用于合成长丝的纺造和卷曲变形的方法和装置

摘要

本发明涉及一种用于合成长丝的纺造和卷曲变形的方法和装置。这里由聚合物熔体纺造单丝束并将其填塞成填塞丝。填塞丝在一冷却段内在一可运动的冷却槽内以一冷却运动速度行进和冷却，并在冷却后松开成卷曲变形长丝，将所述长丝卷绕成一卷筒。为了使填塞丝充分地冷却，从而得到稳定和尽可能高的卷曲的长丝，在本发明的方法中这样选择冷却段长度和填塞丝的冷却运动速度，使填塞丝在至少1秒的持续时间内在冷却槽内冷却。为此本发明的装置具有一冷却槽，其宽度这样选择，使得填塞丝可曲折地以多层相互重叠地被引导。

说明书

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于合成长丝的纺造和卷曲变形的方法，以及一种按权利要求9前序部分所述的用于合成长丝的纺造和卷曲变形的装置。

背景技术

在制造卷曲变形长丝时首先借助于一纺丝装置由热塑性熔体挤出大量条状单丝。在冷却后合并成单丝束，接着借助于卷曲变形装置填塞成填塞丝。这时单丝束的各根单丝借助于尤其是高温流体变形成填塞丝内的圈结和弧线。为了实现单丝的这种形状改变，卷曲变形装置具有一填塞箱，在填塞箱内单丝束通过输送介质填塞成填塞丝。因此在单丝出现在填塞箱内的填塞丝上时各根单丝形成希望的圈结和弧线。为了实现尽可能稳定的卷曲变形，长丝最好通过高温介质引导并同时加热，从而在各根单丝内可以发生塑性变形。为了卷曲变形的定型，引导填塞丝穿过一冷却段，冷却段最好由旋转的冷却筒周向上的冷却槽形成，这里冷却段的长度由冷却筒的直径和在冷却筒周向上的部分包绕角确定。在冷却期间驱动冷却筒旋转，因此冷却槽的周向速度等于填塞丝穿过冷却段的冷却运动速度。例如由DE19613177A1已知用于合成长丝的纺造和卷曲变形的这种方法和装置。

由DE19613177A1得知，为了使填塞丝尽可能有效和均匀地冷却，必须控制一定的冷却持续时间。因此建议，这样来提高逗留时间，即在一后面的第二冷却筒上部分包绕地引导填塞丝。但是由此不能实现不间断地均匀地冷却填塞丝，因为从第一冷却筒转移到第二冷却筒总会出现一个不确定的冷却过程的中断。

由US5,974,777已知一种用来冷却填塞丝的方法和装置，这里填塞丝在冷却筒周向上多圈缠绕地行进，由此虽然实现了在较高处理速度的情况下填塞丝较长的冷却逗留时间，但是具有这样的缺点，即合并在一起的填塞丝在冷却筒的周向上相互影响，使得例如相邻的填塞丝的单根单丝相互钩挂，并在松开时导致不希望的单丝断裂。此外填塞丝一定会在冷却筒表面上移动，从而在填塞丝上造成额外的推力。此外在冷却筒周向上的这种移动可能导致单根单丝钩挂在冷却筒表面上。

发明内容

本发明的目的是，这样地改进这一类型的用于合成长丝的纺造和卷曲变形的方法和装置，使得在填塞丝冷却后与生产速度无关地确保实现长丝稳定和强烈的卷曲变形。

本发明的目的通过一种具有按权利要求1的特征的方法和利用一种具有按权利要求9的特征的装置实现。

有利的改进方案由从属权利要求的特征和特征组合确定。

本发明建立在这种认识的基础之上，即对于填塞丝的冷却决定性的特征值是填塞丝在冷却段或冷却槽内的逗留时间，填塞丝冷却的其它的特征值已知包括填塞丝和冷却介质之间的温度差以及冷却介质的体积流量。所述特征值的影响与冷却的持续时间相比是小的。因此在对由聚酰胺PA6制成的卷曲变形长丝进行的试验中可以确定，逗留时间从0.25秒加倍到0.5秒时长丝的卷曲率得到约10％的改善。在将冷却持续时间从0.5秒继续加倍到1秒时还可以实现卷曲率的进一步的4％的改善，逗留时间和卷曲率之间这种渐近式的关系适用于所有的聚合物类型，因此冷却段的长度和填塞丝的冷却运动速度对于填塞丝冷却的持续时间是决定性的参数。由此，本发明的方法的特征是，冷却段的长度和填塞丝的冷却运动速度相互具有这样的关系，使得填塞丝在冷却槽内冷却至少1秒钟的持续时间。由此保证填塞丝基本上完全冷却，从而在长丝内可以达到非常高程度的卷曲率。

在进一步充分利用卷曲变形长丝的冷却持续时间和卷曲变形之间的这种渐近关系时，冷却段长度和填塞丝的冷却运动速度最好这样选择，使得填塞丝在冷却筒周向上冷却至少2秒的持续时间。

为了保持冷却段长度和填塞丝冷却运动速度之间的对于长丝冷却是决定性的关系，这里原则上存在两种可能性。例如在规定冷却运动速度的情况下改变冷却段长度，或在规定冷却段长度的情况下改变填塞丝的冷却运动速度。冷却段主要由设置成用来接纳填塞丝的冷却槽的结构特征决定，并且常常受允许的结构空间的限制。但是为了即使在冷却段比较短时仍然保持冷却段长度和填塞丝冷却运动速度的决定性关系，优选采用这样的方法变型，在采用这种方法变型时填塞丝在冷却前用导丝速度引导，在冷却期间用冷却运动速度引导，其中冷却运动速度低于导丝速度。从而在单位时间内给冷却段输送更多的填塞丝材料。这里导丝速度和冷却运动速度之差越大，填塞丝冷却的持续时间便越长。

通过本发明的方法的这样一种有利的改进方案，即填塞丝在冷却段开头曲折地最好以多层相互重叠地铺放在冷却槽内，可均匀地填充冷却槽，从而实现均匀地冷却填塞丝。

填塞丝的冷却最好通过穿透填塞丝的冷却介质流进行。为此存在这样的可能性，即冷却介质流通过一负压源产生。此外为了加强冷却，可以通过一高压源产生一附加的冷却介质流，它例如作为冷却空气吹在填塞丝上。

本发明的方法的特征是，显著提高的长丝的卷曲率。用这种纱线制造的地毯具有出高的覆盖能力，而没有任何条状疵点和云斑(Wolkenbildung)。

本发明的方法适用于所有的聚合物类型，例如聚酰胺和聚丙烯。

为了能够实施本发明的方法，按权利要求9的本发明的装置证明是特别合适的。这里按照本发明用来容纳和引导填塞丝的冷却槽的宽度的尺寸这样确定，使得填塞丝可以曲折地以多层相互重叠地被引导。当然在高的处理速度时仍可以保证强烈地冷却填塞丝，因为可以设置明显高于填塞丝冷却运动速度的导丝速度。

为了实现均匀地填充冷却槽，在卷曲变形装置出口和冷却槽之间形成一距离，其中冷却槽的宽度至少是填塞丝直径的两倍。

冷却槽原则上可以在一带状基体上或者按照本发明一种有利的改进方案在一冷却筒的周向上形成。这里可以通过冷却筒的驱动装置用简单的方式方法控制引导填塞丝的冷却运动速度。

冷却筒最好配设一负压源，通过所述负压源可产生穿透填塞丝和冷却槽筛状槽底的冷却介质流。

为了对冷却槽内的填塞丝进行额外的冷却，可以给冷却筒配设一附加的带有一高压源的鼓风装置，通过所述高压源可以产生朝冷却槽和填塞丝定向的附加的冷却介质流。

附图说明

下面借助按本发明的装置的一个实施例详细说明本发明的方法，并指出其它优点。

附图表示：

图1示意性示出按本发明的装置的第一实施例，

图2示意性示出按图1的实施例的局部视图，

图3示意性示出用来表示填塞丝冷却持续时间和长丝卷曲率之间的依赖关系的图线，

图4示意性示出用来冷却填塞丝的另一实施例。

具体实施方式

图1中示意性示出按本发明的用来实施按本发明的方法的装置的第一实施例。该装置具有一纺丝装置1，它通过熔体输入管3与一熔体发生器，例如一泵或一挤出机(未示出)连接。纺丝装置1具有一纺丝头2，它在下侧上包含至少一个纺丝喷嘴4。纺丝喷嘴4具有大量喷嘴孔，输送给纺丝头2的聚合物熔体在压力作用下通过喷嘴孔挤出形成大量单根单丝6。在纺丝装置1下方设一冷却甬道5，单丝6被引导穿过所述冷却甬道，以冷却以接近熔点喷出的单丝。为此冷却甬道5例如连接在一横向气流鼓风装置上，冷却空气通过所述鼓风装置基本上横向吹在单丝6上。

在冷却甬道5的出口区内设置一导丝器和一上油装置8。通过上油装置8向单丝6施加上油剂，从而单丝6合并成一单丝束10。单丝束10通过一设置在冷却甬道5下方的入口导丝单元9从纺丝喷嘴4中抽出，并输送给一连接在后面的拉伸导丝单元12，单丝束10从拉伸导丝单元12到达卷曲变形装置7中。在卷曲变形装置7内事先拉伸过的单丝束10填塞成填塞丝13。

在卷曲变形装置7的后面连接一具有一可运动的冷却槽26的冷却装置11。冷却槽26用来接纳和冷却填塞丝13。冷却装置11的结构和功能在后面详细说明。为了松开填塞丝13，通过牵引导丝单元14将卷曲变形的长丝15抽出，并将其引导到卷绕装置16。在卷绕装置16内卷曲变形的长丝15卷绕成一卷筒17。

在图1中所示实施例的各个成组设备的结构和布局是举例性的。因此可以补充、更换或替代处理装置和导丝元件。为了在单丝或卷曲变形单丝之间建立纱线紧密度，例如在卷曲变形前和/或后可以设置涡流变形装置18。

在图1中所示的本发明的装置的实施例特别适合于用来制造地毯纱线。为此要求卷曲变形丝具有一对于最终处理足够的卷曲率。因此卷曲变形装置7和设置在卷曲变形装置后面的冷却装置11可进行一个对于处理过程有重要意义的下面详细说明的处理步骤。

图2中示出按图1的实施例的一个局部视图。这里图2.1示意性示出卷曲变形装置7和设置在后面的冷却装置11的一剖视图。在图2.2中示意性示出成组设备的侧视图。如果没有具体指明某个附图，则以下说明适用于这两个附图。

图2中表示本发明的装置按图1的实施例的卷曲变形装置7和连接在卷曲变形装置7后面的冷却装置11。卷曲变形装置7具有一喷嘴形的输送通道20。这里输送通道20主要由两个由一最窄的横截面相互分开的区段组成。在第一区段内所述最窄横截面前面不远处，一注入器19的喷嘴孔通入输送通道20内。注入器19与一这里未示出的流体源连接。在最窄横截面下方的第二区段内输送通道20逐渐扩大并通入一直接相连的填塞箱22内。

在填塞箱22的入口区域内填塞箱壁做成透气的，并设置在一卸荷腔21内。在卸荷腔21的下方填塞箱22通过一具有基本上不变的横截面的出料管23延长，在出料管23的端部形成一填塞丝出口24。

冷却装置11设计成一可旋转的冷却筒25。冷却筒25通过一驱动轴30由一驱动装置31以一定的周向速度驱动。为了接纳由卷曲变形装置7产生的填塞丝13，冷却筒25在周向上具有一环绕的冷却槽26。冷却槽26的槽底27做成透气的，从而最好是从外向内形成的冷却介质流穿透和冷却在冷却槽26内行进的填塞丝13。为此在冷却筒25内部形成一压力腔34，所述压力腔通过一抽吸管28与一负压源29连接。因此采用冷却筒25外面的外界空气作为冷却介质来进行冷却。

在冷却筒25的周向上形成的冷却槽26具有一宽度B。冷却槽26的宽度B与填塞丝13的关系这样选择，使得宽度B最好大于填塞丝直径D的两倍，即B＞2D。

在填塞丝出口24和冷却槽26之间形成一空出的距离A，以便可以将填塞丝13自由铺放在冷却槽26内。在卷曲变形期间距离A保持不变。在卷曲变形装置7内通过注入器19向输送通道20供给高温输送流体。由此在输送通道20上端形成一抽吸作用，所述抽吸作用将单丝束10吸入卷曲变形装置7。单丝束10通过输送流体穿过输送通道20进入填塞箱22。在填塞箱22内单丝束10填塞成填塞丝13。这时将单丝束10打开，单根单丝6相互叠置地铺放成圈结和弧线。这里填塞丝13的形成主要由输送流体的特性和输送流体的压力决定。最好采用热空气作为输送流体。为了降低输送流体的压力，在填塞箱22的上部区域内设计成透气的气隙或薄片形，从而输送流体可进入一卸荷腔21并可从那里向外排出。填塞丝13以一确定地设定的导丝速度V_F穿过填塞箱22被引导至填塞丝出口24，现在填塞丝10以导丝速度V_F进入冷却槽26。冷却槽26以由冷却筒25的周向速度确定的冷却运动速度V_K运动。冷却运动速度V_K设置得明显低于导丝速度V_F。根据导丝速度和冷却运动速度之间的关系，填塞丝13多层地并由于自由导引曲折地铺放在冷却槽26内。这里冷却槽26的宽度B和导丝速度与冷却运动速度之间的速度关系这样地相互匹配，以实现用填塞丝13均匀地填充冷却槽26。填塞丝13穿过冷却筒25周向上的冷却段。冷却段由填塞丝13在冷却筒25上的包绕程度确定。在图2中所示的实施例中填塞丝13以一180°的包绕角包绕冷却筒25。在冷却段内通过从外向内形成的冷却介质流实现对填塞丝13的冷却。在填塞丝13冷却后，填塞丝13在冷却段端部放松成卷曲变形的长丝15。

冷却段的长度由冷却筒25的直径和填塞丝13在冷却筒25的周向上的包绕角确定，通常冷却筒25具有0.3至0.6m的直径。在一个实施例中采用直径为400mm的冷却筒。因此在包绕角为180°时冷却段的长度约为0.6m。导丝速度V_F为90m/min。冷却运动速度V_K设定为20m/min。由此得到约1.8秒的用来冷却填塞丝的持续时间。从而确保，填塞丝在穿过冷却段后得到强烈的冷却，因此长丝15具有稳定和高度的卷曲率。

图3中以一图线表示填塞丝冷却持续时间和所制造的卷曲变形的长丝的卷曲率之间的相互关系。由所示曲线变化可见，在1秒以下的冷却时间区域内冷却持续时间和卷曲率之间存在很强的依赖关系。随冷却持续时间的加长曲线变得平缓，从而渐近地接近卷曲率的极限值。冷却持续时间和卷曲变形长丝的卷曲率之间的这种关系原则上对于所有的聚合物类型都成立。因此通过按本发明的方法在最短冷却持续时间为1秒，尤其是2秒时确保，在制造的长丝中可实现很高程度的卷曲率。

此外用附加的冷空气对填塞丝冷却的试验表明。只有在逗留时间大于约0.5秒时冷却空气冷却才形成正面效果。因此通过本发明的方法与填塞丝冷却的方式无关地可实现最大的卷曲稳定性和卷曲率。

这里重要的是均匀地填充冷却筒25周向上的冷却槽26。这样来调整填塞丝的曲折多层铺放，使得在冷却槽26内不会形成明显的空缺。这具有均匀的流动阻力，从而使得可均匀地冷却填塞丝。填塞丝的铺放可以通过附加的导丝元件控制。但是也可以简单地通过调节填塞丝出口和冷却槽之间的距离A(图2.1)以及通过选择冷却槽宽度B实现填塞丝在冷却槽内无定向的铺放。冷却前用来引导填塞丝的导丝速度V_F和冷却期间用来引导填塞丝的冷却运动速度V_K之间的比例在V_K/V_F＝0.1-0.4的范围内。由此可以实现3000m/min以上的高的生产速度(卷曲变形速度)和长的逗留时间。

图4中示意性示出图1中的实施例的冷却装置的变型。这里在冷却槽26区域内离冷却筒25一定距离处设置一鼓风装置32，所述鼓风装置与一高压源33连接。鼓风装置32具有至少覆盖冷却段的部分的长形。这里通过多个吹风口通过高压源33产生一冷却介质流，并且所述冷却介质流朝冷却槽26内的填塞丝13定向。

卷曲变形装置7以及冷却装置11的结构与前述实施例相同，因此可以参照上述说明。

附图标记表

1纺丝装置               2纺丝头

3熔体输入管             4纺丝喷嘴

5冷却甬道               6单丝

7卷曲变形装置           8上油装置

9入口导丝单元           10单丝束

11冷却装置              12拉伸导丝单元

13填塞丝                14牵引导丝单元

15长丝                  16卷绕装置

17卷筒                  18涡流变形装置

19注入器                20输送通道

21卸荷腔                22填塞箱

23出料管                24填塞丝出口

25冷却筒                26冷却槽

27槽底                  28抽吸管道

29负压源                30驱动轴

31驱动装置              32鼓风装置

33高压源                34压力腔