专利名称:调节熔纺材料的方法与装置的制作方法图1是一般熔纺方法与装置的简图。图2是本发明熔纺方法与装置的一般排列简图。图3是本发明整理剂涂膜器截面图。优选实施方案的详细描述在图1中,描述了一般的熔纺装置。在高于熔点约20℃至约30℃的温度下具有要求相对粘度的熔融聚合物,使用挤出机(未绘出)从聚合物输出源供给纺丝包1,该纺丝包有多-毛细管喷丝头板2,其毛细管数为200-10 000。熔融聚合物通过喷丝头板2挤压成多条熔体流。接近室温的冷却气体通过冷却筛网8引到该熔体流,这些熔体流在骤冷区3冷却形成长丝5。长丝5聚结,并与旋转辊整理剂涂膜器6和汇聚导纱钩7接触,形成纱线9。在骤冷区3后可以包括包覆部分4,以降低由室内环境条件所引起的扰动。纱线9用一对未加热的进料导丝辊(未绘出)从骤冷区拉出。旋转辊整理剂涂膜器6部分浸没在整理剂液浴中,当聚结的长丝束与该辊接触时,该涂膜器6可涂覆涂料液。因涂料液必须通过长丝束迁移或包在长丝束周围以达到均匀覆盖,所以整理剂涂覆会经受变异率。另外,长丝排列在旋转辊整理剂涂膜器6中与在其周围聚结时,由于移动长丝的接触可变性与过量空气扰动作用而出现变异率。而且,涂布点一般是固定的,因此不可能为改进的方法或产品的质量进行优化定位。本发明提供一种装置与方法,该方法为生产熔纺长丝与在例如径向骤冷系统中的改善的骤冷和整理均匀度,该系统使用向内朝向环形长丝束的空气。可以使用在该技术中任何已知的径向骤冷系统。例如参见US 4 156 071、5 250 245和5 288 553,每个专利作为参考文献引入本文。本发明不限于径向骤冷系统,还可以使用横流、气动和其他骤冷系统来冷却排列长丝。该系统也不限于具有严格环形的长丝排列。本发明的涂膜器可以适用于各种几何形状,例如矩形、椭圆形等,只要涂膜器放在扩张的排列内,并接触该排列的长丝以涂敷整理剂。在本发明中可以使用的横流骤冷系统包括从通常新挤出的长丝排列一侧横向吹冷的气体。许多横流空气通过长丝排列另一侧或从其另一侧出去。但是,取决于各种因素,长丝可能带走一些空气,并且随着它们带向驱动牵拉辊,该辊通常处在每个纺丝位置底部。US 4 687 610、4 691 003、5 141 700、5 034 182和5 824 248每个专利都以其整体作为参考文献引入本文,它们描述了通常称之“气动骤冷”的气体处理技术,由此气体围绕在新挤压长丝周围,制约它们的温度和变细外形。在本发明中可以使用这样的骤冷系统。气动骤冷涉及把气体引到形成多-聚合物长丝熔体的喷丝头下面的区域。一定体积的空气和由空气围绕的长丝束然后通常通过锥形部件,该部件有一条输汇聚到在该锥形件底部的小圆形出口的通道,因此,当空气移动通过该通道时,加速该空气,并且就产生了移动空气流,向仍是熔融的长丝施加推力,因此使熔体状长丝变细。
本发明的装置可以用于往长丝排列涂敷任何希望的整理油。新纺的长丝可用适当的整理油处理,以便减少摩擦,消除在高速纤维加工时通常出现的静电。本发明的装置能够准确地输出任何类型的整理油或调节油,无论是以浓缩物形式,还是以稀的含水乳液形式。调节油优选地呈液体状,该调节油界定为其固化点低于涂敷温度的任何油或油的混合物。
在图2中描述了本发明方法与装置的示范性具体实施方案。具有所需相对粘度的熔融聚合物用挤压机(未绘出)从聚合物输出源提供给纺丝包10,该包有多-毛细管喷丝头板20,其毛细管数为200-10 000。冷却气体通过冷却筛网80,并引到骤冷区30中的长丝排列50,优选地距喷丝头板20约5毫米至约45毫米开始,向下往整理剂涂膜器60延伸,优选地约100毫米至约1 000毫米,向内朝向长丝排列50的空气速度为均匀或成形的。最接近喷丝头板20的骤冷区部分还可以添加加热设备或为提高的产品质量而延迟冷却的延迟部分。在骤冷区30后可以包括包覆部分40,以降低室内环境条件所引起的扰动。
本发明的装置包括整理剂涂膜器60。整理剂涂膜器60可以在喷丝头板20下面近约120毫米至约200毫米的位置,优选的位置是在骤冷区30端下面约200毫米至约400毫米。对于横流或气动骤冷系统,整理剂涂膜器60可以位于骤冷区30内。对于一定的内外喷丝头排列的直径,优选整理剂涂膜器的尺寸是最外长丝尺寸的约70%至约120%。优选的整理剂涂膜器尺寸保持长丝间的分离,这样容易从该系统取出夹带的空气,并且扰动最小。
在图3中更详细地示出了示范性的整理剂涂膜器60。涂膜器包括座板部分A和主体部分B。座板部分有周边边缘接触表面11,该表面接触长丝排列。因此,座板应该具有相应于长丝排列的截面,以致可以接触长丝排列。主体部分优选地呈向外的锥形,如图2中所表示的。
整理剂涂膜器60的形状可以随所希望的涂敷方法与聚合物类型而改变,但锥形形状是特别合乎需要的,以致除去滞留的骤冷空气。优选的锥形表面使积累的空气从长丝排列内平稳地偏转到长丝排列外。在优选的具体实施方案中,涂膜器形状提供了倾斜表面,能以径向均匀方式逐步除去骤冷空气。锥形或圆锥形主体17的角度β可以从约170度至约45度,优选的角度是约60-90度。在优选的具体实施方案中,平板组件16有周边输出槽13,该槽可把整理剂输出到扩展的环形长丝排列,该组件与外表面上的周边纤维接触表面11连接。整理剂涂膜器60可以附加地有排水小孔15,以除去过量的整理剂。
整理剂涂膜器60可以安装在支持臂12上,在生产期间,其臂安排成直线移动,将涂膜器插入长丝排列,而在纺丝过程中断的情况下,就取出涂膜器。可以使用供从长丝取出涂膜器之用的任何直线移动设备。直线移动设备或支持臂12可以定位,并且按照改进方法或产品质量的需要进行调节。也可以调整支持臂,使整理剂涂膜器60在长丝排列中向上或向下移动。
支持臂12可以采用手动、气动或电动方法驱动,并且以任何方式排列,以致尽可能减少妨碍丝条的正常路径。在优选的位置,当以环形方式挤压时,整理剂涂膜器60可以使自由长丝50稳定,缩短未支持长丝的长度,还降低了长丝振动的振幅,因此长丝50以均匀方式被固化或被稳定。
在整理剂涂膜器60的周边纤维接触表面11润湿圆周上,长丝50接触整理剂涂膜器60,其中可以由进口14供给的周边输出槽13连续不断地更新整理油。通过进口14输出的整理油经供油通道18向上移动,然后接着径向向外移动到周边输送槽13。可以采用(包括但不限于)槽、计量泵或压力集管提供液体料。支持臂12和周边接触纤维表面11可以涂敷耐磨损陶瓷氧化物或其他合适的高强度材料,其可保护涂膜器的磨损表面不会受到与移动长丝连续滑动接触的磨损。这种改善耐磨损的表面处理实例包括阳极氧化处理和蒸汽淀积铬和/或氧化铝、氮化钛或氮化硅。此外,从长丝排列外部进入骤冷空气的分配有利于操作,并且当取消骤冷和整理剂涂敷过程时,则可不用处理熔融的或未骤冷的长丝束。
在开始启动方法后,由驱动辊或吸气器提供的长丝50的纺纱张力超过20毫克/旦尼尔时,整理剂涂膜器60插入纺纱丝条,生产出可接受的产品。整理剂涂膜器60的位置是由长丝支数(它是每根长丝的旦尼尔函数)、骤冷空气速度和位置决定的,较低支数的纺丝速度较好地适合于较高整理剂涂膜器位置。通过整理剂涂膜器达到增加的纺丝稳定性可改善方法连续性、更高的冷却剂流速、增加喷丝头上的毛细管密度,因此,增加生产能力。
整理剂涂膜器60优选地是径向对称的,因此液体输出在空间上是均匀的,并且均匀地涂敷到前进的长丝上。与传统的辊涂敷相比,整理剂涂敷到扩展的长丝排列上可以达到更完全的纤维表面覆盖性,而且在纤维上测量的整理剂一致性也比较好。在涂敷整理剂后,这些长丝可用适当的导纱钩70收集在筒管上或收集在条筒中。收集的长丝然后可以卷绕成连续长丝纱线的卷装,或可以采用其他方式加工,例如收集成平行的连续长丝束以便后续加工,例如转换成纱线或其他纺织加工。
上面的说明与下述实施例给出了使用本发明的圆锥形整理剂涂膜器制造聚酯长丝的细节。如由特性粘度约0.5或0.5以上的基体聚合物典型制备的聚酯长丝经挤压通过直径约0.1-0.5毫米的毛细管,其速度为约1 000-8 000米/分。这样有用的聚酯包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT或4GT)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT或3GT)和聚萘甲酸乙二酯(PEN);以及它们的组合,其中包括双组分聚酯纤维如由聚(对苯二甲酸乙二酯),其中包括其共聚物和聚(对苯二甲酸丙二酯)制备的双组分聚酯纤维.。
与本发明整理剂涂膜器一起使用的纤维可以包括选自聚(对苯二甲酸乙二酯)及其共聚物的第一种组分和选自聚(对苯二甲酸丙二酯)及其共聚物的第二种组分的双组分纤维,两种组分的重量比为70∶30至30∶70。双组分纤维的截面可以是并列的或偏心皮芯型的。但是,本发明不限于聚酯长丝,但也可以应用于任何可熔纺的聚合物,其中包括聚烯烃、聚酰胺和聚氨酯。本文使用的术语“聚合物”包括共聚物、混合聚合物、掺混物以及支链聚合物,正如几个实例一样。通常还使用术语“长丝”,但不排除短纤维(常常称之纤维),尽管合成聚合物在熔纺时开始一般制成连续聚合物长丝形式。
实施例现在将用下面非限制性实施例示范性说明本发明。使用带接触喷丝头的熔纺法作为对照,如图1所示,该方法用旋转辊涂敷整理剂。本发明实施例使用图2和3有骤冷区40的装置。
报告的纤维性质是通常测定的线密度和张力性能,如ASTM方法所描述的。
根据ASTM D 1577测定了线密度,并且以每根长丝的旦尼尔数给出。
根据ASTM D 3822测定了断裂伸长率和断裂强度,其中伸长率是以原样品长度计的百分数给出的,断裂力是用长丝旦尼尔归一化的克数给出的。
实施例1本实施例比较了一般骤冷对照与本发明的长丝间旦尼尔和断裂伸长率的变异率。用含有0.2%由二氧化钛组成的消光剂的聚对苯二甲酸乙二酯聚合物制备产品,如在25/75三氯苯酚/苯酚溶液中测定的特性粘度为0.65。该聚合物在295℃挤压通过毛细管,该毛细管直径0.25毫米,长度0.5毫米,挤出速度为0.39克/分/毛细管。挤出的丝以环形排列方式排列,使用速度1.2米/秒的径向向内的骤冷空气,以在喷丝头板下面约20毫米处开始冷却。骤冷空气调节到22℃,相对湿度65%,扩展长度200毫米。
对于对照,整理剂涂膜器位于骤冷区下面约1米,而本发明为骤冷区30下面500毫米。整理剂涂膜器直径固定在105%的外长丝排列。整理剂涂膜器输出0.7重量%调节油的水溶液。调节油含有乳化表面活性剂,目的在于控制长丝束内的摩擦和静电作用。在这两种情况下,长丝增湿约10重量%。
长丝以速度1800米/分收集在绕线机上,并且分析张力和旦尼尔均匀度。对于对照与试验两者,初纺产品的单根长丝振动旦尼尔为2.13,断裂伸长率为220%,以及断裂强度为2.6克/旦尼尔。通过分析200根单长丝的测量结果,可确定产品的变异率,在表1中以样品方差和变异百分系数(%CV)两者给出了该变异率。样品方差被认为是每个观察结果相对于平均值的位置,其平均值为用样品支数小于1归一化的方差总和。%CV定义为用样品平均值归一化的样品方差平方根,并且以百分数表示。单个观察结果的和除以总样品支数可确定样品平均值。基于样品方差分析,本发明降低产品伸长率的变异率达35%,产品的线密度达64%。
接着采用通常的拉伸方法拉伸与热处理熔纺成品,对照样品和本发明样品都可得到线密度0.96旦尼尔、强度6.4克/旦尼尔,断裂伸长率23%的纤维产品。
表1
表1-现有技术和本发明产品断裂伸长率和长丝旦尼尔样品方差和%CV,表明本发明均匀度更好。
实施例2这个实施例说明了使用本发明的装置可达到更高毛细管生产速率或更高长丝线密度的质量改进。聚合物供给、骤冷和整理剂安排与实施例1相同,只是毛细管的直径为0.32毫米,生产速度为0.67克/分/毛细管。
长丝以1780米/分收集在卷装绕线机上,分析张力与旦尼尔均匀度。分析100个单根长丝测量结果可确定产品的变异率,样品平均值与样品方差列于表2中。
表2
表2-现有技术和本发明产品断裂伸长率和长丝旦尼尔的样品方差和平均值,表明本发明均匀度更好。
实施例3这个实施例说明了相对于对照,涂敷采用本发明所得到的调节油所改进的均匀度。在图1和图2中描述的涂膜器输出0.7%乳化表面活性剂的水溶液。在两种情况下,长丝增湿约10重量%。纤维上的整理剂含量是以干燥后最后产品上存在的调节油百分重量表示的。在实施例1实施过程中按照不同的时间间隔取出16个样品,经测定后可确定样品平均值和%CV。样品平均值和%CV列于表3,并且如实施例1所描述的进行计算。%CV结果表明,本发明可改善整理剂涂敷的暂时均匀度。
表3
尽管为说明目的而详细地描述过本发明,但应该理解,本技术领域的技术人员在不超出由下述权利要求书所限定的精神与范围情况下,可以作出许多更改或修改。
一种在使用向内指向长丝束的空气的骤冷系统中,把整理剂涂敷到扩展的长丝排列上的装置与方法。在径向、气动或横流骤冷系统中的骤冷区内或靠近其骤冷区,可以使用涂膜器。该装置包括喷丝头(20)、位于所述喷丝头(20)下面的骤冷区(80),其中冷却气体向内指向所述骤冷区(80)内的扩展长丝排列(50),以及在所述骤冷区(80)内或在所述骤冷区(80)下面的涂膜器(60),其中涂膜器(60)接触长丝,并且将整理剂输出到扩展长丝排列(50)。
调节熔纺材料的方法与装置制作方法
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