向下的聚合物熔流的压力，耐压稳定性要求限制了壁的强度，以及朝向侧边、朝向外部的空腔的闭合壁也构成为薄壁的。
5.根据权利要求1～4中任一项的纺丝喷嘴，其特征是空腔的内表面抛光成镜面。
6.根据权利要求1～5中任一项的纺丝喷嘴，其特征是冷却气体流动遍及封闭板(8)的外侧。
7.使用根据权利要求1至6中任一项的至少一种纺丝喷嘴在纺纱装置中用于生产长丝和纤维。
8.使用根据权利要求1至7中任一项的至少一种纺丝喷嘴在纺纱装置中用于生产长丝和纤维，当其脱离纺丝喷嘴时具有增大的光滑的松弛度。
全文摘要
一种纺丝喷嘴，具有集成的热绝缘，带有一个喷丝板1最好是用金属制作的，其具有喷嘴通道4.5延伸在入口侧和出口侧之间，并且在入口和出口侧之间设置有热绝缘，热绝缘至少是由一个热绝缘空腔6构成在喷丝板1中。
文档编号D01D4/02GK1148640SQ9610941
公开日1997年4月30日 申请日期1996年8月16日 优先权日1995年8月16日
发明者冈特·古森斯, 乌尔里希·堪普 申请人:埃姆斯·英芬塔股份有限公司