DE1660674A1 - Process for improving thread purity and uniformity in melt spinning - Google Patents
Process for improving thread purity and uniformity in melt spinningInfo
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Description
VGP 1271VGP 1271
Verfahren zur Verbesserung der Padenreinheit und -gleichmKßigkeitMethods of improving pad purity and uniformity
beim Schmelzspinnenin melt spinning
Vereinigte Glanzstoff-Fabriken AG Wuppertal-ElberfeldUnited Glanzstoff-Fabriken AG Wuppertal-Elberfeld
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Padenreinheit und -gleichmäßigkeit beim Schmelzspinnen.The invention relates to a method for improving pad purity and uniformity in melt spinning.
Es ist allgemein bekannt, daß die Strömung der Spinnmasse vom Aufschmelzort bis zur Düse infolge ihrer hohen Viskosität laminar ist. Einmal in der Strömung vorhandene Inhomogenitäten können daher von selbst nicht mehr ausgeglichen werden und führen zu Spinnstörungen, beispielsweise zu unterschiedlichen EinzeIfadenstarken, Fadenunreinheiten, Fadenbrüchen und dergleichen mehr. Andererseits ergeben sich aus der für laminare Strömung charakteristischen Strömungsparabel unterschiedliche Verweilzeiten und folglich weitere Inhomogenitäten. Es wurde daher mehrfach versucht, durch Vermischen des zur Düse strömenden Schmelzestromes möglichst nahe an der Düse eine gewisse Homogenisierung der Schmelze und damit eine Verbesserung der Gleichmäßigkeit und Reinheit der gesponnenen Fäden zu erreichen.It is well known that the flow of the spinning mass from the melting point is laminar up to the nozzle due to its high viscosity. Inhomogeneities that are once present in the flow can therefore be affected by themselves are no longer balanced and lead to spinning disorders, for example to different single thread strengths, thread impurities, Thread breaks and the like. On the other hand, the flow parabola characteristic of laminar flow results in different dwell times and consequently further inhomogeneities. Attempts have therefore been made several times to achieve a certain melt flow as close as possible to the nozzle by mixing the melt stream flowing to the nozzle To achieve homogenization of the melt and thus an improvement in the uniformity and purity of the spun threads.
So wurde beispielsweise eine Abänderung der üblicherweise zwischen Filterpaket und Düse angeordneten Stütz- oder Verteilerplatte vorgeschlagen, wonach die normalerweise in regelmäßiger VerteilungFor example, an amendment was made to the standard between Filter package and nozzle arranged support or distribution plate proposed, after which the normally in regular distribution
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senkrecht zu den Oberflächen der Verteilerplatte verlaufenden Bohrungen zum Durchtritt der Schmelze vom Filterpaket zur DUsenplatte durch solche ersetzt wurden, welche in einem Winkel zur Oberfläche radial so verliefen, daß sie die Schmelze entweder aus dem inneren Bereich über der Platte in den äußeren Bereich unterhalb oder umgekehrt transportierten, während zwischen diesen in regelmäßiger Folge abwechselnden Bohrungen für eine Zwischenzone Jeweils solche senkrecht zu den Oberflächen angeordnet waren. Diese Einrichtung konnte jedoch keine entscheidende Verbesserung erbringen, da nicht eine Vermischung stattfand, sondern lediglich eine geringe Verbesserung des VerweilzeitSpektrums erreicht wurde.bores perpendicular to the surfaces of the distributor plate for the melt to pass from the filter pack to the nozzle plate have been replaced by those which ran radially at an angle to the surface so that they the melt either from the inside Area above the plate to the outer area below or vice versa transported, while between these in regular succession alternating bores for an intermediate zone in each case perpendicular were arranged to the surfaces. However, this facility could not bring about any significant improvement, there was not one Mixing took place, but only a slight improvement in the residence time spectrum was achieved.
Weiter wurde vorgeschlagen, zwischen Spinnpumpe und DUsenpaket in einem erweiterten Leitungßteil einen zylindrischen oder konischen Körper anzuordnen, der auf seiner Oberfläche in entgegengesetzter Richtung schraubenförmig verlaufende Kanäle aufwies, die sich mehrfach Uberkreuzten. Dadurch sollte eine intensivere Durchmischung des von der Spinnpumpe kommenden Schmelzeflusses erreicht werden. Auch mit dieser Einrichtung konnten Jedoch wirkliche Verbesserungen nicht erzielt werden, weil einmal die Mischwirkung des vorgeschlagenen, mit Kanälen an seiner Oberfläche versehenen Einbauteils nicht ausreichte und außerdem wegen des konstruktiv bedingten Einbauortes ebenso wie der Abmessungen hinter dieser Mischvorrichtung noch einmal ein größerer Sammelraum, außerdem Filterpaket und Stütz- bzw. Lochplatte vom Schmelzestrom überwunden werden mußten, bevor er zur Düse kam. Es wurde daher zwar zunächst die Inhomogenität der Schmelze etwas gemildert, in dem darauffolgenden Stück wegen der als Folge wiederholter QuerschnittsMnderungen verursachten verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten, wegen der Eigenart der laminaren Strömung an sich und auch der strömungsungünstigen Gestaltung der einzelnen vonIt was also suggested that between the spinning pump and the nozzle package in to arrange an enlarged conduit part a cylindrical or conical body, which on its surface in opposite Direction had helical channels that crossed several times. This should result in more intensive mixing of the melt flow coming from the spinning pump can be achieved. Even with this facility, however, real improvements have been made cannot be achieved because once the mixing effect of the proposed built-in part provided with channels on its surface was not sufficient and also because of the construction-related installation location as well as the dimensions behind this mixing device a larger collecting space, also filter pack and support or perforated plate had to be overcome by the melt flow before it went to Nozzle came. The inhomogeneity of the melt was therefore initially somewhat alleviated, but in the following piece it was repeated because of the result Changes in cross-section caused different flow velocities, because of the peculiarity of the laminar flow itself and also the flow-unfavorable design of the individual of
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der Schmelze durchflossenen Vorrichtungsteile aber wieder neue Ungleichmäßigkeiten erzeugt, die praktisch zu den gleichen Spinnstörungen führten, wie sie an herkömmlichen Spinneinrichtungen ebenfalls auftraten. However, the melt flowed through the device parts again new irregularities generated, which led to practically the same spinning disturbances as they also occurred on conventional spinning devices.
Aufgabe der Erfindung ist nun, ein Spinnverfahren und eine Spinneinrichtung zu schaffen, welche die aufgeführten Nachteile vermeidet und das Vorhandensein einer weitgehend homogenen Schmelze unmittelbar vor dem Eintritt in die Düsenbohrungen sicherstellt.The object of the invention is now to provide a spinning method and a spinning device to create, which avoids the disadvantages listed and the presence of a largely homogeneous melt immediately before ensures entry into the nozzle bores.
Dies wird erfindungsgemSß durch ein Verfahren zur Verbesserung der Fadenreinheit und -gleichmäßigkeit an Schmelzespinneinrichtungen erreicht, bei dem die Schmelze unmittelbar vor dem Verspinnen in parallelen Teilströmen, wobei jeder Teilstrom in an sich bekannter Weise in mehrfacher Wiederholung in zwei bis acht, vorzugsweise vier Strömungsffiden aufgeteilt wird, welche jeweils vor der erneuten Aufteilung in anderer Ordnung wieder zusammengeführt werden, intensiv vermischt wird. In Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Aufteilen der Teilströme in mehrere Strömungsfäden und das anschließende Zusammenführen 2 bis 10, vorzugsweise 4 bis 8mal. Gegenstand der Erfindung ist weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet 1st, daß unmittelbar über der Schmelzspinndüse an sich bekannter Art, zwischen sich und der Düse ein sehr kleines Vorratsvolumen bildend, eine Platte zur Aufnahme eines oder mehrerer rohrförmiger, in der Art an sich bekannter Strömungsteiler aufgebauter Mischelemente, gleichzeitig die Stützplatte für das Filterpaket bildend, angeordnet ist, welche die mit der Schmelzezuleitung einerseits und dem Vorratsvolumen andererseits in Verbindung stehenden, in entsprechende Bohrungen eingesetzten Mischelemente aufweist. Beim Spinnen von MonofilfHden und feinen textilen Titern kann dabei ein Mischelement genügen.This is achieved according to the invention by a method for improving the Thread purity and uniformity achieved on melt spinning devices, in which the melt immediately before spinning in parallel substreams, each substream in a manner known per se repeated several times in two to eight, preferably four flow patterns is divided, which are each brought together again in a different order before the renewed division, intensively mixed will. In an embodiment of the invention, the partial flows are divided into several flow threads and then brought together 2 to 10, preferably 4 to 8 times. The invention also relates to a device for carrying out the process according to the invention Method, which is characterized in that directly above the melt spinning nozzle of a type known per se, between them and forming a very small storage volume for the nozzle, a plate for receiving one or more tubular, of the type known per se Flow divider built mixing elements, at the same time forming the support plate for the filter pack, is arranged, which the with the melt supply line on the one hand and the storage volume on the other hand connected, inserted into corresponding bores Has mixing elements. When spinning monofilament threads and fine textile denier, one mixing element can be sufficient.
Es hat sich gezeigt, daß unabhängig davon, ob technische oder textile Fäden gesponnen werden, eine gute Homogenisierung erzielt wird, wennIt has been shown that regardless of whether technical or textile When threads are spun, good homogenization is achieved
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der Durchsatz je Mischelementabschnitt (Strömungsteilelement) einen Wert von 2,0 bis 3*5 p/min, vorzugsweise 2,2 bis 3*0 p/min, nicht übersteigt. Es hat sich außerdem gezeigt, daß der Durchsatz je Strömungsteilelement möglichst einen Wert von etwa 0,9 ~ 1*0 p/min nicht wesentlich unterschreiten sollte. Daraus ergibt sich, daß je nach den Spinnbedingungen bei textlien Titern ein aus beispielsweise sechs Elementabschnitten bestehendes Mischelement für bis zu 40 ^ 50 Spinnbohrungen genügt, während technische Faden mit höherem Einzeltiter bei etwa 20 - 25 Spinnbohrungen auf ein gleiches Mischelement die Grenze ist.the throughput per mixing element section (flow sub-element) does not exceed a value of 2.0 to 3 * 5 p / min, preferably 2.2 to 3 * 0 p / min. It has also been shown that the throughput per flow sub- element should not fall significantly below a value of about 0.9 ~ 1 * 0 p / min if possible. The result is that a composed of, for example, six element portions mixing element for up to 40 ^ 50 spin holes is sufficient, depending on the spinning conditions in text lien titers, whereas the technical yarn with a higher denier per filament at about 20 - to an equal mixing element 25 is spinning holes, the boundary.
Das Mischelement besteht nach der Erfindung aus zwei zylindrischen Halbschalen und dem vorzugsweise aus einem Stück hergestellten, nach Art eines einfachen Mehrfachströmungsteilers an sich bekannter Art aufgebauten Mischstück, welches formschlüssig, nur die Strömungskanäle freilassend, zwischen zwei zylindrische Halbschalen paßt. Es weist 2 bis 10, vorzugsweise 4 bis 8 hintereinandergeschaltete, gleiche Strömungsteilelemente oder Mischelementabschnitte auf.According to the invention, the mixing element consists of two cylindrical ones Half-shells and the one preferably made of one piece, in the manner of a simple multiple flow divider of a type known per se built-up mixing piece, which fits positively, leaving only the flow channels free, between two cylindrical half-shells. It has 2 to 10, preferably 4 to 8 series-connected, identical flow sub-elements or mixing element sections.
überraschend war, daß sich eine die Spinngleichmäßigkeit wesentlich verbessernde Homogenisierung auch bei dem erfindungsgemäßen getrennten Mischen einzelnen Teilströme und deren Zusammenführung unmittelbar vor der Düse ohne weiteres Mischen als durchführbar und sogar als wesentlich wirkungsvoller erwies, als es das Mischen des gesamten Schmelzestromes (bei großen Durchsatzmengen) nach bekannten Ausführungen war.It was surprising that the spinning uniformity was essential improving homogenization also in the case of the separate according to the invention Mixing individual partial flows and bringing them together immediately in front of the nozzle without further mixing proved to be feasible and even more effective than mixing the whole Melt flow (at large throughputs) according to known designs.
Die Auswirkungen der erfindungsgemHßen Verfahrensweise werden durch die nachfolgenden Beispiele verdeutlicht. Der dabei als Vergleichszahl benutzte Variationskoeffizient wird durch die Gleichung The effects of the method of the invention are demonstrated by the following examples illustrate. The coefficient of variation used as a comparative figure is given by the equation
v £ _ . 100 v £ _. 100
VT90 * - - V T90 * - -
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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
lb6üB74lb6üB74
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bestimmt, worin S "Standardabweichung" bedeutet und definiert ist alswhere S means "standard deviation" and is defined as
η - 1η - 1
Darin ist x, ... χ das Gewicht von 90 cm der Einzelkapillare 1 bis η des zu prüfenden, η Einzelfäden aufweisenden Fadens, χ das arithmetische Mittel der Einzelfadengewichte.Here x, ... χ is the weight of 90 cm of the single capillary 1 to η of the thread to be tested, which has η single threads, χ the arithmetic Mean of the single thread weights.
Zum Spinnen eines 1000/210 den Polyester-Fadens wurde in einer Spinneinrichtung üblicher Art einmal nach dem erfindungsgemäßen und einmal nach dem bisher üblichen Verfahren gesponnen. Der Fadenabzug entsprach dabei jeweils einer Schmelzeleistung von 2^0 p/min. Beim Arbeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden 14 Mischelemente, bestehend aus jeweils sechs Mischstufen, benutzt. Die Untersuchung der ersponnenen Fäden ergab dabei für das Spinnen nach der alten Verfahrensweise einen Variationskoeffizienten von 10,3 %* für das Spinnen nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise wurde dagegen ein solcher von 4,6 % ermittelt. Diese Variationskoeffizienten sind der Mittelwert aus je 400 Messungen bei an verschiedenen Stellen entnommenen Fadenproben.For spinning a 1000/210 denier polyester thread, spinning was carried out in a conventional type of spinning device once according to the method according to the invention and once according to the previously usual method. The thread withdrawal corresponded to a melt rate of 2 ^ 0 p / min. When working according to the method according to the invention, 14 mixing elements, each consisting of six mixing stages, were used. The investigation of the spun threads resulted in a coefficient of variation of 10.3 % for spinning according to the old procedure * whereas a coefficient of variation of 4.6% was determined for spinning according to the procedure according to the invention. These coefficients of variation are the mean value of 400 measurements each with thread samples taken at different points.
Ein 40/2 den Nylon 6 -Faden wurde einmal unter Verwendung der üblichen und einmal unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die hler ein Mischelement mit sechs Mischstufen aufwies, gesponnen. DieA 40/2 denier nylon 6 thread was cut once using the usual and spun once using the device according to the invention, which previously had a mixing element with six mixing stages. the
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Abzugsgeschwindigkeit entsprach einem Durchsatz von 12 p/min. Der Variationskoeffizient für das Spinnen nach dem bisher üblichen Verfahren schwankte sehr stark zwischen 3 % und 7 '%* während sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein solcher von 1 f> bis 1,5 % ergab. Die Variationskoeffizienten wurden Jeweils aus mehreren hundert Probefadenstücke ermittelt.Take-off speed corresponded to a throughput of 12 p / min. The coefficient of variation for spinning according to the usual method was highly variable between 3% and 7 '% * while such yielded by the inventive method of 1 f> to 1.5%. The coefficients of variation were each determined from several hundred pieces of sample thread.
Die Verbesserung der Fadengleichmäßigkeit wird aus der Gegenüberstellung des Spinnergebnisses für das erfindungsgemäße und das übliche Verfahren deutlich. Erfahrungsgemäß führt beim Spinnen aus Viellochdüsen eine verbesserte Fadengleichmäßigkeit auch zu einer besseren Fadenreinheit.The improvement of the thread evenness comes from the comparison of the spinning result for the method according to the invention and the usual method is clear. Experience has shown that multi-hole nozzles lead to spinning an improved thread evenness also leads to a better thread purity.
Daß dies auch bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eintritt, hat sich bei vergleichenden Versuchen und nach Einführung in die Praxis dadurch gezeigt, daß die Zeit zwischen zwei DUsenwechseln auf mehr als das Doppelte verlängert werden konnte.That this also occurs when the method according to the invention is used, has shown in comparative experiments and after introduction into practice that the time between two nozzle changes could be extended more than twice.
An Hand der beigegebenen Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing. It shows
den senkrechten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Spinnkopf.the vertical section through a spinning head according to the invention.
einen Schnitt entsprechend der Linie A - B in Fig. 1 unda section along the line A - B in Fig. 1 and
ein Mischstück.a mixed piece.
Wie allgemein üblich, ist (Fig. 1) das Düsenpaket 2 in das Gehäuse 1 eingesetzt. Es enthält die Düsenplatte 4 mit den Spinnbohrungen 5 und den Spinnkanälen 6 auf der Austrittsseite der Schmelze, außerdemAs is generally customary, the nozzle package 2 is (FIG. 1) in the housing 1 used. It also contains the nozzle plate 4 with the spinning bores 5 and the spinning channels 6 on the outlet side of the melt
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das Pilterpaket 10 auf der Eintrittsseite. Zwischen Düsenplatte 4 und Pilterpaket 10 ist eine Lockplatte 7 angeordnet, deren Durchmesser gleich dem der Düsenplatte ist und deren Höhe etwas größer ist als die Länge der in entsprechende Bohrungen (Fig. 2) eingesetzten, hier aus je sechs gleichen Abschnitten bestehenden Mischelementen 8; 12. Zwischen DUsenplatte 4 und Lochplatte 7 ist ein sehr kleiner Verteilerraum 9 für die Schmelze durch eine Eindrehung in der Lochplatte 7 gebildet, in welcher die Austrittsseiten der Mischelemente 8; 12 münden. Sein Volumen ist bei der für das Beispiel 1 verwendeten /lusführungsform etwa gleich dem Gesamtvolumen der Düsenbohrungen.the pilter package 10 on the entry side. A lock plate 7 is arranged between the nozzle plate 4 and the pilter packet 10, the diameter of which is the same as that of the nozzle plate and the height of which is slightly greater than the length of the one inserted into the corresponding bores (FIG. 2), here from mixing elements 8 each consisting of six identical sections; 12. Between DUsenplatte 4 and perforated plate 7, a very small distribution space 9 for the melt is formed by turning in the perforated plate 7, in which the outlet sides of the mixing elements 8; 12 open. Its volume is the same as that used for Example 1 approximately equal to the total volume of the nozzle bores.
Die Schmelze tritt durch den Einlauf 11 in das DUsenpaket ein, durchdringt das Filterpaket 10 und kommt in einen darunterliegenden Verteilerraum 5; hier teilt sich der Schmelzestrom auf die einzelnen Mischelemente 8i 12 auf. Im in der Zeichnung dargestellten Falle sind dies vierzehn Stück. Mit Hilfe der hier aus sechs in der Zeichnung deutlich sichtbaren Strömungstellelementen bestehenden Mischeinsätze wird die Schmelze in den einzelnen Teilströmen gründlich durchmischt.The melt enters the nozzle package through the inlet 11 and penetrates it the filter pack 10 and comes into a distribution space 5 below; here the melt flow is divided among the individual Mixing elements 8i 12. In the case shown in the drawing are this fourteen pieces. With the help of the mixing inserts consisting of six flow control elements clearly visible in the drawing the melt is thoroughly mixed in the individual partial flows.
Der Mischeinsatz 12 wirkt in &n sich bekannter Weise so, daß die hochviskose Flüssigkeit in mehrfacher, der Zahl der StrömunESteilelemente entsprechender Wiederholung in beispielsweise vier Strömungsfäden unterteilt wird und diese anschließend in anderer Ordnung (und Querschnittsform) wieder zusammengeführt werden. So wird beispielsweise (Pig. 5) der auf die Kante 13 auftreffende Flüssigkeitsstrom in zwei Teile geteilt, von denen der eine im Bild hinter der Kante verschwindet und durch eine in der Darstellung schwach sichtbare Ausnehmung geführt wird, während der andere durch den Kanal weiterströmt. Der durch Kanal 15 abströmende Flüssigkeitsfaden wird unmittelbar nach seiner Abtrennung an der Wand des strichpunktiert dargestellten Gehäuses umgelenkt und trifft sogleich auf eine nächste, in der Darstellung nicht sichtbare Teilkante. An der Stelle der Umlenkung ist aus dem Raum 21 ein anderer, von der gegenüberliegendenThe mixing insert 12 acts in a known manner so that the highly viscous liquid in multiple, the number of flow divider elements corresponding repetition is divided into, for example, four flow threads and these then in a different order (and cross-sectional shape) are brought together again. For example (Pig. 5) the flow of liquid impinging on the edge 13 becomes divided into two parts, one of which disappears behind the edge in the picture and one that is faintly visible in the representation Recess is performed while the other continues to flow through the channel. The thread of liquid flowing off through channel 15 becomes immediately after its separation it is deflected on the wall of the housing shown in dash-dotted lines and immediately meets a next one, Part edge not visible in the representation. At the point of deflection there is another from space 21 from the opposite one
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Seite des Einsatzes herübergeleiteter Flüssigkeitsfaden dazugekommen; beide werden nun entsprechend der Konstruktion jeweils zur Hälfte in einen bei der Kante 19 endenden und einen wieder auf die Rückseite des Einsatzes führenden Faden aufgeteilt.Side of the use of conducted liquid threads added; Both are now half in each case in one end at the edge 19 and one again on the back according to the construction of the insert leading thread split.
Dieses ständige Aufteilen in zweimal zwei Strömungsfäden - auf der in der Zeichnung nicht sichtbaren Seite geschieht zur gleichen Zeit das gleiche wie auf der sichtbaren -, wobei die Zerteilung jeweils eines aus zwei vorher zusammengeführten Fäden bestehenden Strömungsteiles immer so erfolgt, daß Jeder der beiden den Strömungsteil bildenden Fäden je zur Hälfte in die nunmehr folgenden Strömungsbahnen eintritt. Unter der Voraussetzung, daß - was hier offenbar zutrifft tatsächlich laminare Strömung herrscht, erfolgt also die Angleichung der einzelnen Bereiche des Strömungsquerschnittes abhängig von der Anzahl der hintereinandergeschalteten Mischstufen oder Strömungsteilelemente eines Mischeinsatzes in bekannter Gesetzmäßigkeit.This constant division into two two flow threads - on the the side not visible in the drawing happens at the same time as on the visible side - with the division in each case a flow part consisting of two previously merged threads always takes place in such a way that each of the two threads forming the flow part half into the flow paths that now follow entry. Assuming that - which is obviously the case here, there is actually a laminar flow - the adjustment takes place of the individual areas of the flow cross-section depending on the number of mixer stages or flow sub-elements connected in series a mixed use in a known regularity.
Beim Spinnen monofiler und auch multifiler textiler Fäden geringen Titers kann die Anordnung eines Mischelementes 8; 12 vor der Spinndüse 4 genügen, sofern dabei die erfindungsgemäßen, die Durchsatzmenge betreffenden Bedingungen eingehalten sind. Zweckmäßigerweise wird dann dieses eine Mischelement 8; 12 vorzugsweise quer zur Strömungsrichtung der Schmelze in die Stützplatte 7 eingelassen. Ein solcher Einbau kann auch bei nur zwei oder drei Mischelementen 8; 12 zweckmäßig sein.When spinning monofilament and multifilament textile threads low Titers can be the arrangement of a mixing element 8; 12 in front of the spinneret 4 suffice, provided that the throughput according to the invention is thereby sufficient relevant conditions are met. Expediently, this is then a mixing element 8; 12 preferably across the Flow direction of the melt let into the support plate 7. Such an installation can also be carried out with only two or three mixing elements 8th; 12 be appropriate.
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109818/1999ORIGINAL INSPECTED109818/1999 ORIGINAL INSPECTED
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