專利名稱：用于連續(xù)熔融紡制長(zhǎng)絲的噴絲板握持裝置和紡絲箱體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴絲板握持裝置和一種紡絲箱體，該紡絲箱體用于連續(xù)熔融紡制由特別是熱塑性材料(熔體)構(gòu)成的長(zhǎng)絲。紡絲箱體包括譬如一個(gè)加熱箱。熔體供應(yīng)通道、熔體泵和噴絲板為其端部的噴絲頭罐體(也稱之為“噴絲頭組件”)伸入該加熱箱內(nèi)。噴絲頭罐體能構(gòu)成加熱箱的垂直旋入部分并固定在有垂直的中央熔體通道的鐘形接受器內(nèi)，此熔體通道進(jìn)入到噴絲頭罐體的熔體入口中。噴絲板握持裝置是噴絲頭罐體的一部分。
熔融紡絲時(shí)，從擠壓機(jī)到噴絲孔出口這一段對(duì)熔體的溫度控制是至關(guān)重要的。特別要注意的是，對(duì)所有的長(zhǎng)絲而言，熔體在溫度和停留時(shí)間方面要有相同的熱經(jīng)歷。很小的誤差，例如只有2℃的誤差，就可能導(dǎo)致明顯的色差或增加毛絲斷絲率。為了保證具有恒定的溫度，現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品管道和紡絲箱普遍采用凝聚式加熱。凝聚式加熱使很精確的溫度控制成為可能，因?yàn)榘凑沾嗽硎紫仁窍潴w中那些比飽和蒸氣凝聚溫度低的、與飽和蒸汽相接觸的地方得到強(qiáng)烈的加熱。結(jié)果是凝聚表面得到非常均勻的溫度分布。所以這一加熱原理就能以比較簡(jiǎn)單的方法使整個(gè)熔體分配系統(tǒng)得到極精確的溫度控制。
但是，在熔體擠出區(qū)域問(wèn)題較大。在長(zhǎng)絲從紡絲噴絲孔擠出之前，噴絲頭組件要對(duì)熔體進(jìn)行再一次的過(guò)濾和均勻化。在把產(chǎn)品變換成另一根數(shù)的長(zhǎng)絲時(shí)或是為了清洗目的，要將噴絲頭組件從紡絲箱體中取出。噴絲頭組件的裝上和拆下應(yīng)越方便越好，目的是為了使這方面的工作量減到最少。由于這個(gè)原因，飽和蒸汽不能直接圍繞噴絲頭組件進(jìn)行環(huán)流。因此，供給噴絲頭組件和喂送熔體的熱量只能通過(guò)噴絲頭組件和紡絲箱體之間的接觸面上的熱傳導(dǎo)來(lái)進(jìn)行。但是另一方面，恰恰在噴絲板處由于它無(wú)法進(jìn)行隔熱因此流失到周圍環(huán)境的熱量是特別大。這意味著在長(zhǎng)絲成形的重要區(qū)域精確的溫度控制特別困難。因此，對(duì)這一區(qū)域的周密的研究是十分必要，特別是因?yàn)楝F(xiàn)在仍然是趨向于更細(xì)的長(zhǎng)絲，在紡制更細(xì)的長(zhǎng)絲時(shí)，通過(guò)噴絲頭組件的熔體流和因此一個(gè)重要的熱流入量有所減少。
關(guān)于熱傳遞或溫度均勻性的要求長(zhǎng)時(shí)間來(lái)就已經(jīng)知道，并也已在專利文獻(xiàn)中明確的作了描述，見(jiàn)例如US 4,437,827,為了解決這個(gè)問(wèn)題，該專利專門提出了加熱器。與此相關(guān)的投資費(fèi)用很大。而如果必須通過(guò)熔體附帶其它缺少的熱量，則也許需要提高熔體的溫度，這可能對(duì)質(zhì)量造成損失。
與此同時(shí)，噴絲頭組件還需要滿足其它的要求，例如應(yīng)該——容易更換，——在加工時(shí)要求沒(méi)有異常的加工公差，——在防熔體泄漏方面具有足夠的密封效果。
對(duì)圓形噴絲頭組件而言，需要附加繞垂直軸心的預(yù)先確定的角度位置的可調(diào)性，以保證每根絲正確的排列在噴絲頭下面的空間內(nèi)。迄今為滿足這些要求所作的努力已產(chǎn)生不少的建議和實(shí)施裝置，下面僅列舉其中的幾個(gè)例子。
在絕大多數(shù)情況下，在噴絲頭組件的頂(內(nèi))端建立與紡絲箱中的載體的連接(例如參見(jiàn)如DE-C-1246221、DE-A-1660697和US 4,696,633)。即使組件是從頂部或側(cè)面裝入到接受器內(nèi)，也是這種連接情況(例如根據(jù)專利US 3,655,314或US 3,891,379)。
業(yè)已公開(kāi)的是，噴絲頭組件是通過(guò)一個(gè)凸緣用螺釘固定在下端上，例如參見(jiàn)US 4,494,921。但是，在所說(shuō)的例子中所用的緊固件是要建立所要求的密封力(通過(guò)在組件的頂端壓縮一個(gè)密封環(huán))。因而，在凸緣和裝載體(加熱箱)之間存在一個(gè)空氣縫隙。
甚至有人曾經(jīng)提出過(guò)在長(zhǎng)方形組件中設(shè)置“支承條”的建議，以使“紡絲頭的側(cè)壁和加熱箱的側(cè)壁之間通過(guò)金屬的熱接觸使紡絲頭從加熱箱取得良好的熱傳遞，使兩者之間實(shí)際上不存在溫度差異”(EP-B-271801)。但是不能嚴(yán)肅看待這個(gè)目的，這將在后面本發(fā)明的說(shuō)明中說(shuō)明。迄今，還無(wú)人建議把這一想法關(guān)聯(lián)到圓形噴絲頭組件使用。
根據(jù)DE-C-1529819，完成了以噴絲板握持裝置的單位面積壓力和載體為基礎(chǔ)的“良好熱傳遞”。但是它要求有一個(gè)特殊形狀的載體，該特殊形狀 有害于對(duì)該載體的有效加熱。
一個(gè)公開(kāi)的紡絲箱體可從例如在DE-Gbm 8407945中獲悉。在這一紡絲箱體中，用在噴絲頭罐體(噴絲頭組件)的接受器是焊接在加熱箱中，從而實(shí)際上成為加熱箱的一部分。紡絲頭罐體在接受器中的設(shè)置準(zhǔn)則在于，由噴絲板、過(guò)濾器殼體和噴絲頭罐體的底部構(gòu)成的層體用螺栓固定在接受器的底部，該螺栓是穿過(guò)層體的、擰入接受器底部上的螺母中的螺栓。為了譬如需要清洗將噴絲頭罐體和它的組成部分一起從接受器中取出，必需將螺釘松開(kāi)，之后噴絲頭罐體就能從接受器中向下垂直的拉出。由于噴絲頭罐體需要經(jīng)常清洗，根據(jù)所加工的材料有時(shí)每天清洗一次，所以在接受器底部的內(nèi)螺紋區(qū)內(nèi)螺栓會(huì)有很大的磨損。其中，由于在噴絲頭罐體內(nèi)一般有120-350巴的壓力，螺栓必須擰得很緊，螺栓必須用力矩扳手?jǐn)Q緊，以免對(duì)螺栓和螺紋造成損壞。通常一個(gè)噴絲頭罐體至少要用四個(gè)螺栓來(lái)固定，因此在噴絲頭罐體每次清洗時(shí)是有很多的工作量。
與紡絲箱體相連接的接受器中的另一種噴絲頭罐體的結(jié)構(gòu)已由歐洲專利163248(特別是參見(jiàn)圖3和圖6)公開(kāi)。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，噴絲頭罐體有一個(gè)空心的圓柱體，它以向內(nèi)伸出的臺(tái)肩承載住噴絲板，在噴絲板上經(jīng)過(guò)環(huán)形密封裝置支承著過(guò)濾器殼體。在過(guò)濾器殼體的上方有一個(gè)可在空心圓柱體內(nèi)軸向移動(dòng)的帶中央通孔的活塞。該活塞通過(guò)一個(gè)側(cè)置的碟形的薄膜的邊支承在不充有熔體的噴絲頭罐體上。在噴絲頭罐體充有熔體的情況下，在壓力作用下過(guò)濾器殼體與薄膜之間的空間充滿熔體，熔體將薄膜壓向一個(gè)實(shí)際相當(dāng)于活塞缸的截面上，并從而將活塞從過(guò)濾器殼體壓開(kāi)。在這一移動(dòng)中，活塞的行程受到一個(gè)環(huán)繞中央開(kāi)口的密封環(huán)的限制。密封環(huán)由用螺栓與裝在加熱箱中的牢固的泵體相連接的螺紋環(huán)來(lái)支承?？招膱A柱體以內(nèi)螺紋與螺紋環(huán)的外螺紋相連接，以此，使靠空心圓柱體的臺(tái)肩支承的噴絲頭罐體固定在加熱箱上。要取出噴絲頭罐體就要松開(kāi)空心圓柱體與環(huán)紋環(huán)的連接螺紋。這一裝置中的螺紋和薄膜要承受很大的載荷，因?yàn)檠乜招膱A柱體內(nèi)部空間的整個(gè)截面伸展的密封薄膜使得薄膜和螺紋要承載由壓力和所述截面所確定的力，由于空心圓柱體的內(nèi)部空間的截面相當(dāng)大，所以上述力最高可達(dá)15噸。其中，由于螺紋設(shè)在過(guò)濾器罐體接受器底部附近，在空心圓柱體外表面和加熱箱內(nèi)壁之間就需要有一個(gè)自由的環(huán)形空間，其原因是空心圓柱體的擰進(jìn)與擰出需要有一定的間隙。其結(jié)果造成熱量從加熱箱相應(yīng)的壁傳到空心圓柱體時(shí)被此環(huán)形空間所中斷，被中斷的首要區(qū)域是空心圓柱體以其臺(tái)肩支承噴絲板的區(qū)域，這使噴絲板所要求的連續(xù)充分的加熱就難以進(jìn)行。
本發(fā)明的任務(wù)在于，在減輕對(duì)密封的負(fù)荷的情況下能方便地，特別是快速地裝上和拆下噴絲頭罐體。
按照本發(fā)明，解決以上任務(wù)的技術(shù)方案在于，一方面，接受器在放置噴絲板的范圍內(nèi)帶有向內(nèi)伸入的臺(tái)肩，這些臺(tái)肩面對(duì)著噴絲頭罐體的相應(yīng)的支承座，使噴絲頭罐體能旋入接受器內(nèi)，在接觸的情況下，臺(tái)肩和支承座使噴絲頭罐體軸向地固定在接受器內(nèi)，另一方面，在噴絲頭罐體和接受器底部之間設(shè)置有密封墊片，使流入噴絲頭罐體的熔體在有留出一個(gè)熔體通孔的情況下將密封墊片壓在接受器的底上并壓迫噴絲頭罐體的內(nèi)緣，使其密封。
通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，由于有向內(nèi)伸入的臺(tái)肩，在噴絲板范圍內(nèi)通過(guò)臺(tái)肩和設(shè)在噴絲頭罐體上的支承座之間的接觸可從旋入加熱箱中的接受器將熱量連續(xù)地傳送給噴絲頭罐體，因而使噴絲頭罐體和直接裝在噴絲頭罐體內(nèi)的噴絲板以足夠和合適的方式得到所需的熱量。由于密封墊片貼靠在噴絲頭罐體的內(nèi)壁上，所以密封墊片只有很小的活動(dòng)范圍，該活動(dòng)范圍相當(dāng)于 通孔的周圍表面，因而在密封環(huán)的這個(gè)活動(dòng)范圍不會(huì)遭受很大的力。
有利的密封墊片是設(shè)計(jì)成帶中央通孔的鐘形，在裝配好的狀態(tài)下，密封墊片以它的環(huán)繞著通孔的底部貼靠在接受器的底上，而密封墊片的外側(cè)邊緣是支承在噴絲頭罐體的環(huán)形臺(tái)肩上。由于密封墊片這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)噴絲頭罐體充以熔體時(shí)，密封墊片的一側(cè)在熔體壓力作用下被壓在接受器的底上，這樣，在處于密封墊片的中央通孔范圍內(nèi)的噴絲頭罐體和接受器的底部之間就自動(dòng)的產(chǎn)生了與相應(yīng)流通壓力相適配的密封作用。
噴絲頭罐體的有利結(jié)構(gòu)在于，在噴絲頭罐體的空心圓柱體中有由一個(gè)噴絲板，一個(gè)過(guò)濾器殼體和在其上一個(gè)螺紋環(huán)組成的層體，螺紋環(huán)構(gòu)成帶中央開(kāi)口的噴絲頭罐體底部，空心圓柱體以臺(tái)肩支承噴絲板，而螺紋環(huán)在壓緊各層體構(gòu)件的情況下旋入空心圓柱體的內(nèi)螺紋，其中，環(huán)肩將設(shè)在過(guò)濾器殼體上的密封墊片壓在螺紋環(huán)的錐形內(nèi)表面上，使密封墊片的通孔周圍范圍略突出于螺紋環(huán)的中央開(kāi)口。
這一結(jié)構(gòu)使密封墊片通過(guò)螺紋環(huán)的錐形內(nèi)表面得到對(duì)中，因而在裝上噴絲頭罐體之后，噴絲頭罐體借助前文提到的卡口式接頭能以密封墊片的正確位置固定在接受器內(nèi)。之后密封墊片即以其正確的位置壓在接受器的底上，這樣，噴絲頭罐體就密封好并作好加工材料充入的準(zhǔn)備。
為了在過(guò)濾器殼體和噴絲板之間形成密封，過(guò)濾器殼體的有利結(jié)構(gòu)在于，在噴絲頭罐體裝好的情況下，過(guò)濾器殼體以其圓柱形的突出部貼靠在噴絲板上，突出部包圍過(guò)濾器殼體中的一個(gè)環(huán)形槽，在該環(huán)形槽內(nèi)墊有一個(gè)密封環(huán)。
噴絲頭罐體在完成裝配并在它承壓后，過(guò)濾器殼體上的圓柱形突出部貼靠在噴絲板上，以此，突出部中的通過(guò)突出部形成的環(huán)形凹槽被限制到這一突出部的高度上。放入凹槽中的密封環(huán)不會(huì)受到過(guò)度的擠壓。密封環(huán)的密封作用自動(dòng)通過(guò)在噴絲頭罐體中存在的壓力所決定，因?yàn)檫@一壓力將密封環(huán)向外壓在突出部上并自動(dòng)封住突出部與噴絲板內(nèi)表面之間可能會(huì)有的縫隙。另外，突出部的另一優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)該突出部，整個(gè)噴絲頭罐體的高度也就確定了，因而在裝配結(jié)束時(shí)噴絲頭罐體就有了規(guī)定的尺寸。
最好設(shè)置在接受器上的臺(tái)肩和設(shè)在噴絲頭罐體上的支座為卡口式接頭結(jié)構(gòu)是相宜的。據(jù)此，使噴絲頭罐體和接受器之間的連接能很容易地脫開(kāi)和合上，即只要最多轉(zhuǎn)動(dòng)約90°即可。此外，卡口式接頭即使在噴絲頭罐體的裝拆很頻繁的情況下，實(shí)際上也不會(huì)出現(xiàn)磨損。
帶向內(nèi)伸入的臺(tái)肩的接受器(這些臺(tái)肩面向噴絲頭罐體的與以上臺(tái)肩對(duì)應(yīng)的支座)和支承在接受器的底上的密封墊片結(jié)構(gòu)能有利地結(jié)合使用，其中，這兩個(gè)措施在快速安全裝拆的意義上起到互補(bǔ)作用。
本發(fā)明以圖為基礎(chǔ)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，這些圖是

圖1表示在噴絲頭組件中的熱流示意圖，圖2表示根據(jù)有限元理論構(gòu)成的組件的模型，圖3表示通常結(jié)構(gòu)的噴絲頭組件中的溫度分布示意圖，圖4表示按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的噴絲頭組件中的溫度分布示意圖，圖5表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖6表示在紡絲箱中的噴絲孔在沒(méi)有聚合物(熔體)情況下的加熱性能試驗(yàn)結(jié)果圖，和圖7A和7B表示熔體供入?yún)^(qū)中的情況示意圖。
噴絲頭組件的熱平衡圖1表示在噴絲頭組件中的熱流。
圖中裝載體以標(biāo)號(hào)50和噴絲頭組件以標(biāo)號(hào)52表示。裝載體50是加熱箱的一部分，當(dāng)前加熱箱一般是由狄菲爾換熱劑的蒸汽加熱(例如根據(jù)1993年9月7日的德國(guó)實(shí)用新型DE-Gbm 9313586.6)。組件容納在裝載體中的一個(gè)接受器(“噴絲頭腔體”)54中。組件52主要包括一個(gè)噴絲板56和一個(gè)握持裝置58。握持裝置58有一個(gè)空心腔60，該空腔包含著組件的其它元件，下面以圖5對(duì)其加以說(shuō)明。這些元件對(duì)圖1表示熱平衡方面的示意圖來(lái)說(shuō)是多余的，因此聯(lián)系到本圖就不作詳細(xì)說(shuō)明。圖1中的主要熱流表達(dá)如下箭頭1通過(guò)流入的熔體而進(jìn)入到噴絲頭組件中的熱流箭頭2通過(guò)與腔體的接觸進(jìn)入到噴絲頭組件中的熱流箭頭3通過(guò)空氣間隙進(jìn)入到噴絲頭組件中的熱流箭頭4通過(guò)排出的熔體離開(kāi)噴絲頭組件中的熱流箭頭5通過(guò)噴絲板的熱輻射離開(kāi)噴絲板的熱流。
熔體帶進(jìn)的熱和熔體帶走的熱均分別占進(jìn)熱和散熱的絕大部分，這是流程所決定的。在理想的情況下，這兩個(gè)熱流的量相等。這意味著熔體在它離開(kāi)噴絲孔之前保持著恒定的溫度。為了保證這一點(diǎn)，其它的熱流必須平衡。這兒最困難的是噴絲板造成的熱損失。由于噴絲板不能隔熱，所以大部分的熱量以輻射和對(duì)流方式散失到周圍環(huán)境中。這部分熱量現(xiàn)在需要盡可能地從紡絲箱經(jīng)噴絲頭組件傳至噴絲板，以便使熔體的冷卻減少到最少。
在通常結(jié)構(gòu)的噴絲頭組件中，這一熱量?jī)H僅是從頂部供給。其原因是噴絲頭組件的密封關(guān)系。為了保證不會(huì)有熔體在噴絲頭組件的側(cè)部流出，噴絲頭組件是對(duì)著頂部的密封墊片緊壓住。由于這樣的緊壓雖然得到一個(gè)好的熱橋，但該熱橋位于噴絲板的對(duì)面。即便在通過(guò)一個(gè)法蘭固定在紡絲箱底面上的噴絲頭組件中，一個(gè)可能流經(jīng)到下部法蘭的附加熱流也可忽略不計(jì)，因?yàn)樵诜ㄌm和紡絲箱之間有一個(gè)空氣隙?？諝獾臒醾鲗?dǎo)值比噴絲頭組件和紡絲箱的要小1000倍。即使只有1/10mm的空氣隙，其可能熱流仍小得可忽略不計(jì)，尤其是與此相關(guān)聯(lián)的輻射面積增大，熱輻射散失量超過(guò)了該熱進(jìn)入量。有限元法計(jì)算在噴絲頭組件和噴絲頭腔體中的熱分布可以用有限元方法(FEM)進(jìn)行計(jì)算。由于在熱流研究方面首先感興趣的是，熱是如何傳到實(shí)際裝置中的元件去，計(jì)算是在沒(méi)有熔體下進(jìn)行，它得到圖2所示的模型。這里，與狄菲爾換熱劑溫度的溫度差異是衡量從熔體排出的熱量的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。為了補(bǔ)償噴絲板在沒(méi)有聚合物情況下相對(duì)于熔體的10℃的溫度差，熔體在生產(chǎn)中按照不同的聚合物、噴絲頭直徑和處理量平均冷卻約0.5℃。
為了計(jì)算目的假定加熱箱和噴絲頭組件均具有均勻的熱傳導(dǎo)能力。由于腔體和噴絲頭組件接觸部分的表面壓力是相對(duì)的比較高，所以在這些過(guò)渡部位是以同樣的熱傳導(dǎo)能力進(jìn)行計(jì)算。在噴絲頭組件和腔體之間的充有空氣的空間很小，所以可排除空氣的運(yùn)動(dòng)。能夠這樣假定，通過(guò)空氣隙的熱傳遞僅僅是通過(guò)熱傳導(dǎo)進(jìn)行的。建立圖2所示的噴絲頭腔體和噴絲頭組件的有限元模型。在模型的周界上可代入不同熱傳遞系數(shù)以及環(huán)境溫度。對(duì)此要考慮到通過(guò)蒸汽凝聚造成的熱傳遞，通過(guò)液態(tài)熱載體造成的熱傳遞、通過(guò)向外輻射造成的熱傳遞，以及通過(guò)向隔熱裝置的熱傳導(dǎo)造成的熱傳遞。在給定的邊界條件下，就能用有限元程序計(jì)算和表達(dá)固定狀態(tài)下的溫度分布。
圖3表示以這樣方法計(jì)算得到的、噴絲頭直徑為90mm時(shí)的噴絲頭組件的溫度分布。計(jì)算得到狄菲爾換熱制的蒸汽室與噴絲板之間的溫度差(△)約為30℃。根據(jù)裝置的結(jié)構(gòu)(空氣隙，壁厚等等)這個(gè)值還可能有幾度差異。在試驗(yàn)設(shè)備上的測(cè)定證實(shí)了這些計(jì)算的結(jié)果。這說(shuō)明，為了補(bǔ)償這一溫度差，由熔體排去的熱量相當(dāng)于熔體至從噴絲頭出來(lái)時(shí)為止約冷卻1.5℃。但是這一溫度差對(duì)于所有的噴絲頭來(lái)說(shuō)不能視為恒定的。如果傳熱條件變了這一溫度差還可能變得很多。譬如，噴絲頭腔體內(nèi)的污染能形成熱橋并由此對(duì)向噴絲板上的均勻供熱造成很大干擾。所以這一溫度差是衡量在噴絲頭出絲處的熔體的溫度控制精確度的標(biāo)準(zhǔn)，這尤其是對(duì)于非常細(xì)的絲而言具有極為重要的意義。在生產(chǎn)廠對(duì)噴絲板處的測(cè)量表明，在通常結(jié)構(gòu)的噴絲頭組件中，溫度的變化范圍為2℃。
為了也評(píng)定結(jié)構(gòu)特征方面的影響，還對(duì)幾個(gè)尺寸作為變動(dòng)并確定了溫度的分布。在噴絲頭組件的頂部傳熱表面作了擴(kuò)大，例如用一個(gè)較大的密封，實(shí)際表明這對(duì)噴絲板的溫度沒(méi)有影響。即使是噴絲頭組件的整個(gè)頂部表面與腔體相接觸也只使溫度最大增加1°～2℃。鑒于出現(xiàn)的梯度，這一影響小到可以忽略不計(jì)。其原因在于，一方面是從噴絲頭組件頂側(cè)到噴絲板有一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的熱傳導(dǎo)路徑。另一方面是熱流受到熱傳導(dǎo)體的最窄截面的限制，該熱傳導(dǎo)體主要是通過(guò)噴絲頭組件的壁厚給定的。流入噴絲板的熱流的改進(jìn)在分析熱流的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出一種新的噴絲頭組件，其中，從狄菲爾換熱劑的蒸汽室到噴絲板的熱傳導(dǎo)路徑大為縮短。這一措施的目的是改善噴絲板上的熱平衡。因此，在這種解決措施的優(yōu)選實(shí)施形式中，在噴絲板的高度位置裝有一個(gè)卡口式接頭。這提供了附加的熱傳導(dǎo)路徑，能使熱流盡可能的接近到熱損失的地方。
為了將這個(gè)熱流變得盡可能大些，在紡絲箱處也要有所改動(dòng)。所以，重要的是，凝聚表面要變得盡可能的大，特別是在噴絲頭腔體的下側(cè)面處。必須保證有足夠的熱量用于噴絲板的溫度平衡。如果不是這種情況，能甚至達(dá)到相反的效果，即熱量不是供到噴絲板上而是從噴絲板上被帶出去。在紡絲箱結(jié)構(gòu)方面，例如可以采取兩個(gè)在德國(guó)的實(shí)用新型Nr.9313586.6中有所描述的措施。其一是加熱箱的內(nèi)部的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則在于，狄菲爾換熱劑能即時(shí)流走而不形成液體積留在腔體內(nèi)。其二是為了擴(kuò)大凝聚面，在噴絲頭腔體上附加了筋。以此保證有足夠的熱量加到噴絲頭組件。這一結(jié)構(gòu)的結(jié)果能從圖4上看到。狄菲爾換熱劑的蒸汽室到噴絲板的溫差根據(jù)有限元計(jì)算能減少約10°使該溫度減少到20℃。這表明，與通常結(jié)構(gòu)相比，在溫度控制方面改進(jìn)了大約30％。
圖5表示按照本發(fā)明的一個(gè)帶有噴絲頭組件(尤其是一個(gè)噴絲板握持裝置)的紡絲箱體的斷面。紡絲箱包括一個(gè)加熱箱1，熔體管道和熔體泵(未表示出)伸入該加熱箱1之內(nèi)，例如在上述的DE-Gbm8407945中的圖所示。在加熱箱1中插入接受器2，例如采用焊接的方法，接受器由壁體3組成，它用底部4向內(nèi)封閉。接受器2所封閉的圓柱形內(nèi)空間5中插有噴絲頭罐體6。為了這個(gè)目的，內(nèi)空間5通過(guò)圓柱形開(kāi)口7與外界開(kāi)通。底部4由與熔體泵(未表示出)相連的熔體導(dǎo)管8穿入。
噴絲頭罐體6是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體，它在圖中和接受器2一樣是以截面表示出。噴絲頭罐體6由層體組成，即由噴絲板9、過(guò)濾器殼體10和螺紋環(huán)11組成。這三個(gè)組件放在空心圓柱體12中，圓柱體以它的臺(tái)肩13承載住噴絲板9。在螺紋環(huán)11邊上的空心圓柱體12上有內(nèi)螺紋14，螺紋環(huán)11以外螺紋15與內(nèi)螺紋14進(jìn)行螺紋連接。為將螺紋環(huán)11擰入到空心圓柱體12中去，在螺紋環(huán)11上設(shè)有盲孔16和17供卡口式扳手緊固用。擰入到空心圓柱體12中的螺紋環(huán)11受到過(guò)濾器殼體10的面向噴絲板9一測(cè)的圓柱形凸出部18限位。當(dāng)螺紋環(huán)11擰入到凸出部18與噴絲板9的表面19貼靠時(shí)，噴絲頭罐體6的整個(gè)長(zhǎng)度就確定了。圓柱形凸出部18中有一環(huán)形凹槽，其中放有密封環(huán)20。原料(熔體)加工時(shí)它會(huì)充滿于表面19和過(guò)濾器殼體10的底部表面22之間的中間空間21，它的壓力使密封環(huán)20向外壓向圓柱形凸起部18，據(jù)此，在這一壓力的作用下使過(guò)濾器殼體10和噴絲板9之間自動(dòng)的得到與壓力相適配的密封。
作為噴絲頭罐體6的組成部分，以其凸緣13支承噴絲板的空心圓柱體12固定在接受器2內(nèi)，并且是通過(guò)如圖所示設(shè)在空心圓柱體12上的支座24對(duì)面的凸肩23進(jìn)行固定的。凸肩23是插入在接受器2壁3中的插入件25的組成部分，插入件由螺栓26與壁3緊固在一起。凸肩23和支座24一起組成一個(gè)卡口式接頭，該接頭在軸向?qū)娊z頭罐體6鎖定住。同時(shí)，卡口式接頭通過(guò)凸肩23和支座24形成一個(gè)直接的熱橋，使噴絲板9直接得到加熱。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)空心圓柱體12并從而使噴絲頭罐體6轉(zhuǎn)動(dòng)90°，接受器2和紡絲頭罐體6之間的連接就松開(kāi)。之后就能將噴絲頭罐體6從接受器2中經(jīng)圓柱形開(kāi)口7取出并可對(duì)它的零件進(jìn)行拆開(kāi)，譬如是為了清洗過(guò)濾器殼體10和噴絲板9。
當(dāng)將噴絲頭罐體6放入到接受器2時(shí)放入螺紋環(huán)11的基本上是錐形的密封墊片27起作用，螺紋環(huán)11具有內(nèi)錐面28，用以容納密封墊片27。密封墊片27以它的外邊29支承在環(huán)形凸肩30上，凸肩30是座落在過(guò)濾器殼體10上的熔體分配器31的組成部分。熔體分配器31在這里是噴絲頭罐體6的組成部分，它的任務(wù)是把由經(jīng)熔體通道8供入的熔體合理地分配到噴絲頭罐體內(nèi)部，這將在下面作詳細(xì)說(shuō)明。
在組裝好噴絲頭罐體6的情況下，密封墊片27如已講過(guò)的由環(huán)形凸肩30所支承，由此它在貼靠螺紋環(huán)11的內(nèi)錐面28的情況下垂直朝著頂部延伸到底面32，該底面32包圍住與熔體導(dǎo)管8對(duì)中的通孔33。
如圖所示，密封墊片27的底面32比螺紋環(huán)11的表面34略為高一點(diǎn)，這樣當(dāng)合上卡口式接頭24/25時(shí)，底面32緊密的貼在接受器2底部4的底面35上。以此建立起接受器2的被熔體通道8穿過(guò)的底部4與噴絲頭罐體6之間的密封，確切地說(shuō)，該密封是通過(guò)在噴絲頭罐體6內(nèi)部存在的壓力建立的，根據(jù)該壓力的大小，將密封墊片27壓在底面35和螺紋環(huán)11的錐形內(nèi)表面28上。此外，密封墊片27徑向向外壓在螺紋環(huán)11和過(guò)濾器殼體10之間的對(duì)接部位36上，因而也在這兒形成安全的密封。
在運(yùn)行過(guò)程中熔體的流程如下熔體從熔體通道8流入，經(jīng)通孔33到熔體分配器31，熔體溢過(guò)熔體分配器31流到通道37，圖中僅表示出了兩個(gè)通道。在所示的實(shí)施例中約有24個(gè)這樣的通道。之后熔體流經(jīng)過(guò)以柵格39為底部的過(guò)濾器38。此外，在過(guò)濾器殼體10上布有通道40(約有50個(gè)這樣的通道)，熔體經(jīng)通道40流入空間21?，F(xiàn)在熔體經(jīng)過(guò)孔41穿過(guò)噴絲板9，孔41以毛細(xì)孔的形式終止在噴絲板9的下限定面42上。由此排出單根的長(zhǎng)絲，然后長(zhǎng)絲組合成一股絲。
為了對(duì)理論研究進(jìn)行驗(yàn)證，在紡絲箱體還作了溫度測(cè)定。對(duì)紡絲箱體作了修改，其準(zhǔn)則在于，既能使用通常結(jié)構(gòu)的噴絲頭組件，又能使用圖5所示的新的噴絲頭組件(“快速裝上”)。通過(guò)這樣的試驗(yàn)裝置能最大程度地排除不涉及結(jié)構(gòu)差別的影響。作為試驗(yàn)用的紡絲箱被加熱到狄菲爾換熱劑的溫度290℃。之后，冷態(tài)(約20℃)使用兩個(gè)噴絲頭組件，并在噴絲孔的壁和中心測(cè)定溫度。圖6表示這一試驗(yàn)的結(jié)果。
在圖6中以虛線曲線A表示通常的噴絲頭組件在噴絲孔中心的加熱性能(組件在裝入紡絲箱后的溫度－時(shí)間關(guān)系曲線——不帶聚合物)，虛線曲線B表示通常的組件在孔壁部分的相應(yīng)性能。曲線C表示根據(jù)本發(fā)明(如圖5所示)的組件在噴絲孔中心的加熱性能，而曲線D(該曲線的絕大部分與曲線C相重合)表示這種新組件孔壁部分的加熱性能。
具有改進(jìn)的熱流的新噴絲頭組件比通常結(jié)構(gòu)的噴絲頭組件早很多地達(dá)到最終溫度。此外，新噴絲頭組件的最終溫度相對(duì)于計(jì)算的約高出10℃。通常結(jié)構(gòu)的噴絲頭組件的噴絲孔中心和噴絲孔壁之間的溫度差異已是可略去不計(jì)的小，但在新的噴絲頭組件中，該溫差可改善上述的約10℃。試驗(yàn)以此證實(shí)了計(jì)算結(jié)果，根據(jù)計(jì)算結(jié)果在新噴絲頭組件中的熔體約比在通常結(jié)構(gòu)的熔體要少冷卻0.5℃。這一數(shù)值看上去雖很小，但是對(duì)于所加工紗的，尤其是對(duì)于超細(xì)絲的加工質(zhì)量卻非常重要。
圖7A表示在“噴絲頭腔體”(也就是在加熱箱中的用于容納噴絲頭組件的接受器)熔體供給區(qū)內(nèi)的“最佳”情況。接受器本身有一個(gè)面向紡絲方向的軸向面100。在組件進(jìn)入其工作位置后，這個(gè)面100面向著噴絲頭組件的正面102，在它們之間有一個(gè)間隙104。正面102和支座的接觸面之間的距離能在制造或在組件裝配時(shí)(也即在設(shè)計(jì)時(shí))確定而不需要去考慮加熱箱的加工公差。
一個(gè)柔性的密封唇106從組件的頂端伸出，目的是與表面100相接觸。該柔性密封唇的硬度，抗彎強(qiáng)度和尺寸要選擇得能形成圖7A那樣的面與面的接觸。理想的是，密封唇調(diào)節(jié)了表面102的不平整度。
在熔體最初經(jīng)進(jìn)入通道進(jìn)入時(shí)密封唇和平面102之間的泄漏危險(xiǎn)是小的，原因在于，一直到密封唇下的組件腔內(nèi)充滿為止，熔體壓力小。到充滿之后，密封唇受熔體作用壓向表面102，這樣阻止了泄漏的危險(xiǎn)。
在熔體進(jìn)入之前的接觸狀況是重要的，如圖7B的不合格設(shè)計(jì)所企圖表達(dá)的。在這里，密封唇的向上彈力選擇得太大。所以，密封唇邊緣又向下彎曲，這會(huì)使邊緣和表面102之間脫開(kāi)出一個(gè)楔形間隙。這樣為進(jìn)入的熔體產(chǎn)生了一個(gè)沖擊面，它可能導(dǎo)致密封唇從表面102“剝離”而導(dǎo)致泄漏。當(dāng)然，使密封唇壓向表面102的彈力選得過(guò)小也能造成泄漏，這樣，使進(jìn)入的熔體能進(jìn)入密封唇和表面102之間存在的縫隙中。
密封唇設(shè)置在一個(gè)“埋入”在組件中的密封體中，因此密封體是由組件來(lái)承受熔體壓力，只是密封唇在熔體壓力下須要變形。最好是密封唇和密封體構(gòu)成一體結(jié)構(gòu)。密封體的有利構(gòu)形和設(shè)置方案在于，密封體能在組件中自行承擔(dān)附加的密封功能。
密封元件(密封唇)在工作壓力下會(huì)塑性變形，它在組件從腔體中拿出后重新插入前要進(jìn)行更換。元件材料的選擇準(zhǔn)則是，元件在工作壓力下可彈性變形并因此能再用，例如可以用鉻鋼。在再次插入組件時(shí)(在熔體進(jìn)入之前)密封最好是可以彈性變形的。
密封元件(密封唇和密封體)在運(yùn)行時(shí)受到熔體的作用。所以，必須選擇與熔體不起反應(yīng)的密封材料。優(yōu)先使用的是金屬材料，在絕大多數(shù)情況下鋁和鋼是合適的。根據(jù)圖5的密封(由一個(gè)唇和本體部分組成為一件)它的錐形本體部分與組件中的錐形支承面相接觸，該密封例如可以用深拉伸工藝或是金屬?zèng)_壓工藝制成。可用的板的厚度最大約3mm(例如對(duì)鋼約為1mm，而對(duì)鋁約為1.5～2mm)。
組件最好設(shè)有一個(gè)擋塊，以規(guī)定組件在工作位置時(shí)它圍繞垂直軸的角度位置。以此能預(yù)先確定噴絲板中孔相對(duì)于冷卻通道的位置。在采用卡口式接頭與承載體進(jìn)行連接的結(jié)構(gòu)中，卡口式接頭的至少一個(gè)元件能起到擋塊的功能。
也可以采用多頭的卡口式接頭，這也許要有些措施使壓力分布在卡口式接頭的支座上。通常，這就需要有嚴(yán)格的制造公差。由于這些支座的徑向尺寸對(duì)紡絲箱中組件的節(jié)距(相互距離)影響很大，所以這一尺寸應(yīng)盡可能的小，因?yàn)橥ǔＯＭ凶钚〉墓?jié)距。組件夾套面和每個(gè)支座的外端之間的徑向距離最好不大于10mm，在多頭的接頭情況下，這一尺寸可保持在5mm以下。一般，每頭最好不多于三個(gè)支座。
本發(fā)明的第一方面(在組件的下端進(jìn)行連接)是噴絲板與加熱箱之間的熱流途徑盡可能的短。本發(fā)明在這方面并不限制在裝置中結(jié)合采用一個(gè)密封唇，雖然密封唇最好是結(jié)合一個(gè)密封裝置采用，在熔體壓力下該密封能發(fā)揮全密封作用。這樣的密封譬如已在US 4645444中公開(kāi)。
這種新型密封的優(yōu)點(diǎn)是與噴絲頭組件和加熱箱之間的連接無(wú)關(guān)，它可以取代例如專利DE-C-1246221或DE-C-1529819或US 4696633的描述的活塞密封。
在圖5中，噴絲頭組件的圓柱體夾套面是以M表示。這一表面必須具有比噴絲頭腔體的內(nèi)表面的直徑要小一些的直徑，以使組件能毫無(wú)問(wèn)題的插入到噴絲頭腔體中去。支座的底面和組件上端面之間的距離A要選擇得比噴絲頭腔體的深度略小一些，以保證組件插入時(shí)不會(huì)與腔體的端面相接觸。支座的徑向尺寸以D表示。
組件下端處的連接方案自然要求噴絲頭腔體下端具有相應(yīng)的構(gòu)形。這可通過(guò)加熱箱本身的構(gòu)形加以實(shí)現(xiàn)，但最好單獨(dú)構(gòu)成組件的承載框架并如圖5所示，用螺釘把該框架固定在加熱箱上?？蚣茏詈檬强梢愿鼡Q的，即可以松開(kāi)緊固件，而又不損壞構(gòu)件。
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于紡制長(zhǎng)絲的噴絲板握持裝置具有一個(gè)有內(nèi)腔的殼體，并具有一個(gè)保持噴絲板的裝置，使這個(gè)噴絲板的孔向預(yù)定的方向(紡絲方向)伸展，其中，握持裝置既有一個(gè)向紡絲方向伸展的軸心，又有一個(gè)設(shè)有向外伸展的支座的外夾套面，在握持裝置從下方進(jìn)入到紡絲箱體的接受器開(kāi)口中之后，這些支座通過(guò)握持裝置繞所述的軸心的轉(zhuǎn)動(dòng)可與紡絲箱的相應(yīng)表面相接觸，以防握持裝置向下脫離接受器開(kāi)口，直至將握持裝置繞軸心作反向轉(zhuǎn)動(dòng)，其特征是，夾外套面上的支座和握持裝置內(nèi)部的握持裝置相互接近于徑向面對(duì)。
2.按照權(quán)利要求1所述的握持裝置，其特征是，握持裝置有一個(gè)熔體進(jìn)入口并圍繞入口有一個(gè)密封件，能由熔體壓力將該密封件壓在接受器開(kāi)口邊界面上。
3.按照權(quán)利要求2所述的握持裝置，其特征是，密封件的設(shè)置準(zhǔn)則在于，把該密封件壓在面向紡絲方向的一個(gè)面上。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的握持裝置，其特征是，密封件有一個(gè)柔性的唇，該唇在熔體壓力下會(huì)彈性變形。
5.按照權(quán)利要求4所述的握持裝置，其特征是，該唇是一個(gè)密封件的一個(gè)部分，該密封件面對(duì)熔體壓力由握持裝置支承。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述的握持裝置，其特征是，每一個(gè)凸肩有一個(gè)面向紡絲方向的面，這個(gè)面通過(guò)與所說(shuō)的紡絲箱體的表面相接觸將握持裝置握持在紡絲箱體中。
7.按照權(quán)利要求3和6所述的握持裝置，其特征是，密封件距支座的所述面有一個(gè)預(yù)先確定的距離。
8.按照權(quán)利要求1至7之一所述的握持裝置，其特征是，支座的設(shè)置準(zhǔn)則在于，通過(guò)與紡絲箱體接觸，在所述的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后，這些支座確定握持裝置繞軸心的預(yù)先確定的角度位置。
9.用于連續(xù)熔融紡制由特別是熱塑性材料構(gòu)成的長(zhǎng)絲的紡絲箱體，該紡絲箱體具有一個(gè)加熱箱(1)，熔體通道，熔體泵和噴絲板(9)為其端部的噴絲頭組件(6)伸入加熱箱(1)內(nèi)，噴絲頭組件(6)作為加熱箱(1)的垂直旋入部分固定在帶有垂直中央熔體通道(8)的鐘形接受器(2)內(nèi)，熔體通道(8)終了在噴絲頭組件(6)的熔體入口(33)處，其特征是，接受器(2)在噴絲板(9)的區(qū)域中帶有向內(nèi)伸入的凸肩(23)，這些凸肩與噴絲頭組件(6)上的相應(yīng)的支座相對(duì)，使噴絲頭組件(6)能夠擰入到接受器(2)中，凸肩(23)和支座(24)在接觸的情況下將噴絲頭組件(6)軸向鎖緊在接受器(2)中。
10.用于連續(xù)熔融紡制由特別是熱塑性材料構(gòu)成的長(zhǎng)絲的紡絲箱體，該紡絲箱體有一個(gè)加熱箱(1)，熔體通道，熔體泵和噴絲板(9)為其終端的噴絲頭組件(6)伸入加熱箱(1)內(nèi)，噴絲頭組件(6)作為加熱箱(1)的垂直旋入部分固定在帶有垂直中央熔體通道(8)的鐘形接受器(2)中，熔體通道(8)終了于噴絲頭組件(6)的熔體入口(33)處，其特征是，在噴絲頭組件(6)的熔體入口(33)和接受器(2)的底(4)之間有密封墊片(27)，密封墊片的設(shè)置準(zhǔn)則在于，流入噴絲頭組件(6)的熔體在有熔體通孔(33)的情況下將密封墊片(27)壓在接受器(2)的底(4)上并壓迫噴絲頭組件(6)的內(nèi)緣(36)而起到密封作用。
11.按照權(quán)利要求9所述的紡絲箱體，其特征是，密封墊片(27)是鐘形的并有一個(gè)中央通孔(33)并在裝配好的情況下以其通孔(33)周圍的底(32)貼靠在接受器(2)的底(4)上，密封墊片(27)的外緣(29)支承在噴絲頭組件(6)中的環(huán)形凸肩(30)上。
12.按照權(quán)利要求11所述的紡絲箱體，其特征是，在噴絲頭組件(6)的空心圓柱體(12)內(nèi)有由噴絲板(9)，過(guò)濾器殼體(10)和其上的一個(gè)形成具有中央開(kāi)口的噴絲頭組件底部的螺紋環(huán)(11)構(gòu)成的層體，空心圓柱體(12)以其凸肩(13)支承噴絲板(9)，螺紋環(huán)(11)在壓緊各層體構(gòu)件的情況下擰入空心圓柱體(12)的內(nèi)螺紋(14)中，環(huán)形凸肩(30)將安裝在過(guò)濾器殼體(10)上的密封墊片(27)壓在螺紋環(huán)(11)的內(nèi)錐面(28)上，使密封墊片(27)的通孔(33)周圍范圍略突出于螺紋環(huán)(11)的中央開(kāi)口。
13.按照權(quán)利要求12所述的紡絲箱體，其特征是，在噴絲頭組件(6)裝配完畢的情況下，過(guò)濾器殼體(10)以圓柱形凸出部(18)貼靠在噴絲板(9)上，凸出部(18)圍住過(guò)濾器殼體(10)內(nèi)的環(huán)形開(kāi)口，在該環(huán)形開(kāi)口中放有密封環(huán)(20)。
14.按照權(quán)利要求9至13中之一所述的紡絲箱體，其特征是，凸肩(23)和支座(24)為卡口式接頭結(jié)構(gòu)。
15.噴絲頭組件帶有用以與紡絲箱體中的承載體形成連接的裝置，并帶有用以在組件與承載體之間形成密封的裝置，其中，密封效果通過(guò)熔體壓力有所增大，其特征在于，用于形成密封的裝置具有一個(gè)柔性的唇。
全文摘要
噴絲頭組件以它的下端借助能良好傳熱到噴絲頭組件中的噴絲板上的構(gòu)件與加熱箱相連接。
文檔編號(hào)D01D4/00GK1111062SQ94190401
公開(kāi)日1995年11月1日 申請(qǐng)日期1994年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月21日
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