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Vorrichtung zum Filtrieren einer Schmelze von Linearpolymeren vor
dem Verspinnen Bekanntlich wird das Verspinnen von Linearpolymeren so ausgeführt,
daß man das geschmolzene Polymere in gesteuerter Menge durch eine Spinndüse auspreßt.
Es ist ebenfalls bekannt, daß dabei vor der Spinndüse ein geeignetes Filter eingeschaltet
werden muß. Für diesen Zweck sind Filter verschiedener Typen bekannt und beschrieben,
z. B. Filter aus Schichten von Netzen, deren Maschenfeinheit in Richtung auf die
Spinndüse zunimmt, oder Filter aus Sandschichten mit in der gleichen Richtung abnehmender
Korngröße, wobei der Sand oberhalb der Düse durch Netze zurückgehalten wird.
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Häufig setzen sich bekannte Filtriervorrichtungen aus einzelnen Filterelernenten
zusammen, wobei ein Filterelement aus zwei Leitplatten für die Flüssigkeit besteht,
zwischen denen die eigentlich der Filtration dienende Zwischenlage angebracht ist.
Diese Einzelelernente sind im übrigen. im allgemeinen in Serie geschaltet, während
die -Einzelelemente der Vorrichtung nach der Erfindung, wie noch gezeigt werden
wird, hintereinandergeschaltet sind. Die Platten werden nach den Vorveröffentlichungen
nur von der Flüssigkeit durchfloseen, und! üben demnach. nur eine Leitfunktion aus.
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Derartige bekannte Filter arbeiten jedoch besonders in einer Hinsicht
nicht ganz befriedigend. Wie nämlich bisher nicht richtig erkannt wurde, besteht
der Zweck des Filtrierens in. Wirklichkeit nicht nur darin, irgendwelche festen
Verunreinigungen (z. B. kohleartige Teile oder mechanische- Verunreinigungen, die
anwesend sein und, wenn sie in die Spinndüse kommen, deren Öffnungen verstopfen
können), auszuscheiden, sondern auch darin, etwa vorhandene Gasblasen zurückzuhalten,
die aus Dämpfen, aus absorbierten Gasen oder aus Monomeren bzw. aus durch Zersetzung
des Polymeren während des Schmelzens gebildeten Gasen bestehen. Derartige Blasen
können zu einer Unterbrechung der Fäden bei deren Austritt aus der Spinndüse führen,
oder sie können zum mindesten in den Fäden Hohlräume oder -beträchtliche Änderungen
des Titers hervorrufen. Es kommt also im wesentlichen darauf an, solche Gasblasen
zurückzuhalten, und in dieser Beziehung sind die Filter nach der Erfindung den bisher
bekannten überlegen. Im übrigen darf ein derartiges Filter, um wirklich befriedigende
Ergebnisse zu zeitigen, keine allzu großen Durchsatzverluste verursachen, eine Bedingung,
die von den nachstehend beschriebenen Filtern zur völligen Zufriedenheit erfüllt
wird.
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Die Filtriervorrichtung nach der Erfindung kennzeichnet sich durch
mehrere ohne Zwischenlage eines besonderen Filtertuches od. dgl. dicht aneinanderliegende
Metallplatten, in welchen Bohrungen und Rinnen derart vorgesehen sind, daß freie
Durchgänge für die zu filtrierende Schmelzflüssigkeit gebildet werden. Dabei werden
nicht nur die festen Verunreinigungen, s,ondern auch die Gasblasen zurückgehalten,
welch letztere Wirkung vermutlich auf Erscheinungen der Oberflächenspannung beruht.
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Die Metallplatten sollen vorzugsweise aus einem Material bestehen,
das es gestattet, sie jeweils, wenn das Filter erschöpft ist. auszuwaschen und wieder
zu gebrauchen. Da dieses Auswaschen, insbesondere wenn das zu filterndem Polymere
ein Polyamid ist, zweckmäßigerweise mittels Salpetersäure durchgeführt wird, ist
das geeignetste Material für diese Platten ein rostfreier Stahl, z. B. ein Nickel-Chrom-Stahl.
Die Dimensionen der Bohrungen und Kanäle sind selbstverständlich der Plattengröße
und den Eigenschaften des betreffenden Polymeren angepaßt.
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Die Zeichnung stellt zum besseren Verständnis der Erfindung zwei beispielsweise
Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung dar.
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Fig. 1 zeigt im Längsschnitt und teilweise in Ansicht ein Filter
nach der ersten Ausführungsform; Fig. 2 zeigt in Draufsicht eine Einzelplatte aus
dem Filter nach Fig. 1;
Fig, 3 zeigt die Filterplatte nach Fig.
1 im Schn - itt; Fig. 4 zeigt im Längsschnitt und teilweise in Ansieht
ein Filter nach der zweiten Ausführungsforin.
Fig. 5 zeigt
in Draufsicht von der Unterseite eine der im Filter nach Fig. 4 enthaltenen Platten,
wobei die Platte nur zur Hälfte dargestellt ist; Fig. 6 zeigt die Platte
nach Fig. 5 im Schnitt; Fig. 7 zeigt in Draufsicht von der Unterseite
eine andere der im Filter nach Fig. 4 enthaltenen Platten, wobei wiederum nur die
halbe Platte dargestellt ist-, Fig. 8 endlich zeigt die Platte nach Fig.
7 im Schnitt.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform bezeichnet
10 ein Gehäuse, das als Träger für das Filter dient, in welches das Polymere
über die Zuleitung 18 eintritt. 11 und 12 sind Verschraubungen, welche
die übereinandergelegten Platten fest gegen den Ring 19 pressen.
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Die einzelnen Platten sind mit 14 bezeichnet; eine davon ist in Fig.
2 und 3 dargestellt. Sie sind mit durchgehenden Bohrungen 15 von etwa
0,2 bis 0,5 mm lichter Weite und etwa 5 bis 7 mm Länge versehen.
Die Bohrungen 15 sind, wie Fig. 2 zeigt, auf mehreren konzentrischen Kreisen
angeordnet. jeder dieser Kreise ist markiert durch eine vorzugsweise halbkreisförmig
od. dgl. vertiefte Rinne 16, die die Eintritts- bzw. Austrittsöffnungen aller
auf demselben Kreis liegenden Bohrungen verbindet. Da die Bohrungen 15 zweier
benachbarter Platten gewöhnlich nicht aufeinandertreffen, muß das aus der Zuleitung
18
kommende Polymere, nachdem es die Bohrungen 15
der ersten Platte
durchflossen hat, einen kürzeren oder längeren Teil der im wesentlichen kreisförmigen
Kapillarkanäle 17 durchfließen, die durch die Rinnen 16 an der Unterfläche
der ersten Platte und die korrespondierenden Rinnen an der Oberfläche der zweiten
Platte gebildet werden. Danach fließt das Polymere durch die Bohrungen der zweiten
Platte in die Kanäle aus den Rinnen der zweiten und dritten, USW.
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Bei einer weiter ausgebildeten Ausführungsform der Erfindung haben
die Bohrungen nicht bei allen Platten den gleichen Durchmesser, sondern werden in
Richtung auf die Spirmdüse enger. So kann z. B. die an die Düse anschließende Platte
Bohrungen mit 0,2 mm Durchmesser, die unmittelbar vorhergehende Platte Bohrungen
mit 0,25 mm Durchmesser haben, usw. Die Anzahl der Bohrungen hängt von der
Menge des in der Zeiteinheit zu verspinnenden Polyrneren ab. Ebenso können die Abmessungen
der Rinnen 16 und damit der Kanäle 17 in gleicher Weise nach der Spinndüse
zu kleiner werden.
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Es wurde gefunden, daß ein derartiges Filter mit ausgezeichneter Wirkung
sowohl die Verunreinigungen als auch die Gasblasen zurückhält. Ein weiterer Vorteil
eines solchen Filters besteht darin, daß das Material, aus dein es gefertigt ist,
ein guter Wärmeleiter ist, so daß es durch Leitung erwärmt werden kann und unter
allen Umständen hervorragend geeignet ist, die Temperatur des Polymeren und infolgedessen
die Verspinnungsviskosität auf der gewünschten Höhe zu halten. Dies ermöglicht die
Ausschaltung der außerordentlich umständlichen Wärmebehandlung, die bisher nötig
war, um das Polymere auf eine Temperatur zu bringen, bei der es die Spinndüse im
notwendigen Verflüssigungsgrad erreichte, selbst wenn es durch Filter aus schlechten
Wärmeleitern hindurchgegangen war.
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Bei der in Fig. 4 bis 8 dargestellten zweiten Ausführungsform
sind die übereinandergelegten Platten -#on zweierlei Art: Der eine Plattentyp besteht
aus in der Mitte durchbohrten Platten (s. 20, Fig. 5 und 6),
der andere
aus nicht durchbohrten Platten , die jedoch einen kleineren Durchmesser als
der erste Plattentyp aufweisen (s. 21, Fig. 7 und 8). Die Platten
20 sind mit einer Mittelbohrung 22 und einer Anzahl radial verlaufender Rinnen
23 von geeignetem Querschnitt versehen, welch letztere nur an einer Fläche
der Platte (in der Zeichnung an der Unterfläche) angeordnet sind und in die Nlittelbohrung
münden. Die Platten 21 von geringerem Durchmesser sind an ihrem Umfang mit Ansätzen
24 versehen, mittels deren sie im Filtergehäuse 25 (Fi'-. 4) zentriert gehalten
werden. Sie besitzen radial angeordnete Rinnen 26, die nur an einer ihrer
Flächen (in der Zeichnung an der Unterfläche) vorgesehen sind und von der Mitte
zur Peripherie führen.
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Die Wirkungsweise dieses Filters geht aus der Zeichnung hervor. Das
Polymere, das aus der Zu leitung 28 (Fig. 4) eintritt, fließt durch die Bohrung
22 der ersten Platte und wird dann nach der Peripherie geführt, indem es die von
den Rinnen 23 der ersten Platte 20 und von der glatten Oberfläche der ersten
Platte 21 gebildeten Kapillarkanäle durchfließt. Über diese Kanäle erreicht das
Polymere den ersten Ringraum 27, der durch den Umfang der ersten Platte 21,
durch das Gehäuse 25 und durch die Ober- bzw. Unterfläche der ersten und
der zweiten Platte 20 begrenzt wird. Hier tritt das Polyrnere in die Kapillarkanäle
ein, die durch die Rillen 26 der ersten Platte 21 und die glatte Oberfläche
der zweiten Platte 20 gebildet werden, und fließt darin zurück zum Mittelpunkt,
wo es auf die Bohrung 22 der zweiten Platte 20 trifft. Von dort aus beginnt das
Polymere einen neuen Kreislauf analog dem beschriebenen und gelangt nach Durchtritt
durch sämtliche Platten endlich zu der Spinndüse. Die verschiedenen engen Kanäle,
die das Polymere dabei durchfließt, haben zweckmäßigerweise Durchmesser derselben
Größenordnung wie die Bohrungen der Platten in Fig. 1, sind jedoch im allgemeinen
nicht kreisförmig. Ihre Durchmesser können, analog dem in bezug auf Fig.
1 ausgeführten, gegen die Spinndüse zu kleiner werden.
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Von den sonstigen, in der Technik für verschiedene Zwecke verwendeten
porösen Filterelementen ohne Zwischenlagen unterscheidet sich die Filtriervorrichtung
nach der Erfindung durch ihre eigenartige Bauart, die den Erfordernissen angepaßt
ist, wie sie beim Verspinnen von Linearpolynieren auftreten, und die besonders gute
Ergebnisse bei Anwendung der Vorrichtung ermöglicht.