专利名称:用于冷却和调节熔融纺丝材料的装置的制作方法
本发明涉及冷却和调节熔融拉丝材料的装置。
在熔融拉丝过程中，长丝和纤维的制造是将给定的熔液经拉丝头拉成许多根的可熔长丝。用吹冷空气的方法，在凝固点以下，最好低于玻璃转变点，冷却长丝，长丝在恒定的速度下拉式，而后涂上调节剂，缠绕或制成纤维绳存放在桶中。获得均匀优质产品最基本的要求是熔液应尽量纯一和均匀冷却。
热分解影响溶液的纯一性。熔液应尽量均匀，喷丝口不应有任何减少熔液流量的区域或任何滞止的材料。这些要求可用径向对称圆形喷丝孔极简单而有效地解决。该喷丝孔在熔融拉丝过程中一直是非常重要的。
圆形喷丝孔的缺点是，在用普通鼓风筒侧向吹风冷却长丝时，每个拉丝板上喷丝孔的直经和数目必须多于所需的数目，以满足均匀冷却的要求。采用侧向吹风，使从喷嘴吹风隔板端拉出的长丝更坚固，且从偏离吹风隔板端拉出的长丝冷却快。增加喷丝孔数目和表面密度，使这一差别扩大，且这一差别将影响纤维主要性能，如拉伸特性;断裂延伸率;收缩值和着色特性。
在保持侧向吹风方法的同时，如使用有2000到3000个孔的矩形喷嘴来代替约有600个，也许最多达到800个孔的圆形喷嘴就会大大增加每个拉丝板上拉丝孔的数目，相对地，亦会增加每个纺丝部位(spinning position)的流率。只要喷嘴的结构合理，即使喷咀是矩形的也可得到充分均匀的熔流。然而，矩形喷嘴比圆形的更易阻塞，在拉丝中使用时必须经常更换。
如果使用有多孔的径向对称圆形或环形喷嘴，可基本避免上述缺点，并且不是侧向吹风冷却长丝而是均匀地、径向对称地引入以冷却长丝。如美国专利US-A-3299469号所述，径向对称空气从外向里喷吹。
对于拉丝过程，采用相反的吹风方向，即从里向外吹风更合适，尽管制造这样的装置不太容易，这至少有以下两个理由首先，如果从外向内吹风，在气流作用下，长丝束会被压缩，结果单根长丝的间距缩小。如果再增加气流的强度，将有两根或多根未完全凝固的单根长丝相互接触并粘联或不均匀地熔接在一起的危险。相反，如果从里向外吹风，使长丝束膨胀，单根长丝的间距就会增大。
其次如果从外向内吹风，长丝束在它快速运动中夹带外部空气的作用很弱，仅有部分冷空气起冷却作用。如果从里向外吹风，外部空气起补偿作用，气流的作用是加强最弱处的冷却。在同样意义上，加强了长丝外部/内部冷却作用。
然而中心鼓风(即鼓风方向从里向外)如美国专利US-A-3858386、US-A-3969462和US-A-4285646，欧洲专利EP-A-04082号和EP-A-0050483号所述，其气流引入困难，尽管它有明显的优点，但到目前还未真正采用这种方法。
如果气流从下向上引入，则引入的空气横过长丝运动方向。只有使从拉丝板中拉出的一组长丝分成两束平行运动，才能保证刚拉出的长丝不受进气管的干扰。然而，同美国专利US-A 4285646(第二段第6～68行)中所叙述的一样，这种方法有很多缺点。使用这样的吹风装置仅对拉丝中断后再次拉丝的工艺进行尝试就遇到了许多难题，而断丝，喷嘴的更换和清洗等还未考虑。而且强度不够和未凝固的纤维头容易粘附在鼓风桶上并与其它断裂的纤维粘在一起，因此拉丝过程甚至不能由熟练的人来控制。
为了避免上述问题，美国专利US-A-4285646，欧洲专利EP-A-0040482和EP-A-0050483叙述了从拔丝板中心的一组孔从上面输入气流的方法。这种方法带来了新问题，如有关隔热问题。拔丝孔的熔化物不能被气流冷却，而气流不能被已加热的拔丝孔组所加热，这一问题只能通过适当增加孔经来解决。此外，从孔环圆拉丝孔中流出的熔流不再径向对称。
本发明的目的是，设计对熔化长丝进行中心鼓风，鼓风方向从里向外的装置，它可克服上述的缺点。
按照本发明，用于冷却和调节熔融拉丝的装置包括一个过滤筒，通过它可向外喷吹冷空气，此筒可在与拉丝方向平行或垂直的方向上移动，并且在其上端有一个可封闭的圆形小孔，可使向外喷出的强气流通过。接在鼓风筒下面的有一个环形喷嘴头，具有输入调节剂和排出多余调节剂的装置。
本发明使用下列五个特征1.冷却主要是空气流从下面输入。因此使用圆形拉丝孔且熔流径向对称是可能的。在一组拉丝孔中无隔热问题。改造旧有设备时，可不更换卷轴(Spinning beam)。
2.鼓风装置不固定，而是可动地装配，可用旋转变向或直线推拉移动的方法，垂直下降并水平移出长丝运动区域。例如，用在拉丝中反向移动来完成。
3.拉丝中，在输入气流的同时，强气流从鼓风装置即鼓风筒上端的环形槽喷出。在鼓风筒被挂上/收回和上升的时候，气流使长丝不能接触鼓风筒以防止长丝悬融、粘接和断裂。鼓风筒上升时，弹性中心销钉被穿过盖在鼓风筒上端的平盖，压入拉丝板中心的凹槽里，并支撑在那里。销钉克服槽盖的弹性，并当鼓风筒达到它的最高位置时，用它开启一个向环形孔输送空气的关闭阀门。
4.一组长丝不再分成两束，输入的空气不经过装在鼓风筒下端的圆形管输送到与长丝运动轨迹相交的区域，而是通过可转动的平槽输入，可获得小的横向伸展和很高的垂直伸展。槽的上表面涂有陶瓷层。或带有陶瓷成份的材料(长棒、半壳体)，作为长丝挡板，不影响气流对称，没有因长丝束的排列而引起的涡流。
5.在鼓风筒的下端可转动的平槽上面对长丝涂以调节剂。含水的调节剂溶液(水通常为99%)，至少用一台在两个有陶瓷涂层的法兰盘之间的环形装置配制，法兰盘与一组通过鼓风区后的长丝接触，这样使长丝运动轨迹稳定，调节后的长丝被聚集在一起并改变方向(如转到侧向气流槽的上面)。调节后的长丝成为一组散开的纤维，而不用传统方法制成纤维来收集。部分调节液可从长丝束上蒸发，这有助于长丝冷却。用于输入调节剂和排出多余调节剂的导管(在较低的法兰盘下面组合成一个环形槽)在气流槽里面和可转动的平槽内。在已知方法中，(2)和(3)使拉丝无事故。方法(3)过去设叙述过。有和特征(5)有关的相同长丝冷却和浸湿分布方式的调节装置，见美国专利US-A-4038357号。然而该装置适用于很不同的目的，即用薄液膜在同一面对称地冷却长丝，具有予卷曲长丝的目的。代替法兰盘和环形孔，这样，中心金属成形件有较宽的接触表面。摩擦必然出现在该表面，在传统拉丝过程中增加长丝的张力至不能接收的程度，尤其是假如拉丝速度大致大于在实例中给出的最大拉丝速度(约900米/分)时。
然而，带有一个圆形小孔的圆形法兰盘仅是本发明调节装置的最佳实施例，例如如果增大圆形小孔并被象油绳一样的材料塞满，或者用一个狭窄的烧结金属环代替法兰盘周边接触面。装置的原理和操作不受影响。
现通过实例并参照本发明长丝冷却装置的侧视图来叙述本发明。如图所示，拉丝孔10在拉丝板1中。聚合物熔液从拉丝孔10中流出，开始，在冷空气作用下凝凝的易熔长丝6被鼓风筒5吹开。随后，通过由环形槽和环形管道组成的调节装置7，在长丝导板9中聚集成纤维绳，被输送到出口装置。
拉丝孔10最好在多圈环形中布置，而不在单圈孔环中，如图所示，以获得最佳结构，用薄锥形罩3遮盖鼓风筒5的上端，在锥形罩3的下面紧接着一个圆形孔4。鼓风筒5与进气管8连接，进气管从水平横向管道的形式接在鼓风筒的下端。鼓风筒5用支撑在拉丝板1的中心凹槽中的定心销钉2固定在图示位置。
鼓风筒5包括一个多孔的，机械性能好的材料，例如烧结金属制成的多层过滤网或加强的过滤纤维网。它包括大部分可更换的筒体或其它用于鼓风长度方向上予先确定气流轨迹的部件。
拉丝时，当刚拉出的长丝通过长丝导板9并稳定拉出时(用吸气喷枪或拉丝装置)，首先移动鼓风装置，仅转动并上升。在旋转和上升时，强气流单向通过，从设在罩3下面的环形孔口4喷出，以使长丝不停留在鼓风装置上发生断裂。在达到终端时，由于安装在拉丝板1上的中心销钉的限制，气流自动切断。
在长丝通过长丝导板9时，长丝得到充分冷却。长丝可立即改变运动方向，从横向拉出，即可在较短的长丝运动轨迹范围内进行加工(无下降轴)。
为使拉丝材料具有较高的聚合物含量(如PA-6)，在锥形罩和鼓风筒上端装有防止聚合物在鼓风筒上冷凝的加热装置。
上述鼓风装置非常有效。从以下例子可了解到，在常规移送速度下，每一拉丝机可达到日产2.5吨的生产率，所得到的长丝和纤维质量好。
用以下例子来说明本发明。
用图示装置实施上述过程。
例1
聚乙烯对酞酸酯轧碎后得到一种相对粘度为1.60(计量标准为一种浓度为1.0%的溶液在20℃的m-cresol中)的溶液，在一台90mm/248的旋转挤压机中熔化并在293℃的熔化温度下以966g/min的挤出率通过一个圆形拉丝板，拉丝板上有9圈环形分布的1295个直径为0.4mm的拉丝孔。
用位于拉丝板中心的鼓风筒吹出温度为30℃相对湿度为65%的空气，以450kg/h的流量冷却长丝。用烧结金属制成的鼓风筒，其内径为70mm，外径为76mm，长530mm，锥形罩高30mm(空气与熔液流量比为7.5∶1.0)。
在鼓风区的末端，细丝通过一个直径为180mm的调节环，同时以400ml/min速度被涂上一种0.5%的拉丝调节剂，随后长丝在导向器中聚集，长丝在导丝盘上以1500m/min的速度被拉出，并缠绕在拉丝箱中的卷轴上。
在纤维运动线路上，拉出的丝束以1∶3.5的拉伸率拉伸、固定、压卷、干燥并切成38mm长的常用纤维丝。
通过检验纤维丝，得到下列结果，纤度为1.53dtex，断裂强度为6.4CN/dtex，延伸率在7%时的强度为2.2CN/dtex，断裂延伸率为20.4%。
在整个生产过程中纤维无损伤。可移动、带有支撑的鼓风装置，在其锥形罩的底面有辅助气流，操作很便到，
例2-5操作情况与例1相同，其变量及结果如下表所示实例 2 3 4 5颗粒化 PETP PETP PETP PA-6拉丝孔的数量， 2158/0.4 1661/0.4 710/0.4 710/0.3熔液的流量，g/min 1812.2 1693 1792 305空气流量，kg/h 770 750 600 390空气/熔液流量比值， 7.08 7.5 5.6 21.3鼓风筒直径，mm 90/96 90/96 90/96 70/74＊拉丝速度m/min 1750 770 1100 1000拉伸率。1∶ 3.0 4.3 4.05 2.5纤度。dtex 1.72 2.90 5.03 1.62断裂强度，CN/dtes 5.8 5.4 5.7 5.7延伸率。% 24.2 31.4 20.6 53.6＊锥形罩被加热到310℃，防止PA-6的聚合物在其上沉积。
权利要求
1.用于冷却，稳定和调节熔融拉丝的装置，其特征是包括一个其喷丝孔环形布置的拉丝板，适用于向下定向排列长丝，一个冷却剂入口，气体冷却介质经冷却剂入口与长丝接触，还有调节装置，在该装置中，冷却剂入口是垂直过滤筒的型式，其上端封闭，可动地安装在横向延长臂上(因而过滤筒可在拉丝板下面的中心转动)，并且它还可平行于拉丝的方向移动，横向延长臂包括一个与过滤筒相通的导管，而且调节装置包括在过滤筒下面的环形长丝接触区，一个调节剂的入口和一个多余调节剂的出口。
2.按照权利要求
1所要求的装置，其特征是横向延长臂包括用于输送冷却剂和调节剂的导管和在它上面的长丝挡板。
3.按照权利要求
1或2所要求的装置，其特征是，过滤筒包括一个在它上端的可封闭环形孔。
4.按照权利要求
3所要求的装置，其特征是可封环形孔的小孔沿经向或向下倾斜布置。
5.按照权利要求
1到4的任一个所要求装置，其特征是，环形长丝接触区包括至少一个环形孔，并且位于一个环形槽的下面。
6.按照权利要求
1至5中任一个所要求的装置，其特征是在过滤筒上端有一个锥形罩，锥形罩包括一台加热装置。
7.按照权利要求
1至6中任一个权利要求
所要求的装置，其特征是在过滤筒的带槽的锥形罩上有一个中心销钉，拉丝板的下边包括一个用于中心销钉的凹槽。
8.按照权利要求
1至7中任一个权利要求
所要求的装置，其特征是鼓风筒包括烧结金属的多层过滤网或有加强物的过滤纤维网。
9.按照权利要求
1至8中任一个权利要求
所要求的装置，其特征是冷却介质是空气。
专利摘要
该发明包括一个可调节的把冷空气从中心引入长丝束的装置，它的方向可在与拉丝方向平行和垂直；还有一个正好在鼓风筒下边的环形喷嘴头，用作中心鼓风装置，用来输入或清除调节剂。中心鼓风装置的上端有一个被加热的锥形罩和一个可封闭的环形孔，强气流从中向外流出，纺丝过程中它帮助加工。冷却剂和全部介质可在调节环下面的一个平面上的窄槽中输入，因此，尽管横过长丝通道，长丝束不会隔断。
文档编号D01D5/092GK86106442SQ86106442
公开日1987年3月18日 申请日期1986年9月18日
发明者沃纳·斯蒂巴尔, 艾伯特·布卢姆 申请人:埃姆斯-英维塔公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan