DE102006012052A1

DE102006012052A1 - Spinning device for producing fine threads by splicing

Info

Publication number: DE102006012052A1
Application number: DE102006012052A
Authority: DE
Inventors: Lüder GERKING
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2007-09-13
Also published as: EP1902164B1; ATE478983T1; RU2008135761A; DE502006007739D1; RU2396378C2; CA2644977C; BRPI0621444A2; CN101460666A; EP1902164A1; CA2644977A1; CN102162141A; CN102162141B; WO2007101459A1; US20090221206A1; JP2009529102A; CN101460666B

Abstract

A spinning apparatus for producing fine threads by splicing, which comprises a plurality of protruding spinneret jets disposed in a spinneret jet portion and having spinning orifices from which the spinning dopes exit as monofils and having a plurality of acceleration jets, in particular Laval jets, whose cross section reduces, only to widen downstream of the smallest cross section, which are assigned to the spinning orifices is proposed to be provided with means for feeding gas streams which surround the monofils and are accelerated by the acceleration jets. The acceleration jet, in an at least partially plate-shaped gas jet portion, is constructed as a funnel-shaped depression into which the spinneret jet reaches to form gas flow channels. Means for relative displacement of the gas jet part and of the spinneret jet part relative to one another are provided such that the flow cross section of the gas flow channels is alterable and/or the position of the smallest cross section of the acceleration jets is adjustable in relation to the spinning orifices.

Description

Feine Fäden bis in den Bereich unter 1 Mikrometer (μm) können durch Aufspleißen eines fadenbildenden Fluidstromes als Schmelze, Lösung oder allgemein als Flüssigkeiten, die später zum Erstarren gebracht werden, hergestellt werden wie es in DE 199 29 709 , DE 100 65 044 und EP 1 358 369 beschrieben worden ist. Der Mechanismus der Fadenbildung ist grundsätzlich ein anderer als in allen bisher bekannt gewordenen Spinnverfahren, wo die Spinnmasse durch Aufwickelvorrichtungen aus den Spinndüsen zu Fäden abgezogen wird oder bei den Spinnvliesverfahren durch begleitende Luftströme, die eine Kraft auf sie ausüben und in besonderer Ausführung in sog. Meltblown-Verfahren, wo die den Faden ziehende Luft dicht neben den Spinndüsenöffnungen auf etwa Spinnstofftemperatur erwärmt austritt. Die Fadengeschwindigkeit erreicht dabei die der Aufwicklung bzw. liegt unter der sie ziehenden Luft- oder Gasströme. Das gilt für das Mittel der Fadendurchmesser, einzelne ,Ausreißer' werden beim Meltblown-Verfahren entdeckt, wo sich auch feinere als der sich aus Durchsatz und maximal möglicher Abzugsgeschwindigkeit, der größten Luftgeschwindigkeit, Durchmesser einstellen können, aber noch nicht in gezielter Weise wie es bei dem genannten neuen Verfahren, auch als Nanoval-Verfahren bezeichnet, geschieht. Hier wird nach einem neuen Mechanismus, erst kürzlich aus den hydrodynamischen Grundgesetzen erklärt, siehe L. Gerking in Chemical Fibers International 54 (2004) S. 261-262 und 56 (2006), S. 57-59 folgender Effekt genutzt: Wird ein Schmelze- oder allgemein Fluidfaden oder -film durch Schubspannungen außen beaufschlagt, so kommt es in seinem Innern zu einem Druckaufbau, wenn die Geschwindigkeit an der Außenhaut des Fluidstrahls größer ist als die in seinem Innern und dieses um so stärker, je größer seine Beschleunigung nach dem Austritt aus der Spinnöffnung erzielt werden kann. Dies ist, so kann man sagen, die Umkehr der Strömung in Rohren oder Kanälen (Hagen-Poiseuille), wo die Druckenergie zur Überwindung der Reibung an den Kanalwänden verbraucht wird, während im Fall des neuen Spinnverfahrens Energie auf den Faden durch die von außen an ihn wirkenden Schubspannungen übertragen wird. Diesem versucht er sich durch Druckzunahme im Innern zu widersetzen. Kühlt nicht nur die Außenhaut durch die sie umgebende Gasströmung ab, so kann es zum Erstarren des Fadens kommen. Im Fall von Polymeren und polymeren Lösungen mit ihrer grundsätzlich geringen Wärmeleitfähigkeit bildet sich aber zunächst nur eine äußere Haut zunehmender Viskosität und im Inneren des Fadens können die hydrodynamischen Effekte wirken. Es kommt dann in schöner Regelmäßigkeit und Reproduzierbarkeit zu einem Aufplatzen vergleichbar mit dem Platzen eines Rohres an sei ner Längsnaht mit in erstaunlicher Weise im Wesentlichen endlosen Fäden und bezogen auf den stochastischen Charakter des Aufspleißens geringer Streuungsbreite im Fadendurchmesser. Die Anzahl der einzelnen so erzeugten Fäden übertrifft bei der Herstellung besonders feiner Fäden im Bereich um und unter 1 μm bis zu mehreren Hundert aus einem Flüssigkeitsstrahl.Fine threads down to less than 1 micrometer (μm) can be made by splicing a filamentary fluid stream as a melt, solution, or, generally, as liquids which are later solidified, as in US Pat DE 199 29 709 . DE 100 65 044 and EP 1 358 369 has been described. The mechanism of the thread formation is fundamentally different than in all hitherto known spinning process, where the dope is withdrawn by winders from the spinneret to threads or in the spunbonding process by accompanying air currents that exert a force on them and in particular execution in so-called meltblown Method, where the air pulling the thread emerges close to the spinneret orifices heated to about fiber temperature. The yarn speed reaches that of the winding or is under the pulling air or gas streams. This applies to the mean of the thread diameter, single 'outliers' are discovered in the meltblown process, where even finer than the throughput and maximum possible withdrawal speed, the largest air velocity, diameter can adjust, but not in a targeted manner as it is the said new method, also referred to as Nanoval method happens. Here, according to a new mechanism, recently explained by the basic hydrodynamic laws, see L. Gerking in Chemical Fibers International 54 (2004) pp. 261-262 and 56 (2006), p. 57-59, the following effect is used: becomes a melt - Or generally fluid filament or film applied by shear stresses outside, it comes in its interior to a pressure build-up, when the velocity at the outer skin of the fluid jet is greater than that in its interior and this stronger, the greater its acceleration after exiting can be achieved from the spinning opening. This is, so to speak, the reversal of the flow in pipes or channels (Hagen-Poiseuille), where the pressure energy is used to overcome the friction on the channel walls, while in the case of the new spinning process energy is applied to the thread through the outside him acting shear stresses is transmitted. He tries to resist this by pressure increase inside. Cooling not only the outer skin by the surrounding gas flow, it can lead to the solidification of the thread. In the case of polymers and polymeric solutions with their basically low thermal conductivity, however, only an outer skin of increasing viscosity initially forms, and the hydrodynamic effects can act inside the thread. It then comes in beautiful regularity and reproducibility to a bursting comparable to the bursting of a tube to be ner longitudinal seam with in an astonishingly substantially endless threads and based on the stochastic character of the splicing low dispersion width in the thread diameter. The number of individual threads thus produced exceeds in the production of very fine threads in the range of and below 1 micron up to several hundred from a liquid jet.

Das Nanoval-Verfahren wird in Zeilendüsen in seinen industriellen Anwendungen ausgeführt, wobei sich eine Reihe von Spinnbohrungen oberhalb eines Spalts befindet. Das Gas, im Allgemeinen Luft ohne besondere Konditionierung nach ihrer Erzeugung in Gebläsen oder Verdichtern (der Energiebedarf ist grundsätzlich gering verglichen mit den Meltblown-Verfahren) strömt zu beiden Seiten der Zeilendüse in stetiger Beschleunigung auf den engsten Querschnitt des Spalts zu, der sich dann wieder meistens rasch erweitert, grundsätzlich aber die Konfiguration einer Lavaldüse hat. Auch einzelne runde Düsen wurden beschrieben umgeben von einem sich stetig auf den engsten Querschnitt hin verringernden Ringspalt. Es hat sich gezeigt, dass die allseitig von einer rotationssymmetrischen Gasströmung auf den Faden einwirkenden Schubkräfte zu einem geringeren mittleren Durchmesser der sich durch das Aufspleißen ergebenden im Wesentlichen endlosen Fäden führen, was auf die gleichmäßigere Beaufschlagung des Fadens zurückgeführt wird, einerlei ob die Luft noch zusätzlich erwärmt wird oder nicht. Auch die Abkühlung, die im Wechselspiel den Aufplatzeffekt mit den hydrodynamischen Kräften bewirkt, ist gleichmäßiger um den Faden verteilt als dies bei der nur seitlichen Beaufschlagung in Zeilendüsen mit linearer Lavaldüsenkonfiguration geschieht und es wird weniger Luft verbraucht: Bei den Zeilendüsen wird in den Zwischenräumen von Faden zu Faden ein Teil der Luft schlechter genutzt.The Nanoval process is used in line nozzles in its industrial Applications running, with a series of spin holes located above a gap. The gas, generally air without special conditioning after their generation in blowers or compressing (the energy requirement is basically low compared to the meltblown process) flows on both sides of the row nozzle in constant acceleration to the narrowest cross-section of the gap which usually widens rapidly, but basically the configuration of a Laval nozzle Has. Also single round nozzles were described surrounded by a steadily on the narrowest Cross-section towards reducing annular gap. It has been shown that the on all sides of a rotationally symmetric gas flow the thread acting shear forces to a smaller average diameter resulting from the splicing essentially endless threads to lead, which is due to the more uniform application the thread is returned, whether the air is additional heated will or not. Also the cooling, the interplay the Aufplatzeffekt with the hydrodynamic forces causes is more uniform around the thread distributed as this at the only lateral admission in row nozzles with linear Laval nozzle configuration happens and it is consumed less air: In the line nozzles is in the interstices from thread to thread a part of the air is used less well.

Eine weitere Einflussgröße für die Erzeugung feiner und immer feinerer Fäden wie sie sonst beispielsweise nur durch Elektrospinnverfahren, allerdings in sehr geringen Durchsätzen und großem Raum- und Sicherheitsaufwand wegen der benötigten Hochspannung, erzeugt werden können, ist der Durchsatz pro Spinndüsenöffnung, einerlei ob mit runden oder schlitzförmigen Öffnungen für den Spinnstoff. Die Gasgeschwindigkeit kann im engsten Querschnitt der Lavaldüse Schallgeschwindigkeit erreichen, dahinter in der Erweiterung durchaus auch noch in den Überschall gehen, was dann bei dieser von Fäden beladenen Strömung meistens rasch zu Unterschall durch Verdichtungsstöße führt. Es kann aber nur eine bestimmte Formänderungsarbeit durch die Schubspannungskräfte bei gegebener Lauffläche der noch verformbaren Fadenmasse geleistet werden. Die Durchsätze sind demzufolge grundsätzlich kleiner bei der Erzeugung sehr feiner Fäden im Bereich um und unter 1 μm. Das führt dazu, dass man für einen bestimmten Gesamtdurchsatz bei der Herstellung von Vliesen nach dem Nanoval-Verfahren für feinere Fäden mehr Spinndüsen über die Breite braucht. Bei der Erzeugung von Garnen gilt das entsprechend.Another influencing factor for the production of fine and ever finer threads, which can otherwise be produced for example only by electrospinning, but in very low throughputs and large space and security costs because of the required high voltage, is the throughput per spinneret opening, whether with round or slit-shaped openings for the textile material. The gas velocity can reach the speed of sound in the narrowest cross-section of the Laval nozzle, behind it in the extension quite well go into the supersonic, which then usually leads to this string laden with threads flow to subsonic by compression shocks. But it can only be done a certain deformation work by the shear stress forces at a given tread of the still deformable yarn mass. The throughputs are therefore generally smaller in the production of very fine threads in the range of and below 1 micron. This results in the need for more spinnerets across the width for a particular overall throughput in the production of nonwovens by the nanoval process for finer filaments. At the he The same applies to the production of yarns.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Erzeugung feiner Fäden zu schaffen, die kompakt und konstruktiv einfach ist, wobei sie an unterschiedliche Durchsätze anpassbar ist.Of the Invention is based on a device for generating the object fine threads to create that is compact and constructively simple, taking them to different throughputs is customizable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.These Task is achieved by the characterizing features of the main claim in connection with solved the features of the preamble.

Durch die in den Unteransprüchen dargestellten Merk male sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.By in the subclaims illustrated characteristics are advantageous developments and improvements possible.

Dadurch, dass die Vorrichtung zur Erzeugung feiner Fäden mindestens ein mit Vorsprüngen versehenes Düsenteil und ein Gasteil mit mindestens einem Gaszufuhrraum aufweist, wobei die Vorsprünge des Düsenteils die Spinndüsen beinhalten und das Gasteil neben dem Gaszufuhrraum und eine Mehrzahl von trichterförmigen Einsenkungen aufweist, wobei die Vorsprünge in die trichterförmigen Vertiefungen eingreifen, derart, dass Kombinationen von Spinndüsen/Beschleunigungsdüsen, insbesondere Lavaldüsen mit rotationssymmetrischen Gasströmungskanälen und ringspaltförmigem Zulauf gebildet werden, kann die Vorrichtung kompakt mit einer Vielzahl von dicht nebeneinander liegenden Kombinationen und erweiterbar aufgebaut werden.Thereby, that the device for producing fine threads at least one provided with projections nozzle part and a gas part having at least one gas supply space, wherein the projections of the nozzle part the spinnerets include and the gas part adjacent to the gas supply space and a plurality of funnel-shaped Has depressions, wherein the projections in the funnel-shaped depressions engage, such that combinations of spinnerets / accelerating nozzles, in particular Laval nozzles with rotationally symmetrical gas flow channels and annular gap-shaped inlet The device can be made compact with a variety of close-together combinations and expandable being constructed.

Besonders vorteilhaft ist, dass Gasteil und Düsenteil verschiebbar zueinander sind, so dass die zwischen Gasteil und Begrenzungswänden des Düsenteils mit Vorsprüngen gebildeten Gasströmungskanäle unterschiedliche Strömungsquerschnitte einnehmen können, wodurch die Höhe der Spinnöffnungen zu dem engsten Querschnitt der Beschleunigungsdüsen, insbesondere Lavaldüsen, einstellbar ist. Dadurch wird das Anspinnen erleichtert und bei mehreren Düsen neben- und hintereinander überhaupt erst ermöglicht, indem das Gasteil gegenüber dem Düsenteil zurückgezogen wird, um den kommenden Fadenlauf nicht zu beeinträchtigen.Especially It is advantageous that the gas part and the nozzle part are displaceable relative to one another are, so that between the gas part and boundary walls of the nozzle part with projections formed gas flow channels different Flow areas can take causing the height the spinning openings adjustable to the narrowest cross section of the accelerating nozzles, in particular Laval nozzles is. This makes piecing easier and, with several nozzles, and in a row at all only allows by the gas part opposite the nozzle part withdrawn will not affect the upcoming threadline.

Es kann eine Mehrzahl von Düsen- und Gasteilen nebeneinander angeordnet werden, wobei auch unterschiedliche Spinnstoffe ausgesponnen werden können.It can a plurality of nozzle and gas parts are arranged side by side, with different ones Spinning materials can be spun out.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The The invention is illustrated in the drawing and will become apparent in the following Description closer explained. Show it:

1 einen Querschnitt durch einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend der Schnittlinie A-A in 2, und 1 a cross section through a part of the device according to the invention according to the section line AA in 2 , and

2 einen Schnitt durch die Vorrichtung entsprechend der Schnittlinie B-B in 1. 2 a section through the device according to the section line BB in 1 ,

Die in 1 dargestellte Vorrichtung weist ein Düsenteil 1 mit einer Reihe von Erhebungen oder Vorsprüngen, vorzugsweise in Kegelform, auf, die Spinndüsen 13 aufnehmen bzw. bilden. Beispielsweise kann das Düsenteil als Platte ausgebildet sein, in die die Spinndüsen 13 eingesetzt sind. Die Spinndüsen weisen Schmelze- oder Lösungskanäle 14 auf, die in einer Spinndüsenöffnung 3 enden.In the 1 The device shown has a nozzle part 1 with a series of projections or projections, preferably in the form of cones, on the spinnerets 13 record or form. For example, the nozzle part may be formed as a plate into which the spinnerets 13 are used. The spinnerets have melt or dissolution channels 14 on that in a spinneret opening 3 end up.

Weiterhin ist ein Gasteil 2 vorgesehen, das beispielsweise zwei parallele Platten aufweist, wobei trichterförmige Einsenkungen vorgesehen sind.Furthermore, a gas part 2 provided, for example, has two parallel plates, funnel-shaped depressions are provided.

Zwischen den Platten wird ein Hohlraum 9 gebildet, der durch die trichterförmigen Einsenkungen unterbrochen wird. Der Hohlraum 9 dient als Gaszufuhrkammer, die wiederum an eine Gasversorgungsquelle angeschlossen ist. Um jede trichterförmige Einsenkung herum ist eine ringförmige Öffnung 4 eingearbeitet, wobei die in 1 im Schnitt dargestellten Öffnungen 4 entsprechend 2 gemeinsam für benachbarte trichterförmige Einsenkungen gelten, d.h. im Ausführungsbeispiel sind die trichterförmigen Einsenkungen dicht nebeneinander angeordnet.Between the plates becomes a cavity 9 formed, which is interrupted by the funnel-shaped depressions. The cavity 9 serves as a gas supply chamber, which in turn is connected to a gas supply source. Around each funnel-shaped depression is an annular opening 4 incorporated, the in 1 shown in section openings 4 corresponding 2 jointly apply to adjacent funnel-shaped depressions, ie in the embodiment, the funnel-shaped depressions are arranged close to each other.

Die kegelförmigen, die Spinndüsen 13 bildenden Erhe bungen greifen in die Einsenkungen des Gasteils 2 derart ein, dass rotationssymmetrische Gasströmungskanäle 5 entstehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeweils in den Zwischenraum zwischen den Spinndüsen 13, die in 1 als Vertiefungen dargestellt sind, unter Bildung eines Luftspaltes 12 noch ein isolierendes Formteil 11 eingesetzt, das sich bis zur Spinnöffnung 3 erstreckt, so dass der Gasströmungskanal 5 zwischen Oberfläche Formteil 11 und Oberfläche der Einsenkung im Teil 2 um den Raum 9 gebildet wird. Dabei ist der jeweilige Gasströmungskanal 5 so ausgebildet, dass er sich in Richtung der jeweiligen Spinnöffnung 3, die von der jeweiligen Einsenkung rotationssymmetrisch umgriffen wird, verjüngt. Es wird somit jeweils eine Laval-Düse realisiert, deren Querschnitt sich an der Kante zwischen Einsenkung und Außenfläche der in der 1 unteren Platte schlagartig erweitert, was aber auch allmählich geschehen kann.The conical, the spinnerets 13 forming surveys engage in the depressions of the gas part 2 such that the rotationally symmetrical gas flow channels 5 arise. In the illustrated embodiment is in each case in the intermediate space between the spinnerets 13 , in the 1 are shown as depressions, forming an air gap 12 another insulating molding 11 used, extending to the spinning opening 3 extends, so that the gas flow channel 5 between surface molding 11 and surface of the depression in the part 2 around the room 9 is formed. In this case, the respective gas flow channel 5 designed so that it moves in the direction of the respective spinning opening 3 Rotating from the respective depression is symmetrically embraced, rejuvenated. It is thus realized in each case a Laval nozzle whose cross-section at the edge between the recess and outer surface of the in the 1 bottom plate suddenly expanded, but this can happen gradually.

Das Düsenteil 1 und das Gasteil 2 sind relativ zueinander, entsprechend 1 gesehen, in senkrechter Richtung verschiebbar, was durch nicht dargestellte Gleitstäbe realisiert werden kann. Dadurch kann die Höhe der engsten Stelle 6 der Lavaldüse in Bezug auf die Spinnöffnung 3 eingestellt werden, wodurch auch das Anspinnen erleichtert wird.The nozzle part 1 and the gas part 2 are relative to each other, accordingly 1 seen, displaced in the vertical direction, which can be realized by sliding rods, not shown. This allows the height of the narrowest point 6 the Laval nozzle in relation to the spinning opening 3 can be adjusted, whereby the piecing is facilitated.

Diese Gleitstäbe können gleichzeitig bei unterschiedlichen Ausdehnungen des Düsen- 1 und des Gasteils 2 entstehende Kraft aufnehmen, wodurch die Positionierung beider Teile zueinander beibehalten wird.These slide rods can be used simultaneously with different expansions of the nozzle 1 and the gas part 2 absorb resulting force, whereby the positioning of both parts is maintained to each other.

In 2 sind zwei Reihen von Kombinationen aus Spinndüsen 13 und Lavaldüsen, endend im engsten Querschnitt 6 dargestellt, wobei die Spinndüsen 13 einer Reihe zu denen der anderen Reihen versetzt sind. Es ist insbesondere bei größeren Spinnbalkenbreiten möglich, dass zwischen benachbarten Reihen noch gesonderte Gasverteilungskanäle vorgesehen sind, um die benötigen Gasmengen an die Lavaldüsen heranzuführen.In 2 are two rows of combinations of spinnerets 13 and Laval nozzles, ending in the narrowest cross-section 6 shown, wherein the spinnerets 13 one row are offset to those of the other rows. It is possible in particular for larger spinning beam widths that separate gas distribution channels are provided between adjacent rows in order to introduce the required quantities of gas to the Laval nozzles.

Im Folgenden wird auf die Funktionsweise eingegangen.in the The following describes the functionality.

In 1 wird die Schmelze in dem Teil 1 herangeführt und tritt in den Spinndüsenöffnungen 3 aus, während das Gas, im Folgenden als Luft bezeichnet, aus dem Raum 9 im Teil 2 nach dem Austritt über die ringförmige Öffnung 4 dem zur Spinndüsenöffnung 3 rotationssymmetrischen Kanal 5 zwischen Teil 1 und 2 auf den engsten Querschnitt 6 zuströmt und zuvor an der Spinnöffnung 3 den austretenden Faden 7 erfasst, ihn beschleunigt, d.h. im Durchmesser verringert und nach dem Nanoval-Effekt bereits in der Lavaldüse oder kurz danach zum pinselartigen Aufplatzen in ein Fadenbündel 8 bringt.In 1 the melt is in the part 1 introduced and enters the spinneret openings 3 while the gas, hereinafter referred to as air, out of the room 9 in part 2 after exiting via the annular opening 4 to the spinneret opening 3 rotationally symmetric channel 5 between part 1 and 2 on the narrowest cross section 6 flows in and before at the spinning opening 3 the escaping thread 7 recorded, accelerated, ie reduced in diameter and after the nano-oval effect already in the Laval nozzle or shortly after the brush-like bursting into a bundle of filaments 8th brings.

Während das Anspinnen bei einer Zeilendüse einfach durch Zusammenschieben von zwei die Lavaldüsen bildenden Kanalhälften geschieht, ist dies bei Düsenkombinationen in mehreren Reihen nicht möglich. Das Teil 2 kann aber in Richtung der Fadenaustrittsachse verschoben werden. Dadurch kann es beim Anspinnnen zu dem Formteil 11 hin ganz zurückgezogen werden, eine Ausblasung von Spinnluft über die Öffnungen 4 kann zunächst unterbleiben oder sie wird in geringem Maße zugelassen. Sodann wird das Teil 2 herabgesenkt, der Faden angesponnen, verzogen und zum Platzen gebracht nach den aus dem Verfahren bekannten Einstelldaten für die Luftgeschwindigkeit aus dem angewendeten Druck im Raum 9 des Teils 2, für die strömende Spinnmasse aus den Öffnungen 3 und bei der für das Splei ßen erforderlichen Temperatur der Spinnmasse. Diese wird vorteilhafterweise erst kurz vor Austritt aus den Spinnöffnungen 3 zusätzlich erwärmt, angedeutet durch Heizungen 10. Damit die strömende Luft bei geringeren Temperaturen als der Spinnmassentemperatur diese nicht unzulässig abkühlt, ist das Formteil 11 so gestaltet, dass es zum einen die innere Wand des rotationssymmetrischen Kanals 5 für eine stetige Beschleunigung der Luft bis dicht an die Spinndüsenöffnung 3 hin formt, aber über einen Luftspalt 12 auch die Spinndüse 13 gegen die Luftströmung im Strömungskanal 5 wärmeisoliert.While the piecing in a line nozzle is done simply by pushing together two halves of the channel forming the Laval nozzles, this is not possible with nozzle combinations in several rows. The part 2 but can be moved in the direction of the thread exit axis. As a result, it can when piecing to the molding 11 withdrawn completely, a blow-out of spinning air through the openings 4 can initially be omitted or it is allowed to a small extent. Then the part 2 lowered, the thread wound, warped and burst according to the known from the procedure adjustment data for the air speed from the applied pressure in the room 9 of the part 2 , for the flowing dope from the openings 3 and at the Shen required for splicing temperature of the dope. This is advantageously only shortly before exiting the spinning openings 3 additionally heated, indicated by heaters 10 , So that the flowing air at lower temperatures than the spinning mass temperature does not cool these unduly, is the molded part 11 designed so that there is on the one hand, the inner wall of the rotationally symmetrical channel 5 for a steady acceleration of the air close to the spinneret orifice 3 formed, but over an air gap 12 also the spinneret 13 against the air flow in the flow channel 5 thermally insulated.

Die zwei grundsätzlichen Stellungen des beweglichen Teils 2 sind in 1 angedeutet, gestrichelt für den Anspinnvorgang.The two basic positions of the moving part 2 are in 1 indicated, dashed for piecing.

2 zeigt einen Horizontalschnitt B-B als Ausschnitt durch eine mehrreihige Düsenvorrichtung für zwei Reihen von Düsen zur Veranschaulichung der Luftzufuhr von außen an die einzelnen Spinndüsen 13 zur Speisung aus dem Raum 9 über die Öffnungen 4 in die Kanäle 5, welche jeweils am kleinsten Querschnitt 6 enden. 2 shows a horizontal section BB as a section through a multi-row nozzle device for two rows of nozzles to illustrate the air supply from the outside to the individual spinnerets 13 for feeding from the room 9 over the openings 4 into the channels 5 , which in each case at the smallest cross-section 6 end up.

Es können bei größerem Luftbedarf, so bei größeren Vlies- und damit Spinnbalkenbreiten, Hauptverteilerkanäle zwischen den Düsenöffnungen angebracht werden, wobei nur die Reihen der Einzeldüsen in Vlieslaufrichtung etwas auseinander rücken, denn die erfindungsgemäße Spinndüsenvorrichtung hat als Spinnbalken gleichzeitig den Vorteil, dass er in Vlieslaufrichtung gesehen mehrere Spinnbalken hintereinander bildet. Jede hat ihre gewissen Ungleichmäßigkeiten, auch von Loch zu Loch wie in dem hier gezeigten Fall mit Spinndüse und Lavaldüse über die Vliesbreite hin.It can with greater air requirement, so with larger fleece and thus spine widths, main distribution channels between the nozzle openings be attached, with only the rows of individual nozzles in fleece running direction to move apart, because the spinneret device according to the invention has the advantage as a spinning beam that he in fleece running direction Seen several spinning beams in a row forms. Everyone has theirs certain irregularities, also from hole to hole as in the case shown here with spinneret and Lavaldüse over the Fleece width down.

Zwischen den einzelnen Reihen kann ein statistischer Ausgleich zu größerer Vliesgleichmäßigkeit stattfinden, weil die Fäden der folgenden Reihen vermehrt die Dünnstellen der vorhergehenden belegen.Between the individual rows can be statistically compensated for greater nonwoven uniformity, because the threads the following rows increase the thinnings of the preceding rows occupy.

Wird zur Abkühlung oder Warmhaltung, beim Spinnen von Lösungen auch zur Koagulation der Fäden weiterhin Gas bzw. Luft oder ein flüssiges Medium zu ihrer Begleitung gewünscht, so kann diese als dritter Fluidstrom leicht zwischen den Spinn- und Lavaldüsen eingeleitet und zur Ausströmung gebracht werden.Becomes to cool down or keeping warm, while spinning solutions also for coagulation the threads continue Gas or air or a liquid Desired medium to accompany her, as a third fluid stream, this can easily be interposed between the spinning and laval nozzles initiated and to the outflow to be brought.

Die Vorrichtung ist auch grundsätzlich geeignet, unterschiedliche Spinnstoffe in den einzelnen Spinndüsen auszuspinnen, wozu die Schmelze- oder Spinnlösungsverteilung entsprechend eingerichtet werden muss, sei es alternierend quer zur Fahrtrichtung oder auch unterschiedlich von Reihe zu Reihe. Es gelingt damit, Mischvliese herzustellen zur Erzielung besonderer Effekte wie das Einspinnen von Bindefäden in Matrixfäden, z.B. Polypropylen als Bindefaden und Polyester als die Festigkeit gebende Matrix oder durch einen Teil stärker schrumpfender Fäden, um nach der Vliesablage durch Schrumpfen des gesamten Fadenverbandes höhere Volumen und Weichheit zu erzeugen sowie andere Vlieseigenschaften durch zwei oder mehrere unterschiedliche Komponenten. Auch Bi- oder Mehrkomponentenfäden sind durch Zufuhr von zwei oder mehreren Spinnstoffen in das Teil 1 und in die Kanäle 14 unschwer herzustellen. unterschiedliche Durchsätze, eingestellt durch unterschiedlich große Öffnungsquerschnitte der Spinndüsenöffnungen 3 oder gesteuerte Schmelzezufuhr an diese, kann eine andere Art von Mischvliesen erzeugt werden.The device is also fundamentally suitable for spinning out different textile materials in the individual spinnerets, for which purpose the melt or dope distribution must be set up accordingly, be it alternately transversely to the direction of travel or else different from row to row. It is thus possible to produce mixed nonwovens to achieve special effects such as the binding of binding threads in matrix threads, eg polypropylene as binder thread and polyester as the strength-giving matrix or by a part of more shrinking threads to after fleece storage by shrinkage of the entire thread structure higher volume and softness and other nonwoven properties by two or more different components. Also bi- or multi-component threads are by feeding two or more textile materials in the part 1 and in the channels 14 easy to produce. different throughputs, set by differently sized opening cross sections of the spinneret openings 3 or controlled melt supply to this, another type of mixed webs can be produced.

Die vorliegende Vorrichtung hat außerdem den Vorteil, dass sie den Schmelzeteil 1 mit dem kälteren Spinnluftteil 2 zwar gegeneinander verschiebbar, aber quer dazu fest verbindet. Nach Aufheizen von Teil 1 mit hier nicht gezeigten Heizungen wird sich grundsätzlich, wenn keine besonders erwärmte Luft aus Teil 2 zugeführt wird, Teil 1 gegenüber 2 mehr ausdehnen, so dass jeweils Spinnbohrung 3 und engster Querschnitt 6 Abweichungen über die Breite und Länge zeigen. Die Verbindung kann durch die nicht gezeigten Gleitstäbe geschehen, die diese Abweichung kräftemäßig verhindern, wobei sie in den Platten des Düsenteils 1 und des Gasteils zwischen den Kombinationen Spinndüse/Lavaldüse angeordnet sein können. Zur Verhinderung der unterschiedlichen Ausdehnung kann aber auch bewusst eine Erwärmung der Luftströmung in Strömungskanal 5 vorgenommen werden.The present device also has the advantage of having the melting part 1 with the colder spin air part 2 Although mutually displaceable, but cross connects to it firmly. After heating up part 1 with heaters not shown here is basically, if no particularly heated air from part 2 is fed, part 1 across from 2 expand more, so each spinning hole 3 and closest cross section 6 Deviations across the width and length show. The connection can be made by the sliding rods, not shown, which prevent this deviation in terms of power, while in the plates of the nozzle part 1 and the gas part between the combinations spinneret / Laval nozzle can be arranged. To prevent the different expansion but also aware of a warming of the air flow in the flow channel 5 be made.

Eine Führung des Teil 1, das zunächst zurückgesetzt gegenüber der Spinnbohrungsöffnung 3 ist und später in Laufrichtung des Fadens 7 verschoben zur Erzeugung des Spleißeffektes ist, hat durch im Werkzeugbau bekannte Führungen oder Gleitstäbe zu geschehen. Die Einbringung der Luft, ebenfalls hier nicht gezeichnet, geschieht von außen von vorn, hinten oder seitlich am Spinnbalken, wobei eine Dichtung zwischen Düsenteil 1 und Gasteil 2 vorhanden sein muss oder weil wenige Millimeter Führungslänge zwischen 1 und 2 ausreichen, auch über Wellbälge um den Spinnbalken herum und einer äußeren Verteilungskammer können die in 2 gezeigten Kammern 9 gespeist werden. Es ist nun auch auf einfache Weise möglich, Spinnbalken größerer Breite in mehrere Düsenfelder aufzuteilen, diese wiederum bestehend aus zahlreichen einzelnen Spinndüse-/Lavaldüsekombinationen, so dass einzelne dieser Pakete (Spinnpacks) ausgewechselt werden können bei Verstopfungen der Spinnöffnungen oder anderen Störungen. Die Trennfugen sind dann schräg zur Laufrichtung angebracht, wobei die Spinndüsenöffnungen wie in 2 gezeigt jeweils auf die Lücke der vorigen angeordnet sind.A guide of the part 1 , which initially reset against the spin hole opening 3 is and later in the direction of the thread 7 shifted to produce the splicing effect has to be done by known in tool making guides or slide rods. The introduction of the air, also not drawn here, happens from the outside from the front, back or side of the spinning beam, with a seal between the nozzle part 1 and gas part 2 must be present or because a few millimeters of guide length between 1 and 2 sufficient, also about Wellbälge around the spinning beam around and an outer distribution chamber, the in 2 shown chambers 9 be fed. It is now also possible in a simple manner to divide spinning beam of greater width into a plurality of nozzle fields, these in turn consisting of numerous individual spinneret / Laval nozzle combinations, so that individual of these packages (spin packs) can be replaced in case of blockages of the spinning openings or other disorders. The parting lines are then mounted obliquely to the direction of rotation, wherein the spinneret openings as in 2 shown are each arranged on the gap of the previous.

Das folgende Beispiel zeigt den Einsatz der Vorrichtung im Spleißspinnverfahren nach Nanoval und den beispielhaft erzielten Fadenwerten. Eine Polypropylen-Schmelze wurde auf neunzehn in einer Reihe angeordneten Spinndüsen 13 mit Zulaufbohrungen für die Schmelze 14 und Spinndüsenöffnungen 3 mit einem Durchmesser von 0,3 mm verteilt. In Fadenlaufrichtung danach befand sich zu jeder dieser Öffnungen eine Lavaldüse mit engstem Querschnitt 6 von 3 mm Durchmesser, welche nach dem Anspinnen auf die Spinnöffnung zurückgeführt wurde. Der Polymerdurchsatz wurde in Bereichen wie sie Tabelle 1 wiedergibt geändert, ebenso der Luftdruck und damit die strömende Luftgeschwindigkeit im Bereich der auf den Faden bei 7 für die zum Spleißen führenden Schubspannungen. Die Temperatur der Polypropylenschmelze konnte in den Spinndüsen 13 um etwa weitere 20 °C kurz vor ihrem Austritt aus der Spinnöffnung bei 3 über elektrische Heizelemente erwärmt werden.

Tabelle 1 Fadenergebnisse Polypropylen (PP) MFI 28 Schmelzindex bei 230 °C und 2,16 kg

m_o: Polymerdurchsatz pro Spinnbohrung
T_S: Schmelzetemperatur
Δp_k: Luftdruck vor Beschleunigung in der Lavaldüse
T_L: Lufttemperatur ebendort
d₅₀: mittl. Fadendurchmesser aus 20 Einzelmessungen am Mikroskopbildschirm
CV: statist. Streuung/d₅₀·100 % Variationskoeffizient der erzeugten Fadendurchmesser
d_min: kleinster jeweils gemessener Fadendurchmesser

The following example shows the use of the device in the splicing spinning process according to Nanoval and the yarn values obtained by way of example. A polypropylene melt was placed on nineteen spinnerets arranged in a row 13 with inlet holes for the melt 14 and spinneret openings 3 distributed with a diameter of 0.3 mm. In the thread running direction thereafter, there was a Laval nozzle with the narrowest cross-section of each of these openings 6 of 3 mm diameter, which was returned to the spinning opening after piecing. The polymer flow rate was changed in areas as shown in Table 1, as well as the air pressure and thus the flowing air velocity in the area of the thread on 7 for the shear stresses that lead to splicing. The temperature of the polypropylene melt could be in the spinnerets 13 at about 20 ° C just before it leaves the spinning opening 3 be heated by electrical heating elements.

Table 1 Thread Results Polypropylene (PP) MFI 28 Melt Index at 230 ° C and 2.16 kg

m _o: Polymer throughput per spin hole
T _S: melt temperature
Δp _k: Air pressure before acceleration in the Laval nozzle
T _L: Air temperature there
d ₅₀: av. Thread diameter from 20 individual measurements on the microscope screen
CV: statist. Scattering / d ₅₀ · 100% coefficient of variation of the yarn diameters produced
d _min: smallest each measured thread diameter

Auffallend ist, dass nicht unbedingt nur bei höheren Luftdrücken, also höheren Luftgeschwindigkeiten, höheren Lufttemperaturen und geringeren Durchsätzen die feinen Fäden bis herunter bis zu etwa 0,5 μm = 500 Nanometer (nm) erzeugt werden konnten, sondern dies auch bei größeren Durchsätzen von 3 g/min und Loch gelang, wozu die Temperatur der Schmelze allerdings vor ihrem Austritt erhöht wurde von 335 auf 352 °C, die Lufttemperatur zunächst bei dem höheren Durchsatz von 3,0 g/min noch im Bereich der durch die Kompression erzeugten blieb und die Erhöhung bei sonst gleich bleibenden Werten auf 180 °C keinen messbaren Einfluss in Richtung höherer Feinheit ergab. Erst eine auf 220 °C erhöhte Lufttemperatur ergab dann den Wert von d₅₀ = 1 μm mit im Mikroskop gemessenen minimalen Durchmessern von 0,44. Eine Fadenmessung wie hier mit dem Mikroskop kann allerdings keine hohe Genauigkeit mehr beanspruchen, da man bereits im Bereich der Lichtwellenlängen liegt. Auf jeden Fall sind eindeutige Abhängigkeiten da, die zunächst vom Standpunkt des konventionellen Spinnens überraschen. Vergegenwärtigt man sich jedoch, dass hier Fäden durch Aufplatzen, einer Fragmentierung also, erzeugt werden, so sind andere Gesetzmäßigkeiten als die der reinen Längsverziehung wie oben beschrieben am Werke, die dazu führen, dass man einzelne Parameter wie beispielsweise die Schmelzetemperatur zur Gasgeschwindigkeit verändern kann mit gleichem Einfluss auf die sich ergebenden mittleren Fadendurchmesser und sogar ihre Streuung.It is striking that not only at higher air pressures, ie higher air velocities, higher air temperatures and lower throughputs, the fine filaments could be produced down to about 0.5 μm = 500 nanometers (nm), but also at larger throughputs of 3 g / min and hole was achieved by raising the temperature of the melt from 335 to 352 ° C prior to its discharge, however, the air temperature initially remained at the higher throughput of 3.0 g / min in the area produced by the compression and the Increase with otherwise constant values to 180 ° C no measurable influence towards higher fineness resulted. Only an air temperature increased to 220 ° C then gave the value of d ₅₀ = 1 micron with measured in the microscope minimum diameters of 0.44. However, a thread measurement as here with the microscope can no longer claim high accuracy, since one is already in the range of light wavelengths. In any case, there are clear dependencies that are initially surprising from the standpoint of conventional spinning. However, if one realizes that threads are produced by bursting, that is fragmentation, then other laws than those of pure longitudinal distortion as described above are at work, which lead to the fact that one can change individual parameters such as the melt temperature to the gas velocity same influence on the resulting average thread diameter and even their dispersion.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung vornehmlich der Erzeugung feiner Fäden dienen soll, können auch gröbere mit ihr ersponnen werden, wodurch sie ihre Vielseitigkeit zeigt. So wurden Fäden aus Polyester und Polylactid erzeugt wie in den Tabellen 2 und 3 wiedergegeben. Der Durchmesser der Spinndüsenöffnungen 3, betrug 1,0 mm.Although the device according to the invention is primarily intended for the production of fine threads, coarser can be spun with her, whereby it shows their versatility. Thus, threads of polyester and polylactide were produced as shown in Tables 2 and 3. The diameter of the spinneret openings 3 , was 1.0 mm.

Tabelle 2 Fadenergebnisse Polyester (PET) i.o. = 0,64 intrinsische Viskosität (Textiltyp)

Table 2 Thread Results Polyester (PET) io = 0.64 Intrinsic Viscosity (Textile Type)

Beim Spinnen von Polyesterfäden erwies es sich von Vorteil, die Fäden nach ihrem Aufplatzen durch einen gut 1 Meter tiefer liegenden Injektorkanal abzuziehen wie in L. Gerking, Änderung der Filamenteigenschaften vom Polymer her und in der Spinnlinie, Chemiefasern/Textilindustrie 43/95 (1993) auf den Seiten 874/875 beschrieben. Durch nochmaliges Aufheizen dazwischen wie in DE 19 65 054 Spalte 4, Zeilen 44 bis 57 beschrieben, konnte mit beiden Maßnahmen die Zugfestigkeit der Fäden erhöht, vor allem aber der Schrumpf deutlich verringert werden.When spinning polyester filaments it proved to be an advantage to pull the filaments through a well 1 meter lower injector channel as in L. Gerking, change of filament properties from the polymer and in the spinning line, manmade fibers / textile industry 43/95 (1993) on pages 874/875. By heating up again in between as in DE 19 65 054 Column 4, lines 44 to 57, could be increased with both measures, the tensile strength of the threads, but especially the shrinkage can be significantly reduced.

Das aus natürlichen Rohstoffen hergestellte Polymer Polylactid zeigte im Spleißspinnen zu gröberen Fäden hin die in Tabelle 3 wiedergegebenen Werte.The from natural Raw materials produced polymer polylactide showed in splice spinning towards coarser threads the values shown in Table 3.

Tabelle 3 Fadenergebnisse Polylactid (PLA) MF (melt flow index) 22 bei 210°C und 2,16 kg

Table 3 Thread results polylactide (PLA) MF (melt flow index) 22 at 210 ° C and 2.16 kg

In Tabelle 3 fällt der mit (1) gekennzeichnete Wert aus den sonst erkennbaren Abhängigkeiten heraus, auch als größter Wert. Bei dieser Einstellung wurden die aerodynamischen Verhältnisse durch Änderung der Lavaldüsengeometrie geändert, ebenfalls beim mit (2) gekennzeichneten Wert. Bei (1) trat gar keine Spleißung des Schmelzefadens auf, bei (2) hin und wieder.In Table 3 falls the value marked with (1) from the otherwise recognizable dependencies out, also as the greatest value. At this setting, the aerodynamic conditions by change the Lavaldüsengeometrie changed, also at the value marked with (2). At (1) none occurred Splice of the Melting thread on, at (2) now and then.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für fadenbildende Schmelzen oder Lösungen eingesetzt werden, aber auch allgemein für Flüssigkeiten, wenn es z.B. darum geht, dünne Schichten wie Farben, Lacke, Avivagen aufzutragen. Sie dient dann der Zerstäubung der Flüssigkeiten in möglichst feine Tröpfchen bei möglichst gleichmäßiger Verteilung auf der zu beauftragenden Fläche. Die Bedingungen sind jeweils durch die gegebenen geometrischen Verstellmöglichkeiten der Vorrichtung leicht zu finden.The inventive device can for thread-forming melts or solutions but also generally for liquids when e.g. therefore go, thin Apply layers such as paints, varnishes and finishes. She then serves the atomization of liquids in as possible fine droplets with as even distribution as possible on the area to be commissioned. The conditions are each given by the given geometric adjustment easy to find the device.

Claims

Spinning device for producing fine threads by splicing with a plurality of spinnerets with spinning orifices, from which the spinning masses emerge as monofilaments, and with several spinning nozzles associated with the acceleration nozzles, in particular Laval nozzles whose cross-section is reduced and extended to the smallest cross-section, means provided for supplying gas streams which surround the monofilaments and are accelerated by the accelerating nozzles, characterized in that at least one nozzle part ( 1 ) with spaced-apart protruding spinnerets and at least one gas portion with sealed gas supply space ( 9 ) are provided, wherein the gas part ( 2 ) is provided with funnel-shaped depressions into which the spinnerets ( 13 ) to form the accelerating nozzles with rotationally symmetrical gas flow channels ( 5 ), wherein the gas part ( 2 ) with openings ( 4 ) for supplying gas from the gas supply space ( 9 ) is provided to the gas flow channels, and that the gas part ( 2 ) and the nozzle part ( 1 ) are arranged displaceable relative to one another, such that the flow cross-section of the gas flow channels ( 5 ) and / or the position of the smallest cross section ( 6 ) of the accelerating nozzles with respect to the spinning openings ( 3 ) is adjustable.

Spinning device according to claim 1, characterized in that the openings ( 4 ) are arranged annularly around the funnel-shaped depressions.

Spinning device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the gas part ( 2 ) has at least two spaced plates, which are interconnected by the funnel-shaped depressions and their outer boundaries, and that the nozzle part ( 1 ) each tapered projections with the spinnerets ( 13 ) having.

Spinning device according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the spinnerets or projections of the nozzle part in each case molded parts ( 11 ) while maintaining air gaps ( 12 ) to the nozzle part ( 1 ) are used, which are substantially up to the spinning openings ( 3 ), wherein between the molded parts ( 11 ) and the gas part ( 2 ) the gas flow channels ( 5 ) are formed.

Spinning device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the gas supply space ( 9 ) of the gas part ( 2 ) is connected to a gas supply.

Spinning device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the guides and / or sliding rods for the displaceability on the nozzle part ( 1 ) and / or gas part ( 2 ) are attached.

Spinning device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the gas part ( 2 ) and the nozzle part ( 1 ) have a plurality of funnel-shaped depressions and spinnerets arranged in rows next to one another, the spinning ( 13 ) and accelerating nozzles of a row offset from the other row are arranged.

Spinning device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the combination of gas and nozzle part from several gas and nozzle segments exists, which are each interchangeable.

Spinning device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a plurality of nozzle and gas parts ( 1 . 2 ) are arranged side by side.

Process for producing a spunbonded fabric with a Device according to one of the claims 1 to 9, characterized in that from the rows of combinations of spinnerets and accelerating nozzles different textile materials are spun out.

Method according to claim 10, characterized in that that from the spinnerets Multicomponent filaments be spun out.

Process for the production according to claim 10, characterized in that with the same textile material be spun by different Spinnöffnungsquerschnitte and different throughputs different threads.