專利名稱：用于長(zhǎng)絲的熔融紡絲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于由聚酯、聚酰胺(縮聚物)或聚丙烯生產(chǎn)(紡絲)長(zhǎng)絲的一種方法。同時(shí)還提出了適用于這個(gè)方法的裝置。
由于效率的原因，提高熔體從噴絲孔壓出而形成長(zhǎng)絲的輸出速度一直是尋求的目標(biāo)。這個(gè)“輸出速度”的大小并不是一個(gè)可以應(yīng)用在每個(gè)紡絲過程的絕對(duì)值，而是要根據(jù)要紡的絲而定。有一個(gè)根本的區(qū)別，例如在產(chǎn)業(yè)用絲和紡織用絲之間，紡織用絲現(xiàn)在可以紡成為POY(預(yù)取向絲)或是FDY(全拉伸絲)。
尋求更高的輸出速度目前受到一些已經(jīng)知道的輸出速度效應(yīng)的限制，這些效應(yīng)主要是形成長(zhǎng)絲時(shí)聚合物的形態(tài)變化所產(chǎn)生的。這些變化，例如使絲的強(qiáng)度和拉伸減少?gòu)亩菇z不再能夠滿足它預(yù)定的要求。這還間接的適合于在較高的速度下使加工過程失去可控性的情況，其結(jié)果是引起一些無法控制的變化(并由此造成絲性能的不均勻)和/或是斷絲(運(yùn)行中的問題)。本發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是做到提高輸出速度而保持絲的性能不變和/或是速度保持不變而使絲的性能得到提高?，F(xiàn)有技術(shù)至今至少有二十年人們已經(jīng)了解到，絲在較高的輸出速度下，絲與相隨或相接觸的空氣層之間的摩擦力能影響所能獲得的絲的性能(US-4,049,763)。與此同時(shí)，曾經(jīng)提出用產(chǎn)生一個(gè)“輔助”的相隨空氣流來阻止這些摩擦力以回復(fù)到慢速加工時(shí)規(guī)定的性能(US-4,185,062和US-4,202,855)。所提出的解決方法—一個(gè)相隨的空氣流—在很早以前為了其它原因曾經(jīng)提出過(US-2,252,684)。術(shù)語“輔助的相隨空氣流”在這里是指產(chǎn)生相隨空氣流的專用裝置的作用，它是和當(dāng)絲經(jīng)過空氣時(shí)帶起的氣流所造成的相隨空氣流是有區(qū)別的。上述提議都是為了根據(jù)絲的固化而產(chǎn)生輔助的空氣流。
與此同時(shí)，提出在絲固化之前使絲受到一個(gè)張力(US-3,706,826)。這一張力能由空氣流產(chǎn)生。之后在US-4,496,505(＝EP-56963)專利中再次出現(xiàn)了一個(gè)類似的提議，其中空氣流是由一個(gè)抽氣機(jī)產(chǎn)生，并且是在絲通過與噴絲孔相連的加熱區(qū)之后。相反，在WO90/02222專利中沒有加熱區(qū)，其中的抽氣機(jī)是通過一個(gè)“紡絲腔”連接到噴絲孔上。
之后曾經(jīng)有些相關(guān)的或修正的提議提出來例如，絲在噴絲孔之后經(jīng)過一個(gè)建立有預(yù)定壓力的通風(fēng)筒(US-4,702,871；4,863,662和US-4,973,236)。要有特殊的密封裝置來保持通風(fēng)筒中的壓力。這個(gè)問題在US-5,034,182和US-5,141,700(＝EP-244217)中是被回避了，它是空氣(在它用于建立預(yù)定的壓力之后)在增速下從通風(fēng)筒中排出。
這些后來的提議對(duì)這一目的說得不清楚。它們很明顯是企圖對(duì)這種或那種產(chǎn)生好的效果。上述專利文獻(xiàn)并沒有表明所提出的現(xiàn)象是否比經(jīng)驗(yàn)確定的現(xiàn)象涉及的更多。在某些例子中，說明書指出在接近到噴絲孔處對(duì)絲有選擇的施加張力。
為了完整性的原因，提到了在非織造布產(chǎn)品加工中用于輸出絲的裝置(例如US-3,707,593)。這些裝置與現(xiàn)在的發(fā)明沒有關(guān)系，其理由已經(jīng)在EP 244217專利中表明，在此不再重復(fù)。基本構(gòu)思本發(fā)明是以由H.Breuer博士等在期刊“化學(xué)纖維/紡織工業(yè)”(Chemiefasern/Textilindustrie)1992年9月第662頁(yè)上所寫的文章“聚酰脂6.6快速紡絲”中所說明的部分學(xué)識(shí)作為基礎(chǔ)。根據(jù)這個(gè)學(xué)識(shí)，說明了和紡織生產(chǎn)工藝和形態(tài)有關(guān)的快速縮聚紡絲特性是和紡絲條件關(guān)系不大，而僅有紡絲速率起到明顯的影響。
本發(fā)明是以實(shí)際上對(duì)絲施加負(fù)載(長(zhǎng)絲應(yīng)力)一直到紗變成為固體的點(diǎn)上，來影響紡絲速度作為進(jìn)一步的學(xué)識(shí)基礎(chǔ)。本發(fā)明因此是采用對(duì)這一應(yīng)力進(jìn)行有選擇的影響方法來達(dá)到絲的性能。本發(fā)明本發(fā)明的第一方面提出了一個(gè)熔融紡絲的方法，在絲的運(yùn)行方向有一個(gè)空氣流產(chǎn)生在絲的表面，其特征是空氣流至少流過聚合物料尚未固化的絲長(zhǎng)度上的一個(gè)部分，而且以紗喂送方向流經(jīng)這部分絲長(zhǎng)度的空氣流其速度不應(yīng)使絲由于絲和鄰接的空氣層之間的摩擦而受到應(yīng)力，或是受到可以略去不計(jì)的應(yīng)力。
絲最好是以預(yù)定的速度送到一個(gè)卷繞裝置的筒子(卷裝)上。卷繞速度可以是這樣，如果在沒有絲喂送方向的空氣流的幫助下，絲的速度是由紡絲線中的一個(gè)預(yù)定點(diǎn)是否會(huì)因絲和鄰接的空氣層之間的摩擦而使絲受到附加的應(yīng)力而定，這個(gè)應(yīng)力會(huì)影響到絲的性能。按照本發(fā)明，從所說的點(diǎn)上產(chǎn)生一個(gè)空氣流，空氣流在絲運(yùn)行方向上的速度是使紗和鄰接的空氣層之間的摩擦力保持在對(duì)絲的性能會(huì)有重大影響的極限值之下。
與絲相隨的空氣流最好是至少到所說的摩擦力對(duì)絲的性能不再會(huì)有根本性影響的紡絲線中的一個(gè)點(diǎn)上，也就是至接近于聚合物料已經(jīng)固化的點(diǎn)上。到達(dá)這個(gè)點(diǎn)時(shí)，空氣流的速度是保持在不產(chǎn)生不要求有的摩擦力的這種速度上。
產(chǎn)生的空氣流最好使它在絲喂送方向的流動(dòng)盡可能的均勻，也就是它的湍流性很小而且作用在絲上的橫向力很小。
本發(fā)明的第二方面提出了一個(gè)熔融紡絲的方法，按照這個(gè)方法得到的絲是以預(yù)定的速度輸送卷繞到一個(gè)卷繞裝置的筒子上，卷繞速度是這樣設(shè)定的，除非在絲運(yùn)行方向有空氣流的幫助，否則運(yùn)行的絲就會(huì)產(chǎn)生“頸縮”，其特征是，在絲的運(yùn)行方向上有空氣流的幫助因而防止了產(chǎn)生頸縮。
本發(fā)明的第一方面和第二方面能有利的相結(jié)合，得到的特殊優(yōu)點(diǎn)是在固化時(shí)絲的應(yīng)力從兩方面得到了減少，即作用在絲上的力減少了而且防止了絲在固化之前的錐形化(頸縮)。
現(xiàn)在借助于附圖舉例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。其中

圖1現(xiàn)代普通紡絲方法中噴絲板和卷繞頭(絡(luò)筒機(jī))之間絲的運(yùn)行線路(紡絲線)的示意圖；圖2按照本發(fā)明的新方法的相應(yīng)的示意圖；圖3用于實(shí)施按照?qǐng)D2這一方法的裝置的示意圖；圖4用于紡非常細(xì)的長(zhǎng)絲時(shí)的一個(gè)輔助裝置的相應(yīng)的示意圖；圖5本方法擴(kuò)展方面的一個(gè)示意圖；圖6本方法擴(kuò)展的一個(gè)優(yōu)先變化方面的示意圖。
本發(fā)明首先參照高度簡(jiǎn)化了的紡絲線進(jìn)行說明，這樣就不會(huì)因?yàn)闊o關(guān)緊要的說明而使描述復(fù)雜化。為了這個(gè)原因，選用了POY(預(yù)取向絲)加工過程作為一個(gè)例子。本發(fā)明不受限于這一例子，而能應(yīng)用在其它的加工過程，例如采用已知的導(dǎo)絲盤。再次簡(jiǎn)要的參照附圖進(jìn)行說明。
圖1以示意圖方式表示了噴絲板10的一部分以及在該噴絲板10中的一個(gè)噴絲孔12。通過該噴絲孔熔體14被一個(gè)沒有表示出的裝置壓出而成為長(zhǎng)絲16。為了簡(jiǎn)化起見只表示出一根長(zhǎng)線16，然而已知道它同時(shí)可以形成很多的長(zhǎng)絲16(每根長(zhǎng)絲通過噴絲板10中的一個(gè)噴絲孔)。圖1中所說明的方法由長(zhǎng)絲16繞到一個(gè)卷繞裝置(卷繞頭或是絡(luò)筒機(jī))20上的筒子18而結(jié)束。
初始為液體狀的聚合物在噴絲板10和卷繞頭20之間得到冷卻，這種冷卻是由于熱的聚合物將熱傳到周圍氣體(空氣)中去而實(shí)現(xiàn)的。熱的傳遞至少一直要進(jìn)行到聚合物已經(jīng)得到定型(固化)為止，這一固化是發(fā)生在絲運(yùn)行中一個(gè)可以確定的點(diǎn)上(或是，至少在一個(gè)可以確定的范圍內(nèi))。圖1中指出固化點(diǎn)是在位置EP處，這一位置主要是受紡絲條件的影響(見上面所提到的期刊文章—化纖/紡織工業(yè)，1992年9月)。
在固化點(diǎn)EP的上面(即在這一點(diǎn)和噴絲板10之間)，長(zhǎng)絲錐形化，它的截面相對(duì)于它從孔12壓出點(diǎn)處的初始截面逐漸變小。在固化點(diǎn)EP之后長(zhǎng)絲的截面就不再有進(jìn)一步(重大)的變化。在噴絲板和卷繞頭之間的“聚合物顆?！钡乃俣纫蚨艿胶軓?fù)雜的影響，有些影響還沒有研究出來。隨著聚合物的定型，這一速度(紡絲速度)完全由卷繞頭20確定。這一速度然后從固化點(diǎn)EP一直持續(xù)到卷繞頭20。
在目前的一般方法中，長(zhǎng)絲和它鄰接的空氣層之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)絲對(duì)于空氣層的相對(duì)速度是由很多因素確定的，例如—絲的運(yùn)行是否已經(jīng)采用任何辦法和室內(nèi)的空氣相隔離。—是否有特殊的方法使得與絲鄰近的空氣進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，如果是運(yùn)動(dòng)了，它以什么方向運(yùn)動(dòng)。
長(zhǎng)絲和鄰接的空氣層之間的摩擦通常的結(jié)果是空氣沿著絲運(yùn)行的方向與絲一起“隨動(dòng)”，因此在運(yùn)行線路中在任一點(diǎn)處絲截面上所作用的力是Fb—加速的力Fr—與空氣摩擦所產(chǎn)生的力Fs—重力FR—必須由卷繞頭作用的合力由此得到相互關(guān)系FR＝Fb＋Fr－Fs其中，一次近似而略去重力。
這些變量并不代表紡絲過程的全部說明。為了集中于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)構(gòu)思上，有不少變量沒有加以考慮。對(duì)這一方法更為精確的說明可以(例如)參閱下列文章“Model of Steady-StateSpinning at Intermediate take-up speeds”(以中等卷取速度在穩(wěn)定狀態(tài)下紡絲的模型)Henry H.Geoge著，刊登在期刊“PolymerEngineering and Science”，1982年4月22卷，第5期，第292頁(yè)上。
在所說的絲截面上產(chǎn)生的應(yīng)力因而給出如下 其中Q是所說的絲截面處的截面面積大小。應(yīng)力、合力FR和面積大小Q三者都是離開噴絲板10的距離函數(shù)。
長(zhǎng)絲從噴絲孔出現(xiàn)后的瞬時(shí)點(diǎn)，由于在這一區(qū)域中長(zhǎng)絲的速度比較低，長(zhǎng)絲幾乎沒有受空氣摩擦而產(chǎn)生的應(yīng)力。在這一區(qū)域，應(yīng)力是和加速度及縱向粘度有關(guān)。然而在加速度提高到長(zhǎng)絲速度達(dá)到某一極限時(shí)，由于空氣的摩擦?xí)a(chǎn)生一個(gè)很大的附加應(yīng)力，除非采取一些措施來阻止或限制這個(gè)附加應(yīng)力。
長(zhǎng)絲固化時(shí)的應(yīng)力大小確定一定的長(zhǎng)絲性能(包括例如斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)、斷裂強(qiáng)度、沸水收縮率)。這個(gè)應(yīng)力越大，例如POY紡絲時(shí)，得到的這些絲的性能值就越低。
因而，從“數(shù)學(xué)上”有二個(gè)可能的方法來積極的影響這些值—一方面可以減少合力FR，在通常的方法中，這一結(jié)果由降低絲的速度來達(dá)到，—另一方面，可以增加固化前的面積值Q(也就是給定每根絲的分特值)。
實(shí)際上，這兩個(gè)數(shù)學(xué)上的選擇是能用的，參照?qǐng)D2說明如下。
圖2中的元件本質(zhì)上是和圖1所示的一樣，它們以同樣的標(biāo)號(hào)標(biāo)出。不同之處是設(shè)置了一個(gè)裝置(在圖2中沒有表示出)用來產(chǎn)生沿絲的運(yùn)行方向的一個(gè)空氣流LS?？諝饬鱈S在固化點(diǎn)EP的上面形成與長(zhǎng)絲16相鄰接的空氣層，該空氣層在絲運(yùn)行方向以速度VR進(jìn)行流動(dòng)，它是和長(zhǎng)絲的表面速度相吻合(或幾乎是吻合的)。這樣使得摩擦力Fr變得可以略去不計(jì)，從而減少了合力FR?？諝饬鱈S最初是在板10下面一段距離A處的點(diǎn)EB上和長(zhǎng)絲16相接觸并與長(zhǎng)絲一直保持接觸直到固化點(diǎn)EP。
在固化點(diǎn)EP的上面幫助絲運(yùn)動(dòng)減少了噴絲板和點(diǎn)EP之間絲的每一截面上的應(yīng)力。對(duì)這一長(zhǎng)絲應(yīng)力的減少能使比目前會(huì)產(chǎn)生頸縮結(jié)果的絲速高得多的速度下防止“頸縮”(發(fā)生在剛要固化之前，長(zhǎng)絲截面突然成為錐形，從而使固化后的長(zhǎng)絲截面減小)。
圖3表示這一新原理實(shí)際實(shí)現(xiàn)的第一實(shí)施例?，F(xiàn)在，噴絲板用標(biāo)號(hào)25表示，卷繞頭的標(biāo)號(hào)為27和在卷繞頭中形成的筒子標(biāo)號(hào)為28。一些長(zhǎng)絲29從噴絲板25中形成(圖中表示出的是三根)，它們?cè)陬A(yù)定P處合在一起形成為絲F。在卷繞頭27之前借助于計(jì)量裝置31作增艷處理，如果需要可由裝置33產(chǎn)生湍流。在圖中沒有表示出的是計(jì)量泵，計(jì)量泵在單位時(shí)間內(nèi)以預(yù)定的容量將熔體喂送給噴絲孔25。這個(gè)容量和噴絲板的孔數(shù)以及紡絲速率一起確定每根長(zhǎng)絲的粗細(xì)，被稱之為每根長(zhǎng)絲的分特?cái)?shù)。到這里為止，這一加工過程和目前一般的加工過程是相同的。
為了產(chǎn)生快速流動(dòng)的空氣層，在固化點(diǎn)EP之前絲的運(yùn)行是被封密在紡絲管35中。這一管子引導(dǎo)著由負(fù)壓發(fā)生器37所產(chǎn)生的空氣流。管子35的頂部39是開口的，因此能允許室內(nèi)的空氣進(jìn)入而在管內(nèi)形成所說的空氣流。管35的下部41通入到長(zhǎng)方形腔室43，這腔室起到連接管35和負(fù)壓發(fā)生器37的作用，下面將作詳細(xì)的說明。
腔室43在絲運(yùn)行方向形成為管子35的延伸部分，因此，絲在經(jīng)過管子35和腔室43后能通過出口45出來而不會(huì)發(fā)生偏離。出口45的結(jié)構(gòu)應(yīng)不會(huì)阻礙絲的喂送，但它阻止室內(nèi)的空氣進(jìn)入到腔室43中去。在出口45處能夠裝陶瓷的導(dǎo)絲器46。出口45和裝置31之間的距離可以選擇短些，以便不會(huì)由于空氣對(duì)已固化的絲的摩擦而造成很大的張力。
腔室43的下端部分是做成帶孔的表面47并由集流環(huán)49所封閉，集流環(huán)經(jīng)通道51與負(fù)壓發(fā)生器37相連接。最好在通道51內(nèi)或上裝上一些裝置，例如一個(gè)閥53、一個(gè)節(jié)流閥55和用于測(cè)量節(jié)流閥前后的壓力差的測(cè)量表57，以使空氣流的速度能得到控制。由于這樣的布局對(duì)于專業(yè)人員是已知的，所以這里不再作進(jìn)一步的說明。
腔室43經(jīng)過連接件(一個(gè)“喇叭口”)58與管子35相連接，喇叭口沿著絲的運(yùn)行方向擴(kuò)大。這樣使管子35中的高的空氣速度在空氣進(jìn)入到腔室43之前有所降低?？諝鈴那皇?3進(jìn)入到集流環(huán)49去的流程中速度進(jìn)一步慢下來。這些措施減少了空氣流中產(chǎn)生湍流的危險(xiǎn)性。在管子35的下部使空氣速度降低可以使絲的張力得到加大，這對(duì)卷取是有利的。一般的卷取過程，絲進(jìn)入的張力應(yīng)在0.08～0.15CN/dtex范圍之內(nèi)。
同樣的道理，一個(gè)在絲運(yùn)行方向成錐形的口形件(“漏斗”)59放在管子35的頂部39的上面。漏斗59的內(nèi)表面(必要時(shí)也可以是喇叭口58)形狀最好是對(duì)空氣流產(chǎn)生的湍流非常小。漏斗59放在一個(gè)帶孔圓筒61的里面，室內(nèi)空氣通過孔吸入。這個(gè)帶孔圓筒61向后延伸到裝有噴絲板25的加熱箱63。第二個(gè)帶孔圓筒65可以圍繞第一個(gè)圓筒61設(shè)置，以便在其間形成一個(gè)穩(wěn)定空間67，它也有助于防止空氣的湍流。所示裝置的變型一個(gè)輥筒(導(dǎo)絲盤)或輥筒組合可以裝在腔室43(在卷繞頭之前)的出口處。這能用在FDY或產(chǎn)業(yè)用絲的生產(chǎn)時(shí)拉伸從腔室出來的“初始絲”。導(dǎo)絲盤也可以用在卷繞之前僅對(duì)絲的張力進(jìn)行調(diào)整而對(duì)絲并不進(jìn)行拉伸。
帶孔圓筒61可以由鋼絲網(wǎng)、帶孔的金屬板、燒結(jié)料或纖維元件所構(gòu)成。圓筒61的最小直徑應(yīng)該是使仍處于液狀(粘厚的)的長(zhǎng)絲29不會(huì)和圓筒61的內(nèi)表面相接觸。其軸向長(zhǎng)度可以在5～200cm之間。
管子35的內(nèi)徑可以是例如0.5cm～20cm。管子的材料并不重要，只要長(zhǎng)絲在和它的內(nèi)表面接觸時(shí)不粘連，且管壁本身不熔融。管子35的內(nèi)徑是和發(fā)生器37所選用的負(fù)壓大小有關(guān)，以便能在管子35中保持所要求的空氣速度。這一空氣速度應(yīng)優(yōu)先是等于或大于紡絲速度，也就是固化后的長(zhǎng)絲速度。
在噴絲板25和流入的空氣剛開始接觸長(zhǎng)絲的點(diǎn)之間可以設(shè)置一個(gè)保護(hù)區(qū)Z。區(qū)Z可以通過將環(huán)64安裝在噴絲板25下面的加熱箱63上而構(gòu)成。另一種方法是加熱箱63本身在噴絲板25以下突出來。流入的空氣可以得到預(yù)熱。
為了減少長(zhǎng)絲29接觸管子35內(nèi)表面的危害性，可以在管子的頂部39處(在管子35和漏斗59之間)裝上一個(gè)空氣噴射裝置60，將空氣沿著管子35軸線方向沿內(nèi)表面進(jìn)行噴射?？諝鈬娚溲b置60也能作為輔助裝置用于生頭。
如在附圖描述的引言部分中已經(jīng)提到的，按照?qǐng)D中的“簡(jiǎn)單”的紡絲線能夠增加上附加裝置，以便獲得已知的效果。作為這樣布局的例子(有不少是專業(yè)人員已經(jīng)知道的)，這兒只提到了DE-A-2117659和DE-C-4021545中所提出的在絲固化之后進(jìn)行加熱。DE2117659還裝了一個(gè)導(dǎo)絲輥裝置(一對(duì)導(dǎo)絲盤)對(duì)絲進(jìn)行拉伸。
圖4表示一種變型，它使絲的冷卻變慢，以便防止聚合物從噴絲板25剛出來時(shí)突然硬化。在這種情況下，噴絲板25緊接著一個(gè)加熱套筒70以防止絲的溫度急速下降。將圓筒61用分割器72分割為一個(gè)上面部分61A和一個(gè)下面部分61B，熱空氣送入到分割器上面的圓筒部分61A，而相對(duì)冷的室內(nèi)空氣被允許進(jìn)入到圓筒61B部分，這樣使作用進(jìn)一步增加。
管子35中的空氣流可以從管子的頂部將空氣吹入而產(chǎn)生。
進(jìn)入到管子35中的空氣速度可以用一個(gè)圍繞圓筒61并能相對(duì)于圓筒在絲的運(yùn)行方向作移動(dòng)的隔板74進(jìn)行調(diào)整。隔板74是不帶孔的，因而限制了室內(nèi)的空氣進(jìn)入到帶孔圓筒61(或是當(dāng)隔板74向下移動(dòng)時(shí)允許空氣進(jìn)入)。
如上所說明的，在管子35中的空氣速度應(yīng)和絲的速度一樣。室內(nèi)空氣在管子中所形成的空氣流最好應(yīng)該是以稱之為“橫向流動(dòng)”地吸入(垂直于絲的長(zhǎng)度)。流入的室內(nèi)空氣必須不存在任何的湍流，因?yàn)橥牧鲿?huì)造成絲性能的不均勻性。因此空氣量必須盡可能進(jìn)行限定(通過選擇直徑相對(duì)小些的管子35)，因?yàn)榇罅康目諝鈺?huì)增加湍流的危險(xiǎn)性。本發(fā)明的有益效果和應(yīng)用舉例較高的長(zhǎng)絲應(yīng)力起到的作用是能增加聚合物組織的結(jié)晶度和取向度。因此，本發(fā)明的作用是對(duì)結(jié)晶度和取向度進(jìn)行限定。為此，最佳的應(yīng)用領(lǐng)域是那些能使這些作用提供最大優(yōu)越性的領(lǐng)域。為了說明這一點(diǎn)，必須首先對(duì)下面的“絲的種類”之間作出區(qū)分a)產(chǎn)業(yè)用絲—這些絲現(xiàn)在是以兩步法生產(chǎn)的，第一步紡出“初始絲”，并在第二步對(duì)這些(已固化的)初始絲進(jìn)行拉伸，其目的是為了大大增加它的強(qiáng)度。在初始絲中結(jié)晶度和取向度兩者都應(yīng)該盡可能低些，以便在第二步時(shí)允許給予最大的拉伸。為了完整起見，必須在此說明所說的步驟可以由兩個(gè)步驟“或是在”一個(gè)步驟中完成。在稱之為兩步法加工時(shí)，初始絲是在低速下卷繞并將筒子輸送到另一個(gè)機(jī)器上進(jìn)行拉伸。在“一步法加工”時(shí)初始絲在卷繞之前在一對(duì)導(dǎo)絲盤上進(jìn)行拉伸。b)POY(預(yù)取向絲)紡織用絲—這些絲(“預(yù)取向絲”)作為以后加的初始絲，以后的加工稱為拉伸或是拉伸變形。為了在第二步中能達(dá)到最好的結(jié)果，結(jié)晶度不應(yīng)當(dāng)超過一定的上限值。例如，聚酯(PES)最好具有最大結(jié)晶度20％，它所給出的伸長(zhǎng)率約為80％～150％，沸水收縮率約為50±10％。c)FDY(全拉伸絲)-紡織用絲—這些絲(“全牽伸絲”)是不再要有任何進(jìn)一步的加工處理步驟就能供最終使用。在這種情況下，允許有較高的結(jié)晶度，例如聚酯全牽伸絲的結(jié)晶度約為20～50％，給出的伸長(zhǎng)率為25～45％，強(qiáng)度為3～5CN/dtex和沸水收縮率為0～10％。
這些例子清楚的說明雖然結(jié)晶度根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域有很大的變動(dòng)，但是對(duì)每種用途都有一個(gè)上限值。
本發(fā)明在給定的輸送速度下將影響結(jié)晶度或取向度，因此能用來獲得下列的效果—在輸送速度比目前一般速度高的情況下以預(yù)定的性能紡出絲(例如7000到8000m/min之間的輸送速度取代目前普通的2500到5500m/min速度的情況下紡每根絲為0.5到30dtex的POY絲，并且保持目前已有的絲性能)?！獙?duì)于在目前不太可能的情況下紡更細(xì)的長(zhǎng)絲或在經(jīng)濟(jì)的輸送速度下由某些聚合物紡成長(zhǎng)絲(例如在輸送速度約為3000m/min紡每根絲約為0.1到0.5dtex的PES-POY絲)。
下面是已經(jīng)知道的紡絲過程在經(jīng)過修改后紡某些種類的絲，作為本發(fā)明的應(yīng)用方面例子列出已知的聚酯全拉伸絲的加工方法一根PES(聚酯)絲以約為3600m/min的速度輸送到一組導(dǎo)絲盤(不卷取)。這組導(dǎo)絲盤給予約1.45的拉伸，拉伸后的絲以約5200m/min的紡絲速率進(jìn)行卷繞，每根長(zhǎng)絲可到6dtex。聚酯全拉伸絲的新加工法采用本發(fā)明，輸送到一組導(dǎo)絲盤的速度提高到約7000m/min，對(duì)所加工的絲的性能沒有重大的變化。拉伸保持不變，因此對(duì)已知絲的性能保持不變。牽拉速度提高到10000m/min以上。產(chǎn)業(yè)用絲(例如簾子線)的已知加工方法PES(聚酯)或PA(聚酰胺)絲以400到600m/min的速度輸送到一組導(dǎo)絲盤(例如聚酯簾子線約為400m/min)。經(jīng)一組導(dǎo)絲盤拉伸之后，絲以2000到3500m/min之間的牽拉速度進(jìn)行卷繞(例如聚酯簾子線為2200到2500m/min)。卷取絲的每根長(zhǎng)絲可到10dtex，強(qiáng)度為7到9g/d之間。產(chǎn)業(yè)用絲的新加工方法通過采用本發(fā)明，從噴絲板送出的絲到一組導(dǎo)絲盤的速度超過1000m/min，絲的性能和已知的加工法保持相同。這就使?fàn)坷俣仍黾拥匠^5500m/min，絲的性能保持和已知加工方法的絲的性能相同。高模量低收縮絲的已知加工方法HMLS(高模量，低收縮)絲現(xiàn)在被用于簾子線。紡絲時(shí)，聚酯絲以3000到3500m/min的速度輸送到一組導(dǎo)絲盤，在此初始的絲得到拉伸。拉伸后的絲以約為6000m/min的牽拉速度進(jìn)行卷繞。不管它的取向度和結(jié)晶度相對(duì)的都比較高，這樣的絲可以滿足一定用途的要求。用于高模量、低收縮絲的新聚合物高模量低收縮加工法不能毫無困難地轉(zhuǎn)移到其它種類的聚合物，因?yàn)槠渌酆衔飳?duì)紡絲條件有不同的反應(yīng)。在上述的紡絲條件下，聚丙烯(PP)和聚酰胺(PA)(包括PA 6.6)在第一導(dǎo)線盤上已經(jīng)產(chǎn)生比聚酯高得多的結(jié)晶度，這會(huì)對(duì)拉伸產(chǎn)生問題。本發(fā)明能用在這樣的情況以減少這一無法接受的結(jié)晶度。
當(dāng)長(zhǎng)絲在低于某一應(yīng)力極限下進(jìn)行加工，在固化點(diǎn)之前長(zhǎng)絲會(huì)持續(xù)的錐形化，固化發(fā)生在稱為玻璃化溫度處。如果應(yīng)力增加了，聚合物在玻璃化溫度之上固化(即使冷卻條件被保持或是不變)，這一固化會(huì)結(jié)合增加結(jié)晶度。這實(shí)質(zhì)上增加了“頸縮”的危險(xiǎn)性。
在較高的絲速度下會(huì)存在長(zhǎng)絲斷裂的危險(xiǎn)性。減少應(yīng)力可以大大減少這一危險(xiǎn)性，而且還能用來調(diào)整其它紡絲條件，使這一危險(xiǎn)性進(jìn)一步減少(控制)。這些條件包括，例如加速度，單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)(△×/×)和冷卻。下列加工參數(shù)可以影響這些參數(shù)距離A(從管子的頂部到噴絲板)，管子長(zhǎng)度，空氣流的速度和空氣溫度。這樣就能得到接近于與目前一般條件相同的紡絲條件。
通過溫度變化來達(dá)到這些效果，例如在EP456505中的例子，不是本發(fā)明的首要目的。但是本發(fā)明能結(jié)合以熱處理為基礎(chǔ)的方法，如參照?qǐng)D5和圖6說明于下。在這些圖中，零件是和圖3的實(shí)施例中的一樣，并用同樣的標(biāo)號(hào)標(biāo)出。
因此，根據(jù)圖5的實(shí)施例包括有，例如，噴絲板25，管子35，腔室43和空氣通風(fēng)裝置51。噴絲板25和管子35之間的區(qū)域在圖5中沒有詳細(xì)表示，但可以根據(jù)圖3或圖4推斷出來。
圖5中，在腔室43的下面有一個(gè)熱處理通道80。在這個(gè)通道中，已固化的絲被向上流的熱空氣(溫度例如200到240C)再加熱到玻璃化點(diǎn)以上(但在熔化溫度之下)。從通道出來的絲輸送到一對(duì)導(dǎo)絲盤82、84，但絲不是被導(dǎo)絲盤拉伸。進(jìn)入到一對(duì)導(dǎo)絲盤時(shí)的絲張力是絲在通道中在拉伸或伸長(zhǎng)點(diǎn)DP上的拉伸力。在這對(duì)導(dǎo)絲盤之后的絲線張力適合于卷繞到卷繞頭27上。
圖6所示是本方法優(yōu)先擴(kuò)展交型的簡(jiǎn)圖形式，其中熱處理是結(jié)合在本發(fā)明所提供的裝置中。圖6表達(dá)了管子35的下端部分(接近于固化點(diǎn)EP)。圖3的腔室43現(xiàn)在更換成一個(gè)相對(duì)比較大的大通道90，它的目的，例如使空氣流的速度從約7000m/min降低到約500m/min。
在通道90中慢速流動(dòng)的空氣由加熱裝置92進(jìn)行加熱，使絲的溫度達(dá)到高于玻璃化點(diǎn)但低于熔化點(diǎn)?？諝饬鞯乃俣冉宦€增加了空氣的阻力(空氣摩擦力)其結(jié)果是相應(yīng)地增加了絲的張力。這使得通道90的下面部分產(chǎn)生了一個(gè)拉伸或伸長(zhǎng)點(diǎn)DP。拉伸使結(jié)晶度增加，得到低的沸水收縮率。這種加工方法生產(chǎn)的絲能直接供紡織應(yīng)用(例如針織，織造)。
權(quán)利要求
1.熔融紡絲方法，其中，在絲運(yùn)行方向有一個(gè)空氣流產(chǎn)生在絲的表面，其特征是，空氣流至少流過絲長(zhǎng)度的一部分，而這一部分的聚合物料尚且沒有固化，并且在絲運(yùn)行方向的空氣流的速度在這部分長(zhǎng)度上應(yīng)是，不會(huì)由于絲與鄰接空氣層之間的摩擦而使絲受到任何應(yīng)力，或是受到可以略去不計(jì)的應(yīng)力。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中絲輸送到一個(gè)卷繞裝置并以預(yù)定的速度卷繞到一個(gè)筒子(卷裝)上，其特征是，卷繞速度應(yīng)是，在沒有絲運(yùn)行方向的空氣流幫助下，紗的速度是從紡絲線中的一個(gè)預(yù)先確定的點(diǎn)起是否會(huì)因絲和鄰接的空氣層之間的摩擦而使絲受到附加的應(yīng)力而定，這個(gè)應(yīng)力將影響到絲的性能，為此從所說的點(diǎn)起產(chǎn)生一個(gè)空氣流，空氣流在絲運(yùn)行方向上的速度是使絲和鄰接的空氣層之間的摩擦力保持在對(duì)絲的性能會(huì)有重大影響的極限值之下。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征是，與絲相隨的空氣流至少至紡絲線中的一個(gè)點(diǎn)，到達(dá)這一點(diǎn)時(shí)絲的性能不再會(huì)受所說的摩擦力影響，也就是到接近聚合物料變?yōu)楣袒狞c(diǎn)。
4.熔融紡絲方法，它是將絲輸送到一個(gè)卷繞裝置并在那里以預(yù)定的速度卷繞到一個(gè)筒子上，卷繞速度的大小應(yīng)調(diào)整在，在絲的運(yùn)行方向沒有一空氣流的幫助將會(huì)使絲運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生“頸縮”，其特征是，在絲運(yùn)行方向有一空氣流的幫助因而防止了頸縮。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征是，本方法也能根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一個(gè)進(jìn)行實(shí)施。
6.具有噴絲板和卷繞頭的用于長(zhǎng)絲熔融紡絲的裝置，其特征是，在絲運(yùn)行方向有一個(gè)產(chǎn)生空氣流的裝置，作用在絲表面的空氣流速度適合于絲的表面速度，從而使得在絲和鄰接的空氣層之間僅有很小的摩擦力產(chǎn)生，而且所述裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)使空氣流從紡絲線中的一點(diǎn)起流動(dòng)，在這一點(diǎn)上如果沒有空氣流的幫助將會(huì)產(chǎn)生摩擦力而影響到絲的性能，空氣流一直流動(dòng)到長(zhǎng)絲固化的點(diǎn)為止。
7.按照權(quán)利要求6的裝置，其特征是，該裝置包括一個(gè)封閉紡絲線的管子，使空氣流被引導(dǎo)經(jīng)過長(zhǎng)絲附近的管子。
8.按照權(quán)利要求6或7的裝置，其特征是，空氣流由負(fù)壓的產(chǎn)生而產(chǎn)生。
9.按照權(quán)利要求7或8中的裝置，其特征是，室內(nèi)空氣進(jìn)入到管子的頂部而形成空氣流。
10.按照權(quán)利要求6到9中的任一個(gè)的裝置，，其特征是，裝在噴絲板上的裝置能對(duì)從噴絲孔中出來后的長(zhǎng)絲延滯冷卻。
全文摘要
由于長(zhǎng)絲和鄰接的空氣層之間的空氣摩擦被阻止或是受限制而使新紡出的長(zhǎng)絲的應(yīng)力減小了。為了這個(gè)目的，而產(chǎn)生一個(gè)空氣流，它以絲運(yùn)行方向與長(zhǎng)絲的表面速度幾乎是相同的速度流動(dòng)?？諝饬骺梢酝ㄟ^一個(gè)管子而引導(dǎo)到長(zhǎng)絲表面。
文檔編號(hào)D01D5/088GK1119461SQ94191488
公開日1996年3月27日 申請(qǐng)日期1994年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月3日
發(fā)明者R·米爾斯 申請(qǐng)人:里特自動(dòng)有限公司