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Spinndüse Die Erfindung bezieht sich auf Spinndüsen für die Herstellung
von Ohemie-Endlosphasern im Naßspinn- oder Schmelzspinnverfahren.
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Für diesen Zweck brauchbare Spinndüsen sollen u.a. folgenden Anforderungen
genügen: Die Spinndüse sollte zunächst eine ausreichende mechanische Festigkeit
haben, so daß sie den Druck aushält, der durch das unter Druck stehende, aus der
Düse auszustoßende Spinnmaterial ausgeübt wird.
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Weiter muß die Spinndüse korrosionsfest und widerstandsfähig gegen
Erosion sein, besonders innerhalb des geraden Abschnittes jeder Ausstoßöffnung.
Selbst eine nur geringe Verformung, die in diesem Bereich auftritt,. hat einen merklich
abträglichen
Effekt auf die in der Düse herrschenden Spinnbedingungen.
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Um diesen Anforderungen zu genügen, wurde bislang der Hauptteil einer
Spinndüse aus korrosionsfestem Material hergestellt, wie Gold, Platin oder deren
Legierungen.
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Statt dessen wurden auch die Hauptteile der Spinndüse mit einem dieser
teuren Metalle oder auch mit einem Harzmaterial beschichtet.
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Bei diesen bekannten Ausführungsformen ist der zweiten Anforderung
im wesentlichen genügt worden. Dabei wurde jedoch die erste Bedingung nicht vollständig
erfüllt. Selbst durch Erhöhung der Dicke der Mündungsplatte, die den wichtigsten
Bestandteil der Spinndüse bildet, war es nicht möglich, die vorerwähnte mechanische
Bedingung vollständig zu erfüllen.
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Edelmetalle sind sehr teuer; daher ist es unwirtschaftlich, die Hauptarbeitsteile
der Düse aus Edelmetall herzustellen.
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Außerdem ist die spanabhebende Bearbeitung von Edelmetallen sehr ungünstig
zu verwirklichen, um zu der geforderten hohen Präzision in befriedigender Weise
zu gelangen.
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Es ist deshalb vorgeschlagen worden, eine Spinndüse herzustellen,
deren Hauptträgerelement oder Körper aus einem billigeren und stärkerem Material
besteht, das sich durch eine bessere Bearbeitbarkeit auszeichnet, wie z.B. Eisen,
Eisenlegierung, Stahl, Stahllegierung, rostfreiem Stahl, Aluminium
oder
Aluminiiunlegierung.
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An dem Hauptträgerkörper ist eine Düsenplatte befestigt, die vorzugsweise
aus einem hochkorrosionsfestem Material hergestellt ist, wie z.B. Gold, Platin,
deren Legierung, Silber, Iridium, Ruthenium oder deren Legierung, Titan, Zirkon
oder deren Legierung, Nickel, Nickellegierung, Monel, Monel-Legierung oder ähnlichem.
Diese zwei Bestandteile wurden unter Benutzung eines Klebemittels, Reibungsschweißung
unter Druck, Befestigungsbolzen oder ähnlichen Mitteln vereinigt.
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Es hat sich jedoch im Laufe ausführlicher Versuche herausgestellt,
daß bei Benutzung dieser üblichen Verfahren die erforderliche dauerhafte und lückenlose
Verbindung zwischen den zwei Bestandteilen, d.h. dem Hauptträgerkörper und der Mündungsplatte,
nicht in einem voll befriedigendem Ausmaß verwirklicht werden konnte. Falls eine
Lückenbildung oder eine physische Trennung zwischen diesen Bestandteilen selbst
in einem begrenzten Bereich nur auftreten sollte, würde die Anwendung eines starken
Hydraulik-Druckes durch das unter hohem Druck stehende Spinnmaterial auf die Spinndüse
derart einwirken, daß diese Lücke oder der Spalt sich vergrößern würde und damit
die Spinnbedingungen in einer nicht vorhersehbaren Weise verändert würden.
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Es besteht daher das Erfordernis, eine innige, starre und vollständig
lückenlose Verbindung zwischen den beiden äußerst verschiedenen Materialien der
beiden Hauptbestandteile der Spinndüse herzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die bei~ den
Bestandteile miteinander durch ein Explosionsverbindungsverfahren zu der eigentlichen
Spinndüse zusammengesetzt werden, die dann vorzugsweise durch eine Kombination von
Bohr- und Schlagtechnik perforiert wird.
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Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele
erläutert und dargestellt sind. Es zeigen: Fig. 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung
einer erfindungsgemäßen Düse mit einem leichter zu bearbeitenden Hauptträgerkörper
aus stärkerem Material und einer chemisch dauerhaften Düsenplatte, die erfindungsgemäß
mit dem Trägerkörper vereinigt und in einer besonderen Weise gebohrt ist, Fig. 2
eine vergrößerte Darstellung eines Teiles der Fig. 1 und, Fig. 3 eine der Fig. 2
entsprechende Darstellung einer geringfügig abgewandelten Ausführungsform.
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Eine erfindungsgemäße Spinndüse, siehe Fig. 1 und 2 weist eine Grundplatte
10 auf, die hier nur teilweise und vereinfacht gezeichnet ist. Die Grundplatte 10
ist aus Eisen, Stahl, deren Legierung, oder einem ähnlichen Material mit hoher Festigkeit
hergestellt, das sich gut spanabhebend bearbeiten läßst. Eine Düsenplatte 2 ist
aus einem korrosionsfestem Material, wie
Gold, Platin oder dere#n
Legierung, hergestellt. Die beiden Platten 1 und 2 sind entlang der Grenzfläche
7 fest miteinander verbunden, indem die Anordnung der beiden Platten an ihrer Ober-oder
Unterseite einem Explosionsgasdruck durch Verwendung eines Sprengstoffes, wie Dynamit,
unterworfen worden ist.
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Die dadurch vorvereinigte eigentliche Spinnvorrichtung 1, 2 wird mit
einer großen Zahl von Ausstoßöffnungen 3 versehen, deren Zahl z.B. 10.000 betragen
kann. Der untere Bereich A jeder dieser Öffnungen 3 wird als gerader Abschnitt bezeichnet,
während der obere Bereich B der Führungsabschnitt ist, der einen kegelstumpfförmigen
Bodenteil aufweist.
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Der Führungsabschnitt B ist mechanisch gebohrt worden. Sodann ist
der gerade Abschnitt A konzentrisch und mechanisch durch die Düsenplatte 2 geschlagen
worden. Die durch die Schlagvorgänge an jeder Ausstoßöffnung 3 gebildeten Grate,
die an der Bodenfläche 6 der Anordnung 1, 2 erscheinen, sind abgeschliffen worden,
obwohl das nicht besonders dargestellt ist. Der am unteren Ende des Führungsabschnittes
B gebildete Kegelstumpf liegt innerhalb des Materials der Düsenplatte 2.
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Beim praktischen Einsatz des eigentlichen Spinnteils 1, 2 werden die
geraden Abschnitte A einer erheblichen Erosions- und Korrosionseinwirkung ausgesetzt.
Die tatsächliche Erosion und Korrosion wird jedoch so klein wie nur irgend möglich
gehalten, da diese Abschnitte A innerhalb des korrosionsfesten Materials liegen,
aus dem die Düsenplatte 2 besteht.
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Der Führungsteil 3 liegt mit seinem wesentlichen Abschnitt 3a in der
Grundplatte 1, die aus mechanisch festerem und erheblich wirtschaftlicherem Material
besteht und einen merklichen Teil des Spinndruckes aufnehmen kann. Nur der kegelstumpfförmige
Bodenteil 3b ist in der Platte 2 ausgebildet.
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Das mechanische Bohren des Führungsabschnittes B kann leicht durch
die oben erwähnte Wahl des geeigneten Materials für die Grundplatte 1 verwirklicht
werden. Der Stanzvorgang zur Herstellung des geraden Abschnittes A kann ebenfalls
durch die oben erwähnte besondere Wahl des weicheren Materials für die Düsenplatte
2 ausgeführt werden. Aufgrund dessen kann der gesamte Bohrvorgang für jede Austrittsöffnung
3 in einfacher und genauer Weise ausgeführt werden. Da die Spinndüse allgemein mit
10.000 oder mehr Öffnungen 3 versehen ist, ist der wirtschaftliche Gesamtvorteil
ganz erheblich.
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In der in Fig. 3 dargestellten Abwandlungsform wird gleichzeitig mit
der Bildung des geraden Abschnittes A durch den Stanzvorgang ein konzentrischer,
nach unten ragender Vorsprung 5 gebildet.
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Durch diese Abwandlungsform ergibt sich ein weiterer Vorteil.
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Falls beim Naßspinnverfahren das Spinnmaterial in Gestalt einer Lösung
oder beim Schmelzspinnverfahren ein geschmolzenes Polymer verwendet wird, kann es
leichter außer Berührung mit der unteren Bodenfläche 6 der Spinndüse gehalten werden.
Dadurch wird die sonst mögliche Erosion und Korrosion insbesondere in unmittelbarer
Nähe des untersten Öffnungsbereiches des geraden Abschnittes
A
entsprechend verringert.
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Gewöhnlich kann das äußerste Ende 5a des kegelstumpfförmigen Vorsprunges
5 in dem durch die Stanzung erreichten Zustand gelassen werden. Falls erwünscht
kann jedoch dieses Ende 5a mechanisch abgeschliffen werden, so daß es eine flache
Endfläche, siehe Fig. 3 aufweist.
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Es können auch andere Arten der mechanischen Bildung des kegelförmigen
Vorsprunges 5 benutzt werden. Wegen der sehr großen Zahl der Öffnungen 3, die in
einer einzelnen Spinndüse vorgesehen sind, ist das gewöhnlich für einen solchen
Zweck vorgesehene übliche Verfahren der mechanischen Bearbeitung in der Praxis nicht
brauchbar.
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Nach der Erfindung wird jedoch der Stanzvorgang für die Bildung dieser
Kegelvorsprünge 5 gleichzeitig mit der Bildung der geraden Abschnitte A ausgeführt,
so daß der Arbeitsgang sehr einfach und wirtschaftlich ist.
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Im Fall der Herstellung einer Spinndüse mit einer Ebenen Boden fläche
6, siehe Fig. 1 und 2,kann der Stanzvorsprung, der bei der Bildung des geraden Abschnittes
A an dessen unterem Ende erscheint, dadurch gering gehalten werden, daß für die
Düsenplatte 2 ein Material mit sehr geringer Schmiedbarkeit oder der Stanzhub so
kurz wie möglich gewählt wird. Die dadurch sich ergebenden Stsnzvorsprünge oder
Grate können durch Abschleifen entfernt werden.
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Der kegelstumpfförmige Teil 3b des Fiihrlmfflsabschnittes B wird durch
die Schneidkanten des nicht dargestellten Bohrwerkes gebildet und liegt im wesentlichen
innerhalb des Materials der Düsenplatte 2 und dient als Verbindungsteil zwischen
dem geraden Teil 3a des gebohrten Kanals 3 und dem geraden Öffnlmgsabschnitt A,
um ziemlich allmählich den Fluß des Spinnmaterials zu verringern, das durch den
geraden Teil 3a und durch den geraden Abschnitt A hindurchfließt.
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Vor dem Aneinandersetzen der beiden Platten 1 und 2 durch Anwendung
von Explosionsenergie eines Sprengstoffes wird die Dicke der Düsenplatte mit wenigstens
0,01 mm gewählt. Vorzugsweise soll sie dicker als 0,o5 mm sein. Andererseits soll
die Dicke der Platte 1 wenigstens 0,1 mm, vorzugsweise mehr als 0,3 mm betragen.
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Die eng und fest zusammengesetzte eigentliche Spinneinrichtung, die
aus der Grund- oder Trägerplatte 1 und der Düsenplatte 2 besteht, wird wie folgt
hergestellt: Zunächst wird der Fiihrungsabschnitt B einschließlich des geraden Teiles
3a und des kegelstumpfförmigen Zwischenverbindngsteiles 3b mechanisch mit Hilfe
einer nicht dargestellten Bohrmaschine durch die ganze Dicke des Materials der Platte
1 und teilweise in das Material der Düsenplatte 2 hineingehend gebohrt. Sodanr wird
konzentrisch mit den derart hergestellten Bohrungen 3a, 3b der gerade Abschnitt
A mittels eines hin- und herbeweglichen Stanzwerkzeuges gestanzt. In der praktischen
Ausführung werden natürlich alle Führungsabschnitte B zunächst lmd
dann
die entsprechenden geraden Abschnitte A hergestellt.
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Wenn außerdem kegelstumpfförmige Vorsprünge 5 gebildet werden sollen,
muß der Hub des Stanzwerkzeuges entsprechend erhöht werden. Bei größeren Vorsprüngen
5 wird der Hub entsprechend vergrößert und umgekehrt. Bei stärkerer Schmiedbarkeit
des Materials der Düsenplatte 2 werden die durch die Stanzung gebildeten Vorsprünge
5 entsprechend größer. Außerdem kann ein mit Ausnehmungen versehenes, nicht dargestelltes
Gesenk zusammen mit dem Stanzwerkzeug verwendet werden, so daß die äußere Kegelfläche,
falls erforderlich, eine saubere Oberfläche erhält.
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Falls erwünscht, können der Führungsabschnitt B und der gerade Abschnitt
A durch Läppen oder ein ähnliches bekanntes Verfahren nachbearbeitet werden, um
entsprechenden Anforderungen zu genügen.
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Beispiel: Eine 0,30 mm starke Blechplatte aus rostfreiem Stahl mit
einer Zusammensetzung von 0,08 Gew.% Kohlenstoff, 0,03 Gew.% Silizium, 1,0 Ges00%
Mangan, 2,0 Gew.°fO Phosphor, 0,04 Gew.% Schwefel, 9-13-Gew.% Nickel und 18-20 Ges.%
Chrom (Japanischer Industriestandard SUS 28) und eine 0,05mm dicke Platte aus reinem
Gold wurden fest und eng durch das Explosionsverfahren vereinigt.
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Sodann wurden 10.000 Auspreßöffnungen 3 in der vorerwähnten Weise
hergestellt. Diese Art eigentlicher Spinneinrichtung wurde in zwei Ausf#ihrunp;sformen
nach Fig. 1 und 2 bzw. 3 hergestellt.
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Sodann wurden übliche Düsenplatten auf drei verschiedene Weisen
hergestellt.
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Diese Spinndüsen wurden fortlaufend 240 stundenlang unter Verwendung
einer Spinnflüssigkeit eingesetzt, die Polyacrylnitril in 6','%iger Salpetersäure
bei 0 C gelöst enthielt und eine Polymer- Konzentration von 20% aufwies. Die Koagulationbadflüssigkeit
war verdünnte Salpetersiure. Der Auspreßdruck der Spinn; 2 flüssigkeit wurde auf
10 kg/cm eingestellt.
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Die bei diesen Vergleichsversuchen erzielten Ergebnisse werden nachstehend
aufgeführt.Dabei sind die in bekannter Weise hergestellten Spinndüsen mit P, Q und
R und die erfindungsgemäße Düse mit S bezeichnet.
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Spinndüse P: Die beiden Platten waren mittels Befestigungsbolzen aneinander
befestigt, von denen neun am Umfang der Spinndüse verteilt und ein weiterer in der
Mitte angeordnet waren.
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W§hrend des Stanzvorganges wurde eine Trennung zwischen den Platten
1 und 2 beobachtet. Nach 5 stündigem Spinneinsatz wurde die Spinnarbeit unregelmäßig.
Nach etwa 20 Stunden fiel die untere Goldplatte von der oberen Grundplatte in der
Mitte ab.
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Spinndüse Q: Die beiden Platten wurden durch ein Klebemittel aneinander
befestigt und bis zur Verfestigung des Klebstoffes unter Druck zusammengehalten.
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Während des Stanzvorganges wurde eine örtliche oder teilweise
Trennung
zwischen den beiden Platten 1 und 2 beobachtet, Nach 20stiindagem Spinneinsatz wurde
die Spinnarbeit so unregelmäßig, daß sie ohne weitere Fortsetzung unterbrochen wurde.
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Spinndüse R: Eine Goldrlatte von 0,35 mm Dicke wurde gestanzt.
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Beide Flächen der Glatte wurden mit dem Rhodium-Hartbeschichtungsverfabren
behandelt.
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Die Bearbeitbarkeit zur Herstellung der Perforation war sehr schlecht.
Nach etwa 120 Stunden Spinneinsatz zeigte die Platte Verbiegungen, wodurch die reguläre
Spinnbildung von Multifil-Fäden gestört wurde. Der Einsatz mußte deshalb abgebrochen
werden.
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Spinndiise S: Die Bearbeitbarkeit zur Bildung der Düsenöffnungen war
äußerst günstig. Im Vergleich zu allen üblichen Spinndüsen P,Q und R zeigte die
erfindungsgemäße Düse ein Höchstmaß an Starrheit. Während des gesamten, oben angegebenen
Arbeitseinsat -zes wurden keinerlei Störungen im Spinnvorgang beobachtet. Nach Beendung
des Versuches wurde die Spinndüse mechanisch in mehrere Teile zur Untersuchung der
Oberflächenverhältnisse in jeder Düsenöffnung zerschnitten. Keine irgendwie störende
Korrosion oder Erosion war festzustellen.
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Der eigentliche Spinndiisenteil, der derart hergestel]t und wie
in Fig. 1 und 2 oder Fig. 3 gezeigt, ausgebildet ist, ist in einem Halter 9 angeordnet.
Die Befestigungsbolzen sind durch entsprechende strichpunktierte Mittellinien 8
angedeutet.
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Als Material für die Grundplatte 1 kann irgendein Material verwendet
werden, das in der Einleitung der vorstehenden Beschreibung in Verbindung mit dem
Hauptträgerkörper einer Spinndüse erwähnt worden ist. In gleicher Weise kann als
Material für die Düsenplatte 2 ein Material benutzt werden, das in der Einleitung
in Verbindung mit dem Hauptteil der Spinndüse angeführt worden ist.