CH389153A - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von fadenförmigen Produkten - Google Patents

Description

  Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von fadenförmigen Produkten    Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren  und eine Vorrichtung zur Herstellung von Fäden  durch Schmelzspinnen von pulverförmigen und  schmelzbaren     harzartigen    Stoffen und ist besonders  anwendbar beim Spinnen von Fäden, welche gegen  die thermische Zersetzung empfindlich sind.  



  Es gibt eine Reihe von Verfahren, bei welchen  derartige Stoffe einem     durchlöcherten    Spinnbauteil  zugeführt werden, wobei das Material vor Erreichen  des Spinnbauteiles geschmolzen wird. Bei diesen  Verfahren wird eine Materialmasse erhitzt und bleibt  einige Zeit vor dem Spinnen im weichen bzw. ge  schmolzenen Zustand. Dies führt zu einer thermi  schen Zersetzung im Falle von hitzeunbeständigen  Stoffen und die Produktionsgeschwindigkeit ist     ver-          hältnismässig    niedrig.  



  Um diese Nachteile zu vermeiden, verwendet  eine für das Spinnen von     Celluloseacetat    besonders  geeignete frühere Verfahrensweise eine elektrisch  geheizte     durchlöcherte    Widerstandsplatte oder Düse  gegen welche das pulverförmige fadenbildende Ma  terial durch mechanischen Druck gepresst wird,  welch letzterer auf eine verhältnismässig dünne  Schicht des Materials wirkt. Es wird feinverteiltes  Material in sehr geringen Mengen zwischen     aufein-          anderfolgenden    Druckeinwirkungen zugeführt, wo  durch die Ausbildung einer ziemlich dünnen  Schicht über der Düse ermöglicht wird. Das Verfah  ren hat den Nachteil, dass das Spinnen nicht hinrei  chend stetig ist, um die Eigenschaften des erzeug  ten Fadens gleichmässig halten zu können.

    



  Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine  Vorrichtung, welche diesen Nachteil beheben und  mit besonderen     Vorteilen    verbunden sind.     Erfin-          dungsgemäss    wird das pulverförmige fadenbildende  Material in einem stetigen Strom von einem Ma  terialvorrat durch Druck einem kurzen freien zylin-         drischen    Begrenzungsdurchgang zugeführt, welches  einen, durch eine mit Öffnungen versehene und von  dem Begrenzungsdurchgang     isolierte    elektrische  Widerstandsplatte festgelegten Ausgang aufweist.

   Es  wird ein ständiger Druck auf das Material im Durch  gang ausgeübt und die Platte wird gleichmässig er  hitzt, um das anliegende Harzmaterial zu     schmelzen.     Das Material wird durch die Öffnungen in Faden  form     abgeführt,    sobald es geschmolzen ist. Die Zu  fuhr wird auf eine solche gleichbleibende Geschwin  digkeit eingestellt, dass ein grösserer Teil des Ma  terials in der Kammer in zu einem festen Block mit  konstanter Grösse gepresstem Zustand gehalten  wird, wobei dieser Block an seinem Beschickungs  ende bzw. Förderende kontinuierlich ergänzt wird,       während    er schmilzt und an der     Widerstandplatte    in  Form von Fäden abgeführt wird. Die Temperatur  der Platte wird mit der Beschickungsgeschwindigkeit  bzw.

   Fördergeschwindigkeit in Beziehung     gesetzt,          damit    nur eine dünne, der Platte     benachbarte     Schicht des Blockes von im wesentlichen konstanter  Dicke kontinuierlich schmilzt, wobei die geschmol  zene Schicht von Block in dem Masse     kontinuierlich     ergänzt wird, wie das     geschmolzene    Material in Fa  denform abgeführt wird. Die     Kammer,    in welcher  das Pulver verdichtet wird, kann relativ kurz sein, so  dass sich der Druck z.

   B. einer Schnecke auf das ge  samte Material in der Kammer im wesentlichen auf  einem     maximalen        Wert        befinden    kann, wobei aber  die Widerstandsplatte ausserhalb der durch das  schraubenförmige Schneckenende geschaffenen Be  schickungsturbulenz bzw. Förderturbulenz liege,  kann dessen Rührwirkung bei zu grosser Nähe zur  Widerstandsplatte ein ungleichmässiges     Strangpres-          sen    ergeben. Der Abstand vom Ende der     Förder-          schnecke    zur Widerstandsplatte kann vorzugsweise  <B>1/3</B> bis     '/;"    des Durchmessers der Kammer betragen.

        Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das       Verfahren    bei     Celluloseacetat    angewandt, wobei sol  che Beschickungsgeschwindigkeiten, Temperaturen  und Drücke gewählt werden, dass der Block zu einer  mittleren Dichte von etwa 80 % bis 90 % des     Cel-          luloseacetats    verdichtet wird. Bei     Celluloseacetat    be  trägt die Temperatur der Widerstandsplatte vorzugs  weise etwa 350 bis 400  C und die Zeit, während  welcher ein gegebener Anteil des Materials ge  schmolzen bleibt, beläuft sich auf nicht mehr als  etwa 30 Sekunden.  



  Die     erfindungsgemässe    Vorrichtung     umfasst    ein  zur Aufnahme des pulverförmigen Materials geeigne  tes Gefäss mit einem     Hauptbehälterteil    und einem  kurzen     abschliessenden    Beschickungsrohr bzw.     För-          derrohr    mit vermindertem Querschnitt.

   Eine mit Öff  nungen versehene elektrische Widerstandsplatte  schliesst das äusserste Ende des Beschickungsrohres  ab und ist davon     isoliert.    Im erwähnten Gefäss ar  beitet eine drehbare Förderschnecke, welche sich  vom     Hauptbehälterteil    bis in das Beschickungsrohr  bzw.     Förderrohr    hinein erstreckt und innerhalb des  Rohres in einer Entfernung von der Platte endigt,  die klein genug ist, um im wesentlichen einen maxi  malen Druck zu gewährleisten, wobei sich aber die  Widerstandsplatte ausserhalb des Bereiches der       Beschickungsturbulenz    befindet.

   Vorzugsweise liegt  das Ende der Schnecke in einem Abstand von etwa       1/3    bis 2/3 des     Förderschneckendurchmessers    von der  Widerstandsplatte entfernt. Es sind Mittel zum Dre  hen der Förderschnecke und elektrische Vorrichtun  gen zum Heizen der Widerstandsplatte vorgesehen.  



  Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug  nahme auf die eine bevorzugte Ausführungsform  zeigenden beiliegenden Zeichnungen ausführlicher  beschrieben. Hierbei sind       Fig.    1 eine schematische allgemeine Anordnung  einer     erfindungsgemässen    fadenbildenden     Strang-          pressvorrichtung,          Fig.    2 ein vertikaler Querschnitt, zum Teil im  Aufriss der eigentlichen     Strangpressvorrichtung,    die  einen Teil der in     Fig.    1 gezeigten allgemeinen An  ordnung bildet,       Fig.    3 eine vergrösserte Ansicht des     Beschik-          kungsrohrteiles    bzw.

       Förderrohrteiles    der Vorrich  tung nach     Fig.    2.  



  Die Vorrichtung umfasst eine     Strangpress-          schnecke    1 mit einer Zentralspindel und vorragenden       spiralförmigen    Schaufeln bzw. Flügeln 3 und 4 mit  dazwischenliegenden Schraubennuten bzw. Schrau  benvertiefungen 2. Die Schnecke 1 ist in einer zen  tralen Bohrung am unteren Ende einer Achswelle 8  befestigt, welch letztere in Lager 9 und 10 montiert  ist. Das Kugellager 11 wirkt ebenfalls als Druck  lager, um den an der Schnecke aufwärts gerichteten  Druck aufzunehmen. Die Schnecke kann durch Dre  hen des mit Gewinde versehenen Zylinders 12 rela  tiv zum Gestenrahmen 13 in der Höhe verstellt wer  den.

   Zwischen dem Lager 11 und dem Führungs  zylinder 10 ist eine an die     Spindelwelle    8 befestigte    Riemenscheibe 14, welche durch einen Riemen 15  von einer nicht gezeigten Antriebsvorrichtung in Be  wegung gesetzt werden kann.  



  Das untere Ende der Schnecke 1 passt in ein  zylindrisches Beschickungsrohr bzw. Förderrohr 16,  an dessen unterem Ende ein rechteckiger Flansch<B>17</B>  angeschweisst ist. Ein     Einfüllteil    setzt sich aus einem  Zylinder 18 und einem Trichter 19 zusammen, wel  cher sich an das obere Ende des Beschickungsrohres  16 anschliesst. Der Teil 18 ist oben durch eine Platte  20 abgeschlossen und am Gestenrahmen 13 befe  stigt. Die Platte 20 ist mit einer zylindrischen Ein  füllöffnung 21 versehen, welche einen luftdichten  Verschluss 22 aufweist. Eine Leitung 23 mündet in  die Seite des     Einfüllteiles    18, 19, um innerhalb des  letzteren und des Zylinders 16 Unterdrücke erzeu  gen zu können.

   Die Dichtung 24 vermag Unter  drücke zu halten, und gestattet dennoch das Ver  stellen der Achswelle 8 in vertikaler Richtung durch  den Bauteil 12.  



  Unterhalb des rechteckigen Flansches 17 ist eine  elektrische Widerstandsplatte oder ein Düsenstreifen  25 befestigt, welcher zwischen zwei Schichten von       Isoliermaterial    26 und 27 eingelegt und am Flansch  durch eine Klemmplatte 28 und Schrauben 29 be  festigt ist. Die obere Schicht des Isoliermaterials 26  ist mit einer Öffnung versehen, in welche das Rohr  16 passt. Die untere Schicht 27 weist eine ähnliche  Öffnung mit der gleichen Erstreckung wie die Boh  rung des Rohres 16 auf. An den Enden des Strei  fens 25 sind zwecks Zufuhr des elektrischen Stromes  für das     Widerstandsheizen    dieses Streifens schwere  Leiter 32, vorzugsweise aus Kupfer, befestigt.

   Das  Rohr 15 ist zwar im allgemeinen zylindrisch, vor  zugsweise ist es jedoch vom Punkt 33 hinunter zur  inneren Fläche des Düsenstreifens 25 in einem Win  kel von etwa 2  zur Achse der Schnecke 1 etwas  nach aussen erweitert.  



  Unterhalb des mit Düsenöffnungen 31     versehe-          nen    Düsenstreifens 25 und in der verlängerten  Achse der Schnecke 1 befindet sich ein Garnführer  34 zum Zuleiten der von den Öffnungen 31 kom  menden Fäden 35 zu einer     Speisewalze    36, welche  die Fäden einer Aufnahmevorrichtung 37 zuführt.  



  Im Betrieb wird ein Ansatz von     pulverförmigem     fadenbildendem Material durch die     Einfüllöffnung     21     zugeführt,    welche dann verschlossen wird. Gege  benenfalls kann durch die Leitung 23     evakuiert    wer  den, um im     Einfüllteil    18, 19 und dem Zylinder 16  Unterdrücke zu gewährleisten. Dem Düsenstreifen  25 wird durch die Leitungen 32 elektrischer Strom       zugeführt,    um die Düsen auf die Schmelztemperatur  des pulverförmigen fadenbildenden Materials zu er  hitzen.  



  Nach einem Zeitraum zwecks Aufwärmens des  Düsenstreifens 25 wird die Schnecke 1 mittels des  Riemens 15 in Bewegung gesetzt und das Spinnen  geht vonstatten. Das Pulver 38 im     Einfüllteil    18, 19  ist in einem lockeren Zustand und die sich drehende  Schnecke 1 sorgt für eine mässige Rührbewegung,      treibt das Pulver in das Rohr 16 und führt es der  innerhalb des Rohres 16 zwischen dem Ende der  Förderschnecke 1 und dem Düsenstreifen 25 aus  gebildeten Kammer zu. Das Pulver in dieser Kam  mer wird vom lockeren Zustand geringer Dichte in  einen hochkomprimierten und dichten Zustand über  führt, so dass sich     im    Zwischenraum zwischen dem  Ende der Schnecke 1 und dem Düsenstreifen 25 ein  Pfropfen, eine Tablette bzw. ein Körper aus festem  fadenbildendem Material bildet.  



  Die     Vorschiebwirkung    der Schnecke drückt den  Pfropfen 39 auf den erhitzten Düsenstreifen 25 hin  unter, wodurch die untere Fläche des Pfropfens  schmilzt und das geschmolzene Material in Form  von Fäden 35 aus den Spinnöffnungen 31 austritt.  Die Fäden werden um einen Führer 34 durch die  Speisewalze 36 weggezogen, über eine Schmiervor  richtung 30 geleitet und     als        Garn    oder Bündel 40  an der Aufnahmevorrichtung 37 gesammelt.  



  Das Ende der Schnecke liegt nahe genug am  Düsenstreifen, so dass der Druck im Sinne eines       Verdichtens    des Materials zu einem festen Block  wirkt, und es liegt weit genug vom Streifen entfernt,  so dass dieser ausserhalb des Bereiches der durch  die Gewindesteigung hervorgerufenen Rührwirkung  ist, welche ein ungleichmässiges     Strangpressen    be  wirken würde. Es muss eine gewisse     Rührwirkung     am Ende der Schnecke vorhanden sein, da das Ma  terial vom Ende der Schnecke mittels der Schrau  bennuten zwischen den Schaufeln vorgeschoben  wird.

   Es wurde festgestellt, dass eine bevorzugte Ent  fernung vom Ende der Förderschnecke zum Düsen  streifen etwa     1/3    bis     '/3    des Durchmessers der  Schnecke, d. h. der durch die Innenseite des Be  schickungsrohres gebildeten Kammer, beträgt.  



  Im folgenden werden bevorzugte erfindungsge  mässe Ausführungsformen erläutert. Der Düsenstrei  fen besteht     zweckmässigerweise    aus rostfreiem Stahl  und eine bevorzugte Dicke beträgt etwa 1,4 mm. Ein  bevorzugter Düsenstreifen eignet sich für einen  Stromdurchgang von 300 bis 400 A. Ein bevorzug  ter Streifen weist 15 Spinnöffnungen 31 auf, welche  jeweils einen Durchmesser von 0,2 bis 1,52 mm,  vorzugsweise etwa 1,0     mm    aufweisen und     in    einem  Kreis mit einem Durchmesser von 12,7 mm ange  ordnet sind. Der absolute Druck innerhalb der Vor  richtung kann auf unterhalb etwa 0,70     kg/cm',    vor  zugsweise auf einen Wert von etwa 0,28 bis 0,35       kg/cm'    vermindert werden.

   Die Schnecke 1     kann    mit  5 bis 10 Umdrehungen pro Minute oder mehr ro  tieren und die Geschwindigkeit des     Strangpressens     wird durch die Rotationsgeschwindigkeit der  Schnecke 1     nicht    wesentlich     beschränkt,    sondern  vielmehr durch die Temperatur, auf welche die  Düsenplatte 25 gebracht wird. Sie kann z. B. bei       Celluloseacetat    in der Grössenordnung von 350 bis       450     C liegen.  



  Das beschriebene Verfahren und die beschrie  bene Vorrichtung sind für das Spinnen eines weiten  Bereiches von pulverförmigen fadenbildenden    schmelzbaren     Harzmaterialien    anwendbar, insbeson  dere von solchen, welche gegen die thermische Zer  setzung empfindlich sind, z. B. von sekundärem     Cel-          luloseacetat    und insbesondere von     Cellulosetriscetat     mit einem hohen     Acetylierungsgrad,    z. B. in der  Grössenordnung von 60     fl/o    oder mehr (berechnet als  Essigsäure).  



  Das Verfahren gestattet die Erhöhung der Tem  peratur von     unplastifiziertem        Celluloseacetat    auf  eine Temperatur von bis zu 1000 C oberhalb seines       Schmelzpunktes,    da es nur während einer Zeit von  weniger als 1 Minute     im        geschmolzenen    Zustand  verbleiben muss. Das geschmolzene Material muss  nur eine sehr kurze Strecke zurücklegen, bevor es  durch die Düsen     stranggepresst    wird. Nicht mehr als  ein Volumen von 1,6     cm3    des Materials muss auf  einmal schmelzen und jeder Teil des Materials muss  während nicht mehr als etwa 30 Sekunden im ge  schmolzenen Zustand verbleiben.

   Das     geschmolzene     Material befindet sich mit der Schnecke niemals in  Berührung.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Herstellung von fadenförmigen Produkten aus pulverförmigen schmelzbaren Harz stoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man das pul verförmige Material von einem Vorrat durch Druck einem freien zylindrischen Begrenzungsdurchgang kontinuierlich zuspeist, welcher einen durch eine mit Öffnungen versehene und vom Durchgang isolierte elektrische Widerstandsplatte festgelegten Ausgang aufweist,

   dass man kontinuierlich einen ständigen Druck auf das Material im Durchgang ausübt und das geschmolzene Material in Fadenform durch die mit Öffnungen versehene Platte in dem Masse kon tinuierlich abführt, wie es schmilzt, dass man die Zufuhr auf eine solche gleichbleibende Geschwin digkeit einstellt, dass der grössere Teil des Materials in der Kammer ständig in zu einem festen Block von konstanter Grösse gepresstem Zustand gehalten wird, wobei dieser Block an seinem Beschickungs ende bzw. Förderende kontinuierlich ergänzt wird, während er schmilzt und zur Widerstandsplatte be fördert wird, ferner dass man die Temperatur der Platte mit der Beschickungsgeschwindigkeit bzw.

   Fördergeschwindigkeit in Beziehung setzt, damit nur eine geringe Dicke des Blockes in der Nähe der Widerstandsplatte kontinuierlich in eine geschmol zene Schicht von im wesentlichen konstanter Dicke überführt wird, welche von dem Block in dem Masse kontinuierlich ergänzt wird, wie das geschmolzene Material abgeführt wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in einer Entfernung von etwa 1/3 bis '/3 des Durchmessers des Begren zungsdurchganges von der Platte ausgeübt sind. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man als Harzmaterial Cellulose- acetat verwendet und die Beschickungsgeschwindig keit, die Temperatur und den Druck so steuert, dass der feste Block eine mittlere Dichte von etwa 80- 90()/o des Celluloseacetats erhält. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man als Material Celluloseacetat verwendet und die Temperatur der Widerstands platte auf etwa 350 bis 4000 C einstellt. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als Material Cellulose- acetat verwendet und jeden Teil des Materials wäh rend einer Zeit von nicht mehr als etwa 30 Sekun den im geschmolzenen Zustand hält. 5. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass man den Druck durch eine För- derschnecke ausübt.

   PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein Gefäss zur Aufnahme des Materials mit einem Hauptbehälterteil und einem kurzen daran anschlies- senden Beschickungsrohr bzw.

   Förderrohr mit ver mindertem Querschnitt, durch eine mit öffnungen versehene, das Austrittsende des Beschickungsrohres abschliessende und davon isolierte elektrische Widerstandsplatte, durch eine im erwähnten Gefäss arbeitende und sich vom Hauptbehälterteil bis in das Beschickungsrohr hinein erstreckende drehbare För- derschnecke, welche in einer solchen Entfernung von der Platte endigt, dass diese ausserhalb des Be reiches der Beschickungsturbulenz liegt, jedoch so nahe, dass ein Druck ausgeübt wird, der das Ver dichten des Materials in der Kammer zu einem fe sten Block bewirkt, ferner durch Mittel zum Drehen der Schnecke,

   um das Material vom Hauptbehälter- teil in das Beschickungsrohr und gegen die Platte zu befördern, und schliesslich durch elektrische Vor richtungen zum Durchleiten eines elektrischen Stro mes durch die Platte zum Zwecke der Widerstands heizung auf die Schmelztemperatur des Materials. UNTERANSPRÜCHE 6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Ende der Förderschnecke und der Platte etwa 1/;; bis 2/,.,'des Durchmessers der Förderschnecke beträgt. 7.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Förderstrecke innerhalb des Beschickungsrohres etwa 1 bis 11/2 mal so gross wie der Durchmesser der Schnecke ist.