专利名称：高速纱线整理剂涂敷的制作方法相关申请的交叉引用本申请要求申请日为2000年9月19日，题为“覆盖整理剂的涂敷、方法、装置和产品”的临时申请流水号60/233681的优先权。本发明背景1.本发明领域本发明涉及用于向以大约3000米/分钟(m/min)的速度或高于该速度的速度高速运动的纱线涂敷整理剂的方法和装置，并且涉及由此生产的产品。2.相关技术的说明液体整理剂通常是水、油、聚合物、和表面活性剂的复杂的混合物，将该混合物涂在纱线上，以便获得包括润滑度和降低静电在内的所需要的可加工特征，改善最终的使用特征。对某些用途来说，如轮胎帘子线，要涂敷一种以上整理剂。涂敷第一种整理剂，是为了便于在纱线生产期间的牵伸操作。涂敷第二种整理剂或覆盖整理剂，是为了有利于在轮胎生产期间将纱线粘接在橡胶上。整理剂涂敷装置的作用是以均匀的速度向运动中的纱线涂敷整理剂，以便纱线的长丝被整理剂均匀地覆盖。通常纱线整理剂是通过让运动中的纱线丝条向前运动，在装有所需整理剂的液体容器中接触转动的“单面给液辊”表面进行涂敷的，或者通过涂敷头或喷雾装置涂敷。在本文中，“主动整理剂涂敷”表示使用诸如压力或喷射力的力将整理剂涂在纱线上的方法。可以通过压力喷射的冲击或在压力下完全浸没涂敷所述整理剂。主动整理剂涂敷与现有技术方法不同，现有技术的方法在本文中被称为被动涂敷，其中，以大约环境的压力将整理剂提供在辊或涂敷头上，在纱线从整理剂膜中通过时使纱线获得某些整理剂。在本文中，压力表示在整理剂-纱线界面上的、沿通过涂敷装置的纱线通道的最高压力。例如，现有的整理剂涂敷装置披露于以下文献中授予Kline等的美国专利US2294870；授予Walker的US3244142；授予Pierce的US3754530；授予Marshall等的US3988086；授予Louch等的US4325322；授予Binnersley的US4329750和U84397184；授予Strohmaier的US4526808；授予Mullins等的US4544579和US4565154；授予Rowan等的US4851172；授予Shah的US4891960；授予McCall的US4984440；授予Hodan的US5181400；授予Holzer，Jr等的US5679158和US6067928；授予Sadler等的美国法定发明登记号H153；和授予Henssler的DD122108。不过，当纱线运动速度提高到大约3000米/分钟或者更低时，使用所述装置会出现困难。在上述装置中，没有一种试图分离或阻止随纱线一起运动的空气边界层。运动的丝条会夹带丝条所经过的流体、空气或液体的边界层。流体边界层以在它表面运动的丝条的运动速度运动。H.Schlichting边界层理论，MgGraw Hill，纽约，1960对边界层的机制进行过最著名的分析，并且B.C.Sakiadis A.I.Ch.E.Journal，7(1，2&3，26-28，221-225，467-472(1961)对运动的连续表面作过分析。在空气中高速运动的丝条在与液体接触时，会在接触点产生剧烈的紊流，在该接触点处，与丝条一起运动的空气边界层会冲击所述液体。在通过常规单面给液辊和涂敷装置向高速运动的纱线涂敷液体整理剂时，空气边界层限制了涂在纱线上的整理剂的浓度，导致整理剂的获得量有很大变化，并且会导致在周围环境中喷洒过多的整理剂。例如，以下现有技术中业已尝试过解决上述问题，授予WilliamsJr.的US4253416，4255472，4255473；和授予D’Andolfo等的4675142和4855099。EP0195156A2披露了纺丝，并且通过喷洒喷头将整理剂涂在以大约4000米/分钟运动的纱线上。Williams Jr.所披露的技术试图改善所述空气边界层对整理剂涂敷的影响，而实际上又不中断所述空气边界层。所述技术定性披露了通过专利装置更均匀地涂敷整理剂，但是没有提供有关纱线上的整理剂浓度或整理剂均匀度方面的定量信息。
授予D’Andolfo等的美国专利4675142和4855099通过对置的喷头将整理剂涂在纱线上。在D’Andolfo等的技术中没有尝试在涂敷整理剂之前影响空气边界层。相反，来自纱线的喷洒过量的整理剂被收集在大的固定外壳中。在USP4675142中报导了涂在纱线上的整理剂的浓度高达1.36％的百分比，不过整理剂浓度相对平均值有15-35％的变化。
在不同领域，授予Gueggi等的US5624715；授予Kustermann的US6146690；和授予Hess的US6248407B1披露了将涂覆剂涂在运动的平面上的方法，包括中断随所述表面一起运动的空气边界层。
需要能够将整理剂均匀地、并且以足够高的浓度主动涂敷到以超过3000米/分钟的速度运动的一根或多根纱线上。对所述装置的其他要求是控制所述整理剂，并且防止喷洒和污染周围环境。对所述装置的另一个要求是小型、便携，并且易于安装在纤维生产线上的多个位点上。
在生产用于诸如轮胎和软管的在橡胶中应用的纱线时，必须涂敷一种覆盖整理剂，以便将纱线粘接在橡胶上。在纱线拉丝之后，在即将卷绕之前，涂敷覆盖整理剂似乎是一种常规做法。例如，参见US5562988。这种做法会导致潮湿纱线的卷绕，此时，整理剂可能聚集在一起，并且随后导致橡胶粘接的变化。需要一种整理剂涂敷装置，该装置可以安装在纱线拉丝板上加热的辊之间，以便能够在卷绕之前使覆盖整理剂干燥。
本发明概述本发明提供了将整理剂主动涂敷在以超过大约3000米/分钟的速度运动的一根或多根纱线上的方法和装置，以便获得0.2wt.％或更高的整理剂涂敷量，并且整理剂浓度的变化系数为10％或更低。所述装置是紧凑的、便携的，并且便于安装在纤维生产线上的多个位点上。本发明的装置装有所述整理剂，因此能避免污染周围环境。
可以将所述装置用于向位于加热的导丝轮之间的运动的纱线提供覆盖整理剂。所提供的热量可用于干燥纱线，并用于促进整理剂中的固化反应和纱线与整理剂化合物之间的反应。在本文中，“固化”表示可以通过加热加速的任何反应。非限定性例子包括交联反应和聚合反应。所述固化反应可用于改善纱线的特性。所述改善了的特性的非限定性例子包括与橡胶的粘接，抗疲劳性和附着力。
在一种实施方案中，本发明是一种用于将液体整理剂涂在以超过3000米/分钟的速度运动的一根或多根运动的纱线上的方法，该方法包括以下步骤a)让所述纱线进入整理剂涂敷装置，同时基本上阻止随所述纱线一起运动的空气边界层进入所述整理剂涂敷装置；b)在加压条件下让所述纱线与液体整理剂接触；c)将多余的整理剂基本上与所述纱线分离；和d)使所述纱线离开所述涂敷装置。
在另一种实施方案中，本发明是一种用于将液体整理剂涂在以超过3000米/分钟的速度运动的一根或多根运动的纱线上的方法，该方法包括以下步骤a)让一根或多根运动的纱线进入整理剂涂敷装置；b)基本上阻止并分离与每一根纱线一起运动的空气边界层，并将它排出到所述整理剂涂敷装置外面；c)在加压条件下让所述纱线与液体整理剂接触；d)将多余的整理剂基本上与所述纱线分离；和d)使所述纱线离开所述涂敷装置。
本发明还包括一种纱线生产方法，包括以下步骤在位于拉丝板上加热的辊之间的位置上，将液体整理剂涂敷到以超过大约3000米/分钟的速度运动的一根或多根纱线上；在所述辊之间干燥所述整理剂；和在卷绕器上收集干燥的拉伸纱线。
本发明还包括用于上述方法的装置，在被称为“浸泡涂敷装置”的一种实施方案中，本发明是一种用于将液体整理剂涂敷到一根或多根高速运动的纱线上的装置，包括一个基本上为盒子状的装置，该装置具有纱线入口，所述入口收缩至能显著阻止由每一根纱线所夹带的空气边界层进入。在该装置内部沿纱线通道将其划分成两个或两个以上腔室，这些腔室通过收缩的通道连接。在所述至少一个腔室中，所述纱线在加压条件下接触整理剂液体。多余的整理剂液体被留在一个或多个后续腔室中，并且从所述腔室中流出。
在被称为“槽式涂敷装置”的另一种实施方案中，本发明是一种将液体整理剂涂敷到一种或多种高速运动的纱线上，使用一种基本上为箱子状的装置，该装置具有纱线入口，和位于所述纱线入口后面的通道，用于将所述空气边界层导向并排放到该装置的侧面。在该装置内，有一个或多个整理剂液体的高压射流冲击在一个通道中运动的纱线。多余的整理剂液体被截留在一个或多个下游的内部腔室中，并且从这些腔室中流出。
本发明还包括用这种方法生产的整理过的纱线产品。提供了一种具有覆盖整理剂的具有改善了的整理剂均匀度的纱线，所述覆盖整理剂是在第一次卷绕作业之前主动涂敷的，并且在拉丝机上干燥。本发明的纱线产品可用于纺织和休闲纤维用途，并且用于工业纤维用途，如轮胎。
附图的简要说明在附图中

图1表示被称为“浸泡涂敷装置”的本发明的第一种整理剂涂敷装置的剖视图；图2表示被称为“槽式涂敷装置”的本发明的第二种整理剂涂敷装置的剖视图；图3表示现有技术的拉丝板，具有位于拉丝辊之后和卷绕装置之前的现有技术的整理剂涂敷装置；图4表示具有位于最后一对拉丝辊之前的本发明的覆盖整理剂涂敷装置的拉丝板；和图5表示与图4相同的拉丝板，具有本发明的覆盖整理剂涂敷装置和安装在一个通风盒中的相邻的拉丝辊。
本发明的详细说明在将要结合对纱线的处理对本发明进行说明时，应当理解的是本发明可用于处理单根长丝或长丝束，任何类型的纱线，绳或线。类似地，在本发明将以整理剂形式进行说明时，应当理解的是，本发明可用于用多种处理剂处理纱线，例如，各种类型的涂覆剂，染料和化学处理剂。
本发明提供了将整理剂和/或覆盖整理剂主动涂敷在以超过大约3000米/分钟的速度运动的一根或多根纱线上的方法和装置，以便使所述纱线上获得0.2wt.％或更高的整理剂涂敷量，并且整理剂浓度的变化系数为10％或更低。在本说明书中，整理剂浓度是以整理剂重量除以整理剂重量与纱线重量之和形式表达的。所述方法和装置还适合在一根或多根纱线上获得0.2wt.％或更高的整理剂涂敷量，整理剂浓度的变化系数为10％或更低，纱线运动速度超过大约5000米/分钟，和超过大约8000米/分钟。
在第一种实施方案中，本发明是一种用于将液体整理剂涂敷在一根或多根以超过3000米/分钟的速度运动的纱线上的方法，该方法包括以下步骤让所述纱线进入整理剂涂敷装置，同时基本上阻止随所述纱线一起运动的空气边界层进入所述整理剂涂敷装置；在加压条件下让所述纱线与液体整理剂接触；基本上使多余的整理剂与所述纱线分离；和使所述纱线离开所述涂敷装置。
对于本发明的每一种实施方案来说，整理剂/纱线界面上的压力是使用被称为CFDesign的软件进行有限元分析获得的，该软件是从Blueridge Numerics Inc.Charlottesville，VA获得的。对于本发明来说，所述分析是以一种液体的一种流动相为基础的，所述液体的粘度和密度仅取决于温度。
在实施所述第一种实施方案时，用大体上为箱子状的装置将液体整理剂涂敷在一根或多根高速运动的纱线上，所述装置具有纱线入口，该入口收缩至能基本上阻止由每一根纱线所夹带的空气边界层进入。在该装置的内部沿纱线通道划分成两个或两个以上腔室，通过收缩的通道连接。所述腔室中的至少一个能有效提供液体整理剂。所述纱线在加压条件下与所述整理剂液体接触。多余的整理剂液体被截留在一个或多个随后的腔室中，并且从这些腔室中流出。
更具体地讲，在这种实施方案中，本发明是一种用于将液体整理剂涂敷在以超过3000米/分钟的速度运动的纱线上的方法，该方法如下·让一根或多根运动的纱线通过收缩的纱线入口进入涂敷装置的第一个腔室，所述入口基本上能阻止由每一根纱线所夹带的空气边界层。
·让纱线从所述第一个腔室经收缩的纱线通道进入第二个和后续的腔室，所述腔室是通过收缩的纱线通道连接的。
·将液体整理剂从外部源有效输送到每一根纱线所通过的至少一个腔室。
·在加压条件下让每一根纱线接触所述液体整理剂。
·在所述至少一个腔室中使多余的整理剂液体基本上与每一根纱线分离。
·让多余的液体整理剂流入一个外部容器中。
·让所述纱线通过出口离开涂敷装置的最后一个腔室。
在本说明书中，压力表示沿通过所述装置的纱线通道的整理剂-纱线界面上的最大压力。所述最大压力期望局限在收缩的纱线通道附近(参见下文)。
所述液体整理剂优选以至少大约10psi(68.9kPa)的压力接触所述纱线。所述液体整理剂更优选以至少大约20psi(138kPa)的压力接触所述纱线。所述液体整理剂最优选以至少大约40psi(276kPa)的压力接触所述纱线。
所述液体整理剂优选是使用泵连续输送的。提高向涂敷装置输送整理剂的速度，会导致在特定纱线运动速度下，涂在纱线上的整理剂的增加。通过对所述装置进行校正，可以容易发现将特定数量的整理剂涂敷在以特定速度运动的纱线上所需要的整理剂输送速度，以及对于特定涂敷装置尺寸所需要的整理剂输送速度。
涂敷在通过所述涂敷装置运动的纱线上的整理剂用量优选为大约0.2-大约5wt.％，变化系数(COV)低于大约10％。更优选整理剂的涂敷量为大约0.4-大约4wt.％，COV低于大约10％。更优选整理剂的涂敷量为大约0.5-大约2wt.％，COV低于大约10％。
本发明包括可以实施上述方法的装置。在图1中示出了它的一部分的、被称为“浸泡涂敷装置”的实施方案中，本发明是一种用于将整理剂液体涂敷到一根或多根高速运动的纱线上的涂敷装置。该涂敷装置具有一个顶部50，和一个匹配的底部60，所述底部的外表面与所述顶部密封在一起。这种密封可以通过将所述顶部和底部进行机械加工成紧公差而实现。不过，优选将诸如密封垫或密封圈的装置放置在所述顶部和底部之间，以避免在其匹配的表面上发生外部泄露。
在所述底部的正表面具有用于每一根纱线的纱线入口5，并且在其后面具有用于每一根纱线的出口7。所述纱线入口收缩成能基本上阻止由每一根纱线所夹带的空气边界层。
所述底部具有一个或多个内壁，将所述底部划分成两个或两个以上连续的腔室40，所述底部的每一个内壁具有收缩的纱线通道6，分别用于每一根纱线，这些通道连接前后腔室。所述收缩的纱线通道还起着纱线导向的作用，并且可以是由不同于周围地板材料的诸如陶瓷的材料制成的插入部件。所述通道在它们与所述底部的上表面相交处是开口的，以便于纱线的穿入。在操纵所述整理剂涂敷装置时，所述通道的顶部由所速顶部的下表面密封。
所述底部上的至少一个腔室通过整理剂液体输送导管11与整理剂液体的外部源连通，以便能够从纱线通道下面输送液体。所述底部上的至少一个腔室与一个外部出口20连通。
所述顶部具有一个或多个内壁，将所述顶部划分成数量和位置与所述底部上的匹配腔室相当的连续的腔室70。所述顶部上的至少一个腔室与整理剂液体的外部源10连通。
通过协调紧凑性的需要和操作的灵活性，选择所述顶部和底部中腔室的尺寸。所述腔室在纱线运动方向上的长度越大，就能进行较高水平的整理剂涂敷，或以更高的纱线运动速度涂敷，但是紧凑性较差。所述腔室在纱线运动方向上的长度优选在大约1-大约10厘米，更优选在大约1.25-7厘米。所述腔室的宽度优选在大约0.2-2厘米。所述腔室的深度优选为大约1-大约7厘米。
优选将整理剂液体输送给两个或两个以上连续的腔室，并且在两个或两个以上连续的腔室中使多余的整理剂液体与所述纱线分离。
还有用于将所述顶部的下表面和所述底部的上表面以匹配的和密封的状态保持在一起的装置(未示出)。
优选通过铰接装置将所述顶部和所述底部的一个侧面连接在一起。优选通过快速开启的夹紧装置将所述顶部和所述底部的另一个侧面连接在一起。所述整理剂涂敷装置能够快速便捷地打开，以便纱线能沿着所述底部穿入，并且快速和便捷地关闭并投入使用。
业已生产出了具有这种设计的两纱线端涂敷装置。
本发明的工作原理不受任何特定理论的约束，人们相信纱线入口5的收缩和腔室之间的收缩的纱线通道6是该装置的必要特征。所述纱线入口的收缩基本上能阻止所述纱线周围的空气边界层进入该装置。由此减少了空气对纱线和整理剂在所述腔室中接触的干扰。在腔室中与液体整理剂接触的高速运动的纱线夹带了一种液体边界层。收缩的纱线通道表面对高速液体边界层的阻挡将动能转化成压头。有限元模拟表明，腔室之间的纱线通道的收缩能够在纱线通道入口处和纱线通道内在液体整理剂和纱线之间产生高的局部接触压力。预计，由此产生的接触压力远远高于该装置入口10，11处的液体整理剂压力，并且作为对所述压力的补充。
进入并通过所述装置的纱线通道的横截面5，6，7可以是圆形的，椭圆形的，矩形的或某种更复杂的形状。所述纱线入口5优选在纱线运动方向上具有稳定的尺寸。所述装置内的纱线通道6可以是直的，锥形的或变化的。纱线入口5和纱线通道6是这样收缩的，使得其大小不超过有效纱线直径的大约10倍。更优选，所述纱线入口5和纱线通道6是这样收缩的，使得其大小不超过有效纱线直径的大约6倍。有效纱线直径是通过以下关系式获得的ED=1.334d9×105πρ]]>其中ED是有效纱线直径，cmd是纱线细度ρ是组成纱线长丝的聚合物的密度(对于聚对苯二甲酸乙二醇酯来说，为1.39克/立方厘米)同样优选的是，所述纱线入口5的尺寸收缩成能阻止由每一根纱线所夹带的空气边界层的至少大约75％的横截面积。对于本发明来说，空气边界层的横截面积是通过B.C.Sakiadis A.I.Ch.E.Journal，7(3)，467-472(1961)的公式(26)-(31)计算的。用这种方法计算的空气边界层的厚度，被认为是实际空气边界层尺寸的最低限度(最保守的估计)。
空气边界层的尺寸取决于纱线细度，纱线速度和纱线距离所通过最后的固体表面的沿纱线的距离。表1表示通过上述Sakiadis关系式计算出的细度为50-3000旦、纱线速度为3000-10000米/分钟，距离最后的固体表面的距离为0.2和0.81米的聚对苯二甲酸乙二醇酯空气边界层厚度。在表1中还示出了由横截面积为0.0335平方厘米的涂敷装置纱线入口阻止的空气边界层横截面积百分比，并且该涂敷装置纱线入口没有超过所述边界层厚度的尺寸。
表1δ1纱线细度纱线速度沿纱线边界层厚度阻挡的(旦) 米/分 的距离cm 边界层％(M)5030000.20.233815030000.183 0.446955054000.20.218785054000.813 0.417945010000 0.20.203755010000 0.813 0.38893100 30000.20.28986100 30000.183 0.51796100 54000.20.25184100 54000.813 0.48396100 10000 0.20.23481100 10000 0.813 0.45095300 30000.20.33891300 30000.813 0.65298300 54000.20.31390300 54000.813 0.60897300 10000 0.20.29188300 10000 0.813 0.587971000 30000.20.426951000 30000.813 0.837991000 54000.20.386941000 54000.813 0.781981000 10000 0.20.366931000 10000 0.813 0.726983000 30000.20.522973000 30000.813 1.045993000 54000.20.484963000 54000.813 0.974993000 10000 0.20.477953000 10000 0.813 0.90499
从表1中可以看出，对于纱线细度、速度和距离的所有上述组合来说，当涂敷装置纱线入口的横截面积为0.0335平方厘米时，随纱线一起运动的空气边界层横截面积的至少75％被阻挡。每一个纱线入口的横截面积和每一个纱线通道的横截面积优选不超过大约0.0335平方厘米。
在另一种实施方案中，本发明是一种用于将液体整理剂涂在一根或多根高速运动的纱线上的方法，该方法包括以下步骤让一根或多根高速运动的纱线进入整理剂涂敷装置；基本上阻止并且分离随每一根纱线一起运动的空气边界层，并且将其排放到所述整理剂涂敷装置外部。
在加压条件下让所述纱线与液体整理剂接触；使多余的整理剂基本上与所述纱线分离；和让所述纱线离开所述涂敷装置。
在本实施方案的一种实施形式中，本发明是一种用于使用基本上为箱子状的装置将整理剂液体涂敷到一根或多根高速运动的纱线上的方法，所述箱子状装置具有纱线入口和位于纱线入口后面的导管，以便将空气边界层转向并排放到该装置的侧面。在该装置中，由一个或多个高压整理剂液体射流喷射在通道中运动的纱线上。由一个或多个内部下游腔室截留并排除多余的整理剂液体。
更具体地讲，在本实施形式中，本发明是一种用于将液体整理剂涂敷在高速运动的纱线上的方法，该方法如下·让一根或多根运动的纱线进入涂敷装置，·让每一根纱线通过所述涂敷装置内的一个收缩的通道，该通道基本上能阻止由所述纱线所夹带的空气边界层。
·将由每一根纱线所夹带的空气边界层排放到所述涂敷装置外部。
·将来自一个外部源的加压输送的一个或多个整理剂液体射流喷射在所述涂敷装置内部的每一根纱线上。
·让每一根纱线进入一个或多个连续的腔室中，其中，让多余的液体整理剂基本上与所述纱线分离。
·将多余的液体整理剂液体从所述腔室中排放到外部容器中。
·让所述纱线离开所述涂敷装置的最后一个腔室。
所述液体整理剂优选以至少大约10psi(68.9kPa)的压力接触所述纱线。所述液体整理剂更优选以至少大约20psi(138kPa)的压力接触所述纱线。所述液体整理剂最优选以至少大约40psi(276kPa)的压力接触所述纱线。
涂敷在通过所述涂敷装置运动的纱线上的整理剂涂敷量优选为大约0.2-大约5wt.％，变化系数(COV)低于大约10％。更优选整理剂的涂敷量为大约0.4-大约4wt.％，COV低于大约10％。更优选整理剂的涂敷量为大约0.5-大约2wt.％，COV低于大约10％。
所述空气边界层向该装置外部的排放可选择地借助于施加来自由诸如真空泵或抽气机的装置所产生的外部真空的吸力实现。
本发明包括可以实施上述方法的装置。在图2中示出了它的一部分的、被称为“槽式涂敷装置”的实施方案，本发明是一种用于将整理剂液体涂敷到一根或多根高速运动的纱线上的涂敷装置。该涂敷装置具有一个顶部50，和一个匹配的底部60，所述底部与所述顶部密封在一起。这种密封可以通过将所述顶部和底部进行机械加工成紧公差而实现。不过，优选将诸如密封垫或密封圈的单独的密封装置放置在所述顶部和底部之间，以避免在其匹配的表面上发生外部泄露。
在所述顶部的下表面上具有槽状的通道，每一个通道用于一根纱线，所述通道从所述顶部的正面延伸到距离所述顶部后面的中间位置。在所述底部的上表面具有槽状的通道，每一个通道用于一根纱线，所述通道从所述底部的正面延伸到距离所述底部后面的中间位置。所述底部上面的槽状通道与匹配的所述顶部下表面上的槽状通道对齐。纱线进入孔5是由所述对齐了的顶部和底部上的槽状通道及其相应的正表面相互结合构成的。
在所述顶部和底部上的槽状通道的宽度并不重要。为了紧凑，所述通道的宽度优选为待处理纱线的有效直径的大约3-20倍。所述通道的深度优选为待处理纱线有效直径的1.5-10倍。
所述顶部上的空气边界层转向导管15连通每一个槽状通道和所述顶部的上表面。所述底部上的空气边界层转向导管16连通每一个槽状通道和所述顶部的下表面。所述顶部和所述底部上的每一个空气边界层转向导管在所述顶部和底部相应的正表面附近与其相应的槽状通道相交，并且与相应的槽状通道形成大约10-大约50度的锐角，所述锐角向外、向后展开。
在每一个槽状通道尺寸上的第一个收缩部分30位于空气边界层转向导管与所述槽状通道相交点的后面，并靠近该相交点。所述第一个收缩部分的尺寸是关键的(参见下文)。
由一个或多个液体输送导管10在每一个槽状通道和整理剂液体的外部压力源之间连通。所述液体输送导管位于每一个槽状通道的尺寸上的第一个收缩部分之后。每一个液体输送导管在它与相应的槽状通道的相交点上的末端是收缩的，以便形成喷头。每一个液体输送导管与其相应的槽状通道的相交点上的末端还在其相应的通道上形成第二个、随后的收缩部分8。
所述底部具有大多数向后液体输送导管的后部，由一个或多个内部壁板形成两个或两个以上腔室70。所述腔室与外部出口20连通。
所述腔室的尺寸并不重要。为了紧凑，所述腔室在纱线运动方向上的长度优选为大约1-大约10厘米，更优选为大约1.25-7厘米。所述腔室的宽度优选为大约0.2-2厘米。所述腔室的深度优选为大约1-大约7厘米。多余的整理剂优选在两个或两个以上连续腔室中与所述纱线分离。
在所述底部的后面具有用于每一根纱线的出口孔7。
提供用于将所述顶部和底部以密封和匹配形式保持在一起的装置(未示出)。优选通过铰接装置将所述顶部和所述底部的一个侧面连接在一起，并且通过快速开启的夹紧装置连接其另一个侧面。
所述槽状通道上的第一个收缩部分30的尺寸是这样的，它能阻止由每一根纱线所夹带的空气边界层的横截面积的至少大约75％。所述第一个收缩部分的横截面积优选低于大约0.0335平方厘米。所述槽状通道中的第二个和随后的收缩部分8的横截面积优选不超过第一个收缩部分的横截面积的大约5倍。
在所述槽状通道中的第一个收缩部分30和随后的收缩部分8以及所述空气边界层转向导管15和16被认为是所述装置的必要特征。所述第一个收缩部分基本上能阻止随纱线一起运动的空气边界层。所述空气边界层转向导管在纱线接触整理剂之前，将所夹带的空气排放到该装置外部。有限元模拟表明，所述槽状通道的随后的收缩部分能在收缩通道入口处，以及在收缩通道内的入口处的液体整理剂和纱线之间产生高的接触压力。预计所述压力远远高于位于该装置入口10处的液体整理剂压力，并且作为对所述压力的补充。
业已生产出了具有这种设计的一个纱线端涂敷装置。
优选将本发明的整理剂涂敷装置直接用在与纺丝工艺连接的拉丝板上。在图3中示出了一种典型的现有技术四区拉丝板。在纺丝之后(未示出)纱线端49接触第一个整理剂单面给液辊71，由该单面给液辊在所述纱线上涂敷第一种整理剂，有助于纱线的可加工性和可拉伸性。所述纱线端随后依次进入从动辊51和跨轮53和从动辊对55和57之间的第一拉丝区；进入拉丝辅助装置73，如蒸汽喷头；进入位于辊对55和57和59和61之间的第二拉丝区；并且进入第三和第四个拉丝区，分别使用加热的辊对63和65以及67和69。纱线端49然后接触覆盖整理剂涂敷装置75，该装置可能类似于披露于US4268550中的装置，并且将所速纱线供给卷绕装置(未示出)。
本发明解决了现有拉丝板的若干难题。首先，现有的覆盖整理剂涂敷装置在大约3000米/分钟和高于该速度的纱线运动速度下不能获得必须的整理剂浓度和均匀度。这限制了加工生产性能。其次，现有整理剂涂敷装置在该装置附近产生整理剂的喷洒，由此产生了安全和环境问题。第三，当所述覆盖整理剂涂敷到在水平面上运动的纱线上而不是在垂直平面上运动的纱线上时，所述喷洒问题就更为严重。这制约了在传统拉丝板上在加热的拉丝辊之间涂敷覆盖整理剂的能力，并因此在纱线达到卷绕装置之前干燥并固化整理剂。采用图中所示出结构的现有整理剂涂敷装置，纱线上的整理剂在纱线到达卷绕装置时仍然是潮湿的。上述困难彼此加强，所产生的总的困难大于各部分之和。
相反，本发明的整理剂装置可安装在拉丝板上，其中，如图4所示，所述纱线在加热的拉丝辊之间的水平平面上运动。所述拉丝板可以是四区或五区拉丝板。在每种结构中，本发明的整理剂装置都优选位于最后一个拉伸区内。在图4中示出了与图3所示相同的四区拉丝板。在图3和4中的部件编号是对应的。不过，在图4中业已去掉了现有技术的覆盖整理剂涂敷装置，并且将本发明的整理剂装置安装在加热的辊对63和65和67和69之间。本发明的整理剂涂敷装置具有在纱线上涂敷覆盖整理剂至所需整理剂浓度和均匀度的能力，并且很少或没有喷洒。同样重要的是，现在在纱线上的整理剂可以干燥并且固化，以便改善纱线的在线性能。
本发明包括一种纱线整理方法，包括以下步骤在拉丝板上的加热的辊之间的位置上将液体整理剂涂敷在一根或多根以超过大约3000米/分钟的速度运动的纱线上；在通过所述辊期间使所述整理剂干燥；和用卷绕装置收集干燥的拉伸纱线。
应当指出的是，由于某些覆盖整理剂可能含有在加热的拉伸辊上挥发的有害物质，有必要从工作场所清除所述挥发性物质。这一目的可以通过在最后一个拉伸区上方安装排风罩而实现，或者如图5所示，可选择在最后一个拉伸区周围安装通风外壳79实现。
本发明还包括通过所述方法制备的具有覆盖整理剂的纱线制品，包括以下步骤a)在加热辊之间的位置上，主动将覆盖整理剂涂敷在以超过3000米/分钟的速度运动的纱线上，浓度为大约0.2-大约5wt.％，浓度的变化系数为10％或更低；b)在从所述加热辊上通过期间干燥所述覆盖整理剂。
适用于本发明的纱线包括涂敷了整理剂的任何纱线，包括由聚酰胺、聚酯、聚烯烃、聚芳酰胺和聚苯并噁唑。具体的聚酰胺包括尼龙6和尼龙-6，6。具体的聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸三甲酯和聚萘二甲酸乙酯。具体的聚烯烃包括聚乙烯和聚丙烯。具体的聚芳酰胺包括邻-、间-、和对-聚对苯二甲酰胺苯酯。具体的聚苯并噁唑包括聚苯并噁唑和聚苯并噻唑。
长丝可以具有圆形或其他截面形状。
纱线上的整理剂(FOY)通常是通过NMR(核磁共振)测定的，事先根据公知标准进行校正。在本文中，FOY是“总整理剂”，并且表示纱线上的第一种整理剂和任何覆盖整理剂的总和。
NMR能进行快速分析，但是它不是主要方法。为所使用的每一种纺丝整理剂和覆盖整理剂系统准备主要标准。通过以下方法测定所述标准的FOY值包括用已知的所述整理剂的良好溶剂提取所述整理剂(例如，环己烷，甲醇)，并且在蒸发所述溶剂之后测定提取物的重量。NMR测定结果与所述提取数据相关。
用NMR测定FOY的方法如下对纱线样品进行称重(大约2克)，放入玻璃试管中，并且插入到NMR腔，强磁场会导致所述整理剂的油性部分中的质子(氢原子)成线性排列。然后在所述共振频率上施加一个辐射频率脉冲，以便产生被称为自由诱导衰变的信号。该信号的大小与整理剂中质子的数量成正比，并且与它的浓度成正比。保留校正标准，并用于每天检测校正的稳定性。
以与标准相同的方法测定未知样品。将大约2克样品放入玻璃试管中，并且测定NMR信号。由于通过这种方式了解了NMR信号和FOY之间的关系，通过软件计算FOY，并且由仪器显示。当覆盖整理剂含有硅时，还可以通过X射线荧光(XRF)分析。例如，所述覆盖整理剂披露于US4617236和4397985中，所述专利被以与本文可相容的程度收作本文参考。同样XRF方法不是主要方法，并且，必须用通过提取分析的标准样品进行校正。不过，由于XRF方法对硅成分的灵敏性，可将其用于测定覆盖整理剂的浓度，这种测定独立于润滑纺丝整理剂的浓度。
下面所提供的实施例可以更全面地理解本发明。所提供的用于说明本发明原理的特定技术、条件、材料、比例和所报导的数据是举例性质的，而不应当被认为是对本发明范围的限定。
实施例比较实施例1在图3所示的拉丝板上对250长丝聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纱线进行拉伸。用直径为5.5英寸(14厘米)的部分浸泡在纺丝整理剂溶液中的旋转陶瓷单面给液辊将纺丝整理剂涂敷在所述纱线上。所述纺丝整理剂单面给液辊位于所述拉丝板的入口处，位于图3中用符号(71)所标明的位置上。所述整理剂辊的速度为13RPM。
在上述条件下收集一包纱线，然后再与用来每隔500米测定FOY的纱线样品卷绕在一起。FOY的17次测定的平均值为0.354wt.％。
用上述相同方法对200根长丝的PET纱线进行拉伸。大约每隔500米长的纱线的14次FOY测定的平均值为0.386wt.％。
比较实施例2和例1和例2进行一种实验，以便比较在大约5400米/分钟的纱线运动速度下在拉丝板上的覆盖整理剂涂敷情况，采用以下装置a)在比较实施例2中，采用类似于在US4268550中所披露的现有涂敷装置；b)在例1中采用本发明的“浸泡涂敷装置”(图1)，该装置具有一个液体输送腔室，该腔室在纱线运动方向上的长度为3.95英寸(10.03厘米)；c)在例2中，采用本发明的“槽式涂敷装置”(图2)。
在每一种情况下的纱线都是300-长丝的PET。通过单面给液辊涂敷装置(在图3和4中的71号位置上)将大约0.3 86wt.％的纺丝整理剂在拉丝板入口处涂敷到以大约2800米/分钟的速度运动的每一根纱线上。
通过上述每一种装置将覆盖整理剂涂敷到所述纱线上。覆盖整理剂配方类似于US4617236中所披露的整理剂配方，它在室温下的粘度为4.8厘斯，密度为0.98克/立方厘米。在每一种情况下，所述纱线通过覆盖整理剂涂敷装置时的速度为大约5400米/分钟。在每一个覆盖整理剂涂敷装置上的纱线细度为大约1000旦。
比较实施例2现有整理剂涂敷装置位于拉丝板之后，位于卷绕装置之前，在图3中由75所标明的位置上。在所述整理剂涂敷装置上会产生很高程度的整理剂向周围环境中的喷洒。纱线上总的整理剂(FOY)平均为0.465wt.％。因此，在5400米/分钟的速度下，由现有涂敷装置涂敷的覆盖整理剂仅为大约0.465-0.386＝0.079wt.％。
应当指出的是，现有涂敷装置的喷洒程度，妨碍了它在最后拉伸阶段的位置的安装。由该装置产生的整理剂喷洒会堆积在拉伸辊上，并最终导致纱线缺线或断裂。还应当指出的是，通过将现有整理剂涂敷装置安装在最后拉伸阶段之后，到达卷绕装置的纱线是潮湿的，它具有未固化的覆盖整理剂。潮湿的覆盖整理剂聚集在纱线与卷绕包装接触的地方，导致在整理剂覆盖中还会产生进一步的非均匀性。
例1和例2本发明的整理剂涂敷装置安装在图4中用77标明的位置上，它位于最后拉伸阶段的加热的辊对之间。从标明为65的辊到本发明整理剂涂敷装置入口处的距离为32英寸(0.813米)。
纱线入口(图1，纱线入口5)的横截面积和“浸泡涂敷装置”的收缩的通道的面积(图1，收缩的纱线通道6)为0.0335平方厘米。纱线入口孔的尺寸不超过纱线有效直径的5.5倍。在“槽状涂敷装置”中，所述通道中的第一收缩部分(图2，第一收缩部分30)为0.0116平方厘米。所述通道中随后的收缩部分的横截面积为0.0503平方厘米，或大约为所述第一收缩部分横截面积的4.3倍。
由本发明的每一个整理剂涂敷装置所阻止的空气边界层横截面积的百分比至少为98％。通过有限元模拟，估算出在本发明的每一个整理剂涂敷装置中的纱线-整理剂接触压力超过40psi(276kPa)。
通过具有变速驱动装置的正位移齿轮泵将整理剂从容器中输送到本发明的每一个整理剂涂敷装置中。向所述涂敷装置输送整理剂的速度是可变的，并且如表2所示。多余的整理剂在涂敷装置中与纱线分离，排出，并且送回到容器中被重新利用。
涂敷在所述纱线上的覆盖整理剂和FOY(纺丝整理剂加上覆盖整理剂)在表2中示出。在任何整理剂水平上都少有(如果有的话)整理剂喷洒到环境中。
表2
本发明的例1和例2表明，在5400米/分钟的纱线运动速度下，本发明的主动式整理剂涂敷装置能提供大约5.2％的整理剂涂敷量，并且FOY水平高达大约5.6wt.％。将例1和例2的FOY数据与比较实施例2的数据进行比较表明，在5400米/分钟的纱线速度下，本发明的主动式整理剂涂敷装置与现有技术的单面给液辊相比，能提供明显更高水平的FOY，并且不会出现向环境中的喷洒。预计，通过本发明的方法和装置可以在超过5000米/分钟的速度下，并且可以在超过8000米/分钟或高于9000米/分钟的速度下，以6wt.％或更高的整理剂用量进行涂敷。
因此，与比较实施例2不同，本发明的整理剂涂敷装置可以方便地安装在最后拉伸阶段。纱线产品在通过最后的加热辊装置之后是干燥的。这是本发明方法的一个实质性优点，并且是由此生产的纱线的新的特征。
以上数据还表明，由本发明涂敷装置进行的整理剂涂敷，可以通过整理剂输送速度加以控制。
例3使用类似于例1中所披露的“浸泡涂敷装置”，以5400米/分钟的速度在250长丝、1000旦PET纱线上涂敷覆盖整理剂，不过该装置具有两个液体输送室，它在纱线运动方向上的总长度为1.5英寸(3.81厘米)。所述纱线入口(图1，纱线入口5)的横截面积和“浸泡涂敷装置”的收缩的通道的面积(图2，收缩的纱线通道6)为0.0335平方厘米。纱线入口的尺寸不超过纱线有效直径的5.5倍。被阻止进入整理剂涂敷装置的空气边界层的横截面积百分比为至少98％。通过有限元数值模拟估算的纱线-整理剂接触压力超过40psi(276kPa)。
大约0.386wt.％的纺丝整理剂是在拉丝板入口处通过单面给液辊涂敷装置以大约2800米/分钟的速度涂敷的。“浸泡涂敷装置”在加热的导丝轮之间的定位如例1中所述。向涂敷装置输送覆盖整理剂的速度为大约250毫升/分钟。覆盖整理剂的配方类似于US617236中所披露的配方，它在室温下的粘度为4.8厘斯，密度为0.98克/立方厘米。
当纱线离开最后的加热导丝轮时是干燥的。收集纱线包，然后再与用于每隔500米测定FOY的纱线样品一起卷绕。所述测定结果在下面的表3中示出。
表3
通过FOY和纺丝整理剂之间的差计算的涂敷的覆盖整理剂大约为1.3wt.％-0.386wt.％＝0.92wt.％。
例3的数据表明，使用本发明的整理剂涂敷装置和方法可以制备具有大约0.9wt.％的覆盖整理剂和高于1wt.％的FOY的纱线，这种纱线的均匀度(COY)低于10％。
例4用例3中所披露的“浸泡涂敷装置”和覆盖整理剂以3000米/分钟的速度对250长丝、1000旦PET纱线进行覆盖整理剂涂敷。被阻止进入整理剂涂敷装置的空气边界层横截面积百分比至少为99％。根据有限元数据模拟的纱线-整理剂接触压力超过10psi(68.9kPa)。
在拉丝板入口处由单面给液辊涂敷装置以大约1550米/分钟的速度涂敷的纺丝整理剂大约0.4wt.％。“浸泡涂敷装置”在加热的导丝轮之间的位置和方法如例3中所述。向所述涂敷装置输送整理剂的速度大约为250毫升/分钟。
涂敷在纱线上的覆盖整理剂大约为0.7wt.％，COV大约为8％。FOY大约为1.1wt.％。当所述纱线离开最后的加热导丝轮时是干燥的。
例5用例3中的“浸泡涂敷装置”和覆盖整理剂以5400米/分钟的速度对250长丝、1000旦PET纱线进行覆盖整理剂涂敷。“浸泡涂敷装置”在加热导丝轮之间的位置和方法如例3中所述。被阻止进入整理剂涂敷装置的空气边界层截面的百分比为至少98％。根据有限元数据模拟估算的纱线-整理剂接触压力超过40psi(276kPa)。
在拉丝板入口处由单面给液辊涂敷装置以大约2800米/分钟的速度涂敷的纺丝整理剂大约0.40wt.％。向所述涂敷装置输送整理剂的速度大约为165毫升/分钟。覆盖整理剂的组分与例3相同。
当纱线离开最后的加热导丝轮时是干燥的。收集纱线包，然后再与两个纱线样品一起卷绕，(被标记为“A”和“B”)，所述样品的采集点与每隔500米重复测定FOY时的样品采集点相同。该测定的结果在下面的表IV中示出。
表IV
对表IV中的数据进行的方差分析表明，在同一位置上的任意两个样品之间的FOY测定的标准误差为0.079％FOY。通过本发明的装置涂敷的覆盖整理剂在纱线上的FOY方差大体上与测定相同。
所涂敷的覆盖整理剂，通过FOY和纺丝整理剂之间的差表示为大约0.97wt.％-0.40wt.％＝0.57wt.％。
例6用例3所述“浸泡涂敷装置”和覆盖整理剂以5300米/分钟的速度对300长丝、1000旦PET纱线进行覆盖整理剂涂敷。“浸泡涂敷装置”在加热导丝轮之间的位置和方法如例3所述。被阻止进入覆盖整理剂涂敷装置的空气边界层截面的百分比为至少98％。通过有限元数据模拟估算的纱线-整理剂接触压力超过40psi(276kPa)。
在拉丝板入口处由单面给液辊涂敷装置以大约2700米/分钟的速度涂敷的纺丝整理剂大约0.38wt.％。
向“浸泡涂敷装置”输送覆盖整理剂的速度随着表V所示所导致的整理剂涂敷而改变。当纱线离开最后的加热导丝轮时是干燥的。
表V
例6的数据表明，覆盖整理剂涂敷速度对覆盖整理剂输送速度的反应在大约0.2-大约0.7wt.％覆盖整理剂的范围内。
例7以大约4000米/分钟的速度将大约0.39wt.％的纺丝整理剂涂敷到250长丝、1920旦PET纱线上。用例3所披露的“浸泡涂敷装置”以大约8100米/分钟的速度，在加热导丝轮之间，在加热的纱线上涂敷覆盖整理剂。被阻止进入整理剂涂敷装置的空气边界层截面的百分比为至少98％。通过有限元数据模拟估算的纱线-整理剂接触压力超过60psi(414kPa)。覆盖整理剂涂敷装置的位置和方法如例3所述。向涂敷装置输送整理剂的速度大约为370毫升/分钟。
涂敷在所述纱线上的覆盖整理剂的量为大约0.51wt.％，COV大约为9％。FOY大约为0.9wt.％。当所述纱线离开最后的加热导丝轮时是干燥的。
例8用例3所披露的“浸泡涂敷装置”和覆盖整理剂将大约0.4wt.％的纺丝整理剂涂敷在以5200米/分钟运动的250长丝、1920旦PET纱线上。所述纱线在距离最后一个从动轮1.5米远的地方进入所述涂敷装置。被阻止进入覆盖整理剂涂敷装置的空气边界层截面的百分比为至少98％。通过有限元数据模拟估算的纱线-整理剂接触压力超过40psi(276kPa)。向所述涂敷装置输送纺丝整理剂的速度大约为100毫升/分钟。
使用例3所披露的“浸泡涂敷装置”在加热导丝轮之间以10000米/分钟的速度在所述纱线上涂敷覆盖整理剂。被阻止进入覆盖整理剂涂敷装置的空气边界层截面的百分比为至少98％。通过有限元数据模拟估算的纱线-整理剂接触压力超过75psi(517kPa)。覆盖整理剂涂敷装置的位置和方法如例3所述。向涂敷装置输送整理剂的速度大约为500毫升/分钟。
涂敷在所述纱线上的覆盖整理剂的量为大约0.5wt.％，COV大约为9％。FOY大约为0.9wt.％。当所述纱线离开最后的加热导丝轮时是干燥的。


提供了用于主动向以超过大约3000米/分钟的速度运动的一根或多根纱线上涂敷整理剂的方法和装置，使整理剂的涂敷量达到0.2wt.％或更高，而整理剂浓度的变化系数为10％或更低。所述装置是紧凑的，轻便的，并且便于安装在纤维生产线上的多个位点上。本发明的装置装有所述整理剂，防止了对周围环境的污染。该装置可用于向在加热的导丝轮之间的运动的纱线提供覆盖整理剂。所提供的热量可用于干燥纱线，并且促进整理剂的固化反应和整理剂化合物之间的反应。本发明还包括由此生产的整理过的纱线产品。为具有提高了的整理均匀度的纱线提供一种主动在第一次卷绕操作之前在拉丝机上干燥涂敷的覆盖整理剂。本发明的纱线产品可用于纺织和休闲用途，以及用于工业纤维用途，如轮胎。