DE2136027A1

DE2136027A1 - Spinndüse fur Verbundfasern

Info

Publication number: DE2136027A1
Application number: DE19712136027
Authority: DE
Inventors: Kazuya Kaneko Takashi Mukai Takuma Nakazono Ryuichi Sakunaga Kenichi Ohtake Chimura (Japan) P
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1970-07-20
Filing date: 1971-07-19
Publication date: 1972-01-27
Also published as: NL152609B; GB1323834A; FR2103068A5; NL7109925A; US3792944A

Description

PATENTANWALTS DIPL-ING. CURT WALLACH 2135027

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2, j 9, Juli 1971

UNSERZEICHEN: 13 314

MIiDSUBISHI RAYON CO., LTD. Japan

Spinndüse für Yerbundfasern

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an Spinndüsen, wie sie zum Spinnen von Verbundfasern benutzt werden.

Wenn man beim Spinnen von Verbundfasern zwei Polymerisate von unterschiedliche Viskosität verwendet, und wenn ein großer Unterschied zwischen den Viskositätswerten vorhanden ist, i..t es nicht möglich, einen stabilen Ablauf des opinnvorgangs zu erreichen, da hierbei das eine Polymerisat das andere Polymerisat zur Seite drückt (kneeling).

Es sind bereits zahlreiche Verfahren vorgeschlagen worden, um das Auftreten dieser Erscheinung zu vermeiden. Gemäß einem bekannten Verfahren wird einem der beiden Polymerisate ein drittel' Bestandteil hinzugefügt, um die ochmelzviskoßität zu regeln und auf diese V/eise den Unterschied zwischen den Eixtrusionsgeschwindigkeiten der beiden Polymerisate zu verringern. Bei einem weiteren bekannten Verfahren werden die Querschnitte der Extrusions- oder Spinnöffnungen so abgeändert, daß sich die beiden Polymerisate im Augenblick des Extrudierens nahezu mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen. Bei dem zuerst genannten bekannten Verfahren ist e· jedoch sehr schwierig, die Menge des beizufügenden dritten Bestandteils auf den gewünsch-

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ten Wert einzustellen, und die Verarbeitbarkeit der Polymerisate wird erheblich beeinträchtigt. Bei dem letzteren

bekannten Verfahren ist es äußerst schwierig, die Extrusionsöffnungen mit der gewünschten lorm zu versehen, und außerdem werden ungleichmäßige Garne bzw. Spinnfäden erzeugt.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Spinndüse zum Spinnen von Verbundfasern zu schaffen, die mehrere Vorteile bietet; diese Vorteile bestehen darin, daß sich die Teile der Spinndüse sehr leicht zusammenbauen lassen, daß die Wirkung des Unterschieden zwisehen den Viskositätwer-ten erheblich verringert wird, und daß die Versplnnbarkeit der Polymerisate und die Reckbarkeit der hergestellten Verbundfasern nicht beeinträchtigt wird.

Ein erstes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sie zum Spinnen von Verbundfasern eine Spinndüse vorschlägt, die Einführungskapillaren zum getrennten Zuführen verschiedener Polymeris£.te und eine mit diesen in Verbindung stellende Extrusionskapillare umfaßt, wobei die beiden Arten von Kapillaren in einer Spinndüsenplatte so ausgebildet sind, daß sie der nachstehenden Ungleichung entsprechen:

L_o < L₁ 4 5,7^ (I)

Hierin ist S die in Quadratmillimetern gemessene Querschnittsfläche der Extrusionskapillare, L_x, die in Millimetern gemessene Länge der Extrusionskapillare und L die in Millimetern gemessene Dicke eines unter dem unteren Ende der Einführungskapillaren liegenden Teils der erwähnten Spinndüsenplatte.

Ein zweites Merkmal der Erfindung besteht darin, daß sie eine Spinndüse zum Spinnen von Verbundfasern vorschlägt, bei der die Einführungskapillaren zum getrennten Zuführen der verschiedenen Polymerisate und die sich an diese Kapillaren anschließende Extrusionskapillare in der Spinndüsen-

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platte so ausgebildet sind, daß sie der vorstehend genannten Ungleichung entsprechen, und bei der au&cdem eine Stirnplatte vorgesehen ist, die Führungslöcher aufweist, welche mit den Einführungskapillaren in Verbindung stehen, wobei oberhalb der üpinndüsenplatte ein anderes Verhältnis zwischen der Länge L und dem.Durchmesser D der Führungslöcher vorgesehen ist.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Spinndüse in einem senkrechten Teilschnitt.

Fig. 2 ist ein waagerechter Teilschnitt durch die Spinndüse nach S¹Ig. 1.

Fig. 3 ist ein Teilschnitt längs der Linie X-X¹ in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt drei verschiedene Querschnittsformen der üxtrusionskapillare einer Spinndüse nach der Erfindung.

Fig. 5 ist ein Querschnitt einer mit Hilfe einer Spinndüse bekannter Art gesponnenen Verbundfaser.

Fig. 6 £.-eigt im Querschnitt eine mit Hilfe einer Spinndüse nach der Erfindung gesponnene Verbundfaser.

Fig. 7 zeigt in einem senkrechten 'i'eilschnitt eine Ausführungsforni einer erfindungsgemäßen Spinndüse.

Fig. 8 ähnelt Fig. 7» zeigt jedoch eine andere Ausführuncsfona einer Spinndüse nach der Erfindung.

In Fi^. 1 bis 3 erkennt man eine Trennplatte 1 zum üe-Urermtiialten von :-.v;td zu verspinnenden I.rterialien A und L, sov/ie eine öpinndüsenplatte 2,¹SeI- in jjwei EinfüLi-un, s-

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kapillaren 3 und 4- ausgebildet sind, welche die Komponenten A und B zu einer Extrusionskapillare 5 leiten, ohne daß

sich die beiden Komponenten miteinander mischen. Die Einführungskap illareh 3 und 4- stehen an ihren unteren Enden in Verbindung mit der Extrusionskapillare 5· Somit werden die Komponenten A und B der Extrusionskapillare 5 über Öffnungen 6 und 7 von den Einführungskapillaren 3 und 4- aus zugeführt, so daß sie sich erst in der Extrusionskapillare vereinigen. Gemäß der Erfindung ist es erforderlich, daß die Querschnittsfläche S der Extrusionskapillare 5» die Länge L. der Extrusionskapillare und die Dicke L eines Teils der Spinndüsenplatte am unteren Ende der Einführungskapillaren 3 und 4· der erwähnten Ungleichung (I) entsprechen. Wenn L^, den Wert 5»7 VS überschreitet, erhöht sich der Druck in .der Extrusionskapillare 5 und die beiden Komponenten A und B werden auf eine solche Weise extrudiert, daß die Komponente B, die eine größere Strömungsfähigkeit und eine niedrigere Viskosität aufweist, die Komponente A umschließt, die durch eine geringere Strömungsfähigkeit und eine höhere Viskosität gekennzeichnet ist. Infolgedessen spielt sich der Spinnvorgang nicht mehr stabil ab, und die Kräuselfähigkeit der erzeugten Verbundfaser wird in einem erheblichen Ausmaß verringert. L ist dagegen im Vergleich zu L^ vorzugsweise kleiner, doch richtet sich die Untergrenze dieser Abmessung nach der mechanischen Festigkeit des Werkstoffs der Spinndüse. Die Abmessung L beträgt vorzugsweise 0,1 bis 5 mm und insbesondere 0,2 bis 1,0 mm. Die Querschnittsfläche S der Extrusionskapillare 5 kann unter Berücksichtigung der Schmelzeigenschaften der beiden Komponenten, der Spinnbedingungen sowie der Größe und der Querschniütsform der herzustellenden endlosen Fäden gewählt werden. Auch der Querschnitt der Öffnungen 6 und 7 kann variiert werden, indem man die Länge der Einführungskapillaren 3 und 4 oder die Länge der Extrusionskapillare 5 unter Berücksichtigung der anteiligen Mengen der beiden Komponenten verändert» Die

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_ 5 —

Extrusionskapillare 5 kann eine kreisrunde Querschnittsform haben, wie es in Pig. 2 gezeigt ist, oder sie kann unrund sein, wie es in Pig. 4a und Fig. 4c dargestellt ist, oder sie kann gemäß Pig. 4b einen ringförmigen'Querschnitt haben; in Pig. 2 und den drei Teilen von Pig. 4 ist die Anordnung der Einführungskapillaren 3 und 4 gegenüber der Extrusionskapillare 5 dargestellt.

Gemäß der Erfindung ist es ferner möglich, die Zahl der Einführungskapillaren auf drei oder mehr zu vergrößern und die über diese Kapillaren zugeführten Komponenten oder Polymerisate getrennt zu halten, bevor sie den Einführungskapillaren zugeführt werden, so daß man ohne weiteres mehr als zwei Polymerisate zu Verbundfasern verspinnen kann.

Beispielsweise zeigt Pig. 7 eine Spinndüse zum Erzeugen von Verbundfasern mit einer otirnplatte 12, die mit einem Führungskanal 9 mit einem kleinen Wert des Verhältnisses zwischen der Länge L und dem Durchmesser D zum Zuführen einer Komponente A von hoher Viskosität zu der Einführungskapillare 5 sowie mit einem Führungskanal 10 mit einem größeren Wert des Verhältnisses zwischen der Läng© und dem Durchmesser zum Zuführen einer Komponente B von niedrigerer Viskosität zu der Einführungskapillare 4 versehen ist, wobei diese otirnplatte über der Spinndüsenplatte 2 angeordnet ist, und wobei oberhalb der Stirnplatte 12 eine Trennwand 1 vorgesehen ist, um die Komponenten A und B voneinander getrennt zu halten. Auf die Wirkungsweise der Boirnplatte 12 wird im folgenden näher eingegangen.

Die erfindungsgemäße Spinndüsenplatte 2 ist so ausgebildet, daß die Komponenten A und B erst in der Extrusionskapillare 5 miteinander vereinigt werden, um einen stabilen Ablauf des Spinnvorgangs zu gewährleisten, wobei die Spinndüsenplatte während eiie? äußeret kurzen Zeitspanne

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einer dynamischen Wechselwirkung zwischen den Komponenten B und A ausgesetzt ist, Somit v/ird jede der beiden Komponenten A und B nahezu getrennt extrudiert, und der durch . die Komponente B mit der niedrigeren Viskosität hervorgerufene Gegendruck v/ird je nach dem Verhältnis zwischen den Viskositätswerten der beiden Komponenten in einem sehr hohen Ausmaß verringert. Wenn ein solcher niedriger Gegendruck vorhanden ist, übt: der Strömungwiderstand in dein Kanal bis zum Erreichen der Extrusionskapillare 5 einen großen Einfluß aus. Infolgedessen wird es unmöglich, die Komponente B mit der niedrigeren Viskosität gleichmäßig auf alle P Extrusionskapillaren 5 zn verteilen, so daß Spinnfäden entstehen, die bezüglich der anteiligen Mengen der Komponenten sowie bezüglich ihrer Stärke ungleichmäßig sind. Ferner kann man der Trennwand 11 keine beliebig große Dicke geben, da die Dicke der trennwand durch den Durchmesser der Extrusionskapillare 5 begrenzt wird. Wenn keine Stirnplatte 12 vorgesehen ist, muß die in Fig. 7 gezeigte !Brennwand L dünn sein. In diesem Fall berührt die 'Trennwand 1 die Trennwand 11 nur innerhalb einer äußerst kleinen Fläche. Wenn hierbei der Unterschied zwischen den Extrusionsgegendrücken der beiden Komponenten groß irird, besteht die Gefahr, daß ein "Kurzschluß" auftritt, d. h.j daß die unter einem höheren Druck stehende Komponente A mit der höheren Viskosität an der Berührungsstelle zwischen der Trennwand 1 und der ihr zugewandten, nach oben weisenden Stirnfläche der Trennwand 11 zwischen den beiden {trennwänden hindurchgedrückt wird und sich teilweise mit der die niedrigere Viskpsität aufweisenden Komponente B vereinigt.

Man kann diese Störungsquelle dadurch ausschalten, ^; daß man die erwähnte Stirnplatte 12 zwischen der Trennwand 1; und der Spinndüsenplatte 2 anordnet. Hierbei ist es möglich, eine gleichmäßige Verteilung der Komponenten auf alle Extrusionskapillaren 5 zu erzielen, indem man für das Verhältnis zwischen der Länge L und dem Durchmesser D der

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Führungsöffnung 10 in der Stirn- oder Vorsatzplatte 12 für die Komponente B mit der niedrigeren Viskosität einen größeren Wert wählt als für das entsprechende Verhältnis zwischen den Abmessungen der Führungsöffnung 9 für die Komponente A mit -der höheren Viskosität, um so den Gegendruck der Komponente B zu erhöhen. Selbst dann, wenn die Berührungsfläche zwischen der Trennwand 1 und der Vorsatzplatte 12 klein ist, kann man somit das Auftreten eines "Kurzschlusses" dadurch verhindern, daß man das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser für die beiden Führun^söffnungen 9 und 10 im Vergleich zueinander so wählt, daß der Unterschied zwischen den Gegendrücken der beiden Komponenten A und B kleiner wird.

Wenn man in der aus Fig. 8 ersichtlichen Weise eine Vorsatzplatte 12 benutzt, bei der die Führungskanale 9 und IO geneigt sind, kann man die Dicke der Trennwand 1 weiter vergrölvern, so daß die Komponenten auf zuverlässigere Weise voneinander getrennt gehalten werden.

Gemäß der Erfindung sind die Zuführungskapillaren für die verschiedenen Komponenten voneinander getrennt, und die Zuführ-un£,skapillaren stehen an ihren unteren Enden in Verbindung mit der Extrusionskapillare. Infolgedessen werden alle Komponenten erst in der Extrusionskapillare miteinander vereinigt^ so daß sich die Zeitspanne, während welcher die Spinndüse der dynamischen Wechselwirkung zwischen den Komponenten ausgesetzt ist, äußerst kurz wird. Selbst dann, wenn sich die Komponenten bezüglich ihrer Schmelzviskositätswerte erheblich unterscheiden, werden die beiden Komponenten daher unter solchen Bedingungen ©xtrudiert, daß die Berührungsfläche zwischen den beiden Komponenten in der in Fig. 6 gezeigten Veise nahezu in der Kitte des Faserquerschnitts gehalten wird. Infolgedessen wird das Auftreten der in Fig. 5 dargestellten Erscheinung im wesentlichen vollständig verhindert, so daß Verbundfasern

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oder zusammengesetzte endlose Fäden erzeugt werden können, die eine hervorragende Kräuselbarkeit aufweisen. Ferner kann man die Zuführungskapillaren auf einfache V/eise als Kapillaren von zylindrischer Form vorsehen, und die Eztrusionskapillare kann auf einfache Weise auf der Unterseite der Spinndüsenplatte in senkrephter Richtung ausgebildet werden. Daher lassen sich die Teile einer erfindungsgemäßen Spinndüse leicht zusammenbauen. Schließlich ist zu bemerken, daß die Extrusionskapillare in der Litte zwischen den Zuführungskapillaren angeordnet ist, und daß die erfindungsgemäße Spinndüse daher besonders geeignet ist, Verbundfasern von unrundem Querschnitt oder hohle Verbundfasern zu erzeugen.

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Anspiücl-e;

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Claims

ANSPRÜCHE

»Spinndüse zum Spinnen von Verbundfasern, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinndüse Zuführungskapillaren (3, 4) zum getrennten Zuführen verschiedener Polymerisate (A, B) aufweist und mit einer Extrusionskapillare (5) versehen ist, die mit den Zuführimgskapillaren in Verbindung steht, und daß die ZuführungskapSrlaren und die Extrusionskapillare in einer Spinndüsenplatte (2) so ausgebildet sind, daß sie der Ungleichung

L <C L. ¹C 5j 7 \ß entsprechen, wenn S die Querschnittsfläche ο ι 2

der jixtrusionskapillare in mm , L. die Länge in mm der Extrusionskapillare und L die Län^e in mm eines Kanals bezeichnet, der in der Spinndüsenplatte unter dem unteren Ende der Extrusionskapillctre ausgebildet ist.
2. Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Extrusionskapillare (5) eine unrunäe Querschnittsform hat.
3. Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η e i c h η e t , daß die Extrusionskapillare (5) einen

hohlen bzw. ringförmigen Querschnitt hat.
4. Spinndüse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite der Spinndüsenplatte (2) eine Vorsatzplatte (12) angeordnet ist, die iülirun;,skanäle (9, 10) aufweist, welche mit den Zuführungskapillaren (3, 4) in Verbindung stehen, und die sich bezüglich der Werte des Verhältnisses zwischen ihrer Iiänge (I.-)- und -ihrem Durchmesser (P) unterscheiden.

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- ισ·-
5. Spinndüse nach Anspruch 4,* dadur-ch gekennzeichnet , daß die JSxtrusionskapillare einen unrunden Querschnitt hat. .
6. Spinndüse nach Anspruch 4, dadtirch gekennzeichnet, daß die Extrusionskapillare einen hohlen ringförmigen Querschnitt hat.

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