DE1660674C3 - Method and device for improving thread purity and uniformity on melt spinning devices - Google Patents
Method and device for improving thread purity and uniformity on melt spinning devicesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Fadenreinheit und -gieichmäßigkeit an. Schmelzspinneinrichtungen, gemäß dem die Schmelze unmittelbar vor dem Verspinnen in parallele Teilströme aufgeteilt wird.The invention relates to a method for improving thread purity and uniformity. Melt spinning devices, according to which the melt immediately before spinning in parallel partial flows is divided.
Es ist 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 Einzelfadenstärken, 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 Schmeizestromes 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 known that the flow of the spinning mass from the melting point to the nozzle due to its high Viscosity is laminar. Inhomogeneities that already exist in the flow can therefore by themselves are no longer balanced and lead to spinning disorders, for example different ones Single thread sizes, thread impurities, thread breaks and the like. On the other hand result from the flow parabola characteristic of laminar flow has different residence times and consequently further inhomogeneities. It was therefore tried several times by mixing the flowing to the nozzle Melt flow as close as possible to the nozzle a certain homogenization of the melt and thus a To improve the evenness and purity of the spun threads.
So ist beispielsweise eine Abänderung der überlicherweise zwischen Filterpaket und Düse angeordneten Stütz- oder Verteilerplatte bekanntgeworden, wonach die normalerweise in regelmäßiger Verteilung senkrecht zu den Oberflächen der Verteilerplatte verlaufenden Bohrungen zum Durchtritt der Schmelze vom Filterpaket zur Düsenplatte durch solche ersetzt sind, fio welche in einem Winkel zur Oberfläche radial so verlaufen, daß sie die Schmelze entweder aus dem inneren Bereich über der Platte in den äußeren Bereich unterhalb oder umgekehrt transportieren, während zwischen diesen in regelmäßiger Folge abwechselnden 1^ Bohrungen für eine Zwischenzone jeweils solche senkrecht zu den Oberflächen angeordnet sind. Diese Einrichtung konnte jedoch keine entscheidende Verbesserung erbringen, da nicht eine Vermischung stattfand, sondern lediglich eine geringe Verbesserung des Verweilzeitspektrums erreicht wurde.For example, a modification of the support or distributor plate, which is usually arranged between the filter package and the nozzle, has become known, according to which the bores, which normally run in regular distribution perpendicular to the surfaces of the distributor plate, for the passage of the melt from the filter package to the nozzle plate are replaced by holes, fio which are at an angle run radially to the surface in such a way that they either transport the melt from the inner area above the plate to the outer area below or vice versa, while between these in a regular sequence alternating 1 ^ bores for an intermediate zone are arranged perpendicular to the surfaces. However, this device could not bring about any decisive improvement, since mixing did not take place, but only a slight improvement in the residence time spectrum was achieved.
Weiter ist bekannt, zwischen Spiunpumpe und Düsenpaket in einem erweiterten Leitungsteil einen zylindrischen oder konischen Körper anzuordnen, der auf seiner Oberfläche in entgegengesetzter Richtung schraubenförmig verlaufende Kanäle aufweist, die sich mehrfach überkreuzen. Dadurch soll 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 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 ein Filterpaket und eine Stütz- bzw. Lochplatte vom Schmelzestrom überwunden werden mußten, bevor er zur Düse kam. Es wurde zwar zunächst die Inhomogenität der Schmelze etwas gemildert, in dem darauffolgenden Stück wegen der als Folge wiederholter Querschnittsänderur.gen verursachten verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten, wegen der Eigenart der laminaren Strömung an sich und auch der strömungsungünstigen Gestaltung der einzelnen von der Schmelze durchflossenen Vorrichtungsteile aber wieder neue Ungleichmäßigkeiten erzeugt, die praktisch zu den gleichen Spinnstörungen führten, wie sie an herkömmlichen Spinneinrichtungen ebenfalls auftraten.It is also known to arrange a cylindrical or conical body between the coil pump and the nozzle pack in an enlarged line part, which has on its surface helically extending channels in the opposite direction, which cross each other several times. This is intended to achieve more intensive mixing of the melt flow coming from the spinning pump. Even with this device, however, real improvements could not be achieved, because once the mixing effect of the 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 a filter pack and a support or perforated plate had to be overcome by the melt flow before it came to the nozzle. Initially, the inhomogeneity of the melt was somewhat reduced, but in the following section new velocities of flow caused by repeated cross-sectional changes, the peculiarity of the laminar flow itself and the unfavorable design of the individual parts of the device through which the melt flows Generated irregularities, 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 eine weitgehend homogene 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 which the Avoids listed disadvantages and a largely homogeneous melt immediately before entering the Ensures nozzle bores.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Verbesserung der Fadenreinheit und -gieichmäßigkeit an Schmelzspinneinrichtungen, gemäß dem die Schmelze unmittelbar vor dem Verspinnen in parallele Teilströme aufgeteilt wird, dadurch erreicht, daß jeder Teilstrom in mehrfacher Wiederholung in zwei bis acht Strömungsfäden aufgeteilt wird, welche jeweils vor der erneuten Aufteilung in anderer Ordnung wieder zusammengeführt werden. Das Aufteilen der Teilströme in mehrere Strömungsfäden und das anschließende Zusammenführen kann dabei bis zu ca. zehnmal erfolgen. Gegenstand der Erfindung ist weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindunsgemäßen Verfahrens mit einer Spinndüsenplatte und einer Verteilerplatte, welche Bohrungen aufweist, die mit einer Schmelzezuleitung einerseits und einem zwischen der Verteilerplatte und der Spinndüsenplatte gebildeten kleinen Vorratsraum andererseits in Verbindung stehen, wobei die Verteilerplatte gleichzeitig die Stützplatte für das Filterpaket bildet, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß in den Bohrungen der Verteilerplatte Mischelemente, welche in Form von an sich bekannten Mehrfach-Strömungsteilern aufgebaut sind, angeordnet sind. Das Volumen des Vorratsraumes über der Spinndüsenplatte beträgt vorzugsweise das 0,2 bis lOfache des Volumens der Spinnbohrungen.According to the invention, this is achieved by a method for Improvement of the filament purity and uniformity on melt spinning devices, according to which the melt is divided into parallel substreams immediately before spinning, achieved in that each Partial flow is divided into two to eight flow threads in multiple repetitions, each before the be merged again in a different order. The splitting of the partial flows into several flow threads and the subsequent merging can be done up to about ten times take place. The invention also relates to a device for carrying out the according to the invention Method with a spinneret plate and a distributor plate which has bores that are connected to a melt feed line on the one hand and one formed between the distributor plate and the spinneret plate small storage space on the other hand are in communication, the distribution plate at the same time the support plate for forms the filter pack, which is characterized in that mixing elements, which are constructed in the form of multiple flow dividers known per se, arranged are. The volume of the storage space above the spinneret plate is preferably 0.2 to ten times the volume of the spinning holes.
Unabhängig davon, ob technische oder textile Fäden gesponnen werden, wird eine gute Homogenisierung erzielt, wenn der Durchsatz je Mischelementabschnitt (Strömungsteilelenient) etwa 2,0 bis 3,5 p/min nicht übersteigt, während er einen Wert von etwa 0,9 bis 1,0 p/min möglichst nicht wesentlich unterschreitenRegardless of whether technical or textile threads are spun, homogenization is good achieved if the throughput per mixing element section (flow part element) is not about 2.0 to 3.5 p / min exceeds, while it does not fall below a value of about 0.9 to 1.0 p / min as much as possible
sollte. Daraus ergibt sich, daß je nach den Spinnbedingungen bei textlien Titern ein aus beispielsweise sechs E'.ementabschnitten bestehendes Mischelement für bis zu 40 bis 50 Spinnbohrungen genügt, während technische Fäden mit höherem Einzeltiter bei etwa 20 bis 25 Spinnbohrungen auf ein gleiches Mischelement die Grenze ist should. It follows that, depending on the spinning conditions for textile titers, a mixing element consisting of, for example, six E'.ement sections is sufficient for up to 40 to 50 spinning holes, while technical threads with a higher individual titre are the limit for about 20 to 25 spinning holes on the same mixing element
Das an sich bekannte Mischelement besteht aus zwei zylindrischen Halbschalen und dem meist aus einem Stück hergestellten, nach Art eines einfachen Mehrfachströmungsteiler«; bekannter Art aufgebauten Mischstück, welches formschlüssig, nur die Strömungskanäle freilassend, zwischen zwei zylindrische Haibschaien paßt Es weist bis zu JO hintereinandergeschaltete, gleiche Strömungselemente oder Mischelementabschnitte auf.The mixing element, known per se, consists of two cylindrical half-shells and usually one Piece made in the manner of a simple multiple flow divider «; known type built-up mixing piece, which form-fit, only the flow channels released, fits between two cylindrical shark sharks. same flow elements or mixing element sections.
Überraschend war, daß sich eine die Spinngleichmä ßigkeit wesentlich verbessernde Homogenisierung auch bei dem erfindungsgemäßen getrennten Mischen der einzelnen Teilströme und deren Zusamme::führung unmittelbar vor der Düse ohne weiteres Mischen nicht nur als durchführbar, sondern sogar als wesentlich wirkungsvoller erwies, als es das Mischen des gesamten Schmelzestromes (bei großen Durchsatzmengen) nach bekannten Ausführungen war. It was surprising that homogenization, which significantly improves the spinning uniformity, also proved to be not only feasible, but even more effective than mixing, even with the separate mixing of the individual substreams according to the invention and their merging immediately in front of the nozzle without further mixing of the entire melt flow (with large throughputs) according to known designs.
Die Auswirkungen der erfindungsgemäßen Verfahrensweise werden durch die nachfolgenden Beispiele verdeutlicht. Der dabei als Vergleichszahl benu /te Variationskoeffizient wird durch die GleichungThe effects of the procedure according to the invention are illustrated by the following examples made clear. The coefficient of variation used as a comparative figure is given by the equation
100100
bestimmt, worin 5»Standardabweichung« bedeutet und definiert ist alsdetermines where 5 means "standard deviation" and is defined as
S =S =
η - 1η - 1
Darin ist X\... Xn das Gewicht von 90 cm des Einzelfilaments 1 bis η des zu prüfenden, η Einzelfilamente aufweisenden Fadens, jf das arithmetische Mittel der Einzelfilamentgewichte.Here, X \ ... X n is the weight of 90 cm of the individual filament 1 to η of the thread to be tested, which has η individual filaments, jf the arithmetic mean of the individual filament 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 230 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 230 p / min. When working according to the method according to the invention, 14 mixing elements, each consisting of six mixing stages, were used. The examination of the spun threads showed a coefficient of variation of 10.3% for spinning according to the old method; for spinning according to the procedure according to the invention, on the other hand, a rate of 4.6% was determined. These coefficients of variation are the mean value of 400 measurements each with thread samples taken at different points.
Hin 40/2 den Nylon-6-Faden wurde einmal unter Verwendung der üblichen und einmal unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die hier ein Mischelement mit sechs Mischsiufen aufwies, gesponnen. Die ADzugsgeschwindigkeit entsprach einem Durchsalz von 12 p/min. Der Variationskoeffizient für das Spinnen mit der bisher üblichen Vorrichtung schwankte sehr stark zwischen 3% und 7%, während sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein solcher von 1% bis 1,5% ergab. Die Variationskoeffizienten wurden jeweils aus mehreren hundert Probefadenstükken ermitteltHin 40/2 the nylon 6 thread was under once Using the usual and once using the device according to the invention, here a Had mixing element with six mixing stages, spun. The drawing speed corresponded to one Through-salt of 12 p / min. The coefficient of variation for spinning with the previously common device fluctuated very strongly between 3% and 7%, while with the device according to the invention such from 1% to 1.5%. The coefficients of variation were each taken from several hundred sample pieces of thread determined
Anhand der Zeichnung wird die Erfind1 mg näher Based on the drawing , the inventor is 1 mg in more detail
ίο erläutert Es zeigtίο explained It shows
Fig.l den senkrechten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Spinnkopf, Fig.l the vertical section through a spinning head according to the invention,
F i g. 2 einen Schnitt entsprechend der Linie A-B in F i g. 1 und F i g. 2 shows a section along the line AB in FIG. 1 and
F i g. 3 ein M ischelementF i g. 3 a mixing element
Wie allgemein üblich, ist (F i g. 1) das Düsenpaket 2 in das Gehäuse 1 eingesetzt Es enthält die Spinndüsenplatte 4 mit den Spinnbohrungen 5 und den Spinnkanälen 6 auf der Austrittsseite der Schmelze, außerdem das Filterpaket 10 auf der Eintrittsseite. Zwischen Spinndüsenplatte 4 und Filterpaket 10 ist eine Verteilerplatte 7 angeordnet, deren Durchmesser gleich dem der Spinndüsenplatte ist und deren Höhe etwas größer ist als die Länge der in entsprechende Bohrungen (F i g. 2) eingesetzten, hier aus je sechs gleichen Abschnitten bestehenden Mischelementen 8; 12. Zwischen Spinndüsenplatte 4 und Verteilerplatte 7 ist ein sehr kleiner Vorratsraum 9 für die Schmelze durch eine Eindrehung in der Verteilerplatte 7 gebildet, in welcher dieAs is generally customary, (FIG. 1) the nozzle package 2 is inserted into the housing 1. It contains the spinneret plate 4 with the spinning bores 5 and the spinning channels 6 on the outlet side of the melt, as well as the Filter package 10 on the entry side. A distributor plate 7 is located between the spinneret plate 4 and the filter pack 10 arranged, the diameter of which is equal to that of the spinneret plate and the height of which is slightly greater than the length of the one inserted into the corresponding bores (FIG. 2), here consisting of six identical sections existing mixing elements 8; 12. Between the spinneret plate 4 and the distributor plate 7 there is a very small one Reservoir 9 for the melt formed by a recess in the distributor plate 7, in which the
jo Austrittsseiten der Mischelemente 8; 12 münden. Sein Volumen ist bei der für das Beispiel 1 verwendeten Ausführungsform etwa gleich dem Gesamtvolumen der Spinnbohrungen.jo exit sides of the mixing elements 8; 12 open. being In the embodiment used for Example 1, the volume is approximately equal to the total volume of the Spinning holes.
Die Schmelze tritt durch die Schmelzezuleitung 11 in das Düsenpaket ein, durchdringt das Filterpakei 10 und kommt in einen darunterliegenden Verteilerraum 3; hier teilt sich der Schmelzestrom auf die einzelnen Mischelemente 8; 12 auf. Im in der Zeichnung dargestellten Falle sind dies vierzehn Stück. Mit Hilfe der hier aus sechs in der Zeichnung dargestellten Strömungsteilelementen bestehenden Mischelemente 12 wird die Schmelze in den einzelnen Teilströmen gründlich durchmischt.The melt enters the nozzle package through the melt feed line 11 , penetrates the filter package 10 and arrives in a distribution space 3 below; here the melt flow is divided between the individual mixing elements 8; 12 on. In the case shown in the drawing, there are fourteen pieces. With the aid of the mixing elements 12 consisting of six flow sub-elements shown in the drawing, the melt is thoroughly mixed in the individual sub-flows.
Das Mischelement 12 wirkt in an sich bekannter Weise so, daß die hochviskose Flüssigkeit in mehrfacher, der Zahl der Strömungsteilelemente entsprechender Wiederholung in beispielsweise vier Strömungsfäden unterteilt wird und diese anschließend in anderer Ordnung (und Querschnittsform) wieder zusammengeführt werden. So wird beispielsweise (F i g. 3) der auf die Kante 13 auftreffende Flüssigkeitsstrom in zwei Teile geteilt, von denen der eine im Bild hinter der Käme verschwindet und durch eine in der Darstellung schwach sichtbare Ausnehmung geführt wird, während der andere durch den Kanal 15 weiterströmi. 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 gegenüberliegenden Seite des Einsatzes herübergeleiteter Flüssigkeitsfaden dazugekommen; beide werden nun entsprechend der Konstriktion jeweils zur Hälfte in einen bei der KanteThe mixing element 12 acts in a manner known per se in such a way that the highly viscous liquid is subdivided several times, corresponding to the number of flow sub-elements, into four flow threads, for example, and these are then brought together again in a different order (and cross-sectional shape). For example (FIG. 3) the liquid flow impinging on the edge 13 is divided into two parts, one of which disappears in the picture behind the comb and is guided through a recess that is faintly visible in the illustration, while the other through the channel 15 continue to flow. The liquid thread flowing out through channel 15 is deflected immediately after its separation on the wall of the housing shown in dash-dotted lines and immediately meets a next partial edge which is not visible in the illustration. At the point of deflection, another liquid thread has been added from space 21, which is passed over from the opposite side of the insert; Both are now half in one at the edge, depending on the constriction
fts 19 endenden und einen wieder auf die Rückseite des Einsatzes führenden Faden autgeteilt.fts 19 and a thread again leading to the back of the insert.
Dieses ständige Aufteilen in zweimal zwei Strömungsfäden — auf der in der Zeichnung nichtThis constant division into two two flow threads - not on the one in the drawing
sichtbaren Seite geschieht /iir 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 Slrömungsbahnen eintritt, führt zu einer sehr gründlichen Durchmischung. ('liter 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 bekanntei Gesetzmäßigkeit.visible side, the same thing happens at the same time as on the visible one - the division of each one from two previously merged threads existing flow part always takes place so that each of the two threads forming the flow part each half of it enters the now following flow paths, leads to a very thorough mixing. ('liter of the assumption that - which is obviously true here - there is actually a laminar flow, So the adjustment of the individual areas of the flow cross-section takes place depending on the number of series-connected mixing stages or flow sub-elements of a mixing insert in known Lawfulness.
Beim Spinnen monofiler und auch multifiler textilei Fäden geringen Titers kann die Anordnung eine: Mischelementes 8; 12 vor der Spinndüsenplatte < genügen, sofern dabei die erfindungsgemäßen, di< Durchsatzmenge betreffenden Bedingungen eingehal ten sind Zweckmäßigerweise wird dann dieses eim Mischelement 8; 12 vorzugsweise quer zur Strömungs richtung der Schmelze in die Verteilerplatte i eingelassen. Ein solcher Einbau kann auch bei nur zwe oder drei Mischelementen 8; 12 zweckmäßig sein.When spinning monofilament and multifilament textile threads of low titre, the arrangement can be a: mixing element 8; 12 in front of the spinneret plate are sufficient, provided that the conditions according to the invention relating to the flow rate are met. Expediently, this is then eim mixing element 8; 12 preferably inserted transversely to the flow direction of the melt in the distributor plate i. Such an installation can also be carried out with only two or three mixing elements 8; 12 be appropriate.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (3)
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