用于使合成复丝纤维骤冷的系统、方法和设备

摘要

本文描述了一种骤冷系统，包括：喷丝器，其用于对熔融聚合物进行纺丝；骤冷甬道，其可操作地设置在所述喷丝器下方并与所述喷丝器流体连通；第一装置，用于提供第一环境空气流以在固化温度下提供通过所述喷丝器纺制的所述熔融聚合物的部分骤冷固化纤维；以及第二装置，用于提供低于环境温度的第二经调节空气流以进一步地使所述部分骤冷的固化纤维骤冷，其中通过接合器提供所述第二经调节空气流，所述接合器可操作地设置在所述熔融聚合物部分地固化的区域下方。

说明书

技术领域

本发明涉及使通过熔体纺丝挤压的复丝纤维骤冷。

背景技术

在传统的熔体纺丝法，尤其是用于聚酯的熔体纺丝法中，在接近300℃ 的高温下挤压/拉拔长丝。利用冷空气或经调节空气使这些长丝或纤维在拉 伸状态下冷却至其玻璃化温度(T_G)，从而得到所需的流变特性。

通常，通过在与拉拔长丝的路径垂直的方向上从筛网吹送经调节空气 使挤压的长丝骤冷。冷空气或经调节空气的温度通常保持在18℃至25℃ 之间，并通过本领域已知的设备(例如，鼓风机)以大约0.5至1m/s的速 度吹送。将经调节空气的温度和速度调节在根据待纺丝的旦数的范围内。 该过程通常被称为横流骤冷系统。

横流骤冷系统是应用最广泛的骤冷系统。然而，在典型的横流骤冷系 统中，在长丝达到筛网长度一半时便达到可安全地进行纺丝的所需温度； 之后，冷空气被浪费。

本领域已知了试图节约用于骤冷目的的空气的冷却成本的系统。例如， 在一些横流骤冷系统中，在可通过使用少量经调节的空气进一步将长丝冷 却至所需温度之前，先利用环境空气将长丝冷却至一定长度。然而，与骤 冷系统关联的制冷或调节成本仍很高，因此在现有技术中需要进一步校正。

即便在分步进行骤冷的结合使用环境空气和冷空气的系统中，对经调 节的空气应从何处吹过长丝以获得以下结果也无精确评估：获得大量具有 所需性能的均一纺成纤维且要求最少经调节的空气。因此，利用现有骤冷 系统，很难保持最终产品的质量和/或流变特性。

目的

本文讨论的至少一个实施方案所满足的本公开的系统的一些目的如 下：

本公开的目的是改善现有技术的一个或多个问题，或至少提供有用的 替代方案。

本公开的目的是提供用于以降低的成本使通过熔体纺丝挤出的长丝 骤冷的系统和/或设备。

本公开的另一个目的是提供使通过熔体纺丝挤出的复丝纤维骤冷且 显著减少了冷空气或经调节空气的使用的方法。

发明内容

本文描述了一种骤冷系统，包括：喷丝器(spinneret，喷丝板)，用于 对熔融聚合物进行纺丝；骤冷甬道(quenchstack)，可操作地设置在喷丝 器下方并与喷丝器流体连通；第一装置，用于提供第一环境空气流以在固 化温度下提供通过喷丝器纺制的熔融聚合物的部分骤冷固化纤维；以及第 二装置，用于提供低于环境温度的第二经调节空气流以进一步地使部分骤 冷固化纤维骤冷，其中，通过接合器提供第二经调节空气流，接合器可操 作地设置在熔融聚合物部分地固化的区域下方。

系统包括可操作地位于接合器下方的纺丝油剂施加器(spinfinish applicator，纺丝终处理剂施加器)。纺丝油剂施加器设置在横流骤冷筛网 的操作前部上。纺丝油剂施加器进一步适于沿骤冷甬道的高度进行调节。

纺丝油剂施加器可适于沿骤冷甬道的高度在0.5米至1.2米的范围内 进行调节。

系统包括可操作地位于接合器下方的导纱器。导纱器可操作地设置在 纺丝油剂施加器下方。导纱器适于沿骤冷甬道的高度进行调节。

导纱器可适于沿骤冷甬道的高度在0.5米至1.2米的范围内进行调节。

接合器包括允许纤维穿过接合器的一个或多个柱形单元。

一个或多个柱形单元的每一个可具有穿孔轮廓。

柱形单元通过螺纹盘附接至接合器的底箱的内底表面。

柱形单元通过螺纹盘附接至接合器的底箱的顶侧边缘表面。

骤冷系统包括用于每一个柱形单元的至少一个导丝器，其中每一个导 丝器包括成形为在直径上相对的两个撇号(apostrophe，引号)的至少一 组的两个板，它们的弯曲表面面向彼此。

两个板附接至接合器的顶盖，以便两个板之间保持间隙。

两个板之间的间隙在最宽部分可以是大约5毫米，在最窄部分可以是 大约2毫米。

接合器包括沿接合器的长度设置在接合器内部的横向穿孔板。

通过与接合器的柱形单元流体连通的空气管道提供第二空气流，空气 管道通过至少一个平台通道与柱形单元流体连通。

第二空气流通过柱形单元径向地进入接合器。

第一骤冷空气流的温度可以是大约25℃及更高。

第二经调节空气流的温度可以是25℃以下。

第一装置构造成将第一环境空气流吹过骤冷甬道。

第一装置和第二装置中的每一个都可包括鼓风机。

固化温度为玻璃化温度(T_G)。

根据本公开的另一个方面，用于骤冷的方法包括：通过喷丝器将熔融 聚合物进行纺丝而进可操作地设置在喷丝器下方的骤冷甬道，使熔融聚合 物经受第一环境空气流以便在固化温度下提供部分骤冷的固化纤维，以及 利用低于环境温度的第二经调节空气流进一步使部分骤冷的固化纤维骤 冷至低于固化温度以提供骤冷纤维，其中第二经调节空气流通过可操作地 设置在熔融聚合物部分地固化的区域下方的接合器而与第一环境空气流 分别提供。

接合器可操作地设置在纺丝油剂施加器和导纱器中的至少一个上方。

第一环境空气流可以是25℃的环境温度以及更高。

第一环境空气流可设置成基本上与骤冷甬道的长度垂直。

第一经调节空气流可由鼓风机提供。

第二经调节空气流的温度可以是25℃以下。

第二经调节空气流可由鼓风机提供。

第二经调节空气流被强制在接合器内部循环。

固化温度为玻璃化温度(T_G)。

第二经调节空气流可径向进入接合器。

附图说明

现在将结合非限制性附图对本公开的用于使合成复丝纤维骤冷的系 统、方法和设备进行说明，其中：

图1图示了根据本公开的一个实施方案的表示用于熔体纺丝的骤冷系 统的线形图。

图2图示了根据本公开的实施方案的骤冷系统的接合器。

图3图示了图2中的接合器的穿孔柱形和穿孔板。

图4图示了附接至图2中的接合器的导丝器的放大视图。

图5图示了图1中的骤冷系统的纺丝油剂施加器和导纱器的透视图。

具体实施方式

现在将参考附图描述本公开，附图并不限制本公开的范围和界限。仅 通过实例和说明提供了描述。

参考以下描述中的非限制性实施方案对本文的实施方案及其各种特 征和有利细节进行了解释说明。省略了对公知组件和处理技术的描述，以 免不必要地使本文的实施方案模糊不清。本文使用的实例只是为了帮助理 解可以实践本文的实施方案的方式，并进而使得本领域的技术人员能够实 践本文的实施方案。因此，不应将实例理解为限制了本文的实施方案的范 围。

以下对具体实施方案的描述将充分地揭示本文的实施方案的一般性 质，使得其他人在不脱离一般概念的情况下，可通过运用现有知识很容易 地修改和/或调整这种具体实施方案的各种应用，因此这种调整和修改应该 且旨在包括在所公开的实施方案的等同物的含意和范围内。应理解，本文 采用的措辞或术语是为了进行描述而非限制。因此，虽然已就优选实施方 案描述了本文的实施方案，但是本领域的技术人员将认识到，在如本文所 描述的实施方案的精神和范围内，可以有修改地实践本文的实施方案。

本发明涉及利用环境空气流在可操作地设置在喷丝器下方的骤冷甬 道内使通过喷丝器挤出的长丝骤冷，以提供在固化温度下部分骤冷或固化 的纤维，之后利用另一经调节空气流在接合器内部进一步进行骤冷的过程， 接合器位于纺丝油剂施加器或导纱器正上方并位于熔融聚合物被部分固 化的区域下方。通过接合器的经调节空气流有助于使部分固化的纤维在进 行施加纺丝油剂或卷绕之前冷却至所需温度。

接合器的位置选择成使得进入接合器的长丝在与接合器内的经调节 空气接触之前其温度已低于玻璃化温度T_G。通常，接合器定位成靠近长 丝的会聚点，例如纺丝油剂施加器，从而减小接合器内的圆形入口的直径， 并因此减小净空气消耗量。经调节空气可通过使用例如鼓风机提供。这样， 经调节空气便被迫在接合器内部循环，从而更有效地使纤维骤冷。此外， 接合器内部的冷却不会影响熔体拉伸/拉拔现象，而是仅将长丝冷却至在施 加纺丝油剂期间快速移动的长丝不会以例如粘滑的方式不利地相互作用 的温度。通过使用本公开的过程和系统，对冷却空气的需求量降低了70％， 从而使得大大节省了冷却成本。

根据本公开，将参考图1至4对用于熔体纺丝的骤冷系统进行解释说 明。总成的组件一般由标号表示，如在附图中所指示的那样。

参考图1，骤冷系统100图示了与骤冷甬道104流体连通的喷丝器102 的远端，该骤冷甬道设置在处于工作位置的喷丝器102下方。喷丝器102 的远端上的孔或毛细管可连通地附接至骤冷甬道104。骤冷甬道104朝向 附接至喷丝器102的一端较宽，而另一端较窄。喷丝器102设置在垂直位 置以允许重力作用于熔化纺丝之后挤出的纤维上。熔融状态的聚合材料通 过喷丝器102，并沿箭头106示出的方向移动进入喷丝器102下方的骤冷 甬道104。

从喷丝器的毛细管挤出长丝的区域以及长丝的温度分别由A₀和T₀表 示。由箭头108表示的横流环境空气通过例如筛网(未示出)吹过骤冷甬 道104的长度。在实施方案中，环境空气的温度为25℃或更高。

当熔融聚合物达到骤冷甬道104的距离‘Z’时，由于应用了环境空 气，其温度下降至T_Z。此时，长丝的区域由A_Z表示。随后，熔融聚合物 达到距喷丝器102为‘L’的长度，正好处于熔体纺丝法的上油阶段之上。 直到该长度，熔融聚合物才与横流的环境空气接触。长丝在该距离‘L’ 的温度由T_G表示，其表示玻璃化温度，且长丝的区域由A_L表示。点‘L’ 为熔融聚合物转变成玻璃态的转变点。在实施方案中，转变点或凝固点‘L’ 距喷丝器102的距离通常为大约300毫米。然而，本领域中的技术人员将 理解，凝固点‘L’的位置可根据长丝旦数变化。在实施方案中，横流环 境空气使熔融聚合物从大约250℃冷却至100℃。

横流环境空气提供部分骤冷和/或固化的纤维。这些部分骤冷的纤维在 接合器110内被进一步骤冷或冷却，接合器110安装在正好要进行上油之 前，并位于熔融聚合物转变至玻璃态的区域下方。在实施方案中，接合器 110距喷丝器102的距离通常为大约600毫米至1000毫米。然而，再次说 明，将很容易理解的是，该距离也可基于长丝旦数而变化。

部分骤冷的纤维进入接合器110，并被例如通过使用鼓风机提供的经 调节空气冷却至所需温度。此后，最终在纺丝油剂施加器112处获得纤维， 且纤维沿箭头114的方向被卷绕在例如芯轴上。在实施方案中，根据所纺 旦数，如果需要，可利用外部压力调节器(未示出)来控制接合器110内 部的气压。纺丝油剂施加器112以均匀的速率对移动纤维进行上油，以便 使纤维均匀地涂覆油剂。在一个实施方案中，纺丝油剂施加器112可操作 地位于接合器110下方，并设置在横流骤冷筛网的操作前部上，其中横流 骤冷筛网使得冷却气体(例如，空气)能够加速吹入以冷却长丝。纺丝油 剂施加器112进一步适于沿骤冷甬道的高度进行调节。通常，纺丝油剂施 加器112适于沿骤冷甬道的高度在0.5米至1.2米的范围内进行调节。骤 冷系统100进一步包括导纱器116(图5所图示)。导纱器116用于接收和 引导纱线，并将纱线转移至卷绕机构。导纱器可操作地位于接合器110下 方，并可操作地设置在纺丝油剂施加器112下方。导纱器116适于沿骤冷 甬道的高度进行调节。通常，导纱器适于沿该骤冷甬道的高度在0.5米至 1.2米的范围内进行调节。图2示出了根据实施方案的图1中的骤冷系统 100的接合器110的透视图。接合器110位于纺丝油剂施加器112正上方， 并构造成利用经调节空气使从骤冷甬道104进入接合器110的长丝冷却至 所需温度。在实施方案中，进入接合器110的经调节空气的温度大约为 16-25℃。

如所示，接合器110具有顶盖202，该顶盖通过孔206装配在底箱204 之上。通过这些孔206的每一个，螺栓可紧固在底箱204的顶侧边缘上。 底箱204的底部下方设置有空气管道208，以通过通道210在接合器110 内部提供冷空气或经调节空气。部分骤冷的纤维借助于导丝器214被引导 入圆形区域212。通过这些圆形区域212，冷空气与纤维径向接触。在实 施方案中，圆形区域212的直径大约为25毫米。

在实施方案中，接合器设有附接至侧表面216a和216b的滑动件(未 示出)。借助于这些滑动件，在“生头”期间可在通道210上方横向拉动 或推动接合器110。如本行业所使用的那样，生头是指使长丝从喷丝器底 板穿至卷绕头。在实施方案中，部分骤冷的纤维在接合器110内可移动的 距离大约为50毫米。接合器110的长度取决于纤维的旦数。对于进入接 合器110的具有特定旦数的纤维，将需要单独的圆形区域。在实施方案中， 圆形区域的距离与处于纺丝位置的喷丝器的间距的距离相同。进一步地， 箱的宽度可以是大约200毫米。

图3图示了移除了顶盖202的接合器110的透视图。接合器110包括 用于进入接合器110的每一束长丝的一个或多个柱形单元302。在实施方 案中，柱形单元302具有C形横截面以便于长丝生头。柱形单元302焊接 或通过C形螺纹盘304螺栓连接至底箱204的内底表面和侧边缘，并通过 一个或多个平台形通道210与空气管道208流动连接。

在实施方案中，柱形单元302具有穿孔轮廓。进一步地，接合器110 具有沿接合器110的长度放置的侧板306，侧板也具有供空气通过的穿孔。 在实施方案中，两个侧板306设置在接合器110内。侧板306旨在使空气 均匀分布。侧板306装配在设置在底箱204的侧表面216a和216b的槽308 内。利用这种布置，穿过柱形单元302的部分骤冷的长丝会与被迫循环通 过柱形单元302和侧板306的穿孔的均匀分布的经调节空气接触。

图4图示了附接至图2中的接合器110的导丝器214的放大视图。如 所示，导丝器214优选通过焊接或通过螺栓连接附接至顶盖202的顶部表 面。导丝器214成形为使得在长丝生头期间可使长丝穿过C形柱形单元 302。在实施方案中，导丝器214为一组成形为在直径上相对的两个撇号 的两个板214a和214b，其弯曲表面面向彼此。两个板214a和214b设置 在顶盖202上，以便两个板214a与214b之间存在供长丝在生头期间进入 的间隙406。在实施方案中，板214a与板214b之间的间隙406在最宽部 分处大约为5毫米，在最窄部分处大约为2毫米。利用这种形状，进入柱 形单元302的圆形区域212的部分骤冷的纤维便不与任何表面粗糙部分接 触。

在生头期间，接合器110被拉离其与空气管道208流动连接的位置， 并被设置在来自骤冷甬道104的长丝的流动线下方。在该位置，从空气管 道208流入接合器110的冷空气可被阻挡。然后，长丝通过导丝器214和 C形柱形单元302的狭缝404被置于圆形区域212内。生头之后，接合器 110可滑动返回至其初始位置，在初始位置处其再次与空气管道208流体 连通。来自空气管道的大约为16至25℃的经调节空气流通过设置成基本 上沿接合器110的长度的平台通道210从每一个柱形单元302径向通过。 利用这种布置，整个接合器110的所有柱形单元内的经调节空气或冷空气 均保持均匀分布。进一步地，柱形单元上的穿孔402迫使空气在接合器110 内循环。穿孔侧板306进一步使得冷空气均匀分布。

技术进步和经济意义

本文描述的根据本公开的骤冷系统、方法和设备具有若干技术优点， 包括但不限于实现了：

该系统更有效地利用环境空气，从而显著降低了提供冷空气以进行骤 冷所涉及的制冷成本。

该系统允许使用被迫使循环的冷空气冷却部分骤冷的纤维，从而允许 利用少量冷空气有效地冷却纤维。

进一步地，该系统允许冷空气在接合器的整个内部空间均匀分布。

进一步地，该系统便于分离冷却区域，从而避免可因骤冷甬道内的冷 却而出现的任何偏差。

此外，该系统降低了重复冷却长丝的相同部分的可能性。

在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则词“包括(comprise)” 或其变化形式(例如“comprises”或“comprising”)将理解为是指包含所 述元件、整体或步骤，或元件、整体或步骤的组,但不排除任何其它元件、 整体或步骤，或元件、整体或步骤的组。

使用的表达“至少”或“至少一个”是建议使用一个或多个元件或成 分或数量，因为在本公开的实施方案中，如此使用可实现一个或多个所期 望的目的或结果。

本说明书中包括的对任何文献、法令、材料、设备物品等的任何讨论 仅仅是为了为本公开提供背景。不应将其认为是承认任何或所有这些事情 形成了现有技术基础的一部分或在本发明的相关领域是一般常识(如其在 本申请的优先权日期之前其已普遍存在)。

除非说明书中有相反的明确说明，否则提到的各种物理参数、尺寸或 数量的数值仅仅是近似值，且设想高于/低于赋予参数、尺寸或量的数值的 值也在本公开的范围内。