способ аэродинамического текстурирования непрерывной комплексной нити и устройство для отделки нити

Формула изобретения

1. Способ аэродинамического текстурирования непрерывной комплексной нити (100) воздушным соплом (101) со сквозным нитеводным каналом (104), на одном конце которого нить (100) вводят, а на другом конце выводят текстурированную нить (106), в средней части которого в нитеводный канал (104) подают под давлением воздух (PL), затем в расширяющемся канале (102) для разгона сопловую воздушную струю ускоряют до сверхзвуковой скорости и при скорости движения предпочтительно свыше 600 м/мин формируют петлистую нить (106), при этом участок аэродинамического текстурированная (LVST) ограничен подающим механизмом 1 в начале и выпускным механизмом 2 в конце стадии отделки нити воздухом (LVST), отличающийся тем, что между подающим механизмом 1 и выпускным механизмом 2 нить нагревают до и/или после текстурирования специальным устройством для нагрева нити (120, 121) таким образом, что между подающим механизмом 1 и выпускным механизмом 2 осуществляется как механическое воздействие, так и тепловое воздействие.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в нитеводный канал подают сжатый воздух (PL) при питающем давлении более 8 бар, предпочтительно 10-14 бар или выше, и сопловую воздушную струю разгоняют до сверхзвуковой скорости с числом Маха 2.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что нить непосредственно после и/или до текстурирования нагревают до температуры свыше 90°С.

4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что нагревание до и/или после текстурирования осуществляют "горячими пластинами" (Hotplate) или "горячими стержнями" (Hotpin).

5. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что для термообработки нити используют тепловое воздействие горячей газообразной среды, предпочтительно перегретого пара, причем термообработку нити осуществляют в рабочем аппарате (101) с закрытой проточной термокамерой (41), предпочтительно с пароподводящим каналом большого сечения.

6. Способ по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что скорость движения нити при текстурировании составляет от 800 до 1500 м/мин или выше.

7. Устройство для отделки нити с участком текстурирования (LVST), в состав которого входят подающий механизм (1) для подачи нити (100), текстурирующее сопло (101), а также выпускной механизм (2) после текстурирующего сопла (101), причем текстурирующее сопло (101) имеет сквозной нитеводный канал (104), на одном конце которого нить (100) вводится, а на другом конце выходит текстурированная нить (106), в средней части которого в нитеводный канал подается сжатый воздух (PL) и в расширяющемся канале для разгона (102) формируется сопловая воздушная струя со сверхзвуковой скоростью, отличающееся тем, что между двумя, подающим и выпускным, механизмами - после текстурирующего сопла (101) перед выпускным механизмом (2), и/или перед текстурирующим соплом (101) - после подающего механизма (1), расположено устройство для нагрева нити (120, 121).

8. Устройство для отделки нити по п.7, отличающееся тем, что для тепловой обработки оно имеет "горячую пластину" или "горячий стержень", или рабочий аппарат (41) с проточной паровой термокамерой с отверстием для входа/выхода нити для свободного прохода нити, а также предпочтительно паропроводящий канал большого сечения.

9. Устройство для отделки нити по п.8, отличающееся тем, что рабочий аппарат (41) и/или проточная паровая камера выполнены из двух частей, и предпочтительно в качестве замкнутого сопла, причем проточная паровая камера в обеих частях приблизительно симметрично в обеих половинах сопла выполнена примерно одинаково.

10. Устройство для отделки нити по одному из пп.7 - 9, отличающееся тем, что термообработка происходит до и/или после текстурирующего сопла (101) с числом М > 2 в ускорительном канале (102).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу аэродинамического текстурирования непрерывной комплексной нити текстурирующим воздушным соплом со сквозным нитевидным каналом, на одном конце которого нить вводится, а на другом конце снимается текстурированная нить, в средней части которого в нитеводный канал подается под давлением воздух, в расширяющемся канале для разгона сопловая воздушная струя ускоряется до сверхзвуковой скорости и при высокой скорости движения, предпочтительно свыше 600 м/мин, формируется петлистая нить, при этом участок аэродинамического текстурирования ограничен подающим механизмом 1 в начале и выпускным механизмом 2 в конце стадии отделки нити воздухом.

Изобретение относится также к устройству для отделки нити с участком текстурирования, в состав которого входят подающий механизм 1 для подачи нити, текстурирующее сопло, а также выпускной механизм 2 после текстурирующего сопла, причем текстурирующее сопло имеет сквозной нитеводный канал, на одном конце которого нить вводится, а на другом конце снимается текстурированная нить, в средней части которого в нитеводный канал подается под давлением воздух, а в расширяющемся канале для разгона формируется сопловая воздушная струя со сверхзвуковой скоростью.

Отправной точкой изобретения является аэродинамическое текстурирование согласно WO 97/30200. В области отделки непрерывных комплексных нитей стоят две основные технические задачи. Во-первых, пряже, полученной из промышленно изготовленных комплексных нитей, нужно придать текстильный характер и текстильно-технологические свойства. Во-вторых, нить должна быть облагорожена с точки зрения специфических качественных показателей конечного продукта, которые очень часто отсутствуют в продуктах, изготовленных из натуральных волокон. И самая первоочередная задача в отношении комплексных нитей промышленного изготовления или изготовленной из них пряжи и полотна состоит в том, чтобы оптимизировать процесс обработки. В данном случае речь идет об обеспечении или повышении определенных критериев качества и о снижении стоимости производства. Известно, что производственные затраты могут быть снижены различным способом. Самый очевидный способ заключается в повышении поточной скорости на данной производственной установке. Другая возможность состоит в технологических приемах, которые не обязательно предусматривают повышение поточной скорости, но обеспечивают определенные качественные критерии при высокой скорости прохождения нити.

Текстильная промышленность, в особенности когда речь идет о непрерывных комплексных нитях, одна из наиболее комплексных отраслей промышленности, от сырья и до готового полотна, в которой участвуют многие независимые промышленные и производственные отрасли. При этом ни одна из отраслей не является автономной, скорее всего речь идет о единой производственной цепочке, где любое изменение процесса на одной из стадий может повлиять на последующие, или во всяком случае на предстоящие стадии. Но всегда остается открытым вопрос о том, примет ли или отвергнет продукт конечный потребитель, так как в связи с новыми технологическими методами часто бывают изменения в качественных показателях. В некоторых секторах производства, особенно при прядении химического волокна, важнейшим участком является отделка нитей воздушно-сопловым методом. Структурное изменение гладкой нити в текстурированную петлистую нить стало возможным лишь при помощи аэродинамических сил. При этом создается воздушный поток в сверхзвуковом диапазоне, как это представлено в упомянутом выше документе WO 97/30200. Все известные до настоящего времени испытания показали, что использование, например, горячего воздуха в качестве воздушной струи в сопле практически не изменяет эффект текстурирования. Самое простое объяснение этому заключается в том, что горячий воздух под давлением быстро расширяется и одновременно охлаждается. Тепловой эффект нагретого воздуха под давлением в значительной степени снимается при расширении и соответственно охлаждении.

В патенте ДЕ-OS 3823538 представлен способ изготовления РВТ-ковровых нитей. Речь идет об извитости, полученной напрессованием в термокамеру, в качестве составного процесса в рамках текстурирования, совмещенного с формованием и вытягиванием при поточной скорости свыше 1800 м/мин. При получении извитости методом напрессования формоизменение нити происходит также за счет теплового воздействия в отличие от аэродинамического текстурирования, где обычно на деформацию влияет лишь воздействие воздушной струи.

В патенте US PS 4040154 представлен другой пример отделки с получением извитости напрессованием с использованием перегретого пара. Напрессование производится внутри цилиндрического канала. Нить выходит из канала без напряжения. Это противоречит текстурированию как процессу, при котором напряжение в нити на выходе из сопла является одним из критериев качества текстурирования. Текстурирование понималось часто прежде в самом общем смысле, а не как технический термин.

Задача изобретения - оптимизация процесса обработки при изготовлении петлистой нити. Способ согласно изобретению призван также решить, в частности, задачу повышения скорости прохождения нити без ущерба качеству.

Способ согласно изобретению отличается тем, что между подающим механизмом 1 и выпускным механизмом 2 нить нагревается подключенным до и/или после них устройством для нагрева нити таким образом, что между подающим механизмом 1 и выпускным механизмом 2 происходит как механическое воздействие воздухом, так и тепловое воздействие.

В одном из частных случае в нитеводный канал подают сжатый воздух (PL) при питающем давлении более 8 бар, предпочтительно 10 - 14 бар или выше, и сопловую воздушную струю разгоняют до сверхзвуковой скорости с числом Маха 2.

Еще в одном частном случае нить непосредственно после и/или до текстурирования нагревают до температуры свыше 90^oC.

В другом частном случае нагревание до и/или после текстурирования осуществляют "горячими пластинами" (Hotplate) или "горячими стержнями" (Hotpin).

Еще в одном из частных случаев способа для термообработки нити используют тепловое воздействие горячей газообразной среды, предпочтительно перегретого пара, причем термообработку нити осуществляют в рабочем аппарате (101) с закрытой проточной термокамерой (41), предпочтительно с пароподводящим каналом большого сечения.

Скорость движения нити при текстурировании в любом из частных случаев составляет от 800 до 1500 м/мин и выше.

На фиг. 2 представлено чисто схематично на примере сопла Т311 текстурирование согласно уровню техники, отраженному в документе WO 97/30200. Приняты во внимание два параметра сопла: зона разрыхления Oe-Z₁, а также диаметр фронта ударной волны DA_s исходя из диаметра d нитевидного канала сопла. Для сравнения справа вверху представлено текстурирование повышенной эффективности согласно WO 97/30200. Здесь легко обнаружить, что значения Oe-Z₂, равно как DA_e, больше по сравнению с соплом Т311. Разрыхление нити начинается уже до канала для разбега, на участке подвода воздуха под давлением P, то есть еще на цилиндрическом отрезке. VO обозначает, таким образом, предразрыхление. Предпочтительно значение VO выбирается больше d. Существенным моментом в фиг. 2 является сравнение в форме диаграммы напряжения нити Gsp /в сН/ согласно кривой Т311 с числом М < 2, и текстурирующего сопла согласно кривой S315 с числом М > 2. По вертикали на диаграмме представлено напряжение нити в сН, а по горизонтали - скорость процесса производства в м/мин. Кривая Т311 показывает резкое падение напряжения в нити при скорости процесса 500 м/мин. При скорости свыше 650 м/мин прекратилось текстурирование. Наоборот, кривая S315 показывает, что напряжение в нити не только выше, но сохраняется почти постоянным при скорости в пределах 400 - 700 м/мин и медленнее падает также при более высоких скоростях производственного процесса. Повышение числа М - один из важнейших "секретов" дальнейшего повышения производительности согласно WO 97/30200. Совершенно неожиданным было то, что при особом выполнении канала для разгона повышение производительности оказалось в целом почти бесконечным. Два центральных вывода позволяют открыть новые возможности для еще более существенного повышения скорости при неизменном качестве, а именно: дополнительное совмещение высокого давления воздушного потока с тепловой обработкой до и/или после текстурирования.

Хотя в практической деятельности нельзя говорить в полном смысле о строго разграниченных стадиях, соответствующее представление все же не будет очень расходиться с действительностью. Если согласно новому изобретению принять скорость производственного процесса 1200 м/мин, то (вместе с тепловым воздействием) долю в 250 м/мин следует отнести на счет повышения давления на 10-12 бар, а дополнительные 200 м/мин на счет дальнейшего повышения на 12-14 бар. Проведенные до настоящего времени испытания показывают, что вполне возможно дальнейшее повышение производительности. Повышение давления на 8 или 9 бар является условием повышения числа М. Это эффективно прежде всего в том случае, если текстурирующее сопло выполнено согласно WO 97/3020. Нужно согласиться, что по логике возможны еще большие повышения до 1500 м/мин и выше. Последние испытания показывают, что путь к дальнейшему повышению скорости производства еще открыт. Интересным было также наблюдение, что одна лишь тепловая обработка до и/или после текстурирования, даже при использовании старого сопла с числом М < 2, дает значительное повышение производительности. Новое изобретение показало, что существует причинная зависимость между повышением давления, числом М, скоростью движения нити и термообработкой. При тепловой обработке до текстурирования снижается жесткость элементарных нитей. В нагретом состоянии элементарные нити легче поддаются изгибанию, что является основным аргументом в пользу применения этой обработки. При термообработке после текстурирования достигается усиление результата, полученного во время текстурирования. Возможное объяснение удивительно высокой эффективности термообработки состоит в том, что при одновременном повышении скорости движения нити практически в два раза сокращается время на охлаждение. Это еще более повышает важность термообработки. Особо предпочтительные варианты реализации отражены в пп.2-6.

Далее, изобретение касается устройства для отделки нити и отличается тем, что между двумя подающими механизмами - после текстурирующего сопла, перед выпускным механизмом 2 и/или перед текстурирующим соплом после подающего механизма 1 - установлено устройство для нагрева нити. Особо предпочтительные варианты реализации устройства для отделки нити указываются в пп. 8-10. Устройство в одном из частных случаев для тепловой обработки имеет "горячую пластину" или "горячий стержень" или рабочий аппарат (41) с проточной паровой термокамерой с отверстием для входа/выхода нити для свободного прохода нити, а также предпочтительно пароподводящий канал большого сечения.

В другом частном случае рабочий аппарат (41) и/или проточная паровая камера выполнены из двух частей, и предпочтительно в качестве замкнутого сопла, причем проточная паровая камера в обеих частях приблизительно симметрично в обеих половинах сопла выполнена примерно одинаково.

Изобретение касается также применения термообработки перед текстурирующим соплом с М > 2 и/или после него в канале для разгона.

Описание изобретения в чертежах

Для лучшего понимания изобретения ниже приводится ряд примеров его реализации с дополнительными подробностями и со ссылкой на чертежи:

фиг. 1 - общий вид процесса текстурирования согласно изобретению;

фиг. 2 - сравнение текстурирующего сопла с числом М > 2 и текстурирующего сопла с числом М < 2;

фиг. 3а-3е - уровень техники в отношении текстурирования;

фиг. 4 - участок текстурирования согласно изобретению;

фиг. 5a-5d - различные варианты применения тепловой обработки;

фиг. 6 - возможные стадии производительности на основе сочетания различных вариантов реализации.

Ниже приводится схематичное описание нового процесса текстурирования со ссылкой на фиг. 1. Сверху вниз представлены последовательно отдельные стадии процесса. Гладкая нить 100 направляется сверху через первый подающий механизм LW 1 с заданной скоростью движения V1 в текстурирующее сопло 101 по нитеводному каналу 104. Через каналы 103, соединенные с источником сжатого воздуха P1, в нитеводный канал 104 подается под высоким давлением предпочтительно ненагретый воздух под углом в направлении движения нити. Сразу же после этого нитеводный канал 104 имеет такое коническое расширение 102, что на этом коническом участке воздушный поток разгоняется с такой силой, что достигает сверхзвуковой скорости, предпочтительно с числом М > 2. Собственно текстурирование производят ударные волны, как это подробно изложено в упомянутой выше публикации WO 97/30200. На первом участке от места подачи воздуха 105 в нитеводный канал 104 до первого участка в коническом расширении 102 происходит распушивание и разрыхление гладкой нити, при этом элементарные нити подвергаются воздействию сверхзвукового потока. В зависимости от высоты давления поступающего воздуха (9 - 12 до 14 бар и выше) текстурирование происходит либо в коническом расширении 102 сопла, либо на выходе. Существует прямая зависимость между числом М и текстурированием. Чем выше число М, тем сильнее воздействие ударной волны и тем интенсивнее текстурирование. Скорость производственного процесса обусловлена двумя критическими параметрами: желательным уровнем качества и степенью тряски нити, которая при дальнейшем повышении скорости движения может привести к прекращению текстурирования.

Принятые обозначения:

Th. vor - предварительная тепловая обработка, возможна только путем нагревания нити или обработки перегретым паром.

G. mech. - обработка нити путем механического воздействия воздушного потока под давлением (сверхзвуковой поток).

Th. nach - заключительная термообработка перегретым паром (возможно только нагреванием или горячим воздухом).

D - пар; PL - сжатый воздух.

За счет дополнительной тепловой обработки скорость процесса удалось повысить до 1500 м/мин без прекращения текстурирования и опасной тряски, причем предел был установлен благодаря действующей опытной установке. Лучшие показатели качества текстурирования были получены при скорости производства значительно выше 800 м/мин. Неожиданно изобретатели обнаружили один или два совершенно новых параметра качества, хотя при этом всеми испытаниями были подтверждены также упомянутые выше закономерности (выше число М = сильнее ударная волна = интенсивнее текстурирование). Вновь выявленные параметры связаны, с одной стороны, с тепловой обработкой, проводимой до или после текстурирования, и, с другой стороны, с повышением числа Маха при повышении давления воздуха или при соответствующем исполнении канала для разгона. Эти новые параметры таковы:

а) заключительная термообработка или релаксация.

Важным критерием качества в текстурировании для специалиста является натяжение нити, выходящей из текстурирующего сопла, по которому можно также судить о степени интенсивности текстурирования. Натяжение нити определяется в текстурированной нити 106 между текстурирующим соплом (TD) и выпускным механизмом LW2. В этом интервале, между текстурирующим соплом (TD) и выпускным механизмом LW2, была проведена тепловая обработка нити, находящейся под воздействием растягивающего напряжения. При этом нить была нагрета примерно до 180^oC. Удалось успешно завершить первые испытания с использованием горячего стержня (Hotpin) или обогреваемых галет и горячей плиты (Hotplate) (бесконтактный нагрев), которые дали поразительный результат, а именно: было отмечено как массовое явление повышение границы качества в зависимости от скорости движения нити. В данный момент существует мнение, что указанная заключительная термообработка оказывает на текстурируемую нить стабилизирующий и одновременно усадочный эффект и тем самым способствует текстурированию.

б) предварительная термообработка.

Еще большей неожиданностью оказался положительный эффект, оказываемый на процесс текстурирования также и предварительной термообработкой. Причиной успеха в данном случае был комбинированный эффект усадки и разрыхления нити в интервале между местом подачи воздуха в нитеводный канал и первым участком конического расширения, наблюдавшийся в диапазоне сверхзвуковой скорости. В результате нагрева нити снижается жесткость, что улучшает предпосылки петлеобразования в процессе текстурирования. Здесь также удалось успешно провести испытания с использованием "горячих пластин" и "горячих стержней" в качестве источников тепла. Другой возможный эффект заключается в том, что предварительная термообработка нити позволяет избежать негативного охлаждающего воздействия вследствие расширения воздуха в текстурирующем сопле и поэтому при подогретой нити улучшается текстурирование. При очень высокой скорости движения тепло частично сохраняется в нити даже в момент петлеобразования. Для усиления эффективности обработки, будь то горячим воздухом, перегретым паром или другим горячим газом, предпочтительно осуществляются дополнительные меры по тепловой обработке согласно настоящему способу, либо локально и по отдельности, или по всей длине нити, с некоторым интервалом или непосредственно одна за другой. Таким образом эти технологические приемы не будут изолированными, а создают суммарный эффект в интервале между двумя механизмами, подающим и выпускным. Это означает, что нить удерживается лишь в начале и в конце, а между ними осуществляются воздействия как воздухом, так и теплом. Термообработка элементарных или комплексных нитей осуществляется, когда они еще находятся под воздействием механических напряжений, вызванных сжатым воздухом.

На фиг. 2 предлагается обзор, учитывающий соотношение между напряжением в нити и скоростью процесса. На нижнем левом рисунке представлен результат использования сопла Т311, при этом Т311 + Th означает, что нить была обработана теплом. Штрихпунктирные линии Т311 + Th представляют лишь результат опытных экспериментов. В верхней части представлено в действии сопло S315 с каналом для разгона со скоростью М > 2. На обеих кривых не представлено давление воздуха, лежащее в основе текстурирования. Штрихпунктирная кривая S315 + Th показывает прежде всего большой эффект теплового воздействия. Так как имеется большое множество нитей различного качества и титра, установить точно соответствующие взаимосвязи оказалось пока невозможно. Это возможно лишь на основе текстильно-технологического опыта собственно производящего процесса.

На фиг. 2 показаны тем не менее наглядно стадии повышения производительности путем различных комбинаций. В качестве материала для сравнения использована нить PA 78f51, стержень 10%, нагон 30% и давление 9 бар.

Фиг. 3a - 3e показывают типичные варианты решений согласно предшествующему уровню техники с использованием соответствующих условных обозначений, причем на фиг. 3d представлены примеры текстурированных нитей, а на фиг. 3e - классическое текстурирующее сопло. На фиг. 3a схематично изображена индивидуальная и параллельная обработка FOY-нити. На фиг. 3b представлена параллельная обработка нитей FOY и POY. И, наконец, на фиг. 3c дается обработка нити POY со стержневой и фасонной нитями. В примере использовано сопло Т311.

На фиг. 4 представлен схематически, в полном соответствии с фиг. 3, новый вариант решения в текстурировании. В отличие от фиг. 1 здесь для термообработки применяются так называемые "горячие пластины" (Н.plate), то есть бесконтактные обогревательные каналы, как те, которые представлены на фиг. 3b и 3c. В целом участок обработки воздухом соответствует фиг. 1 и на фиг. 4 обозначен LvSt. На фиг. 4 представлены как предварительная термообработка 120, так и заключительная термообработка 121 с важнейшими технологическими параметрами давления воздуха, температуры и скорости нити. Перед текстурирующим соплом 101 помещена также установка для увлажнения нити HemaJet 123. После стадии обработки воздухом нить чаще всего деформируется еще на несколько процентов (1-2%) или подвергается усадке. Затем нить поступает на еще один обогреватель 122, который также может быть паровой термокамерой. Если в одном месте для термообработки применяется перегретый пар, то из экономических соображений можно посоветовать и другие нагревательные устройства предусмотреть с перегретым паром. В таблице для примера к отмеченным подающим механизмам (W) приведены соответствующие скорости нити.

На фиг. 5a - 5d представлены так называемые обогреваемые и приводные галеты для термообработки, отличающиеся важными возможностями применения. По показаниям температуры на галете в любой момент можно определить работает ли она на нагревание. Понятно, что во всех вариантах могут быть использованы также "горячие пластины" или проточная паровая термокамера согласно изобретению.

Фиг. 6 иллюстрирует очень схематично в форме диаграммы диапазоны повышения скорости, при этом каждый раз для одинакового уровня качества текстурирования приводятся возможные варианты повышения скорости. На представленных блоках снизу вверх даются различные комбинации для процесса текстурирования.

В верхней части чертежа показано применение устройств в соответствии с фиг. 1, 4 и 5, которые обеспечивают повышение производительности или скорости производственного процесса при поддержании определенного заданного уровня качества нити.

В блоке 500 представлен уровень техники при использовании текстурирующего сопла Т311 согласно фиг. 3e, 9 бар, 500 м/мин.

В блоке 150 представлено текстурирующее сопло S315. Проведенные испытания показали, что блок 150 возможен также с соплом Т311 при введении дополнительной термообработки. Это обозначено штрихпунктирной стрелкой.

В блоке 100 представлен дополнительно нагреватель SET Heater.

В блоке 250 представлена дополнительная заключительная термообработка (фиг. 5а) с давлением 10-12 бар и применением "горячей пластины" (Hot plate) C/E/ATY; SET.

В блоке 200 представлена дополнительно предварительная термообработка (фиг. 5) на давление 12-14 и Hot plate C/E/ATY; SET.

Повышение производительности согласно блокам 250 и 200 было возможным при обеспечении постоянного качества только с использованием текстурирующего сопла согласно WO 97/30200, то есть с числом М > 2 в канале для разгона. Блок 250 предусматривает более высокое давление и термообработку. В блоке 200 предполагаются все предусмотренные меры. Блок 150 может быть осуществлен в случае необходимости при применении сопла Т311 и термообработки.

Изобретение предусматривает также проведение по меньшей мере одной или двух тепловых обработок до и/или после текстурирующего сопла с числом Маха > 2 в канале для разгона.