DE10154859A1 - Vorrichtung zum Schmelzspinnen von Mehrkomponentenfäden - Google Patents

Abstract

Es ist eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen von Mehrkomponentenfäden aus zumindest zwei Polymerschmelzen vorzugsweise in einer Kern-Mantel-Struktur beschrieben. Hierbei werden die zwei Polymerschmelzen durch Verteilerkanäle, eine Verteilerplatte verteilt und über Düsenöffnungen in einer Düsenplatte extrudiert. Zur Schmelzeführung ist zu jeder Düsenöffnung eine Düsenbohrung mit einem eingesteckten hohlzylindrischen Röhrchen zugeordnet, wobei sich ein innerer Kernkanal und am Umfang des Röhrchens zumindest ein äußerer Mantelkanal bilden, die unmittelbar vor Austritt der Düsenöffnungen zusammengeführt werden. Jedes der Röhrchen weist einen Verteilerflansch auf, der zwischen der Düsenplatte und der Verteilerplatte gespannt ist. Die Verteilerflansche sind mit den Röhrchen unabhängig miteinander auswechselbar mit der Düsenplatte verbunden, um eine sichere Montierbarkeit zu gewährleisten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen von Mehrkomponentenfäden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der EP 0995 822 A 1 bekannt.

Zum Schmelzspinnen von Mehrkomponentenfäden werden die Polymerschmelzen zweier unterschiedlicher, vorher aufgeschmolzener Polymere gemeinsam durch eine Düsenöffnung zu einem strangförmigen Filament extrudiert. Dabei werden die Polymere in dem Filamentquerschnitt vorzugsweise in einer Kern-Mantel- Struktur zusammengeführt, um eine vorteilhafte Kombination der physikalischen Eigenschaften beider Polymertypen zu erhalten. So läßt sich beispielsweise für den Kern ein Polymer mit hoher Festigkeit und für den Mantel ein Polymer mit guter Färbbarkeit und Griff verwenden. Zur Extrusion beider Polymerschmelzen durch eine Düsenöffnung ist es daher erforderlich, daß die Polymerschmelzen bis kurz vor Austritt aus der Düsenöffnung getrennt geführt werden.

Die aus der EP 0 995 822 bekannte Vorrichtung weist hierzu eine Vielzahl von Röhrchen auf, die jeweils in eine Düsenbohrung hineinragen. Die Enden der Röhrchen sind mit kurzem Abstand vor der Düsenöffnung innerhalb der Düsenbohrung angeordnet, so daß die Kernkomponente durch den Kernkanal des Röhrchens bis kurz vor der Düsenöffnung geführt wird. Am Umfang des Röhrchens ist ein äußerer Mantelkanal gebildet, durch welchen die Mantelkomponente zur Düsenöffnung geführt wird. Bei der bekannten Vorrichtung sind die Röhrchen fest an einem Träger angeordnet, der zwischen einer Düsenplatte und einer Verteilerplatte liegt. Die bekannte Vorrichtung besitzt den Nachteil, daß die Handhabung des Trägers mit den Röhrchen beim Montieren bzw. Demontieren besonders problematisch ist. So würde bereits ein verformtes Röhrchen dazu führen, daß der Träger mit der Düsenplatte nicht zusammengeführt werden kann. Durch die flexible Ausbildung der Röhrchen können zudem Passungsgenauigkeiten sehr schnell zu Verformungen führen.

Bei der bekannten Vorrichtung wird die Polymerschmelze für die Mantelschicht am äußeren Rand der Düsenplatte den Düsenbohrungen zugeführt. Die dadurch bedingten Ungleichmäßigkeiten der Schmelzeführung wirken sich außerdem bei einer großen Anzahl von Düsenbohrungen negativ auf die Schmelzequalität aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen von Mehrkomponentenfäden gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die einerseits bei Montage und Demontage leicht handhabbar und andrerseits die Herstellung von zahlreichen Kern-Mantel-Filamenten mit gleichmäßiger koaxialer Kern-Mantel-Struktur ermöglicht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Polymerschmelzen möglichst unter gleichen Bedingungen den Düsenöffnungen zuzuführen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Röhrchen zur Bildung eines Kernkanals einzeln in die Düsenplatte eingesetzt und unabhängig voneinander austauschbar sind. Hierzu weist jedes der Röhrchen an dem Ende unterhalb der Verteilerplatte an seinem Umfang jeweils einen Verteilerflansch auf. Die Verteilerflansche liegen an der Düsenplatte an und sind mit dem Röhrchen unabhängig voneinander auswechselbar. Zur Schmelzeführung sind die Verteilerflansche zwischen der Düsenplatte und der Verteilerplatte gespannt, so daß die Kernkanäle der Röhrchen unmittelbar mit Verteilerkanälen der Verteilerplatte verbunden sind. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß jedes der Röhrchen mit äußerst genauer Passgenauigkeit in die Düsenöffnungen der Verteilerplatte einsteckbar sind, so daß eine konzentrische Anordnung der extrudierten Kerne im Filamentquerschnitt sichergestellt ist.

Die vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung mit den Merkmalen nach Anspruch 2 bildet den Vorteil, daß sowohl die Polymerschmelze für den Kern als auch die Polymerschmelze für den Mantel unmittelbar von der Verteilerplatte ohne größere Umlenkungen in der Schmelzeführung zu der Düsenöffnung führbar ist. Hierzu ist in dem Verteilerflansch zumindest ein Verbindungskanal vorgesehen, um einen der Verteilerkanäle der Verteilerplatte direkt mit einem der Mantelkanäle der Düsenplatte zu verbinden.

Hierbei ist besonders vorteilhaft, wenn die Verbindungskanäle in den Verteilerflanschen im wesentlichen parallel zu den Kernkanälen ausgebildet sind. Somit werden die durch eine Düsenöffnung extrudierten Polymerschmelzen gemeinsam von der Verteilerplatte durch das Röhrchen und den Verteilerflansch zur Düsenöffnung geführt.

Die besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 sieht vor, daß jede Düsenbohrung durch eine Zentrieraufnahme für eines der Röhrchen und ein die Zentrieraufnahme durchdringendes Nutenprofil zur Bildung mehrerer Mantelkanäle gebildet ist. Damit ist sichergestellt, daß das Röhrchen innerhalb der Düsenbohrung konzentrisch gehalten wird.

Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 5 besitzt den Vorteil, daß Toleranzabweichungen in der Ebenheit zwischen der Düsenplatte und der Verteilerplatte kompensiert werden können, ohne daß eine Undichtigkeit beim Schmelzeübergang eintritt. Hierzu kann zwischen der Unterseite der Verteilerplatte und den Oberseiten der Verteilerflansche eine Dichtung, beispielsweise aus Aluminium, angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, jeweils jedem Verteilerflansch eine Dichtung zuzuordnen, so daß zwischen den Verteilerflanschen und der Verteilerplatte mehrere Dichtungen liegen.

Zur Abdichtung des Schmelzeübergangs zwischen dem Verteilerflansch und den Mantelkanälen der Düsenplatte wird weiterhin vorgeschlagen, eine Ringdichtung zwischen dem Verteilerflansch und der Oberseite der Düsenplatte vorzusehen. Damit wird bereits bei relativ geringen Verspannkräften zwischen der Düsenplatte und der Verteilerplatte eine Dichtheit der jeweiligen Schmelzeübergänge erreicht. Zur Versorgung mehrerer Mantelkanäle innerhalb einer Düsenbohrung ist die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 besonders geeignet.

Die erfindungsgemäße Spinnvorrichtung ist insbesondere zum Schmelzspinnen von Filamenten mit einem trilobalen Querschnitt geeignet. Durch die konzentrische Aufrichtung der Röhrchen lassen sich sowohl der Kern als auch der Mantel in trilobaler Form extrudieren. Hierzu ist die Düsenöffnung an der Unterseite der Düsenplatte sowie die Kernkanäle im Röhrchen jeweils mit einem trilobalen Austrittsquerschnitt ausgebildet.

Weitere Vorteile der Erfindung sind anhand eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachfolgend unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Es stellen dar:

Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 schematisch einen Längsschnitt einer Düsenbohrung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Fig. 1;

Fig. 3 schematisch einen Querschnitt der Düsenbohrung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelzspinnen von Mehrkomponentenfäden, insbesondere von Bikomponenten- Fäden aus zwei Polymerkomponenten in einer Kern-Mantel-Struktur gezeigt. Die Vorrichtung ist schematisch in einem Längsschnitt dargestellt.

Die Vorrichtung weist einen Düsentopf 1 auf, der vorzugsweise hohlzylindrisch ausgebildet ist und mittels eines hier nicht dargestellten Anschlußstückes an einem Spinnbalken gehalten wird. Der Düsentopf 1 dient zur Aufnahme einer Düsenplatte 2, eines Schmelzverteilers 4 sowie einer Filterplatte 5. Der Schmelzverteiler 4 und die Filterplatte 5 sind in dem Düsentopf 1 gehalten. Die Düsenplatte 2 ist durch mehrere Schrauben 27 mit einer Verteilerplatte 3.2 des Schmelzeverteilers 4 verspannt.

Die Filterplatte 5 weist zwei Filterkammern 6.1 und 6.2 auf. Der Filterkammer 6.1 wird durch Schmelzeleitungen (hier nicht dargestellt) eine Polymerschmelze B zugeführt. Der Filterkammer 6.2 wird ebenfalls über eine separate Schmelzeleitung (hier nicht dargestellt) eine Polymerschmelze A zugeführt. Innerhalb der Filterkammer 6.1 ist eine Filtereinheit 28.1 und in der Filterkammer 6.2 eine Filtereinheit 28.2 zur Filtrierung der jeweiligen Polymerschmelzen vorgesehen. Durch die Auslaßkanäle 7.1 und 7.2 sind die Filterkammern 6.1 und 6.2 mit einem Schmelzeverteiler 4 verbunden. Der Schmelzeverteiler 4 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch zwei untereinander angeordnete Verteilerplatten 3.1 und 3.2 gebildet. Die Verteilerplatten 3.1 und 3. 2 enthalten ein Bohrungs- und Nutensystem, um für Extrusion der Filamentstränge jeder Düsenöffnung 8 der Düsenplatte 2 beide Polymerkomponenten A und B zuzuführen. Hierzu weist die Verteilerplatte 3.2 eine Vielzahl von Verteilerkanälen 17 auf, die auf der Unterseite 22 der Verteilerplatte 3.2 münden. Das in den Verteilerplatten 3.1 ausgebildete Bohrungs- und Nutensystem ist aufgrund der Übersichtlichkeit in Fig. 1 nicht dargestellt.

Unterhalb der Verteilerplatte 3.2 ist die Düsenplatte 2 angeordnet. Die Düsenplatte 2 enthält auf der Unterseite 24 eine Vielzahl von Düsenöffnungen 8. Die Düsenöffnungen 8 sind mit einer die Düsenplatte bis zur Oberseite 23 durchdringenden Düsenbohrung 13 verbunden. In den Düsenbohrungen 13 ist pro Düsenöffnung 13 jeweils ein Röhrchen 11 eingesteckt, wobei das Röhrchen 11 mit seinem Ende innerhalb der Düsenbohrung 13 kurz vor der Düsenöffnung 8 endet. Das gegenüberliegende Ende der Röhrchen 11 liegt außerhalb der Düsenplatte 2 und ist jeweils mit einem am Umfang des Röhrchens 11 ausgebildeten Verteilerflansch 12 verbunden. Die Verteilerflansche 12 sind zwischen der Unterseite 22 der Verteilerplatte 3.2 und der Oberseite 23 der Düsenplatte 2 gespannt.

Die Schmelzeführung von der Verteilerplatte 3.2 bis zu den Düsenöffnungen 8 ist anhand eines Längsschnittes durch eine Düsenbohrung 13 der Düsenplatte 2 schematisch in Fig. 2 dargestellt. Der Querschnitt der Düsenbohrung 13 ist schematisch in Fig. 3 gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung gilt somit für die Fig. 2 und 3.

Die Düsenbohrung 13 in der Düsenplatte 3 ist durch eine Zentrieraufnahme 15 und ein die Zentrieraufnahme 15 durchdringendes Nutenprofil 14 gebildet. Die Zentrieraufnahme 15 ist im Durchmesser dem Außendurchmesser des Röhrchens 11 angepaßt. Das Röhrchen 11 und der Verteilerflansch 12 bilden eine Baueinheit, die einzeln in die Düsenbohrung 13 eingesteckt sind und dabei durch die Zentrieraufnahme 15 zentriert werden. Das Röhrchen 11 ist hohlzylindrisch ausgebildet und enthält einen Kernkanal 9. Der Kernkanal 9 besitzt am Ende des Röhrchens 11 innerhalb der Düsenbohrung 13 einen Auslaß 26 mit einem trilobalen Austrittsquerschnitt 29.

Am Umfang des Röhrchens 11 sind durch das Nutenprofil 14 mehrere Mantelkanäle 10 gebildet. Die Mantelkanäle 10 und der Kernkanal 9 münden innerhalb der Düsenbohrung 13, um dann gemeinsam durch die Düsenöffnung 8 zu treten. Die Düsenöffnung 8 weist hierzu einen trilobalen Austrittsquerschnitt 25 auf.

Der Kernkanal 9 durchdringt das Röhrchen 11 bis zur Verteilerplatte 3.2. In der Verteilerplatte 3.2 ist dem Kernkanal 9 gegenüberliegend ein Verteilerkanal 17.1 ausgebildet, welcher die Polymerschmelze A in den Kernkanal 9 einleitet.

Konzentrisch zu dem Kernkanal 9 ist in dem Verteilerflansch 12 jeweils eine untere Verteilernut 20 und eine obere Verteilernut 19 ringförmig eingebracht. Die Verteilernuten 19 und 20 sind durch mehrere im wesentlichen parallel zudem Kernkanal 9 eingebrachte Verteilerkanäle 18 miteinander verbunden. In die obere Verteilernut 19 des Verteilers 12 münden mehrere Verteilerkanäle 17.2 der Verteilerplatte 3.2. Dabei führen die Verteilerkanäle 17.2 die Polymerschmelze B.

Die untere Verteilernut 20 des Verteilerflansches 12 ist mit den Mantelkanälen 10 in der Düsenplatte 2 verbunden, so daß die Polymerschmelze B von den Verteilerkanälen 17.2 über die Verteilernut 19, die Verbindungskanäle 18 und die Verteilernut 20 in die Mantelkanäle 10 eingeleitet wird.

Zur Abdichtung der Schmelzeübergänge von den Verteilerkanälen 17.1 und 17.2 zu dem Kernkanal 9 und Verteilernut 19 ist zwischen der Verteilerplatte 3.2 und dem Verteilerflansch 12 eine Dichtung 16 vorgesehen. Hierbei weist die Dichtung 16 im Bereich der Verteilerkanäle 17.1 und 17.2 entsprechende Durchlaßöffnungen auf. Die Dichtung 16 ist vorzugsweise aus einem Aluminium- Werkstoff hergestellt. Zur Abdichtung des Schmelzeübergangs von der unteren Verteilernut 20 des Verteilerflansches 12 zu den Mantelkanälen 10 der Düsenplatte 2 ist eine Ringdichtung 21 zwischen dem Verteilerflansch 12 und der Düsenplatte 2 angeordnet. Die Ringdichtung 21 ist ebenfalls vorzugsweise aus einem Aluminium-Werkstoff gebildet.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in jeder Düsenbohrung eine Baueinheit bestehend aus dem Röhrchen 11 und dem Flansch 12 eingesteckt. Damit ist einerseits eine sichere Montage und andererseits ein einzelnes Reinigen und Auswechseln der Röhrchen in den Düsenbohrungen gewährleistet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit auch besonders zum Schmelzspinnen von Kern-Mantel-Fäden geeignet, bei welchen der Kern konzentrisch in dem Filamentquerschnitt ausgebildet ist. Durch die hohe Passgenauigkeit ist es möglich, die Filamentquerschnitte mit relativ dünnen Mantelschichten herzustellen. Insbesondere können trilobale Kern- Mantel-Fäden gesponnen werden, bei welchen beispielsweise der Kern durch eine Polymerschmelze aus Polypropylen und der Mantel durch eine Polymerschmelze aus Polyamid extrudiert ist.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist zum Schmelzspinnen von Bikomponenten-Fäden vorgesehen, die üblicherweise aus zwei Schmelzkomponenten gebildet werden. Es ist jedoch auch möglich, das Ausführungsbeispiel um weitere Komponenten zu erweitern. Hierbei ist zu beachten, daß jeder zusätzlichen Schmelzekomponente ein Kanalsystem bis zum Ende des Röhrchens 11 zugeordnet ist, damit die Komponenten gemeinsam durch die Düsenöffnungen extrudiert werden können.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Düsentopf

2

Düsenplatte

3

Verteilerplatte

4

Schmelzeverteiler

5

Filterplatte

6

Filterkammer

7

Auslaßkanal

8

Düsenöffnung

9

Kernkanal

10

Mantelkanal

11

Röhrchen

12

Verteilerflansch

13

Düsenbohrung

14

Nutenprofil

15

Zentrieraufnahme

16

Dichtung

17

Verteilerkanal

18

Verbindungskanal

19

Verteilernut

20

Verteilernut

21

Ringdichtung

22

Unterseite

23

Oberseite

24

Unterseite

25

Austrittsquerschnitt

26

Auslaß

27

Schrauben

28

Filterkammer

29

Austrittsquerschnitt

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Schmelzspinnen von Mehrkomponentenfäden aus zumindest zwei Polymerschmelzen (A, B) vorzugsweise in einer Kern-Mantel-Struktur mit einer Düsenplatte (2), welche auf einer Unterseite (24) mehrere Düsenöffnungen (8) und mehrere mit den Düsenöffnungen (8) verbundenen Düsenbohrungen (13) aufweist, mit mehreren hohlzylindrischen Röhrchen (11), welche jeweils mit einem Ende in die Düsenbohrungen (13) der Düsenplatte hineinragen und in der Düsenbohrung (13) einen inneren Kernkanal (9) und am Umfang des Röhrchens (11) zumindest einen äußeren Mantelkanal (10) bilden, und mit einer Verteilerplatte (3), welche mehrere Verteilerkanäle (17) aufweist, um eine der Polymerschmelzen (A) in die Kernkanäle (9) und die andere Polymerschmelze (B) in die Mantelkanäle (10) zuführen, wobei die Röhrchen (11) mit dem anderen Ende unterhalb der Verteilerplatte (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Röhrchen (11) an dem Ende unterhalb der Verteilerplatte (3) jeweils einen Verteilerflansch (12) aufweist, daß die Verteilerflansche (12) an der Düsenplatte (2) und an der Verteilerplatte (3) anliegen und daß die Verteilerflansche (12) mit den Röhrchen unabhängig von benachbarten Verteilerflanschen auswechselbar mit der Düsenplatte (2) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerflansche (12) die jeweilige Düsenbohrung (13) auf der Oberseite (23) der Düsenplatte (2) abdecken und daß jeder der Verteilerflansche (12) zumindest einen Verbindungskanal (18) aufweist, um einen der Verteilerkanäle (17.2) der Verteilerplatte (3) mit einem der Mantelkanäle (10) der Düsenplatte (2) zu verbinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle (18) in den Verteilerflanschen (14) im wesentlichen parallel zu den Kernkanälen (9) ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Düsenbohrungen (13) durch eine Zentrieraufnahme (15) für eines der Röhrchen (11)und ein die Zentrieraufnahme (15) durchdringendes Nutenprofil (14) zur Bildung mehrerer Mantelkanäle (10) gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Dichtung (19) zwischen der Verteilerplatte (3.1) und den Verteilerflanschen (12) vorgesehen ist, um die Schmelzeübergänge von den Verteilerkanälen (17) der Verteilerplatte (3.1) zu den Kernkanälen (9) und den Verbindungskanälen (18) der Verteilerflansche (12) abzudichten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Verteilerflansch (12) eine von mehreren Dichtung (19) zugeordnet ist, die zwischen der Verteilerplatte (3.1) und dem Verteilerflansch (12) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Verteilerflansch (12) eine Ringdichtung (21) zugeordnet ist, die zwischen der Düsenplatte (2) und dem Verteilerflansch (12) angeordnet ist, um den Schmelzeübergang von dem Verbindungskanal (18) des Verteilerflansches (12) zu dem Mantelkanal (10) der Düsenplatte (3) abzudichten.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerflansch (12) gegenüber der Düsenplatte (3) eine umlaufende Verteilernut (20) aufweist, welche einerseits mit dem Verbindungskanal (18) und andererseits mit mehreren Mantelkanälen (10) einer der Düsenbohrung (13) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerflansch (12) gegenüber der Verteilerplatte (3) eine weitere umlaufende Verteilernut (19) und mehrere Verbindungskanäle (18) zwischen den beiden Verteilernuten (19, 20) aufweist, um mehrere Verteilerkanäle (17) der Verteilerplatte (3) mit mehreren Mantelkanälen (10) einer der Düsenbohrungen (13) zu verbinden.

10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (8) an der Unterseite (24) der Düsenplatte (2) einen trilobalen Austrittsquerschnitt (25) aufweisen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernkanälen (9) in den Röhrchen (11)jeweils am Ende innerhalb der Düsenbohrung (13) einen trilobalen Austrittsquerschnitt (26) aufweisen.