專利名稱：熔化聚合物顆粒的方法及熔融單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在爐形熔融單元(element)中熔化聚合物顆粒并跟著將熔融顆粒紡絲的方法。另外，本發(fā)明涉及一種用于熔化顆粒，特別是聚合物顆粒的爐形熔融單元，更適宜用于熔融紡絲。最后，本發(fā)明目的在于一種熔融紡絲的設(shè)備。
在熔融紡絲時，大分子原料被熔化并紡絲，其中通過冷卻固化纖維。本質(zhì)上通過實踐已知了兩種不同的熔融紡絲方法，特別是使用熔爐或擠出機對原料進行再加工，其中原料通常表現(xiàn)為顆粒。在所涉及的第一個方法中，圓柱形顆粒在氮保護氣氛下脫離儲槽并進入到熔爐中。該熔爐可由被加熱的相鄰管組成。熔體從爐中滴到一個池中，通過泵送傳送到噴絲頭。
這種依靠熔爐的熔化方法也被稱為爐噴絲頭，特別是從1940到50年代期間開始被使用。由于經(jīng)濟效率的原因以及為了獲得更強的熔化能力，即，紡織廠為了達到更高的生產(chǎn)量，將擠出機用于纖維制造。由于更高的熔化效率和系統(tǒng)生產(chǎn)量，這種所謂的擠出機紡絲已經(jīng)變得很流行，特別是對于特性粘度在0.6到0.7的范圍內(nèi)的中等粘性熔融物。
由DD 44 624 A可知為一種依照爐紡絲方法用于熔融紡絲模塑體的設(shè)備。供熔化片狀高聚合物的熔融物體在進料側(cè)有類似漏斗型的鏜孔。
為了熔融有機化合物以制造紗線，GB719062提出一種噴絲板，在漏斗形入口端包括多個銀制擴孔。
近年來，對紗線的技術(shù)質(zhì)量的需求日益迫切。同時伴隨著有成本效益的生產(chǎn)。然而，在顆粒的處理過程中會產(chǎn)生明顯的損害，例如-水解損害如果顆粒上粘附了過多的濕氣，熔融時會降低粘度，使強度變小。這種損害可以通過將顆粒干燥至殘留水分為12ppm來避免；-氧化損害在熔化顆粒時，氧的存在導致氧化，并因此降低強度。這可以通過使融化在惰性氣體氣氛下，特別是在N2氣氛下發(fā)生來彌補；-機械損傷使用擠出機熔化顆粒將提高剪切應(yīng)力，致使縮短或破壞分子□。
-熱量損害給予熔融顆粒過長的保留時間，例如，由于從管到噴絲頭的傳送，使粘度降低，導致強度減弱。
越復雜的熔化分布體系需要愈長的保留時間，結(jié)果延長了保留時間。由于這個原因，數(shù)量上不斷增長的靜止混合器必須被合并到更復雜的分布體系中以阻止熔融物在層流中分散。然而，相應(yīng)的混合器會導致明顯的壓力損失，這可以通過更高的擠出機驅(qū)動功率和摩擦力依次得到補償。
本發(fā)明的目的是為了進一步完善在開頭所涉及的那種方法或熔融單元以最大程度地避免對熔融顆粒的機械和熱量損害，以此來提高制作的紗線質(zhì)量。
該目的是通過根據(jù)本發(fā)明的在爐形熔融單元中熔化聚合物顆粒的方法達到的，使該熔融單元具有成圓錐形變狹窄的開口，正對著該熔融單元的底部，球形微粒以顆粒狀被供給，且平均直徑D3對入口端直徑D1滿足如下的相關(guān)條件2*D3≥D1≥D3。
根據(jù)本發(fā)明，球形微粒以顆粒狀使用，特別是殘留水分≤20ppm，優(yōu)選≤10ppm，且直徑在0.5至2mm之間的。特性粘度應(yīng)在0.75至1.3之間。使用球形顆粒能夠最佳地傳熱，且因此使狹窄相對于底部同時具有幾何截錐的噴嘴型開口中的顆粒熔化無需將熔融單元的溫度設(shè)定為明顯超過顆粒本身的熔化溫度。同時，縮短了球形顆粒和熔融單元的接觸時間。因此將熱量損害的危險降到最低。機械損傷也同樣不會發(fā)生，因為在熔化時沒有剪力作用。
換句話說，在非常短的時間內(nèi)熔化顆粒無需考慮它們的低導熱性，其中，本發(fā)明通過在熔融單元的開口處將熱量傳給初始量為VA的球形顆粒，在脫離開口處時其未熔化的剩余量粗略估算為小于或等于0.02VA，這樣的方法來進一步完善。在此種方法中留下的剩余固體將在熔融單元之后出現(xiàn)的熔化池中被熔化。
熔融單元應(yīng)該被設(shè)定為超過顆粒的熔化溫度5℃至20℃，特別是5℃至10℃的溫度T1。這可以確保最大程度上地排除熱量損害。
用于熔化顆粒，特別是聚合物顆粒，優(yōu)選為供熔融紡絲的熔融單元特征在于板形的熔融單元具有狹窄的相對于其底部的開口，入口端直徑D1和出口端直徑D2滿足4*D2≤D1≤6*D2，且D1≤2*D3，其中D3是以顆粒狀供給到熔融單元的球形微粒的平均直徑。
該熔融單元本身可以被設(shè)定為超過顆粒熔化溫度T2大約5℃至20℃的溫度T1。另外，噴嘴型開口的高度h粗略估算為入口直徑D1的1至3倍。
另外，本發(fā)明的特點還在于將熔融紡絲聚合物顆粒同一個用于保存顆粒的貯藏容器安排在一起，且依靠第一輸送聚集體將至少一個紡絲區(qū)域同貯藏容器連接起來，其中紡絲區(qū)域包含一個惰性氣體增壓的殼體，其頂部有一個所供給微粒的測量設(shè)備，一個具有狹窄的相對于其底部的截錐形開口的板形或爐形熔融單元位于殼體中，一個池形區(qū)域位于殼體底層用以接收熔化的顆粒，第二輸送設(shè)備從池形區(qū)域順流供應(yīng)熔融物到噴絲頭中，其中熔融單元特別被設(shè)定為超過顆粒的熔化溫度T2大約5℃至20℃的溫度T1。
在此情況下，第二輸送設(shè)備優(yōu)選為由兩個串連的齒輪計量泵組成，它們可各自以一個恒定的，然而是可變的速度運轉(zhuǎn)。殼體一側(cè)的齒輪計量泵可以速度N1操作，下游齒輪計量泵可以速度N2操作，且N1＜N2。
測量設(shè)備可被控制作為熔化池填充液位的功能。通過氮微粒液位測量或機械和/或電動機械填充液位設(shè)備來作用?？梢岳脵C械或氣動動力使測量設(shè)備運轉(zhuǎn)，例如計量閥。
從儲槽引導至紡絲區(qū)域的第一輸送設(shè)備可為氮增壓的振動輸送。
本發(fā)明的其它細節(jié)、優(yōu)勢和特征不僅包括在權(quán)利要求書中，不論分開的和/或結(jié)合的由權(quán)利要求書收集的特征，而且也包括在以下如圖所示優(yōu)選實施例的描述中。


圖1是熔融顆粒設(shè)備的基本視圖；圖2是熔融單元的頂視圖；圖3是穿過圖2所示熔融單元的橫截面；圖4是圖2所示熔融單元中一個開口的透視圖；和圖5是圖2所示熔融單元中一個開口的基本視圖且其中正進行顆粒熔化。
為了在熔融紡絲大分子原料時最大程度地消除機械和熱量損害，被稱作粒料12的球形聚合物顆粒微粒，通過第一輸送設(shè)備14、16、18、20從儲槽10被輸送到紡絲區(qū)域22、24、26、28。
該粒料12特別具有尤其小于12ppm的殘留水分，優(yōu)選小于5ppm，且直徑范圍在0.5mm至2mm，其中平均直徑依賴于以下將作進一步詳細描述的板形熔融單元32的開口30的尺寸，為了簡單化目的，以下簡稱為熔爐或爐。
輸送設(shè)備14、16、18、20優(yōu)選包括氮增壓的振動輸送凹槽。
由于紡絲區(qū)域22、24、26、28實質(zhì)上具有相同的結(jié)構(gòu)，紡絲區(qū)域22將被進一步詳細描述。粒料12從被借用到紡絲區(qū)域的振動輸送凹槽14行進到達漏斗36，該漏斗可依靠滑塊34鎖定，然后被安置在氮或其他惰性氣體增壓的殼體40的頂部區(qū)域38。漏斗36在殼體側(cè)壁上用計量閥42密封，以此來測量進入殼體40的粒料并以下述方式熔化后者。
遍布于殼體40橫截面上的是板形熔爐32，其用于熔化粒料12，然后將粒料滴落到殼體38底部區(qū)域中的熔化池44中。計量閥42被控制作為熔化池44中計算熔化量的功能。在此情況下，計量閥40可以使用已知方式或測量設(shè)備操作和控制，例如，直接地和機械地通過設(shè)置在熔化池44中的液位計來操作和控制。作為可供選擇的辦法，池液位差動壓力46可以通過所說的氮微粒液位測量來確定。計量閥12本身在所需范圍內(nèi)可通過例如氣動裝置打開或關(guān)閉。
熔融物通過兩個串聯(lián)的齒輪計量泵48、50從熔化池44中被輸送到所需數(shù)量的噴絲頭54、56中，由于輸送聚集體經(jīng)由短分配線路52，因此保留時間短。
熔爐32具有朝向底部的圓錐形窄開口30，它具有截錐幾何和入口直徑D1和出口直徑D2。在此情況下，直徑D1最大為未熔化的粒料直徑D3的兩倍，而出口直徑D2粗略估算為直徑D3的0.25至0.15。因此，在通過開口30時，熔融粒料12不會互相阻擋。此外，在粒料12和開口30的內(nèi)壁58之間有一個良好的熱接觸，這樣，不管它們的導熱性多差，粒料12都能相對較快地最大程度地熔化，而不用將熔爐32加熱到非所希望的高水平。可將熔爐設(shè)定為超過粒料12的熔化溫度T2大約5℃至20℃的溫度T1。
在使用PET(聚對苯二酸乙二醇酯)球作為粒料12時，其熔化溫度約為265℃，將熔爐32加熱到270℃至280℃的溫度就足夠了。這可以通過在開口30間轉(zhuǎn)動的加熱線圈60來實現(xiàn)。
開口30本身的高度應(yīng)被粗略估算為被熔化的粒料12的直徑D3的3至5倍。
根據(jù)本發(fā)明的說明書，在粒料12和開口30的接觸面58，例如熔爐32之間產(chǎn)生了一個小的溫度梯度，因為在最少的容積可得到最大的加熱面。這最大程度地排除了粒料12承受的負面熱。由于粒料12通過開口30的保留時間被最小化，因此特別適合用于高粘性產(chǎn)品。
粒料在池中的保留時間同樣被最小化，其中通過監(jiān)控池液位，特別是通過微粒液位測量可以實現(xiàn)經(jīng)由計量閥42供給的粒料和經(jīng)由輸送設(shè)備，例如齒輪計量泵48、50輸送的粒料之間的最佳調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種在爐形熔融單元中熔化聚合物顆粒并跟著將熔融顆粒紡絲的方法，特征在于該熔融單元具有朝向底部的圓錐形狹窄開口，球形微粒以顆粒狀被供給到該開口，顆粒平均直徑D3同開口的入口端直徑D1滿足如下的相關(guān)條件2*D3≥D1≥D3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于熔融單元被設(shè)定為溫度T1，溫度T1超過球形顆粒的熔化溫度T2大約5℃至20℃，特別是5℃至10℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，特征在于在熔融單元的開口處將熱量傳給初始量為VA的球形顆粒，致使在脫離開口處后未熔化的剩余量粗略估算為小于或等于0.02VA。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一個所述的方法，特征在于所用球形顆粒的殘留水分≤20ppm，特別是≤10ppm。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一個所述的方法，特征在于球形顆粒以顆粒狀使用，且直徑在0.5至2.0mm之間。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的至少一個所述的方法，特征在于所用顆粒的特性粘度在0.75至1.3之間。
7.用于熔化顆粒(12)，特別是聚合物顆粒，優(yōu)選為供熔融紡絲的熔融單元(32)，特征在于爐形熔融單元(32)具有朝向其底部的狹窄開口(30)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熔融單元，特征在于熔融單元(32)可被設(shè)定為超過球形顆粒(12)的熔化溫度T2大約5℃至20℃的溫度T1。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的熔融單元，特征在于具有幾何截錐的板形熔融單元(32)的圓錐形的尖頭開口(30)其入口直徑D1和出口直徑D2滿足4*D2≤D1≤6*D2，且2*D3≥D1≥D3，其中D3是以顆粒狀供給到熔融單元的球形顆粒(12)的平均直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9之一所述的熔融單元，特征在于噴嘴形開口(30)的高度約為入口直徑D1的1至5倍。
11.一種熔融紡絲聚合物顆粒的設(shè)備，具有一個用于保存顆粒的儲槽(10)，通過第一輸送聚集體裝置(14、16、18、20)將貯藏容器與至少一個紡絲區(qū)域(22、24、26、28)連接，并包括一個惰性氣體增壓的殼體(40)，其頂部有一個供給顆粒的計量裝置(42)，一個具有朝向其底部變狹窄的截錐形開口(30)的板形或爐形熔融單元(32)位于殼體中，一個池形區(qū)域(44)位于殼體底層用以接收熔化的顆粒，第二輸送裝置(48、50)從池形區(qū)域順流供應(yīng)熔融物到噴絲頭(54、56)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，特征在于熔融單元(32)被設(shè)定為超過顆粒的熔化溫度T2大約5℃至20℃的溫度T1。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12之一所述的設(shè)備，特征在于第二輸送裝置包括兩個串連的齒輪計量泵(48、50)，它們各自以一個恒定的，但是是可變的速度(N1、N2)運轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13所述的設(shè)備，特征在于設(shè)置在殼體側(cè)面的齒輪計量泵(48)以速度N1操作，下游齒輪計量泵以速度N2操作，其中N1＜N2。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14之一所述的設(shè)備，特征在于將顆粒供給到殼體中的計量裝置(42)以通過熔化池(44)中聚積的熔融物來控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在熔融單元中熔化聚合物顆粒以使熔融顆粒能夠用于紡絲的方法。為了以一種積極可行的方式熔化顆粒，同時沒有高的熱量或機械損傷，使用一種熔融單元，其朝向該熔融單元下部的開口是圓錐形逐漸變細的。引入到該開口中的顆粒狀球形顆粒的平均直徑為D
文檔編號D01D5/08GK1449459SQ01814783
公開日2003年10月15日 申請日期2001年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月29日
發(fā)明者魯?shù)婪颉どw爾, 西奧多·于爾根斯 申請人:比勒股份公司