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：

1、近年來，隨著人們安全意識的增強，安全氣囊作為汽車被動安全系統(tǒng)的重要組件之一被大家廣泛熟知。當汽車發(fā)生碰撞時，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，達到保護乘客安全的目的。隨著汽車安全氣囊裝備數(shù)量的增多，對于汽車安全氣囊輕量化的要求越來越高。

2、目前的汽車安全氣囊由氣囊織物構成，為了實現(xiàn)保壓、低透氣性，一般需要對氣囊織物進行涂膠處理，這樣導致汽車安全氣囊變得厚重，也增加了成本。根據專利公布號為cn105256597a的發(fā)明專利申請記載，通過軋光整理后，氣囊織物中化纖長絲將呈現(xiàn)扁平結構，這種扁平結構具有特殊的“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)絲具有高強度的特點，在汽車安全氣囊領域具有重要應用價值。滌綸工業(yè)絲的纖維截面由圓形變成“一”字形時，減弱了纖維的剛性，同時提高纖維的斷裂伸長率，能夠增加纖維的柔軟性。然而滌綸工業(yè)絲一般為96f、144f，每個絲束中的單絲根數(shù)多，“一”字形截面具有不對稱性，絲束的均勻冷卻變得困難。

4、為了解決由扁平絲構成的絲束的冷卻不均勻問題，現(xiàn)有技術進行了少量的研究。

5、例如專利公布號為cn104831382a的發(fā)明專利申請公開了一種有光扁平滌綸長絲的生產方法，采用側吹風冷卻且側吹風風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（側吹風紡絲窗的開關、現(xiàn)場工作人員走動等）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風向，這樣就會出現(xiàn)吹風風向垂直纖維葉片方向，扁平單絲具有大的長寬比，吹風風向平行纖維葉片方向帶走的熱量大于吹風風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，生產的纖維斷裂伸長率降低，無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、又如專利公布號為cn106400167a的發(fā)明專利申請公開了一種多孔超細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計成橢圓形排列，噴絲板的有效面積相同時，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)吹風吹透紡絲細流，實現(xiàn)冷卻。但是這種環(huán)吹風的風向無法始終與纖維葉片方向平行，無法實現(xiàn)均勻冷卻，生產的纖維斷裂伸長率降低，不能滿足氣囊織物柔軟性的要求，同時在拉伸時容易出現(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、高斷裂強度、高斷裂伸長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。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術存在的上述問題，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、為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

3、一種安全氣囊用滌綸工業(yè)絲的制備裝置，包括噴絲板、冷卻風筒、4個走絲筒、十字圓環(huán)形無孔板、十字圓環(huán)形多孔板、抽吸筒、環(huán)形無孔板、環(huán)形多孔板、送風管道和抽吸管道；

4、冷卻風筒的兩端開口，筒壁無孔，豎直布置，為圓柱狀，分為上中下三段；

5、4個走絲筒的兩端開口，筒壁無孔，豎直布置在冷卻風筒的上段內，4個走絲筒的上端與冷卻風筒的上段的上端齊平且五者通過十字圓環(huán)形無孔板連接，4個走絲筒的下端與冷卻風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個走絲筒、冷卻風筒的上段、十字圓環(huán)形無孔板、十字圓環(huán)形多孔板共同圍成送風腔；

6、冷卻風筒的中段的內壁上設有多個用于抑制邊界層與冷卻風筒分離的凹槽，邊界層是冷卻風流過冷卻風筒的內壁表面時由于黏性作用而形成的流體層；

7、抽吸筒的兩端開口，筒壁無孔，豎直布置在冷卻風筒的下段內且與其共軸，抽吸筒的上端與冷卻風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筒的下段的下端齊平且二者通過環(huán)形無孔板連接，抽吸筒、環(huán)形無孔板、環(huán)形多孔板、冷卻風筒的下段共同圍成抽吸腔；

8、送風管道水平布置且與送風腔連通；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個區(qū)域中，4個區(qū)域分別位于4個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)非圓周對稱的特點，如果采用現(xiàn)有技術中環(huán)吹或是側吹垂直吹風的冷卻方式，理想狀態(tài)是吹風方向與纖維葉片方向平行（如專利公布號為cn104831382a的專利申請的設計），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，這樣就會出現(xiàn)以下問題：1、紡絲張力提高，初生纖維取向、結晶程度大，剩余斷裂伸長率低，不利于纖維斷裂伸長率的提高，影響氣囊織物的柔軟性；2、紡絲張力大，熔體細流表面張力增大，會使扁平絲截面變成圓形的趨勢，異形度降低；3、張力過大發(fā)生斷頭、毛絲，無法穩(wěn)定生產?，F(xiàn)有技術主要采用縮短無風區(qū)長度，使其快速冷卻，保持異形度，之后延長冷卻長度，達到充分冷卻的目的；與圓形截面纖維相比，扁平絲具有更大的比表面積，延長冷卻區(qū)長度，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率的提高；

12、本發(fā)明對冷卻風筒的結構、送風管道的位置、送風管道與冷卻風筒的連接方式等進行設置，使在冷卻風筒內的冷卻風流動方向與絲束運行方向相同，并通過走絲筒“田”字形腔體結構，將絲束分成四個區(qū)域進行同步冷卻，這樣的好處：1、扁平絲截面具有非圓周對稱的特點，冷卻風的流動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，導致對單絲的冷卻均勻程度不同，采用與絲束運行方向相同的冷卻風，則不存在這個問題，解決扁平絲冷卻均勻性的問題；2、將絲束分成四個區(qū)域同步冷卻，減少了多孔數(shù)滌綸長絲，噴絲板內、外圈冷卻不均勻的問題；3、扁平絲具有比表面積大的特點，采用冷卻風與絲束運行方向平行相比傳統(tǒng)的環(huán)吹風和側吹風的垂直吹風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)生應力誘導結晶。減小紡絲張力能夠使分子取向程度降低，也使初生纖維結晶度降低，初生纖維具有較高的剩余伸長率，后續(xù)經熱輥拉伸，在相同的拉伸倍數(shù)下，纖維不僅保持一定的強度，還保持較高的伸長率，滿足氣囊織物柔軟性的要求；

13、然而，如此設置容易在冷卻風筒出現(xiàn)過度湍流和流動分離，對絲束的條干均勻性產生不良影響；為避免過度湍流和流動分離，本發(fā)明還進行了以下改進：

14、①在冷卻風筒的內壁設置凹槽；

15、現(xiàn)有技術的冷卻風筒內壁壁面為光滑平面，冷卻風流過冷卻風筒，氣流的黏性作用與冷卻風筒壁面產生摩擦力，接觸冷卻風筒壁面的冷卻風流動減慢，形成很薄的邊界層，邊界層外側流速變化很小，內側流速變化劇烈，在冷卻風筒橫截面方向，靠近冷卻風筒壁面的兩側流速較小，中間部分流速與來流流速一致，變化不大；邊界層內側由于速度梯度大，流動的動能因黏性力的作用而損失，內層流速會越來越慢，根據伯努利定理，流速變慢，壓強變大；隨著流動，邊界層內的流動越變的困難，最后與冷卻風筒的壁面發(fā)生分離，產生巨大的分離渦旋；渦旋的產生使得冷卻風變的雜亂，就會對絲束產生擾動，影響絲束的冷卻；

16、本發(fā)明在冷卻風筒的內壁設置凹槽，冷卻風可在凹槽處產生小的折射流，避免產生巨大的分離渦旋，從而抑制了邊界層的分離，避免大的分離渦旋，就像在冷卻風筒壁面涂上一層“油膜”，“油膜”以外的氣流流動阻力減小，冷卻風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在絲束冷卻結束位置設置抽吸管道；

18、冷卻風在圓柱形冷卻風筒的出口位置，由于氣流通道突然增大（冷卻風不受冷卻風筒束縛），流速降低，壓強增大，會在冷卻風筒的出口處發(fā)生逆流，對絲束產生擾動；雖然此時絲束已經冷卻固化，但絲束的擾動會向上傳導，不利于絲束的條干均勻性的提高；本發(fā)明在絲束冷卻結束位置設置抽吸管道，并調節(jié)抽吸管道的抽吸力度，使冷卻風一直處于穩(wěn)定流動狀態(tài)，減輕絲束的擾動，從而提高絲束的條干均勻性。

19、作為優(yōu)選的技術方案：

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)形的內部等分為四部分；4個走絲筒的各個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方形，長寬比為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，呈交錯點陣結構排列；圓坑凹槽的直徑為3-4mm，槽深為2-2.5mm，任意相鄰兩個圓坑的中心距離為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，槽口為長圓形，長圓形的長為9-20mm且長圓形的寬為3-4mm，槽底為線段形或長方形，槽深為2-2.5mm；

24、當槽底為長方形時，槽壁與非圓坑凹槽的中心軸的夾角θ為20-30°；

25、對于同一非圓坑凹槽而言，長圓形的短對稱軸、線段形的中垂線、長方形的短對稱軸均平行于冷卻風筒的軸向，長圓形的中心與線段形的中點或長方形的中心共同所在的直線與冷卻風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，冷卻風筒的內徑為100-200mm，上段的長度為110-150mm，中段的長度為1000-1200mm，下段的長度為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筒的內徑小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筒的內徑小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，送風管道的內徑為100-120mm，抽吸管道的內徑為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筒的上方，二者之間為緩冷區(qū)和無風區(qū)，緩冷區(qū)位于無風區(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；無風區(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→無風區(qū)冷卻→冷卻風筒冷卻→上油→六對熱輥拉伸→定型→網絡→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℃；冷卻風溫度30-35℃；冷卻風速度0.5-1.0m/s；抽吸管道的抽吸力度≤0.2pa；第一對熱輥的速度430-560m/min，溫度60-70℃；第二對熱輥的速度450-580m/min，溫度90-100℃；第三對熱輥的速度1850-2260m/min，溫度123-135℃；第四對熱輥的速度2650-3600m/min，溫度210-250℃；第五對熱輥的速度2580-3620m/min，溫度210-250℃；第六對熱輥的速度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)=第四對熱輥的速度/第二對熱輥的速度，主拉伸倍數(shù)=第三對熱輥的速度/第二對熱輥的速度，次拉伸倍數(shù)=第四對熱輥的速度/第三對熱輥的速度；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，斷裂強度≥7.6cn/dtex，斷裂伸長率為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筒內的冷卻風流動方向與絲束運行方向相同，并通過走絲筒將絲束分成四個區(qū)域，進行同步冷卻，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度，還保持較高的斷裂伸長率，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筒內壁壁面設有凹槽，減小冷卻風對壁面的黏附力，并在絲束冷卻結束位置設置抽吸管道，使冷卻風始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，最終通過凹槽和抽吸管道避免了絲束的擾動，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。