DE1435632A1 - Verfahren zum Entspannungsspinnen von fibrilliertem plexusfadenartigem Material - Google Patents
Verfahren zum Entspannungsspinnen von fibrilliertem plexusfadenartigem MaterialInfo
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- DE1435632A1 DE1435632A1 DE1963P0033049 DEP0033049A DE1435632A1 DE 1435632 A1 DE1435632 A1 DE 1435632A1 DE 1963P0033049 DE1963P0033049 DE 1963P0033049 DE P0033049 A DEP0033049 A DE P0033049A DE 1435632 A1 DE1435632 A1 DE 1435632A1
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Description
Verfahren zum Entspannungsspinnen von fibril»
liertem plexusfadenartigem Material
Bei dem an sich bekannten Erspinnen von Fäden aus einer Lösung
1st es gebräuchlich, zur Lenkung des Titers der entstehenden Fadengebilde die Lösung mittels einer das Fördervolumen
dosierenden Pumpe zu verspinnen. Ein solches Spinn-. system liefert Fäden mit einem sehr gleichmässigen Gewicht
je Längeneinheit, muss aber oft bei grossen Druckveränderungen in dem Leitungssystem arbeiten. Z. B. können sich bei nicht
vollständiger Auflösung des Polymerisates auf den Lösungsflltera Gelteilchen ansammeln und regelmässlg wiederkehrend
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Neue Unterlagen (Art.7giAbs.2Nr.·1 satz 3 des Andere.lsts-is ..
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eich extreme Drücke entwickeln« Dabei kann, wenn nicht durch
öffner; der entsprechenden Ventile ein neues Filter eingeschaltet wird, ein überatarksr Druckabfall auftreten« Solche
DruckVeränderungen stellen bei Losungen, die bei allen Spinndrücken
homogen sind, kein besonderes Problem dar, können aber bei Löaungen, die beim Abfallen des Druck« unter eine
bestimmte Höhe zur Bildung zweier flüssiger Phasen neigen, vom Standpunkt der GUtelenkung aus ausserordentlich bedenklich
sein.
In der USA-Patentschrift 3 081 519 ist ein wertvolles, vielfasrig
geartetes, garnartiges, etrangförmiges Material beschrieben,
das durch Entspannungsspinnen einer homogenen Löeung
eines fadenbildenden Polymerisates in einer Flüssigkeit, die unter ihrem Normalsiedepunkt einen Hichtlöser für das
Polymerisat darstellt, bei einer über dem Normalsiedepunkt
der Flüssigkeit liegenden Temperatur und bei autogenen oder höheren Drücken in ein Medium erhalten wird, das eine niedrigere
Temperatur aufweist und unter wesentlich niedrigerem Druck steht· Die verdampfende Flüssigkeit in dem ausgepressten Gut
bildet Blasen, durchbricht sie einschliessende Wände aus dem
Polymerisatmaterial und ergibt eine Abkühlung des ausgepresst®»
Gutes, wodurch aus diesem ein festes Polymerisat entsteht. Das erhaltene, vielfasrig geartete, garnartige strangförmige
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Material besitzt eine feine Innenstruktur oder -morphologie,
die sich als dreidimensionaler, eine Einheit bildender Plexus kennzeichnen lässt, welcher aus einer Vielzahl im wesentlichen
eine Ausdehnung in Längsrichtung aufweisender, miteinander in Verbindung stehender, faserartiger Elemente regelloser
(statistisch ungeordneter) Länge besteht, die als Film-Übrlllen
bezeichnet werden und die Form dtinrier Säudchen mit einer
Dicke von weniger als Ί ΐίΐΐο,νη aufweisen. Die Film-Fibrillen-Elemente,
die oft in Form von Aggregaten auftreten, vereinigen sich und trennen sich wieder in unregelmässigen Intervallen
(als Bindungsstellen oder "Tie Points" bezeichnet, an verschiedenen Stellen auf der Breite, Länge und Dicke des strangförmigen
Materials unter Bildung eines eine Einheit bildenden, dreidimensionalen Plexus. Die Film-Fibri.ilen sind oft um die
Film-Fibrillen-Hauptachse herumgewickelt oder herumgebogen,
wodurch sie bei Betrachtung λ?Λ <e;· ·■ 1. ;waffneten Auge das
Aussehen eines faserartigen Materials zeigen. Das ein dreidimensionales Netzwerk aus Film-Fibrillen-Elementen aufweisende,
strangförmige Material wird als Plexusfaden bezeichnete
Die Plexusfaden sind ihrer Art nach ein Ganzes bzw. eine Einheit, d.h. das strangförmige Material wird von einem in
einem Stück vorliegenden Polymerisatkörper gebildet :,; :^t
endloser Hatur und die das strangförmige Material bilu-:->?<
Elemente stehen unter festem Zusammenhang miteinander in Ver·-
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bindung. Durch mechanische Behandlung geringerer Schärfe, wie beim Schütteln oder Waschen oder der Textilbehandlung,
werden keifte wesentliche» Anteile an filBsartigec Elementen
von dem etrangföriaigeü) Material abgetrennt. Dae sich bildende,
fibrlllierte, strangförmige Material besitzt eine ungewöhnlich
grosse Oberfläche ;te Gewichtseinheit und eignet sioh für eine
Reihe von Zwecken, bei denen ein starkes Adsorptionsvermögen
eine Holle epielt, a* B». für iiigarettenfilter. Durch seine
aussergewöhnlicii hohen Festigkeitewerte eignet ee sich weiter
für verschiedene andere Zwecke. So kann »an ds.β t!brillierte,
straagförmige Material zu kleinen Seilchen mahlen und zu einem
künstlichen Papier verarbeiten, V/eiter kann man das strangförmige
Material kontinuierlich auf einen Band oder Sieb
sammeln und das erhaltene Vliea dann unter Bildung eines hochfesten flächenhaften Material» verpreesen» das sich fUr verschiedene
Zwecke ι wie die Herstellung von Bewäaserungerohren
geringen Gewichtes, V/endbeläge oder Materialien in Art von
Planen und Persenningen eignet.
Bei der Entwicklung eines Verfahrene zum Erspinnen endloser
strangfürmiger !Materialien nach der obige» iCntapannungs-Spinntechnik
hat ee häufig Schwierigkeiten bereitet, reprodusierbar
strangförmige Materialien zu erzeugen, die auf ihrer gestnten
Länge eine gleichmäseige Morphologie aufweisen« Biee gilt
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besonders fUr die Erzeugung von strangförmigem Material der
in der obengenannten USA-Patentschrift beschriebenen Klasse plexusfadenartigen Materials, bei welcher jedes f!brillierte,
etrangfönnige Gebilde eine stark faserartige Natur aufweist
und ein offenes Netzwerk schmaler, bandartiger Elemente oder Film-Fibrillen bildet, die im allgemeinen eine solche Ausrichtung
aufweisen, dass sie sich gleichsinnig mit der Längsachse des strangförmigen Materials erstrecken«
Es hat sich bei der Anwendung solcher Arbeitstechniken gezeigt, dass Veränderungen der Temperatur, des Druckes oder
der Konzentration während des Spinnens häufig dazu führen, dass längs des strangförmigen Materials in Segmenten Veränderungen
der Morphologie auftreten» Auf diese Weise weist zwar das strangförmige Material weitgehend die stark flbrilllerte
und erwünschte Struktur auf, können aber gewisse Teile schlecht f!brilliert oder schaumartig sein. Wie Untersuchungen
ergeben haben, beruhen diese Veränderungen dex· Morpnolo»
gie hauptsächlich auf beim Spinnen eintretenden Phastii^eränderungen.
So bildet die Spinnlösung bei bestimmten Bedingungen eine trübe Dispersion, die sich beim Stehenlassen
ohne entsprechende Bewegung Xn ?.wei deutlich verschiedene
Schichten absetzt, deren eins polymerisatreich und deren
andere polymerisatarm ist. Wenn diese Phasenbeziehungen bei
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bei der Verfehrenslenkung unberücksichtigt bleiben» können
längs der otrangforisigen Materialien, die au3 den Lösungen
entspannungsgesponnen werden, erhebliche Morphologieunterachiede
auftreten.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur ErzeuguBg
von Gebilden länglicher Form ans einer Polymerisatlösung aur
Verfügung, insbesondere sum Erapinnen eines etrangförmigen
Materials,, das eine gleichmässige Morphologie aufweist» auo
einer Lösung einea organischen Polymerisates, deren Temperatur
eisen Y/ert nana oder über der kritischen Temperatur des
£o9un^smittels aufweist- Sie schafft ein hochwirksamea Verfahren
sum kontinuierlichen Auflösen des PolyKei'ieates una
Erspinnen eines fibrillieren Btrangförraigen oder bahnförsaigea
Gebildes ohne Anwendung swisohengeechalteter Spinnpumpea
und erraö^rli^nt· waiter dia kontinuierliche Zubereitung der
Losung un-d kontinuierliche Zuführung derselben zu zwei oder
mehr Spinnorganen und Erspinnen von f!brillierten, strangförmigen
Materialien vergleichbarer Morphologie aus jedem
der Spinnorgane„ Sie ermöglicht schlieeolioh das kontinuierliche
Auflösen eines organischen Polymerisates und Brspinnen
f!brillierter, strangförmiger Materialien aus einer Anzahl
parallelgeschalteter Spinnorganey wobei die Zahl der parallelgeschalteten
Spinnscellen sich ohne Veränderung der Morphologie oder Kontinuität der ursprünglichen strangförnsigen Materialien
erhöhen oder yejrminderji lässt.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entspaunungsspinnen
von fibrilliertem, plexusfadenartigem Material unter Zuführung von einem ein zur Fadenbildung geeignetes Molekulargewicht
aufweisenden, geschmolzenen, synthetischen, kristallisierbaren,
organisshen Polymerisat, insbesondere linearem Polyäthylen,
und einem Lösungsmittel für das Polymerisat unter Druck in eine Lösessone, wobei die Konzentration des Polymerisats
2 bis 20 $ vom Gewicht der Lösung beträgt* Lösen des
Polymerisats zu einer Lösung, deren Temperatur mindestens
gleich der kritischen Temperatur des Lösungsmittels minus
45 0C ist, Hinüurehielten des» LUsung durch eine Dx'uckminderungszone
und Austragen durch ©ine Spinndüse in eiaon auf
Atmosphärendruoir und ~tenipexiatsir befindlichen Bereich, feel
dem man die Pö-.s/merisatldsung eineir Dmtck übe::= demjenigen,
bei dem sich ztröi flüssig© Phasen bilden, unterwirft und sie
sodann durch e;liue iiurchgarigsaone weites'fiihrt, in der der Druck
dadurch konstant gehalten wird^ dass die 'läx-t-iobilans ±u
Zone auf der gleichen Höho "wie iü äer Lösti^ont s©b.alt9n «ird
und die Zufuhr-m&ei van Föl^merisafc ure! T.,w.5vx^j!?-.aittel sur
sone in ur'sekeiü/tev* 3szieavng zu dem Prm??.i in der Ei^re
zone xxnä in eiuam festgelegten Yerliälünis auer-aMei.! gehal-
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ten werden, worauf man in der Draokmlnderungssone den auf
der Lösung lastenden Druck so weit vermindert« dass sich zwei flüssige Phasen bilden·:
Wie später im einzelnen besehrieben» kann man Polymerisat
und Lösungsmittel der Lösezone einzeln für sich, z* B. geschmolzenes Polymerisat aus einer Zuführleitung und erhitz·
tee Lösungsmittel aus einer anderen Leitung/ oder kombiniert» z» B. als Aufschlämmung, zuführen. In beiden Fällen
wird das Verhältnis von Polymerisat zu Lösungsmittel im wesentlichen auf .einem
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festgelegten Wert bzw· konstant gehalten.
Es hat sioh gezeigt, dass sich durch Anwendung der Erfindung die Morphologie (z. B. Titer, Fibrillierungsgrad, Voluminosität usw.) entspannungsgesponnener, strangförmiger Materieller,
in bemerkenswerter Weise gleichmässig halten lässt, indem man
bei einen gleichmäsaigen Spinndruok fördernden Bedingungen
spinnt· Durch automatische Regelung des Durchsatzes kann ein im wesentlichen konstanter öpinndruck aufrechterhalten
werden derart, dass man im langzeitigen Betrieb eine bemerkenswert gleichbleibende Qualität und Gleichmäseigkeit des
Produktes erhält. Glelchmässige SpinndrUcke sind zwar auch ein
erwünschtes Merkmal sogar herkömmlicher Spinntechniken, aber
das vorliegende Problem ist beim JSntspannungsspinnen von
f!brillierten Plexüsfääen, im Hinblick auf der. beträchtlichen
Grad, in welchem anstatt der Spinnöffiiongsgröase und -form
die Spinnbedingungen die Struktur des anfallenden Fadens direkt beeinflussen, besonders betont. Bei Anwendung der
vorliegenden Erfindung wird die Hauptlenkung der Vorwärtsbewegung der Spinnlösung zu der Spinnöffnung durch die Pumpe(n)
erhalten, mit welcher bzw. welchen das Polymerisat und das Lösungsmittel in die Lösezone eingeführt werden.
Die Erfindung ist zur weiteren Erläuterung nachfolgend an
Hand der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigtt
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Fig» 1 im i'liessbild die bei einer Ausführungsform der erfindungsgeniässen
Auflöse- und Spinntechnik, bei welcher eine Lösung kontinuierlich gebildet und durch eine Vorb'ffnung in
eine Druckminderzone und dann durch eine Endöffnung in die .
Umgebungsatmosphäre geführt wird, angewandten Maasnahmen, ·
Fig· 2 eine Spinndüse mit Druckminderζone,
Fig. 3 iin Fliessbild ein kontinuierliches Auflösen und Verspinnen
unter Bildung der Lösung bei getrennter Zufuhr von Poly merisat und Lösungsmittel und Zuführung über ein automatisches
Ventil zu einer Druckminderzone und darauf Zuleitung zu einer einzigen Spinnöffnung,
Fig« 4 im Fliessbild ein System zur Verteilung der Lösung aus
einer Durchgangsleitung auf mehrere Spinndüsen und Lenkung der Druckminderung in jeder Spinndüse,, .
Fig. 5 in graphischer Darstellung die Phasenveränderungen» die
"bei Polymerlösungen bei hohen Temperaturen und Drücken erhalten ,werden, und . .
Figo 6 ein Fliessbild ähnlich Fig. 3» wobei jedoch.zuerst aus
Polymerisat und Lösungsmittel eine Aufschlämmung gebildet wirdo
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Das Ilieesbild von Fig. 1 erläutert eine der AusfUhrungeformen
der Erfindung· Eine Polymerisatpumpe 1 führt geschmolzenes
Polymerisat der kontinuierlichen Lösezone 2 zu, während die Lösungsmittel-Pumpe 3 Über den Erhitzer 7 der Lösezone erhitzte 8 Lösungsmittel zuführt. Diese Arbeitsweise sichert
te
einen gründlichen Kontakt des niederviscosen Lösungsmittels nit dem hochviscoaen Polymerisat beim Mischen. In der Löeesone wird kontinuierlich eine Lösung gebildet» wobei das Gewichtsverhältnis von Polymerisat zu Lösungsmittel duroh die relativen Pumpfördergeschwindigkeiten für Polymerisat und Lösungsmittel gelenkt wird»
einen gründlichen Kontakt des niederviscosen Lösungsmittels nit dem hochviscoaen Polymerisat beim Mischen. In der Löeesone wird kontinuierlich eine Lösung gebildet» wobei das Gewichtsverhältnis von Polymerisat zu Lösungsmittel duroh die relativen Pumpfördergeschwindigkeiten für Polymerisat und Lösungsmittel gelenkt wird»
Die in der Lösezone gebildete Lösung wird aus dieser kontinuierlich in eine Durchgangszone 4 gepresst, die einen Teil des
sich von der Lösezone zu der Spinnöffnung erstreckenden Strömungewegeβ bildet«
Ton der Durchgangszone strömt die Lösung kontinuierlich au einer Druckminderz^ie, die ein Element des sogenannten Spinndüsenauf baue bildet, (in Fig. 1 mit 5 bezeichnet). Der Spinndüeenaufbau weist eine Spinn-Austrittsöffnung 6 auf, deren
Abmessungen so klein gehalten werden, dass die volle Leistungsfähigkeit der Polymerisat- und der Lösungsmittelpumpen nicht
überschritten wird. Die Lösung wird* aus der Spinn-Austritts-
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Öffnung mit sehr hoher Geschwindigkeit in die diese umgebende Atmosphäre (die normalerweise die Temperatur und den
Druck der Umgebung aufweist) ., ausgepresst! wobei das Lösungsmittel mit ausserordentlioh hoher Geschwindigkeit verdampft
und kontinuierlich ein fibrilliertea, strangföroigee Material
8 gebildet wird, das eine sehr konstante Morphologie aufweist» In der Durchgangesone wird die Lösung auf einer.!temperatur gehalten, die gleich der oder höher als die kritische
Temperatur des Lösungsmittels abzüglich 45° C ist. Die
Temperatur der Lösung in der Durchgangszone wird alt einem
Temperatur-FUfaler 9 in der Durchgangsζone gelenkt, auf Grund
dessen Signal der Temperaturregler IO die Wärmemenge regelt,
welche der Erhitzer 7 ftir das Lösungsmittel abgibt· Wäreever·
luster in der Anlage werden eweekmfiesig mittels elektrischer
Heizelemente oder mit die verschiedenen Apparatureinheiten umgebenden, mit fliessfähigen Medien gespeisten Mänteln ausgeglichen«
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Die Lösung in der Durchgangszone wird auf einem gewählten Druck gehalten, der über dem Zwei-FlüsBigphasen-Druck dee
Lösungsmittels liegt und mittels eines Druckreglers 11 auf + 3f5 at, vorzugsweise + 1,1 at des gewählten Wertes
begrenzt wird. Auf Grund der eintretenden Über- oder Unterschreitungen des gewählten Druck-Mittelwertes durch den
tatsächlichen Druck muss mit Sorgfalt sichergestellt werden, den Druck in der Durchgangszone so hoch einzustellen, dass
ein gelegentliches Abfallen des Druckes unter die Zwei-Flüssigphasen-Druckgrenze bei fortgesetztem Arbeiten vermieden wird· Der Druckregler wird von einem Druckfühler
in der Durchgangszone gesteuert und betätigt seinerseits die Regelvorrichtung 13» welche den Geschwindigkeitswert
und das Geschwindigkeitsverhältnis der Gutzuführung regelte Der Regler 13 steuert den Druck durch Lenkung der Gesamtgeschwindigkeiten der Polymerisatpumpe 1 und der Lösungs-
mittelpumpe 3, ohne das Verhältnis der Arbeitsgeschwindigkeiten dieser Pumpen zu beeinflussen. Die Aufrechterhaltung
eines konstanten Spinndruckes bei einem festgelegten Verhältnis der Pumpengeschwindigkeiten führt zu einer im wesentlichen gleichmässigen Strömungsgeschwindigkeit.
Normalerweise ist es erwünscht, einen Druckgesamtabfall zu erreichen, dessen Grosse sicherstellt, dass sich unabhängig von den leichten Druckabweiohungen von den gewählten
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Druckmittelwerten lcontinuierlich die obengenannten Phasen bilden.
Dabei sind naturgemäss verschiedene Ausführungeforraen
möglich-, Insbesondere lässt sich die Druckminderzone
etwae abändern, solange nur ein Druckabfall von einem Wert .
über dem Zwei- Flüssigphaöen-Druck auf einen Wert unter diesem
erhalten «ird. Die Druckminderzone kann z. B. einfach eine
kleine Kammer im 3pinndüsenaufbau darstellen, der eine Einlass-
und eine Auslassverengung aufweist, welche eine Druckminderzone
geringen Volumens, wie von 1/2 cnr oder darunter9
bilden. Der Durchsatz muss genügen, um eine tatsächliche Trennung der beiden Polymerisatlösungsphasen, die sieh in
der Druckmindc-.rzone, d. h. abstromseitig der ersten Verengung, bilden müssen, zu verhindern. Der Druckabfall, der
zweokmässig auf mindestens Q »35 at unter den Zwei<
Fluss igphason-Druck erfolgt, soll nicht so stark sein, dass tat«
sächlich eine merkliche Ausfällung von Polymerisat oder Verdampfung von Lösungsmittel eintritt« Vorzugsweise wird der
Druck in der Druckminderzone über dem autogenen Druck-gehalten, den dna Lösungsmittel bei 45° C unter seiner kritischen Temperatur hat ο
In einigen Fällen kann man in bequemer Weise iUtifach eine
Leitung, wie eine Rohrleitung, als Druckminderkaminer verwenden»
Nach einer später näher beschriebenen Ausfuhrun^a--
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form wird die Lösung von der Durohgangszone durch eine von
.einem automatischen Ventil gebildete Verengung, dann zu der hierdurch gebildeten Druckminderzone und schliesslich
durch eine einzelne Auetrittsöffnung in die Umgebungsatmosphäre geführt. In diesem Falle liegen zwei aufeinanderfolgende Druokregelkreise vor, deren einer einen Fühler
und einen Regler in der Durohgangezone und deren anderer einen Fühler und einen Regler in der Druckminderzone besitztσ
Bei Polymerisat-Lösungsmittel-Systemen, bei denen sich leicht zwei Flüssigphasen bilden, führt der Druckabfall in der Druckminderzone zur Bildung zweier flüssiger Phasen, wobei winzige
Tröpfohen der einen Phase in der zweiten Phase getragen werden. Die winzigen Tröpfchen wirken anscheinend als Bläschenkerne und fördern das Erreichen eines ausserordentlioh hohen
Fibrillierungsgradee beim Austritt des laufenden Fadens in
die Umgebungslust von Atmosphärendruck<, Eine maximale fibrillie rung ist zur Erzielung des höchsten Grades an Undurohsichtigkeit, Voluminosität und anderen erwünschten Fasereigenschaften von besonderer Bedeutung. Eine Druckauslegung des
Systems derart, dass der Druck in der Leitung aufetromseitig
der Verengung über der Zweiphasen-Druckgrenze liegt, stellt
die Erzielung solch hoher Fibrillierungsgfade sicher« Zum Einbau eines zusätzlichen Sicherheitsfaktors bei unter Verwendung
typischer verfügbarer Hochdruckeinrichtungen arbeitender,
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Ai
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technischer Anlagen wird zweckmässig ein Druckabfall von
einem mindestens 1,8 at über dem Zwei-Flüssigphaeen-Dxuok
liegenden Ytert auf einem mindestens 1,8 at unter diesem
Druck liegenden Wert vorgesehen»
Fig. 3 zeigt ein Fliessdiagramm für ein System mit zwei Druckregelkreisen: Der erste Regelkreis weist in der Leitung
zwischen der Lösezone und der Verengung einen Fühler auf und
steuert den Druck durch Regelung der Arbeitsgeschwindigkeit der Polymerisat- und Lösungamittelpumpen. Der zweite Regelkreis ist von dem ersten durch die Verengung getrennt, die
von einem automatischen Ventil solcher Kapazität gebildet wird, dass das Ventil ständig mit einem Öffnungsgrad von
20 bis 80 # arbeitet« In dem zweiten Kreis wird der Druck mittels eines Fühlers in der Druckminderzone abstromseitig
des automatischen Ventils gesteuert. Dieser Druckfühler speist sein Signal in einen Regler ein, der seinerseits den
Betrag der Ventilöffnung regelt«
Das Arbeiten mit einem zweiten Regelkreis ist zwar erfindungegemäss keine Bedingung, trägt aber stark zu der Gesamtflexibilität und dem Wirkungsgrad des Systems bei. Z. B. wird auf
Grund dieses zweiten Kreises das Arbeiten mit einer Reihe von Spinndüsen praxi3gerecht, deren j^de von einer gemein«
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samen Leitung gespeist wird und die man so einstellen kann, daes strangförmige Materialien einander entsprechender oder
verschiedenartiger Morphologie erhalten werden. Diese3 Merkmal ist später im einzelnen in Beispiel 3 und an Hand von
Fig. 4 beschrieben,
Naoh Fig. 3 werden FolymerisatwUrfel dem Polymerisattrichter
41 und weiter einer Strangpresse 42 zugeführt, die von einem Elektromotor 43 angetrieben wird ο Das von dieser Beschickungseinrichtung geschmolzene und unter Druck gesetzte Polymerisat
wird dann durch Sohneckenförderung durch die Polymerisatleitung 44 einer Lösezone zugepumpt, die von einem Schneckenmischer 45 und einem drehzahlregelbaren Elektromotor 46 gebildet wird, und dort mit Lösungsmittel gemischt. Mit einer
zweiten Beschickungseinrichtung wird der Lösezone heisseβ
Lösungsmittel unter Druck zugeführt« Das Lösungsmittel wird aus dem Vorratstank 72 zugeführt, den man zweokmässig unter
einem Stickstoffdruck von 1,1 atü hält, um einen Dampfverschluss der Lösungsmittel-Zufuhrpumpe 71 zu verhindern ο Die
Löeungsmittel-ZufUhrpumpe 71 fördert das Lösungsmittel durch die Niederdruck-Leitung 64 zu dem Lösungsmittel-Vorerhitzer 63«
Der Lösungemittel-Vorerhitzer erwärmt das Lösungsmittel auf eine Temperatur, die leicht über der maximalen? Umgebungs=
Lösungsraittelteraperatur liegt, welche in jahrelangem Betrieb
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ermittelt wurde und daher ein bequemes Mittel darstellt, um die Zuführung eines Lösungsmittels konstanter Dichte
zu der volumetrisch arbeitenden Lösungsmittelpumpe 61 sicherzustellen. Die von einem Elektromotor 62 getriebene Lösungsmittelpumpe fördert unter hohem Druck stehendes Lösungsmittel
durch die kalte Hochdruckleitung 60 zu dem Lösungsmittel-Erhitzer
58, der das Lösungsmittel auf die gewünschte War=
fahrenstemperatur erhitzt. Aus dem Lösungsmittel-Erhitzer i>8 gelangt das Lösungsmittel durch die heisse Hochdruck-Leitung
zu dem Schneckenmischer 45» in dem es mit Polymerisat ver~
mischt und in dem eine Lösung gebildet wird, Die Bildung einer gut gemischten, homogenen Polymerisatlösung ist naturgemäss
für die reproduzierbare Erzeugung von strangförmigen Materialien mit gleiohmässiger Morphologie wesentlich. Dieses
Ergebnis lässt sich gewöhnlich mit einem Schneckenmischer, dessen Kapazität in Bezug auf den gewünschten Durchsatz genügend
gross ist, leicht erreichen. Für das grosstechnische Arbeiten ist es jedoch oft zweckmässig, dem Schneckenmischer
ein zweites Bewegungswerk nachzuschalten, um eine vollständige Auflösung des Polymerisates sicherzustellen und leicht
jegliche kurzzeitigen Konzentrationsschwankungen zu glätteno
In Pig. 3 wird dementsprechend die Lösung von dem Schneckenmischer durch die Leitung 47 der scherspannungsscharfen
Zone 48 eines typischen Homogenisiermischers 49 . (Averaging Mixer) und dann dem Hauptkörper des Mischers zugeführt« Die,
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Kapaeität dieses Mischers, der von einem Elektromotor 73
getrieben wird, kann auf diese Weise genügend gross gehalten werden, um eine gründliche Bewegung der Lösung zu erhalten.
Aue dem Homogenieiermischer gelangt die Lösung durch die
Leitung 50 eu dem Lösungsdoppelfilter 54, an welchem alle
Frendteilohen oder nicht gelöstes Polymerisat entfernt werden. Mach dem Filtern strömt die Lösung zur Durchgangsleitung 60,
die mit einem Druckfühler, wie einem elektronischen Druck-Übertrager 51 der Bauart Swartwout ausgestattet ist, mit
welchem der Druck in der Durchgangszone bestimmt, aufgezeichnet und weitergemeldet wird-
Der Druck in der Durohgangözone, d» h. demjenigen Teil des
Strömungeweges, der sich von der Lösezone zur Verengung erstreckt, wird von Druckreglern geregelt und gesteuert,
welche gegensinnig zu dem Druck in der Durchgangszone die Arbeitsgeschwindigkeiten der Strangpresse 42 und der
Lösungsmittelpumpe 61 in einem festgelegten Verhältnis
verändern. Beim Anfahren wird z. B. unter Berücksichtigung des Lösungsmittels, des Polymerisatee, des Durchsatzes und
des gewünschten Pibrillierungsgrades des Produktes ein
Spinndruck gewählt. Weiter wird eine Temperatur gewählt, die über der kritischen Temperatur (Tn) des Lösungsmittels
abzüglich 45° C liegt. Im Intefesse eines einfachen Arbeitens
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genügt es, einen Aufangsdruck au wählen, der leicht über
dem Zwei-FlüeBigphasen-Druck dee Lösungemittels bei der
gewählten Temperatur liegt. Diese Maesnähmeη sind später
an Hand von Tabelle I weiter erörtert, Sann wird der Sollwert dee Druckreglers 68 auf den gewählten Druck tingeBteilte
Im Betrieb des Systeme wird der Druck von dem DruckUbertrager 51 abgeführt und sofort auf den Druckregler 68 übertragen, der Jegliche Abweichung des im System herrschenden
Brücke von dem gewählten wert feststellt und ^In entsprechendes Berichtigungasignal dem Geschwindigkeitewert- und Qesehwindigkeitsverhältnis-Regler 67 zuführt. Dieser Regler
ändert dann die Antriebsgesohwindigkeiten der Antriebsmotoren 62 und 43 der Löeungsraittelpumpe und der Polymerisat-Strangpresse in der jeweils eur Berichtung der Abweichung
und Rückführung des Druckes auf den Wert, der dem Sollwert dee Druokreglers 68 entspricht, notwendigen Weise. Wenn z. B.
der Druck in der leitung 80 auf Grund einer aufstromseltigen
teilweisen Blockierung sinkt, gibt der Druckregler 68 bei
Empfang der Druokablesung durch den Übertrager 51 die Abweichung an den Regler 67 weiter, welcher die Geschwindigkeit
der Strangpresse 42 und der Lösungsmittelpumpe 61 erhöht» Wird sohliesslioh die teilweise Blockierung entfernt, senkt
der Regler 67 die Strömungsgeschwindigkeit ab, bis der gewählte Druck wieder erreicht ist ο
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DtT öesohwindigkeitswert- und Qesohwindigkeitsverhältnis-Btgler 67 der Steuerung regelt nicht nur die QesohwindigkeitftWder Antriebemotoren, sondern hält auch ein vorbestimmtes Verhältnie der Arbeitsgeschwindigkeiten der Strangpresse
42 und der Löeungimittelpuape 61 aufrecht. Zur genauen Lenkung
der Geschwindigkeiten und de· Oesohwindigkeitsverhältnleses
der Antriebe 43t 62 eind die·· mit öteohwindigkeite-Heee-OYgWItIi 69, 66 tuegerüitet, τοη wtlohtn der ADtriebageeohwindigkviteregler 67 ein RUokeignil erhält.
Die Ion»entretionelenkung erfolgt duroh Regelung der Verhältnieee der Oeiolmlndlgkeiten der Strengpreese 42 und der
Löeungemittelpuape 61· Dieee Regelung wird von den Antriebe«
gteohwindigkeite-Regler 67 bewirkt« Da· OeaohwindigkeiteYerhältnie wird aus Blähungen der Hüaunggmittelpumpe 61 und
der Strangpresse 42 ermittelt, neloh letstgenannte eine
Tolusetrlsohe Dosiervorrichtung darstellt« Im Hinblick hierauf
wird ein Lusungsmittel-Vorerhitser 63 vorgesehen, mit welchem
duroh Brhltsen des Lösungsmittels auf konstante Temperatur jahresseitliohe bsw. tägliche Veränderungen der Dichte ausgeschaltet werden, die sich aue Temperatursohwankungen
ergeben würden·
Die Temperatur der Lösung in der Durchgangezone wird mittels
eines Temperaturfühlers an der Durchgangβleitung 47 auf im
wesentlichem den gleichen Wert wie in der Auflöseζone gesteuert} der Tempera^t^il^^r^lbt. sein Signal an den
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Temperaturregler 84, der eeineraeite die Wasserdampf-Temperatui in dem Mantel des löeungeaittel-Brhitaere 58 in umgekehrter Beziehung au der ermittelten Temperatur segelt·
Bine nichtige Erwägung besUglioh der Bauart der Schnecken·
presse 42 besteht darin· daes sie sur Brseugung und Aufrecht*
erhaltung eines hohen. Druckes befähigt sein muss« Herkttmmliohst im Handel verfügbar« Strangpressen sind vollkommen
für den Einsäte in dem Hochdrucks?stern gemäße der Erfindung
geeignet, wenn das Spiel swisohen der schnecke und der Innen·
fitlohe des Masses?lindere klein 1st, die Austrageöffnung
in Bssug auf den Durchmesser dee Maeaeeylindere klein 1st
und eine genügende Leistung verfügbar iet, um einen kontinuierlichen Umlauf su sichern«
Ein als Auflttsesone 45 bei der oben beschriebenen Ausführung β-form besonders sufriedenetellender sohneokenmisoher ist in
der USA-Patenteohrift 3 006 029 beschrieben, wobei man für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung an einer Stelle längs
des Massesylindere ein Einlaserohr für das !lösungsmittel vorsehen kann.
Von der Durohgangeleitung 80 zweigt eine Leitung 81 mit einem
Ballastventil 53 ab, durch dessen Offnen bei vorübergehender
Abschaltung der Splnnsone der Löaungeetrom durch die kontinuierlichen Auflöse- und Durohgangesonen aufrechterhalten
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werden kann. Man kann auf diese Weise die Gelbildung oder
Zersetzung vermeiden, die sonst eintreten könnten»
Das System 1st mit Doppelfiltern 54 versehen, um bei einem Filteraustausch den Betrieb aufrechterhalten zu können» Die
Filter können von feinen Drahtsieben oder anderen Werkstoffen
gebildet werdend
Ton den Doppelfiltern strömt die lösung durch die Durchgangsleitung 80, an einem Druckübertrager 51 vorbei und dann zu
einer Verengung, die von einem automatischen Druckminderventil 55 gebildet wird, welches den Druck auf den von dem
Druckminderregler 7Q bestimnten Wert herabsetzt» Der Regler
70 stellt eine Komponente einer zweiten Drucksteuerung dar, mit welcher die Strömung durch das Ventil in Abhängigkeit
▼on dem Druck abstromseitig der Verengung gegensinnig verändert wird« Der Betrag des Druckabfalls wird so eingestellt,
dass man den gewünschten Pibrillierungsgrad des Produktes
erhält. Der DruckUbertrager und -fühler 69, dessen Signal dem Spinndtiaendruok-Regler 70 eingespeist wird, ist in der
Durchgangsleitung 82 abstromseitig des automatischen Druckminderventile 55 und aufstromseitig der Spinndüse 92 und
Endaustritteöffnung 56 angeordnet. Nachdem einmal die notwendige Druckminderung eingestellt ist, welche den gewünsch-
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ten Pibrillierungagrad ergibt, ist die Stellung dei Ventil·
fur normale Arbeiten im weeentliohen festgelegt, da ohne
völlige Blockierung der aufatromseitlgen Durchgangeleitungen
der Druck unmittelbar aufatromaeitig des Ventile konetant
ist. Für die Einstellung des gewtinaohten Gradeβ an Druck«
minderung gilt naturgemäaa, dass der Druckabfall umso höher
ist, je kleiner die Ventilöffnung ist und umgekehrt*
Die Abmessungen der Spinn-AuatrittaÖffnungen in Verbindung
mit der Vorrichtung nach Figo 3 hängen von der Visooeität
der Löeung, der Temperatur, dem gewüneohten Duroheati und
dem Druck in der Durohgangaeone ab. Werte zur Bestimmung
der Querschnittsflache der Austritteöffnung für gegebene
Druck- und Durohaatiswerte bei Verarbeitung einer Hjtigen
Löeung von Linearpolyäthylen mit einem Sohmeleindex von
0,56 in Triohlorfluormethan bei einer Temperatur der Durch»
gangsaone von 165° O sind in Tabelle I eusammengestellt.
Im allgemeinen wird die Durchlaufstrecke im Auetrittekanal
(Länge) gleich dem Durchmesser der Austritteöffnung gehalten. /
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Strömungsgeschwindigkeit des Polymerisates (kg/Std.)
für kreisförmige Auetrittsöffnungen mit rersohiedenen Durohmessern
52,7 | 0,454 | 9,55 | 14,97 |
63,5 | 5,44 | 11,54 | 18,14 |
70,5 | 6,55 | 15,15 | 20fi41 |
lach einer «eiteren AusfUhrungsform der Erfindung kann man
anstelle der automatischen Ventilvorriohtung 55, dee Druck-Minderfühlere 69, des Druckregiere 70 und der Einzelöffnungs-Spinndttse 56 von Pig» 5 eine Entspannungespinn-Vorrichtung
einsetzen, bei welcher eine Druokminderkammer in den Spinndüeenaufbau eingebaut ist« Bei einer solchen Anordnung wird
die Dructaninder-Spinndüse direkt an die Durchgangsleitung
nach dem Druckfühler 51 angesetzte Die Bauart dieser Spinndüse ist in Fig. 2 gezeigt» Die Lösung tritt in die Spinndüse durch die Verengung 22 ein, strömt zu der Druokninderkammer 23 und wird schlieeslich durch die Spinn-Austritteöffnung 24 in die Uragebungs atmosphäre ausgepresstο Naturgenäee aues diese Spinndüse auf einen bestimmten Durcheat«
und auf bestimmte Durchgangessonen-Drttoke ausgelegt werden.
Sie ergibt bei gegebenem Durohsatζ und Durohgangezontn-Druck
eine konstante Druckminderung? Sin System, das anstatt mit der
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Druokminder-Spinndüse mit dem automatischen Ventil ausgerüstet ist, wird dagegen bevorzugt, wenn die Arbeitsbedingungen an die Bedürfnisse verschiedenartiger Morphologien
des strangförmigen Materials ohne Spinndüsen-Austausoh
anpassbar sein sollen. Bs ist weiter von Wert, wenn
aus mehreren Spinndüsen mit gemeinsamer Durohgangsleituisg
eine Anzahl von strangförmigen Materialien zu erzeugen ist,
da die Notwendigkeit mehrerer Bedienungspersonen wegfällt.
Das Spinnsystem gemüse der Erfindung ermöglicht leicht
einen Ausgleioh jeglicher Druckverminderung in der Durchgang β ζ one, indem der Durchsatz an Lösungsmittel wie auch Polymerisat erhöht wird, bis sich der gewünschte Druck wieder
eingestellt hat. Solche Druokverminderungen treten häufig auf, wenn sich Polymerisatgelteilchen in der Durchgangszone festsetzen und diese teilweise versperren. Da aufstromseitig
eines Hindernisses gelegentlich überhohe Drücke auftreten
können, 1st es normalerweise zweckmässig, in der Durchgangszone ein überdruckventil oder eine andere Abschaltvorrichtung (nicht eingezeichnet) vorzusehen, um eine Überschreitung der Druckfestigkeit des Systems auszuschalten.
Der Druckregler für die Durchgangszone vermag zwar jeglichen
DruQlcveränderungene die auf Hindernissen zwischen der Druck-
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«Indtrsont und der Austritteöffnung beruhen« nioht wirksam
entgegentuwirken, aber solche Störungen haben sich praktisch als selten und in dtr Tat von wenig Auswirkung erwiesen.
das automatische Ventllsystem als auch die Druokminder-
wobei die Endauetrittsöffnung dann eine dritte Verengung
bildet. Wenn sowohl das automatische Ventil als auch die
fühler in den Ströeungsweg vor der Spinndüse oder in
der Druokminderkamner der Spinndüse vorsehen.
Xaeh einer anderen» in Beispiel 3 an Hand von Fig. 4 nKher
beschriebenen AusfUhrungsforn der Erfindung können mehrere strangförmige Materialien unter Verwendung der gleichen
kontinuierlichen Lösungseufuhr alttels eines Verteilers
ersponnen werden» welcher die Lösung auf eint Ansahl von
Spinndüsen verteilt. Durch Anordnung automatischer Ventile unter Kaohsehaltung von DruokfUhlem in Jeder Abzweigung
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vom Verteiler lässt sich die Morphologie des strang-, förmigen Materials jeder Spinnstelle individuell lenken.
Auf diese Welse kann man in völlig praxiogereohter Welse
strangförmlge Materialien unterschiedlicher Morphologie mit der gleichen/Lösungezufuhr durch Einstellung verschiedener Druokminderungen in verschiedenen Spinndüsen
erepiraien.
Die Vorrichtung kann mit einer Vielfalt von Komponenten betrieben werden« solange diese nur die vorgeschriebenen
Funktionen erfüllen. Nach einer bevorzugten AusfUhrungsform
wird als Polymer!eat-Pumpe eine SchneckenStrangpresse elngeeetEt, welche das Polymerisat zum grossen Teil auf Orund
der bei seiner mechanischen Bearbeitung erzeugten WKrrae
sohmilst. Auch die Durchgangszone kann «ine Vielfalt von
Foreen annehmen. Sie kann ein einfaches Stück Rohr darstellen« das die superkrltisohe Temperatur und tiberautogenen
DrUoke vertrügt« oder mit einem RUhrauttoklaven oder einer
anderen Vorrichtung sur Verglelohtmtsslgung der Lösungekonsantration und Sioherung einer vollstlCndlgen Lösung
des Polymerisates versehen sein.
Bins Susi te« ebenfalls bevorzugte Ausftlhruocsfom der
Erfindung wird von dem Fliesebild der Fig. 6 erläutert.
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Pulverisiertes Polymerisat, von einer Mahlvorrichtung,
einer Schlagmühle, einer Hammermühle oder dergleichen erhalten, wird durch den Trichter 101 einem Polymer!sat-Lagertank 102 augeführt. Der Lagertank 103 liefert das Lösungsmittel. Das gepulverte Polymerisat und das Lösungsmittel
werden durch die Niederdruckleitungen 105 bzw. 106 in den Kaitaufschlämmungstank 109 eingeführt, der mit einem
von dem Motor 110 angetriebenen Propeller 111 versehen ist. Mit Hilfe von Standard-Doslervorrichtungen (nioht eingezeichnet) in den Leitungen 105 und 106 wird die Konzentration des gepulverten Polymerisates in dem Lösungsmittel-Träger auf das genaue gewünschte Verhältnis eingestellt. Bei
niedrigsiedenden Lösungsmitteln können in dem Niederdruck-Auf schlämmt ank 109 (nicht eingezeichnete) Kühlschlangen
notwendig sein, um Jegliche Lösungsmittelverluste auszuschalten. Die kalte Nlederdruok-Aufschlämmung im Tank 109
wird durch die Leitung 112 der kaltarbeitenden Aufschlämmpumpe 115 zugeführt; für diesen Zweck eignet sich eine
zwangsläufig arbeitende Verdrängerpumpe mit Doppelmembranen und Kugelrttokschlagventllen der Bauart DeLaval
"Hydropulse", Modell H-2. Die Pumpe gibt eine kalte Auf
schlämmiang mit einem Druck ab, der gut über dem Zwei-PlUsslgphasen-Grenzdruck der später gebildeten Lösung liegt.
Die kaltarbeitende Aufschlämmungspumpe führt die Aufschlämmung durch die Leitung 120 zu dem Aufsehlämmungs-Erhitier 121.
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Eine Abtrennung des Polymerisates von dem Lösungsmittel-Träger wird durch eine turbulente Strömung in der Leitung
120 und dem Erhitzer 121 verhindert. Aus dem AufschlämrmJings-Erhitzer 121 gelangt das erhitzte Gemisch durch die
Leitung 122 in den Mischer 122, de? von einem Motor 124
getrieben wird, wodurch die Auflösung des Polymerisates zu Ende geführt wird. Der Mischer 1st mit vier, auf einer
gemeinsamen Welle angeordneten Propellern 125 versehen und durch Leitorgane 127 in vier Stufen unterteilt. Der Aufsohlämmungs-Erhitzer 121 und der Mischer 12J5 bilden zusammen
das Auflöse-System. Ia dem Erhitzer 121 wird an sieh eine
genügend hohe.Temperatur erreicht, aber ein grosser Teil
des Polymerisates löst sich erst bis zum Erreichen des
Mischers 12J.
Die übrigen Elemente der Zweikreis-Drucksteuerung von
Fig. 6 ähneln den an Hand von Fig. 3 oben beschriebenen.
Der Druckregler verstellt die Fördermenge der kalten Aufsohlämmungs-Pumpe 115 segensinnig zu dem Druck in der
Durchgangszone. Zunächst wird der Druck im System von dem Druckübertrager 51 abgefühlt und auf den Druckregler 68
übertragen, welcher durch den Umwandler 107 für die Absolut«
wert-Regelung Veränderungen des Duroheatzes der Pumpe 115
bewirkt. Die Temperatur der Lösung in der Durchgangszone
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wird von einem Druckfühler 83 an dor Leitung 47 auf einen
in wesentlichen konstanten Wert gefahren, der sein Signal in den Temperaturregler 84 einspeist, welcher wiederum
die Temperatur des AufachlgmmungB»Erhitzers 121 gegeneinnig
zu der festgestellten Temperatur regelt. Der fühler 8?
kann räumlich gesehen an einer beliebigen Stelle der Vorrichtung abstromseitig des Erhitzers 121 angeordnet werden.
Im Hinblick auf dl· Erzielung eines festgelegten Druckabfalls und einen konstanten 8pinndruokes zur
Sicherung einer glelohmXssigen Morphologie des Produktes
ergibt dl· Erfindung noch weitere wesentliche Vorteile. 80 kann man in praxisgereohter Weise mit einem Filtersystem aus dem Strom der Polymerisatlösung unerwünschte Fremd·
teilohen, Polymerisatklümpohen, Qelteilohen usw. entfernen,
ohne befürohten zu müssen, dass die allmKhliohe Ansammlung
solcher Teilchen auf den Filtern den Druck auf den etrÖBungsweg nachteilig beeinflusst. Speziell wird
Jegliohe neigung des Lösungsdruck··, beim Auftreten solcher
Ansammlungen abstroaseitig des Filters abzunehmen, leicht
durch den DruokfUhler und die Regler überwunden, dl·
mit einer Erhöhur* dar Puepencesohwindifkelten dl· Zuführung
■dt Drüoken User dam Xwei-FlUaeigphaeen-Dmok slob»rst«ll«fi
«Orden.
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Die erfindungsgeniäss erhaltenen, stark fibrin 5 er ten,
plexusfadenartigen strangförraigen Materialien sind im
einzelnen in der USA-Patentschrift 3 08l 519 beschrieben,
auf die hler ausdrücklich Bezug genommen wird.
Der Titer der strangfö^uiigen Materialien kann von relativ
niedrigen Werten, wie 15 den, bis zu hohen Werte, wie
100 000 den, oder noch höheren Werten reichen. Vorzugsweise liegt der Titer zwischen 100 und 10 000 den. Das
strangforaige Material soll für die Zwecke de? Erfindung in
.einer hoehf!brillierten Form vorliegen, in der es das
Aussehen eines Faserbandes oder Kabele aus ausserordent~
lich feinen Flden hat. Die Film=FibrllI@n sind dabei
jedoch zu einen !fetzwerk verbunden, wobei, wenn überhaupt,
nur wenige te@ta@ Verbindung aufweisendem Fibrillen°"Fäden"
vorliegen» Famer besitzen die straagffenlgen Materialien
eine Reis ©festigkeit nach Ballung auf 515 ßrehungeti/in von
aiindesteas I9O g/d@B und ve^streekt hohe Helssfeetigkelt,
wie "won 23s>© i/ö©sio Alle strassgförssägejs Äte^iallen kenn-
sieh ίΊα&®τ El©s»phol@g£© nsmh ümw©h ©im ^©idisnensionalea
isi ^©2=®©fc2,©<s@ss@ss Fors©SE aMftäF@ts@as sfe@F isn alle
ti@g|£g®F als
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4 Mikron; bei den bevorzugten Produkten betrugt sie roniger
als 2 y und kann in der Tat 1 u unterschreiten* Die Breite
der Film-Fibrmen-Elemente beträgt mindestens das Fünffache ihrer Dicke und liegt numerisch zwischen etwa 1
und 1000 u* Die Bestinasung der Dicke der Film-Fibrillen-Eleaente kann mit den Interferometer-Mikroskop durch»
gefUhrt werden.
Die Filra-Flbrlllen-Elenente in Plexusfäden treten in Form
von Fibrin en-Verbünden auf, die in den etrangförralgen
Qesamtgebllde Sohlchtstoffe, Aggregate oder Bündel darstellen. Da diese Flbrlllen-VerbKnde sich kontinuierlich
teilen und Teile von ihnen wieder in andere Bündel übergehen, bietet dlo Auszählung einzelner Film-Fibrillen
in dem etrangförraigen Material Schwierigkeiten. Zur Vereinfachung wird hier als Mass für den Fibrllllerungsgrad die
durchschnittliche Zahl von FibrlIlen-Verbänden In einen
0,1 na dicken Querschnitt des strangförnigen Materials verwendet, wobei die Zahl dieser FibriIlen-Verband« je 1000 den
auf einer 0,1 bib langen Strecke des etrangfönalgen Materials
als Frelfibrillenzahl bezeichnet wird. Die Zahl weiterer
FilnwFibrillen, die sich unter leiohtem Zug von den
FibrillenverbSxkden abziehen lassen, beträgt ein Mehrfaches
der als bereits frei festzustellenden Fibrlllen, aber bei
der Standardprüfung werden aneinander haftende FHm-FlbrlUen
nicht als gesonderte Fibrin en gesählt*
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Me Freifibrlllenzahl wird nach einer Gefrier- und Sohnitttechnik
unter darauffolgender mikroskopischer Untersuchung
wie in der obengenannten USA-Patentschrift 3 081 519
bestimmt und als Anzahl der freien Pibrillen/1000 den/0,1
Länge angegeben. Die Freifibrillenzahl der fibrillieren
Materialart betragt mindestens 50, und oft werden bei
Materialien dieser Art Werte von 1000 oder
erhalten. Di* Mindes^s^hl der ßtrangförmigen Materialien
gt jedcoh, unabhängig vom Tlter, 25 freie Fibrillen Je
0,1 mm Läng«.
©AD
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Vorzugsweise liegt die Länge (Abstand zwischen Punkteny an
welchen die Pibrillen ssusammenhängen) mehr als der Hälfte
der Pibrillen in einem strangförraigen Material unter 1,5 cm ■>
Die eich ergebende', dreidimensionale Struktur basiert auf den Bindungspunkten mit ihrer räumlichen Anordnung in verschiedenen Ebenen auf der Breite, Länge und Tiefe des strangfürmigen Materials
BIe überwiegende Längsorientierung der Filra-Fibrillen aller
strangförmigen Plexusfaden-Materialien ist leicht daran zu
erkennen» dass alle diese Materialien einem Eeissen oder Bruch in der Querrichtung einen viel höheren Widerstand als einer
Aufspaltung in Längsrichtung entgegensetzen» Die allgemeine Ausfluchtung der faserartigen Elemente derart, dass diese sich
in einer Richtung parallel zur Achse des strangförmigen Materials erstrecken, ist bei den meisten Arten der plexusfadenförmigen Materialien mit dem unbewaffneten Auge leicht feststellbare ;
Die plexusfadenartigenstrangförraigen Materialien geaHes der
Erfindung werden von einem kristallinen Polymerisat gebildet
Das häutohenförmige Material in dem strangförmigen (Hit in dem
beim Erspinnen erhaltenen Zustand beeitat, menn es aus einem
kristallinen Polymerisat besteht, eine wesentliche Orientierung, bestirimt durch Elektronenbeugung, d. h* sei nt Elektronenbeugungs-0rientierung8Winkel sind kleiner als 90°ο Kb wird
angenommen„ dass die hohe Festigkeit des plexusfadahartigen
strangförmigen Materials in dem beim Spinnen erhaltenen Zustand
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in magern Zusammenhang mit der kristallinen Orientierung
in dem filmartigen Band und mit der strukturellen Anordnung der Fibrillen selbst in dem strangförmigen Material
stehtv Bei den bevorzugten, kristallinen t orientierten Produkten
betragen die Elektronenbeugungswinkel der Filmfibrillen
weniger als 55°. Die Kristallite in den Film-Pibrillen ! sind in der allgemeinen Richtung der Film-Fibrillen-Achse
orientiert
Röntgenbeugungsdiagramme des gesamten etran^förmigen Mate*
rials anstatt lediglich von Filn-Fibrillen zeigen eine we*-
sentliche Orientierung des atrangförmigen Materials im beim Spinnen erhaltenen Zustand.. Die Röntgenbeugungs-Orientierungewinkel
der bevorzugten Produkte gemäss der Erfindung betragen
weniger als 55°* Die bei den strangförmigen Gesamtgebilden su beobachtende, wesentliche Orientierung zeigt* dass nicht
nur Kristallite in Längsrichtung der Fibrillen, sondern auch die Pibrillen selbst in der allgemeinen Richtung dec etrangförnigen
Materials orientiert sind
Strangförmiges Plexusfadenmaterial besitzt eine Oberfläche,
bestimmt durch Stickstoff-A&sorptionstechnikenp von mehr
als 2 m /g<, Auf Grund der ausserordentlich grossen Polymerisat/Luft« Grenzfläch« besitzen die strangförmigen Materialien
eine ausgeprägte Bsfähigung zur Zerstreuung des Lichtes und eine grosse Deskkraft. Ein weiteres, wichtiges Merkmal.der
strangförnigen Materialien besteht in der unter dem Polarisationsmikroskop zu beobachtenden, fibrillösen Textur des
strangförraigen Gesanitgebildes
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Pie etrangföriaigen Materialien besitzen einen hohen Organisationsgrad, und die hochorganisierten Bereiche erstrecken
sich über beträchtliche Strecken längs des strangförmigen -Materialsο Die strangförmigen Materialien aind als fibrlllös
ammspreohen, wenn unter dem Polarisationsmikroskop mindestens die Hälfte des das strangförmige Material bildenden
Materials in Form monochromatischer Streifen erscheint. Die monochromatischen Streifen sind in der Richtung der Achse
des etrangförmigen Materials orientiert und besitzen eine tatsächliche Länge (ohne Vergrößerung) von mindestens 0,2 mm
Die monochromatischen Bereiche sind als Streifen anzusprechen 9
wenn ihre Länge mindestens das Zehnfache ihrer Breite beträgt.
Der f!brillierte Plexusfaden stellt ein weiches, schmiegsames
Strangmaterial dar, dessen äusseres Aussehen einem voluminösen» gesponnenen Stapelgarn entspricht. Bei Betrachtung bei
Vergrösserung auf das 400fache zeigen die Film-Fibrillen das
Aussehen von Bändchen aus einem ausserordentlieh clürme *8 hautohenförmigen Material« welohe ungefähr um die ü'ilEi-Fibrillen-
Aohse herumgeschlagen oder -gewickelt sind. Sie erscheinen aus diesem Grunde bei einer Untersuchung ohne Vergrösserung faserartig u
Bei der am stärksten bevorzugten Form lassen sich die f!brillierten , strangförmigen Materialien in der Querrichtung auf
ein Vielfaches ihrer ursprunglichen Breite ausbreiten, ohne dass eine merkliche Ansahl von Film-Fibrillen-Elementen
bricht» Im allgemeinen erhält man bei der Ausdehnung des
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strangförmigen Materials in der Querrichtung anstatt eines
Bruches von !Film-Pibrillen eine Trennung derselben
Die Plexusfäden werden aus künstlichen, fadenbildenden Polymerisaten oder Polymerieatgemischen hergestellt, die in
einen beträchtlichen Grade kristallisationsfähig und stark
kristallisierbar sind, Das Polymerisat muss naturgemäas so
geartet sein, dass eine in der erfindungsgemässen Weise ge«
bildete Lösung desselben dem benötigten Zwei-Flüesigphasen·»
Phänomen in der Druekmindörzone zugänglich ist, Die kristallinen9
nichtpolaren Polymerisate, die hauptsächlich von den kristallinen Polykohlenvmeserstoffen gebildet werden 9 stellen eine bevorzugte Klaese von Polymerisaten dar« Beispiele
für diese Polymerisate sind lineares und veraweigtkettiges
Polyäthyl@n8 Polypropylena BÜLs copolymerisate des Sthylens
mit anieren Olefinen ueivo Auch aader® kristallin© Polymerisates, wi© P@lyäthylenter@phthal£ts Mischpolymerisate des
Stliylens mit anderen Monoaeren usw.. Bind verwendbar» Die
Polymerisat 15sung kann auch vor d@si Auspressen mit gewöhnlichen
Textilzusatzmitteln9 wie Farbstoffen, Pigmenten^
Antioxydationsmitteln, Mattierungsmittel^ Antistatik&g
verstärkend wirkenden T©ilchenp Haftpromotoren, wieder entfernbaren
Teilohen, lonenaustauechstoffeii und UV-Stabilisatoren, vermischt werden':
"Dia Flüssigkeiten zur Bildung der benötigten 9 eine hohe temperatur
aufweisenden und unter hohem Drucfe stehenden Polymerieatldsungen
für die Herstellung der Plexusfäden sollen
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vorzugsweise die folgenden Eigenschaften besitzen: (a) Ihr Siedepunkt eoll mindestens 25° Counter dem Schmelzpunkt des
eingesetzten Polymerisates liegen, (b) Sie sollen gegenüber den Polymerisat während der Auspressung im wesentlichen
nicht reaktionsfähig sein- (c) Sie sollen bei den, wie später beschrieben, für die Zwecke der Erfindung geeigneten
!Temperatur- und Druokbedingungen ein Lösungsmittel für das
Polymerisat darstellen, (d) Sie sollen weniger als 1 $> des
hochpolymeren Materials bei oder unter dem Normalsiedepunkt ä
lösen» (β) Sie sollen eine Lösung bilden» die beim Auspressen
unter Bildung einer Nichtgel-Polymerisatphase, d. h„ einer Polymerisatphase, die Restlöoungsmittel nur in einer zur
Plastifizierung des Gebildes nicht genügenden Menge enthält,
rasch (d» h„ in weniger ale Q5OI Sek«) der Phasentrennung unterliegt»
Mit diesen Erfordernissen unterscheidet eich das Verfahren grundlegend von herkömmlichen LÖaungs-Spinntechniken«.
bei denen das Spinnlösungsnittel stets ein Lösungsmittel für das Polymerisat unter dem Normalsiedepunkt und im allgemeinen
ein Lösungsnittel bei Raumtemperatur darstellt ο
Zu den Flüssigkeiten für das Spinnverfahren gemäss der Erfindung
gehören je nach dem jeweils eingesetzten Polymeriuat
aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol» Toluol uaw«,
aliphatiache Kohlenwasserstoffe, v/ie Butan* Pentan, Hexan,
Heptan, Octan, und ihre Isomeren und Homologen, olioyclische
Kohlenwasserstoffe, wie Cyclohexane ungesättigte Kohlenwasser- *
stoffe. Halogenkohlenwasserstoffe, wie Methylenchloridr
♦bei Atmos phärendruclQ 09807/0731
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Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Xthylohlorid„ Methy!chlorid?
Alkohole 9 Ester, Äther, Ketone„ Nitrile, Amide, Fluorkohlenetoffe, Sohwefeldioxyd, Schwefelkohlenstoff, Nitromethan 9
Wasser und Gemische derselben.
Zur Erläuterung besonders geeigneter Kombinationen aus der Vielfalt von Polymerisaten und Lösungsmitteln, welche für die
Zwecke der Erfindung Verwendung finden können, gehören die
Kombinationen des LinearPolyäthylens (Pichte 0,94 bis 0,98 g/cm*)
mit Cyolohexan, llethylenohlorid, Trichlorfluormethan» Pentan
oder Butan» Oft sind verschiedene Kombinationen dieser oder anderer Lösungsmittel mit einem orter mehreren Polymerisaten
von Vorteil, wobei diese Wahl sich nach dem gewünschten Charakter des Produktes richten wird..
In der obengenannten USA-Patentsohrift 3 081 519 sind sohematisch verschiedene Grundlagen erläutert, welche die Einstellung optimaler Spinnbedingungen erleichtern, wobei diese Grundlagen auch fUr die vorliegende Erfindung anwendbar sind, Fibrillierte Gebilde sind, wie in der Patentschrift beschrieben,
bei Temperaturen über T0 - 45° C erhältlich und können sogar
bei Temperaturen über der kritischen Temperatur des Lösungsmittels erhalten werden, Vorzugsweise arbeitet man bei einer
Temperatur üb©r dem Normal schmelzpunkt des zu 100 $>
reinen Polymerisates und mit Polymerisatkonzentrationen von etwa 2
bis 20 1° vom Gewicht der Lösung, So liefert ein Linearpolyäthylen-Methylenchlorid-System ein fibrilliertes Produkt, wenn
die Polymerisatkonzentration zwischen 2 und 20 GewD# und
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die lemperatur über (ΦΛ - 45° C) oder 193° G liegt
Die Auepreeeung wird vorzugsweise mit Geschwindigkeiten durchgeführt» welche mehr als etwa 2743 m (3000 Yarda) Plexusfaden/Miru liefern. Bei diesen Geschwindigkeiten kommt auf
die Polymer!satlösung während des kurzen BildungsintervallsP
In welchem die Polymerisate 8ung einem Übergang zunächst
in ein System, das Dampfblasen'und Polymerisatlösung enthält,
und darauf in einen geformten Feststoff unterliegt, eine innere Orientierungskraft zur Einwirkung, wobei während die- i
ser Zeit kritische Visooeitäts- und Geschwind igkeits-Übergangsgradienten existieren; Die Orientierungakraft erleichtert
die allgemeine Längsorientierung der Fibrilleny die für PIexusfäden kennzeichnend ist. Zweckmässig beträgt die Verweilzeit der Lösung in der Druckminderzone mindestens 0^06 Sek.
aber nicht mehr als 30 Sek.
mit βehr hohen Geschwindigkeiten? wie etwa 15 545 m/Miπu
(17 000 Yards/Min,) und noch darüber, hergestellt werden (
öffnung abzuhängen* Der Druck in dem Aut; preß abehält er kann
erhöht werden, indem man zur Erzielung höherer Drücke auf
höhere Temperaturen fährt oder mechanische Pumpen einsetzt)
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Austrittsöffnung und der benachbarten Teile bestimmt. Die
Spinnvorrichtung nach Fig- 2 z> B. ergibt eine Kammer 23
rait einem Druck mittlerer Höhe zwischen der Auntrittsöffnunc
22 dea Behälters und der tatsächlichen Spinn-Auotritteöffnung
24, wodurch Kerne für die schliessliche Herbeiführung der Bläschenbildung in der Spinn-Auotritteöffnung erhalten
-v/evderu Die Kernbildung führt zu einer groseen Bläaeherizanl
UULer nachfolgender Bildung hochfibrillierter Strukturen
von verhältnisnäasig geringen Strangtitern. Man kann
auch andere Spinndüsen- und Auatrittsb'ffnungs-Bauartan anwenden,
wie Mehrloch-Spinndüsen, Sprühdüaen, bei denen der ausgepresste Strahl sofort auf eine ihn wieder verteilende
Fläche auftrifft,, Wirbeldüsen, Schlits-AuatrittsSffnungenp
Ring-Austrittsöffnungen und dergleichen.
Die Austrittsöffnung kann jade einfach« Querschnittsform
aufweinen, aber vorzugsweise beträgt die kleinste Querabmessung
mindestens etwa ÖS1 mm,
Bei der Förderung einer maximalen Gleiehmäasigkeit und einer
maximalen Fibrillierung während des Spinnens ist es wichtig» eine Bildung von zwei Phacen zu verhindernf bis die Lösung
die .Druckminderzone erreicht hatp da sonat die beiden Phasen
Schichten oder groase Tropfen bilden, in dem strangförmigen
Material dünne Stellen und Klumpen entstehen oder andere unerwünschte Variationen der Morphologie längs dee strangförnigen
Materials auftreten.
Der Zwei-PIÜBβißphasen-ßreisdruck ißt in Flg. 5 erläutert,
909907/0791
SfPD-76-R
die ein Phaeendiagramm für Lösungen von Linearpolyäthylen in Trichlorfluormethan zeigt, wobei die Temperatur (0C) auf der
Ordinate und der Absolutdruck (ata χ 0,070) auf der Abszisse aufgetragen ist (überdruck « Absolutdruck - 1,055 at)° Die
Kurve A gibt den Dampfdruck des Triohlorfluormethan-LösungsmittelB bei verschiedenen Temperaturen wieder:* Die gestrichelte Linie 0 zeigt die Temperaturgrenae T„ ~ 45° C„ unterhalb
der nur schlecht f!brillierte Produkte erhalten werden · Die
gestrichelte Linie D veranschaulicht die kritische Temperatur dee Lösungsmittels und die gestrichelte Linie E den kritischen Druck-
Die Kurve PG gibt die Zwei-Fltissigphaaen-Druckgrenze für eine
14£ige Lösung von Linearpolyäthylen (Schmelzindex 0,57) in
Triohlorfluormethun bei verschiedenen Temperaturen wieder.
Bei Temperatur-Druck-Kombinationen oberhalb der Kurve FG
besteht das üystem aus zwei Flüssigphasen, nämlich einer
polymerisatreichen und einer polymerioatarmen Flüssigkeit?
Bei unter der Kurve FG liegenden Temperatur-Druck-Kombinationen andererseits besteh4: das System aus einer einzigen Flüesigphaseo Die zu FG parallelverlaufendeηp gestrichelten Kurven
veranschaulichen andere Grenzbedingungen für andere Konzentrationen und sind opHter beschrieben Wenn somit die Erfindung mit einer 14-^igen Lösung von Linearpolyäthylen (Schmelzindex 0,57) in Trichlorfluormethan durchgeführt wird, liegt
die Teraperatur-Druck-Beziehung der Lösung aufstromsoitig der
ersten Verengung in dem unter der Kurve FG befindlichen Bereich.
909 8Θ7*£0"7 3 1 ^*
HPD-76-R
Zo B, kann man die Lösung aufstromseitig der ersten Verengung
auf einer Semperatur von 187° C und einem Brück von 112e5 at
(Punkt Y der graphischen Darstellung von Fig« 5) halten» Die
in der Rohrleitung der Durchgangszone befindliche. Lösung stellt
bei diesen Bedingungen eine einzige Flüssigphase dar Venn eine solche Lösung durch die erste Verengung in eine Druck«
mind erz orie gelangt 9 fällt iiir Druck beträchtlich, Z0 B auf
60,5 at» die Temperatur dagegen nur um einige Grade auf 185° C
(Punkt Z der graphischen Darstellung), Bei den Monentbedingungen des Punktee Z würde die Lösung aus zwei Flüseigphasen
in Form einer Dispersion bestehen,- deren kontinuierliche Phase von einer Lösung von Linearpolyäthylen mit im Vergleich
zur dieperson Phase verhältnismäsBig hohen Konzentration
und deren disperse Phase von dem im wesentlichen reinen Lösungsmittel, in dem eine sehr geringe Menge Linearpolyäthylen gelöst
ist, gebildet wird λ Die Verweilzeit in der Druckminderkeminer
muss genügend kurz gehalten werden, um eine Trennung der beiden Phasen in getrennte Schichten zu verhindern» Sie wird,
wenn keine Stabilisierung der Dispersion, ζ ο Β» durch Rühren9
erfolgt, vorzugsweise unter 30 Seka gehalten« Wenn die Dispersion nur momentan in der Druckminderkammer bei den Bedingungen des Punktes Z gehalten wird, tritt sie aus der Endverengung, d. h« der Spinn-Austrittsöffnung, in die Atmosphäre
in einer sehr feinzerteil ten, dispergieren Form aus und
verdampft das Lösungsmittel sofort unter Bildung eines höchfibrillierten, strangförmigen Materials aus Linearpolyäthylen,
Wenn die Verweilzeit in der Druckminderzone 30 Sek« wesentlich ■
9098Q740J731 ~
HPD~76-R
überschreitet» besteht die Wahrscheinlichkeit, dass sich
die beiden Phasen in Schichten oder grosse Tropfen trennen. Bin bei solohen Bedingungen erzeugtes, strangförmiges Material ist gewöhnlich diskontinuierlich oder weiot eine in
anderer Hinsicht ungleichmUssige Morphologie auf,
Wie Fig. 5 zeigt, kann man das gewünschte, hoehf!brillierte
strangförmige Material bei einer breiten Vielfalt von Bedingungen erhalten* Versuche haben gezeigt, dass durch Anwendung von Lösungen höherer Konzentration die Kurve FG nach *
oben und links und bei niedrigeren Konzentrationen nach unten und reohta verschoben wird„ Die Kurven F1G1, F2^?
FG und FjGj von Figo 5 zeigen die Grenzbedingungen für
LÖsungekonzentrationen von 10, 12, 14 bzw 16 f* des Linearpolyäthylen-Trichlorfluormethan-Systems unter Verwendung
von Linearpolyäthylen mit einem SοhmeIzindex von 0,57 g/10 Min
Die verschiedenen Grenzkurven verlaufen im wesentlichen parallel zueinander.
verändern (der Sohmeleindex
steht in umgekehrter Beziehung zum Molekulargewicht). Die
indicee lassen sich nahezu parallele Kurven erhalten, Be
hat sich gezeigt» dass eine Erhöhung des Schmelzindexes
die Grenzkurve nach unten und rechts und eine Verringerung
nach oben und links verschiebt <,
909807/0731 - 45 -
In ähnlicher Weise wird durch Einführung eines verhfiltnismaasig unlöslichen Oaees, wie Stickstoff9 die Grenzkujwe
drastisch nach unten und rechte bewegt* Während die Einführung eines solchen Ctasea den Fibrilllerungegrad
erhiht, ergeben sich bei Verwendung eines Lösungsmittels
mit sehr hohem Dampfdruck bestimmte praktieohe Schwierigkeiten» Pa daa gelöste das die Zwei-Flüasigphaaen-Druekgrense In Richtung auf höhere Brücke verschiebt 9 wird der
Bau einer Einrichtung» welche die bei solchen Systemen benötigten» extremen Drücke verträgt» schwierig und kostspielig. Es ist daher bei der Durchführung des Verfahrens geder Erfindung mit Lösungsmitteln von hohem Dampfdruck
, kein® unlöslichen Grase als Kernbildner einzusetzen.,
Es iet im allgemeinen vorzuziehen, zum Aufbau des Drucks
mechanische Mittel» wie Kolben- oder Schneckenpressen» zu
verwenden« Ferner ist es wichtig9 aus dem System Luft auszuschliessen* Man arbeitet daher zweckmässig mit Lösungen»
die allein aus Lösungsmittel und aus dem plexusfadenbildenden Polymerisat bestehen« so dass alle anderen Oase» Flüssigkeiten und Feststoffe im wesentlichen ausgeschlossen sindο
Da die epinnfähigen Konzentrationen beim Entspannungspinnen gewöhnlich gut über einem Wert von 2 fo Polymerisat in
der Lösung liegen» ist der Zwei-Flüasigphasen-Druck für
unter diesem Wert liegende Konzentrationen praktisch wenig von Bedeutung, In der !Cat ergibt sich bei sehr geringer Kon«
zentration, gewöhnlich unter 2 &9 eine weitere Fhaeengrenze?
~ 46 " 909 8.0 7/07 31
IPD-76-E
an weloher sieh die Phaeenbesiehungen in Vergleich mit den
in den voretehenden Aboutsen beschriebenen umkehren, So
besteht in den Bereich niedriger Konsentration die disperse
Phase aue einen kleinen Prosentsats an Polymerisat in Lösung,
während die kontinuierliche Phase hauptsächlich aus klaren Lösungsmittel beutent. Lösungen oder Diversionen mit geringer Polymerieatkomsentration führen nicht eu kontinuierlichen»
fibrillieren atrangförnigen Materialien gleichmäesiger Morphologie und sind infolgedessen für das Verfahren gemäss der
Erfindung ungeeignet >
Bi· Lage der Zwei-FlUe8igphaeen-Druckgrenze einer gegebenen
Polymerisat-Lösungsmittel-Kombination lässt sich ermitteln»
indea man die Lösung in einer Vorrichtung» die mit einer mechanischen Pumpe oder einem anderen Mittel zur Erzielung der
benötigten» überautogenen Drücke versehen ist, durch ein
Eoohdruok-Sohauglaa bei verschiedenen Temperaturen und Drttkken beobachtet„ Die kontinuierliche Löse- und Entspannungeapinn-Verbundvorrichtung lässt sich leicht so abändern, dass
«an die erforderlichen Werte ernitteln kann» Z. B» kann in
die in ?ig. 3 geaeigte Vorrichtung nach Beispiel 1 ein dickwandiges Glasrohr eingebaut werden, das man über Druckverbinder in die Leitung 62 abstromseitig des Druckminderfühlers 69 und aufströmeeitig der Spinndüse 92 einschaltet-Der Druck wird mittels der Schneckenpresse und der Lösungsmittel-Pumpe unter Verwendung des gleichen Regelsystem» wie
in Beispiel 1 erseugt* Zur Ernittlung der Grenzwerte werden
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NPB-76-H
der Druckregler 70 und das automatische Ventil 55 entaktiviert.. Das Ventil 55 wird von Hand weit geöffnet (so weit,
dass jeder merkliche Druckabfall in der Flüssigkeit beim Passieren des Ventils verhindert wird). Die Leitung 82
weist dann im wesentlichen den gleichen Druck wie die Leitung 80 auf, wobei dieser Druck durch den von dem Druckfühler 51 gesteuerten Druckregler 68 geregelt wiräo
Zur Ermittlung der Versuehewerte für ein Polymerisat mit
bekanntem Sctraelzindex in einer Lösung bekannter Konzentration werden dann die Temperatur und die Drücke in dem System auf verschiedene Werte eingeregelt, wobei man die Lösung in dem Schauglas beobachtet* Bei Drücken über dem
Zwei-FlttBsigphaeen-Gren&druck ist die Lösung klar; bei
Drücken unter dem Zwei-Plüssigphasen-Grenzdruck wird die
Lösung trübe* Nach Ermittlung der Werte für eine Reihe von Temperaturen, kann man den Grenzdruck für jede Temperaturgraphisch darstellen (wie bei Kurve PG von Pig." 5) -; Zweckmassig werden die Lösungen sowohl bei statischen
Bedingungen als auch im strömenden Zustand geprüft., Man kann hierzu die Spinndüse 92 durch ein Nadelventil ersetzen und dieses Ventil zur Beobachtung der Lösung in dem
GIaB-Druckrohr schlieaeen, Durch Lenkung der Geschwindigkeit, nit welcher das Gut die Spinndüse durchströmt, kann
man weitere Kennwerte erhalten und die optimale Verweil- ' zeit der Lösung in der Druckminderzone ermitteln. Die Lösung in dem Rohr bildet bei zu langer Verweilzeit grosee
909807/0731'
- 48 -
Schichtent wenn aie'auf Teraperatur-Druck-Bedingungen unter
dem Zwei-FlUssigphasen-Grenzdruck gehalten wird,
Wenn nan das f!brilliertβ, plexuafadenartige strangförmige
Material gemäss der Erfindung bei seinem Herausschlössen aus
den Spinndüsen auf ein Frallorgan auftreffen lässt, wird
eine breite Bahn gebildet» Diese BaIm5, deren Breite ein Mehr»
faohea derjenigen des aus tretenden Strangs betragen kannP
enthält in der gleichen Weise wie ein dreidimensionaler FIe- *
xus die Pilmbrillen und Bindungspunkte Eine solche Bahn
läset sich leicht auf einem laufenden Band sammelns ums gegebenenfalls nach leichter Zusammenpressung» ein flächenhuftes Nonwoven-Material (nicht gewebtes Material) zu erhalten» Weiter kann man die Plexusfäden auf einer üblichen Papiermaschine in eine Aufschlämmung überfuhren, aus der sich
zufriedenstellende, papierartige Produkte für Druck- und
Einwickelzwecke und verwandte Zwecke erhalten lassen.
formen der Erfindungo Teil- und Prozentangaben beziehen sich«
wenn nicht andere angegebene auf das Gewicht
Die in den folgenden Beispielen genannten Drücke sind die autogenen, d9 h. Von dem Lösungsmittel erzeugten Drücke
oder können auf Grund des von den Zuführvorrichtungen ausgeübten, mechanischen Drucke höhere Werte habenο Der Schmelzindex des Polymerisatee, ausgedrückt in Einheiten von g/10 Min«*
wird nach der ASIM-PrUfnorm D1238-57T, "Condition E", bestimmt;
er etent in umgekehrter Beziehung zum Molekulargewicht Unter
909807/0731 £
NPD-76-R
dem Linearpolyäthylen ist ein Polyäthylen au verstehen v das
eine Dichte von Qj, 94 bis O998 g/em ρ vorzugsweise eine Dichte von O995 bis O?97 g/cnr 9 besitzt. Das Molekulargewicht
ä®r Polymerisate hat mindestens einen der Eigenschaft der
Paa Unbildung entsprechenden Wert..
Mit der Vorrichtung und nach der Arbeitsweise von Figo 3
wird ein endloser Binseistrang aus hochfibrilliertem Linear«
Polyäthylen ersponnen» Die Vorrichtung wird mit zwei Druckregelkreisen
betrieben» deren erster den Druck in der Durchgangazone
aufatromseitig der Druckmiraderzona aufrechterhält
und dereE zweiter den Druck in der Druckminderzone, die sich
hinter der Verengung eines automatischen Ventils befindety
regelte Der Spinndüsenaufbau weist nur an der End=·Austrittsöffnung eine Verengung auf? die Spinn-Austrittsöf-fnung besitzt
einen Durchmesser von O5,635 mm und eine Kanall»nge
von Oj635 ram« Der Druckminder-Fühler ist in der Leitung zwischen dem automatischen Ventil und der Spinndüse vorgesehen,
Nachfolgend sind zunächst verschiedene Komponenten der in dem
FllesBbild von Fig« 3 veranschaulichten Einrichtung beschrieben ο
Die Schneckenpresse, die als Zuführvorrichtung für geschmolzenes Polymerisat wirkt* besteht aus einer schraubenförmigen
Schnecke, die in einem zylindrischen Massezylinder arbeitet
50 ■" 909807/0731
174 | ,0 | 3,2 |
19 | ||
45 | 0 | |
12,7 - | ||
1393 |
HPD-76-R
Lftnge dee nit Gängen versehenen Seile, cm
Oangzatil
Die Strangpresse let in drei Abschnitten ummantelt* deren
jeder sum Kühlen oder Erhitzen auegebildet ist, In dem vor- f
liegenden Beispiel wird die Temperatur des Flüssigleeitsmantele in der Richtung von der Beschickung zur Austragung
Bit eine» Regler» dor von in den einzelnen Mänteln vorgesehenen Thermoelementen gesteuert wird« auf 175* 205 bzw,
205° O gehalten.» Die sum Schmelzen des Polymerisates benötigte WHrne wird sun grössten Teil durch die mechanisch
Energie der Fresse erhalten.
Das geschmolzene Polymerisat wird von der Presse über eine
elektrisch beheizte Durchgangsleitung, bei welcher zur Auf«
rechterhaltung des Schmelzzustandes der Yiänaöverlust durch
elektrische Heieelemente ausgeglichen wirdy einem Schneckenmischer zugeführt, der als Lösekammer dient Bas Mischen in
dem Schneckenmischer (nach USA-Patentschrift 3 006 029) erfolgt mittels einer schraubenförmigen Schnecke, die in
_51 _ 909807/0731
NPD-76-B
einem zylindrischen Masaezylinder arbeitete Die Schraubengänge
der Schnecke sind durch gegeneinnige, schraubenförmige
Grossnuten unterbrochen -.. Für die. Zwecke der vorliegenden
Erfindung erhält der Extruder in der Nähe der Massezylinder-Mitte
ein Einlaserohr für die Einführung dee heissen
Lösungsuittelso Kennwerte der Mischschnecke;
Auesendurehmeseer, cm | 10,2 |
Lunge des mit Gängen ver | |
sehenen Teile, cm | 152,4 |
(rangzahl | |
klein | 6 |
gross | 1 |
Gangtiefe ρ mm | |
klein | 22,2 |
gross | 22,2 |
Gang-Steigungewinkel | |
klein | 19° 40» |
gross | 60° |
Aufnahmevolumenο cm | 7210 |
Wärmeverluste des Hassezylinders des Schneckenmischers werden mit einem elektrischen Heizmantel ausgeglichen, .
Im Betrieb der Einrichtung wird auf den Trichter der Strangpresse
Linearpolyäthylen (Schmelzindex O95» Dichte 0,953 g/cm5)
in Wirfelform (3,2 mm) mit etwa 10,9 kg/std, aufgegeben-Das
Polymerisat, das in der Strangpresse schmilzt, tritt mit
einer Temperatur von 203° C und einem Druck von 133,6 atü
aus* Be wird durch die mit Wärmeausgleich versehene Durchgangs- /
leitung dem Schneckenmischer zugeführt,
909807/0731 ·
U35632
KPD-76-R
Dae Lösungsmittel wird von einem Vorratsdrucktank zugeführt
Als Lösungsmittel dient Trichlörfluormethan, das bei 24° C
siedet und dessen kritische Temperatur, T0, 198 bis 200° C
und dessen kritischer Druck9 P0, 43,6 bis 45,0 atü beträgt
Das flüssige Lösungsmittel wird durch die Zuführleitung dem Löaungemittel-Yorerhitzer zugepumpt und mittels eines Heisewasaer-Mantels
auf 50° C gebracht, wobei der Lösungsmitteldruck
7»0 atü beträgt. Die hin- und hergehende Lösungsmittel=
Pumpe führt das Lösungsmittel durch eine Hochdruckleitung dosiert mit etwa 67,13 kg/Std einem Dampfmantel-Erhitzer
zu, der die Temperatur auf etwa 150° G erhöht, worauf der
Gesamtdruck etwa 126,6 atü beträgt. Der autogene Druck des
Lösungsmittels bei 150° C beträgt 20,7 atü- Das heiase, unter hohem Druck stehende Lösungsmittel otrömt dann durch die
Hochdruckleitung zu dem Schneckenmischer
In dem Schneckenmischer wird in den Strom des geschmolzenen Polymerisates heisses Trichlörfluormethan injiziert und
während der Passage des Materials längs der. mit 35 U/Min umlaufenden Schnecke eine Lösung gebildet Die von dem
Mischer abströmende Lösung, die 14 Gew.,$ Polymerisat enthält, wird in dem Mischer mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 79»4 kg/Stdo gebildet. Die Temperatur des von dem Mischer
abströmenden Gutes wird durch Lenkung der Manteltemperatur des Lösungsmittel-Erhitzers auf 185° C gehalten Der
den Schneckenmischer umgebende Mantel gleicht Wärmeverluste
aus dem Mischer aus, Der Druck der abströmenden Lösung
~ 53 '909807/0731 /<
NFD-76-R
beträgt, etwa 120 »9 atü, Da der autogene Druck dee Lösungsmittels bei 185° C 36,2 atü beträgt» wird somit auf die Lösung
durch die Schneckenpresse und die Lösungsmittelpumpe
ein beträchtlicher Druck ausgeübt Die Newton»sehe Viscosität
der Lösung bei bestimmtem Geschwindigkeitsgefälle beträgt 35 P (bestimmt bei 185° C)»
Aue den Schneckenmischer wird die Lösung durch eine Durchgangsleituhg
einem vergleichmässigenden Mischer zugeführt 9
der am Punkte des Lösungseintritts eine scherspannungsscharfe Zone aufweist, worauf eine seherspannungsschwache Zone
mit einem Aufnahmevolumen von etwa 162,8 1 folgt, um eine Lösung gleichmässiger Konzentration zu bilden,. Die Scherbeänspruchung
erfolgt durch Schneckengänge auf einer WeIIe5.
die am Boden des Homogenisiertanke in dem zylindrischen Einlass mit tig angeordnet ist, Der Schneckengang in der scherspannungseeharfen
Zone und die Schaufeln, mit denen das Gut in der scherspannungsschwachen Zone gerührt wird 9 sind auf
einer gemeinsamen Welle angeordnet« Die seherspannungsschar«
fe Zone besitzt eine Länge von 3891 cm und einen Durchmesser
von 3»8 cm« Der Schneckengang hat eine Steigung von 6,35 mm
je Umdrehung; die Gangtiefe zwischen den Gewindestegen beträgt 3»05 mm und das Spiel zwischen dein Schneckengang und
der Zylinderwand 6,35 mm* Die Welle läuft mit 134 U/Min ο um«.
Die Temperatur der Lösung in dem Homogenisiertank wird auf 185° C gehaltenο Der Druck beträgt zum Zeitpunkt des Anfahrens
etwa 116{,0 atü\, ___ *
'-54,- - -1^o
90 990^/07 31
MED-76-R
Die Lösung wird von der Durchgangsleitung zwei parallelgeschalteten Filtern zylindrischer Form (länge
50,8 cm, Durchmesser 6,4 cm) zugeführt, die Seilchen mit
einem Durchmesser von mehr als 0,152 mm zurückhalten
Von den filtern gelangt die Lösung zu einer Durchgangs«
leitung» die einen Druckfühler, speziell einen Druckübertrager der Bauart Swartwout, Typ P3T/2, und einen Druckmesser der Bauart Heise« enthält, Der Druckübertrager
meldet den Druck an ein Registrier- und Regelgerät der Bauart Swartwout, Typ A8C/4, weiter, das seinerseits ein
elektronisches Signal an einen Gleichstromantrieb der Bauart Reliance abgibt, der die Geschwindigkeit der Antriebsmotoren für den Schmelzextruder und die Lösungsmittelpumpe
regelt«
In dem vorliegenden Beispiel wird der Druck in dor Durchgnngezone abstromseitig der Filter auf 115»3 + 0ε84 atü
und die Temperatur in der Durchgangszone auf 185+10C
gehalten.
Der Zwei-Flüssigphasen-Grenzdruck der Lösung bei 185° C beträgt 87,5 atU,
Die Lösung strömt von den Filtern zu einem automatischen Druckminderventil, das die Schleuse auf dem Strömungeweg
zur Spinnzone darstellt, der von einem zweiten Druckregelkreis auf einem niedrigeren Druck gefahren wird... Die Regelung des Druckes ab3tromseitig der Ventil-Verengung erfolgt
. 55 . 909807/0731
NPD-7S-H
durch Teränticiruag de® Betrages der Ventilöffnung* Die Ventilöffnung
wird mittels eines Druekübertregsra (Bauart faylor9
Typ X726TH) geregelt 9 der das pneumatische Steuersignal
eisiea Druckreglers (Bauart Taylor, Typ 7O4BE) steuert,
der seinerseits den Betrag der Ventilöffnung regelt, Von den automatischen Ventil strömt die Lösung durch eine Rohrleitung
zu einer Spinn-Sinze!öffnung? wobei das Volumen der
Lösung in -der Rohrleitung etwa 100 cm** beträgt« Bei dieser
Arbeitsweise erfolgt in der Spinndüse selbst bis zum AuspresBpiiiikt
keine merklich© Druckminderung« Die Austrittsöffnung hat einen Durchmesser von 0,635 mm und eine Kanallange
von 0,635 mm. Das automatische Ventil wird in dem vorliegenden
Versuch ständig mit einem Öffnungsgrad zwischen und 60 $>
betrieben» während der Druck auf einen Wert von 73*8'+ 0,84 atü geregelt wird. Aus der AugtritteBffnung'
tritt die Lösung mit hoher Geschwindigkeit in die Umgebungsatmosphäre
ausP wobei das Lösungsmittel haftig verdampft
und eich ein hochfibrillierteSj, atrangiörmigef» Material
bildet-j Das ersponnene? strangförmige Material wird auf
ein Ablenkorgan aufprallen gelassen^ das in unmittelbarer Nähe der Spinn-Austrittsöffnung angeordnet wird, wodurch
das strangförmige Material ein offenes Netzwerk bildet s das
in sich überlappenden Schichten auf ein laufendes Band abgelegt wird« Das auf dem Band befindliche, lose Material
wird dann durch ein Walzenpaar geführtp das einen leichten
Druck von 4,54 kg/2,54 cm Walzenachse ausübt.· Man erhält
ein flächenhaftea Material mit einer Zugfestigkeit von
NPD-76-R
Das erfindungsgemäes erhaltene Produkt eignet sich besonders gut für den Einsatz für Wandbelftge, Planen und Persenninge sowie Zigarettenfilter und für andere Zwecke, bei
denen eine gleichmässige Dichte und gleichmässige Deckkraft wichtig sind.
Bei langzeitiger Durchführung des Verfahrens treten keine Veränderungen der Geschwindigkeit auf, mit welcher das
PIexusfndenmaterial gebildet wird. Die Drücke von 115*3 + 0,84
atü in der Durchgangazone und von 73,8 £ 0,84 atü in der Druckminderzone werden durch gesteuerte Einstellung der Antriebe der Presse 42 und der Lösunßsraittelpurape 61 ständig
aufrechterhalten, während die Temperatur konstant bleibt Solbst beim Auftreten einer teilweiaen Verstopfung der Filter bleiben diese Drücke konstante
Eine Probe des strängförmlgen Materials wird in der aus der
von dem Ablenkorgan erhaltenen Vorm unter der Spinndüse gesammelt . Das stranßfUrraige Material selbst zeigt eine gleichmassige Morphologie auf seiner Länge und einen gleichoäasigen
Titer von 300 bis 350 den
Zur Bestimmung der Pibrillenzahl gefriert man das strangförmige Material in Eis und gewinnt 0,1 mm dicke Schnitteο Nach
dem Auftauen werden die einzelnen Teilchen in dem Schnitt ausgezählt, um einen Anhaltspunkt fur die Pibrillierung zu
gewinnen. Dabei zeig" sieh, dass an jedem Punkt längs des
Btrangförnigen MaterJale mindestens 50 Fibrillen/1000 den/0,1
" 5? ~ 903807/073t
JäPD-76-R
vorliegen* Zum Vergleich unter Amien&ung einer Technik, bei
der eiß konstanter LösuragSflurshsats ohne B®rtteksichtigung
voE Setaasskuisgen des Sp&nndruekes angewandt wirdt) hergestellt
te etraßgfSrmige Materialien enthalten dagegen viel*·" feststoffteilchen
und Bereich© niedriger Flbrillenssahl-,-Dabei traten ·
augenscheinlich Drtaekselmankunges. einer solches GrSsseaordnung
auf, össs sich vor zeitig sin Ewei-Phasensystea entwickelte
α fiele feile des erhaltenen ¥©s?gle±ehsmaterlals besassen
©ine Pibrillsriashl von nur etwa 1 Fibrille/mn/1000 den/OV1 mm,
B ®,„ji;m,ß.mJ>,,%„ß,Ä π „?
Di© in Bsispiei 1 li@Bc!a?ieaene lirarißhtung v;lrd dahingehend
abgeändert 9 äass san äas Xte'uckmindsrventil 55? ä©n I^ucloainder-FCihler
69 ^nä den Regler 70 τοη Fig« 5 wegliest und durcsh eine
der iß ligo 2 gegeigten Art mit awei Verengungen er-
©i die anfetrossasitige Verengung 22 ©inen Durchmesser
von Op813 » wad eine Mug® von O5813 usra und die abstromseit ig©
¥@rengung 24 einen Durchmesser von 0,635 aim und eine Länge
von O8635 naa besitzt0 Der von den beiden Verengungen definier-
•3.
te» kleine Baum 23 hat ®in Volumen von 6 gwt und wirkt als
da kein gesonderter Druckminderregler vor-Gegenüber
der Spinnöffnung wird wie in Beispiel 1 ein Ablenkorgan vorgesehen·
Unter Anwendung des gleichen Polymerisates und Lösungsmittels und der gleichen Löse-und Durchgangszone und der gleichen Temperatur-s Druck- und Konzentrationsbedingungen wie in
. 58» 909807/0731
HID-76-H
Beispiel 1 wird ein etrangföriaiges Material aus Linearpolyäthylen erhalten f das auf seiner Länge fortlaufend eine Pibrilleneahl vori mindestens 10 Pibrillen/1000 den/0,1 mm
aufweist«. Strangförraiges Vergleichs aterial* das unter Anwendung einer konstanten Strömungsgeschwindigkeit erzeugt
wird, besitzt dagegen viele nicht fibrillierten !Seile mit
einer Fibrillenaahl von nur etwa 1 Pibrille/1000 den/0,1 mm.
Beispiel 3 g
Die in Beispiel 1 beschriebene Vorrichtung wird dem Erspinnen von fünf strangförnigen Materialien angepasst, indem man
das automatische Einzelventil 55 von Fig. 3 durch einen Verteiler ersetzt^ der fünf getrennte, jeweils durch ein automatisches Ventil gelenkte Spinndüsen speiet, Ein Fliessbild
des Verteilers, der automatischen Ventile, der Druckminderregler und der Spinndüsen ist in Fig. 4 gezeigt, bei welcher
die Durchgangsleitung 5O9 die Doppelfilter 54* der Druckfühler 51 und die Durchgangsleitung 80 der Pig. 3 entsprechen.. |
In dem vorliegenden Fall ist jedoch die Durchgangsleitung SO
mit einem Verteiler 85 verbunden, der eine solche Bauart aufweist „ dass die Lösung auf Zweige 86 verteilt wird, in denen
Jeweils ein ungefähr äquivalenter Druckabfall erhalten wird * In jedem Zweig strömt die Lösung durch ein automatisches Ventil 87 zu einer Spinndüsen-ZufUhrleitung 88 mit einem Druckfühler 89, dessen Signal einem Druckregler 90 eingespeist
wird, der seinerseits die öffnung des automatischen Ventile
909807/0731
regelt- Die SginMüsenleitiisig führt die Wmumg v©ß jedem
Veatil einem Splrnidfeisisaufbau 91 nit einer Spinn-Austritts
Uffnung von Os63f>
eb8 Büreteesser und ®ln©r Xanallißge von
0,635 Πω au«
Im B©tri@b wird wie-la Beispiel 1 kontinuierlich «ine
von UnearpolTKthylen gebildet., B©r liruek In der Lösunge·
80 (Figo 4) wird auf 101,9 + 0P84 ät gehalwobai
wie in Beispiel 1 das Signal elass Sruckftihlers §1
deia GeeohwindigkeitBwert«- uaä Druckregler zugeführt wird^
der al® deeamt^esehwindiglceäten der das Islyjaerieat zuführenden
Schneokenetrangpress©-xmü der M@usigesiittelpump@ regelt ο
um gleichzeitig ü&& deechwiiidigkeits^-erhält^is der Polymerisat«
unu Xiösungsmittelpuffipen regelte
Jedes automatische Ventil 87 dient als Schleus© zu einem Bereich 88 niedrigeren Druckes, der oben schon als Druckminderzone
beschrieben ist- Durch Regelung des automatischen Ventils
87 wird von den Druckninder-Fühlern und den Druckminder-Reglern
90 der Brück in jeder der JDruckninder-Zonen auf 84,4 + 0,70 at gehalten? wobei der Druckfühler 51 (Figo 4)
zur Aufrechterhaltung dieses Druckes einen viel stärkeren
LüsungBZUBtrom als in Beispiel 1 fordert. Im Gleiohgewichtesuetand
werden hierzu der Löse zone etwa 54*4 kg/St d. des
Linearpolyäthylene und etwa 335,7 kg des Trie hl or fluor methane
rügtführt λ
Au« dm fünf Spinndüsen werden fünf getrennt·, »trangfärmig·
Materialien 92 erhalten.
* 60 - 90980770731
NPD-76-R
Gegenüber jeder Spinndüse werden (nicht cingeaeichnete) schwingende Ablenkorgane angeordnet, um den fibrillieren Strang zu
einer offenen BuIm auszubreiten-
Man sammelt von den fünf Ablenkcrganen unter den Spinndüuen
Proben und dann aus den fünf hin- und hergeführten Netzwerksträngen auf einem laufenden Band ein flächenhaftes Gesamtgebilde . Das flächenhafte Gebilde ergibt nach leichtem Pressen zwischen zwei Walzen bei einem Druck von 4*5 kg/2954 cm
eine Zugfestigkeit von 63,2 g/cm je g/m , eine Reiesfeetlg-
n "X
keit von 13,4 g Je g/m und eine Dichte von 0,144 g/cnr
Alle fünf Netzwerk-Stränge zeigen ein {jleichmäaaiges Auaoehen;
Pibrillen-Auszählungen an den Strängen aeigen, dass bei allen fünf etrangförmigen Gebilden eine yibrillenzahl von mehr als
20 Pibrillen/1000 den/O,1 mm beibehalten bleibt
Wenn man bei diesem Versuch mit fünf Spinndüsen eine der Spinndüuen abuchaltet, bleibt die Morphologie der verbleibenden
etrangförmigen Materialien unverändert Der Druck in der Durchgangeleitunß 80 wird weiter auf 101,9 +, 0,84 at aufrechterhalten Bei Abschaltung einer Spinndüse sinkt die Gesamtmenge
an zugeführten Polymerisat und Lösungsmittel automatisch auf
etwa 43,5 bzw . 268,5 kg/std .,
Baispiel 4
Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird unter Verwendung, im wesentlichen der gleichen Vorrichtung mit der Abänderung wieder-
„ ei - fl09«0Y/0731
- -Ii
NPD -7G- -Ii
holt» dasa die einstellige Spinnsone durch einen dreistslligen,
Verteiler ersetzt wirdy dessen jsds Leitung sowohl ein
automatisches Ventil (wie in Piß» 4) alo auch eine Spinndüse
der in Pig. 2 gezeigten Art enthält · Das Polymer!-^t und dao
Lösungsmittel entsprechen dem Beiepiel 1. Man sammelt daa ·
auö den drei Spinnöf£nung©n austretendev plexusfadenartige
Material und bildet auß ihm ein 2UBaiomenkHngend@8; fläuhenhaftea
Material .
Apparatur- und Betriebakennv/ertes
Polymerisat-Zuführung, kg/Std 22,7
Temperatur der Schneckenatrangpresse
C
ι. Zone
te75
2. Zone - 205
3- Zone ■ 203
temperatur des Polymerisates beim
Eintritt in den Schneckenmischerr C 220
40
Druckρ atu 8,8
LöQunggmittel-Bruck nach der Kolbenpumpe, atü 133r6
Lööungamlttsl-Teiaperatur nach dem
¥erlass©n das Löaungsmittel-Erhitzerar C 185
Temperatur d©a Schneckenmischera» 0C 185
Löaungskcnaentration,, *fi 13F5
Verweilze.5.t ,im Homogsnr.siermlycher, Min 50
Druck an der Austragung des Homogeni -
atü >26c6
StröQungBgeachv/indigkeit des Polymerisates
(3 Spinnstellen), g/Min-,
inageaamt 375
je Spinneteile 125
- 62 -■ 909801/0731 -
NPD«?6-E
Druckminderung (zwischen automat!
Verteiler-Leitungen (aufstromseitig
des automatischen Ventils)
Temperatur,0C 185
Druok, atü· 116*0
Druckminderung (zwischen automatischem Ventil und Spinndüse)
Temperatur, C 185
Drucks atü 87 s 9 Spinndüse
Erste öffnung, Durchmesser mm 0,71t
" " f Länge, mm Os737 I
Kammer-Volumen, cm·' 6
End-Öffnungp Durchmessers mm 0^08
11 ρ Länge, ram 0,635
Das ausgetragene, plexusfadenförmige Material aus jeder Spinnöffnung wird auf rasch schwingende Prallorgan© t die unter einem
Winkel von 35° angeordnet sind» aufprallen gelassen und elektrostatisch in sich überlappenden Schichten auf ein einzelnes» laufendes Band abgelegt, das sich mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 29»0 dm/Min, bewegt Die erhaltene Bahn eines flächenhaften Materials von 76P8 cm Breite wird durch die Wirkung '
eines Paare von Druckwalzen,, die am Spalt einen Druck von
6,4 kg/2,54· cm ausüben, leicht zusammengepresst und bei einer
Spannung von 0,045 kg/2,54 cm Breite au Rollen aufgewickelt
Das Produkt, dessen Flächengewicht 78,0 g/m beträgt, hat folgende
physikalischen Eigenschaften (MH = Maschinenrichtung»
QR - Querrichtung):
90980^/0731
Cf
Zugfestigkeit, g/cm je g/m
117,98
QR 95 „33.
Reiesfeetigkeit 9 g je g/m
· 5,35
Die dr©i austretenden, pl@2cua fad enart igen Sträng© -geigen
bei iangseitigem Betrieb eine bemerkenswert gleichmässige
Morph©logiep einschlieselich eines im w©8entlichen konstan
teii
In den vorsteheadesi Beispielen kommt die grösste Bedeutung
άβτ Bruckablesung ^up öle unmittelbar naoh den L5süegs~
filtern 54 und vor dem automatischen Druckminderventil (55 in
Beispiel 1) oder der Spinndüsen~Dru ciasind er kammer (23 in Beispiel
2) erfolgto Dieser Druck» der Durchgangszonendruekp wird
von dem DruckUbertrager 51 oder einem in Zusammenhang mit
ihm'eingesetztem Druckmesser» angezeigt. Die Drücke aufstrom«
seitig der Durchgangszone sind naturgemäas etwas
Die Temperatur der Lösung auf dem Strömungsweg vor der Druck minderspinndüse oder dem automatischen Druckminderventil
ist die Durchgangszonentemperatur j Der primäre wärmefühler
befindet sich in der Lösungs-Durchgangaleitung 47 unmittelbar
nach dem Schneckenmischer, wobei alle folgenden Temperaturen, bis but Druckmindervorrichtung; mit dieser Temperatur
in Einklang gebracht werden· Da die Auf rechterhaltung einer
konstanten Temperatur für die Aufrechterhaltung eine·
konstanten Druckes wesentlich istr werden Wära«v*rluete
64 . 909807/0731
ORIGINAL
MPD-76-R
mit Hilfe von Heizelementen ausgeglichen,, die an verschiedenen
Stellen längs des Arbeite weges angeordnet werden
Beispiel
5
Unter Verwendung der Apparatur und nach dem Verfahren von
Pig. 6 wird ein eineeines, strangförraiges Endlosgebilde aus
hochfibrilliertem Linearpolyäthylen erspönnen, Mit einem
Druckregelkreis wird der Druck in der Durchgangszone aufstromseitig der Druckminderzone aufrechterhalten und mit
einem zweiten Druckregelkreis der Druck in der Druckminderzone nach der Verengung eines automatischen Ventils geregelt.
Der Spinndüeenaufbau weist eine Verengung an der Druckminderöffnung und an der Knd-Austrittsöffnung auf, v/elch letztgenannte einen Durohmesser von 0,762 mm und eine Kanallänge
von 0,889 mm besitzt.
Nachfolgend sind verschiedene Komponenten der in dem Flieasbild veranschaulichten Einrichtung beschrieben,
Die kalte Aufschlämmung wird in dem Tank 109 gebildet, indem das Polymerisat und das Lösungsmittel in einem vorbestimmten Verhältnis zuführt und die Aufschlämmung unter Verwendung elnee Mieohere der Bauart "Lightnin", Modell BLD-200»
bewegt«. Das Lösungsmittel wird auf einer Temperatur unter seinem Siedepunkt gehalten, indem man durch den Sank umgebende
Kühlschlangen Salzsole von -7° C führt.
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Im Betrieb wird in den Aufschlämmtank Iiinearpolyäthylen
(Sehmelsindez 0v5; Dichte O9953 g/cm*) in gemahlener Form
(Teilchengrösse feiner als 30 Maschen) mit etwa 2U?1*
. eingeführt..
Das Lösungsmittel für das System wird von einem Niederdruckvorratatank
zugeführt Als Lösungsmittel wird Trichiorfluormethan
verwendet» das bei 24° G siedat und dessen kritische
Temperatur^ ü?„9 198 bis 200° G8 und dessen kritischer Druck*
P„» 43*6 bis 45,0 atü beträgt- Das flüssige Löaungsnittel
fiird in den kalten Aufschlämmtank dosiert mit einer Geschwindigkeit
von etwa 134,3 kg/Std. eingeführt,
Di© kalte Aufschlämmung viird d«rch eine Rohrleitung aus dem
kalt©& Aüfachlämmtank zu. der Aufachlämiapuiape 115 (eine avmngs=
läufig arbeitende Verdrängerpumpe mit Doppelraembran und KugelrücköchlagYentilen
der Bauart DeLaval "Hydropulse"s Modell
H-3) geführtν wobei ale Fumpmedium ein Schmieröl verwendet
wirö Das öl wird mittels einer mit konstanter Geschwindigkeit laufenden, zwangsläufig arbeitenden Verdrängerpumpe auf
einen Druok von ungefähr 133»6 atü gebracht-, Ein Phasenventil
bestimmt $ welche Membran unter den Öldruck gesetzt und welche
ablaufen gelassen wird > Unter der Wirkung des Hochdrucköls
wird die Membran ausgedehnt» wobei sie einen Anteil der Aufschlämmung
ausstösst Bei der Umschaltung des Phasenventils
kehrt die Membran auf ihre ursprüngliche Grosse zurück und saugt dabei einen neuen Anteil an Aufschlämmung an Die
Pumpe liefert die kalte Aufschlämmung mit etwa 15° C und
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H35632
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130,1 i 3,5 atUα Druckeohwankungen, die «loh aus dar
taktweisen Arbeitsweise dar Pumpe ergaben» werden durch
einen auf das Hochdruoköl wirkenden Saunier der Bauart
Greer Hydraulioe Inc., Modell Mr« 3OA-1/4A, ssum 3?eil
geglättete, Sie Pumpe let alt einem (nicht eingezeichneten)
automatischen Ventil ausgerüstet, um jegliche Druokschwan·*
kungen auszugleichen, die sich bei der Lösung üee Polymer! eat es und seiner Vorwärteführung zum SpinndUsenaufbau
ergeben könnten. So umgeht beim stärkeren öffnsn des automatleohen Ventils eine grössere Menge an Ul das Phasenventil und die Membran, wodurch der auf die Aufschlämmung ausgeübte Druck sinkt, Eine Verkleinerung der VentHoffnung
andererseits führt zur Erhöhung des auf die Aufuchlämmung
wirkenden Druckes*
Sie kalte Hochdruck-Aufsohlämmung wird durch einen Aufsohlämsiungs-Erhitzer 121 geführt, wobei die von der Pumpe
sum Erhitzer führende Leitung 120 wie auoh der Erhitzer
selbst auf eine Mischung durch turbulente Strömung ausgelegt sind, Dichteunterschiede zwischen dem Lösungsmittel
und dem Polymerisat fuhren zu einer Trennung, wenn das Mischen nicht aufrechterhalten wird Bas für diese Elemente verwendete Rohrmaterial hut einen Auesendurchmesser von
7s9375 mm und einen Innendurchmesser von 5,029 ram» Für den
Erhitzer werden 6,10 m Rohr benötigt, das schlangenförmig auf ein Rohr von 10,2 ca Durchmesser aufgebracht und in
einen Dampfmantel von 50„8 ca Lftnge aue 15t2~cm~Rohraaterial
- «7 - 809807/0731
NPD-76-R
angeordnet istp der auf ungeführ 220° C gehalten wird, woraus eine Temperatur dee abströmenden Gutes von 185 ± 1° G
resultiert«
Das von dem Aufschlämmungs-Erhitzer abströmende Gut wird
dem Vier-Stufen-Mischer 123 zugeführt 9 dessen Aufnahmevoluraen
143»8 1 beträgt.- Die Unterteilung in Stufen erfolgt
mit Trennblechen 127; jede Stufe ist mit einem Schaufelmischer versehen, wobei alle vier Schaufeln 125 auf einer
einzigen Triebwelle angeordnet sind ο Die Temperatur der Lösung im Mischer wird auf 185° 0 gehalten·. Der Mischer
wird mit einer heissen Aufschlämmung beschickt, die in ihm in Lösung geht, Aus dem Mischer wird eine gleichmäseige
Lösung erhalten«
Aus der Lösezone wird die Lösung in die Durchgangesone und
die Druckminderzonen geführt t die mit den in Beispiel 1 beschriebenen identisch sind.
Der Druck in der Durchgangszone abstromseitig der Filter
54 wird in dem vorliegenden Beispiel auf 115»3 ± 0P84 atü
gehalten, Die Druckregelung erfolgt unter Steuerung durch die Drucksignale eines Übertragers 51 (Bauart Taylor,
Typ X726TN) und einer Signalröhre der Bauart Taylor (Button Bulb), welche ihrerseits das Signal eines Druckreglers 68
(Bauart Taylor, Typ 7O4RE) steuern, der mittels eines Wandlers
107 zur Umwandlung elektrischer in pneumatische Signale die Pumpenleistung entsprechend beeinflusst, d-h, durch Ände
rung der Öffnung des automatischen Ventils
. 68 _ 909807/0731
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Die Temperatur in der Durchgangszone wird mittels einea Rückkopplungakreises,
welcher den. Druck des Dampfes in den Mantel des Aufsehlämaungs-Erhitzers regelt,, auf 185 + 1° C gehalten
Die Morphologie dee βο erhaltenen» plexuefadenartigen Produktes
entspricht hinsichtlich der CHeictraässigkeit derjenigen
des Produktes von Beispiel 1.
Bei der in Beispiel 5 beschriebenen Vorrichtung wird der Mischer 123 durch verschiedene miteinander verbundene Stücke
dampfummantelten Rohrmaterials verschiedenen Durchmessers ersetzt
> Abgesehen von eines erhöhten Durchsatz entsprechen die
Arbeitsbedingungen ebenfalls den Beispiel 5 So wird dem kalten Aufschlämoungstank 109 genügend Polymerisat und Lösungsmittel
augeführt, um eine Aufschlämmung mit einem Polymeris-atgehalt
von 13 ^ »u erhalten. Die Aufschlämmung wird von der
Aufsohlämmungs-Puiape 121 mit einer Geschwindigkeit von
27»2 kg Polymerisat/std„ ausgetragen Für den Rohr-Anfangs- '
abschnitt» der unmittelbar auf den Aufβchiämmungs-Erhitzer
folgts wird ein Rohr von 3*35 m Länge und 2,54 cm Nenndurch~
messer (Uchedule 160) verwendet? die Verweilseit in diesem
RohrstUck beträgt 0,4 Min Auf dieser Abschnitt folgt ein
extrastarkes Doppelrohr von 2t44 π Länge und 5,1 cm Nenndurolaiaeaser;
die Verweilzeit in diesem Abschnitt beträgt 0,8 ]$in« In diesen beiden ersten Abschnitten strömt dtis Gut
vertikal nach oben.. Der nächste Abschnitt wird von einem
_ 69 , 90d80?/0731 ^
U35632
NPD-76-H
horizontal verlaufenden? extraatarken Doppelrohr von 5,1 cn
Nenndurchmaßθer und 5d49 m Länge gebildetp wobei die Verweilzeit
in dissem Abschnitt 1,9 Min·, beträgt. Im nächsten Abschnitt;,
der von einem extrastarken Doppelrohr von 1Qf2 cm
IJenndurchmeaser und 2,44 ώ Länge gebildet wird, strömt das
Gut vertikal nach unten; die Verweilsseit in diesem Rohrabschnitt
beläuft nich auf 13 Min.. Mit zusätzlichen Elementen,
wie den Filtern, wird eine v/eitere Verweilzeit erhalten; die Geeaatverweilßeit von der Aufschlämmungspumpe bis zur Spinndüsen-Öffnung
betrögt 18 Min, Die turbulente Strömung, die
sich in dem Erhitzer 121 ergibt? ergibt eine gründliche Mischung oder Bewegung dee Lösungsmittels und PolyrerJsates
Die laminare Strömung in den Rohrabschnitten ergibt eine
weitere Sicherung oinee gleiohmäsaigen Kontaktes von Polymerisat
und Löoungsaittel
In 19 Stunden fortgeaetstera Betrieb erweiat sich die Morphologie
der 80 erhaltenen Plexusfäden als auaeergewöhnlich
gleichnäooig
Beispiel 7
Bei der in Beispiel 5 beschriebenen Einrichtung wird der Miecher 123 weggelassen,, der einstufige Aufschlämmunga-Erhit«
zer 121 mit einem zweistufigen Aufschläiamungs-Erhitzer ersetst
und die Eiazolspinndüoe durch zwei Spinndüsen ersetzt,
Man erhält einen Polymerieat-Durchaatz von 21,77 kg/Std",
Die erste Spinndüse besitzt einen Durchmesser von 0,508 mm :
909«0?/0?3t <;
und eine Lunge von 0,508 mm und die zweite Spinndüse einen
Durchmesser von 0p?62 mn und eine Länge von 0»889 ram* Der
Polymerisat-Durcheatis beträgt in dor eroten Spinndüse
7,71 kg/Std, und Λη der aweiten Spinndüse 14s06 kg "Stö.
Die erste Stufe dee zweistufigen AufTChIämmungs-Erhitserav
der das LÖsesyatem bildet, wird zu einem eine Schlange bildenden
Rohr von 6,10 m Länge, 7,9375 mm Auosen-Nenndurchmeeaer
und 5s>029 nun Innendurchmesser gebildet» das au einer schraubenförnißen
Scivlange von 1OS2 cm gebogen und in. eineä fiaöipfmantel
auo 15 *^-cra-Rohr von 50,8 cm Länge untergebracht istο
Die Verweilzei"; in äer Rolxrschlange beträgt 3 Sek,; der
Dampfmantel wird auf 115° C gehalten.- Aus diesem ersten Abschnitt
des Erhitzers strömt eine warme Aufschlämmung von f10° C ab. Die Strömung in diesem ersten Abschnitt orfolßt
turbulent und ergibt die Bewegung für das Löseeystem.
Die von dem ersten Abschnitt des Aufschlänmungs-WMrmeauetauechere
abströmende, warme Aufschlämmung stellt keine
Aufschlämmung von Polymerisatteilchen und Lösungsmittel dar, ' sondern die Polymorisutteilchen haben den gröeaten Teil des
verfügbaren Lönungsmittels aufgenommen und sind gequollen«
Das von dea ernten Abschnitt des Erhitzers erhaltene», gründlich
gemischte; abströmende Out stellt somit genauer eine Xaß8e gequollerf-r Polymeriaatteilchen dar- Diese Hasse, bei
aer die Teilchen eng uneinanderliegen, lässt sich bei laminarer
Strömung handhaben j ohne dass ein Verlust an Gleiehder
K»>n2;err!"3L'ation eintritt
909807/0721 BAD
%l
Ü35J632
NPD-76-R
Per zweite Abschnitt des Aufaohlfiinmungs-Erhiteere wird
von eineis Bohr von 34,44 m Läng® mit einem Auasen-Henndurchmeseer von 15*875 ^m und einem Innendurchmesser
von 11 »049 !Ria gebildet- das zu einer schraubenförmigen
Schlange von 20P3 cm Durchmesser geformt und in einem
Rohr von 30,5 cm Durchmesser und 76,2 cm läng· in einen
Dampfmantel untergebracht 1st, der auf etwa 220° C gehalten wirdV Von diooem Erhitzer-Abschnitt wird als abströmendes Gut eine Lösung von 185° G erhalten., Die warme Auf -schlämmung geht beira Erhitzen von 110° C aus in eine gleich"
näeoige Lösung über. '
Die Temperatur in der Durchgarigozone wird mittels eines
fiUckkopplungskreisesρ der den Druck das Dampfes in den
Mantel des zweiten Abschnittes des Aufachlämmungs-Erhitzers
regelt ρ auf 185 + 1° C gehalten
Der Druck in der Durohgangszone am Fühler SI wird wie in
Beispiel 5 auf 115*3 + 0,84 atü gehalten» Auf Grund des
höheren Druokabfalls in dem Aufsohläamungs-Brhitser wird
die Aufschlänmungspump· mit einem Druck von etwa 141 atU
betrieben
Die Einrichtung liefert eine glelchmässige Morphologie, wenn
der Druck in der Durchgangszone auf einem Wert + 3,5 at g#~
\ halten \vird9 aber eine noch grus sere Gleichmfissigkelt wird
erhalten, wenn man den Druck in der Durchgangsaone an eines
Punkt des Strömungeweges unmittelbar vor der Druckminderzon«
beständig auf £ 1,1 at regelt.
1 909807/0731
- 72 -
HP3K76-R
Die hier beschriebene Arbeitsweise und Apparatur erlaubt
die Herstellung einer Vielfalt faserartiger Produkte» die von endlosen» strangfärmigen Gebilden bis zu lockerens diskontinuierlichen Flaunmaterialien reichen.
Sie Gleichmäseigkeit der Produkte gemäße der Erfindung ist
auf vielen Pertigungagebietan τοη Wichtigkeit und fuhrt tu
Zigarettenfiltern mit konstantem FiItervermögen, fläohenhaften Materialien« wie Planen« gleichmässiger Festigkeit
und nichtgewebten Textilwaren geringen Gewichtββ mit gleichmassiger optiacher Deckkraft
Unter den Begriffen "Spinnen", "atrangförmiges Material"
und von diesen abgeleiteten Bezeichnungen ist zwar in erster Linie das A uspressen von kontinuierlichens fadenartigen Gebilden zu verstehen^ aber diese Begriffe umschliessen auch
ausgepresste Gebilde langgezogener Gestalt und endloser Natur mit anderen Formen» %·, B<
flächenhafte Produkte, bei denen die eine Querdimension die andere stark überschreitet 9
und rohrförmige Gebilde,
- 73 - 909807/0731
Claims (2)
- y g 4,XfD-76/r$-»K f 3, Juni 1968fl I Torfate®» sun E&tepenmmgespinaon tob f!brillierte*t £äd©nartig©s8. Material üator Zuflteiang v@a einoa sin arcor Pa- . tieabildung geeig»e1;e@ Molekulargevrieht aufweisenden» g@- ooamolssenea? syntlietischen^ ^ristallisiarbaren, organisonen Polymerisatf inabeßondere linearem Polyäthylen, und einem ϊιΰ-sungeiaittel für das Polymerisat unter Druck in eine Lobs zone, wotoel die Konzentration des Polymerisats 2 "bis 20 $> vosj Gewioht der Lösung beträgt» Lösen des Polymerisats zu einer Lösung, deren Temperatur mindestens gleich der kritischen Temperatur des Lösungsmittels minus 45° C 1st» Hindurchleiten der Lösung durch eine Druokrainderungszone und Austragen durch eine Spinndüse in einen auf Atmosphärendruok und -temperatur befindlichen Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass man die Polymerisailösung einem Druck über demjenigen, bei dem sich zwei flüssige Phasen bilden, unterwirft und sie sodann durch eine Durchgangs zone weiterführt, in der der Druck dadurch konstant gehalten wird, dass die Wärmebilanz in dieser Zone auf der gleichen Höhe wie in der Löse zone gehalten wird und die"909807/0731I2D-76/76-ÄZuführungen von Polymerisat und Lösungsmittel zur Lösezone in tuisekshrter Beziehung zu dem Druok in der Durohgangesone und Ht einen festgelegten Verhältnis zueinander gehalten werden» worauf aan in der Druokminde rungs zone den auf der Lösung lastenden Druok so weit vermindert, dass sioh zwei flüssige Phasen bilden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Polymerisat und das Lösungsmittel der Löaezone in Form einer Aufschlämmung zuführt3> Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das organische Polymerisat unter Druck im geschmolzenen Zustand zuführt, Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 dadurch gekennzeichnet, dass man ein Lösungsmittel det, dessen Siedepunkt mindestens 25° C unter dem Schmelz- \ punkt des Polymerisates liegt und das bei diesem Siede- N\ punkt weniger als 1 Gtewo£ Polymerisat löst). Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, dass man in der Druokminderzone den Druck der Lösung auf einen Wert nicht unter dem autogenen Druck des Lösungsmittels bei der kritischen Tempera tur abzüglich 45° C senkt90980^0731
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