用于生产牵伸合成长丝的牵伸设备和方法 本发明涉及包括纺丝装置和含有用于在合成长丝上产生拉力的气动工具的拉伸装置的牵伸设备，和生产牵伸合成长丝的方法，按此方法单丝纤度大于1dtex的熔纺合成长丝在纺丝装置后至少在凝固点的温度下被冷却，和借助于气动拉伸装置被牵伸，该牵伸长丝用于生产合成纱，短纤维和非织造布。
用熔纺法生产合成长丝基本上由三个工艺步骤组成。首先将聚合物借助于挤压机进行熔化，接着用一个带有细孔的喷丝板或多个喷丝板进行长丝的纺丝。最后将纺成的长丝进行牵伸，以便达到截面变小。纺成的长丝截面变小对许多工业上和纺织上的用途是基本的前提。
牵伸是对长丝提供继续应用可能性的决定性工艺步骤，它可直接，连续和/或自动的连接在纺丝过程中或者作为独立的工艺步骤在生产过程中进行。
长丝的牵伸借助于拉伸装置用机械方法通过导辊或用气动方法通过喷咀进行。
与所连接的拉伸装置种类，气动的或机械的无关，在高纺速时，即大于3500m/min，在一步法装置纺的长丝的力学性能例如强度和弹性模量比用较低纺速，即低于3500m/min纺制并在附加的工序进行后牵伸的长丝明显的差。
尽管在一步法中高纺速比低纺速有利于形成改进的力学性能，但同时长丝本身在丝的表面和内部之间产生结构性差异。这造成了与后牵伸长丝相比减低了强度和弹性模量。
US 2604 667说明无专用牵伸设备用于进行后牵引生产取向纱，而是通过应用至少4700m/min地拉伸速度。为取得高强度这样高的速度是需要的。如果速度下降，制得的长丝具有高的伸长。为达到这一拉伸速度，可采用传动的导辊和空气喷咀。US 2604 667首先探讨纱线制造，但也论述用空气喷咀作拉伸装置制造短纤维。
已知在从纺成的连续长丝生产纺粘型非织造布中，由喷丝板出来的长丝的牵伸是借助于在超声范围传动的拉伸装置的气动喷咀进行。为制造纺粘型非织造布将多根凝固的长丝借助于喷咀送到铺丝设备。由于空气在长丝上的摩擦施加的力有可能调节拉伸速度和因此影响长丝的力学性能。在此表明对长丝性能的影响是有限度的，虽然由于导入喷咀的空气压力的提高使拉伸速度提高，但强度几乎没有进一步提高和伸长也几乎没有进一步减小。
从DE-OS 2 117 659已知由合成的线形聚合物通过细丝的熔纺制造纱和纤维的方法，它用拉伸速度至3500m/min进行加工。拉伸速度是由导辊对的速度予给定的。为影响伸长在喷丝板和导丝盘之间安装一加热机构，在其中由50根丝条组成的合成纱线在凝固点以上和熔点以下的温度加热，由此达到牵伸比至1∶2。此外论述了由单丝纤度细的和特别合适的强度和伸长的长丝用于制造纺粘型非织造布，但这方面没有进一步叙述。
在DE-OS 29 25006中一方面讨论了牵伸对强度的作用和另方面讨论了牵伸对伸长和收缩的作用。阐述了长丝通过牵伸得到较高的强度，而伸长和收缩减小。与DE-OS 2117659相比4100-6000m/min较高的牵伸速度可通过采用轻度红热的加热机构与长丝直接接触达到。
为由聚合物，特别是聚酰胺，聚酯或聚丙烯用熔纺方法生产合成纤维，从DE-4021545可知，至少具有一个喷丝板，纺丝甬道，加热甬道，上油设备，导丝盘设备和卷绕设备的装置，其中加热甬道有产生逆流的吹风装置，例如吹风喷咀。用此装置可生产全牵伸的合成纱和合成纤维，其中单纤维或长丝纤度小于1dtex。在此装置上和按此方法无后处理可制造全牵伸的合成长丝，它们可加工成非常精细和贴身的织物。此装置是否具有对较高纤度范围足够的牵伸性能，在该专利中没有阐述。
本发明的任务是，制造一个装置和提供一种方法，该装置或方法能适用于生产纤度大于1dtex的牵伸合成长丝和生产具有较高强度和较低伸长的长丝。
按本发明牵伸设备具有在纺丝装置和拉伸装置之间安排的有一对合成纤维逆流导入加热介质流的加热装置。
在此装置上由热塑性合成材料，例如聚酯，聚酰胺，聚丙烯，聚乙烯通过简单纺丝或复合纺丝(双层的，分段的，同轴的等等)生产工业或纺织用途的连续长丝。通过熔纺生产的长丝的力学性能有明显改善，特别是在同样纤度时改善了断裂强度，伸长，弹性模量和热收缩。
加热装置可用逆流导入的热空气或其它热的，优选中性的气体，但也可用加入添加剂的混合气体驱动。空气在长丝凝固温度以上的温度加热。
加热装置的作用基于，在纺丝装置和拉伸装置之间通过逆流导入的热介质形成被加热的丝束进入“固定”(Festhalten)或“制动”(Bremsen)范围。因此借助于在此范围后面连接的拉伸装置有可能握持进一步的牵伸力和进行附加的牵伸。牵伸是通过丝进入加热装置的速度和丝进入拉伸装置的速度来确定的。
令人惊讶地发现，按照空气磨擦的原理工作的气动拉伸装置也可与以逆流方向工作的加热装置组合。这样得到的长丝在同样的拉伸速度使强度提高和伸长降低。显著的优点是，为生产具有一定性能的长丝拉伸速度可急剧减小。
在进一步的实施方案中设计有生产非织造布的工具，此工具使通过气动拉伸装置输送的合成长丝铺网形成平面组织，即纺粘型非织造布，其中对合成长丝不需要其它的机械输送手段。
牵伸设备也可通过制造短纤维的工具予以补充，其中将合成长丝切成短纤维。此纤维特别适用于生产纤维网。
用一种生产牵伸合成长丝的方法，按此方法熔纺的长丝在纺丝装置后至少在凝固点的温度进行冷却和用气动拉伸装置进行牵伸，为牵伸的目的接着在加热装置中进行加热，其中长丝在加热装置中被气相的，在凝固点以上的温度加热的介质被逆向吹风，可生产在较低的伸长时具有较高的强度的合成长丝。
这种长丝不需要进行进一步的后牵伸和此方法的实施有可能在比至今较低的拉伸速度下进行。
此方法优选以这样方式进行，即在加热装置和拉伸装置之间后牵伸的牵伸比为1.1至1.5。
此外具有优点的是，如果长丝在温度为200℃至250℃，在PET或PA66情况下优选在225℃至300℃进行逆向吹风。空气量可从5M3/h至25M3/min改变。
为达到强度和伸长的明显改进，如果长丝用2000m/min至4700m/min的拉伸速度通过逆向气流引入也是足够。在较高的速度仍然亦可获得改进的性能。
用此方法可影响所生产的合成长丝的性能。逆流空气量和温度可能进行这样的调节，使纱的伸长达到小于60％或者有可能将长丝的拉伸速度，逆流空气的气量和温度这样调节，即在同样的拉伸速度下使后牵伸长丝的抗拉强度比简单牵伸的长丝至少达到相对提高20％，其中长丝的抗拉强度至少达到32CN/Tex，特别优选达到34-45CN/Tex，或者逆流空气的气量和温度这样调节，使热空气收缩最高达到6％(在180℃，15分钟)。这特别适于采用PES(聚酯)为原料。
此外有利的是，长丝的拉伸速度，逆流空气的气量和温度这样进行调节，使弹性形变范围过渡到塑性形变范围只有在至少高20％的力下才能进行。
虽然长丝是高牵伸的，有可能长丝在逆流处理后连续或在分开的处理工序中再进行一次后牵伸。
作为进一步的处理工序合成长丝用于制造非织造布可将其铺在基布上或为制造短纤维将其切断，其中切断的长丝可供后道工序进行加工。
特别有利的是合成长丝用于生产非织造布，其中长丝的抗拉强度至少为32CN/Tex和伸长小于60％。为生产纺粘型非织造布，合成长丝可作为连续纱进行铺网。为生产纤维网，合成长丝可作为短纤维铺网。
此外有利的是合成长丝用于制造纱线，其中长丝的抗拉强度至少为32CN/Tex和伸长小于60％。而纱线也可由连续合成长丝制造或由短纤维纺制。
在图中概括地展示了用于生产牵伸合成长丝的牵伸设备：
图1表示装置的基本结构组，
图2表示按本发明丝束的速度曲线与普通体系相比，
图3表示不同力学性能的特征曲线。
图1展示的用于生产牵伸合成纤维的牵伸设备包括纺丝装置1，用已知方法将熔融的合成材料加入纺丝装置。通过在纺丝装置1中安装的喷丝板流出相应于喷丝板孔数的丝数的长丝2，这些丝一起形成丝束3。通常16，32或64根丝收集成一个丝束。从喷丝板流出后长丝2在凝固温度以下进行冷却，其中有一附加的冷却设备4，在那里在各个长丝中形成结晶和无定形区。
冷却的长丝2送入加热装置5，在那里集束，这样平行过程通过加热装置5进行。加热装置5有加热甬道6，在其中从下端7向纺丝装置送入热空气8和在其上端9空气再流出。在加热甬道6中空气8对丝束3逆流送入。
在与加热甬道6一定距离处安装拉伸装置10，用此设备在丝束3上施加牵伸力。这是用气动方法通过文丘里喷咀11进行，在其中输入高压空气12，这样在最小截面上达到声速，在下一过程超过声速。
由拉伸装置10出来的丝束3可用已知方法加工成合成纱线，为制造短纤维可将其切断或用于制造纺粘型非织造布。后者例如在FR 74 20254中有说明。
在图2展示用不同装置及方法纺的长丝的速度曲线的概况。在一般条件下长丝用直接纺丝和牵伸一步法和在高速度下，这里拉伸速度为6000m/min，由于在轴向和径向具有非常高的速度梯度使纤维经受了急剧的冷却，见曲线A。延着丝路，速度梯度大于2×104·1/s，和冷却速度处于26000℃/s数量级。这一极端条件使丝的外壳和中心之间造成不同的，不均匀结构。与多步法中后牵伸的丝相比其结果是一定的力学性能降低。
拉伸速度减低到4400m/min明显地减低速度梯度和冷却速度，如由曲线B所见。当然断裂负荷也降低和断裂伸长提高。
虽然低拉伸速度有利，为了达到提高断裂负荷和降低断裂伸长，所以采用二步机械方法，第一个范围用高的速度梯度和第二个范围用高的速度梯度。这表示在曲线C。
通过应用在喷丝板和拉伸装置之间的加热装置，该设备通过逆流引入的加热空气对长丝吹风，在拉伸速度为4400m/min时达到曲线D展示的过程。通过加热装置5的长度L加热超过凝固点的长丝发生后牵伸。
在表1中对采用和不采用加热装置对熔点为256℃和粘度在290℃为190Psa的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)不同物料通过量时的不同试验结果进行对比。
在第一个试验次序T采用由纺丝装置1和拉伸装置10组成的牵伸设备用于生产长丝。
第二个试验次序V与第一个试验次序不同之处在于，在纺丝装置1和拉伸装置10之间有一加热装置5，在其中长丝用逆向引入的加热到凝固点以上温度的空气加热。这也有可能，长丝3在超过其凝固点温度加热，但仍然没达到熔点。
对于两个次序的试验，其中之一用物料通过量喷丝板的每个孔为1g/min(T1，V1.1，V1.2)和其中之另一个用物料通过量喷丝板的每一个孔为0.62g/min(T2，V2)来进行。
在第一个试验系列中制造的长丝的基本性能的比较中首先可确认，丝的拉伸速度在试验V1.1和V1.2中与T相比有明显降低。这可以这样解释，由于在拉伸装置中压力升高使加热装置中的摩擦力没有完全得到平衡所致。两个用同样的拉伸速度按二个试验次序T，V制造的长丝在此是不可能进行力学性能的直接对比。
但可以识别，虽然拉伸速度从4700m/min，减小到3330m/min，但强度从30.3CN/Tex提高到39.7CN/Tex和伸长从72.6％减小到57.1％(T1和V1.2)，因此有可能为生产高强度长丝可在中等拉速度范围进行加工。在带有加热装置的试验次序中将速度提高到4000m/min，导致强度从39.7CN/Tex到42.5CN/Tex的再一次改进和伸长从57.1％减小到43.7％(V1.2与V1.1相比)。
在第二个试验系列V2，T2中将物料通过量调节成每孔0.62g聚合物/分钟。在较细的纤度范围拉伸速度也会减小，强度从27.7CN/Tex到36.6CN/Tex得到显著改善和伸长同样从82.6％明显减小到47.6％。
表1试验V1.1 V1.2 T1 V2 T2物料通过量聚合物/孔(g/mn孔)1.00 1.00 1.00 0.62 0.62纤度(dTex)2.5 3.0 2.1 2.0 1.5拉伸速度(m/min)4000 3330 4770 3100 4130强度(cN/tex)42.5 39.7 30.3 36.6 27.7伸长(％)43.7 57.1 72.6 47.6 82.6热收缩(％)(180℃，15min热空气)4.5 4.5 3.4 4.4 3.2
在图3归纳了从试验T1，V1，V1.1，V1.2；T2，V2得到的长丝的力-伸长曲线。可以看到加热装置对强度和伸长均有极大的影响。特别有意义的是在力超过10CN/Tex范围伸长有明显改善。改善的长丝可吸收明显多的负荷，而不造成过度的伸长。这种特性本身在按照V1.2和V2用较小的拉伸速度生产的长丝中表现更为明显。
由大约300℃热的纺丝装置出来的长丝通过用室温空气横吹风进行冷却，在加热装置中丝用体积流量在10-15M3/h之间的加热到270-300℃的空气进行加热。当然，气相的流体8的温度对聚烯烃必须相应适合于其熔融温度。此外气相流体8的流量特别取决于待牵伸丝的量，所采用的聚合物，牵伸度和纺丝装置1与加热装置5之间的予牵伸。
长丝由于其改善的力学性能特别适合于制造非织造布，其中作为材料可考虑热塑性合成材料，特别是PET，但也可考虑聚酯(PES)，聚酰胺(PA)，聚酰胺6.6(PA6.6)，聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)。长丝也可由多种不同材料制造，可应用已知的纺丝技术。