[发明专利]控制聚合物粘度的方法和设备

说明书

本发明涉及对受熔体含水率影响而经受解聚一聚合平衡反应的熔化聚合物的粘度所进行的控制。这种控制特别应用于聚酰胺的纺丝装置和工艺过程中。

将熔体纺丝加热到所要求的温度时，聚酰胺会受到解聚作用。解聚度或解聚一聚合的平衡点是熔体中含水量的函数。用作熔体纺丝的尼龙薄片或其他固态尼龙原料根据其预加工和存贮过程而含有不同的湿度。例如，固态尼龙材料中吸收的水分取决于尼龙曾被暴露的场所的大气湿度。由尼龙的解聚引起的熔化聚合物的各种不同分子量在纤维丝的韧度、延伸率和染色性能等方面会产生不合乎需要的变化。

如美国专利第2，571，975号和第2，943，350号中所实施的先有技术中，公开了把熔化状态或薄片状的尼龙通过一容器，使尼龙暴露于蒸汽或具有恒定和预定水蒸气含量的受控大气中，以降低聚合物中湿度的差异并在纺出的纤维丝中提供更均匀的性能。蒸汽一般导致熔化聚合物的过度解聚，而把薄片状聚合物短期暴露于固定湿度的大气中，一般对提供含水率均匀性方面、尤其在固态片状的中心部位是不足的。所述聚合物薄片从每一薄片的核心到其表面其含水量是不同的。

如图1-4所说明的先有技术的纺丝装置，该装置带有用来控制被进行纺丝的聚合物相对粘度的自动控制系统，它包括：总的以20表示的一个调节器，该调节器调节聚酰胺薄片22，然后在一螺旋熔化器24中将该薄片熔化，并通过传送导管26将其送到多支管28。计量泵29将来自多支管28的聚合物送到若干喷丝头30，每个喷丝头产生许多在空气中进行冷却的长纤维32。总的以40表示的自动数字控制装置控制调节器20，以便随所检测到在熔化聚合物的相对粘度方面的变化而调节聚酰胺薄片的含水率，从而使熔化聚合物的相对粘度保持在一狭窄范围之内。从差动压力、温度并通过传送导管26中总起来以42表示的测量设施对熔化聚合物的吞吐量进行测量来计算相对粘度，从而能够迅速地在线确定并控制聚合物的相对粘度。保持住预定的相对粘度基本上产生了在纺出的纤维丝32的韧度、延伸率和染色性能方面的均匀性。

在调节器20中，借助使聚合物薄片通过上部区域或容器44、使所述薄片暴露于循环惰性气体流46，然后又使之通过下部区域或容器48，使之暴露于转换惰性气体流50而调节聚合物薄片的含水率。循环气体流46在其温度和湿度两方面可有选择地进行调节，该湿度又通过调节加到循环气流46中的补充气流52的流率依次进行调节。在这种先有技术系统中，使补充气流52的含水率保持在某一预定值。干燥的转换气体50则对其流率有选择地进行调节。

通常，进入调节器20的聚合物薄片的含水率大于在熔化的聚合物中产生所要求相对粘度的含水率，从而由循环气体46和转换气体50排除聚合物中所吸收的部分水分，而使熔化的聚合物中达到所要求的相对粘度。根据检测到的在熔化聚合物中相对粘度方面的变化而对转换气体50流率的调节提供熔化聚合物相对粘度的最初控制。通过对补充气体流率的调节提供二次控制从而使通道气体流率保持在有效的工作范围内。循环气体温度的调节在对聚合物粘度的三种调节中反应最慢，使转换气体流率和补充气体流率保持在相应范围之内。

由气动馈给机构56将聚合物薄片22送进调节器20的上部容器44。循环气体进气口58连通容器44的顶部用来引导循环气体流通过容器44中的聚合物薄片的填充物。鼓风机62的进气口连接在所述排气口60上，而鼓风机62的排气口经由一加热器64连接到所述进气口58以便提供连续不断的循环气体流。加热器64是一个间接式热交换器，它借助于一个阀66控制的蒸汽流间接地加热循环气体46。

将水蒸汽含量重量百分比一般低于循环气体流46的补充气体流52，从鼓风机62上游点68处加到循环气体流中，以保证循环气体流46的湿度调节，以及为经由排气口67外流的湿气体和经由薄片馈送系统损耗的任何气体提供补充气体。控制排气流67中的阀69以保持住略微高于容器44和循环气体回路46中大气压的预定压力。离心机71排除来自排气流的细料再循环、处理或其他用途。阀72控制着来自干燥氮源70的补充气体的流率。使氮气流52通过增湿器罐74，在罐中气体经由一个由电阻加热器76加热到预定温度的水浴，从而把所要求的水蒸气加到气体中。通过加热器76电流的调节使增湿器74保持某一预定的水温，从而使补充气流52保持预定的水蒸气含量。

阀80控制着来自干燥氮源70的转换气体流50的流率。