制造长细丝的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用可溶的聚合物制造几乎无限长的细丝的方法和装置。其中聚合物熔体从至少一个纺丝孔（４）纺出并将纺出的丝通过用一个拉瓦尔喷嘴（６）加速到高速的气流进行牵伸。在给定熔体孔（４）的几何尺寸及其相对于拉瓦尔喷嘴（６）的位置的情况下，聚合物熔体的温度、每个纺丝孔的熔体通过量和确定气流速度的拉瓦尔喷嘴（６）前后的压力是这样控制的，即纺丝在其固化之前，在其内部达到一个静压力，这个静压力大于包围该纺丝的气体压力。从而该纺丝爆裂并分裂成许多细丝。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用熔融纺丝的聚合物制造很细的丝的方法和装置。这类微丝(当然一般是有限长度的微纤维)多年来用一种热风吹纺法，即所谓熔体流纺丝法进行制造，而且今天已有各种不同的制造装置。这些装置的共同点是，牵伸纺丝的热风从一排—也有相互平行的几排—溶体孔的旁边流出。由于与较冷的环境空气混合，这些丝或纤维冷却和固化，导致一般不希望的断裂。这类熔体纺丝法的缺点是用于加热高流速的热风需要高的能耗；通过单个纺丝孔的通过量有限(即使这些孔在时间过程中不断变密直至到0.25毫米距离时孔径低于0.6毫米)，在丝直径低于3微米时，产生断裂，导致以后的纺织复合材料中的珠粒和露头纤维；由于用户产生细丝需要高的空气温度明显超过熔体温度，导致聚合物热损伤；所提出的大量的并需要保护的纺丝喷嘴是昂贵的喷丝工具，它们的制造精度要求很高。这种工具昂贵、运行中容易发生故障并须清洁花费。本专利技术的目的是提出一种制造长丝的方法和装置，这种方法和装置只需很小的能耗、不会由于太高的温度引起纺丝损伤，并使用结构简单的纺丝工具。根据本专利技术，这个目的是通过独立权利要求所述的特征来实现的。本专利技术避免了先有技术的诸多缺点，即聚合物熔体从一排或多排平行或成圈布置的喷丝孔挤出，进入一个充有一定压力的气体、一般为空气的与周围隔开的室中，其中熔融状态的纺丝在这种气体的一个快速加速的区域内从该室中到达出口。在到该处的过程，通过剪切应力传递到该纺丝上的力增加，使其直径显著减小，而其仍为液态的内部的压力则由于表面张力的作用而明显地与其半径成反比例上升。由于气体的加速，气体的压力按流体力学的规律下降。其中熔体温度、气流和其快速加速的条件是这样相互协调的，即纺丝在其固化之前在其内部达到一个高于环境气压的静压力，这样，纺丝爆裂并分解成许多细丝。纺丝和空气通过在该室的下方的一个缝隙离开该室。在该缝隙后面和在其他条件不改变的情况下，固定在一定的点上稳定地进行这种爆裂。在显著加速的区域内，气流和丝流平行，且气流边界层呈层状围绕纺丝。这样，原来的单根纺丝就可继续爆裂，而不产生珠粒和断裂。在用环境温度或稍高于环境温度的气流的情况下，从单根纺丝中产生很多细丝的复丝。从爆裂中产生的新丝比原来的单丝细得多。甚至在爆裂点后，它们仍可进行少许牵伸，直至它们固化为止。由于突然创造了较大的丝面，这个过程进行得很快。复丝是无限长的。但在实际的工艺过程中，由于聚合物偏差、单独的速度或温度干扰、气体中的尘埃等原因，少量的复丝成为有限长度的丝。待成形丝的聚合物的爆裂过程可以这样进行控制，即从单丝中产生的大量的很细的单根丝是无限长的。复丝具有的直径明显低于10微米，特别是在1.5和5微米之间，这在聚合物时相当于大约0.02和0.2分特(dtex)之间的纤度并称为微纤维。根据本专利技术，气流显著加速和压力下降的范围是在一个具有朝一个最窄横截面收敛的、然后迅速扩大的轮廓的拉瓦尔喷嘴的形状中来实现的，这样，后者就可使并列运动的新形成的单丝不会粘附在壁上。在最窄的横截面内，在适当选择室内的压力(在空气时大约为后面环境压力的两倍)时，气流在最窄横截面内达到声速，而在拉瓦尔喷嘴的扩大部分则超过声速。在制造丝纤维网(纺丝纤维网)时，采用条状的纺丝喷嘴和具有矩形横截面的拉瓦尔喷嘴。在制造复合丝和特殊种类的非织造织物时，也可用具有一个或多个喷丝孔的圆形喷嘴和旋转对称的拉瓦尔喷嘴。这种方法是借用从熔体中制造金属粉的方法发展起来的。根据文献DE 33 11 343，在拉瓦尔喷嘴的最窄的横截面区域内，金属熔体单丝爆裂成大量的粒子，这些粒子通过表面张力变成小球并冷却。在这里，溶体单丝内部的流体压力大大超过周围的层状气流。当压力下降很快以至尚未接近固化时，压力可能超过熔体的内聚力，即超过粘接力。于是爆裂成许多细丝，其中，为了能够使用这种机理，起决定性作用的是，纺丝至少在内部保持液态。所以建议单丝从纺丝喷嘴喷出后继续进行加热。所以，金属熔体纺丝的这种自动爆裂按照采用这种机理的公司名被命名为“NANOVAL-效应”。在制造矿物纤维时，通过爆裂分裂纤维已为人所熟知，例如在文献DE 33 05 810中提及此事。通过用产生横流的构件对一个布置在纺丝喷嘴下方的矩形通道中的气流进行干扰表明，在该处实现了熔体单丝的纤化。在一份关于讨论由于气流中的静压力降引起的纤化的未完全说清楚问题的文献中，即在摘自“环形运动或锯齿形运动……象一个多次的鞭击声效应”的文献EP 0 038 989中没有弄清楚实际的‘纤化’是由于纺丝内部的压力增加和周围气流的减少的原因，在这方面也没有任何控制机理。人们把同一申请公司在制造矿物纤维的这一发现用于聚合物。在文献DE 38 10 596中，用图3的一种装置和例4的说明通过高的静压力降纤化聚苯硫醚(PPS)的熔体流。气流是热的，甚至被加热到超过PPS的熔点，在纺丝前进方向内不断减小的气流的静压力降不可能单独纤化纺丝。没有认识到熔体流在其内部的足够的一部分至少必须保持液态。但通过使用聚合物熔体温度范围内的热空气自动地出现了这种情况。不是一个‘在出孔后面作用的压力降’1列，54/55行把熔体流拉成细纤维，而是熔体流和周围气体流之间的静压力降使它分裂或纤化。产生的丝是有限长度和无定形的。与此相反，按本专利技术方法制造的纺丝则是无限长的或基本上是无限长的。这些纺丝通过一根还处于熔体状态的单丝的有意控制的爆裂产生在一个包围它们的分层气流中，即不产生涡流的横流中。原则上，全部可形成丝的聚合物都可使用，例如聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺PA6和PA66以及聚苯乙烯等。其中应优先选用聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)，因为表面张力和粘度保持这样一个比例，即这个比例容易相对于纺丝表皮的表面张力建立纺丝内部压力，而粘度则不高到阻碍爆裂的程度。对大多数聚合物来说，表面张力与粘度的比例可通过提高熔体温度来增加。这可在熔体制造中用简单的方式来实现并可通过在出丝前加热纺丝喷嘴获得增强。但根据本专利技术，此后通过热气流不会加热纺丝。应当指出，本专利技术的目的尚未达到，即还没有找到用冷空气牵伸的聚合物丝可控地分裂成许多无限长的或基本上无限长的细的单根丝。这个目的是通过由纺丝表皮和其周围的气流给定的纺丝内的静压力之间的正压差引起的熔体纺丝的爆裂的自动效应来实现的。当这个压差很大，纺丝表皮的强度不足以使其内部聚合在一起时，纺丝爆裂，并分裂成许多细丝。气体(一般是空气)可以是冷却的，亦即不需加热，工艺条件和装置只需具有这样的条件，即熔体单丝在其由相应聚合物的熔体粘度和表面张力所确定的临界直径内不被冷却到通过建立的内部液体压力不再可能引起爆裂的程度。也不容许通过气体使熔体孔严重冷却，导致熔体过度冷却，更不容许在该处就已固化。实现这个爆裂效应的工艺和几何条件是很容易找到的。本专利技术的优点在于，用简单而又节省的方式就可产生明显低于10微米范围的最细的丝，这种丝主要为2至5微米，而在例如通过熔喷法纯粹牵引的情况中，只用热的、被加热到超过熔点的气体(空气)喷射时，则需要大得多的能耗。此外，纺丝在其分子结构上未受到超温损害，从而避免了由此引起的强度降低，因而也避免了它们从纺织复合物中摩擦出来。另一个优点是，纺丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
用可熔的聚合物制造几乎无限长的细丝的方法，在这种方法中，聚合物熔体从至少一个纺丝孔纺出并把纺出的丝通过用一个拉瓦尔喷嘴加速到高速的气流进行牵伸，其中在给定熔体孔的几何尺寸及其相对于拉瓦尔喷嘴的位置的情况下，聚合物熔体的温度、每个纺丝孔的熔体通过量和确定气流速度的拉瓦尔喷嘴前后的压力是这样控制的，即纺丝在其固化之前，在其内部达到一个静压力，这个静压力大于包围该纺丝的气体压力，以至纺丝爆裂并分裂成许多细丝。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕德格金，
申请(专利权)人：吕德格金，
类型：发明
国别省市：DE[德国]