DE1785047A1

DE1785047A1 - Spinnvorrichtung

Info

Publication number: DE1785047A1
Application number: DE19681785047
Authority: DE
Inventors: Heckrotte Robert Sherwood
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1967-08-11
Filing date: 1968-08-05
Publication date: 1972-01-13
Also published as: JPS447734B1; GB1233763A; US3466703A; NL6811226A; LU56667A1

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ 8 München 27, Pienzenauerstraße28 DR. DIETER MORF Telefon 483225 und 48M15

„ .. Telegramme: Chemindus München

Patentanwälte

5. Aug, 1968

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E.I. DU Ρ0ΝΓ DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Del. I9898, V. St. A,

Spinnvorrichtung

Die Erfindimg betrifft Spinnvorrichtungen zur Herstellung von Kunstfäden durch Trocken-, Nass» oder Schmelzspinnverfahren und insbesondere eine Spinnvorrichtung m'.t einer dünnen Zumossplatte·

Bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Kunstfasern wird das Polymere durch viele kleine öffnungen extrudiert, die in einer Spinnöüsenplatte vorgesehen sind. Das frisch extrudierte Polymere in seiner geformten Fadenform wird dann durch an sich bekannte Verfahren zum Erstarren gebracht. Ein mit einen solchen System verbundenes Problem ist die Denier-Veränderlichkeit, Bei Zweik cmponentenf äden treten Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaitung gleich-

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massiger Anteile der polymeren Stoffe, aus denen die Zweikomponentenfäden bestehen, auf. Da eine Faden-Denier-UngleiohmHssigkeit oft die Folge von Veränderungen in den Spinndüsenöffnungsabmessungen ist» wurde vorgeschlagen» grosse Sorgfalt bei der Abstimmung der Abmessungen der Kapillaren in den Spinndüsen auszuüben· Ein weiterer Vorschlag besteht darin* die Zumessfunktion der feinen empfindlichen Spinndüsenkapillaren durch die Verwendung von oberstromseitigen Zumessplatten zu vermindern, beispielsweise von der in dem USA-Patent 3 095 6OJ beschriebenen Art, welche ziemlich genaue Mengen des Polymeren den einzelnen Spinnkapillaren zumessen. Keiner dieser Vorschläge war Jedoch völlig zufriedenstellend, da entweder die Herstellungskosten zu hoch sind oder die Vorrichtungen schwierig auseinanderzunehmen und zu reinigen sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Spinnvorrichtung zur Herstellung von Kunstfäden mit verbesserter Denier-GlelchmSssigkelt. Feiner soll durch die Erfindung eine Spinnvorrichtung zur Herstellung von ZweikoeponentenfMden geschaffen werden, bei welchen der Anteil jedes polymeren Stoffes in des Fäden gleichmfissig 1st· Ausserdem soll durch die Erfindung erreicht werden, dass die Vorrichtung leicht

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zu zerlegen und zu reinigen ist und die einzelnen Teile der Vorrichtung keine Staupunkte bilden.

Gegenstand der Erfindung let eine Spinnvorrichtung zur Her* stellung glelchmässiger Fäden aus einer Spinndusenplatte mit Öffnungen zum Spinnen von Polymeren in Faden und mit einem Trägerelement, welches Bohrungen für dl· Zufuhr des Polymeren zu den SpinndUsenöffnungen besitzt* wobei sich die erfindunge gemSsse Vorrichtung dadurch unterscheidet, dass eine dünne Zumessplatte vorgesehen ist« welche zwischen der Spinndüsenplatte und dem Trägerelement abgedichtet 1st und Öffnungen aufweist, die Zumesskanäle zu den Spinndüsenöffnungen bilden, von denen jede mit einer Bohrung durch einen gesonderten Zumesskanal verbunden ist, die näohstilegenden Kanten der Bohrung und der Öffnung einen Abstand voneinander haben, der das 0,4 bis 12fache des Durchmessers der Öffnung beträgt, jeder Kanal eine Breite von 1- bis 12fachen des Durohmessers der Spinndüsenöffnung und vom 1- bis I2fachen der Dicke der Zumessplatte hat und die Zumessplatte eine Dicke Im Bereich von 0,10 bis 1,27 mn hat, um Zumesskanäle zu erhalten, deren Widerstand gegen den Flues des Polymeren zumindest ebenso gross wie derjenige der SplnndUsenöffnung ist. Vorzugsweise befinden eich die näohstliegenden Kanten

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der Bohrung und die entsprechende öffnung in einem Abstand vom O,7-6,6fachen des Durchmessers der SpinndUsenöffnung, beträgt die Breite des Zumesskanals vom 1,1-4,Ofachen des Durchmessers der SpinndUsenöffnung und beträgt die Dicke der Zumessplatte etwa 0,25*1 nun« Gegebenenfalls kann jede SpinndUsenöffnung mit zwei Polymerzufuhrbohrungen durch den Zumesskanal verbunden sein und die Bohrungen können für die Zufuhr verschiedener Polymerer zum Spinnen von Zweikomponentenfäden verwendet werden. Wahlweise kann ferner die Spinndüse eine dünne Metallplatte mit einer Dicke von etwa 0*254 mm sein, die in der Vorrichtung in Querrichtung von 10-99*5 % der Streckspannung des SpinndUsenmetalls beansprucht wird.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben; und zwar zeigen:

Pigο 1 eine Seitenansicht im Schnitt einer AusfUhrungsform der erfindungsgemässen Spinnvorrichtung, wobei der Schnitt nach einer Ebene geführt ist, welche die Mittelachse der Vorrichtung enthältι

Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1, welche die Oberseite der Zumessplatte zeigt;

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Pig. 3 zeigt eine Seitenansicht im Schnitt einer Zumessöffnung in Verbindung mit einer Spinndüsenkapillare» wobei der Schnitt wie in Pig. I geführt ist;

Pig. 4 eine Seitenansicht im Schnitt einer Spinnvorrichtung zum Spinnen von· Zweikomponentenfasern;

Pig. 5 und 6 die Umrisse anderer Gestaltungen für die öffnungen in der Zumessplatte;

Pig. 7 eine Ansicht im Schnitt einer Spinnvorrichtung unter Verwendung einer dünnen Zuraessscheibe in Verbindung mit einer dünnen Spinndüse, welche quer zu ihrer Lagerung beansprucht ist.

Bei der in Pig. I dargestellten Vorrichtung werden die

Hauptelemente durch einen Deckel IC^ ein Sßinndtisenträger- ™ element bestehend aus einem Pllterbehälter oder Pilterhalter 11 mit Bohrungen 26 sowie durch eine Spinndüse 12 und eine Zumessplatte 33 gebildet.

Der Deckel 10 ist mit einem nach oben gerichteten Steg 16 versehen» welcher einen L-förmigen Strömungskanal 17 aufweist, der sich durch den Deckel erstreckt. Entgegengesetzt

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zum Strömungskanal 17 weist der Steg 16 eine Eintiefung 18 auf, die zur Aufnahme eines Bolzens oder einer Einspannnase der Spinnmaschine dienen kann, von welcher die Spinnvorrichtung so getragen wird, dass der Kanal 17 mit der ihm zugeordneten metallischen Dichtung 19 gegen eine entsprechende Öffnimg der nicht gezeigten Sammelleitung gehalten wird, durch welche flüssiges Polymeres zu der Vorrichtung fliesst. An seiner Unterseite ist der Deckel 10 mit einer kreisförmigen Eintiefung 20 und mit einer ringförmigen Fläche 21 ausgebildet.

Der Filterhalter 11 weist eine zylindrische Seitenwand 22 und eine innere ringförmige Ausnehmung auf, welche eine Leiste 24 bildet und in einer Fläche 25 endet, die zu der Fläche 21 des Deckels 10 komplementär ist_c Der innere Rand der Fläche 25 ist abgeschrägt, so dass er zusammen mit einer ähnlichen Ausbildung am Deckel 10, wenn die Flächen 21,25 aneinander anliegen, eine V-förmige Nut bildet. Die Bodenwand 2j5 weist eine Anzahl Verteilungsbohrungen 26 auf, die sich durch sie hindurchers trecken und in einer ringförmigen Nut 40 enden.

Die SpinndUsenplatte 12 i3t mit Kapillaren 27 versehen, durch welches flüssiges Polymeres zur Bildung von Fäden ausge-

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presst wird« Der Bund 13 1st rohrförmig und an seinen einen Ende mit einem nach innen gerichteten Plansch versehen, der gegen die Unterseite der Spinndusenplatte 12 anliegt. An seinem entgegengesetzten Ende weist der Bund 13 ein Innengewinde für den Eingriff mit dem am Deckel 10 vorgesehenen Aussengewinde auf.

Die Fuge zwischen den Flächen 21,25 ist durch eine bandförmige metallische Dichtung 29 abgedichtet, welche zwischen der Leiste 24 und dem Deckel 10 sitzt. Innerhalb des Filterhalters 11 befindet sich ein Körper aus einen Inerten Filtermedium, wie Sand. Das Filtexmedium 30 wird durch ein feines Sieb 31 getragen und gehalten, welch letzteres durch einen Metallring 32 in seiner Lage gehalten wird. Zwischen dem Filterhalter 11 und der Spinndüse 12 befindet sich eine Zumessplatte 33 mit ZuassskanKlen 35. Daher tritt das Polymere durch die Bohrungen 26 und die Kanäle 35 hindurch und extrudiert In Form von Fäden durch die SpinndUeenkapillaren 27·

Wie Flg. 2 zeigt, enthält die Zumessplatte 33 Zumesekanäle 35, durch welche das Polymere radial flieset und w*l-

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ehe an den SpinndUsenkapillaren 27 enden. In Pig. 2 1st eine längliche Kanalform dargestellt» jedoch kann die Kanalform auch elliptisch, kreisförmig oder unregelmässig, gesehen in Fig. 2 sein, vorausgesetzt, dass alle Kanäle gleich sind. Wie ersichtlich, haben die Kanäle in jedem Falle im wesentlichen rechteckige Querschnitte.

In Fig. 3 1st der kritische Kanal 35, in welchem das Polymere aus der Verteilungsbohrung 26 der Spinndüeenkapillare 27 zugemessen wird, gezeigt. Die Länge dieses Kanäle 35 ist mit L bezeichnet und seine Höhe ist gleich der Dicke H der Zumessplatte 33, während die Breite W des Kanals 35 in Fig. 2 gezeigt 1st.

In Flg. 4 ist eine Spinnvorrichtung gezeigt, die der Vorrichtung nach Flg. 1 im wesentlichen ähnlich 1st, der jedoch zwei Polymere zugeführt werden, wobei das eine Polymere der Kammer A zugeführt wird, während das andere Polymere der Kammer B zugeführt wird. Die beiden Polymeren treten durch ihre jeweiligen Bohrungen 26 hindurch und in die Ringnuten 40 und 40' ein, von welchen sie in die Zuroesskanäle 35 gelangen und miteinander verschmelzen bzw. sich vereinigen unmittelbar bevor sie durch die Splnndüsenkapllla-

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ren 27 hindurchtreten und als Einzelfäden ausgepresst werden.

In Fig. 5 ist ein Zumesskanal 35 gezeigt, der einen Teil von grösserer Breite (W) als ein anderer Teil aufweist, so dass beim Spinnen von Zueikomponentenfasern, beispielsweise mit der Vorrichtung nach Fig„ 4, es möglich ist, Unterschiede in den Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Polymeren oder Unterschiede in den Eigenschaften der Polymeren, beispielsweise in der Viscosität zuzulassen. Die Polymeren verschmelzen (am oberstromseltigen Teil der Spinndüsenkapillaren 27) mit im wesentlichen de» gleichen Druck, da wesentlich verschiedene Drücke an diesem Versohmelzungspunkt nicht zulässig sind.

In Fig» 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt» Teile, die den Teilen der Vorrichtung nach Fig. 1 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Bei der Aueftihrungsform nach Fig. 7 1st eine sehr dünne Spinndüsenplatte 12 unmittelbar unterhalb der Zumessplatte 33 gezeigt. Die Spinndüsenplatte und die Zumessplatte werden bei ihrem Einbau in die SpinndUsenpaokung In äer Querrichtung gestreckt. Die Unterseite der Spinndüse

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ruht gegen einen Ring 15 auf, wobei zur Halterung die Ringe 14 und 15 dienen, welche durch Bolzen 34 zusammengehalten werden. Bei einer Ausführungsform von der in PIg. 7 dargestellten Art, bei welcher eine sehr dünne Spinndüse verwendet wird, ist es vorzuziehen, einen Zumesskanal 35 von solchen Proportionen zu verwenden, dass der Druckabfall des Polymeren, der Im Kanal bzw. In den Kanälen 35 stattfindet, wesentlich höher als der Druckabfall in den Spinndüsenkapillaren 27 ist, vorzugsweise um einen Faktor von mindestens 2:1» Die Länge der Kapillaren ist gewöhnlich sehr kurz (in Folge der Verwendung einer sehr dünnen Spinndüse 12), so dass der Druckabfall gewöhnlich klein 1st. Es kann jedoch wünschenswert sein, den Druckabfall in der Kapillare 27 auf ein Mlndestmass herabzusetzen, In welchem Falle der Durchmesser (oder äquivalent der hydraulische Durchmesser der Kapillare 27» wenn diese nicht rund ist) gross im Verhältnis zur Höhe H und zur Breite W des Kanals 35 gemacht werden muss. Eine solche Gestaltung ergibt eine Energiefreigabe oder Drualcentspanntaag (pressure letdowa) la Zumesskanal 35» was ZVuP Wirkung hat, dass die Ausbauchung des Extrudats verringert wird, die normalerweise Im Polymers tro» unterhalb der Spinndüse 12 stattfindet. Eine solche Verringerung dürfte für die Herabsetzung der Doppel-

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brechung der gesponnen Pasern vorteilhaft sein·

Die erfindungsgemSssen mit öffnungen versehenen ZumesspTatten können aus einem beliebigen starren Material hergestellt sein, das herkömmlich für Vorrichtungen verwendet wird, welche mit einem Polymer in Kontakt kommen, wobei korrosionsbeständiger Stahl bevorzugt wird. Die Platten können eine Dicke von 0,10 bis 1,27 mm haben und sind vorzugsweise etwa 0,25*1 mm dick·

Die unrunden Kanäle in der Zumessplatte ergeben eine bestimmte Zumesslänge für die Zumeesung des Durchtritte des Polymeren durch diese. Diese Zumesslänge ist als der Abstand zwischen der Begrenzungswand der Trägerelenentnut und der nächstliegenden Kante einer Spinndüsekapillare zu verstehen, welche in Figo 3 mit L bezeichnet ist und das 0,4 bis 12fache des Durohmessers der Spinndüsenöffnung und vorzugsweise das 0,7 bis 6,6faohe des Durohmessers der Spinndüsenöffnung betragen soll. Die Dicke der Zumeaskanäle (die in Fig. 3 mit H bezeichnet ist) ist die Dicke der Zumessplatte selbst. Die Breite W der Kanäle^ die in 71g. 2 angegeben 1st* soll das 1 bis 12fache ihrer Höhe H und vorzugsweise mindestens das 2faohe ihrer Höhe H betragen. Die Breite

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W soll ferner das 1 bis 12fache des Durchmessers D der Kapillare 27 sein und vorzugsweise etwa das 1,1 bis 4,Ofache von D betragen. Der Druckabfall (Δρ) vom Einlass zu« Auslass der Zumessöffnungen, welcher durch den Strömungswiderstand durch die Offnungen verursacht wird, ist wesentlich im Verhältnis zu anderen Ströraungswiderst8nden längs der Vielzahl von Wegen durch die Spinndüsenkapillaren· Die ZumessÖTfnungen sollen dem hindurchtretenden Medium einen Widerstand entgegensetzen, der zumindest ebenso gross wie derjenige durch die Spinnkapillaren der Spinndüse ist. Die neuen Kanäle erfüllen daher eine wahre Zuoessfunktion bei de» Verfahren aus, bei welehem sie verwendet werden.

Hieraus ergibt sich, dass eine grosse Genauigkeit der Zuraessung durch die neuen Kanäle erhalten werden kann, da im Gegensatz zu dem herkömmlichen Zuaesefcanal von runde» Querschnitt, bei welchem Δ? proportional der vierten Potenz des Kanaldurchaessere ist und bei welchem festgestellt werden kann, dass geringe Veränderungen ia Durchmesser die Zumessgenauigkeit wesentlich beeinflussen, die erfindungsgemösse Platte Zumesskanäle von rechteckigem Querschnitt hat, AV nur proportional etwa der dritten Potenz der Plattendleke 1st, welche leicht durch die Verwendung einer

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dünngewalzten Metallplatte gleichmässig gemacht werden kann, von der kleine Stücke, beispielsweise mit einem Durchmesser von weniger als 30,5 cm, in der Dicke sehr glelchmässlg sind. AP ist ferner proportional nur etwa der ersten Potenz der Kanalbreite. Ausserdera enthält die neue Platte keine toten Winkel oder dergleichen, die das Reinigen erschweren.

Das Verhältnis L/D, das als die effektive Zumesslänge (L In Pig· 3) bezeichnet wird, geteilt durch den hydraulischen Durchmesser der öffnung im Bereich von L soll vorzugsweise grosser als 0,8 oder besser grosser als 1,0 sein. Es wurden L/D-Verhältnisse bis zu 6,6 mit der neuen Anordnung verwendet. Ferner sind L/D-Verhältnisse bis zu 12 möglich. Ein hohes L/D-Verhältnis ist günstig, da die Eintrittswirkungen des Polymeren auf die Spinndüsenkapillaren ein geringeres Problem als bei niedrigen L/D-Verhältnissen darstellen

Ein weiterer Vorteil der Verwendung der neuen Zumessplatten besteht darin, dass, da ein wesentlicher Anteil der Zumessung durch diese Platten geschieht und die Splnndüsenkaplilaren weltgehend von der Erfüllung dieser Funktion entlastet werden, grössöre Durchmesser für die Kapillaren zum 'Spinnen der gleichen Garnzahl mit der gleichen Spinngeschwindigkeit ver-

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wendet werden können· Kapillaren von grossem Durchmesser sind leichter herzustellen als die herkömmlichen mit kleinem Durchmesser.

Die verwendete Spinndüse kann eine der herkömmlichen Spinndüsen sein» wie sie zum Spinnen von künstlichen Hochpolymeren zu Fäden verwendet werden· Die Spinndüsenplatten können von herkömmlicher Dicke oder außerordentlich dünn sein und eine Dicke von etwa 0,25 m» haben und in der Querrichtung mit 10 bis 99,5 % der Streckspannung des Metalls, aus dem sie bestehen, beansprucht sein, wie in Fig. 7 gezeigt.

Ein wichtiger Vorteil der neuen Vorrichtung ist die durch diese erzielbare Denier-GleiebmSsslgkeit. Ein weiterer Vorteil ist die leichte Herstellung der Vorrichtung. Die neuen dünnen Zumessplatton können durch Fräsen, Bohren, Stanzen oder sogar durch an sich bekennte Photoätzverfahren hergestellt werden. Die Platten können leicht ausgebaut und gereinigt werden„ Ferner zeigen die durch die erfindungsgetaSsse Vorrichtung hergestellten ZweikomponentenfÄden eine ausserordentliche QleichntMsslgkeit in Ihren Anteilen an verschiedenen polymeren Stoffen.

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Claims

• AS

DP-704 5. Aug. 1968

Patentansprüche

Spinnvorrichtung zur Herstellung gleichmässiger Fäden aus einer SpinndUsenplatte mit öffnungen zum Verspinnen des Polymeren zu Fäden und aus einem Trägereleaent mit Bohrungen für die Zufuhr des Polymeren zu den SpinndUaenöffnungen, gekennzeichnet durch eine dünne Zumessplatte, vrelohe zwischen der SpinndUsenplatte und dem Tragereleaent abgedichtet ist und welche öffnungen aufweist, die Zumesskanäle zu den Spinndüsenöffnungen bilden, Jede Spinndüsenöffnung mit einer Bohrung durch einen gesonderten Zumesskanal verbunden ist, die nächstliegenden Kanten von Bohrung und SpinndUsenöffnung einen Abstand voneinander haben, der das 0,4 bis 12fache des Durchmessers der SpinncHteeröffnung betragt, wobei ,jeder Kanal eine Breite voa 1 bis 12fachen des Durohmessers der SpinndUsenöffnung und vom 1 bis 12faehen der Dicke der Zumessplatte hat, welch letztere eine Dicke im Bereich von 0,10 bis 1,27 Bin hat, um Zune^ekanäle zu erhalten, deren Widerstand gegen die Strömung des Polymeren zumindest ebenso gross wie diejenige der

Spinndüsenöffnung ist·

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2. Vorrichtung nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, dass die nächst liegenden Kanten der Bohrung und der ihr entsprechenden Spinnäüsenöffüung einen Abstand vom 0,7 bis 6,6fachen des Durchmessers der Spinndüsenöffnung voneinander haben, die Breite des Zmnesskanals das

1,1 bis 4,Ofache des Durchmessers der Spinndtisenöffnung betrag'-, und die Zumessplatte eine Dicke vod etwa 0,254 mm hat.

3ο Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spinndüsenöffnung mit zwei Polymerzufuhrbohrungen durch den Zumesskanal verbunden ist and die Bohrungen für die Zufuhr verschiedener Polymeren zum Spinnen von Zweikcmponentenfäden angeordnet sind.

4. Vorrichtung"nach Anspruch I₄ dadurch gekennzeichnet, dass die KpinndttsGnplatt«* ©ine dünne Metallplatte mit einer Dicke von etwa 0,254 mm ist, die in der Querrichtung im eingebauten Zustand rait 10 bis 99,5 Ji der Streckspan·» de& SpimidÜ3?;nffiStails beansprucht ist_o

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