用于拉伸大量熔纺的纤维条子的方法和设备与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于对丝束的大量熔纺纤维条子进行拉伸的方法以及一种根据权利要求10的前序部分所述的用于对丝束的大量熔纺纤维条子进行拉伸的设备。

背景技术：

在制造短纤维时通常由聚合物熔体通过挤出、冷却并在多个阶段中进行整体处理来形成大量纤细的纤维条子。在此，尤其主要通过纤维的拉伸来决定纤维的物理特性例如强度。为了实现拉伸，纤维条子整体作为带状丝束通过拉神辊来引导。在通过至少两个以差速度运行的拉伸辊限定的拉伸区内，纤维条子经受拉力并且伸长。此工序基本上由拉伸辊的已设定的差速度以及纤维的热状态来决定。拉伸的一致程度表现为所谓的拉伸点(neck-point(细颈点))的位置，所述拉伸点限定出纤维中的流动区域的起点。为了在由数万根大量纤维构成的丝束中尽可能一致地形成所有纤维中的拉伸点，丝束中的纤维优选地通过热处理达到对于拉伸工艺过程而言最优的拉伸温度。

例如，由文献wo2004/007817已知了一种用于拉伸丝束的大量熔纺纤维条子的方法和设备，其中，在拉伸区内布置有用于蒸汽处理的装置。通过设定蒸汽参数能够实现对纤维条子的调温和拉伸点的释放。

然而，在拉伸纤维时的这种拉伸点热定型在拉伸区内仅允许特定的拉伸比。还要求较高的能量消耗才能实现丝束的热处理。

在现有技术中还已知了其他拉伸丝束的方法和设备。文献jp56101910提供了一种方法，其中通过加热的拉伸辊来实现纤维条子的调温。在此，试图通过调节拉伸辊的表面速度/周向速度来影响拉伸区内纤维上的拉伸点的位置。但这种拉伸点定型完全不够充分并且可能导致出现所谓的拉伸点移位。尤其是，纤维内的拉伸点移动到拉伸辊之一的辊表面上的移动导致单丝断裂，这通常导致出现卷绕。

技术实现要素：

本发明的目的在于，改进用于拉伸所述类型的丝束的大量熔纺纤维条子的方法以及改进用于拉伸所述类型的丝束的大量熔纺纤维条子的设备，从而能够在相应的高拉伸比条件下可靠地制造出高强度的纤维。

本发明的另一个目的在于，尽可能节省能量地拉伸丝束。

上述目的按照本发明通过具有权利要求1的特征的方法和通过具有权利要求2的特征的方法来实现。

关于设备，通过权利要求10的特征实现所述目的。

本发明的优选的进一步改进方案通过各个从属权利要求的特征和特征组合来定义。

本发明以下述认知为基础，即，在丝束中纤维条子的流动或伸长会释放热能，热能的释放能够被直接探测为纤维的升温。因此通过拉伸区内的纤维的热状态能够知道纤维上是否形成了拉伸点。因此在拉伸区内测量丝束的纤维条子上的表面温度。然后根据表面温度的实际值可以调整过程参数的设定。

另选地还能够在多个相继布置的测量区中测量丝束的纤维条子的多个表面温度，从而根据多个表面温度的实际值之间的比较来调整过程参数的设定。由此能够有针对性地修正丝束中拉伸点的位置变化。

为了探测拉伸区内的丝束的纤维条子的热状态，拉伸区中配设有用来测量纤维条子上的表面温度的测量装置。所述测量装置与控制装置直接相联接，从而能够根据拉伸区内的丝束的热状态直接干预拉伸工艺过程。

为了能够特定地调整过程参数的设定，优选地使用本发明的进一步改进方案，其中将纤维条子的表面温度的实际值与纤维条子的表面温度的预设的理论值/额定值相比较并根据从实际值和理论值获得的差值来改变过程参数的设定。由此尤其能够令纤维条子的热处理与拉伸工艺过程以及纤维特性例如丝束的纤维纤度和总纤度相匹配。

由于丝束中的平行并排的纤维条子形成了足够的能量潜力，根据本发明的有利的进一步改进方案，通过探测红外辐射来无接触地测量纤维条子上的表面温度。由此不对纤维条子拉伸工艺流程产生影响。

优选地在丝束上面状地探测纤维条子的红外辐射，以便还能尽可能获得纤维条子内的重要的流动区域。当然也能够线状地横向于丝束地探测纤维条子的红外辐射，以便在测量表面温度时能够尽可能顾及到丝束的整体宽度。

为了将纤维条子的拉伸点保持在拉伸区的预定部段中，可以实施不同的措施来调整拉伸点的位置。优选的是以下方法变型，在其中过程参数作用于调温装置，所述调温装置对拉伸区以内或以外的纤维条子进行调温。通过加热或冷却纤维条子能够加速或延缓纤维条子内流动区域的出现，从而出现拉伸点的移位。

另选地或额外地，也存在如下可能性：过程参数作用于拉伸辊之一的至少一个辊驱动器，通过所述辊驱动器改变拉伸辊之间的差速度。由此能够增大或减小拉伸比，这同样对拉伸点的位置产生直接影响。

在另一个措施中，过程参数也可能作用于调湿装置，所述调湿装置生成丝束的湿度。由此可知：丝束内的纤维条子的干燥度尤其是在加热时对能量输入有决定性影响。由此在相同能量输入条件下能够通过减小含水量来改进纤维的加热。

在所谓的一步式/单级短纤维工艺过程中能够有利地使用以下这种方法变型，在其中过程参数作用于生成丝束的纤维的纺丝装置。在该方法变型中优选地通过吹风气流冷却纤维或利用上油剂润湿纤维，从而影响待拉伸的纤维的特性。

按照本发明的设备的出众之处在于：所述设备在不运用额外的改造措施的情况下也能够整合到现有设备中。在此，测量装置能够通过中央控制装置或直接通过与处理装置的控制器相连接而结合到工艺流程中。由此能够快速且有针对性地改变影响拉伸工序的过程参数。

尤其是按照本发明的设备的进一步改进方案特别适合于在拉伸区内控制纤维条子上的拉伸点的位置，在所述改进方案中，测量装置具有与纤维条子间隔开布置的红外探测装置，该红外探测装置的传感器对准丝束上的一个或多个测量区。

红外探测装置优选地被构造成热成像相机。由此能够同时获得和评估一个或多个测量区的红外辐射。

为了能够改变除了拉伸辊的表面速度以外的其他拉伸参数，按照本发明的设备的一个进一步改进方案，设有用于对丝束的纤维条子进行温度调控的调温装置连同温度控制器，其中，所述温度控制器与控制装置相连接和/或直接与测量装置相连接。由此能够直接将通过测量装置感生出的控制命令提供给温度控制器以改变过程参数。

另选地或额外地，设有用于对丝束的纤维条子进行湿度调控的调湿装置连同控制器，其中，所述控制器与控制装置和/或测量装置相连接。由此能够影响例如丝束的干燥度。

已证实有利的是，所述调湿装置优选地通过轧辊/挤干辊连同压紧装置实施而成，其中，所述轧辊与拉伸机构的输出辊共同形成用于引导丝束的辊隙/轧面。由此能够在拉伸区的进口处调节丝束的湿度。

烘干机也适合作为调湿装置，该烘干机导致减少丝束中的含水量。

按照本发明的设备原则上适合结合到熔纺过程或纤维生产线中。尤其是为了拉伸纤维生产线中的丝束，本发明提出了进一步改进的方案，在其中，拉伸辊中的一个由拉伸机构的输出辊构成，其中，拉伸机构具有多个被驱动的辊。由此能够在丝束上产生较高的拉伸力。

另一个拉伸辊优选地由布置在后面的拉伸机构的输入辊构成，其中，该布置在后面的拉伸机构具有多个被驱动的辊。这些拉伸机构优选地对于纤维行进以高包绕度布置，从而能够在两个拉伸机构之间调节拉伸丝束所需要的拉伸力。拉伸机构的辊能够被单独或共同驱动，其中，在拉伸机构的辊之间形成拉伸区。所述辊也能够成对地用作为辊对，从而保证多圈缠绕并且由此保证与例如辊的被调温的辊套的接触时间较长。

在所述一步式短纤维工艺过程中，优选地使用以下设备变型，在该设备变型中，用于冷却新挤出的纤维的吹风装置和/或用于为纺丝装置的纤维上油的润湿装置与纺丝控制器相连接，该纺丝控制器直接与测量装置或控制装置联网。由此用纺丝装置内的参数便已能够实现一致的纤维拉伸。

附图说明

下面参照附图借助几个实施例进一步阐述按照本发明的方法以及按照本发明的设备，其中：

图1示意性地示出按照本发明的用于拉伸丝束的大量熔纺纤维条子的设备的第一实施例；

图2示意性地示出按照本发明的用于拉伸丝束的大量熔纺纤维条子的设备的另一实施例；

图3示意性地示出丝束的俯视图；

图4示意性地示出拉伸区内的丝束的俯视图；

图5示意性地示出按照本发明的用于拉伸丝束的大量熔纺纤维条子的设备的另一实施例；

图6示意性地示出本发明的用于拉伸丝束的大量熔纺纤维条子的设备的又一实施例；

具体实施方式

图1中示意性地示出用于拉伸丝束的大量熔纺纤维条子的设备的第一实施例。所述实施例在此仅具有用于阐述本发明所需的重要的设备部分。为此示出了第一拉伸辊1，所述第一拉伸辊与辊驱动器2相连接。通过驱动控制器7.1以如下方式控制辊驱动器2，使得能用可选的表面速度/周向速度驱动拉伸辊1。

第二拉伸辊5被配设给第一拉伸辊1且与其间隔开。所述拉伸辊1和5之间限定出拉伸区4，在所述拉伸区中拉伸丝束3。通过辊驱动器6驱动拉伸辊5，所述辊驱动器6与驱动控制器7.2相连。驱动控制器7.2与控制装置8相连接，所述控制装置同样与第一拉伸辊1的辊驱动器2的驱动控制器7.1相连。通过控制装置8能够为拉伸辊1和5设定差速度以便拉伸丝束3的纤维条子。丝束3以在100°至270°范围内的包绕角度包绕拉伸辊1和5。

在图1所示的实施例中，调温装置12被分配给拉伸辊1，所述调温装置通过温度控制器13与控制装置8相连。调温装置12在本实施例中被构造成加热辐射器，所述加热辐射器与拉伸辊1的表面/周部保持间隔并且通过热辐射来对拉伸辊1的周部上的丝束3的纤维条子进行调温。

在拉伸区4内与丝束3间隔地布置有测量装置9，所述测量装置用于测量丝束3的纤维条子的表面温度，并且测量装置与控制装置8相连接。所述测量装置9在本实施例中具有红外探测装置10，所述红外探测装置的在此并未详细示出的传感器对准丝束3上的一个或多个测量区。红外探测装置10能够具有例如热成像相机11，所述热成像相机获取被丝束3释放的红外辐射。根据所述红外探测装置10的构造/设计，能够检测测量区内的纤维条子的表面温度。

在图3中示例性地示出了拉伸区4内的丝束3的俯视图。丝束3由大量纤细的纤维条子15构成，这些纤维条子彼此平行地、并肩地、彼此紧挨着地布置并且形成带状的丝束3。根据相应工艺过程，能够将数万根纤维条子15乃至十万根纤维条子15集合到一起组成一个丝束。所述纤维条子15在拉伸之后通常被卷曲并切割成短纤维。短纤维工艺过程被区分成一步式/单级工艺过程和两步式/两级工艺过程。在一步式工艺过程中，纤维直接被从纺丝装置中牵拉出、拉伸和进一步处理直至切割成纤维条子。在两步式工艺过程中，熔纺纤维被临时存放在条筒中。这些临时存放在条筒中的纤维随后在第二过程中在纤维生产线上进行拉伸、卷曲并且切割成纤维。本发明与拉伸是在一步式工艺过程中实现，还是在后续的纤维生产线过程中实现无关。

在图3所示的丝束3的视图中，以点划线示意性地示出线形的测量区14。所述线形的测量区14横向于丝束3延伸并且在此情况下在丝束3的整个宽度上延伸，以便测量到丝束内所包含的所有纤维条子15。测量区14内由纤维条子15产生的红外辐射被红外探测设备10获得并且生成表面温度。根据表面温度的实际值能够生成逻辑联系/逻辑运算以及在必要时生成控制指令，用以调节纤维条子15的拉伸。

在拉伸纤维条子时形成了所谓的拉伸点(neckpoint)，所述拉伸点代表的是流动过程的开始和进而聚合物材料中分子变化的开始。在大量纤维条子的布置结构中，拉伸点自然不会形成为点状的，而是形成为拉伸区。尽管如此，为了展示和阐述，附图仍旧保留了拉伸点。在材料变化过程中释放出能量，导致纤维条子15被加热。由此能够借助纤维条子的表面温度来限定和监控拉伸点的位置。

根据线形的测量区和已求得的表面温度的实际值，能够在测量装置9中实施以下逻辑联系。在此，之前根据经验确定的拉伸点表面温度被作为理论温度存储在测量装置9中。因此，通过在纤维条子的表面温度的实际值与纤维条子的表面温度的预先给定的理论值之间进行比较，得出关于拉伸点是否处在测量区的范围内的信息。若发觉表面温度的理论值和表面温度的实际值之间的差是无法接受的，则将该差用来改变过程参数。由此在控制装置8内生成控制信号，其用来改变各个过程参数的设定。根据图1的实施例能够分别将拉伸辊1和5的表面速度和/或调温装置12的加热功率作为过程参数进行改变。

原则上拉伸点在拉伸区4内能够在拉伸辊5的方向、即纤维行进方向上或在拉伸辊1的方向、即反向于纤维行进方向上增长。因此为了实现调节，能够通过设定过程参数(其决定拉伸辊1和5的表面速度)来增大或减小拉伸区中的拉伸比。另选地，能够通过改变调温装置12的加热功率来提高或降低丝束3进入拉伸区中时的进入温度。

为了尽可能快速和精确地调节和调整拉伸区4内的拉伸点，还能够以如下方式构造红外探测装置10，即，使传感器能够对准多个测量区并且由此能够检测多个表面温度。在图4中示例性地示出丝束3上的三个面式地构造的测量区14.1、14.2和14.3。测量区14.1、14.2和14.3沿着丝束3的行进方向相继地设置，从而能够在拉伸区4内获得较大的测量范围。在每个测量区14.1、14.2和14.3内得到纤维条子的表面温度的实际值。通过比较不同测量区的表面温度的实际值，便已能够确定纤维条子15上的拉伸点的位置偏移。中间的测量区14.2固定在拉伸点的理想位置上。若位于前面的测量区14.1中的表面温度的实际值高于其余测量区14.2和14.3，则要如下改变过程参数的设定，例如，增大拉伸比或降低纤维条子的纤维温度。借此使拉伸点转移到测量区14.2中。

若测量区14.3中的表面温度的实际值表现为最高值，则在控制装置8中如下改变过程参数的设定，例如，增大拉伸比或降低纤维条子的纤维温度。在这两种情况下，过程参数设定的改变都导致拉伸点转移到测量区14.2的原始范围内。由此能够以高的一致性拉伸丝束3的纤维条子15。由此能够生成尤其高强度的、需要相对较高拉伸比的纤维。

在图1所示的实施例中，拉伸辊1和5的表面速度和进而拉伸比以及纤维通过调温装置12的调温作为过程参数是可改变的，从而获得最优的拉伸比。原则上然而还能够影响纤维条子的调湿。由此可知：为了引导纤维条子，要高比例润湿丝束。利用含水的上油剂来实现润湿，该上油剂对调温具有决定性影响。

在图2中示意性地示出了用于拉伸丝束的大量熔纺纤维条子的设备的实施例。图2中的实施例具有两个拉伸机构16和17。每个拉伸机构均具有多个被驱动的辊16.1至16.3和17.2至17.4。第一拉伸机构16的最后的辊在此称为输出辊并且以附图标记16.4来表示。输出辊16.4配设有轧辊19，从而在输出辊16.4和轧辊19之间形成辊隙21，在所述辊隙中引导丝束3的纤维条子。通过作用于轧辊19的压紧装置20，能够调节辊隙21的宽度。轧辊19和压紧装置20构成调湿装置18，从而影响丝束3的干燥度。借助控制器25将调湿装置18直接与控制装置8相连。

拉伸区4由第二拉伸机构17的第一辊界定，所述第一辊在此称为输入辊并且以附图标记17.1来表示。拉伸区4由此形成在输出辊16.4和输入辊17.1之间。

第一拉伸机构16的辊16.1至16.4优选地分别具有独立驱动器(在这里未示出)，所述独立驱动器能够通过驱动控制器7.1控制。第二拉伸机构17的辊17.1至17.4的在此未示出的驱动器配设有第二驱动控制器7.2。驱动控制器7.1和7.2与控制装置8相连。

为了监控拉伸区4内的拉伸点，与丝束3间隔地布置有测量装置9。所述测量装置与前文所述的根据图1的实施例相同，由此在此不再详述并且请参照前文说明。

为了对丝束3的纤维条子进行调温，在第一拉伸机构16的辊16.2和16.3之间布置有调温装置12。调温装置12由蒸汽通道22构成，热蒸汽可通过阀23输入到所述蒸汽通道中。阀23可由阀控制器24来控制，其中，所述阀控制器24与控制装置8相连。

在根据图2的实施例中通过测量装置9实现对拉伸点的监控，所述测量装置例如由热成像相机11构成。丝束3的纤维条子的表面温度的检测和评估均根据前述实施例实现。为了修正拉伸点在拉伸区4内的位置偏移，提出多个过程参数以供使用，能够通过控制装置8改变这些过程参数的设定。通过驱动控制器7.1和7.2能够改变第一拉伸机构16的辊16.1至16.4的表面速度和/或第二拉伸机构17的辊17.1至17.4的表面速度。也可影响丝束3在蒸汽通道22中的调温作为另外的参数。由阀23输入的热蒸汽量能够通过阀控制器24进行改变，由此过程参数的相应设定决定丝束的调温。作为另外的变型，能够通过压紧装置20改变在输出辊16.4和轧辊19之间形成的辊隙21。压紧装置20配设有压紧控制器25，所述压紧控制器与控制装置8相连。因此能够增大或减小用于给丝束3脱水的压紧力。由此能够直接在进入拉伸区4之前影响丝束3的干燥度。

按照本发明的设备的如图1和图2所示的实施例尤其适用于通过中央控制装置基于测量装置的信号并行地影响多个过程参数。由此，例如在图1所示的设备中拉伸辊的表面速度和纤维条子的调温能够相互协调地变化。原则上还能够将用于检测丝束的表面温度的测量装置直接与处理装置的控制器相连，以便根据测量评估来获得期望的过程变化。

图5中此外示出了按照本发明的用于拉伸丝束的设备的一个实施例。所述实施例具有两个相邻布置的拉伸机构16和17，所述拉伸机构包括多个被驱动的辊16.1至16.4以及17.1至17.6。第一拉伸机构的辊16.1至16.4构成两个辊对27.1和27.2，所述两个辊对在周部上被纤维条子3多圈包绕。辊17.1至17.6同样被布置成多个辊对27.3、27.4和27.5，从而以多圈包绕的方式引导丝束3。

辊16.1至16.4的驱动器以及辊17.1至17.6的驱动器在此没有详细示出。辊对27.1至27.5能够通过联合驱动或独立驱动来运行。为了在拉伸机构16和17之间形成的拉伸区中拉伸丝束3，以差速度运行所述辊对27.2和27.3。

在拉伸区内布置有测量装置9，以便探测丝束表面处的表面温度。所述测量装置与前文根据图1和图2所述的实施例相同，由此在此不再进一步阐述并且请参照前文的描述。

在拉伸区内在丝束的与测量装置9相对的一侧上布置有反射器28。所述反射器28平行于丝束3并且基本上在拉伸区的整个长度上延伸。在此，反射器28形成至少一个另外的被测量装置9探测的测量区。因此还能够获得丝束3的上表面和下表面上的表面温度。

为了对丝束进行热处理，拉伸机构16的辊16.1至16.4配设有各自的调温装置12。所述调温装置12在此实施例中由冷却的辊套12构成。辊16.1至16.4的辊套12优选地借助冷却流体进行冷却。冷却流体的供应和进而辊16.1至16.4的辊套的表面温度通过温度控制器13来控制。所述温度控制器13直接与测量装置9相连。由此能够通过测量装置9直接执行用于改变辊16.1至16.4上的丝束的热处理的控制指令。这能够简洁且快速地实现调节路径，从而使拉伸机构16和17之间的拉伸区中的纤维的拉伸变得稳定。

图5中示出的按照本发明的设备的实施例尤其适用于一步式工艺过程，在其中纤维直接由纺丝装置供给。这种一步式工艺过程能够进一步调整直接由纺丝装置给出的拉伸参数的设定。

在图6中此外示意性地示出了按照本发明的用于拉伸丝束的设备的实施例。根据图6的实施例基本上与根据图5的实施例相同，因此在此仅阐述其区别，其余的参照前文的描述。

在图6所示的实施例中，在拉伸机构16和17之前设有纺丝装置26。所述纺丝装置26至少具有纺丝喷嘴30、吹风装置31以及润湿装置32。所述吹风装置31由布置在纺丝喷嘴30下面的吹风烛/吹风筒31.2构成，所述吹风烛连接在吹风机31.1上。通过吹风机31.1将冷却空气供应给吹风烛31.2，所述吹风烛通过透气的烛外壳生成持续的冷却气流用以冷却从纺丝喷嘴30中新挤出的纤维。吹风装置31的构造/设计是示例性的。还能够通过具有冷却缸的吹风室构成吹风装置31。

在吹风装置31下方布置有上油环32.2和计量泵32.1形式的润湿装置32。上油环32.2与以环状布置被引导的纤维条子相接触并且利用上油剂润湿纤维。吹风机31.1和计量泵32.1被实施成可控的并且与纺丝控制器29相连。

纤维条子被拉伸机构16牵拉，其中，在成束之后丝束在纺丝装置26下方通过转向辊33转向。

在拉伸辊16和17之间的拉伸区的进入区域内设有测量装置9，所述测量装置通过红外探测装置10持续探测丝束。由于测量装置9与根据图1和图2的上述实施例相同，为了避免重复可参照前文的描述。

所述测量装置9直接与纺丝控制器相连。由此能够使用由测量装置生成的信号来使纤维的冷却和/或纤维的润湿与拉伸工艺过程相协调。由此能够有利地通过纺丝装置中的冷却强度或由纺丝装置中纤维的润湿造成的丝束中的湿度来预调丝束的调温。

按照本发明的用于拉伸丝束的熔纺纤维条子的方法和设备的出众之处在于：拉伸的高一致性。由此保证纤维生产线的稳定的运行性能。高强度纤维的生产要求高拉伸比，因此拉伸点的可靠控制能导致有效地生产高质量的纤维。