用于加热运行中的多丝纤维束的轧光设备及方法 专利CN1225398AD类

Hna控股公司  2017-1-5 15:27
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用于热定形运行的多丝纤维束的轧光设备和方法,基本上利用多个加热辊,使纤维束绕辊沿曲折路径运行以便被辊传导式加热,在每个辊处面对有关辊与纤维束接触部分沿弧线布置的多个红外线灯同时对纤维束的相对侧面进行红外线辐射。在一个实施例中,用这样布置的红外线灯改装传统的轧光设备。一个替代实施例设置减少数目的轧光辊,接着设置一系列红外线加热隧道,共同完成纤维束的热定形。每个轧光设备和方法的速度和/或生产率为相似规格的传统设备的两倍。 说明 用于加热运行中的多丝纤维束的轧光设备及方法

本发明一般涉及用于制造纤维的丝状合成聚合材料的生产,更具体来说,涉及用于热定形这样的丝状材料,特别是通常称为聚酯的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料的设备及方法。

在合成纱线的传统制造中,融熔的聚合材料被挤压成多条连续丝的形状,在聚冷以冷却这种丝以后,经过集合,以通常称为纤维束的纵向共同延伸的束的形状运送。特别对于聚合物如PET来说,纤维束要承受在后的拉伸和加热操作,以便使每个纤维束中的每根连续丝的分子结构定向和热定形。

典型的拉伸和热定形操作涉及将并置关系的多个纤维束顺序送过两个或多个拉伸架,以逐渐加大的驱动速度运转,在拉伸架之间运行时在纤维束及其各根丝上施加纵向拉伸力,从而进行使每根丝分子取向的拉伸作业,然后经过具有一系列加热辊的轧光结构,纤维束以曲折的路径绕加热辊周向运行,被充分加热,使丝的分子取向定形。一般来说,纤维束在轧光结构后立即送过骤冷架冷却,最后送过卷缩机,例如所谓的填装箱(stuffer box),使各根丝具有一定质地和松密度。

上述这种纤维束拉伸和热定形线已证实对预期目的来说相当有效和可靠。在纤维工业界为提高效率、降低成本而进行的不断努力中,人们一直致力于增加每个纤维束中的丝数及提高丝通过拉伸和热定形线被处理的生产线运行速度,但是在生产线内构制设置及有效地完成对纤维束中所有丝的热定形方面还存在具体的困难。

具体来说,通过传统的拉伸和热定形线处理的纤维束,构成的所有丝的累积但尼尔在五百万但尼尔的数量级上,这并不是不常见的。一般而言,聚合材料,具体而言,PET具有低的导热性,在由许多细但尼尔的丝构成的纤维束中,在各根丝之间的组织间隙空间加大了将热传过纤维束厚度的难度。由于轧光辊只能加热与辊接触的纤维束表面,所施加的热量相对较慢地透过纤维束的厚度,因而必须相继设置足够数目的轧光辊,而且运行速度要低,以便保证纤维束的整个厚度被均匀加热。

为了更好地促进热迅速传过纤维束,常见的作法是将轧光辊制成足够长的悬臂式辊,以便使纤维束中的丝可辊的长度以带的形式铺展开来。但是不利的是,这种轧光辊必须制得很大,轧光辊架的机械轴承结构必须大得足以支承辊,并抵靠由传统方式加工的尺寸及但尼尔的纤维束所施加的弯矩及偏转力。

上述各因素并不只是显著增加了普通拉伸和热定形线所需要的投资,而且目前使用的这种加工线必须以低于需要的加工速度工作,才能使纤维束中的丝均匀地热定形。

由于传统的纤维束卷曲设备要求比上述传统轧光设备所需的薄薄铺展的纤维束带更厚的但尼尔纤维束,因而使用上述带有长大的辊的另一种复杂性及缺点在于:在轧光结构和卷曲装置之间必须设置设备的一种附加装置以便使纤维束再次形成适于送入卷曲装置的厚度,这进一步增加了上述拉伸和热定形线的资本投入。

因而本发明的一个目的是提供一种改进的用于轧光运行的多丝纤维束以加热其中各根丝的设备和方法,其可以显著提高透过纤维束厚度的导热速率,并能够以相应提高的纤维束运行速度进行加工。本发明的一个较为具体的目的是提供对轧光设备和方法的改进,它可以对现有的拉伸和热定形线进行改型。本发明的另一个目的是能够构制新一代的轧光设备,由于改进了透过纤维束厚度的热传导,因而其不只能够以更高的速度工作,而且可以加热更厚的纤维束,因而可以减小轧光辊的长度,而且可以使轧光结构总体上制得较小,以降低制造成本。由于能够加热更厚的纤维束,本发明的另一个目的是消除加工线中的纤维束堆置装置。本发明的其它目的、效果及优点将在下文中阐明。

总之,本发明通过下述方式实现了上述目的,即,提供一种用于加热运行的多丝纤维束的轧光设备和方法,按照其最基本的方面来说,基本包括至少一个可转动的辊,该辊具有轧光圆周,在运行的纤维束与辊的一部分圆周转动接触中加热纤维束的一个侧面,同时沿着辊的圆周的相同部分的方向从运行的纤维束的另一侧面施加电磁辐射,例如,这是借助一个电磁辐射源实现的,该电磁辐射源与辊的圆周按照间隔开来且面对的关系设置。

这种轧光设备和方法最好利用多个上述的加热辊,这些辊相互间的设置关系使纤维束相继绕各辊以曲折的路径运行,而电磁辐射源则指向每个辊与纤维束圆周接触的部分。辐射源可以产生红外、无线电或微波光谱或者上述光谱的组合,不过目前认为最好为每个辊配置红外线灯,这些红外线灯沿着基本与各辊的圆周一致的圆周布置。

本发明的设备和方法的一个实施例特别适用于改装上述传统类型的轧光装置,在其上简单地设置红外线灯,这些红外线灯相邻于设备的一个或多个加热轧光辊以适当的弧形布置。作为另一种替代实施例,提供一种新型的轧光设备和方法,其使用显著减少的加热轧光辊(相对于传统的轧光设备而言),每个辊可配置弧形布置的红外线灯或其它适当的电磁辐射源,其指向各辊的圆周,后面设置一个或多个隧道,在相对的电磁辐射源如红外线灯之纤维束被送过隧道,以便在轧光辊下游进一步进行辐射加热。

表面加热纤维束一侧面的轧光辊以及同时电磁辐射加热纤维束另一侧面的这种组合,其加热纤维束中的丝的速率可以达到只用轧光辊时纤维束进行传统的表面加热的两倍左右,因而这又相应地能使一定的拉伸和加热线以使用传统轧光设备可能达到的纤维束线性速度大约两倍的速度运转。或者,本发明也能使轧光设备的总体尺寸显著减小,与普通的轧光设备相比又不显著影响生产率。

附图简要说明如下:图1的示意图表示用于拉伸和热定形纤维束中连续丝的传统的现有技术系统;图2的类似示意图表示用于拉伸和热定形纤维束的系统的一个实施例,其使用按照本发明的一个实施例的纤维束轧光设备和方法;图3是另一个类似的示意图,表示用于拉伸和热定形纤维束的系统,其使用按照本发明的一个替代实施例的轧光设备和方法。

现在参阅附图,首先参阅图1,图中示意地表示用于拉伸和热定形多丝纤维束的传统PET加工线10,本发明旨在对其做出改进。该加工线基本包括一系列相互对准设置的机械装置,纤维束按顺序从一个送向下一个机械装置。每个机械装置最好包括一个中央直立框架,纤维束接合辊从框架一侧以悬臂方式向外延伸。

来自储存罐或另一种适当的供应源的纤维束基本上,最初被送至一个预拉架12,预拉架具有一系列从动的圆筒形辊14,这些辊沿着中央框架16的纵向长度沿上、下水平线交错布置,使纤维束按顺序与每个上、下辊的圆周接合而沿蛇形路径运行,因而多个辊共同形成在加工线10中的最初拉伸点,初步向下游拉伸纤维束t。

从预拉架12向下游间隔开来地设有两个相互间隔开来的拉伸架18,20,每个拉伸架18,20类似地包括一个中央直立框架22,多个圆筒形悬臂辊从该框架交替地沿着纤维束t运行的上、下水平线向外延伸,其方式就象沿着一条按顺序围绕每个辊24的曲折路径延伸那样,因而两个拉伸架18,20形成沿加工线10的附加拉伸点。含有预拉浴液最好是水基乳化液的桶26设置在预拉架12和拉伸架18之间,以便在进入第一拉伸架18之前施加在纤维束t上。一系列辊28安装在桶26的进、出端,也安装在桶26内的溶液面下,以便引导纤维束t的运行,从而浸入浴液中。基本制成一条含有喷射温水气氛的封闭隧道的第一拉伸箱30位于两个拉伸架18,20之间,当纤维束t在拉伸架18,20之间运行时向其施加温水。另一个拉伸箱32设置在第二拉伸架20的下游侧,但在比第一拉伸箱30更高的温度下工作,当纤维束t穿过该箱的隧道运行时向其施加蒸汽。

一个轧光框架34设置在紧靠第二拉伸箱32的下游,基本包括一个相对较大的结构,该结构具有一个大型中央框架36,多个大直径轧光辊从该框架交错地沿上、下水平线向外悬伸,以便使纤维束t按顺序围绕辊38蛇形运行,其方式就象前面关于预拉架12和拉伸架18,20所述情形那样。每个轧光辊38的圆周从辊38内部由任意的适当的传统装置加热至足够的温度(根据纤维束的物理特性、其运行速度和其它公知的变量选择),以便使纤维束t中的每根丝热定形,当纤维束t从一个辊38向下一个辊运行时,纤维束t的蛇形运行完成了向纤维束t两侧面的加热。

在紧靠轧光框架34的下游,一个骤冷架40类似地包括一个框架42,该框架具有从其向外延伸的顺序悬伸的辊44,该骤冷架用于将纤维束t充分冷却至由轧光框架34形成的热定形温度之下,以便控制纤维束t的收缩。纤维束t接着从骤冷架40运行通过一个喷射架46,在该喷射架中向运行的纤维束t施加适当的整理成分,其适于在其后促进纤维束t中的丝的卷曲。

如前所述,在加工线10的传统全速商业运转中的纤维束t一般包括总计为大约5百万但尼尔的丝,因此,为了最佳地均匀施加拉伸力,特别是加热纤维束中的所有构成的丝,在绕上游机械装置的各辊运行时,这些丝从纤维束t的一般的绳状成束结构铺展成薄的铺平的带状结构。但是,用于使纤维束卷曲的传统设备不适于处置这种铺平的薄带状纤维带。因此,为了对卷曲纤维束t的最后步骤作准备,这些丝必须聚成较厚的带,这是借助紧靠喷射架46下游的所谓堆置架48完成的。堆置架48包括如图1所示那样布置的多个辊50,以形成分开的运行路径,从而使纤维束t的分开的部分可被引导得沿着独立的路径运行,形成不同的纤维束运行路径的辊50按照公知的方式使纤维束指向与其它辊50呈不平行关系,以便将纤维束t的分开的部分沿着堆置框架48的出口辊引至一个公共点,从而使纤维束t的分开的部分再次相互叠置而形成较厚的纤维束带。

纤维束t从堆置框架48送入一个所谓的松紧调节框架52,其具有公知的结构,具有一个静止的进入辊54和出口辊56,在这两个辊之间一个第三辊58可以移动,以便吸收纤维束t中的张力浮动,从而保证使纤维束t以基本不变的张力向下游输送。

纤维束t从松紧调节框架52送过隧道状蒸气箱60中的蒸汽气氛,并从那里送入卷曲装置62,该卷曲装置可以为任何公知的结构,使纤维束t具有卷曲或构造,例如送入一个所谓的填塞箱、齿轮卷曲装置或其它适当的替代装置。在卷曲装置62的下游,经过卷曲的或有其它构造的纤维束t被干燥,然后切成短纤长度,短纤丝以包的形式收集,以送去进行传统的纺纱操作,制成纺纱。

如上所述,虽然PET加工线10具备在连续人造丝拉伸(分子取向)、热定形和卷曲变形的目前技术状态的最有效的结构和工艺方法,但是其总体结构仍相当庞大、价格昂贵,这很大程度上是由于轧光框架34的尺寸要求、特别是轧光辊38的直径尺寸,以及对框架36和其内支承辊38以免变形的轴承结构的结构要求,以便在整个纤维束t上对其所有的丝满意地进行均匀加热。即使已经利用了将纤维束t铺成相对较薄的带状纤维带,轧光框架34仍必须十分庞大,如图1所示的情形,在整个纤维带上均匀赋予足够的热定形温度的难度对于一定集合但尼尔的纤维束可以进行处理的运行速度造成限制。

本发明通过下述方式基本上克服了传统热定形方面的难题和缺陷:提供一种改进的轧光设备和工艺方法,其显著增加了纤维束的加工速度,并显著降低了对热定形设备的投资。下面对照附图2和3描述本发明的两个不同的实施例。

首先参阅图2,图中所示的带有一轧光框架134的拉伸和热定形线包括经过本发明改装的上述图1所示的那种普通的轧光框架34。轧光框架134对传统的轧光框架34的最基本的一项改变是增设了用于施加电磁辐射的装置,最好是红外线辐射形式的,用于在由加热轧光辊38进行传导加热的同时对运行的纤维束进行辐射加热。更具体来说,框架136设有一系列分框架136,这些分框架沿全长设在每个轧光辊38附近的上方或下方,每个分框架136支承多个红外线灯137,这些灯沿着一条弧与有关轧光辊38紧密径向间隔开来地相互并排布置,所述弧跟随和符合轧光辊与运行的纤维束t圆周式热接合的部分。以这种方式,当从加热轧光辊138向运行的纤维束t的一个侧面进行热传导时,红外线灯137向纤维束t的相反的外侧面进行热辐射。

有利的是,红外线辐射从灯137穿透运行的纤维束的厚度,而不是将热施加在纤维束表面,因而促进了在纤维束t整个厚度上的加热。另外,大家知道,红外线辐射的吸收相对地独立于受辐射的材料的温度,因此,与效率随纤维束温度增加而降低的轧光辊138的传导式加热不同的是,上述补充的红外线加热促进将纤维束t更迅速地加热至所需要的热定形温度。另外,红外线灯137与各轧光辊138接触纤维束t的部分直接相对设置,这样又提供了下述优点:可减少从纤维束外表面向周围大气的辐射和对流热损失。

本专业技术人员可以认识到,轧光辊138和红外线灯137的向纤维束t加热的组合作用的精确速率取决于多种具体因素的相互作用,例如,这些因素非限定性地包括纤维束的运行速度、纤维束的但尼尔、纤维束的密度(特别是纤维束内丝间的空间)、纤维束的厚度、红外线辐射的波长及纤维束材料的物理(分子)特性(如热传导性和热容量等)。

本发明在大多数实施例中增设了红外线灯137,使纤维束能够从基本两倍于不设红外线灯时轧光设备中运行线速度的运行,或者使轧光设备能够处理两倍于无红外线灯时的集合但尼尔的纤维束(当然假定轧光框架的机械结构有足够的刚度和强度),从而使传统的轧光框架34的生产率加倍。

增设红外线灯137的辐射加热的附加的或替代的优点是,纤维束能够以较厚的形式处理,甚至可消除将纤维束铺成带状的步骤,同时仍可达到有效加热纤维束整个厚度的目的,从而有可能不再设置堆置框架48。

当然,本专业技术人员也可认识到,本发明组合使用轧光辊加热和红外线或其它电磁辐射加热,并不局限于改装传统的轧光框架,其实本发明的最佳应用及其最大的优点在于,可以将本发明用于构制有根本区别的新型轧光设备,其中一个可能的实施例为图3所示的拉伸和热定形线。具体来说,本发明可提高加热速率,不是从单一表面加热,从而提高了向纤维束厚度内加热的能力,因此,原来使用大直径辊的需要,以及这些辊的数目都可显著降低,同时仍然能够以传统的生产率有效地使一定的纤维束热定形。

上述轧光框架234的实例表示在图3中。轧光框架234的结构基本类似于轧光框架34,具有一个中央直立框架236,加热轧光辊以悬臂形式从该框架一侧外伸,但是这种轧光辊238需要的数目显著减少,在图示实施例中只设置了四个,辊238也可减小直径和/或长度。象图2所示的改装的轧光框架134那样,围绕辊238接触运行的纤维束t的圆周部分沿弧线布置红外线灯137,以增加红外线加热。另外,图3的轧光结构包括一个轧光隧道装置235,它基本具有两个纵向间隔开来的辊架239,每个辊架以竖直偏置的轴线支承竖直系列的偏转辊241,以便以长的蛇形方式在两个辊架239之间水平地来回移送纤维束t。在这两个辊架之间,隧道装置235形成一系列隧道状通道,包封着纤维束蛇形运送路径的每个水平段,沿着运送路径的每一段的每个相对的上、下侧水平布置红外线灯243,以便向通过隧道装置235运行的纤维束t连续进行红外线辐射加热。

有利的是,轧光框架234与隧道装置235的组合能够更好地在纤维束t的传导面加热和纤维束t的电磁辐射加热之间进行平衡,以便向着减小轧光框架234的尺寸和成本,同时以最高的可行生产速度和/或速率向纤维束t最有效地施加热定形能量的最终目标,进行更为精确的工程设计和控制。如前所述,而且也将看出,红外线加热为更快、更有效地加热一定的纤维束的整个厚度提供了可能性,同时可以减小基本全部加工辊的长度和/或直径。

总之,如前所述,本发明通过纤维束轧光辊加热和纤维束的红外线辐射加热组合的基本发明构思很好地实现了使纤维束热定形操作的速度和/或速率最佳化,而且降低了成本(加工成本和/或投资成本)。但是,重要之处在于,本专业技术人员能够认识到,这种发明基本构思并不局限于上述为进行说明而提供的两个实施例。本专业技术人员可以想出上面公开的基本发明范围内的许多其它变型及可能。例如,虽然在目前所知和所能得到的设备和技术范围内推荐使用红外线辐射加热,但是也可以采用不同于上述红外线灯布置的其它红外线发热和应用方式,另外,也可以有效地采用其它形式的电磁辐射加热,如射频或微波辐射,这也可得到上述的许多或全部优点。

因此,本专业技术人员显然可以设想更为广泛的应用场合。本发明显然具有不同于上面所述的许多实施例和变型及许多变化和等同布置方案,这也在本发明的范围以内。因此,虽然上面已结合推荐实施例详细地描述了本发明,但是上面的公开只是描述性的,是本发明的举例,其目的只是对本发明进行充分的公开,使之能够实施。前述公开的目的并不是对本发明进行限定,也不是排除任何其它的实施例、变型、修改和等同布置方案,本发明只是由权利要求书及其等同方案限定的。

专利公开号:CN1225398A 专利状态/类型:申请 专利申请号:CN 99101859 专利公开日:1999年8月11日 专利申请日:1999年2月3日 发明者:格伦·P·里斯, 马歇尔·D·莱德贝特, 查尔斯·D·卡尔松, 约翰尼斯·C·库珀 申请人:Hna控股公司
被以下专利引用
引用专利 申请日期公开日 申请人专利名
CN103741234A *2013年12月29日2014年4月23日大连华阳化纤科技有限公司一种牵伸器的加热箱
CN103741234B *2013年12月29日2016年3月30日大连华阳化纤科技有限公司一种牵伸器的加热箱
* 由审查员引用
分类
国际分类号F26B3/30, F26B13/18, F26B13/08, D02J1/22, D02J13/00, F26B13/14
合作分类F26B13/145, D02J1/22, F26B3/30, D02J13/005, F26B13/08, F26B13/18
欧洲专利分类号D02J1/22, D02J13/00D, F26B13/14B, F26B3/30, F26B13/18, F26B13/08
法律事件
日期代码事件说明
1999年8月11日C06Publication
2001年4月18日C10Request of examination as to substance
2001年5月9日C53Change or modification
2001年5月9日CORBibliographic change or correction in the description
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: HNA HOLDINGS, INC. TO: ATHUA TECHNOLOGY AG
2006年7月26日C14Granted
2011年4月20日C17Cessation of patent right
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