專(zhuān)利名稱(chēng)：變徑熱管及使用該熱管的紡絲裝置和紡絲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的合成纖維生產(chǎn)用紡絲裝置及紡絲方法，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種新型的合成纖維生產(chǎn)用變徑熱管、使用該熱管的紡絲裝置及紡絲方法。
迄今為止，為紡制大分子晶體結(jié)構(gòu)處于最佳取向狀態(tài)的長(zhǎng)絲等合成纖維，以往的FDY(Full Drawn Yarn)絲，又名“全拉伸絲”通常是用兩只拉伸輥對(duì)絲束作人為的拉伸。例如，申請(qǐng)?zhí)枮椤?6101385”、申請(qǐng)人為德國(guó)巴馬格股份有限公司的“生產(chǎn)復(fù)絲的方法”的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)等，采用了一或二對(duì)加熱的牽伸輥對(duì)絲束進(jìn)行拉伸。但所述方法對(duì)纖維大分子結(jié)構(gòu)中的“結(jié)晶區(qū)”和“無(wú)定型區(qū)”的控制往往不夠理想。又，由于制造聚酯長(zhǎng)絲的二步法工藝通常具有成本高和后加工能力不足等缺陷，因此，近二、三十年來(lái)，人們一直致力于制造聚酯等合成纖維長(zhǎng)絲的一步法工藝的研究。其中，最主要的基本法紡絲工藝有紡絲速度在4000米/分以上、在一個(gè)加熱管中同時(shí)進(jìn)行拉伸和定型的熔融熱管紡絲方法。
所述熱管紡絲方法的關(guān)鍵在于，通過(guò)熱管進(jìn)行拉伸、加熱的熱管紡絲裝置。所述熱管通常為一其中設(shè)有一或多個(gè)加熱溫度區(qū)域的拉伸通道的管狀裝置。所述的熱管紡絲方法通常是將合成纖維熔體自噴絲頭擠出后，經(jīng)側(cè)吹風(fēng)窗初步冷卻，進(jìn)入設(shè)于側(cè)吹風(fēng)窗下游至卷繞部分之間的熱管裝置，經(jīng)側(cè)吹風(fēng)窗初步冷卻的合成纖維絲經(jīng)熱管中不同溫度區(qū)的拉伸和加熱(定型)，獲得所需纖維大分子結(jié)構(gòu)。
例如，德國(guó)巴馬格(Bamarg)股份公司的申請(qǐng)?zhí)枮椤?9103411”、發(fā)明名稱(chēng)為“紡絲設(shè)備”的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種紡絲設(shè)備，所述紡絲設(shè)備系將從噴絲頭出來(lái)的合成纖維束首先冷卻，然后以4500米/分的或更大的絲速拉出。接著，行進(jìn)中的合成纖維束再次在一個(gè)加熱管中加熱。加熱管可沿絲的行程，在導(dǎo)向裝置上移動(dòng)和定位。由此，使得所述合成纖維束的屈服過(guò)程始終在加熱管中適當(dāng)?shù)臏囟认掳l(fā)生。
又如，德國(guó)的巴馬格公司還曾生產(chǎn)了一種TCS熱管，以用于TCS工藝，然而，該裝置能耗大(聯(lián)苯加熱，0.5KW/束絲)，笨重(熱管帶熱箱共重1.5噸)，紡絲時(shí)需用14Kg的高壓吸槍?zhuān)涣硗?，紡絲速度也須在4000米/分以上，其工藝仍舊是先冷卻，后加熱，且，伸長(zhǎng)不易控制在30％以下。
再如，申請(qǐng)人為美國(guó)的赫希斯特人造絲公司、申請(qǐng)?zhí)枮椤?1103046.8”、發(fā)明名稱(chēng)為“一種用于紡制合成可熔紡聚合物的設(shè)備”的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種用于紡制合成可熔紡聚合物的紡絲設(shè)備，所述紡絲設(shè)備主要包括一個(gè)紡絲箱體；一根長(zhǎng)度大于5米、并具有二個(gè)端點(diǎn)的長(zhǎng)形的隔熱管，所述管的一端與所述紡絲箱體相連；一個(gè)用于減少湍流的裝置固定在管的第二端內(nèi)；一個(gè)用于匯聚纖維的裝置固定在管第二端的鄰近部位。
上述類(lèi)似工藝存在的問(wèn)題是所需紡絲(卷繞)速度都在4000米/分以上；在紡絲成形的機(jī)理和過(guò)程上，都是在紡絲線(xiàn)上先冷卻，以完成部分取向絲(POY)的紡絲工藝，然后，再加熱、牽伸得到全牽伸絲。這樣，上述紡絲方法或者投資較大，生頭困難；或者適用范圍有限；或者絲條在紡絲過(guò)程中的伸長(zhǎng)控制困難，難以推廣。另外，所述熱管雖然可作成具有不同溫度段的加熱區(qū)，但無(wú)法自由調(diào)節(jié)熱管內(nèi)紡絲的張力及溫度場(chǎng)的變化；從而，無(wú)法改變及獲得所需的最佳纖維的結(jié)構(gòu)和性能；無(wú)法獲得多種性能、風(fēng)格各異的絲及復(fù)絲。另外，以3000～4000米/分之間的速度高速紡絲得到的纖維絲為一種部分取向(予取向)的絲(Pre-Oriented Yarn,POY)。
同時(shí)，上述以往技術(shù)仍存在著其紡絲過(guò)程的抗干擾性差、條干易不勻、品種范圍較窄及紡絲不穩(wěn)定的問(wèn)題。
對(duì)此，申請(qǐng)人為中國(guó)紡織大學(xué)吳嘉麟等人、申請(qǐng)?zhí)枮椤?6104116”、發(fā)明名稱(chēng)為“聚酯全伸展絲的高速一步法紡絲工藝、裝置及其錫克斯熱管”的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種聚酯纖維的紡絲工藝及其裝置，一種聚酯長(zhǎng)絲FSY(全伸展絲)的高速、一步法紡絲工藝、裝置及該裝置中所用的一種熱管-應(yīng)力誘導(dǎo)取向結(jié)晶紡絲(Stress Induced Crystall Spinning，簡(jiǎn)稱(chēng)SICS，錫克斯)熱管。
上述發(fā)明藉由在噴絲板下方的側(cè)吹風(fēng)窗側(cè)安放一個(gè)應(yīng)力誘導(dǎo)取向結(jié)晶紡絲熱管一簡(jiǎn)稱(chēng)SICS(錫克斯)熱管，即可在高溫條件下，使纖維中的無(wú)規(guī)取向的大分子網(wǎng)絡(luò)在臨界的非平衡相變條件下，一步取向結(jié)晶，完成一步法紡絲的主要工序，制得絲的旦數(shù)范圍廣、強(qiáng)度大、染色性能優(yōu)異的全伸展聚酯絲。
然而，上述錫克斯熱管及其紡絲裝置和工藝仍無(wú)法自由調(diào)節(jié)熱管內(nèi)紡絲的張力及溫度場(chǎng)的變化，從而，改變及獲得所需的最佳纖維的結(jié)構(gòu)和性能，獲得多種性能、風(fēng)格各異的絲及復(fù)絲。另外，為獲得均勻的紡絲應(yīng)力，上述吳嘉麟等人的紡絲裝置中還使用了多顆價(jià)格昂貴的藍(lán)寶石和紅寶石，這樣，易影響加工操作及絲束性能，且使其制造成本顯著增高。
本發(fā)明人經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)在高溫狀態(tài)下，當(dāng)絲通過(guò)熱管時(shí)，絲處于張力及受熱狀態(tài)。張力使絲的內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)取向結(jié)晶，而受熱的結(jié)果則又發(fā)生熱致結(jié)晶。設(shè)計(jì)熱管內(nèi)壁曲線(xiàn)，即橫截面園的直徑，可改變熱管內(nèi)的空氣流場(chǎng)，使絲上所受的作用力發(fā)生變化，導(dǎo)致應(yīng)力變化，并應(yīng)力誘導(dǎo)取向結(jié)晶的結(jié)晶點(diǎn)位置及結(jié)晶度也發(fā)生變化。與此同時(shí)，變徑曲線(xiàn)不同，所受輻射熱也不同。改變熱管的加熱溫度也是使通過(guò)熱管的絲束性能產(chǎn)生差異的另一有效途徑。在一定的溫度下，絲束達(dá)到一定的卷繞速度時(shí)，可形成預(yù)取向絲(POY)，進(jìn)一步提高卷繞速度，可形成全取向絲(FDY)。所紡制的絲受熱均勻，染色性能優(yōu)異，形成具有不同性能、風(fēng)格的產(chǎn)品。
本發(fā)明人經(jīng)研究后又發(fā)現(xiàn)采用多個(gè)，尤其是采用二個(gè)以上上述本發(fā)明的變徑熱管進(jìn)行同板異性紡絲，各設(shè)計(jì)不同的管內(nèi)壁的曲線(xiàn)直徑和加熱溫度，可形成由如縮水率、結(jié)晶度、染色性能各異的單絲組成的復(fù)絲，擴(kuò)大熱管紡絲的品種。由此完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的目的之一在于提供一種合成纖維紡絲用變徑熱管；所述變徑熱管具有各種變化的管內(nèi)壁曲線(xiàn)，對(duì)所述熱管的不同段分別加以不同范圍的溫度，在2000～8000米/分、特別是3000～6000米/分的紡絲速度下，可形成不同的空氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，在張力及熱作用下，使絲內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶和熱致結(jié)晶；藉此，調(diào)節(jié)絲的結(jié)晶點(diǎn)和結(jié)晶度，制得從細(xì)旦到粗旦(20dtex-300dtex/絲，0.4～6dtex/單纖)的任一品種的聚酯絲。所述聚酯絲具有優(yōu)異的染色均勻性、可染性、強(qiáng)度及伸長(zhǎng)。
本發(fā)明的又一目的在于，提供一種合成纖維生產(chǎn)用的紡絲裝置，所述紡絲裝置采用一個(gè)或二個(gè)以上的前述變徑熱管，藉由對(duì)上述二個(gè)以上的變徑熱管實(shí)施不同的管內(nèi)壁曲線(xiàn)和溫度，在2000～8000米/分、特別是3000～6000米/分的紡絲速度下，可形成相互各異的空氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)；在張力及熱作用下，使絲的內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶和熱致結(jié)晶；藉此，調(diào)節(jié)絲的結(jié)晶點(diǎn)和結(jié)晶度，制得從細(xì)旦到粗旦(20dtex-300dtex/絲，0.4-6dtex/單纖)、染色均勻性、可染性、強(qiáng)度及伸長(zhǎng)均優(yōu)異的復(fù)絲。所述的復(fù)絲由如縮水率、結(jié)晶度、染色性能各異的單絲組成。
本發(fā)明的再一目的在于，提供一種合成纖維生產(chǎn)用紡絲方法，所述紡絲方法系采用一個(gè)或二個(gè)以上上述變徑熱管，藉由對(duì)上述一或多個(gè)變徑熱管實(shí)施不同的管內(nèi)壁曲線(xiàn)和溫度，在2000～8000米/分、特別是3000～6000米/分的紡絲速度下，可形成相互各異的空氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，在張力及熱作用下，使絲的內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶和熱致結(jié)晶；藉此，調(diào)節(jié)絲的結(jié)晶點(diǎn)和結(jié)晶度，制得從細(xì)旦到粗旦(20dtex-300dtex/絲，0.4-6dtex/單纖)、染色均勻性、可染性、強(qiáng)度及伸長(zhǎng)均優(yōu)異的復(fù)絲。所述復(fù)絲由如縮水率、結(jié)晶度、染色性能各異的單絲組成。藉此，擴(kuò)大合成纖維的熱管紡絲的品種。
本發(fā)明的變徑熱管及使用該熱管的紡絲裝置設(shè)計(jì)、制造簡(jiǎn)便、能耗低，維修方便；可適用于多種場(chǎng)合；采用本發(fā)明的變徑熱管及紡絲裝置的紡絲方法制造合成纖維長(zhǎng)絲紡絲工藝流程短，易于操作；成本低廉，可以紡制從細(xì)旦到粗旦的多品種合成纖維絲。
本發(fā)明的變徑熱管結(jié)構(gòu)如下一種其中間構(gòu)成纖維拉伸通道、管壁由加熱層和保溫層構(gòu)成的加熱管，其管內(nèi)壁的縱截面曲線(xiàn)，即，管橫截面圓內(nèi)徑可以變化。
本發(fā)明的變徑熱管為一長(zhǎng)1.0～2.5m、外徑φ3.0～6.0mm、內(nèi)徑φ1.5～5.0mm的金屬加熱管。
優(yōu)選的是，本發(fā)明的變徑熱管長(zhǎng)1.5～2.5m、外徑φ4.0～5.0mm、內(nèi)徑φ2.5～4.5mm。
為獲得加熱均勻、染色性能優(yōu)異的纖維長(zhǎng)絲，較好的是，本發(fā)明的變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為一內(nèi)向(凸)彎曲的雙曲線(xiàn)型，其內(nèi)徑尺寸為φ2.5～4.5mm的范圍。
為獲得加熱均勻、染色性能優(yōu)異的纖維長(zhǎng)絲，較好的是，本發(fā)明的變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為一外向(凸)彎曲的雙曲線(xiàn)型，其內(nèi)徑尺寸為φ2.5～4.5mm。
為獲得加熱均勻、染色性能優(yōu)異的粗旦纖維長(zhǎng)絲，較好的是，本發(fā)明的變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為一內(nèi)向彎曲的拋物線(xiàn)型，其內(nèi)徑尺寸為φ2.5～4.5mm的范圍。
為獲得高強(qiáng)、低收縮的合成纖維長(zhǎng)絲，本發(fā)明變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為二端直徑不同的喇叭型，其二端內(nèi)徑之差在2.0～4.5mm的范圍。
為獲得加熱均勻、染色性能優(yōu)異的粗旦纖維長(zhǎng)絲，較好的是，本發(fā)明的變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為一外向彎曲的拋物線(xiàn)型，其內(nèi)徑尺寸為φ2.5～4.5mm的范圍。
為獲得高收縮、性能優(yōu)異的三異(異纖度、異截面、異收縮)的細(xì)旦至粗旦的纖維長(zhǎng)絲，較好的是，本發(fā)明變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為一具有二段以上(即，呈波浪型)的變徑曲線(xiàn)型。
本發(fā)明的采用變徑熱管的紡絲裝置由如下部分構(gòu)成1．噴絲器；2．導(dǎo)絲板；3．變徑熱管；4．卷繞裝置。
其特征在于，所述紡絲裝置由一或二個(gè)以上的變徑熱管及零～二個(gè)不變徑熱管組成，所述變徑及不變徑熱管為如上所述的長(zhǎng)1.0～2.5m、外徑φ3.0～6.0mm、內(nèi)徑φ2.0～5.0mm的金屬加熱管。
在采用二個(gè)以上上述熱管的本發(fā)明的紡絲裝置中，所述熱管的溫度處于其中至少一個(gè)加熱，并處于室溫-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍。所述三區(qū)段的溫度范圍處于包括溫度持平階段在內(nèi)的遞增關(guān)系，以形成一溫度場(chǎng)。
特別是，所述加熱熱管處于120-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍，形成一溫度場(chǎng)。
上述處于室溫-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍中，其中一或二個(gè)加熱溫度區(qū)段可不加熱，所述不加熱的溫度區(qū)即指熱管溫度為30℃左右。
在有不加熱熱管的場(chǎng)合，所述不加熱熱管雖未經(jīng)加熱，但因受到其周?chē)訜岱諊挠绊懀?，其溫度通常?0℃左右。
上述處于120-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍通常為120℃～200℃、160～240℃、190～260℃的三個(gè)加熱溫度區(qū)段，所述三區(qū)段的溫度范圍處于包括持平階段在內(nèi)的遞增關(guān)系，以形成一溫度場(chǎng)。
優(yōu)選的是，上述處于120-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍通常為140℃～180℃、160～220℃、200～240℃的三個(gè)加熱溫度區(qū)段。
更加優(yōu)選的是，上述處于120-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍通常為160℃～180℃、190～200℃和210℃～240℃的三個(gè)加熱溫度區(qū)段。
本發(fā)明采用由上述變徑熱管組成的紡絲裝置的紡絲方法系由如下部分步驟1．熔融聚合物從噴絲孔擠出，并經(jīng)側(cè)吹風(fēng)窗作初步冷卻；
2．絲束進(jìn)人一個(gè)或分別進(jìn)人二個(gè)長(zhǎng)1.0～2.5m、外徑φ3.0～6.0mm、內(nèi)徑φ1.5～5.0mm的金屬加熱管，在使用兩個(gè)本發(fā)明熱管的場(chǎng)合，所述熱管的溫度可處于其中至少一個(gè)加熱，并處于室溫-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍。所述三區(qū)段的溫度范圍處于包括持平階段在內(nèi)的遞增關(guān)系，以形成一溫度場(chǎng)。
運(yùn)動(dòng)絲條在該加熱管內(nèi)形成的空氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)中一步完成拉伸、取向結(jié)晶。
3．上油、加網(wǎng)絡(luò)，以2000～6000米/分、特別是3000～6000米/分的卷繞速度卷繞得到所述的全伸展絲。
特別是，所述加熱熱管處于120-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍，形成一溫度場(chǎng)。
上述處于室溫-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍中，其中一或二個(gè)加熱溫度區(qū)段可不加熱，所述不加熱的溫度區(qū)即指熱管溫度為30℃。
在有不加熱熱管的場(chǎng)合，所述不加熱熱管雖未經(jīng)加熱，但因受到其周?chē)訜岱諊挠绊懀錅囟韧ǔ?0℃左右。
上述處于120～260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍通常為120℃～200℃、160～240℃、200～260℃的三個(gè)加熱溫度區(qū)段，所述三區(qū)段的溫度范圍處于包括持平階段在內(nèi)的遞增關(guān)系，以形成一溫度場(chǎng)。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明的紡絲方法中，所述熱管加熱溫度為140℃～180℃、160～220℃、200～240℃的三個(gè)加熱溫度區(qū)段，所述長(zhǎng)絲的卷繞速度在3000～6000米/分的范圍。
更優(yōu)選的是，在本發(fā)明的紡絲方法中，本發(fā)明的紡絲裝置中的熱管加熱溫度分作160℃～180℃、190～200℃和210℃～240℃的三個(gè)加熱區(qū)段。
優(yōu)選的是，在本發(fā)明的紡絲方法中，本發(fā)明的熱管長(zhǎng)1.5～2.5m、外徑φ4.0～5.0mm、最小內(nèi)徑φ2.0～3.0mm。
為獲得加熱均勻、染色性能優(yōu)異的纖維長(zhǎng)絲，較好的是，在本發(fā)明的紡絲方法中，本發(fā)明的變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為一內(nèi)向彎曲的雙曲線(xiàn)型，其內(nèi)徑尺寸為φ2.5～4.5mm的范圍。
為獲得加熱均勻、染色性能優(yōu)異的纖維長(zhǎng)絲，較好的是，在本發(fā)明的紡絲方法中，本發(fā)明的變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為一外向彎曲的雙曲線(xiàn)型，其內(nèi)徑尺寸為φ2.5～4.5mm。
為獲得加熱均勻、染色性能優(yōu)異的粗旦纖維長(zhǎng)絲，較好的是，在本發(fā)明的紡絲方法中，本發(fā)明的變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為一內(nèi)向彎曲的拋物線(xiàn)型，其內(nèi)徑尺寸為φ2.5～4.5mm的范圍。
為獲得加熱均勻、染色性能優(yōu)異的粗旦纖維長(zhǎng)絲，較好的是，在本發(fā)明的紡絲方法中，本發(fā)明的變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為一外向彎曲的拋物線(xiàn)型，其內(nèi)徑尺寸為φ2.5～4.5mm的范圍。
為獲得高強(qiáng)、低收縮的纖維長(zhǎng)絲，本發(fā)明的變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)以二端直徑不同的喇叭型，其二端內(nèi)徑之差在2.0～4.5mm的范圍。
為獲得高收縮、性能優(yōu)異的三異(異纖度、異截面、異收縮)的細(xì)旦至粗旦的纖維長(zhǎng)絲，較好的是，在本發(fā)明的紡絲方法中，本發(fā)明的變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為一具有二段以上的變徑曲線(xiàn)型。特別是以3000～6000米/分的卷繞速度卷繞得到所述的全伸展絲。
特別優(yōu)選的是，在本發(fā)明的紡絲方法中，本發(fā)明紡絲裝置采用二個(gè)熱管，以紡制三異復(fù)絲。
在本發(fā)明的變徑熱管的紡絲裝置中，對(duì)每一熱管中的加熱片和電熱絲以5～75W/個(gè)的功率通電加熱，使其中工作區(qū)溫度保持在如上所述的范圍。
本發(fā)明的變徑熱管及采用該變徑熱管進(jìn)行紡絲的原理描述如下。
開(kāi)放絲束(即，非集束狀態(tài)下的絲束)中的每一根絲在熱管中高速運(yùn)行時(shí)，絲束表面與氣流進(jìn)行充分的磨擦接觸，此時(shí)，絲束的運(yùn)行速度越大，則摩擦力也越大，致使紡絲張力也增大。再調(diào)節(jié)熱管中的溫度場(chǎng)，可使得絲束應(yīng)力大于纖維的屈服應(yīng)力。此時(shí)，調(diào)整牽伸比，實(shí)現(xiàn)加熱牽伸的目的。
改變變徑熱管的管壁內(nèi)徑，調(diào)節(jié)牽伸速度，可以改變變徑熱管內(nèi)的空氣流場(chǎng)，從而，可以改變纖維在熱管中所受到的空氣摩擦阻力及其牽伸點(diǎn)。同時(shí)，利用本發(fā)明熱管的加熱層和保溫層，調(diào)節(jié)得到不同的溫度場(chǎng)，組成了一個(gè)從輸入(噴頭)到輸出(卷繞抽取)的穩(wěn)態(tài)的非平衡系統(tǒng)。
從上述理論出發(fā)，在上述非平衡(細(xì)頸化取向結(jié)晶)的相變過(guò)程中，所述穩(wěn)態(tài)區(qū)域中的臨界參數(shù)，即，溫度、應(yīng)力和松弛時(shí)間(即，熱管長(zhǎng)度)的變化加以嚴(yán)格控制。在本發(fā)明中，即由變徑熱管來(lái)完成。
首先，見(jiàn)圖1。圖1所示為本發(fā)明的變徑熱管內(nèi)的空氣流場(chǎng)作用的示意圖。
1．纖維在空氣流場(chǎng)中所受應(yīng)力調(diào)節(jié)原理根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，一根纖維直徑為dF(半徑rF)，在變直徑D(x)(半徑R(x))的熱管中向下運(yùn)行時(shí)，由層流理論得到管內(nèi)空氣的徑向速度Va(r,x)如下dVal(r,x)dr=VFrlnRr]]>對(duì)r積分，可得Val(r,x)=∫VFrlnRrdr]]>當(dāng)R(x)變小時(shí)，Va1(r,x)增加，反之，減少；當(dāng)r變小時(shí)，Va1(r,x)增加，反之，減少；r=0時(shí)，Va1(0,x)=VF；當(dāng)r=R(x)時(shí)，Va1(R,x)=0。對(duì)熱管紡絲工藝而言，絲束中有根纖維，Van(r,x)=Σa=1nVan]]>(中心對(duì)稱(chēng)分布)Re=2VfrR/v0ν0=空氣運(yùn)動(dòng)粘度Vfr=Vf-anVfr=空氣相對(duì)運(yùn)行速度α=∫0RVan(r,x)dr/∫0Rrdr]]>而空氣摩擦系數(shù)αof=Cλ02Rζh]]>λ0=空氣導(dǎo)熱系數(shù)；ζ=8[x/2ReR]0.5x為熱管起始位置。
顯然，隨著絲束向熱管下方運(yùn)行，x，Re，R等改變，ζ改變，α0f改變改變直徑之后，α0f在熱管中的分別發(fā)生變化。直徑變小時(shí)，α0f增加，即，絲束摩擦力增加，反之也然。從而，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力變化基調(diào)節(jié)。
2．纖維在溫度場(chǎng)中所受應(yīng)力調(diào)節(jié)原理在熱管中，從纖維的熱平衡式dTdx]]>及空氣流熱平衡式dT0dx]]>可知R(x)變小，T0(r,x)分布，T(r,x)分布均變化，導(dǎo)致絲束穩(wěn)定增加。3．纖維大分子結(jié)構(gòu)中取向結(jié)晶及取向誘導(dǎo)結(jié)晶纖維在成形過(guò)程中，在應(yīng)力、溫度、速度場(chǎng)作用下，產(chǎn)生取向和取向結(jié)晶dΔndx=A0pVFdVFdx-ΔnVτm]]>其中，Δn=雙折射表征取向程度；A0p=應(yīng)力光學(xué)系數(shù)，τm-松弛時(shí)間譜。當(dāng)應(yīng)力增加，dVFdx=αηeA]]>增加，Δn增加。
雙折射Δn增加，可使結(jié)晶速率常數(shù)k(T,Δn)增加。103-105倍。從而，導(dǎo)致快速的取向誘導(dǎo)結(jié)晶。從而，達(dá)到調(diào)節(jié)纖維取向和結(jié)晶。
4．纖維結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系纖維結(jié)構(gòu)也決定纖維性能。例如，纖維收縮S=K(1-θ)fa+b纖維收縮與取向度成正比，與結(jié)晶度Δn成反比。
采用不同或相同形狀、狀態(tài)的熱管，同時(shí)采用不同的紡絲工藝，可以進(jìn)行同一組份或不同組份的紡絲，得到結(jié)構(gòu)不同的絲束，繼而得到單組份、雙組份等多組份的三異長(zhǎng)絲及花色絲。


圖1所示為本發(fā)明的變徑熱管內(nèi)的空氣流場(chǎng)作用示意圖。
圖2所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中其軸線(xiàn)縱截面為喇叭型的變徑熱管的剖視示意圖。
圖3所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中其軸線(xiàn)縱截面為外向凸曲(即，雙曲線(xiàn))型的變徑熱管的剖視示意圖。
圖4所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中其軸線(xiàn)縱截面為內(nèi)向彎曲(雙曲線(xiàn))型的變徑熱管的剖視示意圖。
圖5、6所示分別為本發(fā)明的二個(gè)實(shí)施例中其軸線(xiàn)縱截面為二個(gè)曲線(xiàn)重復(fù)型的變徑熱管的剖視示意圖。
圖7所示為采用本發(fā)明的變徑熱管的紡絲裝置的紡絲流程示意圖。
圖中，1為噴絲板，2.1，2.2分別為進(jìn)入各個(gè)熱管的絲束，3為導(dǎo)絲器，4.1，4.2為雙熱管，5為網(wǎng)絡(luò)噴嘴，6為卷繞裝置。a為加熱層，b為保溫層。D為熱管內(nèi)徑。
以下，參照附圖，結(jié)合實(shí)施例，更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1使用外向凸曲雙曲線(xiàn)型變徑熱管紡制120 D/36f滌綸的紡絲工藝及裝置使用一個(gè)如圖3所示的外向凸曲雙曲線(xiàn)型變徑熱管，36孔的噴絲板紡制滌綸長(zhǎng)絲。所述變徑熱管長(zhǎng)1.5m，內(nèi)徑2.0～4.5mm。距離噴絲板80cm。噴絲板孔徑為0.23mm，L/D=2.5。紡絲溫度為290℃。熱管加熱溫度設(shè)定為180℃，200℃及220℃的三區(qū)段。紡絲箱體溫度在280～290℃范圍。
側(cè)吹風(fēng)窗的冷卻吹風(fēng)速度為0.4m/秒，溫度25℃，空氣的RH為65％。使熱管均勻散熱，從而，在絲條、熱管和側(cè)吹風(fēng)窗之間建立起穩(wěn)定的熱傳導(dǎo)系統(tǒng)。
使用本實(shí)施例的外向凸曲型變徑熱管紡絲，卷繞速度為4200米/分，切片的特性粘度[η]=0.65dl/g，噴絲板的孔徑為0.23，孔數(shù)為48孔。紡絲纖維的總旦數(shù)達(dá)120dtex。紡制的長(zhǎng)絲強(qiáng)度為3.5CN/dtex，伸長(zhǎng)35％，伸不勻?yàn)?.2％，烏斯特條干不勻率為1.05％，沸水收縮率為8％。
上述聚酯長(zhǎng)絲的各種性能指標(biāo)系采用工業(yè)化生產(chǎn)中測(cè)量聚酯牽伸絲的一般方法和儀器進(jìn)行的，所遵照的標(biāo)準(zhǔn)為GB8960/88。
實(shí)施例2使用內(nèi)向凸曲雙曲線(xiàn)型變徑熱管紡制120D/36f滌綸的紡絲工藝及裝置使用一個(gè)如圖4所示的內(nèi)向凸曲雙曲線(xiàn)型變徑熱管，36孔的噴絲板紡制滌綸長(zhǎng)絲。熱管加熱溫度設(shè)定為130℃，160℃及190℃的三區(qū)段。其它同實(shí)施例1。
紡絲纖維的總旦數(shù)達(dá)120dtex。紡制的長(zhǎng)絲的強(qiáng)度為3.2CN/dtex，伸長(zhǎng)42％，伸不勻?yàn)?.4％，烏斯特條干不勻率為1.05％，沸水收縮率為62％。
實(shí)施例3使用波浪曲線(xiàn)型變徑熱管紡制120D/36f陽(yáng)離子改性滌綸的紡絲工藝及裝置除了使用一個(gè)如圖5所示的波浪曲線(xiàn)型變徑熱管，所述曲線(xiàn)呈雙曲線(xiàn)型，紡絲溫度為284℃，熱管加熱溫度設(shè)定為180℃，200℃及220℃的三區(qū)段，切片的特性粘度[η]=0.60dl/g，含水率為28ppm，紡絲速度3500m/分，其它如同實(shí)施例1，紡制得到陽(yáng)離子改性滌綸低縮水絲。紡絲纖維的總旦數(shù)達(dá)128dtex。紡制的長(zhǎng)絲強(qiáng)度為3.15CN/dtex，伸長(zhǎng)38％，伸不勻?yàn)?.4％，烏斯特條干不勻率為1.07％，沸水收縮率為30％。
實(shí)施例4使用一外向凸曲線(xiàn)型變徑熱管紡制120D/36f陽(yáng)離子改性滌綸高縮水絲的紡絲工藝及裝置除了使用一個(gè)如圖3所示的外向凸曲線(xiàn)型變徑熱管，所述曲線(xiàn)呈拋物線(xiàn)型，紡絲溫度為284℃，熱管加熱溫度設(shè)定為130℃，160℃及190℃的三區(qū)段，卷繞速度為3000m/分之外，其它如同實(shí)施例3，紡制得到陽(yáng)離子改性滌綸高收縮絲。紡絲纖維的總旦數(shù)達(dá)128dtex。紡制的長(zhǎng)絲強(qiáng)度為3.0CN/dtex，伸長(zhǎng)35％，伸不勻?yàn)?.4％，烏斯特條干不勻率為1.10％，沸水收縮率為58％。
實(shí)施例5使用雙變徑熱管紡制200d/72f的滌綸復(fù)絲的紡絲工藝及裝置熱管之一使用一個(gè)如圖3所示的外向凸曲雙曲線(xiàn)型變徑熱管，內(nèi)徑2.5-4.5mm，熱管加熱溫度設(shè)定為160℃，190℃及220℃的三區(qū)段，卷繞速度5000m/分。熱管二除了使用直線(xiàn)型熱管，內(nèi)徑3.3cm，熱管加熱溫度設(shè)定為180℃，180℃及220℃的三區(qū)段之外，其它如同實(shí)施例1。紡制得到滌綸單組份收縮絲。紡絲纖維的總旦數(shù)達(dá)200 dtex/72f。其中，熱管一為120d/36f，熱管二為80d/36f。紡制的長(zhǎng)絲強(qiáng)度為3.52CN/dtex，伸長(zhǎng)30％，伸不勻?yàn)?.2％，沸水收縮率為32％，沸水收縮率差為18％。
實(shí)施例6使用雙變徑熱管紡制三異滌綸纖維復(fù)絲的紡絲工藝及裝置熱管之一使用一個(gè)如圖4所示的內(nèi)向凸曲雙曲線(xiàn)型變徑熱管，內(nèi)徑3.5mm，加熱溫度為恒定的150℃；對(duì)應(yīng)左側(cè)48孔、d=0.2，4d=2.5的噴絲板；熱管二使用如圖5所示的波浪型熱管，內(nèi)徑3.3mm，熱管加熱溫度設(shè)定為200℃，240℃及255℃的三區(qū)段。對(duì)應(yīng)右側(cè)16孔、三葉形、葉長(zhǎng)0.3mm、葉寬0.1mm、孔深1.2的噴絲板。其它如同實(shí)施例1，紡制得到三異(異截面、異纖度、異收縮)的三異復(fù)絲。紡制的長(zhǎng)絲強(qiáng)度為3.4CN/dtex，伸長(zhǎng)35％，伸不勻?yàn)?.2％，沸水收縮率為36％，沸水收縮率差為28％，異纖度比為2.5∶5=1∶2。
實(shí)施例7使用雙變徑熱管紡制陽(yáng)離子改性滌綸(CDPET)/滌綸(PET)纖維復(fù)絲的紡絲工藝及裝置除了PET切片的特性粘度[η]=0.65dl/g，CDPET切片的特性粘度[η]=0.60dl/g之外，PET的其它紡絲工藝如同實(shí)施例1，CDPET的其它紡絲工藝如同實(shí)施例4，紡絲速度4500m/分。紡制得到陽(yáng)離子改性滌綸(CDPET)/滌綸(PET)纖維復(fù)絲。紡絲纖維的總旦數(shù)達(dá)240dtex/72f。紡制的長(zhǎng)絲強(qiáng)度為3.4CN/dtex，伸長(zhǎng)43％，沸水收縮率為29％，沸水縮水率差為28％。
實(shí)施例8使用雙變徑熱管紡制陽(yáng)離子改性滌綸(CDPET)/滌綸(PET)纖維復(fù)絲的紡絲工藝及裝置除了PET對(duì)應(yīng)如圖4所示的雙曲線(xiàn)型、內(nèi)徑尺寸2.5～3.5mm的熱管一，CDPET切片的特性粘度[η]=0.60dl/g之外，PET的其它紡絲工藝如同實(shí)施例1，CDPET的其它紡絲工藝如同實(shí)施例4，紡絲速度4500m/分。紡制得到陽(yáng)離子改性滌綸(CDPET)/滌綸(PET)纖維復(fù)絲。紡絲纖維的總旦數(shù)達(dá)240dtex/72f。紡制的長(zhǎng)絲強(qiáng)度為3.4CN/dtex，伸長(zhǎng)43％，沸水收縮率為29％，沸水縮水率差為28％。
實(shí)施例9使用雙熱管紡制滌綸單組份異收縮絲的紡絲工藝及裝置采用一直線(xiàn)型熱管作為熱管一，其內(nèi)徑為3.3mm，長(zhǎng)1.65cm，不加熱，即，保持于大約30℃的溫度。另一熱管為其二端內(nèi)徑分別為2.5mm和3.8mm(近噴絲板端)的喇叭型熱管，熱管加熱溫度設(shè)定為150℃，180℃及210℃的三區(qū)段。CDPET切片的特性粘度[η]=0.65dl/g之外，紡絲溫度290℃，切片含水率25ppm，噴絲板孔徑0.23mm，L/D=2.5，冷卻吹風(fēng)速0.4m/秒，25℃，RH65％。卷繞速度4200m/分。紡制得到滌綸單組份異收縮絲。紡絲纖維的總旦數(shù)達(dá)200dtex/72f(其中熱管一為125dtex/48f，熱管二為75dtex/24f)。紡制的長(zhǎng)絲強(qiáng)度為3.48CN/dtex，伸長(zhǎng)3％，沸水收縮率為27％，沸水縮水率差為20％。
實(shí)施例10使用雙熱管紡制滌綸單組份三異絲的紡絲工藝及裝置熱管一采用直線(xiàn)型熱管，其內(nèi)徑為3.3mm，長(zhǎng)1.65cm，熱管加熱溫度設(shè)定為180℃，200℃及250℃的三區(qū)段。熱管二采用一如圖4所示的內(nèi)向凸曲雙曲線(xiàn)型熱管，內(nèi)徑1.5～4.0mm。不加熱，即其溫度約為30℃。噴絲板孔徑0.24mm，L/D=2.5。
24孔的噴絲板的三葉葉長(zhǎng)0.3mm，葉寬0.1mm，葉深0.6mm。36孔的噴絲板單孔孔徑0.2mm，孔深0.6mm。紡絲速度5200m/分。其它如同實(shí)施例9，紡制得到滌綸單組份三異收縮絲。紡絲纖維的總旦數(shù)達(dá)150dtex/796f(68dtex/36f+48dtex/36f+36dtex/24f三葉)。紡制的三異絲強(qiáng)度為3.6CN/dtex，伸長(zhǎng)30％，沸水收縮率為32％，沸水縮水率差為21％。
綜上所述，本發(fā)明紡絲方法系采用一或多個(gè)上述變徑熱管，藉由對(duì)上述一或多個(gè)變徑熱管實(shí)施不同的管內(nèi)壁曲線(xiàn)和溫度，在2000～8000米/分、特別是3000～6000米/分的紡絲速度下，可形成相互各異的空氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，在張力及熱作用下，使絲的內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶和熱致結(jié)晶；藉此，調(diào)節(jié)絲的結(jié)晶點(diǎn)和結(jié)晶度，藉此，制得從細(xì)旦到粗旦(20dtex-300dtex/絲，0.4-6dtex/單纖)、染色均勻性、可染性、強(qiáng)度及伸長(zhǎng)均優(yōu)異的復(fù)絲。所述復(fù)絲由如縮水率、結(jié)晶度、染色性能各異的單絲組成。藉此，擴(kuò)大合成纖維的熱管紡絲的品種。本發(fā)明所紡絲的絲包括由滌綸、改性聚酯產(chǎn)生、尼龍6及尼龍66等熔融紡絲系列、異形纖維系列等的灰色長(zhǎng)絲、三異長(zhǎng)絲及符合共紡長(zhǎng)絲等。
本發(fā)明的變徑熱管及其紡絲裝置設(shè)計(jì)、制造簡(jiǎn)便、能耗低，維修方便；可適用于多種場(chǎng)合；采用本發(fā)明的變徑熱管及紡絲裝置的紡絲方法制造合成纖維長(zhǎng)絲紡絲工藝流程短，易于操作；成本低廉，可以紡制從細(xì)旦到粗旦(20dtex-300dtex/絲，0.4-6dtex/單纖)的任一品種的聚酯多品種絲。
權(quán)利要求
1．一種合成纖維生產(chǎn)用的變徑熱管，其特征在于，所述變徑熱管結(jié)構(gòu)如下一種其中間構(gòu)成纖維拉伸通道、管壁由加熱層和保溫層構(gòu)成的加熱管，其管內(nèi)壁的縱截面曲線(xiàn)呈變化的曲線(xiàn)，即，管橫截面圓內(nèi)徑可以變化。
2．如權(quán)利要求1所述的變徑熱管，其特征在于，所述變徑熱管為一長(zhǎng)1.0～2.5m、外徑φ3.0～6.0mm、內(nèi)徑φ2.0～5.0mm的金屬加熱管。
3．如權(quán)利要求1所述的變徑熱管，其特征在于，所述變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為一外向或內(nèi)向凸曲的雙曲線(xiàn)型，其內(nèi)徑尺寸為φ2.5～4.5mm的范圍。
4．如權(quán)利要求1所述的變徑熱管，其特征在于，所述變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為拋物線(xiàn)型，其內(nèi)徑尺寸為φ2.5～4.5mm的范圍。
5．如權(quán)利要求1所述的變徑熱管，其特征在于，所述變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為二端直徑不同的喇叭型，其二端內(nèi)徑之差在2.0～4.5mm的范圍。
6．如權(quán)利要求1所述的變徑熱管，其特征在于，所述變徑熱管的內(nèi)壁縱截面曲線(xiàn)為一具有二段以上的變徑曲線(xiàn)型。
7．一種由噴絲器、導(dǎo)絲板、熱管及卷繞裝置等組成的合成纖維生產(chǎn)用紡絲裝置，其特征在于，所述裝置包括一或二個(gè)以上的上述變徑熱管及零～二個(gè)不變徑熱管，所述熱管為如權(quán)利要求1所述的長(zhǎng)1.0～2.5m、外徑φ3.0～6.0mm、內(nèi)徑φ2.0～5.0mm的金屬加熱管，其溫度為處于室溫-260℃中之恒定或變化范圍。
8．如權(quán)利要求7所述的合成纖維生產(chǎn)用紡絲裝置，其特征在于，所述裝置在采用二個(gè)以上所述變徑或不變徑熱管時(shí)，所述熱管的溫度處于其中至少一個(gè)加熱，并處于室溫-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍，所述三區(qū)段的溫度范圍處于包括持平階段在內(nèi)的遞增關(guān)系，以形成一溫度場(chǎng)。
9．如權(quán)利要求8所述的合成纖維生產(chǎn)用紡絲裝置，其特征在于，特別是，所述加熱熱管處于120-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍，所述三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍通常為120℃～200℃、160～240℃、200～260℃的三個(gè)加熱溫度區(qū)段，所述三區(qū)段的溫度范圍處于包括持平階段在內(nèi)的遞增關(guān)系，以形成一溫度場(chǎng)。
10．一種合成纖維生產(chǎn)用紡絲方法，所述方法包括如下步驟(1)熔融聚酯從噴絲孔擠出，并經(jīng)側(cè)吹風(fēng)窗作初步冷卻；(2)絲束進(jìn)入一個(gè)或分別進(jìn)入二個(gè)以上加熱管，運(yùn)動(dòng)絲條在該加熱管內(nèi)形成的空氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)中一步完成拉伸、取向結(jié)晶；(3)上油、加網(wǎng)絡(luò)，以2000～8000米/分的卷繞速度卷繞得到所述的全伸展絲；其特征在于，在上述紡絲方法中，所述熱管為上述權(quán)利要求1～6所述的熱管，所述紡絲裝置為權(quán)利要求7所述的紡絲裝置。
11．如權(quán)利要求10所述的合成纖維生產(chǎn)用紡絲方法，其特征在于，所述裝置在采用二個(gè)以上變徑或不變徑熱管時(shí)，所述熱管的溫度處于其中至少一個(gè)加熱，并處于室溫-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍，所述三區(qū)段的溫度范圍處于包括持平階段在內(nèi)的遞增關(guān)系，以形成一溫度場(chǎng)。
12．如權(quán)利要求11所述的合成纖維生產(chǎn)用紡絲方法，其特征在于，所述加熱熱管處于120-260℃的恒定或變化的、分為三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍，所述三個(gè)加熱溫度區(qū)段的溫度范圍為120℃～200℃、160～240℃、200～260℃的三個(gè)加熱溫度區(qū)段，所述三區(qū)段的溫度范圍處于包括持平階段在內(nèi)的遞增關(guān)系，以形成一溫度場(chǎng)。
全文摘要
一種合成纖維紡絲用變徑熱管及其紡絲裝置和紡絲方法。所述變徑熱管具有各種變化的管內(nèi)壁曲線(xiàn),對(duì)所述熱管的三區(qū)域加以不同的溫度,在2000～8000米/分的紡絲速度下,可形成不同的空氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng),在張力及熱作用下,絲內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶和熱致結(jié)晶;藉此,制得從細(xì)旦到粗旦的多品種合成纖維長(zhǎng)絲或復(fù)絲。所述合成纖維絲具有優(yōu)異的染色均勻性、強(qiáng)度及伸長(zhǎng)。所述變徑熱管及其紡絲裝置能耗低;所述紡絲方法流程短,易于操作;成本低廉。
文檔編號(hào)D01D10/00GK1296089SQ99120000
公開(kāi)日2001年5月23日 申請(qǐng)日期1999年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月11日
發(fā)明者楊崇倡, 王華平 申請(qǐng)人:東華大學(xué)