专利名称:改进的整理剂喷嘴系统的制作方法图1示出了本发明AFN喷嘴组件的俯视图。图2是图1所示AFN喷嘴的侧视图。图3A和图3B分别是带有用于提供压缩空气或其它流体介质和纱线整理润滑剂的AFN喷嘴的管装置的侧视和底视图。图4是本发明用于施加整理剂的优选装置的示意图。进行了试验测试,测试程序的目标是证实AFN喷嘴设计的张开-闭合作用、显示喷嘴的摩擦特征并在整理剂量和整理剂均匀性上评估喷嘴的作用。试验用126旦尼尔34纤维的、没有整理剂的涤纶POY(部分取向的)纱线,将其置于高速纤维对金属(F/M)的摩擦仪上,以100、250、500和1000米/分钟速度运转。AFN,可选择带有陶瓷整理剂施加器引导装置,安装在摩擦仪承载室之间并与可调节的空气供应相连,空气供应提供2巴的压力。用高速(每秒1000个画面)照相机拍下喷嘴作用的图像。照片证实了AFN的张开/闭合作用,并可评价张开频率和喷嘴的作用。在所有试验条件下(即速度、张力、压力)建立的平均张开频率为345+106Hz。AFN的张开/闭合作用具有通常的多频率特征,而不是单一频率。使用黑白组合纱线测试能更好地说明AFN的作用。必须强调施加器引导装置的摩擦积累的重要性。在许多现代人造纤维处理过程中,静止表面的摩擦积累限制了生产速度。例如,在高于4000米/分钟的速度下,纤维制造商必须使用特殊的低摩擦陶瓷,以减小施加器引导装置的牵引摩擦。现代工业标准是使用由Kyocera和其他人制造的特殊“粗糙”陶瓷引导器。新的AFN设计既可使用带有也可使用不带有标准整理剂的施加器引导装置。AFN既可用作独立的整理剂施加喷嘴,也可用作附加装置来提高安装于AFN喷嘴之前或之后的标准施加器喷嘴施加整理剂的一致性。在任一情况下,AFN用来产生与现有的低摩擦陶瓷施加器引导装置相当的摩擦积累。为了查明AFN喷嘴的摩擦积累,在大范围的速度和前张力下测试了摩擦系数,然后与被认为是低摩擦表面工业标准的低摩擦陶瓷引导装置的摩擦系数举行了对比。该测试使用相同的126/34无整理剂涤纶纱线。摩擦测试结果概括于表1。测试变量是张力(T1,克)、压力(P,巴)和纱线速度(V,米/分钟)。结果表明虽然样机是由固有摩擦系数高于陶瓷的高抛光不锈钢制成,喷嘴产生更低的摩擦积累。
表1摩擦积累
*在这些条件下纱线开始断裂表1所示的数据表明,陶瓷整理剂施加器引导装置和AFN的摩擦系数都随着纱线速度的增加而明显提高。输入纱线张力的增加产生更低的摩擦系数,这与现有的摩擦理论非常一致。同时,操作压力的作用小得可以忽略,可简单地排除在进一步考虑之外。这事实上表明AFN非常适用并可在相当宽的压力范围操作。非常有趣的是,AFN和陶瓷整理剂施加器引导装置组合测得的摩擦系数事实上小于单独使用的摩擦系数之和。这个结论实际上证实了AFN的缓冲作用,这导致陶瓷施加器引导装置与前进纱线间接触面积的明显降低。总结摩擦试验AFN显示比低摩擦陶瓷引导器高出约14%的摩擦;AFN与陶瓷施加器引导装置组合显示出比单独使用低摩擦陶瓷施加器引导装置高17%的摩擦系数。
摩擦表面的彻底对比包括AFN、陶瓷引导装置和AFN与陶瓷引导装置组合中任一个的纱线速度、输入张力、摩擦系数的三维曲线图。对比表明AFN性能的一个重要细节。对于陶瓷施加器引导装置,速度越快摩擦越大,这种增长实际上与纱线速度呈线性比例。同时,AFN随着速度的增加显示摩擦积累的减慢,这种作用在AFN与陶瓷施加器引导装置上也有显示。这表明纱线速度超过1000米/分钟,AFN的摩擦积累小于单独使用陶瓷施加器引导装置。
下面,总结评价整理剂施加与整理剂的一致性。AFN可以将纱线整理剂直接注射并施加进入纱线处理室,而不是进入压缩空气流,整理润滑剂注入压缩孔气流中会在整理剂线路上产生回压,引起整理剂液流的间断阻滞,并在输入正压力使压力得以补偿时产生相应的整理剂液流的喷射。这个问题通过以下方法解决,在喷嘴内的低压区增加分开的整理剂传输管,及使用与实际供应整理剂相同的压力或稍高的压力。还评价了将AFN作为单独的整理剂施加器引导装置的可行性及其改善分散于试验纱线上的整理剂一致性的能力。为完成此项任务,将纯整理剂及从10%起的乳液施加于126/34的无整理剂的涤纶纱线上。施加速度设为200米/分钟。最终FOY(纱线上的整理剂)量为1%。施加装置的示意图为图4。所有试验中AFN的操作空气压力都设为2巴。以Lurol PT-128作为整理剂,为了显示整理剂一致性的特征,加入对油基料重0.1%的荧光示踪剂。条件设置好之后,通过高分辨率的动力荧光计测试试验纱线,以显示整理剂一致性的特征。动力荧光计检测以5.4米/分钟速度及30Hz探测频率运转。在这些检测条件下,对纱线的分辨率为3毫米。该检测可得到一个绝对平均值和一个CV(摩擦系数,它等于标准偏差除以平均值)百分数。绝对平均值是纱线上整理剂量的直接测量值,而%CV是整理剂一致性的数量特征。%CV越低,沿纱线分布的整理剂一致性越好。实际的整理剂量(FOY)由异丙醇/正己烷混合的冷溶解提取剂测试得出。使用异丙醇/正己烷的冷溶解方法测出%FOY。得出的结果总结于表2。表2中的数据表明AF N确实改善了纯整理剂和乳液整理剂的分布一致性。它也提供同普通陶瓷施加器引导装置理论量接近的整理计量。
表2AFN在整理剂一致性和整理剂均匀性方面的作用
如前所述,AFN最显著的作用可由整理剂一致性的改善看出。整理剂一致性的改善在纯施加剂情况下多于12%,而在乳液情况下几乎为两倍。甚至在陶瓷施加器引导装置之后加上AFN也能显著改善整理剂的一致性。这种作用可由加捻纱线通过陶瓷施加器引导装置的擦涂作用予以解释。
新的AFN设计可与陶瓷施加器引导装置或其它类型的在AFN之前的整理剂施加器一同使用或单独使用。当喷嘴安装在这类传统的陶瓷施加器引导装置之后时,对于加强整理剂的分布及防止整理剂从施加器引导装置上滴下很有益处。经过引导装置的纱线加捻和擦涂运动是由AFN的加捻作用引起的。
改进的整理剂喷嘴(AFN)的彻底检测证实了该仪器在纺纱整理剂施加技术领域的革命性特征。AFN最有利的特点是对纤维束的张开/闭合作用、在陶瓷引导器(如果使用)上产生增加整理剂一致性的擦涂作用,和极其(与普通的施加器引导装置相比其增强整理剂一致性的作用为两倍)一致的施加整理剂的能力。
AFN可单独用作整理剂施加器喷嘴,或者作为增强整理剂一致性的附加设备。
本发明的实施方案由图1和图2说明,现在予以描述。纱线以纤维束形式进入AFN1。通过暂时的纤维束张力松弛并使纤维束经过纤维束入口狭缝2滑入AFN,而将纤维束置于AFN1中。当纱线材料柔韧或张力不大时,可不要求纤维束的张力松弛。当纤维束置于AFN中之后,可以调节纤维束的张力。通过进入纤维束入口3,经过纤维处理室5,然后经过纤维束出口4引出,纤维束以纵向方向穿过AFN。可以设置AFN的位置,使在适当张紧时,穿过AFN的通道大约位于纤维入口3、纤维处理室5和纤维出口4中心,这样纤维束不会与相应的通道表面摩擦。
纤维束入口狭缝2示于图2,其侧视截面构造成圆形,使纤维束能容易地从侧面进入AFN。纤维束入口狭缝2将AFN侧面纵向分开,然后转90°与纤维处理室5相连。纤维束入口狭缝2相应表面的整体边界是圆形的,这样可防止纱线损伤并可使纤维束更滑地进入AFN。纤维束入口3和纤维束出口4分别是从纤维处理室5张开成漏斗形。这种漏斗形状可优化纤维处理室5中所需的内部压力和边界层空气的控制。
如图3A所示,空气供应管装置20与供给AFN的外部压缩空气相连。压缩空气通风装置6从空气供应管装置20将压缩空气传输到一对与压缩空气通风装置6中心直径线方向相互平行的压缩空气传输孔7、8中,压缩空气通风装置6的中心直径线与前进的纱线纤维束平行并与之侧向偏移。如图2所示,压缩空气传输孔7、8也与纤维束垂直偏移。
整理剂供应管装置21将外部整理剂源与纤维润滑剂储料罐9相连,储料罐9被定位成,其纵向轴与压缩空气通风装置6的纵向轴大约成45°角。两个纤维润滑剂传输孔10、11位于从纤维润滑剂储料罐9到纤维处理室5延伸的平行轴的末端。在此,润滑剂传输孔10、11相互接近,其间有微小空间,润滑剂传输孔10、11位于一对压缩空气传输孔7、8之间的中心部位。这种相关的空气和整理剂孔的位置使AFN能将整理剂在纤维束的“张开”状态将其施加到纤维束上,并立即关闭前进纤维束的张开纤维,使施加的整理剂不会因为与边界空气层的再接触而脱落下来。喷嘴的喷射结构根据不同的整理剂类型、纤维种类/粗节状况组合的最佳参数(如纱线速度、空气压力、整理剂流速、温度等)而变化,以便于改善前进纱线上整理剂的一致性及其均匀的施加百分量。计量的整理剂供应优选高度准确的齿轮计量泵(未示出)。
本发明不仅限于多纤纱、单纤纱和组合纱线,其还可适用于所有施加整理剂的针织品、织物和工业用纱。尽管如此,因本发明不适用于纱束,所以织物纱线尺寸的上限还是有限制的。当为单纤纱(包括组合纱线)时,纱线的旦尼尔数约从10到6,000,其包含的纤维旦尼尔数约为0.1到1,000。单纤纱的旦尼尔数通常约为1.0到2,000。
应用本发明可使用的纱线包含全部人造和天然织物纱线系列。如织物纱线可有以下组分组成,尼龙6;尼龙66;聚酯(PET,PPT,PBT等);丙烯酸聚合物;聚乙烯;聚丙烯;可能为双组分(如PE/PP,PET/PE,PET/PP等);可能为弹性纱(包括斯潘德克斯);玻璃纤维;碳纤维;纤维素纤维和所谓的高级纱线品种,如凯夫拉尔、斯佩克特纶等。
同样,现在应用和将来发展的纱线整理剂可用于本发明的应用。现在应用的纱线整理剂有纯油、油/水和水/油乳液、悬浮液和溶液,这些都包括在本发明范围内。
众所周知,纱线整理剂的基本作用是,通过改进基础聚合物材料的表面特性来改进特殊人造纤维和纱线的摩擦系数和抗静电性能。在人造纤维生产过程中使用纺纱整理剂的三个主要目的如下提供控制的纤维与金属(纤维与陶瓷,或其它种类的接触)的摩擦和润滑性;在处理过程中提供必要的纤维与纤维间的摩擦力和/或粘结力,以维持纱线的完整;和通过快速消除产生的电荷防止静电积累,以提供所需的产品。
除了这些主要目的,根据最终要求,通过施加纤维或纱线的吸水剂或拒水剂,纺纱整理剂也能影响纤维和纱线的亲水性和疏水性。
纺纱整理剂通常包括润滑剂、抗静电剂、乳化剂和特殊添加剂。
润滑剂举例矿物油、植物油、动物油、脂肪酸酯、聚酯、氧乙烯氧丙烯共聚物、蓖麻油、甘油酯、有机硅。
乳化剂举例脂肪酸胺、脂肪酸盐、乙氧基醇醚、乙氧基烷基酚、乙氧基甘油酯、乙氧基山梨糖酯。
抗静电剂举例季铵化合物(“Quats”),磷酸酯、脂肪醇磷酸酯及其钾盐、脂肪醇聚氧乙烯磷酸酯及其钾盐。
虽然在此没有描述,AFN系统也可用于生产斯潘德克斯和其它类型的弹性纱线,以增加整理剂的一致性和均匀性。对于在此领域的技术人员来说,应用上面描述的系统是容易适应的。
发明带来的变化对于技术人员是很显然的。
一种改善施加纱线整理剂一致性的方法,该整理剂是施加到快速前进的、人造连续织物多纤纱的单纤维上,其包括对带有湿整理剂的前进纱线在纤维处理室(5)进行的喷气假捻,此时纱线处于张紧状态下,使多纤纱可快速张开和闭合,并通过纱线纤维在假捻器上的混合阻止纱线成形及假捻结合力的增加,其中所述纤维处理室(5)具有多个空气传输(7、8)和整理剂传输(10、11)孔通向喷嘴内低压区的腔室,其中应用的压力恰好等于或稍高于用在供应空气传输孔(7、8)压缩空气的压力,以实现向多个整理剂传输孔(10、11)供应整理剂。
改进的整理剂喷嘴系统制作方法
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