專利名稱：聚合物長(zhǎng)絲紡絲設(shè)備和方法
相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求1999年4月15日提交的臨時(shí)申請(qǐng)60/129,412的優(yōu)先權(quán)，在此引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及聚合物長(zhǎng)絲的高速熔融紡絲方法和設(shè)備，例如在3500米/分鐘(mpm)以下紡制聚酯長(zhǎng)絲。
大多數(shù)合成聚合物長(zhǎng)絲，如聚酯，是經(jīng)熔融紡絲制造的，即其自加熱的聚合物熔體經(jīng)擠出制造。在現(xiàn)有方法中，新擠出的熔融長(zhǎng)絲狀物流從噴絲板出來之后，經(jīng)冷卻氣流驟冷以促進(jìn)其固化。然后，其能夠卷繞形成長(zhǎng)絲紗卷裝，或者進(jìn)行其它加工，例如集束為平行連續(xù)長(zhǎng)絲絲束用來加工，例如，以連續(xù)長(zhǎng)絲狀絲束的形式，用于轉(zhuǎn)變?yōu)橹T如短纖絲，或者經(jīng)其它加工。
早就知道，聚合物長(zhǎng)絲，如聚酯，能夠在約5km/min或更高的高速度下經(jīng)紡絲直接按初生態(tài)生產(chǎn)，不需要進(jìn)行任何拉伸。Hebeler在美國(guó)專利No 2,604,667中公開了關(guān)于聚酯的這種紡絲方法。
在一般工業(yè)應(yīng)用中，基本上有兩種主要類型的驟冷系統(tǒng)。側(cè)向驟冷受到偏愛并得到大規(guī)模使用。側(cè)向驟冷包括自新擠出的長(zhǎng)絲狀的絲列的一側(cè)橫向吹冷卻氣體。該橫吹空氣的大部分流過所述絲列并自其另一側(cè)流出。但是，取決于各種因素，一些空氣由絲攜帶、與絲一起向下輸送到引出輥，該輥是被動(dòng)的，通常位于每個(gè)紡絲位的基底部。隨著引出輥速度(也稱作“抽絲速度”，往往還稱作紡絲速度)增加，橫吹通常為許多纖維工程廠商所偏愛，因?yàn)樗麄兿嘈拧皞?cè)向冷卻”為吹送因速度或產(chǎn)量增加所需要的大量冷卻氣體提供了最佳方式。
驟冷的另一種方式稱為“徑向驟冷”，已經(jīng)應(yīng)用于大規(guī)模制造一些聚合物長(zhǎng)絲，例如，如Knox在美國(guó)專利No 4,156,071和Collins等在美國(guó)專利No 5,250,245和5,288,553中所披露的。在該“徑向驟冷”中，冷卻氣體向內(nèi)流過驟冷篩網(wǎng)系統(tǒng)，后者圍繞著新擠出的長(zhǎng)絲陣列。所述冷卻氣體通常隨著長(zhǎng)絲一起向下移動(dòng)離開驟冷系統(tǒng)到驟冷設(shè)備之外。雖然，對(duì)于環(huán)狀長(zhǎng)絲陣列而言，述語“徑向驟冷”是適宜的，但是，如果絲的排列是非環(huán)狀的，例如矩形的、橢圓形的等，那末該系統(tǒng)能夠采用相應(yīng)形狀的、圍繞著的篩網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行基本相似的加工，所述系統(tǒng)使冷卻氣體向內(nèi)流向新擠出的長(zhǎng)絲陣列。
在廿世紀(jì)八十年代，Vassilatos和Sze對(duì)高速紡制聚合物長(zhǎng)絲進(jìn)行了重大改進(jìn)，并在美國(guó)專利No 4,687,610、4,691,003、5,141,700和5,034,182中公開了這些工作和所得到的改性長(zhǎng)絲。這些專利敘述了氣體控制技術(shù)，借此，氣體圍繞著新擠出的絲，從而控制其溫度和降低形式。在這些專利敘述高速紡絲領(lǐng)域的重要成就的同時(shí)，仍然希望通過增加抽絲速度來提高紡絲生產(chǎn)率，同時(shí)保持絲的性能至少相似或者有所改進(jìn)。
發(fā)明概述根據(jù)這些需求，提供了聚合物長(zhǎng)絲的紡絲方法和設(shè)備。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，其包括一個(gè)第一級(jí)氣體入口室，其配置在噴絲板之下；一個(gè)第二級(jí)氣體入口室，其配置在第一級(jí)氣體入口室之下；其中第一和第二級(jí)氣體入口室給絲供應(yīng)氣體，以控制絲的溫度；和一根位于第二級(jí)氣體入口室之下的、圍繞正在冷卻的絲的管子，該管包括具有一個(gè)會(huì)聚段的、隨后有一個(gè)發(fā)散段的內(nèi)壁。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，其包括一個(gè)配置在噴絲板之下的罩；一個(gè)第一級(jí)室和一個(gè)第二級(jí)室，每個(gè)均形成在罩的內(nèi)壁中；一個(gè)第一級(jí)氣體入口，為第一級(jí)室供氣；一個(gè)第二級(jí)氣體入口，為第二級(jí)室供氣；一個(gè)在第一級(jí)室較低位置連接到內(nèi)壁的壁，以分隔第一級(jí)室與第二級(jí)室；一個(gè)驟冷篩網(wǎng)，同心位于第一級(jí)室中，其中配置設(shè)備使帶壓氣體自第一級(jí)氣體入口經(jīng)第一級(jí)室向內(nèi)吹入由冷卻篩網(wǎng)的內(nèi)壁形成的區(qū)域中；一個(gè)內(nèi)壁，配置在驟冷篩網(wǎng)之下，并位于第一級(jí)氣體入口和第二級(jí)氣體入口之間；
一個(gè)第一級(jí)會(huì)聚段，形成在內(nèi)壁內(nèi)部；一個(gè)穿孔管，配置在第一級(jí)會(huì)聚段之下，并在第一級(jí)氣體入口和第二級(jí)氣體入口之間，該穿孔管同心位于第二級(jí)室之中；一個(gè)內(nèi)壁，位于穿孔管之下；一根管，位于內(nèi)壁內(nèi)部，該管包括內(nèi)壁表面，后者具有一個(gè)位于第二級(jí)室中的第二級(jí)會(huì)聚段和一個(gè)位于第二級(jí)室出口處的發(fā)散段；和任選地一個(gè)會(huì)聚錐體，其具有位于所述管出口處的穿孔壁。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲方法，該方法包括使加熱的聚合物熔體通過噴絲板，形成絲；自位于噴絲板之下的第一級(jí)氣體入口室提供氣體給絲；自第二級(jí)氣體入口室提供氣體給絲；使絲通到氣體入口室之下的管中，其中所述管包括具有一個(gè)第一會(huì)聚段的內(nèi)壁；和使絲通過管子。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施方案，提供了一種紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，該設(shè)備包括一根圍繞絲的管子；兩個(gè)或多個(gè)氣體入口室，配置在噴絲板之下，其供應(yīng)氣體給絲以控制絲的溫度，還包括至少一個(gè)排氣級(jí)，用于將氣體排出設(shè)備。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲方法，該方法包括使加熱的聚合物熔體經(jīng)噴絲板成絲；自位于噴絲板之下的第一級(jí)氣體入口室提供氣體給絲；提供一個(gè)自位于第一級(jí)之下的至少一個(gè)氣體排出室排出氣體的裝置；使絲通過位于氣體入口室之下的一根管子，其中所述管子包括具有增加空氣速度的第一會(huì)聚段的內(nèi)壁；和使絲從管子出來。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，提供一種紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，該設(shè)備包括一根圍繞著絲的管子；一個(gè)或多個(gè)氣體入口，其配置在噴絲板之下，至少一個(gè)入口，其包括供給絲常壓之上的氣體的裝置，以控制絲的溫度；和一個(gè)排出氣體的真空排氣設(shè)備。
本發(fā)明的另一方面，還提供一種紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，該設(shè)備包括一根位于氣體入口室之下的、圍繞正在冷卻的絲的管子，該管包括內(nèi)壁，該內(nèi)壁包括一個(gè)加速氣體流速的會(huì)聚段，隨后是發(fā)散段。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，還提供一種紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)配置在噴絲板之下的罩；一個(gè)第一級(jí)室、一個(gè)第二級(jí)室和一個(gè)第三級(jí)室，每室均形成在所述罩的內(nèi)壁中；一個(gè)第一級(jí)氣體入口，為第一級(jí)室供氣；一個(gè)第二級(jí)氣體入口，為第二級(jí)室供氣；或者從第二級(jí)室排出氣體；一個(gè)第三級(jí)氣體入口，為第三級(jí)室供氣；和一個(gè)會(huì)聚段，其位于至少一個(gè)所述級(jí)中或在第三級(jí)之后，以使氣體加速。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，還提供一種紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，該設(shè)備包括兩個(gè)或多個(gè)氣體入口室，其配置在噴絲板之下，給絲供氣以控制絲溫；至少一個(gè)氣體入口，為一個(gè)或多個(gè)入口室供氣；至少一個(gè)穿孔環(huán)形板，其分隔入口室；和一根圍繞正在冷卻的絲的管子，該管子包括一個(gè)內(nèi)壁，所述內(nèi)壁具有一個(gè)會(huì)聚段，任選地隨后有一個(gè)發(fā)散段。
在本發(fā)明的一方面中，還提供一種冷卻熔紡聚酯長(zhǎng)絲的方法，該方法包括在至少兩級(jí)中提供冷卻氣體給絲，和在級(jí)間加速氣體。
在本發(fā)明的另一方面中，提供一種紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，該設(shè)備包括一根圍繞絲的管子，該管包括一個(gè)具有穿孔的發(fā)散段；和一個(gè)或多個(gè)氣體入口。
在本發(fā)明的另一方面中，提供一種紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，其包括一根圍繞絲的管子；一個(gè)或多個(gè)氣體入口；一臺(tái)將高于常壓的氣體導(dǎo)入至少一個(gè)入口的裝置；和一臺(tái)將環(huán)境空氣導(dǎo)入至少一個(gè)入口的裝置。
本發(fā)明的另外目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，自下文詳述將顯而易見。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是比較例設(shè)備部分縱剖面示意圖。
圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案部分縱剖面示意圖，正如實(shí)施例1和2所用的。
圖3是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案部分縱剖面示意圖。
圖4是本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施方案部分縱剖面示意圖。
圖5是本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施方案部分縱剖面示意圖。
圖6是本發(fā)明的第五個(gè)實(shí)施方案部分縱剖面示意圖。
圖7是本發(fā)明的第六個(gè)實(shí)施方案部分縱剖面示意圖。
圖8是本發(fā)明的第七個(gè)實(shí)施方案部分縱剖面示意圖。
圖9是本發(fā)明的第八個(gè)實(shí)施方案部分縱剖面示意圖。
圖10是本發(fā)明的第九個(gè)實(shí)施方案部分縱剖面示意圖。
圖11是本發(fā)明的第十個(gè)實(shí)施方案部分縱剖面示意圖。
圖12是本發(fā)明的第十一個(gè)實(shí)施方案部分縱剖面示意圖。
圖13是本發(fā)明的第十二個(gè)實(shí)施方案部分縱剖面示意圖。
舉例說明的實(shí)施方案詳述本發(fā)明提供了能夠控制冷卻氣體的設(shè)備和方法，從而使絲速能夠增加，借此提高生產(chǎn)率，同時(shí)保持或改善產(chǎn)品特性。另外，該方法能夠使用比傳統(tǒng)方法少的空氣，從而降低了與較高空氣需要量相關(guān)的費(fèi)用。
用于進(jìn)行對(duì)比的驟冷系統(tǒng)和方法是傳統(tǒng)徑向驟冷系統(tǒng)，并參照?qǐng)D1作了敘述。用作對(duì)比的徑向驟冷系統(tǒng)包括形成環(huán)狀冷卻氣體供應(yīng)室5的圓桶7，所述供應(yīng)室5是帶壓的，冷卻氣體經(jīng)氣體供應(yīng)入口8吹入。環(huán)形冷卻氣體供應(yīng)室5由底壁1、同心置圓筒狀內(nèi)壁10和直徑類似的圓筒狀驟冷篩網(wǎng)組合11形成，后者包括位于內(nèi)壁10頂部的一個(gè)或多個(gè)零部件。優(yōu)選，驟冷篩網(wǎng)組合11包括圍繞金屬絲篩網(wǎng)的穿孔管(未示出)，以便于氣流量和分布均勻。帶壓冷卻氣體(如空氣、氮?dú)饣蚱渌鼩怏w)自環(huán)形室5經(jīng)驟冷篩網(wǎng)組合11均勻供應(yīng)到噴絲板13下的區(qū)12，在此自噴絲板13擠出的絲14開始冷卻。噴絲板13相對(duì)于罩7同心，放置其能夠與泵座(也稱作紡絲組件(Spin Clock，SpinLeam)底表面22齊平嵌裝，或者置于泵座底表面凹處，罩7緊靠著該底表面。絲14連續(xù)經(jīng)區(qū)12，通過管狀排氣圓筒15(也稱作排氣管)到驟冷設(shè)備之外，直到引出輥4，其表面速度稱作絲14的抽絲速度。
下述對(duì)比驟冷裝置尺寸示于圖1，并在實(shí)例1中進(jìn)行說明。
A-驟冷延尺高度，為噴絲板表面和泵座底表面22之間的距離。
B-驟冷篩網(wǎng)高度，為圓桶驟冷篩網(wǎng)組合11的垂直長(zhǎng)度。
C-排氣管高度，為絲14通過驟冷篩網(wǎng)組合11之后脫離驟冷區(qū)所經(jīng)過的管子的高度。
D-驟冷篩網(wǎng)直徑，為驟冷篩網(wǎng)組合物內(nèi)徑。
D1-排氣管直徑，為排氣管內(nèi)徑。
本發(fā)明提供了一種紡聚合物長(zhǎng)絲的方法和設(shè)備。通常，氣體經(jīng)在一級(jí)或多級(jí)中的一個(gè)或多個(gè)入口進(jìn)入該設(shè)備。氣體隨著向下流動(dòng)經(jīng)過各級(jí)會(huì)合在一起。然后氣體經(jīng)排氣管或壁排出設(shè)備。一些氣體可以經(jīng)一個(gè)或多個(gè)排氣級(jí)排出系統(tǒng)，新氣體可以經(jīng)隨后的氣體入口加入。圖2示出一個(gè)舉例說明的系統(tǒng)。在圖2中所說明的是按照本發(fā)明的兩級(jí)驟冷系統(tǒng)。本發(fā)明方法，就設(shè)備操作而論，正如下文所述。該系統(tǒng)包括與圖1所示相似的部件，例如配置在噴絲板113下的外圓桶罩107。噴絲板113相對(duì)于罩107同心配置，并置于泵座底表面122凹槽中，如圖2所示，緊靠著罩107。
但是，按照本發(fā)明的驟冷系統(tǒng)和方法，與圖1所示的對(duì)比不同，在于，例如，如圖2所示的本發(fā)明包括兩級(jí)，一個(gè)加速空氣速度的會(huì)聚段116和在管119中的縮擴(kuò)段。第一級(jí)室105和第二級(jí)室106分別形成在罩107中的圓桶內(nèi)壁中。第一級(jí)室105配置在噴絲板113之下，供應(yīng)氣體給絲114以控制絲114的溫度。第二級(jí)室106位于第一級(jí)氣體入口108和位于第一氣體入口108下的管119之間，圍繞正在冷卻的絲。環(huán)形壁102，連接著在第一級(jí)室105下部的圓桶內(nèi)壁103，將第一級(jí)室105與第二級(jí)室106隔開。但是，如圖11所示，在本發(fā)明設(shè)備中，能有一個(gè)單一氣體入口，供應(yīng)一個(gè)或多個(gè)室。氣體入口的數(shù)量可以進(jìn)行改進(jìn)，以便具有控制氣流的靈活性。第一級(jí)氣體入口108供應(yīng)氣體給第一級(jí)室105。同樣地，第二級(jí)氣體入口109供應(yīng)氣體給第二級(jí)室106?？梢詰?yīng)用任何氣體作冷卻介質(zhì)。優(yōu)選冷卻氣體是空氣，特別是進(jìn)行聚酯加工時(shí)，因?yàn)榭諝獗绕渌鼩怏w便宜，但是可以應(yīng)用其它氣體，例如蒸氣或諸如氮?dú)獾榷栊詺怏w，如果因?yàn)榫酆衔镩L(zhǎng)絲特別是在其是熱的和新擠出的長(zhǎng)絲的敏感性能而需要的話。流入每級(jí)的冷卻氣體能夠分別通過經(jīng)入口108和109供應(yīng)帶壓冷卻氣體彼此無關(guān)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
如在圖1中所示，圓筒驟冷篩網(wǎng)組合111，包含1個(gè)或多個(gè)部件，優(yōu)選包含一個(gè)圓筒穿孔管和一個(gè)金屬絲篩網(wǎng)管，該組合同心地置于第一級(jí)室105中。在本發(fā)明的所有實(shí)施方案中，穿孔管”是一個(gè)徑向分布?xì)饬饔诩?jí)中的裝置。能夠應(yīng)用金屬絲篩網(wǎng)、電蝕刻篩網(wǎng)或包含金屬絲篩網(wǎng)和穿孔管的篩網(wǎng)組合。帶壓冷卻氣體自第一級(jí)入口108向內(nèi)吹，經(jīng)過第一級(jí)室105，再經(jīng)過圓桶驟冷篩網(wǎng)組合111進(jìn)入在噴絲板113之下的、在圓桶驟冷篩網(wǎng)組合111的內(nèi)圓桶壁中形成的區(qū)112。熔融長(zhǎng)絲束114，在經(jīng)噴絲板孔(未示出)擠出之后，經(jīng)過區(qū)112，絲114在區(qū)112開始冷卻。內(nèi)壁103置于圓筒驟冷篩網(wǎng)組合111之下、在第一級(jí)氣體入口108和第二級(jí)氣體入口109之間。第一級(jí)會(huì)聚段116形成在罩107的內(nèi)部，更具體地說在內(nèi)壁103的內(nèi)壁中，在第一級(jí)氣體入口108和第二級(jí)氣體入口109之間。會(huì)聚段可以置于本發(fā)明設(shè)備的任何部分中，如此其使空氣速度增加。會(huì)聚段能夠在管中向上或向下移動(dòng)，以得到所要求的氣體控制。能夠有一個(gè)或多個(gè)會(huì)聚段。絲114與一級(jí)冷卻氣體一起，不斷地自區(qū)112經(jīng)冷系統(tǒng)的第一級(jí)出來，再經(jīng)內(nèi)壁103的短管段，然后通過第一級(jí)會(huì)聚段116，所述第一級(jí)冷卻氣體在絲行進(jìn)方向上隨著絲114不斷冷卻而加速。
圓筒穿孔管117置于第一級(jí)會(huì)聚段116之下，在第一級(jí)氣體入口108和第二級(jí)氣體入口109之間。圓筒穿孔管117同心置于第二級(jí)室106之中。但是穿孔管能夠按需要的那樣安裝，以便向絲提供所要求的氣體。例如，在第二級(jí)氣體入口之下，圓筒內(nèi)壁118置于圓筒穿孔管117之下。冷卻氣體的第二級(jí)供應(yīng)自第二級(jí)供應(yīng)入口109、通過迫使氣體經(jīng)過圓筒穿孔管117來提供。在第一和第二級(jí)會(huì)聚段，分別為116和126，之間是管段125，其由會(huì)聚段116的內(nèi)壁形成，具有入口直徑D3、出口直徑D4和高L2。管段125和會(huì)聚段116能夠作為一個(gè)部件來形成，或者作為連在一起的獨(dú)立部件來形成，例如通過螺紋連接。
管段125可以是直的，如圖2所示，或者是錐形的，如圖4所示。直徑D2與D4之比一般為D4/D2＜0.75，優(yōu)選為D4/D2＜0.5。通過使用這樣的比例，冷卻空氣速度能夠增加。第二級(jí)冷卻氣體經(jīng)第二級(jí)會(huì)聚段入口，其直徑D5由第一會(huì)聚段116的管段125的出口和紡絲管119的入口形成。術(shù)語紡絲管用于指設(shè)備的具有縮擴(kuò)結(jié)構(gòu)的部分。優(yōu)選管的最后部分具有這種結(jié)構(gòu)。紡絲管119的上端置于圓筒內(nèi)壁118的內(nèi)表面中。
長(zhǎng)L3和出口直徑D6的第二級(jí)會(huì)聚段126形成在管119內(nèi)壁中，隨后是長(zhǎng)L4的發(fā)散段127，也形成在管119的內(nèi)壁中，其延伸到管119的端部具有出口直徑D7。絲114經(jīng)出口直徑D7離開管119，由輥104卷繞，輥104的表面速度稱作絲114的抽絲速度。該速度能按需要調(diào)節(jié)。優(yōu)選在表面速度為500mpm以上驅(qū)動(dòng)該輥，對(duì)于聚酯來說，優(yōu)選3500mpm以上。第一級(jí)和第二級(jí)混合氣體的平均速度在第二級(jí)會(huì)聚段126中絲行進(jìn)方向上增加，然后該平均速度隨著冷卻氣體通過發(fā)散段127而降低。第二級(jí)冷卻氣體與第一級(jí)冷卻氣體在第二級(jí)會(huì)聚段126混合，有助于絲冷卻。冷卻氣體溫度和向入口108和109的流量可以單獨(dú)控制。
任選會(huì)聚篩網(wǎng)120，或具有穿孔壁的擴(kuò)散錐體，可以置于紡絲管119的出口。使冷卻氣體經(jīng)擴(kuò)散錐體120的穿孔壁排出，這樣使出口氣體速度減小，并且減小沿絲行進(jìn)的湍流。其它圖列舉出排出氣體的可替代裝置，這樣使得湍流減小。絲114可經(jīng)會(huì)聚篩網(wǎng)120的出口嘴123離開紡絲管119，并可以從此處由輥104卷繞。
除了前述圖1所定義的高度尺寸A和B之外，按照本發(fā)明優(yōu)選的驟冷裝置具有如下尺寸L1-第一級(jí)會(huì)聚段長(zhǎng)度L2-第一級(jí)管長(zhǎng)D2-第一級(jí)會(huì)聚段入口直徑L3-第二級(jí)會(huì)聚段長(zhǎng)度D3-第一級(jí)會(huì)聚段管段入口直徑D4-第一級(jí)會(huì)聚段管段出口直徑L4-第二級(jí)發(fā)散段長(zhǎng)度D5-第二級(jí)會(huì)聚段入口直徑D6-第二級(jí)會(huì)聚段出口直徑D7-第二級(jí)發(fā)散段出口直徑L5-任選的會(huì)聚篩網(wǎng)長(zhǎng)度雖然圖2中所示設(shè)備是兩級(jí)設(shè)備，但是位于管119出口的任選會(huì)聚篩網(wǎng)120適用于單級(jí)以及任何多級(jí)設(shè)備。而且，在管119的出口之前的、圖2所示的會(huì)聚段116和126，以及在管119內(nèi)部的會(huì)聚(126)/發(fā)散(127)結(jié)構(gòu)可以適用于任何多級(jí)設(shè)備，或者單級(jí)設(shè)備。本發(fā)明不限于兩級(jí)設(shè)備。氣體能夠彼此無關(guān)地以大氣壓或增壓壓力引入108和109中。另外，能夠迫使氣體在大氣壓之上進(jìn)入氣體入口109，使氣體吸入108。在108和109中能夠加入相同氣體或不同氣體。
圖2中的延遲(A)能夠是加熱延遲或非加熱延遲。使用加熱延遲(常常稱為熱處理)。延遲長(zhǎng)度和溫度能夠變化，以得到所需要的絲的冷卻速度。
在本發(fā)明所有實(shí)施方案中，除了輥204之外或者代替輥204，可以使用任何需要類型的卷繞。例如三輥卷繞系統(tǒng)能夠用于長(zhǎng)絲紗，如Knox在美國(guó)專利No 4,156,071中所述的，具有正如其中所述的網(wǎng)絡(luò)工藝，或者例如，所說的無導(dǎo)輥系統(tǒng)，其中紗被交纏，然后卷繞在第一從動(dòng)輥204上成為卷裝，如圖3所示，或者例如，未網(wǎng)絡(luò)的或未卷繞的絲可以以平行長(zhǎng)絲束的形式通過，以作為絲束進(jìn)行加工，一般幾個(gè)這樣的絲束合并在一起進(jìn)行絲束加工。
參見圖3，舉例說明了按照本發(fā)明的三級(jí)驟冷系統(tǒng)。在該圖中，單箭頭表示氣體流動(dòng)方向。正如圖2所示兩級(jí)驟冷系統(tǒng)一樣，該系統(tǒng)包括一個(gè)配置在噴絲板213之下的外圓筒罩207，和一個(gè)一般包含一個(gè)或幾個(gè)部件的圓筒驟冷篩網(wǎng)組合211。第一級(jí)室205和第二級(jí)室206均形成在罩的圓筒內(nèi)壁中。
第一級(jí)室205配置在噴絲板213之下，供應(yīng)氣體給絲214，以控制絲214的溫度。第二級(jí)室206位于第一級(jí)室205之下。圖3的多級(jí)系統(tǒng)還包括一個(gè)位于第二級(jí)室206之下的、在罩的圓筒內(nèi)壁中形成的第三級(jí)室230。
與圖2一樣，連接到在第一級(jí)室205下部的圓筒內(nèi)壁203的圓環(huán)壁202，把第一級(jí)室205與第二級(jí)室206分隔開。另外，在圖3中，第二圓環(huán)壁232在第二級(jí)室206的下部連接著第二圓筒內(nèi)壁233，把第二級(jí)室206與第三級(jí)室230分隔開。
第一級(jí)氣體入口208供應(yīng)氣體給第一級(jí)室205，第二級(jí)氣體入口209供應(yīng)氣體給第二級(jí)室206，和第三級(jí)氣體入口231供應(yīng)氣體給第三級(jí)室230。圓筒穿孔管217配置在第二級(jí)室206中的第一級(jí)會(huì)聚段216之下。另一圓筒穿孔管248配置在第二級(jí)會(huì)聚段235和第三級(jí)會(huì)聚段236之間。流到每一級(jí)的冷卻氣體，能夠通過經(jīng)這些入口供應(yīng)帶壓冷卻氣體彼此無關(guān)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在圖3中，具有連續(xù)會(huì)聚的第一級(jí)會(huì)聚段216，形成在第一級(jí)氣體入口208和第三級(jí)氣體入口231之間。在會(huì)聚段出口具有直管的第二級(jí)會(huì)聚段235，形成在第二級(jí)氣體入口209和壁底201之間。包含會(huì)聚段236然后是發(fā)散段227的管219，自第三級(jí)入口231延伸。管219的上端位于圓筒內(nèi)壁218的內(nèi)表面。第三級(jí)會(huì)聚段236長(zhǎng)L6，具有入口直徑D5’和出口直徑D6’，形成在管219的內(nèi)壁中，隨后是長(zhǎng)L7的發(fā)散段22，也形成在管219的內(nèi)壁中，延伸至管219的端部。如圖2所示實(shí)施方案一樣，絲214經(jīng)出口嘴223離開管219，被輥204卷取。任選會(huì)聚篩網(wǎng)或穿孔排氣擴(kuò)散錐體220，如上文所述，也示于圖3中。
本發(fā)明設(shè)備的所有實(shí)施方案也可以包括給油盤238和網(wǎng)絡(luò)噴嘴239，如圖3所示。絲214在離開驟冷系統(tǒng)之后連續(xù)直到輥204。輥204拖著絲214自上端噴絲板在其路徑中行進(jìn)，這樣在輥204上的絲速與輥204的表面速度相同，該速度稱作抽絲速度。與傳統(tǒng)方法相同，在固體絲214達(dá)到輥204之前，可以采用給油盤238向固體絲214上油。
本發(fā)明適用于部分取向絲(POY)、高取向絲(HOY)和全拉伸絲(FDY)工藝。在POY和HOY工藝中，長(zhǎng)絲卷繞以基本上與抽絲速度相同的速度進(jìn)行。在FDY工藝中，在抽絲之后對(duì)絲進(jìn)行機(jī)械拉伸，以近于抽絲速度X倍的速度卷繞，X為拉伸比。
應(yīng)用如圖3所示的三級(jí)是有利的，因?yàn)槠淠軌蚋玫乜刂茪怏w，并且具有更大的冷卻柔性。
圖4示出按照本發(fā)明的多級(jí)驟冷系統(tǒng)。圖4的系統(tǒng)與圖2的系統(tǒng)相似，但是還包括兩個(gè)排氣級(jí)。圖4的多級(jí)驟冷系統(tǒng)，與圖3的三級(jí)驟冷系統(tǒng)相似，包括配置在噴絲板313之下的外圓筒罩307，具有三級(jí)305，306和330，與圖3所示三級(jí)205，206和230相似。但是，圖4改進(jìn)的驟冷系統(tǒng)不同于圖3的驟冷系統(tǒng)，不同之處在于，第二級(jí)306用作第一排氣級(jí)309，代替圖3所示第二級(jí)氣體入口209。圖4的驟冷系統(tǒng)還包括第四級(jí)室341，構(gòu)成第二排氣級(jí)342。第四級(jí)室341位于第三級(jí)室330之下，與第二級(jí)306相似。圖4敘述了入出口的特定結(jié)構(gòu)，但是，入口和出口級(jí)的位置和個(gè)數(shù)能夠變化，以便對(duì)冷卻氣體進(jìn)行所需要的控制。
氣體可以以任何需要的方式進(jìn)入系統(tǒng)。一般來說，第一氣體入口308供應(yīng)氣體給第一級(jí)室305，而第二氣體入口331供應(yīng)氣體給第三級(jí)室330。第一級(jí)室還包括具有1個(gè)或多個(gè)部件的圓筒驟冷篩網(wǎng)組合311。第一排氣級(jí)309和第二排氣級(jí)342分別為第二級(jí)室306和第四級(jí)室341提供系統(tǒng)排氣口。圓筒穿孔管317位于第一會(huì)聚段316之下，第一氣體入口308之下，第二級(jí)306之中。另一圓筒穿孔管348配置于具有錐形端350的第二會(huì)聚段335和第三會(huì)聚段340之間。第三圓筒穿孔管349配置于第三會(huì)聚段340和管319之間。圖4系統(tǒng)中流入每個(gè)室的冷卻氣體也可以通過經(jīng)入口供應(yīng)帶壓冷卻氣體獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
氣體可以以任何需要的方式排出系統(tǒng)。一般來說，應(yīng)用真空或者常壓/大氣壓。例如，排氣只是將氣體在大氣壓下釋放到大氣中，或者能夠采用真空排出氣體。排氣排出熱空氣，以此用來控制絲的冷卻速率。
圖4能夠任選地包括縮擴(kuò)段，例如，在最后級(jí)中，如圖2所示。管319的上端位于圓筒內(nèi)壁318的內(nèi)表面中。管319可以選擇直管，如圖1所示排氣管那樣。如圖2所示實(shí)施方案一樣，絲314離開管319并以任何需要的方式被輥304卷取。
氣體可以通過任何方式經(jīng)氣體入口308和331進(jìn)入系統(tǒng)，其可以是大氣壓的或者是帶壓的?？梢园葱枰才殴夂团艢猓?，交替進(jìn)行。在一個(gè)實(shí)施方案中，新鮮驟冷空氣經(jīng)308供應(yīng)。然后應(yīng)用第二級(jí)室306，自第一級(jí)室305排出部分熱空氣。除去熱空氣的速率可以進(jìn)行靈活控制，其方法包括在第一排氣級(jí)309處的壓力，和/或采用適宜大小的在第二級(jí)室306中的圓筒穿孔管317的流動(dòng)面積(相對(duì)于第二會(huì)聚段335的出口處的流動(dòng)面積)。在第二級(jí)室306中除去部分熱空氣之后，如果需要，在第三級(jí)室330供應(yīng)更多新鮮的驟冷空氣。
在第四級(jí)室341中，部分熱空氣又以與第二級(jí)室306相似的方式排出。這樣做主要原因在于通過減少絲條路徑方向上的總驟冷氣流量，減少嚴(yán)重湍流和減少驟冷出口處大量噴射，來改善絲條穩(wěn)定性/均勻性。
圖5表示圖3的另一實(shí)施方案，與圖3的部件相同的部件標(biāo)作原來的200系統(tǒng)標(biāo)記數(shù)字，在圖3中沒有的部件標(biāo)作新的400系統(tǒng)標(biāo)記數(shù)字。圖5所示多級(jí)系統(tǒng)，為第二級(jí)室406裝備排氣口409。圖5系統(tǒng)與圖3三級(jí)系統(tǒng)一樣，包括兩個(gè)會(huì)聚段416和435，一個(gè)縮擴(kuò)管419和一個(gè)在出口的任選會(huì)聚篩網(wǎng)420。第一氣體入口408供應(yīng)氣體給第一級(jí)室405。第二氣體入口209被排氣級(jí)409所代替，后者從第二級(jí)室406排出氣體。第三級(jí)室430包括第二氣體入口431，該入口供應(yīng)氣體給第三級(jí)室430。流入和流出每級(jí)的冷卻氣體能夠通過經(jīng)這些入口供應(yīng)冷卻氣體單獨(dú)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
排氣口409能夠與圖4的排氣口相同。又，與所有圖一樣，發(fā)散段的位置能改變以賦予氣體所要求的速度。另外，在圖5中不需要會(huì)聚段，因此管能夠是直管。
與圖3所示實(shí)施方案相似，氣體可以經(jīng)氣體入口408和431用任何方式引入系統(tǒng)，可以為大氣壓或者帶壓氣體。送氣和排氣也可以交替進(jìn)行。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，新鮮驟冷空氣按正常情況供應(yīng)。然后采用第二級(jí)室406從第一級(jí)室405排出部分熱空氣。排出熱空氣的速率可以靈活地進(jìn)行控制，其方法包括通過第一排氣級(jí)409處的壓力來進(jìn)行，和/或適當(dāng)調(diào)節(jié)在第二級(jí)室406內(nèi)圓筒穿孔管217的流動(dòng)面積(相對(duì)于在第二會(huì)聚段435出口處的流動(dòng)面積)。在部分熱空氣排出第二級(jí)室406之后，更多新鮮的驟冷空氣，按需要供應(yīng)在第三級(jí)室430中。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)顯而易見，在不偏離本發(fā)明范圍的條件下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行變更。例如，在圖6中，舉例說明對(duì)圖2設(shè)備進(jìn)行的這樣一種變更，其中與圖2部件相同的部件標(biāo)作原來100系列標(biāo)記數(shù)字，在圖2中沒有的部件標(biāo)作新的500系列標(biāo)記數(shù)字。在圖6中，借助真空箱521，向任選會(huì)聚篩網(wǎng)120外側(cè)施加適當(dāng)真空。該真空還有利于氣體橫向排出，借此減小氣體出口速度和減小紡絲線方向上相關(guān)的氣體湍流。真空箱521可以任選包含一任選地穿孔的板(未示出)，其位于會(huì)聚篩網(wǎng)120的出口，并緊接著真空出口或吸收出口547。穿孔使氣體能平穩(wěn)排出。
圖7舉例說明圖2設(shè)備的另一變種，其與圖2部件相同的部件標(biāo)作原來的100系列標(biāo)記數(shù)字，圖2中沒有的部件標(biāo)作新的600系列標(biāo)記數(shù)字。在該實(shí)施方案中，任選會(huì)聚篩網(wǎng)120被直壁管645代替，該管打孔，以使氣體借助真空箱621橫向排出。
圖8和圖9舉例說明了本發(fā)明的另外的實(shí)施方案。再一次，在這些圖中，與圖2相同的部件標(biāo)作原來的100系列標(biāo)記數(shù)字，而圖2中沒有的部件標(biāo)作新的700系列標(biāo)記數(shù)字。圖8示出兩級(jí)驟冷系統(tǒng)，其具有第一級(jí)會(huì)聚段116和第二級(jí)會(huì)聚段126和曲面發(fā)散部件727，后者利于氣體出口D6平緩過渡而沒有方向的急劇變化。直徑D8的直壁管使氣流平衡向下流出并平穩(wěn)排出，優(yōu)選直徑D8至少比D6大2倍。也可以提供具有出口嘴123的任選會(huì)聚篩網(wǎng)120，其中氣流向下流經(jīng)任選會(huì)聚篩網(wǎng)120和出口嘴123。在圖9中，設(shè)備與圖8的相同，只是刪除了任選會(huì)聚篩網(wǎng)120，代之以如圖7中的穿孔管720。
圖6～9的結(jié)構(gòu)具有圖2結(jié)構(gòu)相類似的作用，即，其還利于氣體橫向排出，借此減小了氣體排出速度以及相關(guān)的紡絲線方向上的氣體湍流。圖6～9所示概念同樣適用于具有一個(gè)或多個(gè)氣體入口和任選一個(gè)或多個(gè)排氣口的驟冷設(shè)備。
圖10舉例說明了圖2設(shè)備的另一變種，其與圖2相同的部件標(biāo)作原來的100系列標(biāo)記數(shù)字，而圖2中沒有的部件標(biāo)作新的800系列標(biāo)記數(shù)字，圖10所示的發(fā)明包括兩級(jí)、加速空氣的錐形會(huì)聚段816、和管819中的縮擴(kuò)段。發(fā)散段827的全部或部分進(jìn)行了穿孔，使部分氣體在膨脹的同時(shí)排出，并獲得如圖6～9所示相類似的效果。
圖11舉例示出圖2設(shè)備的另一變種，與圖2相同的部件標(biāo)作原來的100系列標(biāo)記數(shù)字，而圖2中沒有的部件標(biāo)作新的900系列標(biāo)記數(shù)字。圖11示出按照本發(fā)明的單一入口兩級(jí)設(shè)備。單一入口兩級(jí)設(shè)備與圖2的設(shè)備相似，但是具有單一的氣體入口。第一級(jí)室105和第二級(jí)室106均形成在罩107的圓筒內(nèi)壁中。第一級(jí)室105配置在噴絲板113之下。第二級(jí)室106置于第一級(jí)室105和管119之間。穿孔環(huán)形壁902連接在第一級(jí)室105的下部的圓筒內(nèi)壁103，將第一級(jí)室105與第二級(jí)室106分隔開。借助于第二級(jí)氣體入口109供應(yīng)的氣體供應(yīng)氣體給第二級(jí)室106，其流經(jīng)穿孔環(huán)形壁902進(jìn)入第一級(jí)室105。這樣，經(jīng)第二級(jí)氣體入口供應(yīng)的氣體供應(yīng)氣體給在第一和第二級(jí)室中的絲。
圖12舉例說明圖3和圖4設(shè)備的一個(gè)變種，與圖3和圖4部件相同的部件標(biāo)作原來的200和300系列標(biāo)記數(shù)字，而圖3和圖4中沒有的部件標(biāo)作新的1100系列標(biāo)數(shù)字。圖12示出按照本發(fā)明的四級(jí)設(shè)備。第一級(jí)1105通到大氣。在起著吸氣器作用的第二級(jí)室1106中的加速空氣導(dǎo)致氣體流入并流經(jīng)第一級(jí)1105。第二級(jí)氣體入口1108氣源是超大氣壓的。在第一會(huì)聚段1116中的高速、加速空氣起著吸氣器的作用，將環(huán)境(大氣)氣體從第一級(jí)1105吸入。排氣口1109為第三級(jí)室1130而設(shè)置。因此，第三級(jí)室1130用于從第一和第二級(jí)室1105和1106排出部分熱空氣。排出熱空氣的速率可以主動(dòng)控制，其方法包括通過排出級(jí)1109處的壓力來控制和/或通過適宜地調(diào)節(jié)圓筒驟冷篩網(wǎng)組合1111和/或穿孔管1117的流動(dòng)面積。氣體還通過在第四級(jí)室1141中的氣體入口1131在大氣壓或超大氣壓下引入系統(tǒng)。
圖13舉例示出圖4設(shè)備的另一變種，與圖4的部件相同的部件標(biāo)作原來的300系列標(biāo)記數(shù)字，而圖4沒有的部件標(biāo)作新的1200系列標(biāo)記數(shù)字。圖13中所示的發(fā)明包括管1219，其在驟冷出口具有會(huì)聚段1236和直管段1227。所述管的直管段1227的直徑和長(zhǎng)度可以設(shè)置，以提供最佳背壓來控制在第四級(jí)室341中排出的空氣量。同樣，能夠設(shè)置會(huì)聚段1236，以使圍繞著絲的空氣具有支撐作用和穩(wěn)定性。
在圖13中，環(huán)狀壁302連接到在第一級(jí)室305下部的圓筒內(nèi)壁303上，將第一級(jí)室305與第二級(jí)室306分隔開。第一會(huì)聚段1216在會(huì)聚段出口具有錐形或連續(xù)收縮，形成在第一排氣級(jí)309和環(huán)形壁343之間。另一環(huán)形壁332連接到第二級(jí)室306下部的圓筒內(nèi)壁333上，將第二級(jí)室306與第三級(jí)室330分隔開。第二會(huì)聚段1235形成在第二氣體入口331和底壁301之間。第三環(huán)形壁343連接到第三級(jí)室330下部的圓筒內(nèi)壁344上，將第三級(jí)室330與第四級(jí)室341分隔開。
圖6～13中所示的概念同樣適用于一級(jí)或多級(jí)驟冷設(shè)備，其具有一個(gè)或多個(gè)氣體入口，和任選一個(gè)或多個(gè)排氣口。單級(jí)可以包括1個(gè)或多個(gè)氣體入口，或者一個(gè)或多個(gè)氣體排出口，或者至少一個(gè)排氣口和至少一個(gè)入口的組合。另外，本發(fā)明不限于環(huán)形和圓筒形幾何形狀。例如，如果噴絲板(絲)配置具有矩形或特別形狀橫截面，那么驟冷篩網(wǎng)、穿孔管、會(huì)聚和發(fā)散段可以是矩形或橢圓形截面。
本發(fā)明并不限于圍繞環(huán)形排列的絲的驟冷系統(tǒng)，而是還能更廣泛地應(yīng)用于，例如，其它適當(dāng)?shù)捏E冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)將冷卻氣體引入到在噴絲板之下的區(qū)中的適當(dāng)?shù)匾阅撤N形狀排列的新鮮擠出熔融長(zhǎng)絲中。
上文和下文詳述聚酯長(zhǎng)絲制備。但是，本發(fā)明并不限于聚酯長(zhǎng)絲，而可以應(yīng)用于其它可熔紡的聚合物，包括聚烯烴如聚丙烯和聚乙烯。聚合物包括共聚物、混合的聚合物、共混物和鏈支化聚合物，這些僅僅是幾個(gè)例子。另外，一般地使用術(shù)語絲”這個(gè)詞，而不必排除切斷纖維(常常稱作短纖維)，雖然合成聚合物一般最初在熔紡(擠出)時(shí)制備成連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的形式。絲速將取決于所用聚合物。然而本發(fā)明設(shè)備能夠在高于傳統(tǒng)系統(tǒng)的速度下使用。
實(shí)施例現(xiàn)通過如下非限制性實(shí)例說明本發(fā)明。圖1傳統(tǒng)徑向驟冷系統(tǒng)用作比較徑向驟冷系統(tǒng)，下文稱作RQ對(duì)比A”。實(shí)施例中所制纖維通過測(cè)定某些性能來表征。
大多數(shù)纖維性能是通用的拉伸性能和收縮性能，傳統(tǒng)上按如下文獻(xiàn)所述進(jìn)行測(cè)定，即，美國(guó)專利No 4,687,610、4,691,003、5,141,700、5,034,182和5,824,248。
纖度分布(DS)是紡線不均勻性(along-end unevenness)的一種度量，它是通過計(jì)算在紗線固定間隔測(cè)定的質(zhì)量的偏差得到的。通過使紗線經(jīng)過電容器縫隙測(cè)定纖度變率，這與縫隙中的瞬間質(zhì)量相符。試樣用電子儀器分成八段，每段30m，每0.5m測(cè)定一次。八段中每段的最大值和最小值之差進(jìn)行平均。纖度分布以該平均差的百分率報(bào)告，即，所得平均差除以所有240m紗線的平均質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。該測(cè)試能夠采用Lenzing Technik lenzing，Austria，A-4860出品的ACW 400/DVA(Automatic Cut and Weigh/Denier VariationAccessory)儀進(jìn)行測(cè)定。
拉伸張力(DT)，以克計(jì)，是在拉伸比1.7倍、加熱器溫度180℃下進(jìn)行測(cè)定的。拉伸張力用作取向的度量。拉伸張力可以采用DTI400拉伸張力儀測(cè)定，也是Lenzing Technik出品。
強(qiáng)度(Ten)以g/denier計(jì)量，伸長(zhǎng)率(E)以％計(jì)量。按照ASTMD2256進(jìn)行測(cè)定，采用夾持長(zhǎng)度10in(25.4cm)的樣品、在65％RH和70°F、拉伸速率60％/min下進(jìn)行。
CFM以水的英寸數(shù)計(jì)進(jìn)行測(cè)定。
采用Zellweger Uster AG CH-8610，Uster(瑞士)制造的烏斯特試驗(yàn)儀3型C，測(cè)定對(duì)比和測(cè)試紗線的質(zhì)量不勻率U％(N)。百分?jǐn)?shù)表示測(cè)試樣品平均質(zhì)量的質(zhì)量偏差值，是所有材料均勻性的一種具體表示值。測(cè)試按照ASTM法D 1425進(jìn)行。所有測(cè)試紗線均以200yds/min行進(jìn)2.5min。測(cè)試儀Rotofil加捻設(shè)備是為了給紗線提供S捻，其壓力調(diào)節(jié)至給出最佳U％。對(duì)于127-34、170-34和115-100 POY來說，壓力為1.0bar，對(duì)265-34POY應(yīng)用1.5bar。1.0bar壓力也用于測(cè)試100-34 HOY產(chǎn)品。
實(shí)施例1127纖、34根圓形斷面聚酯長(zhǎng)絲(127-34)是自聚對(duì)苯二甲酸乙二酯聚合物、采用下文所述、圖2所示驟冷系統(tǒng)紡絲而成的，其主要設(shè)備參數(shù)列于表1，所生產(chǎn)的紗線性能也示于表1。第一級(jí)驟冷空氣(50CFM，23l/sec)經(jīng)驟冷篩網(wǎng)組合111供應(yīng)，具有內(nèi)徑D，在組合111之下是入口直徑D2、高L1的第一級(jí)會(huì)聚段。由會(huì)聚段116的內(nèi)壁形成的管段125具有入口直徑D3，出口直徑D4和長(zhǎng)度L2。獨(dú)立的第二冷空氣源(44CFM，20.5l/sec)經(jīng)圓筒穿孔管117提供，并在第二級(jí)會(huì)聚段126的入口(直徑D5)處與第一級(jí)空氣源結(jié)合。第二級(jí)會(huì)聚段126具有D6的排氣口直徑，L3的收縮長(zhǎng)度，其位于紡絲管119的入口。紡絲管119的下部經(jīng)過長(zhǎng)度L4擴(kuò)張到直徑D7，配有高L5的穿孔排氣擴(kuò)散錐體120。對(duì)于可應(yīng)用的所有實(shí)例和對(duì)比例，第二級(jí)穿孔管117長(zhǎng)度為1.875英寸。按照本發(fā)明的實(shí)例1的設(shè)備下文稱為“實(shí)施方案A”。實(shí)施方案A所紡的紗抽絲速度為3900mpm。
為了進(jìn)行比較，對(duì)比紗線也自相同聚合物、采用前述的和參照?qǐng)D1說明的驟冷系統(tǒng)紡絲制得，相關(guān)工藝和所得紗線性能也示于表1以進(jìn)行比較。對(duì)比紗線工藝為傳統(tǒng)徑向驟冷”設(shè)計(jì)，冷卻空氣經(jīng)排氣管15排出驟冷設(shè)備，排氣管15的直徑與供應(yīng)冷卻空氣所經(jīng)過的驟冷篩網(wǎng)組合11的直徑相似。驟冷設(shè)備供應(yīng)42CFM(19.5l/sec)冷卻空氣，紗線抽絲速度為3,100mpm。
本實(shí)施例證實(shí)，用本發(fā)明設(shè)備能夠增加絲速，得到了較優(yōu)良性能的紗線，正如纖度分布相似值所反映出的。該實(shí)施例還表明本氣流紡絲發(fā)明的一項(xiàng)重要特征，即，能夠以較高速度(和生產(chǎn)率)紡絲，生產(chǎn)出相同的或更好的產(chǎn)品。如果試圖在沒有氣流紡絲所具有的利益下以較高速度比如3,400mpm和更高速度下進(jìn)行操作，產(chǎn)品將是不同的，因此是不可接受的。拉伸張力總是高的，％Eb是低的。例如對(duì)于實(shí)施例1，如果在3900mpm下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)(不采用氣流)，拉伸張力很可能為約140g(參見美國(guó)專利No 5,824,248第8欄第一9～22行)。對(duì)于聚酯POY來說，拉伸張力實(shí)際上表示紗線的特征。如果兩種樣品的拉伸張力相同，那么％Eb、強(qiáng)度和其它性能也大約相同。
表1工藝參數(shù)對(duì)比A 實(shí)施例1驟冷尺寸(英寸，cm)驟冷延遲高度A3.5 8.9 3.5 8.9驟冷篩網(wǎng)高度B6.5 16.5 6.5 16.5排氣管高度C 1435.6驟冷篩網(wǎng)直徑D4 10.2 410.2排氣管直徑D1 3.75 9.5第一級(jí)會(huì)聚錐體高度L1 512.7第一級(jí)管高度L2 37.6第二級(jí)會(huì)聚高度L3 4.13 10.5第二級(jí)發(fā)散高度L4 17 43.2穿孔排氣擴(kuò)散錐體高度L5 820.3第一級(jí)錐體入口直徑D2 3.75 9.5第一級(jí)管入口直徑D3 12.54第一級(jí)管出口直徑D4 12.54第二級(jí)會(huì)聚入口直徑D5 1.75 4.45第二級(jí)會(huì)聚出口直徑D6 1.5 3.81第二級(jí)發(fā)散出口直徑D7 2.5 6.35紗線參數(shù)抽絲速度(mpm)3,100 3,940毛細(xì)管個(gè)數(shù)/絲的根數(shù) 34 34纖度(dtex) 127(141) 127(141)纖度分布，％ 1.05 1.1拉伸張力，g 63.4 62.2強(qiáng)度，gpd，(g/dtex) 2.84(2.56) N.M.伸長(zhǎng)率，Eb％ 140.2 N.M.N.M.未測(cè)定實(shí)施例2第二127-34聚酯紗采用與實(shí)施例1相同的驟冷系統(tǒng)紡絲，只是入口直徑D3和出口直徑D4、位于第一和第二級(jí)會(huì)聚錐體之間的直管是錐形的。如實(shí)例1，入口直徑D3為1英寸，而漸變?yōu)槌隹谥睆紻4為0.75英寸，這樣使流經(jīng)會(huì)聚段的第一級(jí)冷卻氣體加速后的平均速度高于吸入管是直管時(shí)的平均速度。下文稱上述實(shí)施例1的改進(jìn)設(shè)備為“實(shí)施方案B”。在實(shí)施例2中，第一級(jí)供應(yīng)33CFM(15.4l/sec)冷卻空氣，而第二級(jí)空氣源為35CFM(16.3l/sec)。實(shí)施例2的第一級(jí)管125出口的平均空氣速度比實(shí)施例1的高17％(3225對(duì)2755mpm)。錐形管使紡絲工藝所需要的冷卻空氣總消耗量降低約30％(對(duì)于第一和第二級(jí)氣源而言，68(31.7l/sec)對(duì)94 CFM(43.8l/sec))，但是卻提供了可比較的抽絲速度(～3900mpm)或生產(chǎn)率，甚至更重要地改善了紗線均勻性，表現(xiàn)在纖度分布降低，即0.65％對(duì)1.1％。
表2工藝參數(shù) 對(duì)比A 實(shí)施例驟冷尺寸(英寸，cm)驟冷延遲高度A3.58.93.5 8.9驟冷篩網(wǎng)高度B6.516.5 6.5 16.5排氣管高度C 14 35.6驟冷篩網(wǎng)直徑D4 10.2 4 10.2排氣管直徑D1 3.75 9.5第一級(jí)會(huì)聚錐體高度L1 5 12.7第一級(jí)管高度L2 3 7.6第二級(jí)會(huì)聚高度L3 4.13 10.5第二級(jí)發(fā)散高度L4 1743.2穿孔排氣擴(kuò)散錐體高度L5 8 20.3第一級(jí)錐體入口直徑D2 3.75 9.5第一級(jí)管入口直徑D3 1 2.54第一級(jí)管出口直徑D4 0.75 1.91第二級(jí)會(huì)聚入口直徑D5 1.75 4.45第二級(jí)會(huì)聚出口直徑D6 1.5 3.81紗線參數(shù)抽絲速度(mpm) 3,100 3,900毛細(xì)管個(gè)數(shù)/絲的根數(shù)3434纖度(dtex) 127(141) 127(141)纖度分布，％ 1.05 0.65拉伸張力，g63.4 66.4強(qiáng)度，gpd，(g/dtex)2.84(2.56) 2.55(2.30)伸長(zhǎng)率，Eb％ 140.2 125.3實(shí)施例3本實(shí)施例表明采用本發(fā)明的設(shè)備能夠進(jìn)行其它規(guī)格產(chǎn)品的紡絲和驟冷。例如，通過控制按照本發(fā)明的空氣驟冷系統(tǒng)，能夠以高于傳統(tǒng)系統(tǒng)的速度生產(chǎn)任何所要求纖度的紗線。這些試驗(yàn)的對(duì)比例還包括市售Barmag側(cè)向驟冷系統(tǒng)(XFQ對(duì)比系統(tǒng))和第二徑向驟冷對(duì)比系統(tǒng)、RQ對(duì)比系統(tǒng)B。傳統(tǒng)的側(cè)向驟冷系統(tǒng)，經(jīng)過長(zhǎng)47.2英寸(119.9cm)、寬32.7英寸(83.1cm)、橫截面面積1543英寸2(9955cm2)的擴(kuò)散篩網(wǎng)，每6條絲條供應(yīng)1278cfm(603l/sec)。RQ對(duì)比系統(tǒng)B是市售徑向驟冷擴(kuò)散器，其幾何形狀如圖1所示，只是D＝1英寸，D1＝2.75英寸和C＝7.8英寸。
所得結(jié)果示于表3。對(duì)于本發(fā)明所有實(shí)施方案和可應(yīng)用的對(duì)比例，第二級(jí)穿孔管117長(zhǎng)度為1.875英寸。所有這些試驗(yàn)，但第三組試驗(yàn)除外，驟冷延遲為3.25英寸。
采用按照?qǐng)D2的設(shè)備，紡制6種不同類型的聚酯紗，第一組試驗(yàn)為低支127-34或3.7dpf聚酯部分取向絲(POY)，它是采用XFQ對(duì)比系統(tǒng)在3035mpm下紡制的、RQ對(duì)比系統(tǒng)A在3100mpm下、實(shí)施方案A在3940mpm下、實(shí)施方案B在3900mpm和具有熱處理器的實(shí)施方案B在4500mpm下紡制的。
其它尺寸和參數(shù)如下對(duì)比系統(tǒng)紡絲組件溫度293℃本發(fā)明紡絲組件溫度297℃驟冷氣流量，在第一級(jí)RQ對(duì)比系統(tǒng)A42.0CFM實(shí)施方案A44.0CFM實(shí)施方案B33.0CFM驟冷氣流量，在第二級(jí)，可供應(yīng)35.0CFM。
實(shí)施方案A，與徑向驟冷對(duì)比系統(tǒng)比較，顯示本發(fā)明以高出27％的紡絲速度提供了相似的產(chǎn)品。
實(shí)施方案A與實(shí)施方案B，比較了漸縮錐體段(1″直徑縮至0.75″直徑的管)對(duì)直管錐體段(1″管直徑)的結(jié)果。結(jié)果說明，漸縮錐體出口能夠提供較好均勻性(％DS，U％(N))，同時(shí)應(yīng)用較少空氣。紡絲速度大致相同。
在該組試驗(yàn)中也示出采用了熱處理器與類似于實(shí)施方案B的驟冷聯(lián)用的實(shí)施方案B。采用熱處理器(200℃，熱處理長(zhǎng)度100mm)的同時(shí)使用較小的設(shè)備，其第一級(jí)(1S)錐體出口直徑(0.60″直管，而實(shí)施方案B為1.0/0.75直徑)，低得多的第一級(jí)氣流(19CFM，而實(shí)施方案B為33)，和較低的聚合物溫度(290，而實(shí)施方案B為297)。具有熱處理器使紡絲速度增加到4500mpm，原來為3900mpm。本實(shí)施例說明本發(fā)明的另一種變更，以及在與諸如熱處理器之類的其它硬件相結(jié)合時(shí)可獲得的附加利益。該實(shí)例也證實(shí)借助于第一級(jí)結(jié)構(gòu)盡可能使熔體變細(xì)，能夠獨(dú)立控制紡絲生產(chǎn)率。
另一組試驗(yàn)是中支170-34，或，5dpf聚酯POY，其紡絲采用的是RQ對(duì)比系統(tǒng)A在3445mpm下進(jìn)行，實(shí)施方案A在4290mpm下進(jìn)行，實(shí)施方案A在4690mpm下進(jìn)行。
其它尺寸和參數(shù)如下對(duì)比系統(tǒng)紡絲組件溫度291℃本發(fā)明紡絲組件溫度293℃驟冷氣流量，在第一級(jí)RQ對(duì)比系統(tǒng)A58.0CFM實(shí)施方案A(4290mpm)35.0CFM實(shí)施方案A(4690mpm)44.0CFM驟冷氣流量，在第二級(jí)實(shí)施方案A(4290mpm)35.0實(shí)施方案A(4690mpm)50.0RQ對(duì)比系統(tǒng)A，對(duì)中支絲而言，與增加速度的實(shí)施方案A進(jìn)行了比較。結(jié)果表明了在級(jí)1和級(jí)2增加氣流量對(duì)紡絲生產(chǎn)率的影響。采用94CFM得到36.1％生產(chǎn)率增加，而采用70CFM為24.5％。
第三組試驗(yàn)是重支264-34，或，7.8dpf聚酯POY，其紡絲采用XFQ對(duì)比系統(tǒng)在3200mpm下進(jìn)行，RQ對(duì)比系統(tǒng)A在3406mpm下進(jìn)行且其級(jí)1空氣流量為42.0CFM，RQ對(duì)比系統(tǒng)A在3406mpm下進(jìn)行且其級(jí)1空氣流量為58.0CFM，實(shí)施方案B在4272mpm下進(jìn)行且其級(jí)1空氣流量為29.5CFM，和實(shí)施方案B在4422mpm下進(jìn)行且其級(jí)1空氣流量為33.0CFM。
其它尺寸和參數(shù)以下RQ對(duì)比系統(tǒng)和本發(fā)明的紡絲組件溫度281℃驟冷氣流量，在第一級(jí)
RQ對(duì)比系統(tǒng)A(42CFM)42.0RQ對(duì)比系統(tǒng)A(58CFM)58.0實(shí)施方案B(29.5CFM)29.5實(shí)施方案B(33CFM)33.0驟冷氣流量，在第二級(jí)35.0驟冷延遲1.25英寸第三組試驗(yàn)的結(jié)果說明增加驟冷氣流量對(duì)RQ對(duì)比系統(tǒng)生產(chǎn)率的影響。當(dāng)氣流量從42增加到58CFM(+38％)時(shí)，未見任何影響。所得結(jié)果還示出增加驟冷空氣流量對(duì)實(shí)施方案B的驟冷系統(tǒng)的生產(chǎn)率的影響。當(dāng)氣流量從29.5增加到33CFM(+11.9％)時(shí)，生產(chǎn)率從25.4％增加到29.8％。
第四組試驗(yàn)采用115-100聚酯微支POY進(jìn)行，使用RQ對(duì)比系統(tǒng)B在2670mpm下，實(shí)施方案B在3490mpm下，實(shí)施方案B在3500mpm下。結(jié)果說明對(duì)于微支紗來說在較高紡絲速度下能夠生產(chǎn)不相上下的產(chǎn)品。
其它尺寸和參數(shù)如下紡絲組件溫度+297℃驟冷氣流量，在第一級(jí)RQ對(duì)比系統(tǒng)B42.0實(shí)施方案B(3490mpm)29.5驟冷氣流量，在第二級(jí)35.0第5組試驗(yàn)采用170-100或170-34聚酯絲進(jìn)行。170-100或170-34聚酯絲采用RQ對(duì)比系統(tǒng)B在3200mpm下和實(shí)施方案B在4580mpm下進(jìn)行紡絲來制造。所示結(jié)果再一次說明，對(duì)于微支紗而言，在較高紡絲速度下能生產(chǎn)出不相上下的產(chǎn)品。
最好一組試驗(yàn)由采用實(shí)施方案B在5000、6000、7000和7500mpm下紡絲制得的100-34 HOY組成。結(jié)果說明在高速度下能夠紡出高取向絲。
XFQ＝側(cè)向驟冷RQ＝徑向驟冷雖然為了舉例說明上文詳述了本發(fā)明，但能夠理解，技術(shù)人員在不偏離下述權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下可以進(jìn)行許多變更和替代。
權(quán)利要求
1.紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，其包括一個(gè)第一級(jí)氣體入口室，其配置在噴絲板之下；一個(gè)第二級(jí)氣體入口室，其配置在第一級(jí)氣體入口室之下；其中第一和第二級(jí)氣體入口室給絲供應(yīng)氣體，以控制絲的溫度；和一根位于第二級(jí)氣體入口室之下的、圍繞正在冷卻的絲的管子，該管包括具有一個(gè)會(huì)聚段隨后有一個(gè)發(fā)散段的內(nèi)壁。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第一級(jí)會(huì)聚段形成在第一級(jí)氣體入口室和第二級(jí)氣體入口室之間。
3.紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，其包括一個(gè)配置在噴絲板之下的罩；一個(gè)第一級(jí)室和一個(gè)第二級(jí)室，每個(gè)均形成在罩的內(nèi)壁中；一個(gè)第一級(jí)氣體入口，為第一級(jí)室供氣；一個(gè)第二級(jí)氣體入口，為第二級(jí)室供氣；一個(gè)在第一級(jí)室較低位置連接到內(nèi)壁的壁，以分隔第一級(jí)室與第二級(jí)室；一個(gè)驟冷篩網(wǎng)，同心位于第一級(jí)室中，其中配置設(shè)備使帶壓氣體自第一級(jí)氣體入口經(jīng)第一級(jí)室向內(nèi)吹入由冷卻篩網(wǎng)的內(nèi)壁形成的區(qū)域中；一個(gè)內(nèi)壁，配置在驟冷篩網(wǎng)之下，并位于第一級(jí)氣體入口和第二級(jí)氣體入口之間；一個(gè)第一級(jí)會(huì)聚段，形成在內(nèi)壁內(nèi)部；一個(gè)穿孔管，配置在第一級(jí)會(huì)聚段之下，并在第一級(jí)氣體入口和第二級(jí)氣體入口之間，該穿孔管同心位于第二級(jí)室之中；一個(gè)內(nèi)壁，位于穿孔管之下；一根管，位于內(nèi)壁內(nèi)部，該管包括內(nèi)壁表面，后者具有一個(gè)位于第二級(jí)室中的第二級(jí)會(huì)聚段和一個(gè)位于第二級(jí)室出口處的發(fā)散段；和任選地一個(gè)會(huì)聚錐體，其具有位于所述管出口處的穿孔壁。
4.紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲方法，該方法包括使加熱的聚合物熔體通過噴絲板，形成絲；自位于噴絲板之下的第一級(jí)氣體入口室提供氣體給絲；自第二級(jí)氣體入口室提供氣體給絲；使絲通到氣體入口室之下的管中，其中所述管包括具有一個(gè)第一會(huì)聚段的內(nèi)壁；和使絲通過管子。
5.權(quán)利要求4的方法，其中絲離開管并由卷取輥卷取。其中輥在表面速度為至少500mpm下被驅(qū)動(dòng)。
6.權(quán)利要求4的方法，其中在第一級(jí)氣體入口室中，帶壓氣體向內(nèi)吹到絲開始冷卻的區(qū)中。
7.權(quán)利要求4的方法，其中絲和氣體通過第一會(huì)聚段，其中氣體在絲行進(jìn)方向隨著絲不斷冷卻而加速。
8.權(quán)利要求4的方法，其中帶壓氣體自第二級(jí)氣體入口向內(nèi)吹，第二級(jí)氣體和第一級(jí)氣體在會(huì)聚段合并以助于絲的冷卻。
9.權(quán)利要求8的方法，其中合并的第一和第二級(jí)氣體速度在會(huì)聚段內(nèi)絲行進(jìn)方向上增大，然后隨著冷卻氣體通過位于管中的發(fā)散段而降低。
10.紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，該設(shè)備包括一根圍繞絲的管子；兩個(gè)或多個(gè)氣體入口室，其配置在噴絲板之下，其供應(yīng)氣體給絲以控制絲的溫度，還包括至少一個(gè)排氣級(jí)，用于將氣體排出設(shè)備。
11.權(quán)利要求10的設(shè)備，其中管子包括發(fā)散段，隨后是會(huì)聚段。
12.權(quán)利要求10的設(shè)備，還包括在位于至少一個(gè)氣體入口室之下的管中的會(huì)聚段。
13.權(quán)利要求10的設(shè)備，其中所述會(huì)聚段包括漸縮端。
14.紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲方法，該方法包括使加熱的聚合物熔體經(jīng)噴絲板成絲；自位于噴絲板之下的第一級(jí)氣體入口室提供氣體給絲；提供一個(gè)自位于第一級(jí)之下的至少一個(gè)氣體排出室排出氣體的裝置；使絲通過位于氣體入口室之下的一根管子，其中所述管子包括具有增加空氣速度的第一會(huì)聚段的內(nèi)壁；和使絲從管子出來。
15.權(quán)利要求14的方法，還包括從第三級(jí)室氣體入口室提供氣體給絲。
16.權(quán)利要求14的方法，其中絲在通過會(huì)聚段之后通過管的發(fā)散段。
17.紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，該設(shè)備包括一根圍繞著絲的管子；一個(gè)或多個(gè)氣體入口，其配置在噴絲板之下，至少一個(gè)入口包括供給絲常壓之上的氣體的裝置，以控制絲的溫度；和一個(gè)排出氣體的真空排氣設(shè)備。
18.權(quán)利要求17的設(shè)備，其中至少一個(gè)入口供應(yīng)環(huán)境空氣，其中環(huán)境空氣由高于大氣壓的氣體引入。
19.紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，該設(shè)備包括一根位于氣體入口室之下的、圍繞正在冷卻的絲的管子，該管包括內(nèi)壁，該內(nèi)壁包括一個(gè)加速氣體流速的會(huì)聚段，隨后是發(fā)散段。
20.紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)配置在噴絲板之下的罩；一個(gè)第一級(jí)室、一個(gè)第二級(jí)室和一個(gè)第三級(jí)室，每室均形成在所述罩的內(nèi)壁中；一個(gè)第一級(jí)氣體入口，為第一級(jí)室供氣；一個(gè)第二級(jí)氣體入口，為第二級(jí)室供氣；或者從第二級(jí)室排出氣體；一個(gè)第三級(jí)氣體入口，為第三級(jí)室供氣；和一個(gè)會(huì)聚段，其位于至少一個(gè)所述級(jí)中或在第三級(jí)之后，以使氣體加速。
21.權(quán)利要求20的設(shè)備，還包括一根位于第三級(jí)氣體入口之下的、圍繞正在冷卻的絲的管、該管包括一個(gè)具有發(fā)散段的內(nèi)壁。
22.紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，該設(shè)備包括兩個(gè)或多個(gè)氣體入口室，其配置在噴絲板之下，給絲供氣以控制絲溫；至少一個(gè)氣體入口，為一個(gè)或多個(gè)入口室供氣；至少一個(gè)穿孔環(huán)形板，其分隔入口室；和一根圍繞正在冷卻的絲的管子，該管子包括一個(gè)內(nèi)壁，所述內(nèi)壁具有一個(gè)會(huì)聚段，任選地隨后有一個(gè)發(fā)散段。
23.冷卻熔紡聚酯絲的方法，包括在至少兩級(jí)中供應(yīng)冷卻氣體給絲，和在級(jí)間加速氣體。
24.紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，該設(shè)備包括一根圍繞絲的管子，該管包括一個(gè)具有穿孔的發(fā)散段；和一個(gè)或多個(gè)氣體入口。
25.紡連續(xù)聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備，其包括一根圍繞絲的管子；一個(gè)或多個(gè)氣體入口；將高于常壓的氣體導(dǎo)入至少一個(gè)入口的裝置；和將環(huán)境空氣導(dǎo)入至少一個(gè)入口的裝置。
全文摘要
紡連續(xù)的聚合物長(zhǎng)絲的熔融紡絲設(shè)備,其包括:配置在噴絲板(113)之下的一個(gè)第一級(jí)氣體入口室(105)和任選地一個(gè)置于第一級(jí)氣體入口室之下的第二級(jí)氣體入口室(106)。氣體入口室供應(yīng)氣體給絲以控制絲的溫度。該熔融紡絲設(shè)備還包括一根位于第二級(jí)氣體入口室之下的、圍繞正在冷卻的絲的管子(119)。該管可以包括具有一個(gè)會(huì)聚段、任選地隨后有一個(gè)發(fā)散段的內(nèi)壁。
文檔編號(hào)D01D5/092GK1347466SQ00806245
公開日2002年5月1日 申請(qǐng)日期2000年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月15日
發(fā)明者Y·D·T·恩古耶, H·R·E·弗蘭克福德, G·E·斯維特, G·瓦斯垃托斯 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司