DE1660567A1 - Spinnduesenplatte - Google Patents

Description

Spinndüsenplat te

Die Erfindung betrifft eine SpinndUsenplatte mit mindestens einer konvergierenden Düse, welche sich durch die Platte zu einer Öffnung in Form symmetrisch angeordneter zusammenhängender Schlitze in der Austrittsfläche erstreckt.

Splnndlisan werden zimn Auspressen von Kunststoffen oder Polymeren, z. B. Polyamid oder Polyester, in Päden verwendet. Das Polymer© vjird durch AnspressdUsen in der Spinndüsenplatte gefördert, wobei sein Durchsatz oder seine Geschwindigkeit wesentlich sonlrnmt. Bel den bekannten Spinndüsen, besonders faß! denjerdgün, die zur Herstellung von Päden von unregel- itäiSGitriiia odor unrunciem Querschnitt verwendet werden, gibt ea fcofce äfeslXea uad/oder Abschnitte mit ausserordentlioh hoher &<ftC}rwifkuaK in ,jeder Düse, was einen nachteiligen Einfluss mr rlLo Ciübtt urin Glcictimäsalgkelt der gesponnenen WU.aen hat·

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Beim Auspressen runder Fäden ist es verhältnismässig leicht, einen glatten Fluß durch die Spinndtisenplatte mittels Bearbeitungsstufen zu erzielen, bei welchen eine allmähliche Verringerung des Düsendurchmessers von der Eintritts* zur Austrittsöffnung erhalten wird ο Ein Beispiel einer solchen Ausbildungsform mit einem zwischenliegenden Düsenabschnitt in Form eines Kegelstümpfes 1st in dem USA-Patent 2,3¹H 555 beschrieben. Ausser den Schwierigkeiten, die bei der Herstellung einer unregelmässig geformten bzw„ unrunden Kapillare in einem Kegelstumpf auftreten, verändern sich die erhaltenen senkrechten Wände in der Tiefe, was bedeutet» daß mehr Polymeres durch die Mitte der Austrittsöffnung und weniger an den äuesersten Enden fließt. Dies ergibt fehlerhafte Fadenquerschnitte„

Unregelmässig geformte bzw unrunde Kapillaren wurden bisher durch eine Aussenkung mit flachem Grund bearbeitet, wie in den USA~Patentschriften 2.9*5-739 und 3~οΐ7~7β9 beschrieben Hierbei bleiben jedoch tote Stellen, weiche eine Güteminderung der zeitempfindlichen Polymere ermöglichen. Ferner entstehen abweichende FlieÄformen, wenn das Polymere bei seiner Förderung eine plötzliche Richtungsänderung erführt. Beides hat öiae nachteilige Wirkung auf das fadenförmige Endprodukt„

Der- Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen glatten Fluss

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eines viskosen Materials zu den und durch die Kapillaren zu ermöglichen, aus denen Fäden mit unrunden Querschnitten ausgepresst werden.

Dabei soll durch die Erfindung eine DUsenausbildung geschaffen werden, welche nicht nur elt&e beträchtliche Zunahme in der Geschwindigkeit des durch die Düse fliessenden Materials mit einem Minimum an toten Stellen und einem Minimum von Abschnitten mit ausserordentlich grosser Scherwirkung sicherstellt, sondern auch das Material vor einer unregelmässig geformten bzw. unrunden Endkapillare vorformt.

Die erfindungsgemässe Düse ist dadurch gekennzeichnet« dass die Düse mit einem Kapillarabschnitt endet» welcher durch Wände begrenzt wird, die zur Austrittsfläche im wesentlichen senkrecht stehen, und sich vom Kapillarabschnitt aus In mindestens zwei« einander Überschneidenden divergierenden Abschnitten erstreckt, deren erster einen kleineren Divergenzwinkel als der zweite Abschnitt hat.

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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus • der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung und zwar zeigens

Pign 1 eine Teilansicht in Draufsicht einer Spinndüsenplatte, welche eine der erfindungsgemässen Düsen zeigt;

Pig, 2 eine Ansicht im Schnitt nach der unregelmässigen Linie II-II in Figo 1;

Pig 3 eine Ansicht im Schnitt nach der unregelmässigen Linie III-III in Figo 1;

Pig. 4 eine Teilansicht von unten der Spinndüsenplatte, welche die Ausbildung der Austrittsöffnung zeigt und

Fig. 5 bis Io weitere Ausführungsformen der Austrittsöffnung

In Pig, 1 - ή ist eine Ausführungsform der Düse bei Io in einer Spinndüsenplatte 12 gezeigt, die eine Preßseite 14 und eine Austrittsseite 16 aufweist«. In der Platte 12 ist eine bzw. sind mehrere Düsen Io vorgesehen und die Platte selbst ist so bemessen, daf? .<if- h:.!---» Auspreßdrücken Widerstand leisten kann,. Da es ' .: : ^!μ in würde, feine Kapillaren

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zu formen, die sich von der Fläche 14 zur Fläche 16 erstrecken, und da der Druckabfall durch eine solche Kapillare zu hoch sein würde, ist eine Eintrittsöffnung 18 vorgesehene Die Düse Io erstreckt sich durch die Platte 12 zu einer Austrittsöffnung 2o in Form von drei miteinander verbundenen symmetrisch angeordneten Schlitzen 22 (Fig. 4), welche die Kontinuität der Fläche 16 unterbrechenο Bel drei Schlitzen 22 sind sechs Seitenwände 23 und drei Endwände 21 im End- oder Kapillarabschnitt der Düse Io (Fig„ 2 und 3) vorhanden., Die SeitenundEndWände 23» 24 sind zur Austrittsfläche 16 senkrecht und haben eine gleiche und konstante Höhe über den Umfang der öffnung 2o, d,h sie sind unterbrechungsfrei«. Hierdurch wird ein gleicher \xnä gleiehmässlger Fluß des Polymeren durch jeden Schlitz 22 gewährleistet» Wenn sieh ü±® Höhe verändern würde oder wenn Unterbrechungen in den Seiten- oder Endwänden vorgesehen wären, würde der Fluß des Polymeren so gestört werden, daß die Qleichmässigkeit der geformten Fäden beeinträchtigt werden würde

Vom Kapillarabschnitt nach oben erstreckt sich ein erster divergierender Abschnitt 26, welcher sechs Seitenwände 28 und drei Endwände 3o aufweist» d..h„ die gleiche Zahl von fxachen ebenen Wänden wie der Kapillarabschnitt ο Sowohl die Sei'fcf?nwände 28 als auch die Endwände 3o divergier©« von den voi tSkalen Ebenen der benachbarten Seiten- und Endwänie 23» ?*»

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ausc Der Winkel χ in Fig« 3 ist der Divergenzwinkel zwischen jeder Endwand 24 und der benachbarten Endwand 3o des ersten divergierenden Abschnitts 26. Der Winkel y in Fig«, 2 ist der Divergenzwinkel zwischen Jeder Seltenwand 23 und der benachbarten Seitenwand 28 des ersten divergierenden Abschnitts 26c Wie ersichtlich, hat in jeder Ebene parallel zur Austrittsfläche l6 und den Abschnitt 1δ schneidend die Düse Io eine Begrenzung, weifte derjenigen der Austrittsöffnung 2o entspricht, wenn der Winkel χ gleich dem Winkel y 1st η Wenn der Winkel χ vom Winkel y verschieden 1st, ist der erste divergierende Abschnitt 26 nicht geometrisch identisch, jedoch ausreichend ähnlich zum Vorformen des Polymeren, so daß sich dieses leicht beschleunigen läßt und gleichmassig durch die Schlitze 22 der öffnung 2o fließtο

Unmittelbar oberhalb des ersten divergierenden Abschnitts 26 und diesen schneidend ist ein zweiter divergierender Abschnitt 32 vorgesehen, welcher ein Teil eines Kegelstumpfes 1st» Der Winkel ζ ist der Div^rgenzwinkel zwischen der konischen Seitenwand des Abschnitts 32 und einer zur Austrittsfläche senkrechten Linie» Xn allen Fällen ist der Winkel ζ grosser ale die Winkel χ und y* Der zweite divergierende Abschnitt ist mit der Eir*ti*ittsöffnung durch einen dritten Abschnitt verbunden, dessen Divergenzwinkel mit w bezeichnet 1st und der ebenfalls ein Teil eines Kegelstumpfes ist.. Die Eintritte-»

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öffnung 18 ist kreisfÖrmig„

Wenn die Düse Io hier als "konvergierend" bezeichnet wird, so soll durch diesen Ausdruck der konstante oder abnehmende Durchmesser in der Fließrichtung und das Fehlen von Flachgrund-Aussenkungen beschrieben werden, welche den in den vorgenannten Patenten offenbarten entsprechen«, Wie ersichtlich, 1st die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung 18 wesentlich grosser als die Querschnittsfläche der Austritte-Öffnung 2oo Die Eintrittsöffnung 18 verursacht daher einen verhältnlsmässlg geringen Druckabfälle Ein gewisser Druckabfall findet in den Abschnitten 26, 32, 3*1 statt, jedoch besteht der Hauptfließwiderstand im kaplllarförmigen .Endabschnitt, der durch die vertikalen Wände 23, 24 begrenzt wird.

Bei der Herstellung der Düse Io wird mit dem Bohren der Eintrittsöffnung 18 auf die gewünschte Tiefe in einem Rohling aus korrosionsbeständigem Stahl oder aus einem anderen geeigneten Material begonnene Wie erwähnt, können in jeder Spinndüsenplatte 12 eine oder mehrere Düsen vorgesehen werden. Normalerweise hat der Bohrer, der zum Entfernen des meisten Materials aus der Eintrittsöffnung 18 verwendet wird, nicht den zur Bildung des dritten divergierenden Abschnitts 3¹» richtigen Spitzenwinkel, Diese Wirkung wird dadurch erzielt, daß eine geringe Menge Material mit einem Profilbohrer weg-

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genommen wird ο Gegebenenfalls kann der dritte divergierende Abschnitt 3** mit einem Stanzwerkzeug geformt werden«, Sodann wird ein weiterer Bohr- oder Stanzvorgang zur Bildung des zweiten divergierenden Abschnitts 32 durchgeführt« Hierauf folgt ein Stanzvorgang unter Verwendung eines Profilstanz-Werkzeugs, das den ersten divergierenden Abschnitt 26 formt. Hierdurch wird ausreichend Metall unter Bildung eines Vorsprungs an der Austrittsfläche 16 verformt, der durch Schleifen mit Schmirgelpapier oder irgendein anderes geeignetes Verfahren weggenommen wird«, Der nächste Vorgang ist die Bildung des Kapillarabschnitts der Düse Io mit einem Profilstanzwerkzeugο Durch diesen Stanzvorgang wird ein weiterer Vorsprung gebildet« Dieser Vorsprung wird ebenfalls durch Schleifen oder ein ähnliches Verfahren weggenommen» Durch das Schleifen können Grate an der Auetrittsöffnung 2o entstehen, welche durch ein wiederholtes Reinigen des Kapillarabschnitts mit dem Profilstanzwerkzeug, das zu seiner Bildung verwendet wurde, und dann durch erneutes Schleifen weggenommen werden, Wenn dies ausreichend oft geschieht, wird der Grat entfernt., Der Fläche der Spinndüse wird dann ein Hochglanz mitgeteilt, um die Korrosionsgefahr beim Spinnen zu verringern ,.

Ein anderes Verfahren zum Wegnehm»" *■?.*> Grate von der öffnung 2o besteht darin, die Austrittyfuune I6 auf eine Läppscheibe

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zu bringen, die ein "I»angflor^ll»Tuch trägt- Der lange Flor reicht offenbar bis in die Kapillaren und zieht die Grate heraus- Je nach der für das Läppen aufgewendeten Zeit kann eine abgerundete Kante zwischen den Wänden 23» 24 und der Austrittsfläche 16 gebildet werden Pur eine gute Vereplnnbarkeit ist es wesentlich, daß an dieser Stelle eine scharfe Kante vorhanden ist, so daß eine leichte Endläppbehandlung erforderlich ist.. Das zum Nachschärfen der Kante verwendete Schleifmittel ergibt eine Oberflächenbeschaffenheit, die nicht Hochglanz istο Es ist daher eine Glanzschleifendstufe erforderlich.

Im Gebrauch bildet die Spinndüsenplatte 12 einen Teil einer Packung, welche mit einer Quelle eines Polymeren verbunden ist und durch welche Polymeres unter Druck der Fläche 14 zugeführt wird. Da die Eintrittsöffnung 18 eine viel gröseere Querschnittsfläche als die durch die Wände 23» 24 begrenzte Kapillare hat, bewegt sich das Polymere mit einer verhältnismässig geringen Geschwindigkeit hindurch. Beim Austritt aus der Austrittsöffnung 2o hat das Polymere Jedoch die Form eines Strahls von verhältnismässlg hoher Geschwindigkeitο Durch die Verwendung einer Reihe von Abschnitten» welche von der Kapillare zur Eintritt3Öffnung divergieren, fließt das Polymere durch die konvergierende Düse zur Öffnung2©, ohne daß es eine grössere Richtungs- oder Geschwindigkeitsänderung

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erfährtο Hierdurch werden örtliche Stellen hoher Scherbeanspruchung sowie deren nachteilige Wirkungen auf das gesponnene Produkt vermieden«, Ausserdem sind keine toten Stellen vorhanden, an welchen das zeitempfindliche Polymere aufgehalten werden kann und sich seine Qualitib verändertο Da der erste divergierende Abschnitt 26 einen umriß hat, der demjenigen der Austrittsöffnung 2o entspricht, wird das Polymere vorgeformt und hat es die Neigung zu einer gleichmässigen Beschleunigung beim Erreichen der Kapillare«

Obwohl ein dritter divergierender Abschnitt 3* in Verbindung mit der gezeigten drelarmlgen Austrittsöffnung dargestellt ist, ist dieser nicht immer wesentlich» Beispielsweise wird in Fällen, in welchen ein imaginärer Kreis, der die Austrittsöffnung umschreibt, nahezu die gleiche Gröase wie die Eintritts Öffnung hat, die dritte Divergenz nicht vorgesehen» Sie wird immer dann vorgesehen, wenn der angebende Kreis einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Eintrittsöffnung hat» Zn manchen Fallen kennen zusätzliche divergierende Abschnitte erforderlich fs

Vorzugsweise liegen die Divergenzwinkel χ und y Im Bereich von lo^c bie 6o°, sie brauchen jedoch nicht gleich zu sein« D«r Winkel ζ kann im Bereich von 3o° bis 6o° liegen und der Winkel w im Bereich von 4o° bis 7o° Der Winkel w kann entweder

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kleiner oder grosser als der Winkel ζ seine Hierbei ist zu erwähnen, daß diese Winkel alle von Linien parallel zur Düßenachse gemessen werden«

Obwohl die vorangehende Beschreibung in erster Linie auf die dargestellte Ausführungsform gerichtet 14, lassen sich die Ziele uüu Vorteile der Erfindung auch mit anderen symmetrischen Ausbildungsformen des Austritts erzielen, von denen eine Anzahl in FIg, 5 - Xo dargestellt ist. In ähnlicher Weise können die divergierenden Abschnitte durch andere geometrische Flächen als Kegeistümpfe und flache Ebenen gebildet werden, so lange keine toten Stellen entstehen und das Polymere ?.yv Kndausfcrittsöffnung ebne plötzliche Richtungsänderung ~- ordert wird,, Wenn die Spinndüsenplatte ssur Yerwensähmg in einer Niederdruckpackung bestimmt ist, kann sie so weit dünner geir.k?hfc werden* daß die Düse entweder eint kurze Eintrittsöffviung oder überhaupt keine hat

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Claims (1)

1. S.I. du Pont de Nemours 25. Harz 1970

   and Company RD-1116/P 38

   Neue Patentansprüche

   1. SpinndUsenplatte mit mindestens einer konvergierenden Düse, welche sieh duroh die Platte zu einer Öffnung in Fora symmetrisch angeordneter zusammenhängender Sehlitze in der Austrittsfläche erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) mit einem Kapillarabschnitt endet, welcher duroh Wände (23, 24) begrenzt wird, die zur Austrittsfläche (l6) im wesentlichen senkrecht stehen, und sich vom Kapillarabsohnltt aus in mindestens zwei, einander Überschneidenden divergierenden Abschnitten erstreckt deren erster einen kleineren Divergenzwinkel als der zweite Abschnitt hat.

   2. spinndUsenplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (23, 24) des Kapillarabschnitts über dessen Umfang von gleicher Höhe sind und der erste divergierende Abschnitt (26) durch ebene Flächen (28, 30) begrenzt wird, von denen jede von einer der Wände (23, 24) divergierte

   3ο SpinndUsenplatte nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite divergierende Abschnitt

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   Untwiac ^T ' r», ν 4 > tv.

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   der Düse (10) ein Teil eines Kegelstumpfes (j$2) ist.

   (4) SplnndUsenplatte nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) eine zylindrische Eintrittsöffnung (l8) aufweist»

   5. Spinndüsenplatt© nach den Ansprüchen 2 bis 4, gekenn·» zeichnet durch einen dritten divergierenden Abschnitt (34) der Düse (10), der einen Teil eines Kegelstumpfes , bildet«

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