DE1435632A1 - Verfahren zum Entspannungsspinnen von fibrilliertem plexusfadenartigem Material - Google Patents

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»

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 + 3_f5 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 besitzt_σ

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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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 glätten_o 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 (T_n) 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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Tabelle I

Strömungsgeschwindigkeit des Polymerisates (kg/Std.) für kreisförmige Auetrittsöffnungen mit rersohiedenen Durohmessern

Druck- atü bei 0,581 μ bei 0,635 μ bei 0,813 jx

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.

Für verschiedene Zwecke kann es swtckmKssig sein« sowohl

das automatische Ventllsystem als auch die Druokminder-

Spinndüse elnsuettsen. Xn diesen Fall liegen In den Ströeungsweg dtr Lösung vor dtr Bildung dts strangförmlgen i Materials in dtr Tat swtl Verengungen» nümlioh (1) an Ventil und (2) an der Eingangeöffnung der Spinndüse vor«

wobei die Endauetrittsöffnung dann eine dritte Verengung bildet. Wenn sowohl das automatische Ventil als auch die

DruckBlnder-Spinndüee Anwendung finden» kann man den Druok-

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

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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 Punkten_y 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 steht_v 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£t_s 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©ilchen_p 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 Methylenchlorid_r

♦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 Gew_D# und

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die lemperatur über (Φ_Λ - 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 Bildungsintervalls_P 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 Fibrillen_y die für PIexusfäden kennzeichnend ist. Zweckmässig beträgt die Verweilzeit der Lösung in der Druckminderzone mindestens 0^06 Sek. aber nicht mehr als 30 Sek.

Die plexusfadenurtigen» strangförmigen Materialien können

mit βehr hohen Geschwindigkeiten? wie etwa 15 545 m/Miπ_u (17 000 Yards/Min,) und noch darüber, hergestellt werden (

Die Auspresegeschwindigkeit scheint in allgemeinen von dem Druckgradienten an der Austrittsöffnung„ der Länge und der Quersohnittsfläche der Austrittsöffnung, der Viscosität der Lösung und der Raumform der Ni ed erdrücke e it e der Austritts«·

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)

Die Natur des anfallenden Produktes wird von der Bauart der

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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 Ö_S1 mm,

Bei der Förderung einer maximalen Gleiehmäasigkeit und einer maximalen Fibrillierung während des Spinnens ist es wichtig» eine Bildung von zwei Phacen zu verhindern_f bis die Lösung die .Druckminderzone erreicht hat_p 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,

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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 parallelverlaufendeη_p 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.

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Zo B, kann man die Lösung aufstromseitig der ersten Verengung auf einer Semperatur von 187° C und einem Brück von 112_e5 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 Sek_a 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 ■

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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.

Die Lage der Zwei-Flüssigphasen-Druckgrenze bei gegebener ' Temperatur lässt sich durch Veränderung des Schmelzindex

verändern (der Sohmeleindex

steht in umgekehrter Beziehung zum Molekulargewicht). Die

Kurven von Figo 5 entsprachen einem Polymerisat mit einem Schmelzindex von O»57; für Polymerisate nit anderen Sehmelz-

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 <,

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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

" ⁴⁷ " 909807/0731

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

Tropfen und unterliegt schliesslich einer Trennung in zwei

909807/0731'

- 48 -

Schichten_t 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 kann_P 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 um_s 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.

Die folgenden Beispiele erläutern spezielle Ausführungs-

formen der Erfindung_o 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..

Beispiel 1

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 befindet_y 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

Die Schnecke hat folgende Kennwerte: Auseendurchaeaeer, cm 8,9

Lftnge dee nit Gängen versehenen Seile, cm

Oangzatil

Gang-Steigungewinkel Gangtlefe, nun Aufnähmevolumen, cm

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.

Sie LOeungsmittel-ZufUhrung weist eine hin- und hergehende Pumpe mit drei Kolben (Durchmesser 1,3 cm. Hub 5,1 cm) auf/ { Das Aufnahmevolumen beträgt 24*6 car*

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 wird_y 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 + 0_ε84 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 aus_P 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 geführt_p 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 wird_t) 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/O_V1 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 O_s63f> 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 + 0_P84 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 wird_y 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 austretende_v 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 Schneckenmischer_r C 220

Iiösungsniittel-Vor erhitzer

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 13_F5

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 O_s737 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 76_P8 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©logie_p einschlieselich eines im w©8entlichen konstan teii

In den vorsteheadesi Beispielen kommt die grösste Bedeutung άβτ Bruckablesung ^u_p 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 ist_r 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 0_v5; 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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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

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angeordnet ist_p 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 ± 0_P84 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

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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.

Beispiel 6

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 2_t44 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

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horizontal verlaufenden? extraatarken Doppelrohr von 5,1 cn Nenndurchmaßθer und 5d49 m Länge gebildet_p wobei die Verweilzeit in dissem Abschnitt 1,9 Min·, beträgt. Im nächsten Abschnitt;, der von einem extrastarken Doppelrohr von 1Q_f2 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 ^:

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und eine Lunge von 0,508 mm und die zweite Spinndüse einen Durchmesser von 0_p?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 14_s06 kg "Stö.

Die erste Stufe dee zweistufigen AufTChIämmungs-Erhitsera_v 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 1O_S2 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

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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 20_P3 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.

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Die hier beschriebene Arbeitsweise und Apparatur erlaubt die Herstellung einer Vielfalt faserartiger Produkte» die von endlosen» strangfärmigen Gebilden bis zu lockeren_s 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 kontinuierlichen_s 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,

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Claims (2)

1. y g 4,

   XfD-76/r$-»K f 3, Juni 1968

   fl 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 Polymerisat_f 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

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   Zuführungen 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. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Polymerisat und das Lösungsmittel der Löaezone in Form einer Aufschlämmung zuführt

   3> 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 senkt

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