专利名称：一种用于纺丝机的蒸汽分配环的制作方法图1中示出了一种传统的纺丝机10，设置了带有喷丝头或纺丝梁12的喷丝头组合件8。加热金属板21固定在喷丝头的底部。喷丝头组合体包含带有许多毛细孔的喷丝板14，聚合物通过毛细孔喷出。熔融聚合物通过喷丝板喷出成多个熔体流，然后在急冷区中用任何已知的方法进行冷却以形成纤维丝22。蒸汽从外部源(未示出)通过设在纺丝梁中的管道16供应到在喷丝头组合体8和喷丝头12内部之间的环形空间5中。蒸气围绕环形空间5中的喷丝头组合体流动，在靠近露出的纤维丝22处离开喷丝头并经过喷丝头组合件的下侧至喷丝板表面。蒸汽流总的来说是向下包围纤维丝22的。然而，由于流经喷丝板表面的蒸汽不充分，所以并不是所有纤维丝22都暴露在相同数量的蒸汽下。图1中现有技术的喷丝头组合件和蒸汽保护系统在喷丝板表面13的空气隔绝效果并不好。在这一区域中，刚喷出的聚合物纤维丝极易被大气中氧降解。快速移动的细丝周围的混入空气流将保护蒸汽带离喷丝板而限制了蒸汽隔绝氧气的有效性。如上所述，就费里埃等人来说，如果蒸汽保护不是完全有效的，那么整个喷丝头组合件必须周期性地拆除以保持喷丝板表面上没有沉积物，而这是十分昂贵的并会降低生产率。因此，在本技术领域中需要有一种用惰性气体来保护纺丝机的设备，其可以，(1)提供惰性气体保护控制，可有效隔绝喷丝板表面的氧气；(2)不需要对市场上买到的喷丝头组合体进行更换或任何修改；(3)很容易拆除以便进行喷丝板表面清理；(4)不需要用坚固和沉重的材料来制作；和(5)十分便宜且易于制造。本发明的设备显著优于现有技术，因为不需要通过更换喷丝头组合件来保持喷丝板表面上没有硬化的聚合物沉积，而是能够容易地接触到喷丝板表面，因此很容易清洁喷丝板表面。虽然擦拭喷丝板表面也需要有停机时间，但是更换喷丝头组合件需要更长的停机时间。因此，当使用本发明的蒸汽分配环时，就不必更换纺丝系统中的喷丝头组合件，所以与市场上可买到的设备相比，本发明通过缩短停机时间改进了纺丝系统。另外，本发明的装置不需要对现有设备进行重大修改。而且，本发明的蒸汽分配环易于制造且十分便宜。根据本发明的一个方面，提供了一种用气体来保护喷丝板表面的蒸汽保护装置，包括带有喷丝板的喷丝头组合体，纤维丝通过喷丝板底面的喷丝孔阵列喷出；围绕喷丝头组合体的喷丝头；和围绕所述喷丝孔阵列的蒸汽分配环，其特征在于，所述蒸汽分配环紧靠喷丝头。蒸汽分配环是可拆卸地安装在喷丝头上的。根据本发明的另一个方面，提供了一种保持喷丝板表面上没有聚合物沉积的方法，包括以下步骤将可拆卸地安装在喷丝头上的蒸汽分配环拆去，然后将聚合物沉积从喷丝板表面上清除干净。
图2是喷丝头组合件的局部剖视示意图，喷丝头中所包括的用于喷丝板表面的蒸汽保护系统带有根据本发明一个实施例的蒸汽分配环。
图2A是沿图2中2A-2A剖面的蒸汽分配环平面图。
图2B是沿图2A中2B-2B剖面的蒸汽分配环横断面视图。
图3是喷丝头组合件的局部剖视示意图，喷丝头中所包括的用于喷丝板表面的蒸汽保护系统带有根据本发明另一个实施例的蒸汽分配环。
图3A是沿图3中3A-3A剖面的蒸汽分配环平面图。
图4是比较弯曲细丝占总数的％与喷丝头擦拭后时间的关系曲线的曲线图，。
图5是比较蒸汽流量与细丝韧性的关系曲线的曲线图。
图6是比较蒸汽流量与细丝断裂延伸率的关系曲线的曲线图。
图7是比较蒸汽流量与细丝质量的关系曲线的曲线图。

根据本发明，提供了一种将喷出的熔融聚合物纺成纤维丝的设备。这种设备通常如图2中的100所示。该系统包括带有喷丝板114的喷丝头组合体108，聚合物通过喷丝板114底面113的喷出毛细孔阵列(未示出)喷出。熔融聚合物通过喷丝板喷出成多个熔体流，然后在急冷区120中用任何已知的方法进行冷却以形成纤维丝122。
本发明的设备还包括围绕喷丝头组合体的喷丝头。喷丝头在图2中用112表示。在喷丝头组合件两侧的金属板121位于喷丝头的底部。金属板最好用任何已知的方法加热，包括与热的喷丝头热接触。
本发明还包括围绕喷丝孔阵列的蒸汽分配环。蒸汽分配环在图2中用109表示。蒸汽分配环位于喷丝头组合件的下面并靠近喷丝头的表面。本发明的蒸汽分配环紧靠在喷丝头上。该蒸汽分配环是可拆卸地安装在喷丝头上的。本发明的蒸汽分配环可以用任何适当的方法来可拆卸地安装，只要能够引导经过喷丝板表面的蒸气流。蒸汽分配环最好通过干涉配合可拆卸地安装到设在平板121中并位于喷丝板表面的具有直径123的沉孔内。露出来的细丝122穿过蒸汽分配环109中与金属板沉孔同心的开口。
图2中实施例的蒸汽分配环包括裙部109′，如图2A和2B所示。裙部通常垂直于分配环，而且当安装在喷丝头组合件中时垂直于喷丝板表面。通过选择图2B中所示分配环109的外径109″，可以使圆环只利用摩擦力(干涉)保持在板121的沉孔中。所属技术领域的技术人员清楚怎样在板121中沉孔直径固定的情况下选择直径109″。图2中实施例的分配环最好是用软铝制成的，而且本领域的技术人员还知道怎样根据分配环与热板121接触时经受的快速热膨胀作出这一选择。在本实施例中，可以用扩口工具将蒸汽分配环锁定在沉孔中。
在图3和图3A中示出了根据本发明另一个实施例的喷丝头以及喷丝头组合件，其中与图2中类似的元件用相同的标号来表示。图3A中以平面图示出的蒸汽分配环106带有一个或多个磁铁107，可通过磁力固定到靠近喷丝板114表面113的喷丝头上。除了使用独立的蒸汽分配环和磁铁外，也可以将全部磁化的材料用作蒸汽分配环，从而形成一个连续的磁铁。
除了上述结构以外，本发明的蒸汽分配环还可以用其它适当的机械装置如机器螺钉固定到喷丝头的底部。
上述所有实施例的共同特征是，蒸汽分配环是可拆卸地安装在喷丝头上的，因此很容易接近喷丝板表面，所以可以将喷丝板表面擦干净，避免了必须更换昂贵的喷丝头组合件。因此，根据本发明，还提供了一种保持喷丝板表面上没有聚合物沉积的方法。这一方法包括的步骤是，将可拆卸地安装在喷丝头上的蒸汽分配环拆去，然后将聚合物沉积从喷丝板表面上擦干净。通过拆卸蒸汽分配环可不必更换喷丝头组合件。
本发明的蒸汽分配环可以用任何适当的材料，如金属铝、钢、钛，或熔融石英、陶瓷、蓝宝石、石英制成。如上所述，蒸汽分配环最好是用具有高热膨胀系数的铝制成，因此能够膨胀装配在沉孔中。
本发明的装置还可以包括在蒸汽保护供应管线上的阀门，因此可关闭在正在擦拭的位置的蒸汽。关闭阀最好是连接到电子开关上的电磁阀，其中电子开关布置在喷丝头附近。电子开关的这一优选位置使操作人员能够在擦拭喷丝板表面之前即时关闭蒸气流。电子开关最好具有内部定时功能，能够在预定长时间之后使蒸气流重新开始。这样可以防止蒸气流被关闭太长时间而导致供应管线中形成冷凝物。
任何气体都可以用来保护喷丝头的表面。最好用蒸汽来保护刚喷出的聚合物细丝。只要氧含量非常低，惰性气体如氮、氩、氦及其混合物也可具有与蒸汽类似的优点。本发明对于蒸汽保护流量大于0.289千克/小时/喷丝板的情况尤其有用，且蒸汽保护流量最好大于0.400千克/小时/喷丝板。
适合在本发明中使用的聚酰胺包括人造可熔纺聚酰胺材料，带有作为聚合物链组成部分的重复出现的酰胺基(-CO-NH-)。术语聚酰胺指的是聚酰胺均聚物、共聚物及其混合物。根据本发明可使用的适当的聚酰胺包括聚(己二酰己二胺)(即尼龙6，6)均聚物、聚(己内酰胺)(即尼龙6)均聚物、聚十二内酰胺(即尼龙12)均聚物、聚(己二酰丁二胺)(即尼龙4，6)均聚物、聚(己二酰癸二胺)(即尼龙6，10)均聚物、氮-十二烷二酸和己二胺的聚酰胺(即尼龙6，12)均聚物、环十二亚甲基二胺和氮-十二烷二酸的聚酰胺(即尼龙12，12)均聚物、及其共聚物和混合物。
用作说明的聚酰胺包括由二羧酸成分如对苯二酸、间苯二酸、己二酸或癸二酸以及二胺成分如己二胺、2-环戊亚甲基二胺或1，4-双(氨甲基)环己烷制成的共聚物。
上述聚酰胺可以单独使用或混入任意所需数量的其它聚合物合成纤维如弹力纤维、聚酯纤维，以及天然纤维如棉花、丝、羊毛，或其它典型的可与尼龙相伴的纤维。
本发明并不限于聚酰胺细丝，而是可以应用于其它可熔纺聚合物，包括聚酯、聚烯烃类如聚丙烯和聚乙烯。聚合物包括共聚物、混合聚合物、掺合物以及只作为少数实例的链分支聚合物。而且术语纤维丝是通用的用语，并不一定要排除切断的纤维(通常称作短纤维)，尽管人造聚合物由于是熔纺(喷出)的，而通常首先制备成连续聚合物纤维丝的形式。实例现在将通过以下非限制性的实例来说明本发明。蒸汽分配环安装在传统纺丝机上，如史提尔等人的美国专利No.5,750,215中所介绍的。
韧性(Ten)是按每股线丹尼尔具有的克(力)计量的，而延伸率(E)是按百分数计量的。
每克力等于每牛顿力除以102(克每牛顿)。
丹尼尔等于以分特表示的线密度乘以9/10(丹尼尔每分特)。
线的韧性和延伸率用来表示通过使用蒸汽保护分配环使产品具有的优越性能。根据美国材料实验协会ASTM D2256标准，用计量长度为10英寸(25.4厘米)的试样在65％相对湿度、70华氏温度下以每分钟60％的伸长率进行测量的。断裂延伸率是按照美国材料实验协会ASTM D955标准测量的。
“品质指数”定义为延伸百分率乘以韧性所得数的平方根。
“品质指数”＝[％延伸率×韧性(克/丹尼尔)]1/2靠近喷丝板毛细管孔和露出来细丝处经常有聚集的聚合物降解产物存在。新纺成的纤维丝迟早会朝这些喷丝板表面的沉积物弯曲。这一现象在本技术领域中被称作“斜喷(kneeing)”或纤维丝弯曲。
“弯曲细丝”度量标准(弯曲细丝的直接数量比上每个喷丝板的细丝总数，以百分数表示)用来评价蒸汽分配环的性能。另外，擦拭周期定义为喷丝头两次擦拭之间的时间(等于“擦拭前寿命”，并用小时来表示)。在经过一段纺丝时间之后需要进行擦拭以更新喷丝板表面。用来比较传统蒸汽保护系统与根据本发明改进系统擦拭周期性能的擦拭前寿命是对于本发明的另一项性能测定。实例1实例1将带有根据本发明图2实施例中蒸汽保护分配环的纺丝机与图1所示不带蒸汽保护分配环而使用现有技术喷丝头蒸汽保护的传统纺丝机作了比较。这实例中使用的分配环尺寸为91毫米(图2B中的外径109′)，而孔的尺寸为70毫米(图2B中的直径109?)。本实例中的聚合物是初始甲酸相对粘度在53和58之间的尼龙66。该聚合物中包含按重量计算浓度为0.3％的二氧化钛去光剂。以拉伸细度为34丹尼尔的纱纺成40根长丝纱，且总加工拉伸比为1.25。丝线以每分钟6400米的表面速度卷绕到管芯120上。本实例中使用的工艺和装置与美国专利No.5,750,215(史提尔等人)中实例2的类似。
测试包括擦拭喷丝头并记录作为时间函数的弯曲纤维丝数目。结果在表1和图4中示出。在没有喷丝头蒸汽保护的情况下(试验A和B)，只工作4小时后弯曲细丝就开始出现，而在工作5至6小时后就有超过10％的细丝受到影响。在有喷丝头蒸汽保护但不使用本发明蒸汽分配环的系统(试验H、I和J)中，工作5至6小时之后弯曲纤维丝开始出现，而在工作6至7小时后有超过10％的细丝受到影响。在有喷丝头蒸汽保护和使用根据本发明蒸汽分配环的情况下(试验C、D、E、F和G)，工作9至11小时之后弯曲细丝开始出现，而在工作13至15小时之间有超过10％的纤维丝受到影响，这要视蒸汽压力而定。所有蒸汽压力大于12.5磅/平方英寸的喷丝板蒸汽保护项目都表现出擦拭前寿命降低，这可能是因为难以进行较好的初始喷丝头擦拭。
试验表明传统设备上的喷丝头蒸汽保护只能少许提高喷丝板的擦拭前寿命。增加本发明的蒸汽分配环可以大大提高喷丝板擦拭前寿命至单独使用蒸汽保护时的2至3倍。
表1






实例2本实例是根据实例1进行的，并带有本发明的蒸汽分配环。本实例表明，与喷丝头蒸汽保护时不使用蒸汽环的情况相比，在喷丝头蒸汽保护时使用本发明的蒸汽分配环可以提高细丝的韧性和延伸率。因此通过使用蒸汽分配环可以提高质量Q。
从实例1和2中得到的数据以三种方式在图5、6和7中示出。首先，在图5中，画出了丝线韧性与至蒸汽保护系统中蒸汽流量的关系曲线。但凡使用了蒸汽分配环，且蒸汽是流向蒸汽保护系统的，其丝线韧性就优于对照物的丝线韧性。其次，在图6中，画出了丝线断裂延伸率与至蒸汽保护系统中蒸汽流量的关系曲线。如果使用了蒸汽分配环，且蒸汽是流向蒸汽保护系统的，其丝线断裂延伸率就优于对照物的丝线断裂延伸率。最后，在图7中画出了丝线质量(如上面的方程式所定义的)与至蒸汽保护系统中蒸汽流量的关系曲线。质量是丝线重要使用性能参数的几何平均值。图7示出了质量与至蒸汽保护系统中蒸汽流量的关系曲线。在图7中，当使用蒸汽分配环且有蒸汽流向蒸汽保护系统时，其每次测量的质量都表现得比较优越(比较高)。
虽然为了举例说明已在上面详细介绍了本发明，但是应当知道本领域的技术人员在不违背由所附权利要求限定的本发明精神和范围的情况下可以作出许多变化和修改。


一种用气体来保护喷丝板表面的喷丝头蒸汽保护系统。该系统带有围绕喷丝孔阵列(122)的蒸汽分配环(109)，其中蒸汽分配环(109)紧靠喷丝头(112)并可拆卸地安装在所述喷丝头(112)上。将蒸汽分配环(109)拆去后可以清洁干净喷丝头表面(113)，而不必拆卸和更换喷丝头组合件(108)。