[发明专利]熔融纺丝装置

说明书

本发明涉及一种将熔融聚合物挤压出许多根长丝的装置，其中该装置包括：通过其将熔融物供给喷丝头的分配管；保持挤压所需温度以使物料流动并直到其喷出喷丝头的加热装置；以及带有配属于喷丝头的鼓风嘴的冷却装置，该鼓风嘴具有指向从喷丝头流出的长丝的缝形开口，从而这些长丝受到从鼓风嘴喷出的气流的作用。

由长丝成型聚合物如聚酯、聚酰胺、聚烯烃制成的长丝通常用熔融纺丝方法生产。在此工艺中，聚合物在挤压机中被熔炼和均匀化，随后通过熔融物管路将其供应给将熔融物挤压出喷丝头的纺丝泵，从喷丝头出来的长丝通过气流连续冷却。最后如此预处理这样生成的长丝：将长丝聚集成束；拉伸；卷曲；剪切成短纤维。

在这里，第一工艺阶段在产品质量方面对以后的工艺阶段产生重要影响，所以在纺丝前或纺丝时已相应确定了长丝或短纤维的最终质量。

在挤压中已经开始提供尽可能均匀的与温度分布有关的熔融物，必要时也提供加成剂的均匀分配。所以经常利用一个精确分级的、其尽可能具有相同的管路长度的适用于所有纺丝泵的管路系统以完成将熔融物分配给喷丝头孔。通过尽可能均匀地加热所有管路段以确保常温。带有调频传动机构的齿轮泵确保了供给各喷丝头孔的物流的精确剂量。

在实践中，根据情况使用不同形状的喷丝头组件，即矩形、环形、圆形喷丝头组件。对这些喷丝头组件来说必须确保在整个喷出面内尽可能均匀地分配熔融物。

例如在EP0517994中描述了这种用于环形喷丝头组件的分配系统，其中通过相同长度的复杂管路将熔融物供给一个环形喷丝头组件的喷丝头孔。在US4259048中描述了一种环形喷丝头组件，其中通过板形空间确保熔融物分配。

然而这些解决方案只有在所有分配管都有相同温度的情况下才能无缺陷地起作用，这是因为如果不这样的话，由于温差缘故，熔融物的流动能力出现差异，根据阻力最小原则，熔融物优先流入高温管。除了在纤度方面表现出显著不同外，由于变异系数缘故，终产品也明显不同。另外拉伸性能也由于这种温度非均匀性而受到不利影响，所以几乎无法制出高品质的终产品。这种情况特别合乎于超细纤维或长丝的生产，这是因为由降低的产量而引入的热焓较低，结果由于长时间停留，温度对熔融物黏度的影响作用加强。

然而实践证明，在通过蒸汽式蓄热油加热的装喷丝头的箱体中(即所谓的纺丝箱体)出现温差，这是因为无法无间隙安装喷头。这种间隙用于在挤压填料时调整变形过程，或者当加工温度在200-300度之间而出现热膨胀时，这种间隙作为安全距离是必不可少的。由于存在上述间隙，利用通过热传导的最佳传热方式受到诸多限制。

在这里，采用电加热元件提供了一条解决途径(DE4312309C)，这些加热元件可以直接螺接或夹紧在喷丝头组件上。但这意味着必须通过传导和接触来输入加热功率所需能量，这种传导和接触在拆卸喷丝板组件或喷丝板零件时又必须解除，这就导致工作成本显著增加以及某些相关元件加固连接。此外，在传导和接触上还会出现能量的损失。而另一方面，由于给加热元件施加电压，设备操作人员有危险，而且由于违反规程的操作可能危害到操作人员。

用蓄热油直接加热的结构使拆装喷丝头或喷丝头组件更加复杂，这是因为在生产或清理时要考虑与油污染有关的问题。另外在清洗喷丝头孔时，这些残留物留在清洗设备中。在干扰作用下不可能实现局部的温度匹配。

与熔融物和温度均匀分布同样重要的是当长丝从喷丝头组件中出来时对长丝进行均匀冷却。在此必须确保通过在相同路程内尽可能一样的气流温度和速度冷却这些单丝。在此更具有重要意义的是在熔融物凝固点的冷却，这是因为自由运动和已经预取向的塑料分子被冷冻在瞬时位置上。冷却差异一般导致不同的拉伸性能，而最糟糕的是导致已处于纺丝中丝束的断裂。为消除这种影响，根据各喷丝头形状采用横向鼓风、内流冷却(由外及内)、外流冷却(由内及外)。根据孔区厚度、孔区宽度、聚合物和产量，风速在0.1-20m/s之间变化。

所有冷却方法和风速都有这样的问题，即鼓风在逐根长丝间穿过丝束时温度升高，于是在从丝束中流出时的鼓风温度比流入侧温度高得多。结果，长丝在流出侧的冷却不同于长丝在冷风流入侧的冷却。由此导致(如上所述)不同拉伸性能和产品质量的降低。另外由于长丝运动和由此引起的牵引流动导致已对准目标的气流或多或少地转向，从而在流入侧和流出侧之间不再出现凝固点的均匀性。