DE19511150A1 - Vorrichtung zum multifilen Spinnen von Hohlfasern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum multifilen Spinnen von Hohlfasern, vorzugsweise aus regenerierter Cellulose nach dem Cuoxam-Verfahren. Mit solch ei­ ner Vorrichtung werden zwei Fluide, die den Spinnstrahl bilden, so zusammengeführt, daß eine stabile Strömung der beiden Fluide an der Stelle ihres Zusammentreffens er­ folgt, so daß nachfolgend der gemeinsame Strahl entweder unter seinem Eigenge­ wicht oder durch einen mechanischen Abzug über ein Fällbad und Nachbehandlungs­ bäder sowie eine Trocknungsstrecke und eine Aufwicklung gelangt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bezieht sich auf einzelne Düsen zur Erzeugung ei­ nes zweischichtig aufgebauter Spinnstrahle und deren Anordnung zu einer multifilen Düse, wobei die Einzeldüsen kreisförmig oder in Reihe und/oder parallel angeordnet sind.

Bekanntgemacht wurde in der PS 73 6321 eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Kunstfäden beliebiger Feinheit durch gleichzeitiges Verspinnen zweier Spinnflüssigkeiten in einer Mehrlochdüse beliebiger Lochzahl, wo­ bei durch zwei zueinander parallel angeordnete Platten, welche die gleiche Anzahl koaxiale und annähernd koaxiale Löcher tragen, wobei die eine Platte die Zuführungs­ räume der beiden Spinnflüssigkeiten voneinander scheidet und die andere den Ab­ schluß zum Koagulationsraum bewirkt, gesponnen wird. Bekannt ist auch eine Vorrich­ tung zum multifilen Spinnen von Cuprophan-Hohlfasern nach H. Ruck (Das Papier 40 (1986) 3, 93-102). Diese bekannten Vorrichtungen weisen sowohl bzgl. der Spinnge­ schwindigkeiten, als auch der Qualität, speziell der Gleichmäßigkeit der Hohlfasern Mängel auf. Diese Vorrichtungen werden deshalb nicht genutzt. Bedingt durch die komplexen rheologischen Eigenschaften der Kupfer-Ammoniak-Cellulose-Lösungen entstehen Viskositätsfunktionen, wie sie in Fig. 1 gezeigt werden. Dabei hängt der Grad der Strukturviskosität dieser Lösung, die das sogenannte Mantelfluid bildet, von seiner Vorgeschichte, das heißt von der Ansatzrezeptur und Ansatztechnologie und insbesondere auch von der Beanspruchung des Fluids in den Strömungsgeometrien der Vorrichtung ab. Gleichzeitig ist aus Fig. 2, in der die viskoelastischen Eigenschaf­ ten des Mantelfluids dargestellt sind, zu erkennen, daß neben den viskosen Deforma­ tionseigenschaften auch elastische Deformationseigenschaften existieren. Im Falle der Kupfer- Ammoniak-Cellulose-Lösungen mit Cellulosegehalten im Bereich von 7-10,5 % liegen viskose und elastische Eigenschaften in annähernd gleichen Anteilen vor. Die schwierige Bewertung der rheologischen Eigenschaften des Mantelfluids hat die Ver­ wendung multifiler Spinnvorrichtungen der o. g. Art verhindert. Das betrifft Vorrichtun­ gen, wie sie z. B. die PS 23 28 853 offenlegt. Einzeldüsen derart, wie sie z. B. in der US-PS 3 888 771 angegeben werden, erfordern Bedingungen für die Beaufschlagung der Düse mit Mantelfluid und Lumenfüller, die die Übertragbarkeit der Einzeldüse in ei­ ne Vorrichtung zum multifilen Spinnen verhindert haben. Wirtschaftlich nachteilig ist dabei auch, daß jede Einzeldüse ohne Verteilerkanal durch eine Dosiervorrichtungen gespeist werden muß.

Angesichts der genannten Nachteile herkömmlicher Düsen zur Herstellung von Hohl­ fasern ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum multifilen Spinnen von se­ mipermeablen Hohlfäden aus regenerierter Cellulose für Hohlfasermembranen, vor­ zugsweise für medizinische Anwendungen zu entwickeln.

Es wurde gefunden, daß durch eine Vergleichmäßigung der Beanspruchung des Mantelfluids in der Zuführung zwischen Dosiervorrichtung und Verteilerkanal und die strömungstechnische Gestaltung der Einzeldüsen eine Vorrichtung zum multifilen Spinnen von Hohlfasern ökonomisch und qualitätsgerecht betrieben werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Vorrichtung zum multifilen Spinnen von Hohl­ fäden gelöst, die mehrere kreisförmig oder in Reihe und/oder parallel angeordnete Einzeldüsen aufweist, die ein kapillarförmiges Innenrohr besitzen, das mit der Einzel­ düse einen Hohlraum in Form eines Ringspaltes bildet, wobei der Hohlraum durch das Mantelfluid und das kapillarförmige Innenrohr durch den Lumenfüller ausgefüllt wird, der nach Verlassen des kapillarförmigen Innenrohrs den Innenraum der Hohlfaser aus­ füllt.

Erfindungsgemäß besteht der Hohlraum aus einem ersten Stauraum, an den sich in Strömungsrichtung ein Abschnitt mit verengtem Querschnitt anschließt, an dessen Austritt sich vorzugsweise ein zweiter, gegebenenfalls weitere Stauräume befinden, die in kegelförmige Abschnitte übergehen. Die einzelnen Austrittsöffnungen der Dü­ senelemente sind als parallele Ringspalte ausbildet.

Das kapillarförmigen Innenrohre der Düsenelemente sind, vorzugsweise in wenigstens einem Stauraum geeignet zentriert und/oder gelagert, wobei strömungstechnisch rei­ bungsarme Einbauten verwendet werden.

Die kapillarförmigen Innenrohre sind entweder mit einheitlichen Innen- und Außen­ durchmessern versehen, oder mit sich verjüngenden Außen- und/oder Innendurch­ messern ausgebildet, wodurch in Strömungsrichtung eine Verringerung der Wand­ stärke der Kapillaren bzw. der gesamten Abmaße der Düsenelemente, d. h. der Innen­ durchmesser der Kapillaren, der Außendurchmessers der Kapillare, des Innendurch­ messers der Düsenelemente erreichbar ist, wobei insgesamt Abmessungen der zu­ sammenzuführenden Fluidströme erreicht werden, die strömungstechnisch günstig sind.

Die Stauräume sind in ihrem Hauptteil zylindrisch gestaltet, während sie sich zum Aus­ bzw. Eintritt hin verjüngen. Die Durchmesserverhältnisse vom ersten zum zweiten und gegebenenfalls weiteren Stauräumen werden jeweils zwischen 3 : 1 bis 1,5 : 1, vorzugs­ weise von 2 : 1 gewählt.

Der Ausläufe der kegelförmigen Teile werden mit Winkeln zwischen 10° und 30°, vor­ zugsweise zwischen 10° und 17,5° ausgebildet.

Als vorteilhaft erweisen sich parallele Ringspalte mit Längen, die das 4 bis 30-fache der Spaltweite der parallelen Ringspalte, vorzugsweise das 20-fache betragen.

Die Kapillaren können bündig mit dem Unterteil des Düsenelements abschließen oder aus diesem in einer Länge bis zu dem Fünffachen der Weite des Ringspalts herausra­ gen oder bis zum Dreifachen der Weite des Ringspaltes zurückgesetzt sein.

Erfindungsgemäß erfolgt die Zufuhr des Mantelfluids von einer Dosiervorrichtung, vor­ zugsweise einer Zahnradpumpe über eine Leitung zu der multifilen Düse, wobei sich unmittelbar vor der multifilen Düse ein Statikmischer zur Verbesserung des Verweil­ zeitspektrums befinden kann, bzw. eine Sieb- oder Filtereinrichtung angeordnet ist. In der multifilen Düse erfolgt die Aufteilung des Gesamtstroms des Mantelfluids mittels Verteilerkanäle auf die Einzelelemente der multifilen Düse. Die Zufuhr des Lumenfül­ lers erfolgt gleichfalls vorzugsweise mit einer Zahnradpumpe zentral. Die Verteilung des Lumenfüllers auf die Kapillaren erfolgt über einen Ringkanal, in dessen Zulauf ei­ ne Siebplatte angeordnet ist. Die zentrale Mantelfluidzuführung und/oder der Ringka­ nal kann der Lumenzuführung können mit Anschlüssen für Drucksensoren versehen sein.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Düsenelement 1, bestehend aus ei­ nem kapillarförmigen Innenrohr 2 mit einheitlichem Außen- und Innendurchmesser, das mit dem Düsengrundkörper 3, bestehend aus Oberteil, Mittelstück und Unterteil, einen Ringraum 4 in Form eines veränderlichen Ringspalts bildet.

Jedem Düsenelement 1 ist eine Zuführung für das Mantelfluid 6 bzw. den Lumenfüller 7, der sich im kapillarförmigen Innenrohr 2 befindet, zugeordnet. Das Mantelfluid 6 füllt hierbei den Ringraum 4 aus, der aus den Stauräumen 8 und 9, welche durch einen Strömungsabschnitt 10 mit verengtem Querschnitt miteinander verbunden sind, sowie einem kegelförmigen Teil 11, das in parallelen Ringspalt 12 mündet, besteht. Die Zen­ trierung 13 des kapillarförmigen Innenrohrs 2 erfolgt im Stauraum 9. Die Verteilerplatte ist zeichnerisch nicht dargestellt. Sie ist im zentralen Zulauf des Ringkanals angeord­ net.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der multifilen Düse für eine ringförmige Anordnung der Düsenelemente in der Vorrichtung. In dieser Vorrichtung sind die Zu­ führungskanäle 14 des Mantelfluids 6 für die Düsenelemente 1 so angeordnet, daß die kapillarförmigen Innenrohre 2 tangiert werden.

Fig. 5 zeigt eine vorrichtungsgemäße Ausführung der multifilen Düse. Dabei sind in den Zuführungsleitungen von Mantel- und Lumenfluid Statikmischer 15 und Siebplat­ ten 16 angeordnet. Außerdem ist die Lage der Drucksensoren 17 zu erkennen.

Zusammenfassung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum multifilen Spinnen von Hohlfasern, bestehend aus Düsenelementen, die in der Vorrichtung kreisförmig, parallel und/oder in Reihe angeordnet sein können, Kapillaren besitzen, die mit dem Düsengrundkörper Ringräume mit tangentialer Zuführung für das Mantelfluid bilden und eine Zentrierung und/oder Lagerung besitzen. Die Ringräume für das Mantelfluid besitzen ihrerseits er­ ste Stauräume und zweite Stauräume, wobei diese durch zylindrische Hohlräume ver­ bunden sind und die Hohlräume und nach kegelförmigen Teilen in parallele Ringspalte übergehen, und aus den Ringkanälen austreten.

Die Vorrichtung findet erfindungsgemäße Anwendung in Verfahren zum multifilen Spinnen von Hohlfasern mit vorzugsweise medizinischer Anwendung, wie bei der Hä­ modialyse, Hämofiltration und Hämodiafiltration.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum multifilen Spinnen von Hohlfasern, vorzugsweise aus regenerierter Cellulose nach dem Cuoxam-Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß Düsenelemente zur Herstellung der Hohlfasern derartig ausgebildet werden, daß ein Lumenfüller nach Austritt aus einer Kapillare den Innenraum der Hohlfasern ausfüllen, daß die Kapillaren in Hohl­ räumen von Düsenelementen mit einer Zentrierung und/oder Lagerung versehen sind, wo­ bei die Hohlräume aus ersten, zweiten, gegebenenfalls weiteren Stauräumen bestehen und die Stauräume miteinander durch Strömungsabschnitte mit verengten Querschnitten verbunden sind, wobei sich an den letzten Stauraum kegelförmige Teile anschließen, die in parallele Ringspalte übergehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Lumen­ füllers und des Mantelfluids vorzugsweise durch Zahnradpumpen erfolgt, wobei in den Verbindungsleitungen von den Zahnradpumpen zur Vorrichtung Zer- und Verteilvorrichtun­ gen, die als Statikmischer ausgebildet sind, enthalten sind, daß der Zulauf des Mantelfluids zu den Einzelkapillaren zentral oder als ringförmiger Verteilerkanal angeordnet ist und Zu­ führungskanäle zu den Düsenelementen besitzt, die die Kapillaren vorzugsweise tangieren, die Flächenverhältnisse der zentralen Zulaufquerschnitte zur Summe der Querschnitte der Abläufe sich im Verhältnis von 8 : 1 bis 1,5 : 1, vorzugsweise 2 : 1 verhält, die Durchmesser der Zuführungskanäle im Bereich von 2,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise bei 3 mm liegen, der Abstand zwischen dem zentralen Zulauf bzw. dem ringförmigen Verteilerkanal zu den Dü­ senelementen das 2- bis 10-fache des ersten Stauraumdurchmessers beträgt, der Durch­ messer der Düsenelemente zwischen 8 mm und 15 mm, vorzugsweise 10 mm liegt, der Zu­ führungskanal des Lumenfüllers dezentral angeordnet ist, der Lumenfüller einen Ringkanal und Zuführungen zu den Kapillaren der Düsenelementen ausfüllt, der Querschnitt des Zu­ laufs zur Querschnittsfläche des Ringkanals sich wie 4 : 1 bis 1,5 : 1, vorzugsweise 2 : 1 ver­ hält, die Zuführungsleitungen über die Ringkanallänge gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren als Rund­ lochkapillaren mit einheitlichen Innen- und Außendurchmessern ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren als Rund­ lochkapillaren mit sich verjüngenden Außen- und/oder Innendurchmessern ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauräume in ihrem Hauptteil zylindrisch gestaltet sind und sich zum Ein- bzw. Auslauf hin kegelförmig verjün­ gen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesserverhältnis­ se zwischen ersten, zweiten und gegebenenfalls weiteren zylindrischen Stauräumen je­ weils zwischen 3 : 1 bis 1,5 : 1, vorzugsweise bei 2 : 1 liegen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der kegelförmi­ gen Teile im Auslauf zwischen 10 und 30°, vorzugsweise zwischen 10 und 17,5° liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmaße des Ringspalte am Ende der Düsenelemente für die Außendurchmesser zwischen 0,8 mm und 4 mm, vor­ zugsweise 1 mm, für die Innendurchmesser zwischen 0,64 mm und 3,5 mm, vorzugsweise 0,83 mm, für die Innendurchmesser der Kapillare zwischen 0,35 mm und 2,5 mm, vorzugs­ weise 0,48 mm und für die Länge der parallelen Ringspalte das 8- bis 30-fache der Spalt­ weite, vorzugsweise das 20-fache sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillaren bündig mit dem Düsenkörper abschließen oder aus dem Düsenkörper in einer Länge bis zu dem Fünf­ fachen der Weite des Ringspaltes der Düsenkörpers der Düsenelemente herausragt oder bis zu dem Dreifachen der Ringspaltweite des Düsenkörpers der Düsenelemente zurück­ gesetzt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenelemente in der multifilen Düse kreisförmig oder in Reihe und/oder parallel angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zentrierung und/oder Lagerung in jeweils einem Stauraum der Düsenelemente angeordnet ist, die strömungs­ technisch reibungsarm ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuführungsleitun­ gen von Mantel- und Lumenfluid Siebplatten angeordnet sind, und im Falle des Lumenfül­ lers die freie Querschnittsfläche der Siebplatten zur Gesamtfläche der Strömungsquer­ schnitte der Kapillaren mindestens 3 : 1 bis 1,5 : 1, vorzugsweise 2 : 1 beträgt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Lumen- und das Mantelfluid im Bereich des Zulaufs oder Verteilerkanals jeweils ein Drucksensor angeord­ net ist.