DE19638056A1 - Glasfaserspinnvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Glasfaserspinnvorrichtung zum Schmelzspinnen von Glasfasern, insbesondere eine verbesserte Spinndüse mit erhöhter Spinnleistung die eine verlängerte Betriebsstandzeit aufweist.

Bei der Herstellung von Glasfasern, insbesondere von Glasfasern, die für den Ein­ satz in glasfaserverstärkten Kunststoffen vorgesehen sind, werden die Ausgangs­ stoffe für das Glas in einem Ofen aufgeschmolzen, die entstandene Glasschmelze wird verschiedenen Spinnstellen zugeführt, in denen die Glasmasse durch Glas­ faserdüsen, sogenannte Bushings, austritt. Die aus den Düsen austretenden Glasfäden werden abgezogen, abgekühlt, z. B. durch Luftkühlung oder Besprühen mit Wasser, und zu einem oder mehreren Faserbündeln zusammengeführt. Die Faserbündel werden gegebenenfalls mit einer Präparation versehen und anschließend auf Spulen gewickelt oder einer Schneidvorrichtung zugeführt. Dieses Material dient zur weiteren Verarbeitung z. B. in der Produktion von glasfaserverstärkten Thermoplasten.

In der Offenlegungsschrift EP 229 648 A1 ist eine typische Spinndüse zum Spinnen von Glasfasern wiedergegeben. Die Spinndüse weist Reihen von Spitzen in einer Bodenplatten auf, die entlang einer Geraden von Endplatte zu Endplatte der Düse angeordnet sind. An den Endplatten befinden sich je zwei separate Stromzuführungen. Über die Stromzuführung wird durch die Spinndüse ein elektrischer Strom geleitet, der die Heizung der Glasschmelze bewirken soll. Obwohl diese Geometrie gegenüber älterem Stand der Technik Vorteile hin­ sichtlich der Gleichmäßigkeit der Beheizung der Glasschmelze bringen soll zeigt die Praxis der Verwendung solcher Bushings Abweichungen in der Temperatur­ verteilung und daraus folgend in der Gleichmäßigkeit des Glasfaserdurchmessers.

In der Patentschrift JP 1 333 011 wird ein Herstellungsverfahren für Glasfaser­ spinndüsen beschrieben. Bei diesem Verfahren werden die Spitzen für die Spinndüse an der Spinndüse dadurch angebracht, daß vorgefertigte konische Spitzenelemente mit Hilfe einer Platinunterlegscheibe in vorbereitete Bohrungen der Spinndüse eingelötet werden. Die Spitzen sind dabei jeweils zu Zweierreihen zusammengefaßt, die quer zur Richtung des Heizstroms durch die Bodenplatte der Spinndüse laufen.

Die Spinnleistung an den Spinnstellen wird u. a. durch die Gesamtzahl bzw. Anzahl pro Fläche der Düsenspitzen, im folgenden kurz als Spitzen bezeichnet, auf der Spinndüse bestimmt. Die Anzahl der Spitzen auf einer Spinndüse ist aber be­ grenzt. Die Begrenzung geht auf Unregelmäßigkeiten der Temperaturverteilung auf der Düse bei zu hoher Spitzendichte zurück. Als Folge der ungleichmäßigen Temperaturverteilung tritt verhäuft ein Abbruch der Fäden und Tropfen der Glasmasse ein, wodurch die Ausbeute an Glasfasern empfindlich herabgesetzt wird.

Ein weiterer Nachteil ist die Temperaturerniedrigung in Teilen der Spinndüse beim Anspinnvorgang, wonach die Anspinnzeit unerwünscht verlängert wird.

Die Spinnleistung einer Spinndüse wird auch durch die Geschwindigkeit der Weiterverarbeitung begrenzt, so z. B. durch die maximale Wickelgeschwindigkeit der Faserwickelmaschinen oder durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit einer angeschlossenen Schneidvorrichtung im Falle der Herstellung von Kurzglasfasern.

Aufgabe der Erfindung war es, eine Glasfaserspinnvorrichtung bereitzustellen, die die genannten Nachteile nicht aufweist, eine Spinnleistung von < 40 kg/h und Spinndüse bei einem Faserdurchmesser von insbesondere 8 bis 30 µm ermöglicht und eine möglichst homogene Temperaturverteilung im Bereich der Düse zeigt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spinndüse zur Herstellung von Glasfasern mit einem Schmelzraum, der durch Seitenwände, Endplatten mit Stromanschlüssen und eine Bodenplatte gebildet wird, mit einer Zuleitung für die Glasschmelze und Reihen von Spitzen als Austrittsöffnung für die Glasschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei und mehr Reihen, insbesondere 3 bis 5 Reihen von Spitzen eng benachbart in Hauptreihen zusammengefaßt sind, in denen der Abstand benachbarter Spitzen bis zu 2,0 mm beträgt. Die Hauptreihen der Spitzen der Spinndüse sind insbesondere parallel zu den Seitenwänden der Spinn­ düse ausgerichtet.

Die Stromanschlüsse an den Endplatten der Spinndüse sind insbesondere über je zwei Kontaktflächen mit den Endplatten verbunden und weisen auf ihrer Oberseite und/oder ihrer Unterseite zusätzliche Stromverteilerfahnen vor, die die Strom­ führung zu den Kontaktflächen vergleichmäßigen.

In einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Spinndüse ist die Boden­ platte der Spinndüse auf ihrer Oberseite mit zusätzlichen Versteifungselementen versehen. Die Versteifungselemente werden bevorzugt aus dem gleichen Material gefertigt wie die Bodenplatte oder die Seitenwände der Spinndüse, üblicherweise eine Platin/Rhodium-Legierung mit einem Rhodiumanteil von 10 bis 35 Gew.-%. Als Versteifungselemente können z. B. V-, T- oder U-förmige Metallprofile verwendet werden, die auf die Bodenplatte aufgeschweißt werden und Durchbrüche für die Zuleitung der Glasschmelze an die Spitzen aufweisen. Bevorzugt ist eine Anordnung der Versteifungselemente entlang der Hauptreihen von Düsenspitzen. Eine besonders hohe Standzeit wird bei der Verwendung von Profilen, insbesondere V-Profilen erreicht, wenn diese mit der Bodenplatte und beiden Endplatten verschweißt sind. Die Versteifungselemente können so angeordnet sein, daß sie in ihrer Breite eine oder mehrere Hauptreihen umfassen. Der Einbau der Versteifungselemente bewirkt eine schnelle und homogenere Tem­ peraturverteilung auf der Bodenplatte, wodurch ein homogener gleichmäßiger Fa­ denabzug möglich ist. Durch die verbesserte Temperaturverteilung verbessert sich die Standardabweichung des Faserdurchmessers um bis zu 20%. Die Versteifung der Bodenplatte bewirkt außerdem eine Verbesserung der Langzeitstabilität der Bodenplatte, so daß die Lebensdauer der Spinndüse signifikant erhöht wird.

In einer weiteren bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind unterhalb der Bodenplatte zwischen den Hauptreihen der Spitzen besondere Kühlelemente, wie z. B. Kühlrohre oder Kühlfahnen, angebracht, die zur Verbesse­ rung des Wärmeaustauschs gegebenenfalls zusätzliche Kühlfahnen an ihrer Ober­ seite und/oder Unterseite aufweisen.

Die Spitzen der Düsenplatte sind je nach Herstellungsverfahren zylindrisch oder kegelförmig und weisen insbesondere einen Bohrungsdurchmesser von 1 bis 2,5 mm auf. Der kleinste Abstand zwischen den Spitzen innerhalb der Spitzen­ hauptreihen beträgt insbesondere 2,5 mm, bevorzugt von 2,5 bis 6 mm.

Die Dicke der Stromanschlüsse beträgt bevorzugt von 2,5 bis 7 mm und wird in Abhängigkeit von der Düsenbreite gewählt.

Die Abzugsgeschwindigkeit der Glasfasern beträgt insbesondere etwa 600 bis 3000 m/min, bevorzugt von 600 bis 1500 m/min.

Die Versteifungselemente haben bevorzugt eine Dicke von 0,5 bis 1,6 mm. Die Bohrungen in den Versteifungselementen weisen Durchmesser von bevorzugt 5 bis 15 mm auf. Die Kontaktfläche der Stromanschlüsse weisen eine Breite von 20 bis 100 mm auf und schließen eine Aussparung von bevorzugt 15 bis 30 mm zwi­ schen sich ein. Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfin­ dungsgemäßen Spinndüse zur Herstellung von Glasfasern mit einem Durchmesser von insbesondere 8 bis 30 µ, bevorzugt von 9 bis 24 µ.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patent­ ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Innenteil einer Spinndüse in perspektivischer Darstellung

Fig. 2 den Querschnitt durch eine erfindungsgemaße Düse mit V-förmigen aufgeschweißten Versteifungsflächen

Fig. 3a und b die Vorderansicht und Draufsicht eines Stromanschlusses der Spinndüse

Fig. 4 die Draufsicht auf eine Spinndüse mit der Lage eines Stromanschlusses

Fig. 5 die perspektivische Darstellung des Innenteils einer bekannten Spinndüse

Fig. 6 Querschnitt durch eine Düse gemäß Fig. 5

Beispiele

In der Bodenplatte 1 einer Spinndüse 10 sind je 3 Reihen 3 von Spitzen 2 zu Hauptreihen 9 auf der Düse zusammengefaßt. Die Bohrung der Spitzen 2 der mittleren Reihe in jeder Hauptreihe 9 sind jeweils versetzt zu den symmetrischen Bohrungen der außenliegenden Reihen angebracht. V-förmige Versteifungsbleche 4 aus Pt Rh Legierung (90/10) sind über die Gesamtlänge der Bodenplatte auf der Bodenplatte 1 aufgeschweißt und weisen über die Länge der Bodenplatte etwa 35 Bohrungen 15 auf. Unterhalb der Bodenplatte sind zusätzlich zwischen den Hauptreihen Kühlröhrchen angebracht, um die Abkühlung der sich bildenden Glasfäden unterhalb der Spinndüse zu vergleichmäßigen (siehe Fig. 1). In Fig. 4 ist die Anordnung der Versteifungsbleche sowie die Anordnung der Bohrungen auf der Bodenplatte 1 in der Draufsicht vereinfacht wiedergegeben, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Bohrungsreihen nicht durchgehend gezeichnet wurden. Die Stromanschlüsse 6 und 6′ für die Heizung der Spinndüse ist knapp unterhalb der Mitte der Endplatten 5 bzw. 5′ über zwei Kontaktflächen mit einer zwischenliegenden Aussparung mit den Endplatten verbunden (siehe Fig. 4 bzw. Fig. 3a und 3b). Mit der veränderten Anordnung der Spinnspitzen an der Spinndüse 10 wird gegenüber der einfachen aus dem Stand der Technik ableitbaren Geometrie der Spinndüse (gemäß Fig. 5 bzw. Fig. 6) im Betrieb eine Verbesserung der Standardabweichung bei der Messung des mittleren Faserdurch­ messers von etwa 20% erreicht. Die Standzeit der eingesetzten Spinndüse verlängert sich gegenüber konventionellen Spinndüsen um etwa 40%.

Claims (10)

1. Spinndüse (10) zur Herstellung von Glasfasern mit einem Schmelzraum (11), der gebildet wird durch Seitenwände (12, 12′), Endplatten (5, 5′) mit Stromanschlüssen (6, 6′), eine Bodenplatte (1) und eine Zuleitung (13) für die Glasschmelze (17), dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei und mehr, vorzugsweise 3 bis 5 Reihen (3) von Spitzen (2) eng benachbart in Hauptreihen (9) zusammengefaßt sind, in denen der Abstand benachbarter Spitzen bis zu 2,0 mm beträgt.

2. Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptreihen (9) parallel zu den Seitenwänden (12) der Spinndüse (10) ausgerichtet sind.

3. Spinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stromanschlüsse (6, 6′) über je zwei Kontaktflächen (14, 14′) mit den Endplatten (5) bzw. (5′) verbunden sind und auf ihrer Ober- und/oder Unterseite mit zusätzlichen Stromverteilerfahnen (7) versehen sind.

4. Spinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (1) auf ihrer Oberseite mit zusätzlichen Versteifungselementen (4) versehen ist.

5. Spinndüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungs­ elemente (4) entlang der Hauptreihen (9) der Bodenplatte (1) ausgerichtet sind.

6. Spinndüse gemäß den Ansprüchen 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungselemente (4) als V-, U-, T- oder Doppel-T-förmige Profile aus­ gebildet sind, die Durchbrüche (15) für den Durchgang der Glasschmelze (17) aufweisen.

7. Spinndüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungs­ elemente (4) mit der Bodenplatte (1) und den Endplatten (5, 5′) verbunden sind.

8. Spinndüse nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen in den Reihen (3) ganz oder abschnittsweise gleich beabstandet verteilt sind und/oder daß die Spitzen benachbarter Reihen (3) in Haupt­ reihen (9) in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.

9. Spinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese zwischen den Hauptreihen (9) der Spitzen (2) unterhalb der Bodenplatte (1) zusätzliche Kühlelemente (8) aufweist, die gegebenenfalls zusätzliche Kühlfahnen (16) an ihrer Oberseite und/oder ihrer Unterseite tragen.

10. Verwendung der Spinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 zur Herstellung von schmelzgesponnenen Fasern, insbesondere Glasfasern, mit einem Durchmesser von bevorzugt 8 bis 30 µm, besonders bevorzugt von 9 bis 24 µm.