專利名稱：用于生產(chǎn)牽伸合成長絲的牽伸設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括紡絲裝置和含有用于在合成長絲上產(chǎn)生拉力的氣動工具的拉伸裝置的牽伸設(shè)備，和生產(chǎn)牽伸合成長絲的方法，按此方法單絲纖度大于1dtex的熔紡合成長絲在紡絲裝置后至少在凝固點的溫度下被冷卻，和借助于氣動拉伸裝置被牽伸，該牽伸長絲用于生產(chǎn)合成紗，短纖維和非織造布。
用熔紡法生產(chǎn)合成長絲基本上由三個工藝步驟組成。首先將聚合物借助于擠壓機進(jìn)行熔化，接著用一個帶有細(xì)孔的噴絲板或多個噴絲板進(jìn)行長絲的紡絲。最后將紡成的長絲進(jìn)行牽伸，以便達(dá)到截面變小。紡成的長絲截面變小對許多工業(yè)上和紡織上的用途是基本的前提。
牽伸是對長絲提供繼續(xù)應(yīng)用可能性的決定性工藝步驟，它可直接，連續(xù)和/或自動的連接在紡絲過程中或者作為獨立的工藝步驟在生產(chǎn)過程中進(jìn)行。
長絲的牽伸借助于拉伸裝置用機械方法通過導(dǎo)輥或用氣動方法通過噴咀進(jìn)行。
與所連接的拉伸裝置種類，氣動的或機械的無關(guān)，在高紡速時，即大于3500m/min，在一步法裝置紡的長絲的力學(xué)性能例如強度和彈性模量比用較低紡速，即低于3500m/min紡制并在附加的工序進(jìn)行后牽伸的長絲明顯的差。
盡管在一步法中高紡速比低紡速有利于形成改進(jìn)的力學(xué)性能，但同時長絲本身在絲的表面和內(nèi)部之間產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性差異。這造成了與后牽伸長絲相比減低了強度和彈性模量。
US 2604 667說明無專用牽伸設(shè)備用于進(jìn)行后牽引生產(chǎn)取向紗，而是通過應(yīng)用至少4700m/min的拉伸速度。為取得高強度這樣高的速度是需要的。如果速度下降，制得的長絲具有高的伸長。為達(dá)到這一拉伸速度，可采用傳動的導(dǎo)輥和空氣噴咀。US 2604 667首先探討紗線制造，但也論述用空氣噴咀作拉伸裝置制造短纖維。
已知在從紡成的連續(xù)長絲生產(chǎn)紡粘型非織造布中，由噴絲板出來的長絲的牽伸是借助于在超聲范圍傳動的拉伸裝置的氣動噴咀進(jìn)行。為制造紡粘型非織造布將多根凝固的長絲借助于噴咀送到鋪絲設(shè)備。由于空氣在長絲上的摩擦施加的力有可能調(diào)節(jié)拉伸速度和因此影響長絲的力學(xué)性能。在此表明對長絲性能的影響是有限度的，雖然由于導(dǎo)入噴咀的空氣壓力的提高使拉伸速度提高，但強度幾乎沒有進(jìn)一步提高和伸長也幾乎沒有進(jìn)一步減小。
從DE-OS 2 117 659已知由合成的線形聚合物通過細(xì)絲的熔紡制造紗和纖維的方法，它用拉伸速度至3500m/min進(jìn)行加工。拉伸速度是由導(dǎo)輥對的速度予給定的。為影響伸長在噴絲板和導(dǎo)絲盤之間安裝一加熱機構(gòu)，在其中由50根絲條組成的合成紗線在凝固點以上和熔點以下的溫度加熱，由此達(dá)到牽伸比至1∶2。此外論述了由單絲纖度細(xì)的和特別合適的強度和伸長的長絲用于制造紡粘型非織造布，但這方面沒有進(jìn)一步敘述。
在DE-OS 29 25006中一方面討論了牽伸對強度的作用和另方面討論了牽伸對伸長和收縮的作用。闡述了長絲通過牽伸得到較高的強度，而伸長和收縮減小。與DE-OS 2117659相比4100-6000m/min較高的牽伸速度可通過采用輕度紅熱的加熱機構(gòu)與長絲直接接觸達(dá)到。
為由聚合物，特別是聚酰胺，聚酯或聚丙烯用熔紡方法生產(chǎn)合成纖維，從DE-4021545可知，至少具有一個噴絲板，紡絲甬道，加熱甬道，上油設(shè)備，導(dǎo)絲盤設(shè)備和卷繞設(shè)備的裝置，其中加熱甬道有產(chǎn)生逆流的吹風(fēng)裝置，例如吹風(fēng)噴咀。用此裝置可生產(chǎn)全牽伸的合成紗和合成纖維，其中單纖維或長絲纖度小于1dtex。在此裝置上和按此方法無后處理可制造全牽伸的合成長絲，它們可加工成非常精細(xì)和貼身的織物。此裝置是否具有對較高纖度范圍足夠的牽伸性能，在該專利中沒有闡述。
本發(fā)明的任務(wù)是，制造一個裝置和提供一種方法，該裝置或方法能適用于生產(chǎn)纖度大于1dtex的牽伸合成長絲和生產(chǎn)具有較高強度和較低伸長的長絲。
按本發(fā)明牽伸設(shè)備具有在紡絲裝置和拉伸裝置之間安排的有一對合成纖維逆流導(dǎo)入加熱介質(zhì)流的加熱裝置。
在此裝置上由熱塑性合成材料，例如聚酯，聚酰胺，聚丙烯，聚乙烯通過簡單紡絲或復(fù)合紡絲(雙層的，分段的，同軸的等等)生產(chǎn)工業(yè)或紡織用途的連續(xù)長絲。通過熔紡生產(chǎn)的長絲的力學(xué)性能有明顯改善，特別是在同樣纖度時改善了斷裂強度，伸長，彈性模量和熱收縮。
加熱裝置可用逆流導(dǎo)入的熱空氣或其它熱的，優(yōu)選中性的氣體，但也可用加入添加劑的混合氣體驅(qū)動?？諝庠陂L絲凝固溫度以上的溫度加熱。
加熱裝置的作用基于，在紡絲裝置和拉伸裝置之間通過逆流導(dǎo)入的熱介質(zhì)形成被加熱的絲束進(jìn)入“固定”(Festhalten)或“制動”(Bremsen)范圍。因此借助于在此范圍后面連接的拉伸裝置有可能握持進(jìn)一步的牽伸力和進(jìn)行附加的牽伸。牽伸是通過絲進(jìn)入加熱裝置的速度和絲進(jìn)入拉伸裝置的速度來確定的。
令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，按照空氣磨擦的原理工作的氣動拉伸裝置也可與以逆流方向工作的加熱裝置組合。這樣得到的長絲在同樣的拉伸速度使強度提高和伸長降低。顯著的優(yōu)點是，為生產(chǎn)具有一定性能的長絲拉伸速度可急劇減小。
在進(jìn)一步的實施方案中設(shè)計有生產(chǎn)非織造布的工具，此工具使通過氣動拉伸裝置輸送的合成長絲鋪網(wǎng)形成平面組織，即紡粘型非織造布，其中對合成長絲不需要其它的機械輸送手段。
牽伸設(shè)備也可通過制造短纖維的工具予以補充，其中將合成長絲切成短纖維。此纖維特別適用于生產(chǎn)纖維網(wǎng)。
用一種生產(chǎn)牽伸合成長絲的方法，按此方法熔紡的長絲在紡絲裝置后至少在凝固點的溫度進(jìn)行冷卻和用氣動拉伸裝置進(jìn)行牽伸，為牽伸的目的接著在加熱裝置中進(jìn)行加熱，其中長絲在加熱裝置中被氣相的，在凝固點以上的溫度加熱的介質(zhì)被逆向吹風(fēng)，可生產(chǎn)在較低的伸長時具有較高的強度的合成長絲。
這種長絲不需要進(jìn)行進(jìn)一步的后牽伸和此方法的實施有可能在比至今較低的拉伸速度下進(jìn)行。
此方法優(yōu)選以這樣方式進(jìn)行，即在加熱裝置和拉伸裝置之間后牽伸的牽伸比為1.1至1.5。
此外具有優(yōu)點的是，如果長絲在溫度為200℃至250℃，在PET或PA66情況下優(yōu)選在225℃至300℃進(jìn)行逆向吹風(fēng)。空氣量可從5M3/h至25M3/min改變。
為達(dá)到強度和伸長的明顯改進(jìn)，如果長絲用2000m/min至4700m/min的拉伸速度通過逆向氣流引入也是足夠。在較高的速度仍然亦可獲得改進(jìn)的性能。
用此方法可影響所生產(chǎn)的合成長絲的性能。逆流空氣量和溫度可能進(jìn)行這樣的調(diào)節(jié)，使紗的伸長達(dá)到小于60％或者有可能將長絲的拉伸速度，逆流空氣的氣量和溫度這樣調(diào)節(jié)，即在同樣的拉伸速度下使后牽伸長絲的抗拉強度比簡單牽伸的長絲至少達(dá)到相對提高20％，其中長絲的抗拉強度至少達(dá)到32CN/Tex，特別優(yōu)選達(dá)到34-45CN/Tex，或者逆流空氣的氣量和溫度這樣調(diào)節(jié)，使熱空氣收縮最高達(dá)到6％(在180℃，15分鐘)。這特別適于采用PES(聚酯)為原料。
此外有利的是，長絲的拉伸速度，逆流空氣的氣量和溫度這樣進(jìn)行調(diào)節(jié)，使彈性形變范圍過渡到塑性形變范圍只有在至少高20％的力下才能進(jìn)行。
雖然長絲是高牽伸的，有可能長絲在逆流處理后連續(xù)或在分開的處理工序中再進(jìn)行一次后牽伸。
作為進(jìn)一步的處理工序合成長絲用于制造非織造布可將其鋪在基布上或為制造短纖維將其切斷，其中切斷的長絲可供后道工序進(jìn)行加工。
特別有利的是合成長絲用于生產(chǎn)非織造布，其中長絲的抗拉強度至少為32CN/Tex和伸長小于60％。為生產(chǎn)紡粘型非織造布，合成長絲可作為連續(xù)紗進(jìn)行鋪網(wǎng)。為生產(chǎn)纖維網(wǎng)，合成長絲可作為短纖維鋪網(wǎng)。
此外有利的是合成長絲用于制造紗線，其中長絲的抗拉強度至少為32CN/Tex和伸長小于60％。而紗線也可由連續(xù)合成長絲制造或由短纖維紡制。
在圖中概括地展示了用于生產(chǎn)牽伸合成長絲的牽伸設(shè)備

圖1表示裝置的基本結(jié)構(gòu)組，
圖2表示按本發(fā)明絲束的速度曲線與普通體系相比，圖3表示不同力學(xué)性能的特征曲線。
圖1展示的用于生產(chǎn)牽伸合成纖維的牽伸設(shè)備包括紡絲裝置1，用已知方法將熔融的合成材料加入紡絲裝置。通過在紡絲裝置1中安裝的噴絲板流出相應(yīng)于噴絲板孔數(shù)的絲數(shù)的長絲2，這些絲一起形成絲束3。通常16，32或64根絲收集成一個絲束。從噴絲板流出后長絲2在凝固溫度以下進(jìn)行冷卻，其中有一附加的冷卻設(shè)備4，在那里在各個長絲中形成結(jié)晶和無定形區(qū)。
冷卻的長絲2送入加熱裝置5，在那里集束，這樣平行過程通過加熱裝置5進(jìn)行。加熱裝置5有加熱甬道6，在其中從下端7向紡絲裝置送入熱空氣8和在其上端9空氣再流出。在加熱甬道6中空氣8對絲束3逆流送入。
在與加熱甬道6一定距離處安裝拉伸裝置10，用此設(shè)備在絲束3上施加牽伸力。這是用氣動方法通過文丘里噴咀11進(jìn)行，在其中輸入高壓空氣12，這樣在最小截面上達(dá)到聲速，在下一過程超過聲速。
由拉伸裝置10出來的絲束3可用已知方法加工成合成紗線，為制造短纖維可將其切斷或用于制造紡粘型非織造布。后者例如在FR 74 20254中有說明。
在圖2展示用不同裝置及方法紡的長絲的速度曲線的概況。在一般條件下長絲用直接紡絲和牽伸一步法和在高速度下，這里拉伸速度為6000m/min，由于在軸向和徑向具有非常高的速度梯度使纖維經(jīng)受了急劇的冷卻，見曲線A。延著絲路，速度梯度大于2×104·1/s，和冷卻速度處于26000℃/s數(shù)量級。這一極端條件使絲的外殼和中心之間造成不同的，不均勻結(jié)構(gòu)。與多步法中后牽伸的絲相比其結(jié)果是一定的力學(xué)性能降低。
拉伸速度減低到4400m/min明顯地減低速度梯度和冷卻速度，如由曲線B所見。當(dāng)然斷裂負(fù)荷也降低和斷裂伸長提高。
雖然低拉伸速度有利，為了達(dá)到提高斷裂負(fù)荷和降低斷裂伸長，所以采用二步機械方法，第一個范圍用高的速度梯度和第二個范圍用高的速度梯度。這表示在曲線C。
通過應(yīng)用在噴絲板和拉伸裝置之間的加熱裝置，該設(shè)備通過逆流引入的加熱空氣對長絲吹風(fēng)，在拉伸速度為4400m/min時達(dá)到曲線D展示的過程。通過加熱裝置5的長度L加熱超過凝固點的長絲發(fā)生后牽伸。
在表1中對采用和不采用加熱裝置對熔點為256℃和粘度在290℃為190Psa的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)不同物料通過量時的不同試驗結(jié)果進(jìn)行對比。
在第一個試驗次序T采用由紡絲裝置1和拉伸裝置10組成的牽伸設(shè)備用于生產(chǎn)長絲。
第二個試驗次序V與第一個試驗次序不同之處在于，在紡絲裝置1和拉伸裝置10之間有一加熱裝置5，在其中長絲用逆向引入的加熱到凝固點以上溫度的空氣加熱。這也有可能，長絲3在超過其凝固點溫度加熱，但仍然沒達(dá)到熔點。
對于兩個次序的試驗，其中之一用物料通過量噴絲板的每個孔為1g/min(T1，V1.1，V1.2)和其中之另一個用物料通過量噴絲板的每一個孔為0.62g/min(T2，V2)來進(jìn)行。
在第一個試驗系列中制造的長絲的基本性能的比較中首先可確認(rèn)，絲的拉伸速度在試驗V1.1和V1.2中與T相比有明顯降低。這可以這樣解釋，由于在拉伸裝置中壓力升高使加熱裝置中的摩擦力沒有完全得到平衡所致。兩個用同樣的拉伸速度按二個試驗次序T，V制造的長絲在此是不可能進(jìn)行力學(xué)性能的直接對比。
但可以識別，雖然拉伸速度從4700m/min，減小到3330m/min，但強度從30.3CN/Tex提高到39.7CN/Tex和伸長從72.6％減小到57.1％(T1和V1.2)，因此有可能為生產(chǎn)高強度長絲可在中等拉速度范圍進(jìn)行加工。在帶有加熱裝置的試驗次序中將速度提高到4000m/min，導(dǎo)致強度從39.7CN/Tex到42.5CN/Tex的再一次改進(jìn)和伸長從57.1％減小到43.7％(V1.2與V1.1相比)。
在第二個試驗系列V2，T2中將物料通過量調(diào)節(jié)成每孔0.62g聚合物/分鐘。在較細(xì)的纖度范圍拉伸速度也會減小，強度從27.7CN/Tex到36.6CN/Tex得到顯著改善和伸長同樣從82.6％明顯減小到47.6％。
表1
在圖3歸納了從試驗T1，V1，V1.1，V1.2；T2，V2得到的長絲的力-伸長曲線。可以看到加熱裝置對強度和伸長均有極大的影響。特別有意義的是在力超過10CN/Tex范圍伸長有明顯改善。改善的長絲可吸收明顯多的負(fù)荷，而不造成過度的伸長。這種特性本身在按照V1.2和V2用較小的拉伸速度生產(chǎn)的長絲中表現(xiàn)更為明顯。
由大約300℃熱的紡絲裝置出來的長絲通過用室溫空氣橫吹風(fēng)進(jìn)行冷卻，在加熱裝置中絲用體積流量在10-15M3/h之間的加熱到270-300℃的空氣進(jìn)行加熱。當(dāng)然，氣相的流體8的溫度對聚烯烴必須相應(yīng)適合于其熔融溫度。此外氣相流體8的流量特別取決于待牽伸絲的量，所采用的聚合物，牽伸度和紡絲裝置1與加熱裝置5之間的予牽伸。
長絲由于其改善的力學(xué)性能特別適合于制造非織造布，其中作為材料可考慮熱塑性合成材料，特別是PET，但也可考慮聚酯(PES)，聚酰胺(PA)，聚酰胺6.6(PA6.6)，聚丙烯(PP)或聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)。長絲也可由多種不同材料制造，可應(yīng)用已知的紡絲技術(shù)。
權(quán)利要求
1.用于生產(chǎn)牽伸合成長絲(2，3)的牽伸設(shè)備，它包括紡絲裝置(1)和含有一個用于在合成長絲(2，3)上產(chǎn)生抗伸力的氣動工具(11)的拉伸裝置(10)，其特征在于，在紡絲裝置(1)和拉伸裝置(10)之間安裝一個對合成長絲(2，3)逆流引入熱介質(zhì)流(8)的加熱裝置(5)。
2.按權(quán)利要求1的牽伸設(shè)備，其特征在于，設(shè)計有制造紡粘型非織造布的工具。
3.按權(quán)利要求1的牽伸設(shè)備，其特征在于，設(shè)計有制造短纖維的工具，例如用于制造纖維網(wǎng)。
4.制造牽伸合成長絲(2，3)的方法，按此方法單絲纖度大于1dtex的熔紡長絲(2，3)在紡絲裝置(1)后至少在凝固溫度冷卻和借助于氣動拉伸裝置(10)進(jìn)行牽伸，其特征在于，為牽伸的目的接著將長絲在加熱裝置(5)中加熱，其中長絲在加熱裝置中被氣相的，在凝固點以上的溫度加熱的流體(8)逆向進(jìn)行吹風(fēng)。
5.按權(quán)利要求4的方法，其特征在于，在加熱裝置(5)和拉伸裝置(10)之間進(jìn)行牽伸比為1.1至1.5的后牽伸。
6.按權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于，長絲(2，3)在溫度為200℃至350℃，優(yōu)選在225℃至300℃，被逆流吹風(fēng)。
7.按權(quán)利要求4至6之一的方法，其特征在于，長絲用5M3/h至25M3/h的空氣量被逆流吹風(fēng)。
8.按權(quán)利要求4至7之一的方法，其特征在于，長絲用拉伸速度為2000m/min至4700m/min通過逆流引出。
9.按權(quán)利要求4至8之一的方法，其特征在于，逆流空氣的氣量和溫度這樣調(diào)節(jié)，即使紗線的伸長達(dá)到小于60％。
10.按權(quán)利要求4至9之一的方法，其特征在于，絲的拉伸速度，逆流空氣的氣量和溫度是這樣調(diào)節(jié)，即在同樣的拉伸速度后牽伸長絲的抗拉強度與簡單牽伸長絲相比至少達(dá)到相對提高20％，其中長絲的抗拉強度優(yōu)選至少達(dá)到32CN/Tex，特別優(yōu)選達(dá)到40至50CN/Tex。
11.按權(quán)利要求4至10之一的方法，其特征在于，長絲的拉伸速度，逆流空氣的氣量和溫度是這樣調(diào)節(jié)，使彈性形變區(qū)域向塑性形變區(qū)域的過渡僅在提高20％的力下實現(xiàn)。
12.按權(quán)利要求4至11之一的方法，其特征在于，逆流空氣的氣量和溫度是這樣調(diào)節(jié)的，即使絲的熱空氣收縮最高達(dá)到6％(在180℃，15分鐘)。
13.按權(quán)利要求4至12之一的方法，其特征在于，長絲在逆流處理后接著進(jìn)行連續(xù)的或在分開的處理工序中進(jìn)行后牽伸。
14.按權(quán)利要求4至13之一的方法，其特征在于，合成長絲(2，3)為制造纖維網(wǎng)而在基布上鋪網(wǎng)。
15.按權(quán)利要求4至13之一的方法，其特征在于，合成長絲(2，3)為制造短纖維而被切斷。
16.具有應(yīng)用按權(quán)利要求1至3之一的牽伸設(shè)備或按權(quán)利要求4至15之一的方法生產(chǎn)的牽伸合成長絲制成的非織造布，其特征在于，長絲具有至少32CN/Tex的抗拉強度和小于60％的伸長。
17.按權(quán)利要求16的非織造布，其特征在于，合成長絲作為連續(xù)紗鋪網(wǎng)。
18.按權(quán)利要求16的非織造布，其特征在于，合成長絲作為短纖維存在。
19.具有應(yīng)用權(quán)利要求1至3之一的牽伸設(shè)備或按權(quán)利要求4至15之一的方法生產(chǎn)的牽伸合成長絲制成的紗線，其特征在于，長絲具有至少為32CN/Tex的抗拉強度和小于60％的伸長。
20.按權(quán)利要求19的紗線，其特征在于，合成長絲是連續(xù)紗線。
21.按權(quán)利要求19的紗線，其特征在于，合成長絲作為短纖維存在。
全文摘要
用于生產(chǎn)牽伸合成長絲(2,3)的牽伸設(shè)備和方法,它包括紡絲裝置(1)和含有用于對合成長絲(2,3)產(chǎn)生拉伸力的氣動工具的拉伸裝置(10),在其中在紡絲裝置(1)和拉伸裝置(10)之間安裝一個對合成長絲(2,3)逆流導(dǎo)入加熱介質(zhì)流(8)的加熱裝置(5)。
文檔編號D01D5/084GK1247578SQ98802490
公開日2000年3月15日 申請日期1998年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月12日
發(fā)明者J·巴拉維安, G·里伯勒特, H·雷納, R·格羅坦 申請人:卡爾·弗羅伊登貝格公司