本發(fā)明屬于紡絲，涉及一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置及制備方法。
背景技術(shù)：
1、近年來(lái)，隨著人們安全意識(shí)的增強(qiáng)，安全氣囊作為汽車被動(dòng)安全系統(tǒng)的重要組件之一被大家廣泛熟知。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，安全氣囊協(xié)同安全帶，有效減輕乘客頭部、胸部等部位的碰撞，達(dá)到保護(hù)乘客安全的目的。隨著汽車安全氣囊裝備數(shù)量的增多，對(duì)于汽車安全氣囊輕量化的要求越來(lái)越高。
2、目前的汽車安全氣囊由氣囊織物構(gòu)成，為了實(shí)現(xiàn)保壓、低透氣性，一般需要對(duì)氣囊織物進(jìn)行涂膠處理，這樣導(dǎo)致汽車安全氣囊變得厚重，也增加了成本。根據(jù)專利公布號(hào)為cn105256597a的發(fā)明專利申請(qǐng)記載，通過軋光整理后，氣囊織物中化纖長(zhǎng)絲將呈現(xiàn)扁平結(jié)構(gòu)，這種扁平結(jié)構(gòu)具有特殊的“一”字形截面，氣密性不受影響，涂膠量減少38%。因此，開發(fā)扁平氣囊絲，一方面能夠保證氣囊織物具有良好的氣密性，另一方面能夠減少涂膠量，節(jié)省成本，汽車安全氣囊也更加輕量化。
3、滌綸工業(yè)絲具有高強(qiáng)度的特點(diǎn)，在汽車安全氣囊領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。滌綸工業(yè)絲的纖維截面由圓形變成“一”字形時(shí)，減弱了纖維的剛性，同時(shí)提高纖維的斷裂伸長(zhǎng)率，能夠增加纖維的柔軟性。然而滌綸工業(yè)絲一般為96f、144f，每個(gè)絲束中的單絲根數(shù)多，“一”字形截面具有不對(duì)稱性，絲束的均勻冷卻變得困難。
4、為了解決由扁平絲構(gòu)成的絲束的冷卻不均勻問題，現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了少量的研究。
5、例如專利公布號(hào)為cn104831382a的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種有光扁平滌綸長(zhǎng)絲的生產(chǎn)方法，采用側(cè)吹風(fēng)冷卻且側(cè)吹風(fēng)風(fēng)向與噴絲板葉片延伸方向相平行。但是，在紡絲過程中，由于單絲根數(shù)多，初生纖維紡絲張力小，纖維出噴絲孔后，受到纖維與纖維之間氣流的影響，外界環(huán)境（側(cè)吹風(fēng)紡絲窗的開關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)工作人員走動(dòng)等）的影響，很難保證纖維在冷卻過程中纖維葉片方向始終平行于冷卻風(fēng)風(fēng)向，這樣就會(huì)出現(xiàn)吹風(fēng)風(fēng)向垂直纖維葉片方向，扁平單絲具有大的長(zhǎng)寬比，吹風(fēng)風(fēng)向平行纖維葉片方向帶走的熱量大于吹風(fēng)風(fēng)向垂直纖維葉片方向，從而出現(xiàn)扁平單絲間冷卻不均勻的發(fā)生，生產(chǎn)的纖維斷裂伸長(zhǎng)率降低，無(wú)法滿足氣囊織物柔軟性的要求，而且后道拉伸容易出現(xiàn)拉伸不勻，纖維條干均勻性變差，毛絲斷頭增多。
6、又如專利公布號(hào)為cn106400167a的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種多孔超細(xì)旦扁平絲及其制備方法，將噴絲板上噴絲孔的排列方式由圓形排列設(shè)計(jì)成橢圓形排列，噴絲板的有效面積相同時(shí)，噴絲孔橢圓形排列的層數(shù)小于圓形排列的層數(shù)，噴絲孔橢圓形排列的孔數(shù)大于圓形排列的孔數(shù)，通過環(huán)吹風(fēng)吹透紡絲細(xì)流，實(shí)現(xiàn)冷卻。但是這種環(huán)吹風(fēng)的風(fēng)向無(wú)法始終與纖維葉片方向平行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻冷卻，生產(chǎn)的纖維斷裂伸長(zhǎng)率降低，不能滿足氣囊織物柔軟性的要求，同時(shí)在拉伸時(shí)容易出現(xiàn)拉伸不勻，條干均勻性變差。
7、因此，有必要開發(fā)一種能夠兼顧扁平、高斷裂強(qiáng)度、高斷裂伸長(zhǎng)率和高條干均勻性的安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置及制造方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置及制備方法。
2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
3、一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，包括噴絲板、冷卻風(fēng)筒、4個(gè)走絲筒、十字圓環(huán)形無(wú)孔板、十字圓環(huán)形多孔板、抽吸筒、環(huán)形無(wú)孔板、環(huán)形多孔板、送風(fēng)管道和抽吸管道；
4、冷卻風(fēng)筒的兩端開口，筒壁無(wú)孔，豎直布置，為圓柱狀，分為上中下三段；
5、4個(gè)走絲筒的兩端開口，筒壁無(wú)孔，豎直布置在冷卻風(fēng)筒的上段內(nèi)，4個(gè)走絲筒的上端與冷卻風(fēng)筒的上段的上端齊平且五者通過十字圓環(huán)形無(wú)孔板連接，4個(gè)走絲筒的下端與冷卻風(fēng)筒的上段的下端齊平且五者通過十字圓環(huán)形多孔板連接，十字圓環(huán)形由圓環(huán)形以及位于其中的十字形組成，4個(gè)走絲筒、冷卻風(fēng)筒的上段、十字圓環(huán)形無(wú)孔板、十字圓環(huán)形多孔板共同圍成送風(fēng)腔；
6、冷卻風(fēng)筒的中段的內(nèi)壁上設(shè)有多個(gè)用于抑制邊界層與冷卻風(fēng)筒分離的凹槽，邊界層是冷卻風(fēng)流過冷卻風(fēng)筒的內(nèi)壁表面時(shí)由于黏性作用而形成的流體層；
7、抽吸筒的兩端開口，筒壁無(wú)孔，豎直布置在冷卻風(fēng)筒的下段內(nèi)且與其共軸，抽吸筒的上端與冷卻風(fēng)筒的下段的上端齊平且二者通過環(huán)形多孔板連接，抽吸筒的下端與冷卻風(fēng)筒的下段的下端齊平且二者通過環(huán)形無(wú)孔板連接，抽吸筒、環(huán)形無(wú)孔板、環(huán)形多孔板、冷卻風(fēng)筒的下段共同圍成抽吸腔；
8、送風(fēng)管道水平布置且與送風(fēng)腔連通；抽吸管道水平布置且與抽吸腔連通；
9、噴絲板上的噴絲孔分布在4個(gè)區(qū)域中，4個(gè)區(qū)域分別位于4個(gè)走絲筒的中空部分的正上方。
10、本發(fā)明的原理如下：
11、由于扁平絲截面呈現(xiàn)非圓周對(duì)稱的特點(diǎn)，如果采用現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)吹或是側(cè)吹垂直吹風(fēng)的冷卻方式，理想狀態(tài)是吹風(fēng)方向與纖維葉片方向平行（如專利公布號(hào)為cn104831382a的專利申請(qǐng)的設(shè)計(jì)），能最大程度帶走絲束熱量，起到冷卻的效果，在不考慮環(huán)境影響的條件下，需要提高紡絲張力，這樣就會(huì)出現(xiàn)以下問題：1、紡絲張力提高，初生纖維取向、結(jié)晶程度大，剩余斷裂伸長(zhǎng)率低，不利于纖維斷裂伸長(zhǎng)率的提高，影響氣囊織物的柔軟性；2、紡絲張力大，熔體細(xì)流表面張力增大，會(huì)使扁平絲截面變成圓形的趨勢(shì)，異形度降低；3、張力過大發(fā)生斷頭、毛絲，無(wú)法穩(wěn)定生產(chǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)主要采用縮短無(wú)風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，使其快速冷卻，保持異形度，之后延長(zhǎng)冷卻長(zhǎng)度，達(dá)到充分冷卻的目的；與圓形截面纖維相比，扁平絲具有更大的比表面積，延長(zhǎng)冷卻區(qū)長(zhǎng)度，絲束與空氣之間的摩擦阻力增大，紡絲張力提高，不利于纖維斷裂伸長(zhǎng)率的提高；
12、本發(fā)明對(duì)冷卻風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)、送風(fēng)管道的位置、送風(fēng)管道與冷卻風(fēng)筒的連接方式等進(jìn)行設(shè)置，使在冷卻風(fēng)筒內(nèi)的冷卻風(fēng)流動(dòng)方向與絲束運(yùn)行方向相同，并通過走絲筒“田”字形腔體結(jié)構(gòu)，將絲束分成四個(gè)區(qū)域進(jìn)行同步冷卻，這樣的好處：1、扁平絲截面具有非圓周對(duì)稱的特點(diǎn)，冷卻風(fēng)的流動(dòng)方向垂直于扁平絲葉片方向和平行于葉片方向帶走的絲束熱量不同，導(dǎo)致對(duì)單絲的冷卻均勻程度不同，采用與絲束運(yùn)行方向相同的冷卻風(fēng)，則不存在這個(gè)問題，解決扁平絲冷卻均勻性的問題；2、將絲束分成四個(gè)區(qū)域同步冷卻，減少了多孔數(shù)滌綸長(zhǎng)絲，噴絲板內(nèi)、外圈冷卻不均勻的問題；3、扁平絲具有比表面積大的特點(diǎn)，采用冷卻風(fēng)與絲束運(yùn)行方向平行相比傳統(tǒng)的環(huán)吹風(fēng)和側(cè)吹風(fēng)的垂直吹風(fēng)方式可以減小空氣與絲束之間的速度差，有效的減少空氣的摩擦力，進(jìn)而減小紡絲張力。在紡絲熔體擠出形成初生纖維階段，紡絲張力起到增加聚合物分子取向，并且發(fā)生應(yīng)力誘導(dǎo)結(jié)晶。減小紡絲張力能夠使分子取向程度降低，也使初生纖維結(jié)晶度降低，初生纖維具有較高的剩余伸長(zhǎng)率，后續(xù)經(jīng)熱輥拉伸，在相同的拉伸倍數(shù)下，纖維不僅保持一定的強(qiáng)度，還保持較高的伸長(zhǎng)率，滿足氣囊織物柔軟性的要求；
13、然而，如此設(shè)置容易在冷卻風(fēng)筒出現(xiàn)過度湍流和流動(dòng)分離，對(duì)絲束的條干均勻性產(chǎn)生不良影響；為避免過度湍流和流動(dòng)分離，本發(fā)明還進(jìn)行了以下改進(jìn)：
14、①在冷卻風(fēng)筒的內(nèi)壁設(shè)置凹槽；
15、現(xiàn)有技術(shù)的冷卻風(fēng)筒內(nèi)壁壁面為光滑平面，冷卻風(fēng)流過冷卻風(fēng)筒，氣流的黏性作用與冷卻風(fēng)筒壁面產(chǎn)生摩擦力，接觸冷卻風(fēng)筒壁面的冷卻風(fēng)流動(dòng)減慢，形成很薄的邊界層，邊界層外側(cè)流速變化很小，內(nèi)側(cè)流速變化劇烈，在冷卻風(fēng)筒橫截面方向，靠近冷卻風(fēng)筒壁面的兩側(cè)流速較小，中間部分流速與來(lái)流流速一致，變化不大；邊界層內(nèi)側(cè)由于速度梯度大，流動(dòng)的動(dòng)能因黏性力的作用而損失，內(nèi)層流速會(huì)越來(lái)越慢，根據(jù)伯努利定理，流速變慢，壓強(qiáng)變大；隨著流動(dòng)，邊界層內(nèi)的流動(dòng)越變的困難，最后與冷卻風(fēng)筒的壁面發(fā)生分離，產(chǎn)生巨大的分離渦旋；渦旋的產(chǎn)生使得冷卻風(fēng)變的雜亂，就會(huì)對(duì)絲束產(chǎn)生擾動(dòng)，影響絲束的冷卻；
16、本發(fā)明在冷卻風(fēng)筒的內(nèi)壁設(shè)置凹槽，冷卻風(fēng)可在凹槽處產(chǎn)生小的折射流，避免產(chǎn)生巨大的分離渦旋，從而抑制了邊界層的分離，避免大的分離渦旋，就像在冷卻風(fēng)筒壁面涂上一層“油膜”，“油膜”以外的氣流流動(dòng)阻力減小，冷卻風(fēng)筒橫截面上整體流速變的更加穩(wěn)定、均一，使得絲束冷卻更均勻，提高絲束的條干均勻性；
17、②在絲束冷卻結(jié)束位置設(shè)置抽吸管道；
18、冷卻風(fēng)在圓柱形冷卻風(fēng)筒的出口位置，由于氣流通道突然增大（冷卻風(fēng)不受冷卻風(fēng)筒束縛），流速降低，壓強(qiáng)增大，會(huì)在冷卻風(fēng)筒的出口處發(fā)生逆流，對(duì)絲束產(chǎn)生擾動(dòng)；雖然此時(shí)絲束已經(jīng)冷卻固化，但絲束的擾動(dòng)會(huì)向上傳導(dǎo)，不利于絲束的條干均勻性的提高；本發(fā)明在絲束冷卻結(jié)束位置設(shè)置抽吸管道，并調(diào)節(jié)抽吸管道的抽吸力度，使冷卻風(fēng)一直處于穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)，減輕絲束的擾動(dòng)，從而提高絲束的條干均勻性。
19、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：
20、如上所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，十字形將圓環(huán)形的內(nèi)部等分為四部分；4個(gè)走絲筒的各個(gè)位置的橫截面均呈扇形且尺寸相同；噴絲板上的噴絲孔為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)寬比為7.1-10:1。
21、如上所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，凹槽為圓坑凹槽，呈交錯(cuò)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)排列；圓坑凹槽的直徑為3-4mm，槽深為2-2.5mm，任意相鄰兩個(gè)圓坑的中心距離為9-10mm。
22、如上所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，凹槽為非圓坑凹槽，分為多組，同一組非圓坑凹槽沿冷卻風(fēng)筒的中段的周向間距分布且間距為4-6mm，不同組非圓坑凹槽沿冷卻風(fēng)筒的中段的軸向間距分布且間距為9-10mm；
23、非圓坑凹槽自槽口至槽底尺寸漸縮，槽口為長(zhǎng)圓形，長(zhǎng)圓形的長(zhǎng)為9-20mm且長(zhǎng)圓形的寬為3-4mm，槽底為線段形或長(zhǎng)方形，槽深為2-2.5mm；
24、當(dāng)槽底為長(zhǎng)方形時(shí)，槽壁與非圓坑凹槽的中心軸的夾角θ為20-30°；
25、對(duì)于同一非圓坑凹槽而言，長(zhǎng)圓形的短對(duì)稱軸、線段形的中垂線、長(zhǎng)方形的短對(duì)稱軸均平行于冷卻風(fēng)筒的軸向，長(zhǎng)圓形的中心與線段形的中點(diǎn)或長(zhǎng)方形的中心共同所在的直線與冷卻風(fēng)筒的中心軸垂直且相交。
26、如上所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，冷卻風(fēng)筒的內(nèi)徑為100-200mm，上段的長(zhǎng)度為110-150mm，中段的長(zhǎng)度為1000-1200mm，下段的長(zhǎng)度為110-150mm。
27、如上所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，走絲筒的外徑比冷卻風(fēng)筒的內(nèi)徑小40-60mm。
28、如上所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，抽吸筒的外徑比冷卻風(fēng)筒的內(nèi)徑小40-60mm。
29、如上所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，送風(fēng)管道的內(nèi)徑為100-120mm，抽吸管道的內(nèi)徑為100-120mm。
30、如上所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，還包括紡絲箱體，紡絲箱體位于冷卻風(fēng)筒的上方，二者之間為緩冷區(qū)和無(wú)風(fēng)區(qū)，緩冷區(qū)位于無(wú)風(fēng)區(qū)的上方。
31、如上所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，緩冷區(qū)的高度為95-105mm；無(wú)風(fēng)區(qū)的高度為45-55mm。
32、如上所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，還包括紡絲甬道，紡絲甬道位于冷卻風(fēng)筒的下方且與其連接。
33、如上所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，紡絲甬道的長(zhǎng)度為600-700mm。
34、本發(fā)明還提供了一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備方法，采用如上任一項(xiàng)所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置。
35、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：
36、如上所述的一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備方法，紡絲工藝流程為：聚酯熔體通過噴絲板擠出→緩冷區(qū)冷卻→無(wú)風(fēng)區(qū)冷卻→冷卻風(fēng)筒冷卻→上油→六對(duì)熱輥拉伸→定型→網(wǎng)絡(luò)→卷繞；
37、紡絲工藝參數(shù)包括：環(huán)境溫度35-40℃；紡絲溫度291-310℃；緩冷區(qū)溫度290-320℃；冷卻風(fēng)溫度30-35℃；冷卻風(fēng)速度0.5-1.0m/s；抽吸管道的抽吸力度≤0.2pa；第一對(duì)熱輥的速度430-560m/min，溫度60-70℃；第二對(duì)熱輥的速度450-580m/min，溫度90-100℃；第三對(duì)熱輥的速度1850-2260m/min，溫度123-135℃；第四對(duì)熱輥的速度2650-3600m/min，溫度210-250℃；第五對(duì)熱輥的速度2580-3620m/min，溫度210-250℃；第六對(duì)熱輥的速度2380-3420m/min，溫度180-220℃；總拉伸倍數(shù)5.52-6.38，主拉伸倍數(shù)3.70-4.22，次拉伸倍數(shù)1.39-1.71，總拉伸倍數(shù)=第四對(duì)熱輥的速度/第二對(duì)熱輥的速度，主拉伸倍數(shù)=第三對(duì)熱輥的速度/第二對(duì)熱輥的速度，次拉伸倍數(shù)=第四對(duì)熱輥的速度/第三對(duì)熱輥的速度；卷繞速度2550-3610m/min；紡絲張力60-80cn；
38、安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的線密度為420-600dtex，孔數(shù)為96-144f，斷裂強(qiáng)度≥7.6cn/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率為30±2%，條干不勻率cv值≤1%，干熱收縮率≤4.15%，毛絲降等率≤1.12%，纖維扁平度為3.1-4.2。
39、有益效果：
40、（1）本發(fā)明的制備裝置使在冷卻風(fēng)筒內(nèi)的冷卻風(fēng)流動(dòng)方向與絲束運(yùn)行方向相同，并通過走絲筒將絲束分成四個(gè)區(qū)域，進(jìn)行同步冷卻，解決了扁平纖維冷卻不均勻的問題，制備出的扁平纖維不僅保持較高的斷裂強(qiáng)度，還保持較高的斷裂伸長(zhǎng)率，提高了氣囊織物的柔軟性，滿足氣囊織物柔軟性的要求；
41、（2）本發(fā)明的制備裝置在冷卻風(fēng)筒內(nèi)壁壁面設(shè)有凹槽，減小冷卻風(fēng)對(duì)壁面的黏附力，并在絲束冷卻結(jié)束位置設(shè)置抽吸管道，使冷卻風(fēng)始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，最終通過凹槽和抽吸管道避免了絲束的擾動(dòng)，提高了絲束的條干均勻性。
42、（3）本發(fā)明的制備方法減少了涂膠量，節(jié)省了成本，滿足氣囊織物輕量化的需求。