用于使用盘绕的纤维环的低速、高生产量的纤维拉伸的方法和设备的制作方法

专利名称：用于使用盘绕的纤维环的低速、高生产量的纤维拉伸的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于拉伸纤维、纱、或者由天然树脂、合成树脂或它们的组合形成的带 条的方法和设备。为了方便，在下面的本发明的描述中，将按照拉伸纤维描述所述方法和设 备。然而，应理解，所述方法和设备同样可用于拉伸进行这种过程的任何细长本体元件。但 是虽然如此，将按照盘绕的纤维环形式的纤维的拉伸描述本发明的拉伸方法和设备。应理 解，所述盘绕的纤维环是纤维能被卷绕到其内的连接的组的环或盘。
背景技术：
在大多数聚合物纤维(举例来说，尼龙、聚丙烯、和聚酯纤维)的生产中，包括在纺 纱或挤压(extrusion)阶段之后的拉伸阶段。在所述拉伸阶段，通常在升高的温度下由拉 伸设备将所述纤维拉伸到大体上超过(在一些情形中，几倍于)它们的原始长度的长度。所 述纤维以速度VfibCT穿过所述拉伸设备，从所述拉伸阶段的开始到结束所述速度VfibCT增加， 速度拉伸过程中沿着纤维点的纤维轴线(如果纤维拉伸发生在弯曲表面上，举例来 说，弯曲热板或辊上，则沿着纤维轴线的切线)的线速度。纤维拉伸率X，其是纤维拉伸的 程度，由下式给出A = Vfiber2/Vfiberl,(1)其中VfibCTl是纤维拉伸阶段的开始时的纤维速度VfibCT，和Vfiber2是纤维拉伸阶段的结束时的纤维速度VfibCT。纤维的拉伸使得它们能获得所需要的分子取向和结构，依靠其它们达到所需的强 度和其它所期望的物理特性。作为例子，对于商业尼龙纤维来说代表性的、是大约6比1。 通常，X越高，分子取向和纤维拉伸性能(具体是韧性和杨氏模量)越高。在连续的多阶段拉伸过程的情形中，VfibCT2是最后的纤维拉伸阶段的结束时的纤 维线速度，并且VfibCTl是第一纤维拉伸阶段的开始时的纤维线速度。通过将纤维从一组转动辊传递到另一组转动辊使得拉伸通常已经被达到商业范 围的效果。各组接收辊以表面速度转动，该表面速度大于前组进给辊的表面速度。在依靠转动辊的拉伸纤维的情形中，我们得到Vfiberl = Vsurfacel = Vintlet 且(2)Vfiber2 = Vsurface2 = Voulet,(3)其中Vsurfa。el是进给辊的线性表面速度，Vsurface2是接收辊的线性表面速度，Vintlrt是纤维入口速度，其是沿着将纤维进给到进给辊的纤维轴线的纤维线速度， 且Voutet是纤维出口速度，其是沿着将已拉伸的纤维从拉伸阶段输送到连续的纤维制 造过程的下一阶段(拉伸，热定形、松弛、散装或织构、卷曲、修整应用等)或接收卷包的纤 维轴线的纤维线速度。
7
这样在传统的工业拉伸过程中，纤维出口速度V。utet与纤维速度Vfibw2的比率是1 比1 (这个比率将被用于下面的讨论)。在将拉伸阶段后的拉伸后的纤维输送到接收卷包的情形中，我们得到Vfiber2 = Voutet = Vtake_up(4)其中Vtate_up 是取起速度，其是沿着取起接收卷包上的拉伸后的纤维的纤维轴线的 纤维线速度(在一些情形中，Vtake_up稍微高于Vfito2和v。utlrt以在取起的纤维时提供张力)。出口速度V。utlet和取起速度Vtake_up确定拉伸阶段的生产量。大多数传统的商业过 程，尤其是在熔纺柔性-链聚合物纤维(melt-spun flexible-chainpolymer fiber)领域 中，具有从几百到几千米每分钟的范围的非常高的速度Vtak_p以提供高生产量。这意味着， 在高生产量的商业过程中，速度Vfibw2和V。utet也是高的，也就是，从几百到几千米每分钟的 范围。另一参数被用来表现纤维拉伸过程，也就是，拉伸速度或应变速度Vsteain，其是单 位时间内纤维的相对变形(应变)。通常用百分数每秒(％ /sec)表达应变速度Vstrain并且 由下式给出V
strainVstrain = λ /T,(5)其中T是拉伸时间。在传统的商业过程中应变速度Vstrain是高的，也就是，百分之几百每秒。在这种传统的高纤维速度、高拉伸速度的过程中，纤维经历非常突然的加速并且 在它离开一个辊以传递到随后的较高速辊的点处张力增加。必须当心以确保张力的突然增 加不使纤维断线。这样，这种传统的技术可以被称为“冲击拉伸”，因为在行进过所述拉伸机 时所述纤维从它的初始状态到它的最终拉伸后状态经历突然的“冲击的”加速。所述“冲击 的”加速和高拉力导致频繁的纤维断线和装备停机，高浪费量并且阻止进一步的纤维改进。因为高纤维速度，在大多数高生产量工业过程中拉伸时间T是非常短的，也就是， 对于单阶段拉伸来说小于1秒并且对于二或三阶段拉伸来说小于大约1-3秒。这导致“不 均衡的”拉伸，其中在被拉伸时纤维不具有足够的时间以被加热到周围的升高温度，并且在 纤维横截面处于高温度梯度时发生拉伸。这进而导致可拉性和结晶性降低，横截面中的高 形态和物理性能梯度，高局部过应力，降低的拉伸性能，以及带有高热空气收缩率的尺寸不 稳定纤维。这对于具有高但尼尔(但尼尔是以克表示的9000米纤维的重量数)的纤维和纱 来说是尤其典型的。为了提供用于热定形的额外时间，现有技术需要分离的、专用的、非常 昂贵的、和耗能的装备以在不减少它们的拉伸性能的情况下生产尺寸稳定的纤维(Vetter 的美国专利US5, 522，161 (1996)，Vetter等人的美国专利US5, 588，604 (1996)-下面讨论这 些专利)。更通常地，用于减少收缩率的不同方法被用在商业过程中。当移动通过特定阶 段时纤维遭受受限的收缩率，该特定阶段在最后拉伸阶段之后。当如此做时，减少了起始模 量、中间模量以及韧性。上面所提及的商业拉伸过程不能使人们能生产具有与由实验室规模的低纤维速 度、低拉伸速度、长拉伸时间和非冲击的拉伸过程制造的那些纤维相接近的拉伸和其它物 理性能的聚合物纤维。这种实验室规模的拉伸可以被称作“均勻的”或“均衡的”拉伸，其 中拉伸时间T是足够长的以将纤维加热到周围温度，当它被拉伸时，在纤维横截面中具有 低温度梯度。这导致横截面中的一致的形态和物理性能。这些实验室规模的实验获得更有效的形态转变“低取向的-高取向的聚合物系统”和优良的物理性能。例如，实验室规模的 柔性链的韧性、规则的分子量，熔纺聚合物样本是比传统的商业纤维的那些高1.5-2倍的 并且起始模量是比传统的商业纤维的起始模量高几倍的。(作为一例子，在W. N. Taylor， JR.禾口 E.S.Clark，Polym 的 “ SuperdrawnFi laments of Polypropylen”，Eng，Sci.，18， 518-526(1978)中能看到实验室规模的聚丙烯纤维的拉伸性能。在下面的表VI中呈现了这 些结果与商业聚丙烯纤维的拉伸性能的比较)。为了克服实验室规模和商业规模聚合物纤 维的性能之间的这个大差距，需要开发一新方法。而且，在现在的纤维工业之内，有另一大差距，也就是，低成本、低性能、常规分子 量、熔纺、柔性链聚合物纤维(举例来说，聚乙烯、聚丙烯、聚酯、尼龙等)的拉伸性能大大 低于高成本、高性能、全芳香族聚合物纤维(举例来说，Kevlar 49,DuP0nt和Twaron ， _Teijin)以及超高分子量、溶纺(solution-spun)、脂肪族聚合物纤维(举例来说， Spectra , Honeywell和Dyneema ，DSM)的拉伸性能。通过工业化地生产新一代的带有 实质上改进的拉伸和其它物理性能的低成本、高性能聚合物纤维(最可能的，柔性链，常规 分子量，熔纺)来填补这种差距是纤维科学和技术的巨大挑战。通过将实验室规模的研究 成果(上面所提及的)引入到工业中能实现这一点。对于具有不同的拉伸性能理论值的 不同柔性链、常规分子量的聚合物纤维来说，在高生产量工业过程(也就是，具有从几百到 几千米每分钟范围的取起速度Vtake_up)中获得大约l-2GPa(12-22gpd)的纤维韧性和大约 20-100GPa(250-1000gpd)的起始拉伸模量将是非常有吸引力的。在上面所提及的Taylor 和Clark的工作中，对于实验室规模的实验中的熔纺、常规分子量的聚丙烯长丝来说所获 得的韧性是大约lGPa(12gpd)并且所获得的起始模量是22GPa(270gpd)(参见下面的表VI)。在这个领域取得进步的任何公司在现在和将来在竞争方面将具有巨大的优势。据 我们所知，截止到目前美国、亚洲或者欧洲的纤维工业在这个领域还没有获得显著的进步。在现有技术中已经进行了一些努力以改进传统的工业拉伸方法。在Goggin等人的美国专利US2，372，627 (1945)，Swalm等人的美国专利 US2, 788，542(1957)，以及 Sussman 的美国专利 US3, 978，192(1976)、US4, 891，872(1990)， US4, 980，957(1991)，US5, 339，503(1994)，和 US5, 340，523(1994)中介绍了用于工业规模 的纤维逐渐增长的拉伸的方法和设备。逐渐增长的拉伸通过将传统的商业拉伸过程分成小 的步骤，通常是10-30个，也就是，在一对具有倾斜轴线的圆锥形辊的具有微小台阶的或光 滑的表面上拉伸纤维，改进了传统的商业拉伸过程。Beck等人的美国专利US4，967，457(1990)披露了一种用于伸长热塑性纤维的装 置。在这个专利中，纤维移动通过布置在加热室内的输送机构和拉伸机构之间的多个未受 到驱动的辊。一些辊具有闸，提供几个相继的拉伸区域。与传统的方法相比，本发明的方法都提供更长的拉伸路径和拉伸时间T以及更低 的应变速率Vsteain。然而，与在传统的拉伸方法一样，纤维，当被拉伸时，高速穿过拉伸设备 并且在拉伸阶段的结束处Vfibw2 = Voutlet (换句话说，出口速度V。utlet与纤维速度Vfibw2的比 率是1比1)。如果在所述拉伸阶段之后拉伸后的纤维被输送到接收卷包，Vfito2 = Voutlet = vtake-up。经济上的原因促使保持速度vfibCT2、v。utlet、和vtake_up尽可能的高，也就是，在从几百 到几千m/min的范围内，为了提供高生产量。
对于两种方法，尽管“冲击的”加速被减少，然而在各拉伸步骤或区域中仍保持为 较高。在高生产量过程的情形中，拉伸是“非均衡的”，也就是，它拉伸时间仍然短(几秒)， 在拉伸过程中其不足以将纤维(尤其是高但尼尔纤维)加热到周围温度。在逐渐增长的拉 伸的情形中，当行进过拉伸设备时纤维仅仅在辊之间并且不在它们的表面上被拉伸。这导 致拉伸时间减少到能达到在该设备中的驻留时间的大约一半的程度。当纤维移动通过拉伸 设备时拉伸开始和停止。这样，逐渐增长的拉伸不是均勻的并且可以被称作“间歇拉伸”。
在Erb的美国专利 US3, 426，553 (1969)，Richter 的美国专利 US3, 774，384(1973)， Simpson 等人的美国专利 US4, 414，756 (1983)，Vetter 的美国专利 US5, 522，161 (1996)，和 Vetter等人的美国专利US5，588，604(1996)中已经为纤维热定形建议了用于将纤维卷绕 到围绕输送装置的盘绕的环中，通过这种输送装置以慢速和高驻留时间将这些纤维环输送 过加热室，然后展开这些纤维环，并且以高速取起纤维的技术。然而，本发明的方法和设备 不是为纤维拉伸设计的并且不能用于纤维拉伸。Sordelli的美国专利US2，302，508(1942)披露了一种大体上具有通常的截头圆 锥形式的络纱机形式的设备，其被设置成围绕它的轴线转动时促使分布在该设备之上的螺 旋圈系列中的丝材料从它的具有最小直径的端朝着具有最大直径的相反端卷绕。所述丝材 料以连续的方式卷绕到该设备上并且在它已经沿着所述圈系列行进之后从其展开；在移动 期间，所述材料经历连续的渐进的拉伸动作，由此它将它的长度增加到一定程度，该程度取 决于所述设备的结构特征。所述络纱机(winding frame)包括围绕中心轴线转动的架构件 和多个悬臂辊，所述多个悬臂辊各在一端处可转动地安装所述架构件，所述辊的轴线相对 于所述中心轴线是发散的和偏斜的。偏斜的转动辊通过膨胀所述螺旋圈同时沿着所述中心 轴线输送这些圈拉伸纤维。在这个发明中，所述纤维以低速穿过拉伸设备提供比传统的工业拉伸过程更长的 拉伸路径和拉伸时间T以及更低的应变速率Vsteain。然而，当在工业规模上采用时，这个设 备具有一些缺点。它们是下列各项(1)设计作为转动络纱机的组成部分，围绕它们的轴线同时围绕中心轴线转动的 具有发散的和偏斜的悬臂的输送-拉伸构件(受驱动辊)是复杂的。(2)该设备的输送_拉伸构件的发散角是固定的并且不能改变纤维拉伸率，如果 它是需要的，通过改变发散角来改变纤维拉伸率。(3)当拉伸大量纤维环(直到几百)时尤其是在高拉伸率(举例来说，5x和更 高)、高但尼尔长丝，以及现在的高韧性纤维的情况下，所述输送_拉伸构件(其是悬臂的， 发散的，和相对于中心轴线偏斜的)强度不足以能承受拉伸过程中的高拉伸力。大量环 (100-200甚至更多)是必须的以在高出口速度V。utlrt和生产量的情况下提供长拉伸时间T 和低应变速率Vsteain[参见下面的等式(32)]。基于相同的原因，Sordelli的设备具有这样 的局限性是长的以放置大量环。Sordelli的设备也具有这样的局限性因为驱动机构(齿 轮箱)的设计以驱动所述输送_拉伸构件以及纤维环沿着所述输送_拉伸构件向下滑动的 可能性(参见下面)，对于高拉伸率(5x以及更高)来说，必需提供输送-拉伸构件的高发 散和在输送端处的前导纤维环的大直径(以及外周)。(4)在Sordelli的设备中，所述输送-拉伸构件(辊)具有被橡胶或其它材料覆 盖的光滑表面以改进摩擦并且防止所述纤维环在所述构件的表面上向下滑动。在那种情形中，找到能在加热室的内的对于纤维的有效的热拉伸来说必需的升高温度下操作的涂层是 困难的。在没有涂层的情况下，很可能所述环将沿着所述输送-拉伸构件向下滑动，尤其是 在以下情形中，(i)对于较高的拉伸率来说必须的输送-拉伸构件的较高的发散，(ii) 一些 具有低摩擦系数的聚合物；和(iii) 一些应用在纤维制造过程中的修整。 (5) Sardelli的设备操作不方便，也就是，难以将纤维端装载到该设备中以开始拉 伸过程以及难以在纤维断线之后重新启动所述设备，并且，在纤维断线的情形中，断线的端 部能被容易地卷绕在转动的输送-拉伸构件(辊)上导致显著的操作问题。因此，Sordelli的设备在工业可行性方面具有显著的缺点。

发明内容
本发明涉及用于盘绕的纤维环形式的纤维或由天然树脂、合成树脂或者它们的组 合形成的类似柔性元件的低纤维速度、低拉伸速度、高生产量、均勻的、连续拉伸的方法和 设备。如同上面所提及的那样，盘绕的纤维环是纤维能被卷绕形成的相连接的组的环或卷。纤维被以入口速度进给到拉伸设备中，所述拉伸设备包括输送-拉伸结构，所述 输送_拉伸结构包括多个围绕中心轴线布置的输送_拉伸构件(举例来说，转动的螺纹锭 或者循环链)。所述输送_拉伸构件具有接收端和输出端，接收端和输出端沿着所述中心 轴线间隔开，使得输出端和中心轴线之间的距离大于接收端和中心轴线之间的距离。盘绕 的纤维环被连续地放置在移动的输送_拉伸构件的接收端上。所述输送_拉伸构件通过膨 胀所述纤维环的外周而拉伸纤维，同时沿着所述中心轴线从所述接收端到所述输出端地缓 慢地输送这些环。这样，由盘绕的纤维环(举例来说，圆形的或蜿蜒形的环)组成的层被形 成在所述输送_拉伸构件上。优选地，沿着纤维轴线移动所述纤维环的点(举例来说，围绕 所述中心轴线缓慢地转动纤维圆形环)防止纤维环与所述输送-拉伸构件具有固定的接触 点ο所述盘绕的纤维环，当被输送和拉伸时，使用供应有热空气、热惰性气体或者过热 蒸汽的加热室使其经受升高的温度。在所述输出端处，拉伸后的纤维的前导环被相继地去除掉。所述纤维被以从几百 到几千米每分钟的范围的出口速度V。utlrt输送到纤维制造过程的下一阶段或者被输送到接 收卷包。与现有的工业过程相比，本发明的拉伸过程具有一个或多个以下优点在相同的 或更高的纤维速度v。utlrt和Vtak_p以及生产量时显著地变长的拉伸时间T、更低的应变速率 Vsteain，和更低的拉伸线中的拉力。这打开了与工业纤维技术的现有技术相比显著提高了商 业上的纤维的物理特性，具有更少的断线、更少的设备停机以及更少的浪费的大门。发明目的本发明的目的是提供避免现有技术的缺点的用于聚合物纤维的连续拉伸的新方 法和设备。1.本发明的目的是提供用于连续纤维拉伸的新工业方法和设备，其满足被纤维工 业、尤其是熔纺柔性链聚合物纤维领域认为是矛盾的两个要求(a)纤维工业的要求一具有从几百到几千米每分钟的范围的高出口速度V。utlrt和 取起速度Vtake_up以提供高生产量，和
(b)聚合物纤维科学的要求一提供长的拉伸时间T和低应变速率Vstrain，其是获得 有效的“低取向-高取向聚合物系统过渡”以及产生高性能纤维所必需的。拉伸时间T需 要是足够长的(举例来说，从几秒到几十秒的范围)以在拉伸过程中将纤维加热到周围的 升高温度且在纤维横截面中具有低温度梯度和均勻形态以及物理性能。应变速率Vstrain需 要至少是比工业过程的应变速率低一个或两个数量级的(举例来说，从几^/sec到几十％ /sec的范围)。2.本发明的另一目的是提供一种用于聚合物纤维(柔性链以及全芳香族)的连续 拉伸的新工业方法和设备，其能显著地改进纤维拉伸性能(也就是，韧性、杨氏模量，中间 模量，断线延长率等)，所述拉伸性能接近于在以低应变速率Vsteain和长拉伸时间T的实验 室实验中获得的那些。尤其是，对于具有不同的拉伸性能的理论值的不同聚合物纤维来说， 这将导致新一代的具有大约l-2GPa(12-22gpd)的韧性和大约20_100GPa (250_1000gpd)的 起始拉伸模量的低成本、高性能工业聚合物纤维(最可能的是熔纺、常规分子量，柔性链) 的 开发。3.本发明的另一目的是提供用于在不突然的、“冲击的”加速的情况下连续纤维拉 伸的更可靠的工业过程。与现有技术相比，这个过程将导致拉伸线中的较低的拉力，较少的 断线，较少的装备停机，以及较少的浪费。4.本发明的额外的目的是提供用于连续的纤维拉伸的新工业方法和设备，其将在 不使用昂贵的和耗能的额外设备的情况下产生尺寸稳定的、低收缩率的纤维，同时保持改 进的物理性能，例如上面所提及的起始模量，中间模量和韧性。这可以导致显著地节省资金 费用、能量消耗、以及较小的工业空间的可能性。5.本发明的进一步的目的是开发一种用于连续纤维拉伸的新工业方法和设备， (a)在一些情形中，与现有的工业过程相比，通过增加出口速度V。utlet和取起速度Vtake_up提 供显著地增加的生产量和(b)维持现有的或改进的物理性能，例如上面所提及的起始模 量，中间模量，韧性，以及收缩率。6.为了实现上面所提及的目的，本发明的目的是开发一种用于连续的纤维拉伸的 新工业方法和设备，其提供大于1比1的出口速度V。utlrt与纤维速度Vtoberimax的比率(举例 来说，优选为在从大约10比1到大约9000比1的范围内)，纤维速度V (fiber)fflax是拉伸过程 中纤维速度VfibCT的最高值。在上面所讨论的现有技术中，纤维速度V (fibCT)max是拉伸阶段 结束时的纤维速度Vfito2，其等于V。utlrt。这样，在现有技术中，V。utlrt与V(fibCT)max的比率是1 比Io通过参考随后的描述以及附图，更进一步的目的以及优点将变得是显而易见的。


在附图中，密切相关的附图具有相同的数字但是具有不同的字母下标。图IA是一纵视图，示出了本发明的一个实施方式，其中输送-拉伸构件是转动的 螺纹锭。图IB示出了，在沿着图IA中的线I-I得到的示意性的截面图中，布置成等边六边 形的转动的螺纹锭。图IC示出了，在沿着图IA中的线II-II得到的示意性的截面图中，用于布置成等边六边形的转动的螺纹锭的链轮。图2A是一纵视图，示出了本发明的另一实施方式，其中各输送-拉伸构件由几个 循环环链部分组成。图2B是局部示意性的平面图，示出了图2A的实施方式的输送_拉伸链的布置。图2C是图2A的输送-拉伸链的局部示意图，具有包括用于控制纤维环定位的引 导半环的纤维位移构件。图2D是沿着图2A的线1_1得到的局部截面图，示出了用于输送-拉伸链的驱动 线路，其中为了清楚省略了一些部件。图3A是纵视图，示出了本发明的另一实施方式，其中各输送-拉伸构件由一对平 行的循环环链组成。图3B示出了，在沿着图3A的线I-I得到的示意性的截面图中，布置成等边六边形 的多对链。图3C是安装在图3A的实施方式的输送_拉伸链上的辊的局部视图。图3D是安装在图3A的实施方式的输送_拉伸链上的辊的局部视图。图3E是沿着图3A的线II-II得到的局部截面图，示出了用于输送-拉伸链的驱 动线路，其中为了清楚省略了一些部件。图3F是局部视图，示出了用于支撑纤维环的辊的驱动线路。图3G是沿着图3A的线III-III得到的局部截面图，其中为了清楚省略了一些部 件。图4A是纵视图，示出了本发明的另一实施方式，其中整个输送-拉伸结构围绕中 心轴线转动。图4B在沿着图4A的线1_1得到的示意性的截面图中示出了用于驱动被布置成等 边六边形的输送_拉伸链的链轮。图4C是沿着图4A的线II-II得到的局部截面图，示出了用于输送-拉伸链的驱 动线路，其中为了清楚省略了一些部件。图5A是纵视图，示出了本发明的用于盘绕的蜿蜒环形式的纤维的拉伸另一实施 方式。图5B是沿图5A的箭头A观察的断片图。图5C是沿着图5B的线I-I得到的安装在输送-拉伸链上的一个辊的局部截面图。图6A和6B是当环花费时间A T沿着中心轴线穿过距离d时，纤维环外周从Q增 加到Li+1的示意图。图7示出了在通过转动的锭或辊，纤维盘围绕中心轴线顺时针转动情形中纤维点 的线速度。图8示出了由本发明的方法拉伸的聚丙烯纤维的应力-应变行为；a_样本l，b_来 自表IV-VI的样本4，c-传统的商业技术。附图中的附图标记11加热室72伞齿轮12，14 支撑外壳74伞齿轮13，15 轴承76a，76b纤维位移构件0088]16，18支撑轴承77引导半环0089]20,21驱动轴78，78，，78，w支撑部件0090]20a第一内引导沟槽80链0091]21a第三内引导沟槽82轴0092]22纤维卷绕锭翼84，86伞齿轮0093]22a(纤维卷绕锭翼的)出口88轴0094]22b第二内引导沟槽90宽齿轮0095]24纤维展开锭翼92轴0096]24a(纤维展开锭翼的)入口96,97支撑部件0097]24b第四内引导沟槽98辊0098]25,25a驱动齿轮98a外周凹槽0099]G纤维100齿轮0100]26进给辊102球轴承0101]27,27a电动马达104轴0102]28输送辊106，106a销0103]28，辊108链0104]30砝码110支撑外壳0105]32管状支撑件112辊0106]34第一恒星齿轮114链0107]35行星架116支撑部件0108]35，38轴118链轮0109]40，42行星小齿轮120辊0110]44第二恒星齿轮122，122，进给和取下辊0111]46，48径向臂124，126辊0112]49径向臂wl24M26'辊0113]50引导狭槽128，128，砝码0114]52，53轴承130，130’辊0115]54锭132，132，进给和取下锭翼0116]54a,54b轴部分134，134，引导件0117]55轴136，136’弹簧0118]56，57链轮138，138’活塞0119]58,58a链140，140，，142螺线管0120]59轴141，141，，144芯部0121]60链轮146电动马达0122]61万向接头148加热室0123]62,62' 62，径向臂150链轮0124]66,66a,66b链部分152轴0125]68链轮154球轴承0126]69轴156间隔器
14
68，70，70，，70”71，71，，71”，71”，
双引导链轮 160 径向臂162
径向臂
链轮 圆形凹槽
具体实施例方式
由下面的实施方式进一步示出本发明，其不以任何方式被认为是对它的范围施加 限定。相反，将会更清楚地认识到，本领域技术人员在阅读了这里的描述之后，在不脱离本 发明的精神和/或附属权利要求的范围的情况下可以理解各种其它实施方式、修改以及它 的等同描述。 图1A-1C- —个实施方式在图1A-1C中示出了用于盘绕的纤维环形式的纤维连续拉伸的本发明的一个实 施方式。图1A示出了本发明的用于纤维拉伸的设备的纵视图，其具有以下主要部件(a)用 于输送并且同时拉伸盘绕的纤维环形式的纤维G的输送-拉伸结构，(b)用于以入口速度 将纤维G进给到输送_拉伸结构并且在纤维拉伸开始时将相继的、盘绕的纤维环放置成围 绕所述输送-拉伸结构的进给装置，(c)用于在纤维拉伸结束处从输送-拉伸结构连续地 取下前导纤维环并且以出口速度将拉伸后的纤维从纤维拉伸设备输送到纤维制造过程的 下一阶段或接收卷包的取下装置，(d)用于驱动输送-拉伸结构，进给装置和取下装置的部 件的驱动机构，和(e)用于在输送和拉伸纤维时加热纤维G的加热室11。对于它们的详细 描述参见下面。(a)所述输送-拉伸结构包括六个锭(spindle) 54，所述锭54包括轴部分54a和 54b以及螺纹或螺旋凹槽。锭被布置成围绕中心轴线并且具有用于接收纤维的接收端和用 于输出(delivery)纤维的输出端，并且所述接收端和所述输出端都沿着中心轴线间隔开。 所述输出端比所述接收端从所述中心轴线间隔开的更远。当在横截面中观察时(图1B)所 述锭54被布置在等边六边形中并且被定位成与中心轴线成可变的发散角a (图1A)(对于 所有的锭来说是相同的)，这意味着锭位于从所述中心轴线发散的平面内。所述输送-拉伸结构包括支撑外壳12和14，支撑轴承16和18，轴承13和15，轴 承52和53，驱动轴20和21，管状支撑件32 (由两部分组成)，以及径向臂46、48、62、62，、 和62”(各臂都有六个)。当在横截面中观察时所述径向臂被排列在等边六边形中。轴承 16和18，其分别被安装在外壳14和12中，分别支撑轴20的一端和轴21的一端。两个轴 承13以及两个轴承15被安装在管状支撑件32中。它们分别支撑轴21和20。支撑件32 支撑径向臂46、48、62、62，和62”。臂48支撑轴承52。轴承52能被沿着臂48中的引导狭 槽50移动并且被固定在臂48的引导狭槽50中，锭54a的角a能被改变。臂62支撑轴承 53。轴承53和52分别支撑锭54的轴部分54a和54b。臂62，和62”支撑锭54以防止下 垂o所述输送_拉伸结构包括稳定机构，其防止输送_拉伸结构围绕中心轴线转动 (以使得它更精确，它的部件被管状支撑件32支撑)。所述稳定机构被定位在锭54的接收 端处。它包括行星架35、轴36和38、一对行星小齿轮40、一对行星小齿轮42、第一恒星齿 轮34和第二恒星齿轮44。行星架35被固定到轴20，轴36和38被安装在架35上用以转动，行星小齿轮被固
15定到轴36，行星小齿轮42被固定到轴38，第一恒星齿轮34被固定到管状支撑件32，并且第 二恒星齿轮44被固定到支撑外壳14。(b)所述进给装置包括一对从动进给辊26、纤维卷绕锭翼(flyer) 22、出口 22a、第 一内引导沟槽20a、第二内引导沟槽22b、聚四氟乙烯管(未示出)、架35和轴20 (架35和 轴20也是输送-拉伸结构的部件，参见上面)。锭翼22在锭54的接收端处被固定到架35。 锭翼22在它的自由端处具有出口 22a并且具有与穿过所述轴20的端部和所述行星架35 的第一引导沟槽20a连通的第二引导沟槽22b。所述聚四氟乙烯管(未示出)被插入到沟 槽20a和22b中直到出口 22a，纤维以非常小的摩擦穿过所述沟槽。
(c)所述取下装置包括一对从动输送辊28、辊28’、砝码(weight) 30、纤维展开锭 翼24、入口 24a、第三内引导沟槽21a、第四内引导沟槽24b、聚四氟乙烯管(未示出)，以及 轴21 (它也是所述输送_拉伸结构的部件，参见上面)。锭翼24在锭54的输出端处被固定 到轴21。锭翼24在它的自由端处具有入口 24a并且具有与穿过所述轴21的端部分的第 三引导沟槽21a连通的第四引导沟槽24b。辊28’支撑砝码30。所述聚四氟乙烯管(未示 出)被插入到沟槽21a和24b中直到入口 24a，纤维以非常小的摩擦穿过所述沟槽。(d)所述驱动机构包括电动马达27和27a，驱动齿轮25和25a、轴20和21 (它们 也是所述输送_拉伸结构、所述进给装置以及所述取下装置的部件，参见上面)、六个链轮 56、链轮60、链58、万向接头61、轴55、轴59以及可调节传动装置(未示出)。齿轮25被固 定到轴20，并且齿轮25a被固定到轴21。链轮56被固定到安装在臂46中的轴55用以转 动。链轮60被安装在轴59上用以转动并且通过所述可调节传动装置(未示出)被连接到 轴20(图1C)。轴59被固定到臂46。链58在轮56和轮60之上传动。万向接头61被安 装在轴55的另一端上并且被连接到锭54的轴部分54a (图1A和1C)。(e)加热室11包围所述输送-拉伸结构(除了支撑外壳12和14以及轴承16和 18之外)，所述卷绕和展开锭翼，和除了马达27和27a以及齿轮25和25a之外的所述驱动 机构。它被供给热空气、热惰性气体、或者过热蒸汽。图1A-1C-操作电动马达27转动齿轮25并且因此转动轴承16和两个轴承15中的轴20。轴20 使得带有锭翼22、轴36和38、以及小齿轮40和42的架35围绕中心轴线转动。小齿轮40 和42在恒星齿轮34和44上滚动，防止支撑件32围绕轴20和中心轴线旋转。这样，防止 所述输送_拉伸结构的由管状支撑件32支撑的部件围绕所述中心轴线转动。电动马达27a 转动齿轮25a并且因此转动轴承18和两个轴承13中的轴21。轴21使得锭翼24围绕所述 中心轴线转动。依靠电动马达27a、齿轮25a、轴21、可调节传动装置(未示出)、轮60、链58、轮56、 轴55和万向接头61转动锭54。锭54的轴部分54a和54b分别在轴承53和52中转动。纤维G以入口速度从纤维制造过程的前一阶段(举例来说，纺纱、拉伸的前一阶 段，等)或者从进给卷包来到进给辊26。纤维穿过沟槽20a和22b并且从出口 22a出来。 锭翼22与轴20和架35 —起转动并且围绕转动的锭54的接收端放置相继的、盘绕的等边 六边形纤维环。在这样的方向上转动锭54，使得当在图1A中观察时，最近放置的纤维环沿 着中心轴线行进到左侧，为下一放置纤维环释放空间。围绕锭54形成盘绕的纤维环的层。 锭螺纹或螺旋沟槽用作纤维位移构件，提供沿着中心轴线的纤维环输送以及纤维拉伸。
当锭54进行一次回转(one revolution)时锭翼22和24都进行一次回转。当这 发生时，各纤维环沿着中心轴线行进纤维盘的一个间距。同时，通过转动的锭使盘绕的纤维 环围绕所述中心轴线缓慢地转动，并且所述纤维环的各点沿着所述环外周移动的距离等于 锭外周(在螺纹或螺旋沟槽的内直径处测量的)。随着各锭的旋转所述环增加它们的外周， 依靠转动的锭54在加热室温度下逐步地拉伸所述纤维(图6A和6B)。前导纤维环在锭54 的输出端处被锭翼24连续地展开。相应长度的所述纤维通过入口 24a和引导沟槽24b和 21a被输送辊28和辊28’输送。所述纤维被输送到纤维制造过程的下一阶段或者通过卷绕 器(未示出)，被输送到接收卷包(未示出)。所述纤维不具有与所述锭固定接触的点。这 提供了拉伸后的纤维的尺寸和物理性能的一致性。对于本发明的方法和设备来说，纤维拉伸率\等于输出端处的环外周与接收端 处的环外周的比率。通过沿着臂48中的引导狭槽50移动轴承52并且将它们固定到那里， 锭角a被改变，能改变纤维拉伸率入。这导致改变接收端处的环外周。当角a被改变时 能调节支撑锭54的臂62’和62”的高度。因为进给辊26和输送辊28与辊28’以及砝码 30与被放置在整个设备的前面和后面的额外的拉力控制装置(未示出)一起执行拉力控 制，所述纤维，当被进给到所述锭和从所述锭取下时，是在拉力下的并且不能收缩。图2A-2D—另一实施方式在图2A-2D中所示的实施方式相应于图1A-1C的实施方式并且相应的部件具有相 同的附图标记。在输送_拉伸结构中锭54 (图1A)被相同数量(六个)的循环链构件代替 了，当在横截面中观察时所述循环链被布置成等边六边形。各链构件被再分成三个分离的 循环链部分66、66a和66b，其在链轮68和双引导链轮68，之上通过(图2A和2B)。所有的链都具有多个位移构件76a和76b。各链节具有位移构件76a或位移构件 76b (图2C)。各位移构件包括引导半环77用以纤维支撑。为了清楚，在图2A中我们没有 示出所有链部分之上的位移构件。轮68被安装在径向臂48和70上，并且轮68’被安装在 径向臂70，和70”上用以转动。臂70支撑轴69，其携带轮68和伞齿轮74 (图2D)。齿轮 74与由轴55承载的伞齿轮72啮合，其被安装在臂46上用以转动(图2A和2D)。能沿着 臂48的引导狭槽50移动轮68并且将轮68固定在臂48的引导狭槽50中，所述链部分和 所述中心轴线之间的发散角a被改变。臂70’和70”的高度是可调节的，并且能沿着支撑 件32移动并固定所述臂。对于各链部分66、66a或66b来说角度a是相同的，但是对于不 同的部分角a能是不同的或相同的。所述链沿着支撑部件78、78’和78”滑动以防止链在 拉伸力下下垂。这些部件是固定不动的，由臂48、70’、70”和70支撑，并且它们的相对于中 心轴线的倾斜角能与各链部分的角a的改变一起被改变。如同在图2A和2B中所示的那样，部分66、66a和66b在双引导链轮68，之上通过 使得各链部分的输出端与下一链部分的接收端交迭。因为相邻的接收和输出端是在周向上 间隔开的，它们支撑由所述循环链沿着所述中心轴线移动的纤维环的不同部分。这改变所述纤维和纤维位移构件之间的接触点，因此导致拉伸后的纤维的尺寸和 物理性能具有更好的一致性。图 2A-2E—操作通过电动马达27a、齿轮25a、轴21、可调节传动装置(未示出)、轮60、链58、轮 56、齿轮72和74、以及轮68和68，(图2A、2B和2D)驱动所述链。锭翼22和24，在相反的方向上转动，在链66、66a、66b移动一个链节距时都进行一次回转。锭翼22将盘绕的纤维 环布置为围绕所述链66的接收端，将各环放置为与位移构件76a和76b的引导半环77接 触(图2C)，其便于纤维环沿着中心轴线输送以及纤维拉伸。操作的剩余部分是与图1A的 实施方式的情形中的操作相同的。图3A-3G—另一实施方式图3A-3G所示的实施方式相应于图1A-2D的实施方式并且相应的部件具有相同的 附图标记。在输送-拉伸结构中，具有部分66、66a和66b(图2A)的六个链被六对平行循 环环链80代替，其不像在图2A的实施方式中那样各自再分成三个分离的部分。当在横截 面中观察时(图3B)，这六个链对被排列成等边六边形。它们在接收端和输出端处的轮68 之上通过。所述链沿着支撑部件96滑动以防止链在拉伸力下下垂。这些部件是固定不动 的，由径向臂71、71，、71”和49支撑，并且它们的相对于中心轴线的倾斜角度能与链80的 发散角a的改变一起改变。位移构件被安装在所述平行链上。它们包括具有圆形外周凹槽98a的辊98、销106 和106a、轴104、以及球轴承102 (图3C和3D)。通过销106和106a连接各对所述平行链。 各对链节(来自各个链的一个链节)被两个销106或两个销106a连接在一起。所述链的侧 向部件被修改以支撑所述销。各对销106和106a支撑轴104，该轴104与球轴承102 —起 承载辊98。当通过改变链80的发散角a而改变纤维拉伸率时，轴104的轴线被调节成接 近平行于拉伸设备的中心轴线。为了获得这一点，对各辊98来说，通过围绕销106和106a 转动轴104来调节轴104和链之间的角度。其它销106和106a被沿着链的侧部分移动并 且被固定到链的侧部分(图3C)。齿轮100被连接到辊98的各侧。为了清楚，在图3A中我 们没示出在所有链80之上的辊98。安装在臂71中的各轴82承载两个轮68、伞齿轮84、伞齿轮74、并且支撑轴88的 一端(图3E和3F)。伞齿轮84与紧固到宽齿轮90的伞齿轮86啮合。齿轮86和90被安 装在轴88上(图3F)。齿轮90与辊98的齿100啮合(图3C-3F)。轴88的另一端被轴92 支撑(图3G)。轴92被臂49支撑并且能被沿着引导狭槽50移动并被固定在引导狭槽50 中。当这发生时，轴88围绕轴82旋转，并且齿轮86围绕齿轮84滚动，两个齿轮都保持啮 合。两个轮68被安装在各个轴92上(图3G)。图 3A-3G—操作通过电动马达27a、齿轮25a、轴21、可调节传动装置(未示出)、轮60、链58、轮 56、齿轮72和74、以及轮68 (图3A和3E)来驱动链80。同时，齿轮84转动齿轮86和宽齿 轮(long gear) 90 (图3E和3F)。齿轮90转动齿轮100和辊98，同时辊98被链80从接收 端，沿着齿轮90移动到输出端。当链80移动一个链节距时，锭翼22和24，在相反的方向上 转动，进行一次回旋。锭翼22将相继的、盘绕的等边六边形纤维环放置成围绕所述链80的 接收端，将各个环放置在辊98的凹槽98a中(图3C和3D)并且形成由辊支撑的盘绕的纤 维环的层。辊98，作为位移构件的部件，便于纤维环沿着中心轴线输送和纤维拉伸。当在图 3A中观察时，当纤维环沿着中心轴线行进到左侧时，通过转动的辊98使盘绕的纤维环围绕 中心轴线转动。这改变了纤维和辊之间的接触点，因此使得拉伸后的纤维的尺寸和物理性 能具有更好的一致性。辊98和纤维盘的转动速度是可调的。该操作的剩余部分是与图1A 和2A的实施方式的情形中的操作一样的。
该设备能与不被驱动机构转动的辊98 —起使用。在这个例子中，盘绕的纤维环， 被可自由转动的辊支撑，不被围绕中心轴线转动。在一些情形中，这足以生产沿着纤维的轴 线具有尺寸和物理性能的一致性的拉伸后的纤维。图4A-4C—另一实施方式图4A-4C所示的实施方式相应于图1A-3A的实施方式并且相应的部件具有相同 的附图标记。如同在图3A的实施方式中那样，这个实施方式具有包括六对平行循环环链 (circulating endless chain)80的输送-拉伸结构，当在横截面中观察时(如同在图3B 中所示的那样)，所述六对平行循环链80被布置成等边六边形并且被定位成相对于中心轴 线成可变的发散角《。在这个实施方式中，所述输送-拉伸结构的接收和输出端被布置在 加热室11的外侧。在所述输出端处，所述输送-拉伸结构具有在所述加热室外侧的部分，在 那里链80被布置成平行于所述中心轴线。这个实施方式，与图3A的实施方式相比，具有支 撑链轮68的额外支撑部件97和径向臂71”，。支撑部件97被径向臂71和71”，支撑(图 4A)。在这个实施方式中，轴55比图3A的实施方式中的长，并且各自承载两个与伞齿轮 74 (图4C)啮合的伞齿轮72 (图4A)。链轮57被固定到轴21。链58在轮56和轮60之上 穿过，并且链58a在轮60和57之上穿过(图4B)。纤维位移构件，辊98，通过与在图3C和3D中所示的方式相同的方式被安装在链 80上。在这个实施方式中(如同在图3A的实施方式中那样)辊98的齿轮100啮合安装在 径向臂49和71之间的轴88上的宽齿轮90 (图3E和3F)。辊98从接收端到输出端地支撑 纤维环。图 4A-4C-操作在这个实施方式中，所述输送-拉伸结构不是固定不动的。通过电动马达27和齿 轮25(图4A)使得整个结构(包括管状支撑件32，径向臂46、49、71、71，、71”和71”，，输 送_拉伸链80，链轮68，伞齿轮72和74，轴82和88，齿轮84和86，宽齿轮90，带有齿轮 100的辊98，链58和58a，轴55，以及支撑部件96和97)围绕中心轴线转动。通过电动马达27a、齿轮25a、轴21、链轮57、链58a、轮60、链58、轮56、齿轮72和 74、以及轮68 [齿轮72和74，以及轮68被安装在两个径向臂71”’ (图4C)和71上(如同 在图3E中所示的那样)]来驱动链80。链80沿着支撑部件96和97滑动以防止它们下垂 并且在由径向臂49、71和71”’支撑的轮68之上经过。以与图3的实施方式中的方式相同 的方式(图3E和3F)使得安装在链80上的辊98围绕它们的轴线转动同时辊98沿着中心 轴线在径向臂49和71之间移动。转动促使纤维环围绕中心轴线转动，导致纤维与辊不具 有固定的接触点。当它们在径向臂71和71”，(图4C)之间移动时辊98不被驱动，但是通 过用辊29将纤维从输出端拉下，所述辊继续围绕它们的轴线转动并且所述纤维环继续围 绕中心轴线转动。转动的输送_拉伸结构促使纤维G以相继的、盘绕的等边六边形纤维环方式(图 4A)卷绕在输送-拉伸链80的接收端上。这些环被以与图3A的实施方式的情形中的方式 相同的方式沿着中心轴线输送并且在加热室11内被拉伸。在所述加热室之后，所述纤维环 在不被拉伸的情况下被输送(沿着带有被排列成平行于中心轴线的链80的部分)并且被 冷却下来。在所述输出端处，通过所述输送-拉伸结构的转动促使它们的展开(图4A)。操
19作的剩余部分是与图1A-3A的实施方式的情况中的操作相同的。这个实施方式对操作者来说尤其方便。为了开始该过程，操作者关掉驱动马达27 和27a，用气枪将纤维装载到接收端(在加热室的外侧)，并且将它夹到其中一个纤维位移 构件(辊98)。操作者打开驱动马达，并且该设备开始将相继的纤维环连续地放置为围绕循 环输送-拉伸链80的接收端，沿着中心轴线朝着输出端输送所述环，并且拉伸它们。这样， 该设备将所有的纤维环(可能是几十或者几百个)从接收端到输出端地装载在安装在链80 上的辊98上。当纤维端到达所述输出端(在加热室的外侧)时，操作者关掉驱动马达，松 开所述纤维，将纤维端吸在气枪中，打开马达，并且将纤维拿到卷绕器或者纤维制造过程的 下一阶段。这样，将纤维环装载在该设备上的过程是半自动化的。在纤维断线的情形中，链 将断线端输送到操作者能容易地处理它们的输出端(在所述加热室的外侧)。图5A-5C—另一实施方式在图5A-5C中示出了本发明的用于盘绕的蜿蜒纤维环形式的纤维(所述盘绕的蜿 蜒纤维环是根据上面所定义的盘绕的纤维环的形式中的一种)的连续拉伸的实施方式。正 如在上面所描述的前述实施方式中那样，所述拉伸设备具有以下主要部件(a)用于输送 并且同时拉伸纤维G(单头(end)和多头)的输送-拉伸结构，(b)用于以入口速度将纤维 G进给到所述输送-拉伸结构并且将相继的蜿蜒纤维环连续地放置在所述输送_拉伸结构 的接收端上的进给装置，(c)用于从所述输送-拉伸结构的输出端连续地取下前导纤维环 并且以出口速度将拉伸后的纤维从所述纤维拉伸设备输送到纤维制造过程的下一阶段或 者接收卷包的取下(take off)装置，(d)用于驱动所述输送-拉伸结构的部件的驱动机构， 和(e)在输送和拉伸纤维时用于加热纤维G的加热室。对于它们的详细描述参见下面。(a)所述输送_拉伸结构包括两个输送_拉伸构件。各输送_拉伸构件包括一对 平行的循环环链108和多个辊112，该多个辊112作为位移构件，被安装在所述输送-拉伸 构件上并且被放置在链108之间(图5A和5B)。各辊112具有轴152、两个球轴承154、间 隔器156、链轮160、以及多个用于处理平行的多个纤维端(图5C)的圆形平行凹槽162。为 了清楚，在图5A和5B中我们未示出所有链之上的辊。正如在上面所描述的前述实施方式中那样，所述输送_拉伸构件被布置成围绕中 心轴线并且具有用于接收纤维的接收端和用于输出纤维的输出端，并且所述接收端和输出 端都沿着中心轴线间隔开。所述输出端比所述接收端从所述中心轴线间隔开的更远。所述输送_拉伸结构，以及所述拉伸设备的其它部件，由竖直支撑外壳110支撑。 各链108在安装在外壳110上的两个链轮150之上穿过(图5B)。有两个循环环链114 (各自用于一对链108)。各链114在两个链轮118和两个辊 120之上穿过。用于各链114的一个轮118由电动马达(未示出)驱动。链114与辊112 的链轮160接合。链114沿着支撑部件116滑动以防止它们下垂以及带有辊112的链108 在拉伸力下的下垂。部件116是固定不动的并且被安装在外壳110上。(b)所述进给装置包括一对从动进给辊122、辊124、辊126、砝码128、带有两个可 自由转动的辊130的进给锭翼132、引导件134、两个弹簧136、两个柱塞138、两个带有芯部 141的螺线管140，以及四个带有芯部144的螺线管142 (两个用于每个螺线管140)。(c)所述取下装置包括一对从动输送辊122’、辊124’、辊126’、砝码128’、带有两 个可自由转动的辊130’的取下锭翼132’、引导件134’、两个弹簧136’、两个柱塞138’、以
20及两个带有芯部141，的螺线管140，。(d)所述用于链108的驱动机构包括电动马达146 (每一对链108 —个马达)。各 马达146驱动两个链轮150 ( 一个轮用于一个链108)。(e)所述加热室148被供给有热空气、热惰性气体、或者过热蒸汽、它包围所述输 送_拉伸构件、所述蜿蜒纤维环、以及所述进给和取下装置的部件。图 5A-5C-操作通过电动马达146和齿轮150 (图5A和5B)驱动链108。链108承载辊112将它 们从所述接收端输送到所述输出端并且相反地输送。马达146具有可调的速度。上部链 114在逆时针方向上循环同时下部链114在顺时针方向上循环。这样，链114的部件，其与 辊112的链轮160相接合，在与链108相同的方向上移动。链114具有稍微低于链108的 线速度。在该过程中，在这种方向上缓慢地转动辊112，沿着纤维轴线，或者，换句话说，沿着 蜿蜒轴线移动所述纤维蜿蜒环的点。这改变所述纤维和所述辊之间的接触点，使得拉伸后 的纤维的尺寸和物理性能具有更好的一致性。纤维G (单头或者平行多头)以入口速度从纤维制造过程的前一阶段(举例来说， 纺纱，拉伸的前一阶段，等)或者从进给卷包来到进给辊122。纤维端来到进给锭翼132、围 绕辊130弯曲，并且来到辊112 (图5A和5B)。辊130和130’具有多个圆形平行凹槽(未 示出)，其类似于辊112上的那些凹槽用以处理平行的多个纤维端。锭翼132以与纺织品工业中的编织操作相同的方式沿着引导件134上下移动，也 就是，它被引导件134的顶部和底部处的柱塞138依次撞击。螺线管140收回芯部141、压 缩弹簧136、并且将柱塞138向上引导到冲击位置。在某个时候螺线管依次释放弹簧，柱塞 碰击进给锭翼，并且锭翼沿着承载纤维端的引导件移动。锁定装置(未示出)能将锭翼132 停止在引导件134的顶部和底部允许柱塞138在适当的时间碰击进给锭翼。包括螺线管 140、芯部141、弹簧136、柱塞138、引导件134以及带有辊130的进给锭翼132的进给装置 的部件的组件依靠螺线管142 (在该设备的顶部的两个和在该设备的底部的两个)和芯部 144而具有短距离的水平相对移动。锭翼132的垂直和水平移动的这种组合提供设备操作 中的更多的柔性和精确性。这样，进给锭翼132将相继的盘绕的蜿蜒环放置在链108的接收端处的辊112上。 纤维被放置在凹槽162中。当在图5A中观察时，最近放置的纤维环沿着中心轴线从接收端 到输出端地行进到左侧，为下一个放置的纤维环释放空间。在链108和辊112上形成蜿蜒 纤维环的平行层，也就是，一个层用于一个纤维头。辊112用作纤维位移构件，便于沿着所 述中心轴线输送纤维环并且同时通过膨胀纤维环的外周进行纤维拉伸。这样，在加热室温 度下逐渐地拉伸纤维。拉伸后的纤维的相继的前环在输出端处被取下装置连续地取下，除了所述取下装 置不具有水平往复移动之外，所述取下装置以与上面所描述的进给装置相同的方式操作。 拉伸设备的所有部件的移动应当是同步的。操作的剩余部分是与图1A-3A的实施方式的情形中的操作相同的。计算如同上面所讨论的那样，本发明的连续拉伸方法所提供的拉伸过程中的纤维线速 度(11^)_低于出口速度乂。_力。 —与(VfibJmax的比率是大于1比1的)。同时，在不
21减少，和在一些情形中甚至增加生产量的情况下，应变速率Vstrain显著低于现有工业过程的 应变速率并且拉伸时间T显著长于现有工业过程的拉伸时间。基于图1A-5A的实施方式进 行的下面的计算，支持这些陈述。由下面的公式给出沿着中心轴线的纤维环的输送速度V1()。p、。叩二“八丁禾口(6)A T = d/Vloop(7)其中d是纤维盘中的相邻环之间沿着中心轴线的距离，也就是，纤维盘的节距，且AT-纤维环穿过距离d所需要的时间。根据质量守恒定律，在连续的纤维制造过程中，在单位时间内相同质量的纤维将 穿过该设备的内侧和外侧的任何横截面平面(垂直于中心轴线的平面)。对于具有相同拉 伸率、的纤维，纤维质量是与纤维长度成比例的。在该设备内侧，在输出端处，纤维长度L，其是在输出端处的前导纤维环的外周，在 时间AT内穿过横截面平面(参见上面)。在该设备的外侧，当纤维被输送到纤维制造过程 的下一阶段或者接收卷包时，伸直后的纤维(具有相同的X)的相同长度L应当在相同的 时间AT内穿过横截面平面。这样，由下面的公式给出出口速度V。utlrtV0Utlet = L/AT(8)这样，等式(7)和(8)导出比率AA = Voutlet/Vloop = L/d(9)(a)图1A-4A中带有盘绕的等边多边形纤维环的实施方式的情形。在示意图中，图6A和6B示出了，当环沿着中心轴线花费时间AT穿过距离d时纤 维环外周k到Li+1的增加。在图1A-4A的实施方式的情形中，所述纤维环是等边多边形并 且由六个相等的纤维部分组成(图6B)。在两个相邻输送-拉伸构件之间拉伸各部分。作 为一例子，部分KP变成部分FW。长度的增加是FH+QW(线KH和PQ垂直于线FW ；FH = QW)。 沿着纤维轴线以线速度VfibCT拉伸部分KP的各点，对于该部分的不同点来说线速度是不同 的。在拉伸过程中，点K和P具有最高的速度VfibCT，由VfibCTK和VfibCTP标记。部分KP的中 间点具有速度VfibCT = 0。这样，由下面的公式给出拉伸过程中的纤维速度VfibCT的最高值
(Vfiber) max
(vflber)腿=VfiberK = VflberP = QW/AT=(PW . COS90/AT(10)从等边三角形POK (图6B)我们得到
(pi= ( 180-(p) /2 ( 11 )在n个输送-拉伸构件被布置在等边多边形中的情形中，由下面的公式给出角度
(P= 360/n,(12)从等式(11)和(12)我们得到
(p,= ( 180-360/n) /2 = 90 (l-2/n)(13)
从等式(10)和(13)我们得到(Vfiber) max = Pff cos [90 (1-2/n) ] 1/ A T(14)从图6A我们得到PW=d.tga 且(15)(Vfiber) max = d tg a cos [90 (l_2/n) ] 1/ A T(16)从等式(6)和(16)我们得到(Vfiber)fflax = Vloop tga cos[90 (l_2/n)](17)从等式(9)和(17)我们得到(Vfiber)fflax = Voutlet d 1/L tga cos[90 (l_2/n)] (18)这样，在拉伸过程中对于给定的V。utlet，d，L，n，和a，纤维速度(VfibJ_是恒定的。等式(18)导出比率BB = Voutlet/ (Vfiber) max = L/{d tga cos [90 (1-2/n) ]} (19)在通过转动的辊和锭(类似于图1A和图3A的实施方式中)而使盘绕的纤维环围 绕中心轴线转动的情形中，纤维环的各点以线速度VMtati。n转动，其是辊或锭(图7)的线性 表面速度。在环围绕中心轴线转动的过程中纤维环的各点花费时间AT穿过距离！^^同 时环作为一个整体沿着中心轴线穿过距离d。由下式给出距离1^ Lfiber = Vrotation AT(20)从等式(8)和(20)我们得到Lfiber = (Vrotation/Voutlet) L(21)在拉伸过程中，当纤维环从接收端到输出端时，在环围绕中心轴线转动的过程中 纤维环的各点穿过由Lt。tal表示的总距离，其由下式给出Ltotal = Lfiber (N-N，) = (Vrotation/Voutlet) L (N_N，)，(22)其中，在依靠转动的辊和锭的环围绕中心轴线转动的情形中，(N-N’ )是在拉伸时 间T内穿过加热室的纤维环的数量，N是加热室中的纤维环的数量，其由下式给出N = M/d,(23)其中M是纤维盘沿着中心轴线的长度，且N’是带有平均外周LavCTage的环的数量，其具有等于Lt。tal的总外周(它是在拉伸时 间T内穿过加热室的纤维环的数量的减少，作为围绕中心轴线的环相对于没有转动的情形 的转动的结果)，并且由下式给出N，= Ltotal/Laverage,(24)其中由下式给出加热室中的纤维环的平均外周LavCTageLaverage= (L+L，)/2，(25)其中L’是接收端处的第一个纤维环的外周。由下式给出拉伸率入入=L/L，禾口(26)Laverage= (L+L/A)/2(27)从等式(22)和(24)我们得到
23
N，= N/(Laverage/Lfiber+l)(28)人们能看到，比率LavCTage/LfibCT越大，与N相比N’越小。这样，拉伸时间T，其是各纤维点从接收端到输出端所需要的时间，考虑到等式 (9)，由下式给出T = (M-N， d)/Vloop = [A (M_N， d)]/V0Utlet == [L (M-N， d)]/(V0Utlet' d) (29)从AT的定义，也就是，纤维环穿过相邻环之间沿着中心轴线的距离d所需要的时 间(参见附录，第52页)，并且在N’ =0的情况下，我们得到AT = T/(N-1)(30)从等式(8)和(30)我们得到Voutlet= [L- (N-l)]/T(31)在N很大时Voutlet= (L.N)/T(32)等式(32)示出了 V
outlet
比并且与T成反比。M 1表I 给出了 L = 5500mm, V。utlet = Vtake_up = 3000m/min (在拉伸阶段之后纤维被输 送到接收卷包)，n = 6，A = 5比1(400%)，并且d、M和A是变量的情况下的计算结果。 不通过转动的辊或锭使盘绕的纤维环围绕中心轴线转动。3000m/min的取起速度是用于多 丝和纱的商业过程的通常取起速度。例 2表II 给出了 L = 2000mm, Voutlet = Vtake_up = = 500m/min (在拉伸阶段之后纤维被 输送到接收卷包)，n = 6，入=5比1 (400% )，并且d、M和A是变量的情况下的计算结果。 不通过转动的辊和锭使盘绕的纤维环围绕中心轴线转动。500m/min的取起速度是用于带纱 和单丝的商业过程的通常取起速度。(b)图5A的带有盘绕的蜿蜒纤维环的实施方式的情 形。为盘绕的等边多边形纤维环的情形(图1A-4A的实施方式)导出的等式 (10)-(32)可用于带有蜿蜒的纤维环的图5A的实施方式的情形，其中输送-拉伸构件的数 量n = 2。例 3表III 给出了 L = 5500mm, Voutlet = Vtake_up = = 2000m/min (在拉伸阶段之后纤维 被输送到接收卷包)，n = 2，A = 5比1(400%)，并且d、M和A是变数的情况下的计算结 果。不通过转动的辊使蜿蜒的纤维环的纤维点沿着纤维轴线转动。如同上面所讨论的那样， 本发明的这个具有蜿蜒的纤维环的实施方式能拉伸多个头。这样，在例1-3中检验的情形中，纤维线速度(VfibJ_是低的，也就是，-0. l-8m/ min，拉伸时间T能达到几十秒，应变速率Vsteain是低的，也就是，6-70% /sec，并且V。utlet与 (Vfiber)fflax的比率是大于1比1的，即，从比率250比1变化到比率9000比1 (如果需要，纤 维拉伸设备能被构造和布置成提供低于250比1和大于9000比1的比率)。在具有相同的 入=400%和(VfibJmax = Vfiber2 = Voutlet = Vtake_up = 3000m/min 的传统商业拉伸过程的情 形中，拉伸时间T是大约1秒，并且Vstrain是非常高的，也就是，大约400% /sec。CN
在本发明的方法中，在一些情形中拉伸时间T是如此的长，使得它能被减少1. 5-2 倍，仍保留足够长(20-40seC)以执行甚至高但尼尔纤维的一致的热拉伸。这样，在这些情 形中速度V1(rap，V。utlrt，和Vtake_up也能被增加至至少1. 5-2倍，导致生产量增加至1. 5-2倍和 更多。这样，取起速度能是4500-6000m/min和更高。表I.例1的计算结果。 在纤维盘围绕中心轴线转动的情形中，T和Vstrain需要分别依照等式(29)和(5) 进行修正。_在输送_拉伸链由几部分组成的实施方式的情形中(图2A)，所有链部分具有 相同的发散角a。表II.例2的计算结果。 在纤维盘围绕中心轴线转动的情形中，T和Vstrain需要分别依照等式(29)和(5) 进行修正。_在输送_拉伸链由几部分组成的实施方式的情形中(图2A)，所有链部分具有 相同的发散角a。表III.例3的计算结果。
在纤维盘围通过旋转的棍而移动的情形中，T和Vstrain需要分别依照等式(29) 和(5)进行修正。实验一聚丙烯纤维的拉伸构造第一种拉伸设备的原型。所述拉伸设备包括两个作为输送_拉伸构件的环 链，作为位移构件的引导构件的不受驱动的、可自由转动的辊，和被供给有热空气的加热 室。在第一阶段没有构造进给和取下装置或机构。然而，这种类型的机构被证明是可行的 并且是可被相继地使用在用于上面所讨论的聚合物纤维的热定形的工业过程中的。这个单 元的加热室是1000mm长。使用Amoco Chemical Co.的聚丙烯商业树脂(grade 10-6345)。该树脂具有以下 参数熔体流动速率-3. 1克/10分钟，Mw = 370, 000，和MWD = 5. 6。它在220°C下被以非 常低的取起速度通过0. 5mm的喷丝头孔挤压并且在室温下在水浴中被淬火。大角度X射线 衍射图显示，所制造的初纺纤维是非取向(imorentated)和低结晶的。在两个分离的阶段中使用拉伸设备以不同的温度两次执行该拉伸过程。拉伸的这 两个阶段表示发生在分子程度上的两个不同的拉伸进程。初始拉伸阶段将未拉伸的球粒 状初纺纤维转变成具有纤维状结构的纤维，纤维状结构的纤维通过颈缩机构形成。第一阶 段能是快速的。其后是第二拉伸阶段，其被称作超级拉伸。所述第二拉伸阶段取向最近形 成的纤维状结构。这个阶段需要是非常慢的以生产带有改进的物理性能的聚合物纤维，该 改进的物理性能接近上面所提及的实验室规模的实验中所获得的那些性能(V. A. Marikhin 禾口 L. P. Myasnikova, "Nadmolekulyarnaya Struktura Polymerov", St. Petersburg, Russia, Khimia(1977) ；V. A. Marikhin 禾口 L. P. Myasnikova, Progr, ColloidPolym, Sci., 92，39-51 (1993) ；ff. N. Taylor 和 E. S. Clark, Polym, Eng, Sci.，18，518-526 (1978))。能用 传统的和本发明的拉伸方法执行第一阶段。较慢的第二阶段需要用本发明的方法和设备执
27行。在链静止情况下所述加热室被预加热到给定拉伸温度(参见下面的表IV和V)。 打开所述室的前门，若干环的聚丙烯纤维被放置成围绕所述链的接收端并且被辊支撑在加 热室的内侧，关闭所述室的门，并且将温度升高到给定温度持续30-300秒的时间(参见表 IV和V)。然后打开驱动电动马达，并且所述链开始移动以将所述纤维环输送为通过所述加 热室并且同时拉伸纤维。当所述纤维到达所述链的输出端时，装备停机，打开室门，并且在 被取出之前花费20-300秒的时间将拉伸后的纤维冷却(参见表IV和V)。用Instron拉力测试机测量拉伸性能。断线长度是30mm，并且较低的夹持速度是 50mm/min。在表VI中能看到与收缩率的结果一起的结果。各个结果是三次测试的平均值。 为了比较，呈现了传统的商业聚丙烯纤维的结果。这样，第一实验的结果证实，与传统的工业过程相比本发明的方法能生产具有 优良的物理性能的工业聚合物纤维，并且所述物理性能接近在实验室规模的实验中所 产生的那些性能。对于常规分子量聚丙烯纤维来说，我们的结果是非常接近在Taylor 和Clark的论文中所报告的实验室结果的(参见表VI)，也就是，我们的样本具有 0. 9-1. 2GPa(11-14. 5gpd)的韧性和 17. 7-20. 5GPa(214_248gpd)的拉伸起始模量。表IV.聚丙烯纤维的第一拉伸阶段的拉伸条件。
tr第一拉伸阶段的开始拉伸温度 t2-第一拉伸阶段的最后拉伸温度 入工-第一拉伸阶段的拉伸率
在纤维和链静止的情况下将室加热到温度、的时间 t2-拉伸纤维的时间
T2_在纤和链静止并且室门打开的情况下冷却拉伸后的纤维的时间(Vfiber)fflaxl-第一拉伸阶段的纤维速度VfibCT的最高值Vstrainl-第一拉伸阶段的纤维应变速率表V.聚丙烯纤维的第二拉伸阶段的拉伸条件。 t3"第二拉伸阶段的开始拉伸温度t4-第二拉伸阶段的最后拉伸温度A 2-第二拉伸阶段的拉伸率T4-在纤维和链静止的情况下将室加热到温度t3的时间T5-在温度为从t3到t4的范围内时的拉伸纤维的时间T6-在纤维和链静止并且室门打开的情况下冷却拉伸后的纤维的时间(Vfiber)fflax2-第二拉伸阶段的纤维速度VfibCT的最高值Vstrain2-第二拉伸阶段的纤维应变速率A -总拉伸率表VI.聚丙烯(PP)纤维的物理性能。
*)力 f 歹lj 真页胃禾斗^: $ 2001 (http ://www. britannica. com/eb/article ？ eu = 126288), "Properties and Applications of Prominent Man—Made Fibres，，。_收缩率的最低值能是在上面所讨论的拉伸之后的纤维松弛或热定形的结果。***)W. N. Taylor 禾口 E. S. Clark, Polym. Eng. Sci.，18,518-526(1978)。PP 树月旨MW = 277,000,MWD = 10。加热介质-硅油。第一拉伸阶段最初长度_100mm，VfibCTl = lm/min, Vstrainl = 16. 7% /sec, t2 = 130°C。第二拉伸阶段Vfiber2 = 0. 001m/min，Vstrain2 = 0. 07% /sec, t4 = 130°C,总人=25。如同在表VI中所呈现的那样，对于聚丙烯纤维，与传统的工业过程相比，韧性增 加至1. 2-3. 0倍，起始模量增加至4. 8-8. 5倍，并且断裂伸长减少至2/3-1/4倍。这伴随着 优良的尺寸稳定性，也就是，在132°C时热空气收缩率为0-3%。作为一例子，在图8中呈现了来自表IV-VI的样本1和4的应力-应变性能。与 许多商业聚丙烯纤维(图8的曲线c)相比，应力-应变曲线不具有，指示高中间模量和可 能是低蠕变的屈服部分或平台(plateau)。优点通过上面所给出的描述、计算以及实验结果，与工业纤维拉伸过程的现有技术相 比，本发明的拉伸方法和设备的一个或多个以下优点变得是显然的1.本发明的方法和设备提供了以低纤维速度VfibCT的工业环境中的纤维拉伸，并 且同时将纤维出口速度V。utlrt和纤维取起速度vtak_p维持在从几百到几千米每分钟范围的 常规工业程度从而提供高生产量。速度v。utlet与速度(VfibCT)_的比率大于1比1，在从大 约10比1到大约9000比1的范围内。这个的实现导致下面呈现的一些其它优点。2.本发明的方法和设备在工业化高生产量过程中提供以低应变速率Vstrain(也就 是，大约6-70%/sec)和高拉伸时间T(也就是，它能达到几十秒)的一致的纤维拉伸。为 了在横截面中具有一致的形态和物理性能，这个长拉伸时间是必须的以将纤维加热到升高 的周围温度，且在拉伸过程中在纤维的横截面中具有低温度梯度。3.低应变速率、长拉伸时间的本发明的方法和设备在不突然的、“冲击的”加速的 情况下为聚合物纤维的连续一致拉伸提供更可靠的工业过程，与现有技术相比导致拉伸线
31中的较低的拉力、较少的断线、较少的装备停机、以及较少的浪费。4.本发明的用于连续纤维拉伸的方法和设备在不使用昂贵的和耗能的额外装备 的情况下提供高生产量的工业过程，产生尺寸稳定的、低收缩率的纤维，同时保持增强的物 理性能，例如上面所提及的起始模量、中间模数、以及韧性。这可能导致资金费用、能量消耗 的显著节省，以及更小的工业空间的可能性。5.本发明的方法和设备提供用于聚合物纤维(柔性链以及全芳香族)的拉伸 的工业连续过程，其能将它们的拉伸性能(也就是，韧性，杨氏模量，中间模量，等)改 进到接近在实验室实验中所获得的那些。这个方法是新一代的低成本、高执行工业聚 合物纤维(最可能的是熔纺、常规分子量、柔性链)开发中缺少的一环，对于具有不同 理论值的拉伸性能的不同聚合物纤维来说具有大约l-2GPa(12-22gpd)的韧性和大约 20-100GPa(250-1000gpd)的起始拉伸模量。这样，对于新一代的工业熔纺、柔性链聚合物纤 维来说，韧性能是传统的工业柔性链聚合物纤维的1. 5-2. 0倍并且起始模量能是传统的工 业柔性链聚合物纤维的几倍。6. 一些情形中本发明的方法和设备与现有的工业过程相比通过增加出口速度 voutlet和取起速度vtake_up能提供显著增加的生产量，并且同时维持现有的和改进的物理 性能，例如上面所提及的起始模量、中间模量、韧性、以及收缩率。出口和取起速度能是 4500-6000m/min 以及更多。结论、衍生品以及范围这样，读者能看到，本发明的纤维拉伸方法和设备能被用来在不减少产量的情况 下以显著低于出口速度v。utl6t和取起速度v。utl6t的纤维速度(v。utl6t)_以及显著低的应变速 率Vsteain，比现有技术中的更低的纤维拉伸线中拉力以及更长的拉伸时间生产工业纤维。这提供用于获得一些空前的结果的基础，也就是，工业地生产带有接近在实验室 实验中获得的那些的改进的拉伸和其它物理性能的聚合物纤维。这意味着，新一代的低成 本、高性能、柔性链工业聚合物纤维的开发是可行的。在一方面，新纤维的韧性能是上面所 讨论的高成本、高强度、高模量纤维(Kevlar49 ，Twaron , Spectra , Dyneema , 等)的韧性的1/3-1/2。在另一方面，韧性能是低成本、低性能的商业柔性链聚合物纤维的 韧性的1. 5倍和更高。起始模量和中间模量甚至能增加的更多。更进一步地，这个发明的方法提供了额外的优点。本发明的方法解决了纤维技术的另一基础问题一在不利用特定的热定形装备的 情况下在高生产量过程中如何生产具有显著改进的拉伸性能和尺寸稳定性(低收缩率)的 工业纤维。这可以导致显著地节省资金费用，以及更小的工业空间的可能性。它也提供更可靠的过程，其具有更少的断线和装置停机，以及更低的浪费导致显 著的节省。尽管上面的描述包括许多细节，但是这些不应当被认为是对本发明的范围的限 定，相反应当被认为是对其的所呈现的实施方式的示例。许多其它变化是可能的。例如1.在图1A-3A的实施方式中，卷绕和展开锭翼被定位在加热室的外侧，同时加热 室围绕所述输送_拉伸构件的大部分。2.本发明的拉伸设备能被排列在一系列中或者在本发明的两个拉伸设备之间可 以提供其它处理装置；两个和更多个本发明的设备的相继排列对于获得总拉伸率为10比1以及更高是尤其有利的，类似于在超高分子量聚合物的胶纺的情形中那样，或者在拉伸的 不同阶段提供不同的拉伸温度。3.使用圆柱形拉伸辊的传统拉伸阶段可以在本发明的拉伸设备之前和之后；辊 能被用于总拉伸率的细微的和精密的调节；拉伸辊能带有和不带有内部加热器。4.在图1A所示的实施方式中，各锭能被由万向接头连接在一起的并且布置成不 同或相同发散角a的几个连续转动锭代替。5.在本发明的另一实施方式中，各输送-拉伸构件(举例来说，螺纹锭或链)由三 部分组成。在部分I中，输送-拉伸构件被布置成平行于中心轴线，在部分II中，它们从中 心轴线发散(如同在图1A-4A所示的实施方式中那样)，并且在部分III中它们再次被布置 成平行于中心轴线。部分I和III在加热室的外侧，它们的与部分II的转变点分别被布置 成恰在加热室的前面和后面。部分II主要是在加热室的内侧(它的路径的至少85%在所 述室的内侧)。那防止部分II中的输送-拉伸构件的温度当它们离开所述室时显著低于加 热室的温度。在部分I的开始处由纤维卷绕装置将纤维以相继的纤维环卷绕成围绕所述输 送_拉伸构件，沿着部分I-III移动，并且在部分III的结尾处由展开装置展开。在这种配 置中，所述纤维以盘绕的环的形式进入加热室并且在所述加热室之后以盘绕的环的形式被 冷却。部分II中的所述输送-拉伸构件能被再分成两个或更多个部分，其在转变点处被连 续地排列。6.在图1A的实施方式中，螺纹锭是直径朝着输出端增加的的锥形。纤维环的各点 围绕中心轴线转动，且从接收端移动到输出端线速度增加。这种结果的优化能导致拉伸后 的纤维的更好的一致性。7.在图1A-4A的实施方式中，步进电动马达被用来驱动所述输送-拉伸构件(螺 纹锭，循环链，等)、所述卷绕锭翼和所述展开锭翼。8.在本发明的另一实施方式中，所述输送-拉伸构件是悬臂，其输出端或接收端 是自由的、没有支撑的。这是图1A-3A的实施方式的替代设计，在从该设备取下纤维或者将 纤维进给到该设备方面具有一些好处。在具有自由输出端的悬臂式输送_拉伸构件的情形 中，能在没有展开锭翼的情况下通过取下机构从所述输出端取下前导纤维环。9.在图1A的实施方式中，一些螺纹锭在与其它锭的转动方向相反的方向上转动。 相反地，转动的锭具有相反的螺纹。例如，在一个方向上转动的锭具有右手螺纹并且在相反 方向上转动的锭具有左手螺纹。相应地，所有锭在其上沿相同的方向传送纤维，但是因为在 纤维的外周方向上相反地转动的螺纹锭施加相反的力，盘绕的纤维环不围绕所述中心轴线 转动。10.在图3A的实施方式中，辊98具有连接到它们的侧向表面的仿形器指销 (tracer pin)，用于替代齿轮100。这些销沿着特定外形的固定狭槽滑动，同时辊98被从接 收端移动到输出端，并且转动辊98。这样，齿轮84、86和90以及轴88未被安装。11.在图2A-4A的实施方式中，循环环缆绳、带、条、绳索或自动扶梯式移动梯能被 用作输送_拉伸构件，来替代链。12.在图2A-4A的实施方式中，位移构件包括安装在链、缆绳、带、条、绳索或者自 动扶梯式移动梯上的引导板，棒或销而不是辊和引导半环。13.除了在图1A-4A的实施方式中所呈现的之外，能通过改变沿着中心轴线的纤
33维被接收在输送_拉伸构件上和/或被从输送_拉伸构件上被取下的位置，分别改变在接 收端处的第一纤维环和/或在输出端处的前导纤维环的外周能改变拉伸率。14.除了在图1A-4A的实施方式中所呈现的之外，通过调节输出端和中心轴线之 间的距离、改变前导纤维环的外周，能改变纤维拉伸率。15.在图1A-3A的实施方式中，当被拉伸时，能使用热板或者活性介质池而不是加 热室处理所述纤维。16.在图3A和4A的实施方式中，各输送-拉伸构件是一个转动的环链而不是一对 平行环链。17.在具有蜿蜒环的图5A的实施方式中，能通过与图1A-4A的实施方式相同的方 式改变纤维拉伸率，也就是，(a)通过调节输送_拉伸构件的接收端或输出端与中心轴线之 间的距离和(b)通过改变沿着中心轴线的纤维被接收在输送-拉伸构件上和/或被从输 送-拉伸构件取下的位置。18.在具有蜿蜒环的图5A的实施方式中，进给装置的锭翼132和取下装置的锭翼 132’依靠电动马达而不是被柱塞138和138’撞击分别沿着引导件134和134’上下移动。19.在图3A和4A的实施方式中，该设备能拉伸多个纤维端，该多个纤维端是通过 具有少数圆形平行凹槽的辊98而支撑的束形式的或少数平行端形式。因此，本发明的范围不应当由所示的实施方式确定，而是由附属的权利要求以及 它们的法定等同描述确定。 部
附录
符号的命名
入
V
fiber
s fiber1
vfiber2
(Vfiber) max
vfiberK 和 V-V
fiberP
intlet
‘outlet
take-up
拉伸率，也就是，纤维拉伸的程度 在拉伸过程中纤维点沿着纤维轴线的线速度；在本发明的拉伸 设备中对于在两个相邻输送_拉伸构件之间被拉伸的各纤维
分的不同纤维点来说，所述速度是不同的 纤维拉伸开始时的速度VfibCT 纤维拉伸结束时的速度
进给辊的线性表面速度(在通过转动的辊的传统拉伸的情形 中)
接收辊的线性表面速度(在通过转动的辊的传统拉伸的情形 中)
拉伸过程中纤维速度vfibCT的最高值 在本发明的拉伸设备中纤维点K和P (图6B)的速度VfibCT 纤维入口速度，其是沿着将纤维进给到拉伸设备的纤维轴线 的纤维线速度
纤维出口速度，其是沿着将拉伸后的纤维从拉伸阶段输送到 连续的纤维制造过程的下一阶段或接收卷包的纤维轴线的 纤维线速度
取起速度，其是沿着取起接收卷包上的拉伸后的纤维的纤维
34
轴线的纤维线速度Vstrain应变速率，其是单位时间内纤维的相对变形(应变)T拉伸时间Vloop纤维环沿着中心轴线的输送速度d纤维盘中的相邻环之间沿着中心轴线的距离，也就是，纤维盘的节距A T纤维环穿过距离d所需要的时间L输出端处的前导纤维环的外周L’接收端处的第一纤维环的外周n输送-拉伸构件的数量AVoutlet/Vloop (Vtake_up/Vloop 其中 V。utlet = Vtake_up)的比率BVtake_up/(Vfiber) ■的比率a发散角一输送-拉伸构件和设备的中心轴线之间的角Lfiber距离，其是在通过转动的辊或锭的环围绕中心轴线的转动过程中在AT时间内所述纤维环的各点经过的距离，同时所述环作为整体沿着中心轴线经过距离dLtotal总距离，其是在(通过转动的锭或辊)环围绕中心轴线转动的过程中所述纤维环的各点经过的距离，同时所述环作为整体从接收端到输出端Laverage加热室中的纤维环的平均外周1^和1^+1两个相邻纤维环的外周N加热室中的纤维环的数量N’具有平均外周LavCTage的纤维环的数量，其具有等于Lt。tal的总外周。(相对于没有转动的情形，作为纤维环围绕中心轴线转动的结果，在拉伸时间T内穿过加热室的纤维环的数量的减少)M纤维盘沿着中心轴线的长度Vrolation 在(通过转动的辊或锭)盘绕的纤维环围绕中心轴线转动的情形中纤维环的各点的纤维线速度；它等于这些辊或锭的线性表面速度。
权利要求
一种连续拉伸纤维的方法，包括(a)以入口速度将纤维进给到用于纤维拉伸的设备，(b)提供纤维拉伸设备，其包括输送-拉伸结构，所述输送-拉伸结构包括至少两个用于输送并且同时拉伸纤维的输送-拉伸构件，其中所述输送-拉伸构件被布置成围绕中心轴线，并具有用于接收纤维的接收端和用于输出纤维的输出端，所述中心轴线平行于输送方向，并且所述接收端和输出端均沿着所述中心轴线间隔开，其中与所述接收端相比，所述输出端与所述中心轴线间隔开得更远，(c)将纤维连续地放置成在所述输送-拉伸构件的接收端上的盘绕的环，(d)在拉伸温度和速度下通过膨胀纤维环的外周拉伸所述纤维，同时通过所述输送-拉伸构件沿着所述中心轴线将所述纤维环从所述接收端输送到所述输出端，包括盘绕的纤维环的层被形成在所述输送-拉伸构件上，(e)从所述输送-拉伸构件的输出端连续地取下前导纤维环，和(f)以出口速度Voutlet从所述纤维拉伸设备输送经拉伸的纤维，其中纤维出口速度Voutlet与纤维速度(Vfiber)max的比率大于1比1，纤维速度(Vfiber)max是在拉伸过程中纤维点沿着纤维轴线的线速度的最大值，其中所述输送-拉伸构件使所述接收端和输出端均被支撑，其中所述输送-拉伸构件与所述中心轴线位于一个平面内并且被定位成相对于所述中心轴线成发散角α。
2.如权利要求1所述的方法，提供所述拉伸设备，其中所述输送_拉伸结构的长度是大 约500mm到大约6000mm。
3.如权利要求1所述的方法，提供所述拉伸设备，其中在所述设备中的被拉伸的纤维 环的数量是大约50到大约600。
4.如权利要求1所述的方法，提供所述拉伸设备，其中在所述输出端处的前导纤维环 的外周是大约2000mm到大约5500mm。
5.如权利要求1所述的方法，提供所述拉伸设备，其中拉伸率是大约2.3X到大约 7. 7X。
6.如权利要求1所述的方法，提供所述拉伸设备，其中出口速度V。utlrt是大约500m/min 到大约 6000m/min。
7.如权利要求1所述的方法，提供所述拉伸设备，其中纤维出口速度V。utlrt与纤维速度 (Vfiber)max的比率是大约250比1到大约9000比1。
8.如权利要求1所述的方法，提供所述纤维拉伸设备进一步包括(a)包括纤维-卷绕锭翼的纤维进给装置，所述纤维-卷绕锭翼围绕所述中心轴线转动 并且将输入的纤维连续地放置成在所述输送_拉伸构件的接收端上的盘绕的环，和(b)包括纤维_展开锭翼的纤维取下装置，所述纤维_展开锭翼围绕所述中心轴线转 动，在所述输出端处连续地展开和取下前导纤维环。
9.如权利要求1所述的方法，提供所述输送_拉伸构件，所述输送-拉伸构件选自由循 环环链、缆绳、带、条、绳索和自动扶梯式移动梯组成的组，其中所述输送_拉伸构件进一步 包括多个纤维_位移构件，所述纤维_位移构件支撑所述纤维环，防止所述纤维环以它们的 任何发散角沿着所述输送_拉伸构件滑下，并且便于输送，同时在预定拉伸温度下拉伸所述纤维环，并且在纤维断线的情形下，将断线的纤维端输送到操作者能处理它们的输出端 处。
10.如权利要求9所述的方法，提供所述纤维_位移构件，所述纤维-位移构件是带 有圆形凹槽的辊，其中所述纤维被放置在所述辊的凹槽中使得所述辊支撑所述盘绕的纤维 环。
11.如权利要求10所述的方法，提供所述辊，所述辊围绕它们的轴线被驱动，通过转动 的辊使所述盘绕的纤维环围绕所述中心轴线转动，所述纤维和辊之间的接触点不是固定不 变的。
12.如权利要求9所述的方法，提供所述纤维_位移构件，所述纤维_位移构件选自于 由半环、板、棒和销组成的组。
13.如权利要求1所述的方法，提供所述输送_拉伸构件，所述输送_拉伸构件是具有 选自于由螺纹和螺旋槽组成的组的纤维_位移构件的转动锭，其中所述转动锭使所述盘绕 的纤维环围绕所述中心轴线转动，所述纤维和锭之间的接触点不是固定不变的。
14.如权利要求1所述的方法，提供所述纤维拉伸设备，所述纤维拉伸设备包括(a)两个输送-拉伸构件，其选自于由循环环链、缆绳、带、条、绳索和自动扶梯式移动 梯组成的组，其中所述输送_拉伸构件进一步包括多个纤维_位移构件，所述纤维_位移构件支撑 所述纤维环，防止所述纤维环以它们的任何发散角沿着所述输送_拉伸构件滑下，并且便 于输送和同时以预定的拉伸温度拉伸所述纤维环，并且其中所述纤维_位移构件选自于由辊、半环、板、棒和销组成的组，(b)包括进给锭翼的进给装置，所述进给锭翼在垂直于所述中心轴线的方向上往复移 动，以将输入的纤维连续地放置成在所述输送_拉伸构件的接收端上的相继的盘绕蜿蜒 环，和(c)包括取下锭翼的取下装置，所述取下锭翼在垂直于所述中心轴线的方向上往复移 动，以在输出端处将前导纤维环连续地取下。
15.如权利要求14所述的方法，提供(a)所述进给装置，其被构造和布置成将多个平行的输入纤维端连续地放置成在所述 输送-拉伸构件的接收端上的相继盘绕的蜿蜒环，包括纤维环的多个平行层被形成在所述 输送-拉伸构件上，其中各个层由一个纤维端形成，并且其中所述多个纤维端沿着所述中 心轴线被输送并且同时被所述输送_拉伸构件拉伸，和(b)所述取下装置，其被构造和布置成在所述输出端处连续地取下多个前导纤维环。
16.如权利要求1所述的方法，提供所述输送-拉伸构件，其选自由循环环链、缆绳、带、 条、绳索和自动扶梯式移动梯组成的组，其中所述输送_拉伸构件进一步包括多个纤维_位移构件，所述纤维_位移构件支撑 所述纤维环，防止所述纤维环以它们的任何发散角沿着所述输送_拉伸构件滑下，并且便 于输送和同时在预定的拉伸温度下拉伸所述纤维环，其中所述纤维-位移构件选自由辊、半环、板、棒和销组成的组，并且其中所述输送_拉伸结构围绕所述中心轴线转动并且这种转动促使输入的纤维连续 地卷绕成在所述输送_拉伸构件的接收端上的相继盘绕的环和从所述输送_拉伸构件的输出端连续地展开和取下前导纤维环。
17.如权利要求1所述的方法，提供所述拉伸设备，其进一步包括用于调节纤维拉伸率 的装置，所述装置选自由以下组成的组(a)用于调节所述接收端和所述中心轴线之间的 距离的装置，(b)用于改变沿着所述中心轴线的所述纤维被接收在所述输送-拉伸构件上 的位置的装置，(c)用于调节所述输出端和所述中心轴线之间的距离的装置，和⑷用于改 变沿着所述中心轴线的从所述输送_拉伸构件取下纤维的位置的装置。
18.如权利要求1所述的方法，提供加热室，用于在输送和拉伸纤维时加热所述纤维， 其中所述加热室被供给有选自由热空气、热惰性气体、和过热蒸汽组成的组的热介质。
19.如权利要求1所述的方法，提供加热器，用于在输送和拉伸纤维时加热所述纤维， 其中所述加热器选自由热板和活性介质池组成的组。
20.一种用于连续地拉伸纤维的设备，包括输送_拉伸结构，所述输送_拉伸结构包括 至少两个用于输送并且同时拉伸所述纤维的输送_拉伸构件，其中所述输送_拉伸构件被布置成围绕中心轴线，并且具有用于接收所述纤维的接收 端和用于输出所述纤维的输出端，所述中心轴线平行于输送方向，并且所述接收端和所述 输出端均沿着所述中心轴线间隔开，其中相比于所述接收端，所述输出端与所述中心轴线间隔开得更远，其中所述拉伸设备被构造和布置成将所述纤维进给到所述拉伸设备，将纤维连续地放 置成在所述输送_拉伸构件的接收端上的盘绕的环，从所述输送_拉伸构件的输出端连续 地取下前导纤维环，和以出口速度V。utlrt从所述拉伸设备输送所述纤维，其中所述输送_拉伸构件通过膨胀所述纤维环的外周在拉伸温度和速度下拉伸盘绕 的环形式的纤维，同时沿着所述中心轴线将所述纤维环从所述接收端输送到所述输出端， 包括盘绕的纤维环的层被形成在所述输送_拉伸构件上，其中所述纤维拉伸设备被构造和布置成提供大于1比1的纤维出口速度v。utlrt与纤维 速度(vfibCT)max的比率，纤维速度(vfibCT)max是在拉伸过程中纤维点沿着所述纤维轴线的线速 度的最大值，其中所述输送-拉伸构件使接收端和输出端均被支撑，其中所述输送-拉伸构件与所述中心轴线位于一个平面内并且被定位成相对于所述 中心轴线成发散角α。
21.如权利要求20所述的拉伸设备，其中所述输送_拉伸结构的长度是大约500mm到 大约 6000mm。
22.如权利要求20所述的拉伸设备，其中在该设备中的被拉伸的纤维环的数量是大约 50到大约600。
23.如权利要求20所述的拉伸设备，其中在所述输出端处的前导纤维环的外周是大约 2000mm 到大约 5500mm。
24.如权利要求20所述的拉伸设备，其中拉伸率是大约2.3X到大约7. 7X。
25.如权利要求20所述的拉伸设备，其中出口速度V。utlrt是大约500m/min到大约 6000m/mino
26.如权利要求20所述的设备，其中纤维出口速度V。utlet与纤维速度(VfibJmax的比率 是大约250比1到大约9000比1。
27.如权利要求20所述的拉伸设备，进一步包括(a)包括纤维-卷绕锭翼的进给装置，所述纤维-卷绕锭翼围绕所述中心轴线转动并且 将输入的纤维连续地放置成在所述输送_拉伸构件的接收端上的盘绕的环，和(b)包括纤维_展开锭翼的取下装置，所述纤维_展开锭翼围绕所述中心轴线转动、在 所述输送_拉伸构件的输出端处连续地展开和取下前导纤维环。
28.如权利要求20所述的设备，其中所述输送_拉伸构件选自由循环环链、缆绳、带、 条、绳索和自动扶梯式移动梯组成的组，其中所述输送-拉伸构件进一步包括多个纤维-位 移构件，所述纤维-位移构件支撑所述纤维环，防止所述纤维环以它们的任何发散角沿着 所述输送_拉伸构件滑下，并且便于输送，同时在预定拉伸温度下拉伸所述纤维环，并且， 在纤维断线的情形下，将断线的纤维端输送到操作者能处理它们的输出端处。
29.如权利要求28所述的设备，其中所述纤维-位移构件是带有圆形凹槽的辊，其中所 述纤维被放置在所述辊的凹槽中使得所述辊支撑所述盘绕的纤维环。
30.如权利要求29所述的设备，其中所述辊围绕它们的轴线被驱动，通过转动的辊使 盘绕的纤维环围绕所述中心轴线转动，所述纤维和辊之间的接触点不是固定不变的。
31.如权利要求28所述的设备，其中所述纤维_位移构件选自由半环、板、棒和销组成 的组。
32.如权利要求20所述的设备，其中所述输送_拉伸构件是具有选自由螺纹和螺旋槽 组成的组的纤维-位移构件的转动锭，其中所述转动锭使所述盘绕的纤维环围绕所述中心 轴线转动，所述纤维和锭之间的接触点不是固定不变的。
33.如权利要求20所述的设备，其中所述拉伸设备包括(a)两个输送_拉伸构件，其选自由循环环链、缆绳、带、条、绳索和自动扶梯式移动梯 组成的组，其中所述输送_拉伸构件进一步包括多个纤维_位移构件，所述纤维_位移构件支撑 所述纤维环，防止所述纤维环以它们的任何发散角沿着所述输送_拉伸构件滑下，并且便 于输送和同时以预定的拉伸温度拉伸所述纤维环，并且其中所述纤维_位移构件选自由辊、半环、板、棒和销组成的组，(b)包括进给锭翼的进给装置，所述进给锭翼在垂直于所述中心轴线的方向上往复移 动以将输入的纤维连续地放置成在所述输送_拉伸构件的接收端上的相继盘绕的蜿蜒环， 禾口(c)包括取下锭翼的取下装置，所述取下锭翼在垂直于所述中心轴线的方向上往复移 动以将输出端处的前导纤维环连续地取下。
34.如权利要求33所述的设备，其中(a)所述进给装置被构造和布置成将多个平行的输入纤维端连续地放置成在所述输 送_拉伸构件的接收端上的相继盘绕的蜿蜒环，包括纤维环的多个平行层被形成在所述输 送-拉伸构件上，其中各层由一个纤维端形成，并且其中所述多个纤维端沿着所述中心轴 线被输送并且同时被所述输送_拉伸构件拉伸，且(b)所述取下装置被构造和布置成在所述输出端处连续地取下多个前导纤维环。
35.如权利要求20所述的设备，其中所述输送_拉伸构件选自由循环环链、缆绳、带、 条、绳索和自动扶梯式移动梯组成的组，其中所述输送-拉伸构件进一步包括多个纤维-位移构件，所述纤维-位移构件支撑 所述纤维环，防止所述纤维环以它们的任何发散角沿着所述输送-拉伸构件滑下，并且便 于输送和同时以预定的拉伸温度拉伸所述纤维环，其中所述纤维-位移构件选自于由辊、半环、板、棒和销组成的组，并且所述输送-拉伸结构围绕所述中心轴线转动并且这种转动促使输入的纤维连续地卷 绕成在所述输送-拉伸构件的接收端上的相继盘绕的环并且从所述输送-拉伸构件的输出 端连续地展开和取下前导纤维环。
36.如权利要求20所述的设备，其进一步包括用于调节纤维拉伸率的装置，所述装置 选自由以下组成的组(a)用于调节所述接收端和所述中心轴线之间的距离的装置，(b)用 于改变沿着所述中心轴线的所述纤维被接收在所述输送_拉伸构件上的位置的装置，(C) 用于调节所述输出端和所述中心轴线之间的距离的装置，和(d)用于改变沿着所述中心轴 线的从所述输送_拉伸构件取下纤维的位置的装置。
37.如权利要求20所述的设备，进一步包括加热室，用于在输送和拉伸纤维时加热所 述纤维，其中所述加热室被供给有选自由热空气、热惰性气体、和过热蒸汽组成的组的热介 质。
38.如权利要求20所述的设备，进一步包括加热器，用于在输送和拉伸纤维时加热所 述纤维，其中所述加热器选自由热板和活性介质池组成的组。
全文摘要
用于盘绕的纤维环形式(举例来说，多边形或蜿蜒环)的纤维的连续拉伸的方法和装置。相继的纤维环被连续地放置在多个输送-拉伸构件(CDM)[举例来说，转动的螺纹锭(54)或循环环链(80)和(108)]的接收端上，该多个输送-拉伸构件围绕中心轴线布置并且从这个轴线发散。盘绕的纤维环沿着所述中心轴线被输送并且同时通过所述CDM增大所述纤维环的外周而被拉伸。前导纤维环在所述CDM的输出端处被连续地取下并且被以出口速度从拉伸设备输送走。加热室(11)和(148)包围所述CDM的至少大部分。这样，所述拉伸过程中的纤维速度包括所述出口速度的一小部分。
文档编号B65H54/22GK101868417SQ200780101652
公开日2010年10月20日 申请日期2007年9月21日 优先权日2007年9月21日
发明者利奥博夫·米亚斯尼科瓦, 利奥尼德·斯卢茨克, 维亚切斯拉夫·A·马里金 申请人:聚合物纤维合伙有限责任公司