Verfahren für das Spinnen von Fäden und Spinndüse zur Durchführung des Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für das Spinnen von Fäden durch Ausstossen einer Spinnflüssigkeit durch ,eine Anzahl Ausstossöffnungen und eine Spinndüse zur Durchführung des Ver fahrens.
Es sind viele Vorrichtungen vorgeschlagen wor den, um sicherzustellen, dass ein homogenes faser bildendes Medium den Öffnungen einer Spinndüse mit mehreren Öffnungen gleichmässig zugeführt wird, mit dem Zwecke, mehrfache Fäden mit gleichem Denier und gleichen anderen Eigenschaften herzu stellen. Solche Vorrichtungen enthalten im allgemei nen Öffnungen mit voneinander abweichendem Durchmesser oder voneinander abweichender An ordnung bei einfachen oder mehrfachen Spinndüsen- platten." den offensichtlichen Anstrengungen von sehr fähigen Fachleuten auf diesem Gebiet, bleibt die Ungleichheit des Denier zwischen verschiedenen Fäden bei der Herstellung von synthetischen Mehr fachfäden ein Problem.
Ein verwandtes Problem der gleichmässigen Mediumszufuhr tritt bei Versuchen auf, gleichzeitig mehr als eine faserbildende Flüssig keit durch dieselbe Öffnung einer Spinndüse aus zustossen, um Fäden aus mehreren Bestandteilen her zustellen, und das Problem ist besonders schwerwie gend bei Garnen aus mehreren Fäden aus meh reren Bestandteilen, was zu erwarten war.
Ein Hauptzweck der vorliegenden Erfindung ist das genaue Zumessen von mindestens einer Flüssig keit zu und durch eine Mehrzahl von Öffnungen, die einen gemeinsamen Anschluss an eine Flüssig keitszufuhrquelle besitzen. Ein anderer Zweck ist die Herstellung von mehrfädigen Garnen mit einer ver besserten Regelmässigkeit des Denier der einzelnen Fäden unter sich. Ein besonderer Zweck der vor liegenden Erfindung ist die Herstellung von ver- besserten Fäden aus mehreren Bestandteilen, beson ders bei einer Kern-Mantel-Struktur und unabhängig von Unterschieden in der Viskosität oder anderen Eigenschaften der Bestandteile.
Anhand der beiliegenden Zeichnung sind bei spielsweise Ausführungsformen der vorliegenden Er findung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Spinndüse, Fig. 2 einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dar gestellte Spinndüse, längs der Linie 2-2, welcher die Rückseite der inneren Platte derselben darstellt, Fig. 3 einen Querschnitt durch die in Fig. 1 dar gestellte Vorrichtung nach der Linie 3-3, welcher die Innenseite der unteren Spinndüsenplatte wieder gibt,
Fig. 4 die Draufsicht von anderen inneren Plat ten, die in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet werden können, Fig.5 die Rückansicht einer anderen unteren Platte, welche in der Vorrichtung nach Fig. 1 ver wendet werden kann, Fig.6 einen Axialschnitt einer anderen Spinn düse, welche andere inneren und äusseren Platten enthält, Fig. 7 einen Querschnitt der in Fig. 6 dargestell ten Spinndüse, längs der Linie 7-7, welche die Innenseite der äusseren oder unteren Platte darstellt,
Fig. 8 einen Querschnitt der in Fig. 6 dargestell ten Vorrichtung nach der Linie 8-8, welcher die innere Platte wiedergibt, Fig.9 einen Axialschnitt einer anderen Aus führungsform einer Spinndüse, Fig. 10 in grösserem Massstab einen Axial schnitt durch eine einzelne Öffnung, wie sie in den Platten .einer Spinndüse verwendet werden kann, Fig. 11 einen Axialschnitt einer Spinndüse zum Ausstossen von Fäden aus mehreren Bestandteilen,
Fig. 12 einen Querschnitt durch die Spinndüse nach Fig. 11 längs der Linie 12-12, welcher die Innenseite der vorderen oder unteren Spinndüsen platte wiedergibt, Fig. 13 einen Querschnitt nach der Linie 13-13 in Fig. 11 durch die obere oder hintere Platte, Fig.14 in starker Vergrösserung einen Quer schnitt durch einen mit der Spinndüse nach Fig. 11 hergestellten Faden, und Fig.15 und Fig.l6 in starker Vergrösserung Querschnitte durch Fäden,
die durch Düsen entspre chend der in Fig. <B>11</B> dargestellten erzeugt werden.
Einem Medium, welches von einer Quelle zu mehreren Ausstossöffnungen fliesst, wird ein Strö mungsmuster aufgezwungen, das bei der Eintritts stelle in eine Öffnung im wesentlichen radial kon vergiert. Eine Verwirklichung der obigen Idee ist das Anordnen einer Einschnürung in der Nähe jedes Öffnungseinganges, welche die Strömung stärker behindert als der relativ weite Zufuhrkanal. Die hier beschriebene Spinndüse besitzt eine vordere oder untere Platte mit einer Mehrzahl von Ausstoss öffnungen und eine gegenüberliegende innere oder obere Platte in einem Abstand von der vorderen Platte,
wobei die gegen die andere Platte zuge wandte Seite mindestens einer dieser Platten gleich mässige Erhöhungen in der Form von Plateaus auf weist, von denen jede einen wesentlich verringerten Abstand zwischen gegenüberliegenden Seiten um die Eintrittsstelle einer einzelnen Öffnung verursacht. Bei der Spinndüse mit den eben erwähnten Bestand teilen enthält die innere Platte Öffnungen, die gegen über den Öffnungen in der unteren Platte liegen und welche mit einem ersten Zufuhrraum in Ver bindung stehen, wobei der Raum mit unverringertem Abstand zwischen den beiden Platten mit einem zweiten Zufuhrraum in Verbindung steht.
Die Her stellung von Fäden aus mehreren Bestandteilen er folgt durch Ausstossen von mindestens einem kern bildenden Bestandteil in einen von allen Seiten her radial zusammentretenden Strom eines mantelbil denden Bestandteiles und durch Ausstossen der Kom bination, bei welcher der mantelbildende Bestandteil den kernbildenden Bestandteil umgibt. Einzelheiten sind nachstehend mit Hinweisen auf die Zeichnung beschrieben.
Fig. 1, welche eine längs ihrer Achse geschnit tene, allgemein zylindrische Spinndüse darstellt, zeigt eine untere oder äussere Platte 1 mit Öffnungen 2, eine obere oder innere Platte 3 mit einer zentralen Öffnung 4 und eine Dichtung 5, welche zwischen gegenüberliegenden Seiten der beiden Platten an den Rändern derselben angeordnet ist. Die beiden Plat ten werden durch einen auf ein zylindrisches Ge häuse 12 geschraubten Ring 11 am Ende dieses Ge häuses festgehalten. Zwischen der inneren Platte und der Unterseite 14 des Gehäuses ist ein Sieb 10 angeordnet, welches an seinen Rändern von einer Dichtung 13 umgeben ist, und welches Filtermedium 19 zurückhält.
Ausser in der Nähe der Öffnungen sind die Platten voneinander durch einen relativ freien Raum 6 getrennt; um jede Öffnung herum erhebt sich ein Vorsprung 7 auf der Oberseite der unteren Platte, welche in einem Plateau 8 in der Nähe, aber nicht in Berührung mit der inneren Platte 3 endigt, so dass ein .eingeengter Raum 9 zwischen den Platten entsteht. Fig.2, welche einen Querschnitt derselben Düse durch die Oberseite der inneren Platte darstellt, zeigt die in derselben vorhandene zentrale Öffnung.
Die äussere Platte 1 erscheint in Fig.3 in einer Draufsicht auf dem Niveau der Plateaus, welche einen kreisrunden Grundriss haben und mit ihren entsprechenden öff- nungen konzentrisch sind, wobei vier derselben in der Figur dargestellt sind.
Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist leicht verständlich. Eine Mediumszusammensetzung mit fa serbildenden Eigenschaften wird in klar ersichtlicher Weise durch das Filtermedium, das Rückhaltesieb und die Öffnung in der inneren Platte in den relativ freien Raum zwischen der inneren und der äusseren Platte gedrückt. Von dort gelangt das Medium durch die Öffnungen der vorderen Platte nach aussen, nach dem es über die Oberseite jedes Plateaus geflossen ist, um radial gegen die Eintrittsstelle der Öffnungen zu konvergieren. Bei der Ausstossung bilden die ent sprechenden Ströme in der üblichen Weise selbst tragende Fäden.
Der relativ grosse Widerstand, wel cher dem Medium von den eingeengten Räumen entgegengesetzt wird, ist so viel grösser als der Widerstand des relativ freien Raumes, dass jede Abweichung des Widerstandes der Mediumszufuhr in diesem relativ freien Raum einen unbedeutenden Bruchteil des Gesamtwiderstandes bildet und so den Strom in die Ausstossöffnung nicht merklich beein flusst. Genaues Einhalten der Grössen der ver- engerten Räume durch genaue Ausbildung der Pla teaus in ihrer Höhe und im Durchmesser und durch genaues Einhalten des Abstandes der beiden Platten erleichtert die Ausgleichung der Strömungs widerstände der verschiedenen eingeengten Räume.
Weiter ist der Widerstand, welcher von jeder Aus stossöffnung dem durch sie fliessenden Flüssigkeits strom entgegengesetzt wird, ebenfalls nur ein relativ kleiner Bruchteil des Gesamtwiderstandes (von der Quelle bis zur Ausstossung), was den störenden Ein fluss von Öffnungsunregelmässigkeiten auf die Eigen schaften der ausgestossenen Fäden auf ein Mindest mass beschränkt; tatsächlich kann der öffnungs- widerstand durch den Widerstand übertroffen wer den, welcher dem gegen die Öffnung konvergieren den, über das Plateau fliessenden Strom entgegen gesetzt wird, wenn der Abstand zwischen dem Plateau und der gegenüberliegenden Plattenober fläche klein ist.
Die innere Platte der in Fig.l dargestellten Spinndüse kann ohne unerwünschte Beeinträchtigung der Arbeitsweise durch eine einer Reihe verschie dener Platten ersetzt werden, von denen in Fig.4 einige dargestellt sind, nämlich eine Platte A mit vier an den Ecken eines Quadrates liegenden öffnun- gen, eine Platte B mit fünf an den Ecken und in der Mitte eines Quadrates liegenden Öffnungen, und eine Platte C mit vielen Öffnungen, welche mit Aus nahme eines Ringes über den Plateaus über die ganze Platte verteilt sind.
Die dargestellten Anord nungen führen das Medium nur dem relativ freien Raum zwischen den Platten zu, um den radial kon vergierenden Strom über die Oberseiten der Plateaus zu den Eintrittsstellen der Öffnungen nicht zu stören.
Der relativ freie Raum zwischen den Platten muss nicht so ausgedehnt sein, wie der von der äusseren Platte der Fig. 1 gebildete; er kann statt dessen von Aussparungen gebildet werden, welche die Erhöhungen umgeben und welche über einen geeigneten Zufuhrkanal mit der Mediumsquelle ver bunden sind. Eine abgeänderte untere Platte dieser Art ist in Fig.5 in einer Draufsicht dargestellt; hier wird der freie Raum 6' von Aussparungen 16 (um die Erhöhungen 17) und von zentralen, kreuz förmig angeordneten Verbindungskanälen 18 gebil det.
Die in Fig. 5 dargestellte untere Platte kann mit der oberen Platte B oder C nach Fig. 4 verwendet werden, statt mit derjenigen nach Fig. 3, obwohl dies normalerweise nicht gemacht wird, da die mei sten ihrer Öffnungen nicht mit den Aussparungen und Verbindungskanälen in dieser unteren Platte in Verbindung stehen; die obere, innere Platte A ist für die Verwendung mit dieser abgeänderten vorderen Platte völlig ungeeignet, weil jede Verbindung fehlt.
Wie in Fig.6 dargestellt, können die wesent lichen Erhöhungen auf der Unterseite der oberen Platte ausgebildet werden, statt auf der Oberseite der unteren Platte. Diese Figur zeigt eine äussere oder untere Platte 21 mit Öffnungen 22, eine innere oder obere Platte 23 mit einer Öffnung 24 und eine Dichtung 25, welche einen relativ freien Raum 26 zwischen den beiden Platten bilden. Erhöhungen 27 auf der Unterseite der oberen Platte endigen gegen über den Öffnungen in der unteren Platte, von denen die plateauähnlichen Flächen 28 der Erhöhungen durch die eingeengten Räume 29 getrennt sind.
Diese Elemente ersetzen die entsprechenden Elemente der Fig. 1 in einer sonst der dargestellten ähnlichen Spinndüse, welche ein Filtermedium 19 enthält, das von einem Sieb 10 (umgeben von einer Dichtung 13) und zusammen mit den Platten von einem Deckel 11 im Gehäuse 12 gehalten wird. Die untere Platte der Fig. 6 erscheint in Fig. 7 in einer Draufsicht, wobei acht gleichmässig auf einem Kreis verteilte Öffnungen dargestellt sind. Eine Unteransicht der oberen Platte der Fig.6 erscheint in Fig. 8, dabei ist nicht nur die einzige zentrale Öffnung dargestellt, sondern auch die acht Plateaus, welche die Unterseiten der Erhöhungen bilden.
Natürlich werden die Platten in der dargestellten Richtung so zusammengesetzt, dass jedes Plateau mit einer der Öffnungen in der gegenüberliegenden Platte konzentrisch ist.
Wenn es erwünscht ist, können sowohl die untere als auch die obere Platte mit platteauähnlichen Er- höhungen versehen sein, welche einander in einer Spinndüse gegenüberliegen. Weiter kann das Medium unabhängig davon, ob Erhöhungen auf der oberen oder der unteren oder auf beiden Platten vorhanden sind, dem relativ freien Raum zwischen den beiden Platten von der Seite zugeführt werden, statt durch eine Öffnung in der oberen Platte. Fig. 9 zeigt diese Modifikationen der obigen Vorrichtung.
Eine untere Platte 31, in welcher sich Öffnungen 32 durch plateauähnliche Erhöhungen 38 auf der Oberseite erstrecken, und eine obere Platte 33, welche Erhö hungen 37 auf ihrer Unterseite aufweist, sind von einer Dichtung 35 getrennt und schliessen so einen relativ freien Raum 36 zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Platten ein, und eingeengte Räume 39 zwischen den Plateaus der gegenüber liegenden Erhöhungen.
Die Platten und die Dich tung sind in einem deckelförmigen Gehäuse 41 durch einen Haltering 43 gehalten, welcher in eine Aus sparung 44 im oberen oder hinteren Teil des Dek- kels passt und gegen die Oberseite der hinteren Platte an deren äusserem Rand anstösst. Ein Zu fuhrrohr 46 ist in eine Öffnung 47 auf der einen Seite des Deckels eingeschraubt, und die abstand haltende Dichtung ist um das Ende des Rohres herum ausgeschnitten, um den Durchfiuss des Mediums zum relativ freien Raum zwischen den Platten zu er möglichen.
Obwohl die Öffnungen bei allen bisher beschrie benen Figuren als Kapillarröhrchen mit konstantem Durchmesser dargestellt sind, können sie in irgend einer der dargestellten Ausführungsformen im Axial schnitt zusammengesetzt sein aus einem relativ kurzen Kapillarteil 51, welcher auf der Unterseite der Platte endigt (von der nur der umgebende Teil im Schnitt dargestellt ist), und welcher über Senk bohrung 52 mit der Oberseite der Platte verbunden ist; dies ist eine gewöhnliche Konstruktion, die in Fig. 10 in Vergrösserung in einem Axialschnitt dar gestellt ist.
Das folgende Beispiel illustriert die Herstellung eines Fadenproduktes durch eine Spinndüse, welche im wesentlichen der zuerst beschriebenen entspricht. <I>Beispiel I</I> Geschmolzenes Polyhexamethylen-Adipamid, wel ches gemessen an einer Lösung in m-Kresol 0,5 g auf hundert Milliliter bei 25 C eine Viskosität von 1,01 hat, und welches 0,311/ü Titandioxyd enthält, wird bei 275 C .einer Vorrichtung zugeführt, Wie sie in den Fig. 1, 4C und 3 dargestellt ist.
Die untere Platte enthält dreizehn auf einem Kreis mit 2,5 cm Radius verteilte Öffnungen, wobei jede Öffnung einen 0,3 mm langen Kapillarteil mit einem Durchmesser von 0,22 mm und eine Verbindungsbohrung mit einem Durchmesser von 1 mm aufweist. Die Eintrittsstelle zu jeder Öffnung liegt in der Mitte eines Plateaus mit einem Durchmesser von 3 mm, welches die Ober seite einer zylindrischen Erhöhung bildet, die sich um 1,6 mm von der tiefer liegenden Oberseite der unteren Platte abhebt. Die Verteilerplatte, welche mit vielen Öffnungen versehen ist, wird von einer Dichtung in einem Abstand von 0,08 mm über den Plateaus gehalten.
Das Polymer wird dem freien Raum hinter der Spinndüsenplatte direkt durch die Platte und ein 50maschiges, gewobenes Drahtnetz zugeführt, welches von der Platte getragen wird, und welches das Bodenelement eines gebräuchlichen Sandfilters bildet. Die Druckabfälle in dem relativ freien Raum, über einem Plateau und durch eine Öffnung sind unter Annahme einer Newtonschen Strömung als in einem Verhältnis zueinander stehend von ungefähr 1,8 - 101 : 6,5 - 107 : 7,5 - 107 berech net worden.
Die ausgestossenen Fäden werden mit einer Geschwindigkeit von<B>1100</B> m pro Minute auf gewickelt, und das so gebildete Garn wird bei 45 C über einen Stift auf das 3fache seiner ursprüna lichen Länge gestreckt (das heisst eine 3 i .:y fache Streckung). An zehn verschiedenen Stellen des Gar nes werden Stücke von je 9 cm herausgeschnitten, und jeder abgeschnittene Fadenabschnitt wird ge wogen, um seine Feinheit zu bestimmen.
Der qua dratische Mittelwert der Abweichungen der Fein heiten zwischen den Fäden (Quadratwurzel aus dem arithmetischen Mittel der Quadrate der Abweichun gen aller Abschnitte vom arithmetischen Mittel aller Abschnitte) wird bestimmt, um den Abweichungs- koeffizienten berechnen zu können (100 mal den quadratischen Mittelwert der Abweichungen dividiert durch das arithmetische Mittel).
Der Abweichungs- koeffizient wird zu 5 % festgestellt, verglichen mit 9 0!o- eines Vergleichsgarnes, welches mit einer Spinn düse hergestellt wurde, die mit Ausnahme einer Plattendicke von 7,9 mm der im obigen Beispiel verwendeten entsprach (jedoch in Wirklichkeit mit einer Spinndüsenplatte des Beispiels vor dem Ein senken zur Bildung der Erhöhungen).
Das obige Beispiel illustriert die Art der erreich baren Verbesserung der Gleichmässigkeit der Faden feinheit, die Verbesserung ist noch verblüffender, wenn die Öffnungen nicht rund sind (sondern z. B. schlitzförmig, kreuzförmig oder in Form eines Schlitzes mit erweiterten Enden), wegen der erhöh ten Schwierigkeit, eine solche Form einer Öffnung von Öffnung zu Öffnung genau zu reproduzieren.
Wenn es erwünscht ist, kann der Abstand im ein geengten Raum über den Plateaus so niedrig oder eng gemacht werden, dass der Durchgang von Teil chen, die die Ausstossöffnungen verstopfen könnten, verhindert wird, als Filter kann eine solche Kon struktion die angedeutete übliche Filteranordnung ergänzen oder ersetzen. Ein enger Abstand ergibt auch eine starke Scherung im Medium an der Eintrittsstelle der Öffnung, was bei der Bildung von Fadenstrukturen oft erwünscht ist. Die Wirksamkeit des Plateaus als Filter ist proportional zu seinem Umfang; dieser ist normalerweise genügend gross, um die Ansammlung vieler Teilchen zu gestatten, ohne dass dadurch der Strömung ,widerstand des Pla teaus sich wesentlich verändert.
Obwohl das obige Beispiel an einem bestimmten Nylonpolymer durch geführt wurde, besteht keine ersichtliche Beschrän kung in der Reihe der verschiedenen polymeren, faserbildenden Materialien, die mit ähnlichen Spinn düsen vorteilhaft gesponnen werden können.
Beim Einführen eines anderen Mediumsbestand- teiles in den radial gegen die Eintrittsstelle einer Öffnung konvergierenden Strom ermöglicht eine Modifikation der obigen Vorrichtung und des obigen Verfahrens die Herstellung von wünschbar gleich mässigen Fäden aus mehreren Bestandteilen.
Fig. 11 zeigt in einem Axialschnitt .eine zu diesem Zweck verwendbare Spinndüse. Eine äussere oder untere Platte 101 mit Öffnungen 102 weist auf der Rückseite zylindrische Erhöhungen 104 auf. Eine innere oder obere Platte 107 wird von einer Dich tung 106 und eine Unterlagscheibe 116 in einem Abstand von der unteren Platte gehalten, wobei die Dichtung ringförmig ist und in der Nähe der Rän der der gegenüberliegenden Seiten der beiden Plat ten liegt, und wobei die Unterlagscheibe scheiben förmig und konzentrisch zu den beiden Platten an geordnet ist.
Ein relativ freier Raum 112 zwischen den beiden Platten ist in Abständen von eingeengten Räumen 115 zwischen der oberen Platte und den Plateaus 105 der Erhöhungen auf der unteren Platte unterbrochen. Die obere Platte ist auf der Oberseite durch eine äussere Wand<B>119</B> und eine innere Wand 129 in einen ringförmigen Raum 108 und einen zentralen Raum 109 aufgeteilt. Der ringförmige Raum steht über angesenkte Öffnungen 110 mit den eingeengten Räumen zwischen den beiden Plat ten in Verbindung, und der zentrale Raum steht über Löcher 111 mit dem relativ freien Raum in Verbindung. Die beiden Platten werden durch einen auf das Ende der oberen Platte geschraubten Dek- kel 118 festgehalten.
Der obere Teil des (nicht dargestellten) Gehäuses nimmt geeignete Rohre oder andere Zufuhrmittel auf, welche getrennt mit den beiden Räumen in Verbindung stehen, die nach Wunsch als Verteil- oder Filterräume ausgebildet sein können. Ein Stift 114 in zylindrischen Öffnungen (Öffnung 125 in der unteren und Öffnung<B>126</B> in der oberen Platte) in der Nähe eines Randes der Platten sorgt dafür, dass die beiden Platten konzen trisch sind.
Fig. 12 zeigt die untere Platte in Draufsicht. In dieser Draufsicht erscheinen acht Plateaus, die je mit einer Ausstossöffnung konzentrisch sind, und die auf einem Kreis in der unteren Dichtung gleich mässig verteilt sind. Wie in dieser Draufsicht und in Fig. 11 dargestellt, enthält jede Öffnung einen Kapillarteil 121 am Ausgangsende und eine weitere Senkbohrung 122, welche sich vom Plateau bis zum Kapillarteil erstreckt.<I>Ferner</I> ist die in einer untiefen ringförmigen Rinne angeordnete Dichtung 106 sicht bar, wobei die gegenüberliegende Seite der oberen Platte mit einer ähnlichen Rinne versehen ist, um eine gute Dichtung zwischen den beiden Platten sicherzustellen.
Die Öffnungen in der oberen Platte gegenüber den Öffnungen in der unteren Platte sind ähnlich ausgebildet, indem jede aus einem Kapillar ausgangsteil 123 und einer Eingangssenkbohrung 124 zusammengesetzt ist.
Fig. 13 zeigt das Aussehen der oberen Platte in einem Querschnitt nach der Linie 13-13 in Fig. 11. Es sind die konzentrischen inneren und äusseren Wände sichtbar, sowie die Kapillarteile und Senk bohrungen von acht gleichmässig auf einem Kreis zwischen den beiden Wänden verteilten Öffnungen und viel Öffnungen im von der inneren Wand ge bildeten zentralen Raum.
Die Zufuhr des Mediums aus dem zentralen Raum in den relativ freien Raum zwischen den Platten geschieht in der eben beschriebenen Vor richtung auf ähnliche Art und mit ähnlichen Resul taten wie in der früher beschriebenen und an einem Beispiel erläuterten Vorrichtung. Der Strom des ent sprechenden Mediums (welches als mantelbilden der Bestandteil bezeichnet ist), welches vom inne ren oder zentralen Raum über die Plateaus und durch die Ausstossöffnungen geführt wird, ist be merkenswert gleichmässig, trotz allfälligen Asymme trien der Zufuhr, und zwar wegen der gleichen hohen Widerstände, die dem Strom in den eingeeng ten Räumen zwischen den Plateaus und der gegen überliegenden Plattenoberfläche entgegengesetzt wird.
Zudem gestattet die vorliegende Vorrichtung die Einführung eines zusätzlichen Mediums in die Mitte des radial konvergierenden Stromes des mantelbil denden Bestandteiles, welches zentral durch die Aus stossöffnung fliesst. Dieses Medium, welches vom äusseren oder ringförmigen Raum durch Öffnungen in der oberen Platte geführt wird, ist als kern bildender Bestandteil bezeichnet. Die Vorrichtung stellt also einen Faden mit einer Mantel-Kern - Struktur aus zwei Bestandteilen her, wobei die re lative Anordnung des Mantels und des Kernes kon stant und reproduzierbar ist, und wobei jeder so hergestellte Faden einen gleichmässigen zylindrischen Kern hat, der von einem konzentrischen Mantel umgeben ist.
Die relativen Mengen des Mantels und des Kernes im Fadenprodukt hängen von den Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Medien ab. Wie bei der Anordnung für einen Bestandteil kann der über die Plateaus fliessende Bestandteil durch geeignete Kanäle und Aussparungen zugeführt wer den, die mit einer gemeinsamen Quelle in Verbin dung stehen, oder es kann im wesentlichen die ganze Oberseite der unteren Platte um die Plateaus herum versenkt sein. Die Verwendung solcher Spinndüsen bei der Herstellung von Fäden aus mehreren Be standteilen ist unten an Beispielen im einzelnen erläutert.
<I>Beispiel 11</I> Eine Spinndüsenanordnung ist wie die in den Fig. 11 bis 13 dargestellte konstruiert, mit den Aus nahmen, dass um die Erhöhungen auf der Oberseite der unteren Platte miteinander verbundene Rinnen angeordnet sind (statt dass im wesentlichen die ganze Oberfläche um die Erhöhungen - tiefer liegt), und dass die vordere Platte 34 Ausstossöffnungen ent hält (statt der kleineren dargestellten Anzahl). Die Ähnlichkeit zwischen dieser unteren Platte und der in Fig. 5 dargestellten ist offensichtlich.
Eingebräuch liches Filter, welches Sand als Filtermedium enthält, ist über der Oberseite der hinteren Platte angeordnet. Die Platten haben einen Durchmesser von 81 mm, und die entsprechenden Öffnungen sind gleichmässig auf einem Kreis mit einem Radius von 25 mm ver teilt. Die Tiefe der Rinnen auf der Oberseite der unteren Platte (das heisst die Plateauhöhe) beträgt 1,6 mm, und jedes Plateau hat einen Durchmesser von 3,2 mm. Der Kapillarteil jeder Ausstossöffnung ist 1 mm lang und hat einen Durchmesser von 0,3 mm, während die Senkbohrung einen Durch messer von 1 mm hat und 13 mm lang ist.
Der relativ freie Raum zwischen den gegenüberliegenden Seiten der beiden Platten ist um jedes Plateau 1,6 mm breit und erstreckt sich in der Form von 1,6 mm breiten Rinnen radial einwärts zu einem die Unter lagscheibe umgebenden Verbindungskanal, welcher einen Durchmesser von 20 mm hat und gegenüber den Zufuhröffnungen des zentralen Raumes liegt. Der eingeengte Raum über den Plateaus ist 0,025 mm hoch.
Zwei Mengen von geschmolzenem Polyäthylen- Terephthalat werden hergestellt wie von Whinfield und Dickson im US-Patent Nr.2465319 beschrie ben;
eine Menge mit einer Viskosität von 0,25 wird dem zentralen Raum zugeführt, und eine andere :Menge mit einer Viskosität von 0,65, die zudem 0,3 /o Titandioxyd enthält, wird dem äusseren Raum der eben beschriebenen Spinndüsenanordnung zu- geführt (Viskosität gemessen in einer 0,5 %@igen Lö- sung in 60,40 TetrachleroäthanThenol bei 30 C).
Das Verhältnis der Schmelzviskositäten dieser beiden Polymere beträgt 1 : 25 bei 290 C der Spinntempe ratur. Das Geschwindigkeitsverhältnis der Ströme des Kernmediums und des Mantelmediums ist 70 : 30. Die relativen Druckabfälle im freien Raum, über dem Plateau und durch die Ausstossöffnung errech nen sich unter Annahme einer Newtonschen Strö mung als im Verhältnis 6 - 103 : 2,5 - 10s : 7,8 - 107 stehend.
Die Ausstossung bei 290 C in Luft von 30 C mit Aufwickeln mit einer Geschwindigkeit von 915 m pro Minute ergibt einen Kernmantelfaden von aussergewöhnlich guter Gleichmässigkeit der Fein heit und bemerkenswerter Kernmantelsymmetrie, wie durch beispielsweise Querschnitte des Produktes in Fig.14 dargestellt. Das Garn wird bei 40 C nass um das Zweifache gestreckt, um eine Faser mit rauher Ober fläche und wollähnlicher Elastizität und anderen Eigenschaften zu erhalten; die resultierende Zähig keit ist 3,0 g pro Denier bei 35 %iger Dehnung.
Versuche, ein Garn mit Kernmantelfäden ähnlich denjenigen des obigen Beispieles mittels einer ein fachen Zweiplatten - Spinndüsenanordnung ähnlich derjenigen des Beispieles, aber ohne Plateaus, her zustellen, hatten keinen Erfolg, weil der mantel bildende Bestandteil den kernbildenden Bestandteil nur unvollständig und fehlerhaft bedeckte, und weil das Verhältnis der relativen Menge der beiden Be standteile zwischen den einzelnen Fäden schwankte, so dass einige Fäden ausschliesslich den einen oder den anderen Bestandteil enthielten.
Eine Wiederholung des Verfahrens nach Bei spiel 1I mit einer ähnlichen Spinndüsenanordnung, welche geschlitzte Ausstossöffnungen hatte (recht eckiger Querschnitt), .ergab Fäden mit länglichem Querschnitt und mit einem elliptischen Kern, wie in Fig. 15 dargestellt. Abweichungen von der Par allelität eines Plateaus und der gegenüberliegenden Plattenoberfläche ergeben einen ungleichmässigen Widerstand um den Öffnungseingang; z.
B. ergab eine Differenz von 3 im eingeengten Raum einer Spinndüsenanordnung, welche sonst gleich der in Beispiel<B>11</B> verwendeten war (wobei ein relativ hoher mittlerer Widerstand über dem Plateau aufrechter halten blieb), im Querschnitt runde Fäden mit im Querschnitt elliptischen Kernen, die gleichmässig exzentrisch lagen, wie in Fig. 16 dargestellt.
Diese beiden Ergänzungsbeispiele deuten den weiten Be reich der Vorteile an, die durch die Plateaus bei der hier beschriebenen Vorrichtung geboten werden, welche sehr gut der Herstellung von im Quer schnitt nicht runden Fäden aus mehreren Bestand teilen angepasst werden kann, indem gesteuerte Modi fikationen der Plateaus entsprechende Abweichungen von der kreisrunden, konzentrischen Kern-Mantel- Struktur zur Folge haben. Eine vollständige Ab wesenheit der Plateaus ergibt natürlich eine Zer störung der erwünschten Kern-Mantel-Struktur.
Es können natürlich in Spinndüsenanordnungen zum Ausstossen von Fäden aus mehreren Bestand teilen gemäss dem hier zu beschreibenden Verfah ren noch viele andere faserbildende Bestandteile ver wendet werden. Der kernbildende Bestandteil kann ein Mattier- oder Färbpigment enthalten, dessen Gegenwart an der Oberfläche des Garnfadens uner wünscht ist. Auf diese Weise wurde (mit der Vor richtung von Beispiel Il) .ein Nylonfaden aus meh reren Bestandteilen hergestellt, der einen unge färbten Mantel und einen<B>0,3194</B> Titandioxyd ent haltenden Kern enthielt, bei ,einem Volumenver hältnis zwischen Mantel und Kern von 15 : 25.
Ähnlich kann in einem der beiden Bestandteile ein herauslösbares Material vorhanden sein, um die Bil dung von Poren im Faden nach der Ausstossung zu ermöglichen. Mit einer Spinndüsenanordnung, welche gleich derjenigen nach Beispiel 1I war, mit der Aus nahme, dass der relativ freie Raum durch Abtiefen der Umgebung der Plateaus auf eine gleichmässige Tiefe im wesentlichen über die ganze Oberseite der unteren Platte ausgedehnt (wie in den Fig. 11 bis 13), und nicht auf Rinnen beschränkt war, wurde z.
B. ein Nylon-Mehrfachfaden aus Polyhexamethy- len-Adipamid mit einer Viskosität von 1,04 als Man tel und derselben Substanz, enthaltend 10 Gewichts prozent fein gemahlenes Kalziumkarbonat als Kern, hergestellt, wobei das Verhältnis Mantel zu Kern 70 : 30 betrug. Nach einer dreifachen Streckung bei 403 C wurde das Garn während 5 Minuten in 2 1/o iger wässeriger Essigsäure gesotten, um in trok- kenem Zustand ein sehr mattes, leichtes Garn mit den Oberflächeneigenschaften eines üblichen, hellen Nylonfadens zu erhalten.
<I>Beispiel</I> III Mittels der von Jacobson im US-Patent Num mer<B>2436926</B> und Arnold im US-Patent Nummer 2486241 beschriebenen Verfahren werden zwei ver schiedene Akrylo-Nitrilpolymere mit einer Viskosität von 1,70 (gemessen in Dimethyl-Formamid bei 25 C) hergestellt:
1. das homopolymere Polyacrylo- Nitril und 2. ein 96:4-Kopolymer von Akrylo- Nitril und Methylakrylat. Eine Lösung des Kopoly- mers, enthaltend 22 Gewichtsprozente desselben in Dimethyl-Formamid, und 1 bis 1 1" Gewichtsprozent Russ mit einer absoluten Viskosität von 50 Poise wird dem zentralen Raum einer Spinndüsenanord- nung,
entsprechend der in den Fig. 11 bis 13 dar gestellten zugeführt, eine 24",i@ ige Lösung des Homo- polymers in N,N-Dimethyl-Formamid mit einer Vis kosität von 80 Poise bei 125 C wird dem äusseren Raum zugeführt. Die Tiefe des eingeengten Raumes über den Plateaus beträgt 0,001 Zoll (=0,025 mm) und jedes Plateau hat einen Aussendurchmesser von 5,6 mm und eine Höhe von 1,6 mm gegenüber dem abgetieften Teil der Oberseite der unteren Platte, wobei die Aussparungen um die Plateaus über Rin nen von 1,6 mm Breite mit einer zentralen Aus sparung verbunden sind.
Jede Ausstossöffnung hat einen Kapillarteil mit einem Durchmesser von 0,1 mm und mit einer Länge von 0,2 mm sowie eine Ver bindungsbohrung mit einem Durchmesser von 1 mm. Die Öffnungen für den kernbildenden Bestandteil sind gleichmässig zylindrisch mit einem Durchmes ser von 0,25 mm und mit einer Länge von 3,2 mm. Das Strömungsverhältnis Mantel zu Kern ist gleich <B>33:</B> 67, und die Druckabfälle im relativ freien Raum über einem Plateau und durch eine Öffnung errech nen sich unter Annahme einer Newtonschen Strö mung als im Verhältnis 3,4.10-1 : 5,4 -<B>107: 1,3-</B> 109 zueinander stehend.
Die Fäden werden bei 95 C in Luft von 20 C ausgestossen und mit einer Geschwin digkeit von 183 m pro Minute aufgewickelt, um ein Garn zu erhalten, welches darauf bei 95 C in Wasser auf die vierfache Länge gestreckt wird. Die gestreckten Fäden haben einen flachen, an beiden Rändern verdickten Querschnitt und einen dünnen Mantelteil von im wesentlichen gleichmässiger Dicke.
Die Vorrichtung und das Verfahren nach Bei spiel lIl wurden darauf zur Herstellung von Kern- Mantel-Fäden aus denselben Bestandteilen wie im Beispiel 11 verwendet, wobei aber das Hompolymer mantelbildender Bestandteil war, während das Ko- polymer kernbildender Bestandteil war. Der Aus stossvorgang und die sich ergebenden Garneigenschaf ten waren ähnlich befriedigend.
Die Umkehrung der Anordnung der beiden Bestandteile beeinträchtigte die gleichmässige Bedeckung des Kernes durch den Mantel nicht; wiederholte Versuche, das Verfahren unter Verwendung einer Spinndüse ohne Plateaus (das heisst einer gewöhnlichen Spinndüsenplatte mit ebener Oberfläche) durchzuführen, waren jedoch un befriedigend, indem sie Fäden ergaben, in welchen die beiden Komponenten eher nebeneinander statt in der erwünschten Kern-Mantel-Struktur angeord net waren.
Die Vorrichtung und das Verfahren nach Bei spiel<B>111</B> wurden von Trockenspinnen auf Nassspin- nen umgestellt, indem die Fäden direkt in eine wäs- serige Lösung von Natriumthiosulfat (32% Na.,Sz03) mit einer Temperatur zwischen 98 und 100 C aus gestossen wurden.
Dieses allgemeine Verfahren zur Garnherstellung ist in einer Anwendung auf faser bildende Akrylo-Nitrilpolymere von Hare im US- Patent Nr.2530962 beschrieben worden. Das Garn wurde gewaschen und in Wasser von 95 C vierfach gestreckt. Die entstehende Fadenstruktur zeigte einen gleichmässig angeordneten Kern aus Polyakrylo- Nitril und eine konstante Deckschicht aus dem Ko- polymer von Akrylo-Nitril und Methyl-Akrylat.
Durch das Verfahren von Beispiel III und unter Verwendung einer ähnlichen Spinndüsenanordnung mit nur vier Ausstossöffnungen wurde dasselbe Ko- polymer als Mantel zusammen mit einem Kern aus einer Lösung von 13 Teilen des Kopolymers mit 17 Teilen Kalziumakrylat in 70 Teilen Dimethyl- Formamid gesponnen, wobei das Mantel-zu-Kern-Ver- hältnis 50 : 50 war.
Das Kalziumakrylat wurde aus dem Kern der entstehenden Fäden durch Waschen in Wasser entfernt, und das so gebildete poröse Garn wurde in atmosphärischem Dampf dreifach gestreckt, was eine Festigkeit von 1,2 g pro Denier und eine Bruchdehnung von 107 % ergab. In einem darauffolgenden Versuch ergab das Vertauschen der beiden Bestandteile,
welche die Lösung mit dem auswaschbaren Zusatz in den Mantel und das Ko- polymer in den Kern brachte, befriedigende Fäden, das Kalziumakrylat wurde aus dem Mantel ausge waschen, und das Garn mit poröser Oberfläche fühlte sich bemerkenswert trocken an. Nach einer dreifachen Streckung zeigte das Garn, welches ein spezifisches Gewicht von eins hatte, eine Festigkeit von 1,0 g pro Denier, eine Bruchdehnung von 800/0 und eine Fadenfeinheit von zwei Denier.
Das Akrylo-Nitril-kopolymer nach Beispiel III wird unter Verwendung desselben Verfahrens und einer ähnlichen Spinndüsenanordnung als Mantel für einen Kern aus Phytinsäure gesponnen. Beim Aus stossvorgang ergaben sich keine Schwierigkeiten, und eine Auswaschung der entstehenden Fäden ergab eine hohle Struktur. Die hohlen Fäden wurden in atmosphärischem Dampfdreifach gestreckt und er gaben ein Garn mit geringer Dichte, welches eine Festigkeit von 1,8 g pro Denier und eine Bruch dehnung von 4311/o aufwies. In ähnlicher Weise wur den andere Kerne aus nicht faserbildenden Mate rialien (z.
B. aus Siliconöl) gesponnen, welche durch keine spätere Behandlung entfernt wurden.
Viele möglichen Änderungen der Kern- oder Manteleigenschaften und geeignete Kombinationen von Mantel- und Kernbestandteilen dürften möglich sein, das folgende Beispiel erläutert die Herstellung eines weiteren Mantel-Kern-Garnes.
<I>Beispiel</I> IV In einem vierliterigen, korrosionsfesten Stahl becher, welcher mit einem oberen Luftrührer versehen ist, werden 27,5 g (0,175 Mol -j-- 5% Überschuss) Bis-(p-Aminozyklohexyl)-Methan, 5,0 g Natriumlau- rilsulfat, 10,0 g Natriumhydroxyd, 5,0 g wasserfreies Natriumkarbonat,
200 ml gewaschenes und getrock netes Chloroform und 1250 ml Wasser gemischt. Zu dieser umgerührten Emulsion werden 43,7 g (0,125 Mol) Biphenyl-Disulfonyl-Chlorid, gelöst in 130m1 gewaschenem und getrocknetem Chloroform, hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wird während 25 Minuten gerührt, dann werden 2000 ml n-Hexan beigegeben, um die Emulsion aufzubrechen. Die kör nige Ausscheidung wird auf einem Büchnertrichter gesammelt, gewaschen (dreimal nacheinander mit heissem Wasser, denaturiertem Alkohol, heissem Wasser und Athanol), und über Nacht in einem Vakuumofen bei 70 C getrocknet.
Die Ausbeute ist 52g Polysulfonamid, eine 0,5%ige Lösung in Dimethyl-Formamid zeigt eine Viskosität von 1,13 bei 25 C.
Eine 13 %ige Lösung dieses Polymers in Di- methyl-Formamid wird als Kern eines Fadens mit zwei Bestandteilen in einer Vorrichtung entsprechend der in den Fig. 11 bis 13 dargestellten, unter ähn lichen Bedingungen wie in Beispiel Il beschrieben, gesponnen,
wobei eine 22%ige Lösung des Kopoly- mers nach Beispiel II in Dimethyl-Formamid als Mantelmedium verwendet wird.
Das entstehende Garn wird in heissem Wasser um 320% gestreckt. Die physikalischen Eigenschaften des gestreckten Garnes in Wasser von 90 C (welche für die Scha denanfälligkeit der entsprechenden Gewebe beim Waschen, Färben und anderen heissnassen Behand lungen kennzeichnend sind) sind in der untenste- henden Tabelle angegeben und mit denjenigen eines Garnes verglichen,
das aus dem Akrylo-Nitrilkopoly- mer als einzigem Bestandteil hergestellt ist.
EMI0007.0129
<I>Tabelle</I>
<tb> Zugfestigkeit <SEP> Bruchdehnung <SEP> Anfangsmodul
<tb> Mantel-Kern-Garn <SEP> 1,35 <SEP> g'Denier <SEP> 6,2% <SEP> 4,7 <SEP> glD.enier <SEP> bei <SEP> 100%iger <SEP> Dehnung
<tb> Akrylo-Nitril-Methylakrylat Kopolymer-Garn <SEP> 0,59 <SEP> g;Denier <SEP> 157,0% <SEP> 0,7 <SEP> gjDenier <SEP> bei <SEP> 1000ioiger <SEP> Dehnung wobei g = der Belastung des Fadens im Moment des Reissens des Fadens und Denier das Gewicht einer Länge des Fadens von 9000 m, also indirekt ein Querschnittsmass, ist.
Das Mantel-Kern-Garn zeigte die Oberflächen eigenschaften (das heisst Färbbarkeit und Anfühlen) der Akrylo-Nitril-Kopolymer-Faser, hatte aber be sonders in einem heissnassen Zustand eine Festigkeit und Steifigkeit entsprechend dem stärkeren und steiferen Kernmaterial.
Eine einfache Verallgemeinerung der obigen Ideen ermöglicht die Herstellung von Fadenstruk turen, welche .einen einfachen Mantel enthalten, der einen mehrfachen Kern umgibt (durch Einfüh ren von mehr als einem kernbildenden Bestandteil durch Öffnungen über einer Ausstossöffnung, deren Eingang der mantelbildende Bestandteil radial zu fliesst), und ferner von Fadenstrukturen, welche einen innersten Kern und einen äussersten Mantel enthal ten,
zwischen denen eine oder mehrere Schichten von anderen Bestandteilen ringförmig angeordnet sind (durch Anordnen von einer oder mehreren zusätz lichen Stufen in einer Kern-Mantel-Spinndüsenanord- nung mit einer entsprechenden Anzahl von Platten mit aufeinander ausgerichteten Öffnungen).
Die Anforderungen und zulässigen Abweichungen der Haltemittel für die verschiedenen Platten und die Materialien, welche für die Teile der dargestellten und vorgeschlagenen Vorrichtungen geeignet sind, sowie die Ausstossungsbedingungen werden Fach leuten der synthetischen Faserherstellung bekannt sein und benötigen deshalb hier keine weiteren Erklärungen.
Method for spinning threads and spinneret for carrying out the method The present invention relates to a method for spinning threads by ejecting a spinning liquid through a number of ejection orifices and a spinneret for carrying out the process.
Many devices have been proposed to ensure that a homogeneous fiber-forming medium is supplied uniformly to the openings of a spinneret with multiple openings, with the purpose of producing multiple threads of the same denier and other properties. Such devices generally contain orifices of differing diameter or configuration in single or multiple spinneret plates. "The obvious efforts of very skilled persons in the art remain the inequality of denier between different filaments in the manufacture of synthetic fibers threads a problem.
A related problem of uniform medium supply occurs in attempts to simultaneously expel more than one fiber-forming liquid through the same opening of a spinneret in order to produce threads from several components, and the problem is particularly severe with yarns made from several threads from several components , as expected.
A primary purpose of the present invention is the accurate metering of at least one liquid to and through a plurality of openings which have a common connection to a liquid supply source. Another purpose is the production of multifilament yarns with an improved regularity of the denier of the individual threads among themselves. A particular purpose of the present invention is the production of improved threads from several components, especially in the case of a core-sheath structure and regardless of differences in viscosity or other properties of the components.
With reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention are explained in example. 1 shows an axial section through a spinneret, FIG. 2 shows a cross section through the spinneret shown in FIG. 1, along the line 2-2, which represents the rear side of the inner plate of the same, FIG. 3 shows a cross section through the in Fig. 1 represents the device according to the line 3-3, which is the inside of the lower spinneret plate again,
Fig. 4 is a plan view of other inner plates which can be used in the device of FIG. 1, Fig. 5 is the rear view of another lower plate which can be used in the device of Fig. 1, Fig. 6 a Axial section of another spinning nozzle which contains other inner and outer plates, Fig. 7 is a cross section of the spinneret illustrated in Fig. 6, along the line 7-7, which represents the inside of the outer or lower plate,
Fig. 8 is a cross-section of the device in Fig. 6 Dargestell th along the line 8-8, which shows the inner plate, Fig. 9 is an axial section of another embodiment of a spinneret, Fig. 10 on a larger scale an axial section through a single Opening, as it can be used in the plates of a spinneret, FIG. 11 shows an axial section of a spinneret for ejecting threads from several components,
Fig. 12 is a cross section through the spinneret according to Fig. 11 along the line 12-12, which reproduces the inside of the front or lower spinneret plate, Fig. 13 is a cross section along the line 13-13 in Fig. 11 through the upper or rear Plate, Fig. 14 in strong enlargement a cross section through a thread produced with the spinneret according to Fig. 11, and Fig. 15 and Fig. 16 in strong enlargement cross sections through threads,
which are generated by nozzles corresponding to that shown in FIG. 11.
A medium flowing from a source to a plurality of discharge openings is forced into a flow pattern which verifies essentially radially con at the point of entry into an opening. One implementation of the above idea is the provision of a constriction in the vicinity of each opening entrance, which restricts the flow more than the relatively wide supply channel. The spinneret described here has a front or lower plate with a plurality of discharge openings and an opposite inner or upper plate at a distance from the front plate,
wherein the side facing towards the other plate of at least one of these plates has uniform elevations in the form of plateaus, each of which causes a substantially reduced distance between opposite sides around the entry point of a single opening. When sharing the spinneret with the constituent elements just mentioned, the inner plate contains openings that are opposite the openings in the lower plate and which are connected to a first supply space in Ver, the space with an undiminished distance between the two plates with a second supply space is connected.
The Her position of threads from several components he follows by ejecting at least one core-forming component in a radially converging stream of a mantelbil Denden component from all sides and by ejecting the combination in which the sheath-forming component surrounds the core-forming component. Details are described below with reference to the drawing.
Fig. 1, which shows a cut along its axis, generally cylindrical spinneret, shows a lower or outer plate 1 with openings 2, an upper or inner plate 3 with a central opening 4 and a seal 5 which is between opposite sides of the two Plates is arranged on the edges of the same. The two Plat th are held in place by a ring 11 screwed onto a cylindrical Ge housing 12 at the end of this Ge housing. A sieve 10 is arranged between the inner plate and the underside 14 of the housing, which is surrounded at its edges by a seal 13 and which retains the filter medium 19.
Except in the vicinity of the openings, the plates are separated from one another by a relatively free space 6; around each opening a protrusion 7 rises on the upper side of the lower plate, which ends in a plateau 8 close to but not in contact with the inner plate 3, so that a narrowed space 9 is created between the plates. Figure 2, which is a cross-section of the same nozzle through the top of the inner plate, shows the central opening therein.
The outer plate 1 appears in FIG. 3 in a plan view at the level of the plateaus, which have a circular plan and are concentric with their corresponding openings, four of which are shown in the figure.
The operation of this device is easy to understand. A medium composition with fiber-forming properties is clearly forced through the filter medium, the retaining screen and the opening in the inner plate into the relatively free space between the inner and outer plates. From there, the medium passes through the openings in the front plate to the outside, after which it has flowed over the top of each plateau to converge radially towards the entry point of the openings. When ejected, the corresponding currents form self-supporting threads in the usual way.
The relatively large resistance that is opposed to the medium by the confined spaces is so much greater than the resistance of the relatively free space that any deviation in the resistance of the medium supply in this relatively free space forms an insignificant fraction of the total resistance and thus the current not noticeably influenced in the discharge opening. Exact adherence to the sizes of the narrowed spaces by precisely designing the height and diameter of the plates and by precisely maintaining the distance between the two plates facilitates the equalization of the flow resistances of the various narrowed spaces.
Furthermore, the resistance that is opposed by each discharge opening to the flow of liquid flowing through it is also only a relatively small fraction of the total resistance (from the source to the discharge), which has the negative impact of opening irregularities on the properties of the ejected threads limited to a minimum; in fact, the opening resistance can be exceeded by the resistance which is opposed to the current converging towards the opening and flowing over the plateau if the distance between the plateau and the opposite plate surface is small.
The inner plate of the spinneret shown in Fig. 1 can be replaced by one of a number of different plates, some of which are shown in Fig. 4, namely a plate A with four openings located at the corners of a square without undesirable impairment of the mode of operation. gen, a plate B with five openings at the corners and in the middle of a square, and a plate C with many openings which, with the exception of a ring over the plateaus, are distributed over the entire plate.
The arrangements shown lead the medium only to the relatively free space between the plates so as not to disturb the radially verging flow over the tops of the plateaus to the entry points of the openings.
The relatively free space between the plates need not be as extensive as that formed by the outer plate of FIG. 1; instead, it can be formed by recesses which surround the elevations and which are connected to the medium source via a suitable supply channel. A modified lower plate of this type is shown in Figure 5 in a plan view; here the free space 6 'of recesses 16 (around the elevations 17) and of central, cross-shaped connecting channels 18 is gebil det.
The lower plate shown in Fig. 5 can be used with the upper plate B or C of Fig. 4, instead of that of Fig. 3, although this is normally not done, since most of their openings are not with the recesses and connecting channels communicate in this lower plate; the upper, inner panel A is completely unsuitable for use with this modified front panel because it lacks any connection.
As shown in Figure 6, the essential bumps can be formed on the underside of the top plate instead of on top of the bottom plate. This figure shows an outer or lower plate 21 with openings 22, an inner or upper plate 23 with an opening 24 and a seal 25 which form a relatively free space 26 between the two plates. Elevations 27 on the underside of the upper plate end opposite the openings in the lower plate, from which the plateau-like surfaces 28 of the elevations are separated by the narrowed spaces 29.
These elements replace the corresponding elements of FIG. 1 in a spinneret otherwise similar to the one shown, which contains a filter medium 19 which is held in the housing 12 by a screen 10 (surrounded by a seal 13) and together with the plates by a cover 11 . The lower plate of FIG. 6 appears in FIG. 7 in a top view, with eight openings evenly distributed on a circle being shown. A bottom view of the upper plate in FIG. 6 appears in FIG. 8, not only the single central opening is shown, but also the eight plateaus which form the undersides of the elevations.
Of course, the plates are assembled in the direction shown so that each plateau is concentric with one of the openings in the opposite plate.
If desired, both the lower and the upper plate can be provided with plateau-like elevations which lie opposite one another in a spinneret. Furthermore, regardless of whether there are bumps on the upper or lower or on both plates, the medium can be fed into the relatively free space between the two plates from the side, rather than through an opening in the upper plate. Fig. 9 shows these modifications of the above device.
A lower plate 31, in which openings 32 extend through plateau-like elevations 38 on the top, and an upper plate 33, which elevations 37 has on its underside, are separated by a seal 35 and thus close a relatively free space 36 between opposite Surfaces of the two plates, and narrowed spaces 39 between the plateaus of the opposite elevations.
The plates and the seal are held in a cover-shaped housing 41 by a retaining ring 43 which fits into a recess 44 in the upper or rear part of the cover and abuts against the top of the rear plate at its outer edge. A feed pipe 46 is screwed into an opening 47 on one side of the lid and the spacing seal is cut out around the end of the pipe to allow fluid to flow to the relatively free space between the plates.
Although the openings are shown as capillary tubes with constant diameter in all the figures described so far, they can be composed in any of the embodiments shown in the axial section from a relatively short capillary part 51, which ends on the underside of the plate (of which only the surrounding Part is shown in section), and which is connected via counterbore 52 with the top of the plate; this is a common construction, which is shown in Fig. 10 in an enlarged view in an axial section is.
The following example illustrates the production of a thread product through a spinneret which essentially corresponds to that described first. <I> Example I </I> Molten polyhexamethylene adipamide, which, measured on a solution in m-cresol 0.5 g per hundred milliliters at 25 C, has a viscosity of 1.01, and which contains 0.311 / g titanium dioxide, is fed to a device as shown in FIGS. 1, 4C and 3 at 275C.
The lower plate contains thirteen openings distributed on a circle with a 2.5 cm radius, each opening having a 0.3 mm long capillary part with a diameter of 0.22 mm and a connecting hole with a diameter of 1 mm. The entry point to each opening is in the middle of a plateau with a diameter of 3 mm, which forms the upper side of a cylindrical elevation which rises 1.6 mm from the lower upper side of the lower plate. The distributor plate, which is provided with many openings, is held by a seal at a distance of 0.08 mm above the plateaus.
The polymer is supplied to the free space behind the spinneret plate directly through the plate and a 50-mesh, woven wire mesh which is carried by the plate and which forms the bottom element of a conventional sand filter. The pressure drops in the relatively free space, over a plateau and through an opening have been calculated assuming a Newtonian flow to be in a ratio of approximately 1.8-101: 6.5-107: 7.5-107.
The ejected threads are wound up at a speed of <B> 1100 </B> m per minute, and the yarn formed in this way is stretched at 45 C over a pin to 3 times its original length (i.e. a 3 i .: y times elongation). Pieces of 9 cm each are cut out at ten different points on the yarn, and each cut thread section is weighed to determine its fineness.
The square mean of the deviations in the fineness between the threads (square root of the arithmetic mean of the squares of the deviations of all sections from the arithmetic mean of all sections) is determined in order to be able to calculate the deviation coefficient (100 times the square mean of the deviations divided by the arithmetic mean).
The coefficient of deviation is found to be 5%, compared with 90% of a comparison yarn which was produced with a spinning nozzle which, with the exception of a plate thickness of 7.9 mm, corresponded to that used in the above example (but in reality with a Spinneret plate of the example before the lowering to form the elevations).
The above example illustrates the type of improvement in the evenness of the thread fineness that can be achieved; the improvement is even more astonishing if the openings are not round (but e.g. slit-shaped, cross-shaped or in the form of a slot with widened ends), because of the increased th difficulty in reproducing such a shape of an opening exactly from opening to opening.
If desired, the distance in a narrow space above the plateaus can be made so low or narrow that the passage of particles which could clog the discharge openings is prevented; as a filter, such a construction can complement the usual filter arrangement indicated or replace. A close spacing also results in strong shear in the medium at the entry point of the opening, which is often desirable when forming thread structures. The effectiveness of the plateau as a filter is proportional to its size; this is normally large enough to allow the accumulation of many particles without significantly changing the flow resistance of the plateau.
Although the above example was performed on a particular nylon polymer, there is no apparent limit to the number of different polymeric fiber-forming materials that can be advantageously spun with similar spinning nozzles.
When another component of the medium is introduced into the flow which converges radially towards the entry point of an opening, a modification of the above device and the above method enables the production of desirably uniform threads from several components.
11 shows in an axial section a spinneret which can be used for this purpose. An outer or lower plate 101 with openings 102 has cylindrical elevations 104 on the rear side. An inner or upper plate 107 is held by a log device 106 and a washer 116 at a distance from the lower plate, the seal being annular and located near the edges of the opposite sides of the two plates, and the washer disks shaped and arranged concentrically to the two plates.
A relatively free space 112 between the two plates is interrupted at intervals by narrowed spaces 115 between the upper plate and the plateaus 105 of the elevations on the lower plate. The top plate is divided on the upper side by an outer wall 119 and an inner wall 129 into an annular space 108 and a central space 109. The annular space communicates through countersunk openings 110 with the restricted spaces between the two platens, and the central space communicates through holes 111 with the relatively free space. The two plates are held in place by a lid 118 screwed onto the end of the top plate.
The upper part of the housing (not shown) accommodates suitable pipes or other supply means, which are separately connected to the two spaces, which can be designed as distribution or filter spaces as desired. A pin 114 in cylindrical openings (opening 125 in the lower plate and opening 126 in the upper plate) near one edge of the plates ensures that the two plates are concentric.
Fig. 12 shows the lower plate in plan view. In this top view, eight plateaus appear, each concentric with an outlet opening, and which are evenly distributed on a circle in the lower seal. As shown in this top view and in FIG. 11, each opening contains a capillary part 121 at the outlet end and a further counterbore 122 which extends from the plateau to the capillary part. Furthermore, this is arranged in a shallow annular groove Gasket 106 is visible, with the opposite side of the top plate being provided with a similar groove to ensure a good seal between the two plates.
The openings in the upper plate opposite the openings in the lower plate are formed similarly in that each of a capillary outlet part 123 and an inlet counterbore 124 is composed.
Fig. 13 shows the appearance of the upper plate in a cross section along the line 13-13 in Fig. 11. The concentric inner and outer walls are visible, as well as the capillary parts and countersunk holes of eight evenly distributed on a circle between the two walls Openings and many openings in the central space formed by the inner wall.
The supply of the medium from the central space in the relatively free space between the plates is done in the device just described before in a similar manner and with similar results as in the device described earlier and explained using an example. The flow of the corresponding medium (which is referred to as the shell forming the component), which is guided from the inner or central space over the plateaus and through the discharge openings, is remarkably even, despite any asymmetries in the supply, because of the same high resistance, which is opposed to the current in the confined spaces between the plateaus and the opposite plate surface.
In addition, the present device allows the introduction of an additional medium in the center of the radially converging flow of the mantelbil Denden component, which flows centrally through the discharge opening. This medium, which is led from the outer or annular space through openings in the top plate, is called the core-forming component. The device thus produces a thread with a sheath-core structure of two components, the relative arrangement of the sheath and the core being constant and reproducible, and each thread thus produced has a uniform cylindrical core that is formed by a concentric Coat is surrounded.
The relative amounts of sheath and core in the thread product depend on the flow velocities of the two media. As with the component arrangement, the component flowing over the plateaus can be fed through suitable channels and recesses communicating with a common source, or substantially the entire top of the lower plate can be countersunk around the plateaus . The use of such spinnerets in the production of threads from several components is explained in detail below using examples.
<I> Example 11 </I> A spinneret assembly is constructed like that shown in FIGS. 11 to 13, with the exception that interconnected troughs are arranged around the ridges on the top of the lower plate (rather than essentially the whole surface around the elevations - is deeper), and that the front plate contains 34 discharge openings (instead of the smaller number shown). The similarity between this lower plate and that shown in Figure 5 is evident.
A single use filter, which contains sand as the filter medium, is placed over the top of the rear plate. The plates have a diameter of 81 mm, and the corresponding openings are evenly distributed on a circle with a radius of 25 mm. The depth of the grooves on the top of the lower plate (i.e. the plateau height) is 1.6 mm, and each plateau is 3.2 mm in diameter. The capillary part of each discharge opening is 1 mm long and has a diameter of 0.3 mm, while the counterbore has a diameter of 1 mm and is 13 mm long.
The relatively free space between the opposite sides of the two plates is 1.6 mm wide around each plateau and extends in the form of 1.6 mm wide channels radially inward to a connecting channel surrounding the washer, which has a diameter of 20 mm and is opposite the feed openings of the central space. The restricted space above the plateaus is 0.025 mm high.
Two quantities of molten polyethylene terephthalate are prepared as described by Whinfield and Dickson in US Pat. No. 2465319;
a quantity with a viscosity of 0.25 is fed to the central space, and another: quantity with a viscosity of 0.65, which also contains 0.3 / o titanium dioxide, is fed to the outer space of the spinneret arrangement just described ( Viscosity measured in a 0.5% solution in 60.40 tetrachleroethane-phenol at 30 ° C.).
The ratio of the melt viscosities of these two polymers is 1:25 at 290 C of the spinning temperature. The speed ratio of the currents of the core medium and the jacket medium is 70:30. The relative pressure drops in the free space, over the plateau and through the discharge opening are calculated assuming a Newtonian flow as in the ratio 6 - 103: 2.5 - 10s: 7.8 - 107 standing.
The ejection at 290 C in air of 30 C with winding at a speed of 915 m per minute results in a core sheath thread of exceptionally good uniformity of fineness and remarkable core sheath symmetry, as shown, for example, by cross sections of the product in Fig. 14. The yarn is stretched twice when wet at 40 ° C. to obtain a fiber with a rough surface and wool-like elasticity and other properties; the resulting toughness is 3.0 grams per denier at 35% elongation.
Attempts to produce a yarn with core sheath filaments similar to those of the above example by means of a simple two-plate spinneret arrangement similar to that of the example, but without plateaus, have not been successful because the sheath-forming component only incompletely and incorrectly covered the core-forming component, and because the ratio of the relative amount of the two constituents between the individual threads fluctuated, so that some threads contained only one or the other constituent.
A repetition of the method according to Example 1I with a similar spinneret arrangement which had slotted discharge openings (rectangular cross section) resulted in threads with an elongated cross section and an elliptical core, as shown in FIG. Deviations from the par allelity of a plateau and the opposite plate surface result in an uneven resistance around the opening entrance; z.
B. resulted in a difference of 3 in the confined space of a spinneret arrangement, which was otherwise the same as that used in Example 11 (whereby a relatively high average resistance was maintained above the plateau), filaments with round cross-section with im Cross-section of elliptical cores that were uniformly eccentric, as shown in FIG.
These two supplementary examples indicate the wide range of advantages offered by the plateaus in the device described here, which can be adapted very well to the production of non-round cross-section threads from several components by controlled modi fications of the plateaus result in corresponding deviations from the circular, concentric core-shell structure. A complete absence of the plateaus naturally results in a destruction of the desired core-shell structure.
Of course, many other fiber-forming components can be used in spinneret assemblies for ejecting threads from several components according to the method to be described here. The core-forming component can contain a matting or coloring pigment, the presence of which on the surface of the yarn thread is undesirable. In this way (with the device from Example II) .a nylon thread was produced from several components, which contained an uncolored sheath and a core containing <B> 0.3194 </B> titanium dioxide, at one volume ratio between cladding and core of 15:25.
Similarly, a leachable material may be present in one of the two components to allow pores to form in the thread after ejection. With a spinneret arrangement which was the same as that according to Example 1I, with the exception that the relatively free space was expanded by lowering the vicinity of the plateaus to a uniform depth essentially over the entire top of the lower plate (as in FIGS 13), and was not limited to gutters, was z.
B. a nylon multiple thread made of polyhexamethylene adipamide with a viscosity of 1.04 as Man tel and the same substance containing 10 percent by weight of finely ground calcium carbonate as the core, the ratio of sheath to core was 70:30. After stretching three times at 403 ° C., the yarn was boiled in 2 1 / o strength aqueous acetic acid for 5 minutes in order to obtain a very matt, light yarn with the surface properties of a conventional, light nylon thread in the dry state.
<I> Example </I> III Using the method described by Jacobson in US patent number <B> 2436926 </B> and Arnold in US patent number 2486241, two different acrylo-nitrile polymers with a viscosity of 1, 70 (measured in dimethyl formamide at 25 C) produced:
1. the homopolymeric polyacrylo-nitrile and 2. a 96: 4 copolymer of arylo-nitrile and methyl acrylate. A solution of the copolymers containing 22 percent by weight of the same in dimethyl formamide and 1 to 11 percent by weight of carbon black with an absolute viscosity of 50 poise is added to the central space of a spinneret arrangement,
11 to 13, a 24 "solution of the homopolymer in N, N-dimethylformamide with a viscosity of 80 poise at 125 ° C. is fed to the outer space Depth of the restricted space above the plateau is 0.001 inches (= 0.025 mm) and each plateau has an outside diameter of 5.6 mm and a height of 1.6 mm from the recessed part of the top of the lower plate, with the recesses around the plateaus are connected to a central recess via channels 1.6 mm wide.
Each discharge opening has a capillary part with a diameter of 0.1 mm and a length of 0.2 mm and a connecting bore with a diameter of 1 mm. The openings for the core-forming component are uniformly cylindrical with a diameter of 0.25 mm and a length of 3.2 mm. The shell-to-core flow ratio is equal to <B> 33: </B> 67, and the pressure drops in the relatively free space over a plateau and through an opening are calculated assuming a Newtonian flow as in the ratio 3.4.10-1: 5.4 - <B> 107: 1.3- </B> 109 standing to one another.
The threads are expelled at 95 ° C. in air at 20 ° C. and wound up at a speed of 183 m per minute in order to obtain a yarn which is then stretched four times its length at 95 ° C. in water. The stretched threads have a flat cross-section that is thickened at both edges and a thin jacket portion of essentially uniform thickness.
The device and the method according to Example III were then used to produce core-sheath threads from the same components as in Example 11, but the homopolymer being the sheath-forming component, while the copolymer was the core-forming component. The ejection process and the resulting yarn properties were similarly satisfactory.
Reversing the arrangement of the two components did not affect the uniform coverage of the core by the cladding; However, repeated attempts to carry out the process using a spinneret without plateaus (i.e. an ordinary spinneret plate with a flat surface) were unsatisfactory in that they resulted in threads in which the two components were arranged side by side rather than in the desired core-shell structure were net.
The device and the method according to example <B> 111 </B> were switched from dry spinning to wet spinning by dipping the threads directly into an aqueous solution of sodium thiosulphate (32% Na., Sz03) with a temperature between 98 and 100 C were expelled.
This general method of making yarn has been described in an application to fiber-forming acrylo-nitrile polymers by Hare in U.S. Patent No. 2530962. The yarn was washed and drawn four times in 95 ° C water. The resulting thread structure showed a uniformly arranged core made of polyakrylo-nitrile and a constant top layer made of the copolymer of arylo-nitrile and methyl-acrylate.
By the method of Example III and using a similar spinneret arrangement with only four discharge openings, the same copolymer was spun as a shell together with a core from a solution of 13 parts of the copolymer with 17 parts of calcium acrylate in 70 parts of dimethylformamide, the shell -to-core ratio was 50:50.
The calcium acrylate was removed from the core of the resulting filaments by washing in water, and the porous yarn thus formed was stretched three times in atmospheric steam, giving a strength of 1.2 g per denier and an elongation at break of 107%. In a subsequent experiment, swapping the two components revealed that
which brought the solution with the washable additive into the sheath and the copolymer into the core, satisfactory threads, the calcium acrylate was washed out of the sheath, and the yarn with a porous surface felt remarkably dry. After stretching three times, the yarn, which had a specific gravity of one, showed a tenacity of 1.0 g per denier, an elongation at break of 800/0 and a thread count of two deniers.
The arylo-nitrile copolymer according to Example III is spun using the same process and a similar spinneret arrangement as a jacket for a core made of phytic acid. There were no difficulties in the ejection process, and washing out of the threads produced resulted in a hollow structure. The hollow filaments were tripled in atmospheric steam to give a low density yarn which had a tenacity of 1.8 grams per denier and an elongation at break of 4311 / o. Similarly, other cores made from non-fiber-forming materials (e.g.
B. from silicone oil), which were not removed by any subsequent treatment.
Many possible changes to the core or sheath properties and suitable combinations of sheath and core components should be possible; the following example explains the production of a further sheath-core yarn.
<I> Example </I> IV In a four-liter, corrosion-resistant steel beaker equipped with an upper air stirrer, 27.5 g (0.175 mol -j-- 5% excess) bis (p-aminocyclohexyl) methane are added , 5.0 g sodium lauril sulfate, 10.0 g sodium hydroxide, 5.0 g anhydrous sodium carbonate,
200 ml of washed and getrock netes chloroform and 1250 ml of water mixed. 43.7 g (0.125 mol) of biphenyl disulfonyl chloride, dissolved in 130 ml of washed and dried chloroform, are added to this stirred emulsion. The reaction mixture is stirred for 25 minutes, then 2000 ml of n-hexane are added to break up the emulsion. The granular precipitate is collected on a Büchner funnel, washed (three times in succession with hot water, denatured alcohol, hot water and ethanol) and dried overnight in a vacuum oven at 70.degree.
The yield is 52 g of polysulfonamide, a 0.5% solution in dimethyl formamide has a viscosity of 1.13 at 25 C.
A 13% solution of this polymer in dimethyl formamide is spun as the core of a thread with two components in a device corresponding to that shown in FIGS. 11 to 13, under similar conditions as described in Example II,
a 22% solution of the copolymers according to Example II in dimethyl formamide is used as the jacket medium.
The resulting yarn is stretched 320% in hot water. The physical properties of the drawn yarn in water at 90 C (which are characteristic of the susceptibility of the corresponding fabrics to damage during washing, dyeing and other hot and wet treatments) are given in the table below and compared with those of a yarn.
which is made from the acrylo-nitrile copolymer as the only component.
EMI0007.0129
<I> table </I>
<tb> tensile strength <SEP> elongation at break <SEP> initial modulus
<tb> Sheath-core yarn <SEP> 1.35 <SEP> g'Denier <SEP> 6.2% <SEP> 4.7 <SEP> glD.enier <SEP> with <SEP> 100% iger < SEP> elongation
<tb> Acrylic nitrile methyl acrylate copolymer yarn <SEP> 0.59 <SEP> g; Denier <SEP> 157.0% <SEP> 0.7 <SEP> gjDenier <SEP> at <SEP> 1000ioiger <SEP > Elongation where g = the load on the thread at the moment the thread breaks and denier is the weight of a length of the thread of 9000 m, i.e. indirectly a cross-sectional dimension.
The sheath-core yarn showed the surface properties (i.e. dyeability and feel) of the arylo-nitrile copolymer fiber, but especially in a hot-wet state it had a strength and rigidity corresponding to the stronger and more rigid core material.
A simple generalization of the above ideas enables the production of thread structures which contain a simple sheath surrounding a multiple core (by inserting more than one core-forming component through openings above a discharge opening, the entrance of which the sheath-forming component flows radially) , and also of thread structures which contain an innermost core and an outermost sheath,
between which one or more layers of other components are arranged in a ring shape (by arranging one or more additional stages in a core-jacket-spinneret arrangement with a corresponding number of plates with aligned openings).
The requirements and permissible deviations of the holding means for the various plates and the materials which are suitable for the parts of the illustrated and proposed devices, as well as the ejection conditions will be known to those skilled in the art of synthetic fiber production and therefore do not need any further explanation here.