DE1627732A1

DE1627732A1 - Verfahren zur Herstellung von Spinnduesen

Info

Publication number: DE1627732A1
Application number: DE19671627732
Authority: DE
Inventors: Scharenberg Jun Will Frederick; Schaer Glenn Russell
Original assignee: Celanese Corp
Current assignee: Celanese Corp
Priority date: 1966-11-16
Filing date: 1967-11-16
Publication date: 1971-04-08
Also published as: CH469105A; FR1554764A; NL6715546A; GB1184486A; BR6794710D0; BE706572A; US3512247A

Description

PATENTANWÄLTE 1627 737

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖN WALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES

KÖLN 1, DEfCHMANNHAUS

Köln, den 14c11„1967 Ke/Ax

Celanese Corporation,

522 Fifth Avenue, New York, N.Y. 10036 (V.St.A.).

Verfahren zur Herstellung von Spinndüsen

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung einer Urform für die Herstellung von Spinndüsen und ein neues Verfahren für die Herstellung von Spinndüsen. Die Erfindung ist im einzelnen auf ein Verfahren zur Herstellung von Urformen für Spinndüsen gerichtet, in der eine Negativform einer Spinndüse hergestellt werden kann und anschließend Spinndüsen als genaue Abbilder dieser Uegativform hergestellt werden können. Ferner kann die gemäß der Erfindung hergestellte Urform durch entsprechende Bearbeitung direkt in eine Spinndüse überführt werden.

Spinndüsen für die Herstellung von Fasermaterialien stellen gev/öhnlich eine Strangpressvorrichtung in Form einer Scheibe oder eines Hütchens dar, die mit einem oder mehreren, gewöhnlich fünf oder mehr (z.B. 5 bis 800 oder mehr) winzigen Löchern versehen ist, durch die das organische, viskose,fadenbildende Material unter Druck in eine Koagulierzone ausgepresst wird, die je nach dem angewendeten Spinnverfahren eine verdampfende Zone (Trockenspinnen), eine Zone, die ein flüssiges Koaguliermittel enthält (Naßspinnen) oder eine Kühlzone (Schmelzspinnen) sein kann. Diese Spinnöffnungen können einen Durchmesser von

gewöhnlich von weniger als 400 ii und eine

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Lange von weniger als 800 n. haben. Die Spinnöffnungen können die verschiedenste Form haben, z.B. rund, dreieckig, I-förmig u.dgl., und in der Länge gerade, abgesetzt, doppelt abgesetzt, parabolisch, hyperbolisch usw. sein. Es ist wesentlich, daß die Wände dieser Spinnöffnungen so glatt sind, daß die viskose Spinnmasse ungehindert über diese Wände fließen kann und gleichmäßige Fäden bildet.

Es ist üblich, Spinndüsenlöcher durch Bohren, Schleifen oder Stanzen eines vorgeformten Vorwerkstücks oder Rohlings, eine: S_cheibe oder eines Hütchens herzustellen. Nach diesen Verfahren ist es äußerst schwierig, zeitraubend und praktisch unmöglich, eine Spinndüse herzustellen, in der sämtliche Spinnöffnungen gleichmäßig sowohl im Längsschnitt als auch im Querschnitt sind. Die Herstellung von Spinndüsen für das Trockenspinnen und Naßspinnen ist besonders schwierig und anspruchsvoll wegen der äußerst geringen Größe der Teile der Löcher, die den kleinsten Durchmesser haben· Die Durchmesser dieser Teile, die gewöhnlich als KapüLai?teile der Spinnöffnungen bezeichnet werden, können im Bereich von beispielsweise 15 bis 200 η liegen und betragen bei Spinndüsen, die zum Trockenspinnen verwendet werden, gewöhnlich weniger als 50 μ. Die Länge dieser Kapüatteile liegt beispielsweise über etwa 5 /ι und unter etwa 150 u, gewöhnlich unter 5On. Die zylindrischen Kapülarteile können die verschiedensten Querschnitte haben und beispielsweise kreisrund, dreieckig, quadratisch, Y-förmig, kreuzförmig, sternförmig u.dgl. sein. Die Dicke einer Trockenspinndüse liegt gewöhnlich über etwa 0,5 mm und beträgt beispielsweise etwa 0,75 bis 2,5 mm.

Die UiS.A.-Patentanmeldung 3 54 031 (23.3.1964) der Anmelderin beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Spinndüsen, bei dem man eine Form, d.h. ein Negativ der Spinndüse herstellt, die Form sensibilisiert, um sie leitfähig zu maohen, ein Metall auf der Form abscheidet und das überschüssige abgeschiedene Metall durch Bearbeiten so weit

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entfernt, daß die Spinnöffnungen frei werden und die gewünschte Spinndüse erhalten wird. In dieser Patentan- , meldung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Urform erwähnt, bei dem man in einem Metallhütchen sorgfältig Löcher einarbeitet und daraus die Negativform herstellt. Dieses Verfahren zur Herstellung der Urform ist umständlich, und es ist schwierig, gleichmäßige Spinnöffnungen herzustellen. Gemäß der Erfindung wird ein neuer Weg beschritten, Spinndüsen herzustellen, die in Bezug auf Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit verbessert sind. Bei diesem Verfahren wird eine Anzahl von Stiften in bestimmter Weise so angeordnet, daß sie den Löchern der gewünschten Spinndüse entsprechen. Diese Stifte haben glatt polierte Außenflächen, die der gewünschten Form der Spinnöffnungen entsprechen. Diese Stifte können einzeln hergestellt und leichter unter Bildung von Oberflächen bearbeitet werden, die glatter sind als die Innenseite von Bohrungen. Diese Stife können durch Klemmen, magnetisch usw. in ihrer vorbestimmten Lage gehalten werden, während ein lOrmwerkstoff um diese Stife so abgelagert wird, daß eine aus einem Stück bestehende Form gebildet wird. HaGh der Bildung der Form werden die Stifte entfernt, wobei Löcher erhalten werden, die in Länge und Ausbildung den Stiften entsprechen. Die nunmehr vorliegende Urform kann zur Herstellung einer Negativform für die Spinndüse verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Vielzahl der verwendeten Stifte von der gleichen Grundlinie aus in der gleichen Ebene, die die Innenfläche der Spinndüsenform darstellt, angeordnet, so daß eine flache Oberfläche' darin gebildet wird, Nachdem die Stifte entfernt worden sind und eine Negativform für die Spinndüse geformt worden ist, hat die Grundebene, von der aus die positiven Vorsprünge in der Negativform sich erstrecken, die ihrerseits die Spinnöffnungen bilden, die Form einer flachen Oberfläche, die eine Grundlinie in der Innenfläche

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der Spinndüse darstellt, von der aus die endgültige Spinndüse zur Entfernung des überschüssigen Formwerkstoffs von den Hohlräumen der endgültigen Spinndüse durch Bearbeitung so entfernt werden kann, daß Spinndüsenöffnungen von gleicher Länge erhalten werden. Der obere Teil der Urform, d»h. das den Öffnungen gegenüberliegende Ende, kann die Form eines Bechers oder Hütchens haben, das den Formwerkstoff für die Negativform aufnimmt. Es ist ferner ohne weiteres ersichtlich, daß eine brauchbare Spinndüse aus der Urform selbst gebildet wird, wenn diese so bearbeitet wird, daß der Formwerkstoff, der die Hohlräume bedeckt, so weit entfernt wird, daß die Öffnungen freigelegt werden. Ein Kennzeichen dieses Verfahrens ist die Möglichkeit der Herstellung genauer Duplikate einer Negativform, m.it der wiederum genaue Abbilder der Spinndüsen erhalten werden.

Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung ist die Herstellung einer Urform der Spinndüse, die eine Vielzahl von gleichen Öffnungen aufweist, die ein genaues Abbild einer einzigen Öffnung darstellen. Dies wird erreicht durch Verwendung eines hochpolierten Stiftes von bestimmter Form und länge und Aufbringen des Formwerkstoff s um diesen Stift. Nach dem Aufbringen des Werkstoffs wird der Stift entfernt, so daß eine geformte Einheit mit einem hohlen Teil zurückbleibt. Die Seiten des hohlen Teils der geformten Einheit sind eine genaue Abbildung der äußeren Oberfläche des verwendeten Stiftes. Eine Vielzahl von geformten Einheiten, die aus den gleichen Stiften hergestellt werden, wird dann in einer bestimmten Lage, die den Öffnungen der gewünschten Spinndüse entspricht, angeordnet und gehalten. Eine Negativform einer Spinndüse mit positiven Vorsprüngen, die in Länge und Form identisch sind, kann aus dieser Anordnung hergestellt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Vielzahl von geformten Einheiten, die aus einem einzigen Vorsprung oder Stift hergestellt worden sind, von

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der gleichen Grundlinie aus in der gleichen Ebene als Innenfläche der Spinndüsenform angeordnet werden, wobei eine flache Oberfläche in der Form erhalten wird. Diese flache Oberfläche kann als Grundlinie dienen, von der aus die endgültige Spinndüse bearbeitet werden kann, um den. überschüssigen Formwerkstoff von den Hohlräumen zu entfernen, wobei opinnöffnungen von gleicher länge gebildet werden. Nachdem die Formeinheiten in der gewünschten Ordnung angeordnet worden sind, wird der Formwerkstoff um die geformten Einheiten so aufgebracht, daß eine einzige Urform aus einem Stück erhalten wird, deren Basis vorzugsweise die Form, eines Hütchens oder Näpfchens hat. Diese Urform kann dann zur Herstellung einer Negativform der Spinndüse verwendet v/erden, oder sie kann bearbeitet werden, d.ho der Formwerkstoff kann gleichmäßig von den geformten Einheiten so abgetragen werden, daß die Spinnöffnungen freigelegt werden und eine Arbeitsspinndüse gebildet wird, die als Urform zur Formung der gewünschten Negativform der Spinndüse verwendet werden kann.

Als Werkstoffe für die Herstellung der Urformen gemäß der Erfindung eignen sich Kunststoffe, z.B. Epoxyharze, Oxymethylenpolymere, z.B. das Produkt der Handelsbezeichnung "Oelcon¹¹, Ton u.dgl. sowie Metalle, die chemisch oder elektrolytisch auf der Grundfläche dieser Form abgeschieden werden können. Die Art des Formwerkstoffs, der verwendet werden kann, hängt von dem vorgesehenen Endgebrauch der Urform ab. Vorzugsweise wird die Form durch übliche elektrolytische Abscheidung hergestellt, die allgemein bekannt ist. Bei diesem Verfahren können Metalle an der gewünschten Stelle abgeschieden werden. Im allgemeinen werden Metalle, wie Nickel, bei der Herstellung der gewünschten Urformen der Spinndüse bevorzugt.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben.

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Fig,1 ist ein Querschnitt durch einen magnetischen Dorn mit elektrolytisch abgeschiedenem Metall und zeigt die Lage der Yorsprünge oder Stifte in einer durch elektrolytische Abscheidung gebildeten Urform.

Mg.2 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine Einspannvorrichtung für die Bildung eines Vorsprungs oder Stiftes in einer hohlen geformten Einheit durch elektrolytische Abscheidung.

]?ig_e3 ist ein Querschnitt durch eine durch, elektrolytische Abscheidung gebildete hohle geformte Einheit, aus der der Vorsprung oder Stift entfernt worden ist »

Bei der in Fig.1 dargestellten Anordnung ist auf einer Kunststoffauflage 10 eine Abschirmung aus Kunststoff (Querschnitte sind bei 11 und 12 dargestellt) befestigt, in der ein Halter 13 für den Stift 14 enthalten ist. Ein Eisenpolstück 15/ein Ferritmagnet 16 halten den Vorsprung oder Stift 14 in seiner Lage, während eine Schicht 17 aus Nickel durch Elektroplattierung über dem Stift 14 und dem äußeren !eil des Halters 13 abgeschieden wird, während die gesamte Anordnung in ein Sulfamat-Nickelplattierbad (nicht dargestellt) getaucht ist. Der erforderliche elektrische Strom wird durch den Kontakt 18 zugeführt. Nach der Abscheidung der Nickelschicht werden die Stifte 14 entfernt, wobei öffnungen zurückbleiben, die in Größe und Form der äußeren Oberfläche der Stifte 14 entsprechen. Die rohe Urform wird dann aus dem Halter genommen und die Oberflächenschicht 17 vorzugsweise zu einer flachen Oberfläche bearbeitet, bis der hohle Teil, den die Spitze des Stiftes 14 hinterlassen hat, freigelegt wird, wobei eine Spinndüsenb'ffnung entsteht. Es ist zu bemerken, daß die geformten Teile der Stifte 14 von der gleichen Grundlinie aus in der gleichen Ebene wie die Innenfläche 19 der Spinndüsenform angeordnet werden. Hierdurch werden Öffnungen erhalten, die nach dem Abtragen der überschüssigen Nickel-

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schickt 17 zu einer flachen Oberfläche unter Verwendung der¹ parallelen Grundlinie 19 als Vergleichslinie Kapillarteile von gleicher Länge aufweisen.

Pig.2 zeigt einen Querschnitt durch eine Einspannvorrichtung, die zur Herstellung einer einzelnen hohlen Einheit durch Elektroplattierung verwendet wird» Diese Einspannvorrichtung "besteht aus einem bearbeiteten Stift :.2O mit konischem Kopf 21, der in zwei Muffen 22 und 23 aus nichtrostendem Stahl gehalten wird. Der Stift 20 wird durch Peststellschrauben 24 und 25 in seiner Lage gehalten. Ein Kunststoffschlauch 26 umgibt den konischen Kopf 21, und eine Nickelschicht 27 bedeckt den konis-.ehen Kopf 21. Nachdem di-e erforderliche Nickelmenge über dem konisch geformten Kopf 21 abgeschieden worden ist, wird der Stift 20 entfernt, wobei eine elektrolytisch geformte Einheit 30 zurückbleibt, die in Fig.3 dargestellt ist. Diese durch Elektroplattxerung gebildete Einheit in Pig.3 weist das trichterförmige Loch 31 in der Nickelschicht 34 auf. Eine Vielzahl von elektrolytisch geformten Einheiten 30 der in Pig.3 dargestellten Art kann in einer Vorrichtung der in Pig.1 dargestellten Art auf dem Halter 13 in ganz bestimmter Weise angeordnet -und mit Nickel auf die vorstehend beschriebene Weise überzogen werden. Diese Arbeitsweise ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl von geformten Einheiten der in Pig.3 dargestellten Art, die genaue Nachbildungen eines einzelnen Stiftes sind, wodurch Löcher von genau gleicher Oberfläche für die Urform der Spinndüse gebildet werden. Die aus Nickel bestehende Urform der Spinndüse kann zur Herstellung eines Stiftes für die Elektroplattierung wie folgt verwendet werden: Man gießt einen Kunststoff in die Urform, laßt den Kunststoff hart werden, entfernt den Stift und sensibilisiert ihn so, daß er leitfähig wird, und scheidet Nickel auf dem Stift ab, entfernt den Stift und die überschüssige Nickelschicht durch Abtragen des Nickels, bis die Öffnungen der Spinndüse frei werden. Auf

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diese Weise kann eine identische Spinndüse reproduziert werden, bis die Form ersetzt werden muß,

nachdem der Formwerkstoff zur Bildung der Urform aufgebracht worden ist, kann die Endbearbeitung der Form durch Schleifen, chemischen Abtrag, elektrolytischen Abtrag, Abtrag durch elektrische Entladung oder nach anderen geeigneten Methoden vorgenommen werden. Im Falle von Urformen, die durch elektrolytiöche Abscheidung hergestellt worden sind, kann die durch die Metallabscheidung gebildete Form in ein drehbares Futter einer Präzisionsdrehbank eingespannt werden, wobei die Fläche der elektrolytischen Abscheidung" im rechten Winkel zur Drehachse des Futters angeordnet ist. Die Schleifscheibe einer Präzisionsschleifmaschine, z.B. eine Nachschleifvorrichtung für Werkzeuge vom bekannten Typ, wird dann mit dem durch Elektroplattierung abgeschiedenen Werkstoff in einer parallelen Ebene zu der flachen Innenseite der Urform der Spinndüse in Berührung gebracht, um eine Oberflächenschicht des Metalls abzutragen und die Öffnungen freizulegen. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Länge für alle Öffnungen erhalten werden, wenn eine vorbestimmte flache Oberfläche als B_ezugsbasis verwendet wird. Um eine Rißbildung oder Ausfüllung der Ausgänge der Öffnungen durch das Schleifen weitgehend auszuschalten, können die Ausnehmungen im unbearbeiteten elektrolytisch abgeschiedenen Metall vor der Endbearbeitung mit einem geeigneten Material, wie Wachs, Epoxyharzen, 'kautschukartigen Polymeren, ausgefüllt werden, die nach dem Bearbeiten durch chemische Zersetzung oder durch Wärme entfernt werden können. Diese Ausfüllung kann vorgenommen werden, bevor die Öffnungen freigelegt werden, oder nachdem die Öffnungen zunächst freigelegt worden sind und bevor die endgültige Bearbeitung der Außenfläche vorgenommen wird. Hach dem Schleifen können die Außenflächen geschwabbelt oder geläppt werden, um äie auf Hochglanz zu bringen und etwaigen Grat zu entfernen.

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Bei dem hier angewendeten Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung können "beliebige Plattierlösungen verwendet werden, bevorzugt werden jedoch Mickellösungen. Typisch ist beispielsweise eine Elektroplattierlösung, die pro . Liter 300 g Mckelsulfat, 52 g Hickelchlorid und 45 g Borsäure enthält. Eine weitere geeignete Plattierlösung enthält Uickelsulfamat. Die Plattierlösungen und Verfahren zu ihrer Verwendung für die elektrolytische Abscheidung sind allgemein bekannt. Sie werden beispielsweise beschrieben in dem Buch "Symposium on Electroforming — Applications, Uses and Properties of Electroformed Metals" herausgegeben 1962 von der American Society for Testing and Materials, insbesondere im Kapitel "Modem Electroforming Solutions and Their Applications" von Diggin. Typische Bedingungen für die Plattierung, bei der die zu plattierenden Gegenstände als Kathode geschaltet werden, sind eine Badtemperatur von 60⁰O, ein p_H-Wert des Bades von 4,0, Bewegung des Bades während der Plattierung mit Luft, Anoden aus depolarisiertem gewalztem Kohlenstoffnickel mit Anodenbeuteln, eine Abscheidegeschwindigkeit von etwa 1,6 Minuten/h und eine Stromdichte von 3,23 bis 4»3/dm . Das Bad kann auch mit Ultraschall bewegt werden. Ferner können natürlich an Stelle von Nickel andere Metalle, wie Eisen, Kobalt, Kupfer oder geeignete Legierungen, verwendet werden. Die Dicke des Metalls auf der Urform ist nicht entscheidend wichtig. Bevorzugt wird eine Dicke im Bereich von 0,76 bis 12/7 mm.

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Claims

Patentansprüche

( 1.) !Verfahren zur Herstellung von Spinndüsen unter Verwendung einer Über eine Urform hergestellten Negativform, dadurch gekennzeichnet, daß man die Urform gewinnt, indem man Stifte in einer den Spinnöffnungen der Spinndüse entsprechenden Weise, deren Außenfläche der gewünschten Form der Spinnöffnungen entspricht, anordnet und an ihrem Platze fixiert, dann einen Formwerkstoff so um diese Stifte herum ablagert, daß die aus einem Stück bestehende Form gebildet wird, und schließlich die Stifte aus dieser Urform entfernt .
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zahlreiche Stifte von der gleichen Grundlinie aus in der gleichen, die Innenfläche der Spinndüsenform bildenden Ebene anordnet.
3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die gebildete Form selbst so weit bearbeitet, daß unter Freilegen der Spinnöffnungen eine Spinndüse entsteht.
4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis J5* dadurch gekennzeichnet, daß man als Formwerkstoff Metall verwendet.
5.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den metallischen Formwerkstoff elektrolytisch ablagert .
6.) Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Nickel verwendet.

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7.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man aus einem Stift, der das genaue Abbild einer Spinnöffnung darstellt* durch wiederholtes Ablagern des Formwerkstoffes um diesen Stift und jeweils Entfernen des Stiftes eine Vielzahl geformter Einheiten mit einem der Spinndüsenöffnung entsprechenden hohlen Teil gewinnt und in einer der Spinndüse entsprechenden Anordnung zusammenstellt und fixiert.
8.) Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß man eine Vielzahl der geformten Einheiten von der gleichen Grundlinie aus in der gleichen Ebene als Innenfläche der Spinndüsenform anordnet.
9.) Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vielzahl geformter Einheiten durch Ablagerung von Formwerkstoff um die Einheiten zu einer einzigen Form vereinigt.
10.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß man die Urform direkt oder nach Bearbeitung zu einer Arbeitsspinndüse zur Herstellung einer SpinndUsen-Negativform verwendet.

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