DE2237884A1 - Erzeugung von fasern aus schmelzen mit vorzugsweise niedriger viskositaet in ueberschall-blasduesen - Google Patents

Erzeugung von fasern aus schmelzen mit vorzugsweise niedriger viskositaet in ueberschall-blasduesen

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    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/098—Melt spinning methods with simultaneous stretching
    • D01D5/0985—Melt spinning methods with simultaneous stretching by means of a flowing gas (e.g. melt-blowing)
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Description

Erzeugung von Fa^eVHi aus' Schmelzen mit vorzugsweise niedriger Viskosität in Überschall-Blasdüsen
Die Erzeugung von Fasern endlicher Länge aus anorganischen Hochtemperatur.-Schmelzen gelang nach dem Düsenblasverfahren (z.B. entsprechend DP 1.190.135) bis jetzt nur dann, wenn die Schmelzen eine ausreichende Viskosität (besser: ein genügend großes Verhältnis. Viskosität zu Oberflächenspannung) haben. .
Schmelzen aus. anorganischen wie z.B. metallischen Materialien, die einen sehr kleinen Wert des Verhältnisses Viskosität zu Oberflächenspannung haben (was in der Regel mit einem sehr engen Temperaturbereich der geschmolzenen Phase, d.h. mit einem definierten Schmelzpunkt identisch ist), werden bei Anwendung des bekannten Düsenblasverfahrens im wesentlichen zerstäubt. Das bei der Abkühlung während des Prozeßablaufes erstarrte Endprodukt hat dabei im wesentlichen Kugelform.
Zwischen der Stelledes Austritts der Schmelze, z.B. aus dem Nippel eines Iridium- oder Molybdän-Tiegel s. (letzterer unter Schutzgas-Atmosphäre) und der Stelle des Auftretens des kugelförmigen erstarrten Endproduktes sind bei genügend hohem Temperaturniveau zwei Zwischenphasen beobachtet worden:
1. ein Schmelze-(Flüssigkeits-)Fi Im,
2. faserförmige, jedoch noch flüssige Gebilde, die später durch eine hydrodynamische Instabilität unter dem Einfluß der Oberflächenspannungen in eine große Zanl von Tröpfchen zerfallen. 4098Q8/0S71
. DB.-INO. ALFRED WALZ 783 EMMENDINGEN/BADEN
AM KURZARM 7 TEL. 07641-7737
c ■. · ■
Die Erfindung besteht nun darin, die Temperatur des Blasmediums, das die faserförmigen Gebilde umgibt und mit sich fortführt, während dieses Faserstat j ums, also vor dem Zerfall in die Tröpfchfinform, mehr oder weniger plötzlich, d.h. in einem genügend kurzen Zeitabschnitt unter die Schmelztemperatur abzusenken, so daß das vorher noch flüssige Medium in der Faserform erstarrt. Der Zustand der Faser kann nach der Erstarrung je nach der Art dieses Mediums und der Führung des Tempera-tur-Absenkungs-Prozesses amorph oder polykristallin sein. In der Regel wird der p-olykristal 1 ine Zustand anzustreben sein, da bei diesem Zustand höhere Festigkeitseigenschaften zu erwarten sind.
Als strömungstechnisehe Einrichtung, die sowohl die Forderung nach einem optimalen Düsenblasprozeßals auch die erfindungsgemäße Forderung nach einem Temperaturschock in einer kurzen Zeitspanne erfüllen kann, ist eine an sich bekannte LAVAL-Düse besonders geeignet (vgl. Fig. 1).
Wenn zwischen de»; Eintrittsseite 1 der Strömung, Geschwindigkeit Ui = O (die das zu zerfasernde Medium zunächst noch in flüssiger Monofil-Form mit sich führt) und der Austrittsseite ein Druckverhältnis ρ 3/ρ ι etwa 0,53 eingestellt wird, ist an der engsten Stell« 2 die Strömungsgeschwindigkeit U2 genau gleich der Schallgeschwindigkeit a. Dabei beträgt das Temperaturverhältnis T2/T1 = (P2/P1)(<-!)/< = (P2Zp1)0-286 =0,83 .
Auf Oberschallgeschwindigkeit kann das Strömungs-Blasmedium hinter dieser engsten Stelle nur dann gebracht werden, wenn
1. das Druckverhältnis P3/P1 kleiner als 0,53 und
2. der Querschnitt der LAVAL-Düse hinter dieser engsten Stelle wieder vergrößert wird (dabei bleibt bekanntlich an der engsten Stelle 2 stets U = a , wie klein man auch p3/pi wählen mag. ,
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783 EMMENDINGEN/BADEN AM KURZARM 7 TEL. 07641-7737
Der Querschnittsverlauf F(x) hinter der engsten Stelle 2 der LAVAL-DUse bestimmt nach an sich bekannten Gesetzen der Gasdynamik den Verlauf der Geschwindigkeit U, des Druckes ρ und (nach den Zustandsgesetzen der Thermodynamik) auch, der Temperatur T. So ergibt sich das Temperaturverhältnis T(x)/T2 als Funktion
i) = f [M(X)] ; M = MACH-Zahl , lokal . H= ~
= f [M(X)] ; M = MACH-Zahl , lokal . H= ~
Durch einen dem gewünschten Temperaturverlauf von der Stelle 2 zur Stelle 3 angepaßten Querschnittverlaufs F(x) kann somit die Temperatur-Absenkung des Blasmediums auf einer vorgebbaren kurzen Strecke Δχ und in einer dazu gehörigen kurzen Zeit
Λ "mittel^ 1 (Uz+U3) **x Δχ 2 Δχ
erzwungen werden.
Die Fadentemperatur folgt der Blasmitteltemperatur mit einer gewissen Zeitverzögerung, da ein Wärmeübergang zwischen beiden Medien erfolgen muß. Da die Fadenoberfläche verglichen mit dem Fadenquerschnitt jedoch bei den in Betracht kommenden sehr geringen Fadendurchmessern (von der Größenordnung 1 pm) sehr groß ist, kann diese Zeitverzögerung als vernachlässigbar klein angesehen werden.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Schmelzeaufbereitung erfolgt dabei durch Direktbeheizung eines Edelmetal1-Tiegels (aus Iridium, Platin, Rhodium oder aus Legierungen solcher Edelmetalle mit ausreichend hohem Schmelzpunkt), der die OHMsche Verlustwärme der von elektrischem Strom durchflossenen koaxialen ZyI inderwände.4, 5 und des Tiegelbodens 6, mit den Schmelzaustrittsöffnungen 7, dem Schmelzmate-· rial 8 zuführt (vgl. z.B. DP 1 293 399, 1 293 972, 1 293 973). In diesem Fall ist das Schmelzematerial ein keramischer Stoff.
40980870571
783 EMMENDINGEN/BADEN AM KURZARM 7 TEL. 07641-7737
Jedem Schmelzeaustrittsloch 7 ist eine rotationssymmetrische LAVAL-Düse erfindungsgemäßer Form zugeordnet, durch die der Schmelzestrahl hindurch gesaugt wird und dabei
stark beschleunigt wird. Nach Durchlaufen der Phase des
Schmelze-Filmes wird der Faserzustand durch den gezielten Temperatur-Schock "eingefroren". Die Erzeugung des Unterdruckes p3' in dem für alle Einzel-LAVAL-Düsen nach Fig.l gemeinsamen Unterdruck-;Raum (P3') erfolgt durch einen
Oberschal 1-Injektor vorzugsweise nach Fig. 2 (gestrichelter Fig.-Bereich).
- A09808/0571

Claims (1)

  1. 783 BMMENDINGEN/BADEN AM KURZARM 7 TEL. 07641-MW 12
    13. Dezember 1972 Wa/Lu,
    PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren und Vorrichtung zum Zerfasern vorzugsweise niedrigviskoser Schmelzen anorganischer, z.B. metallischer oder organischer Stoffe in vorzugsweise rotatiOnssymmetrischen/überschal1 strömung erzeugenden Kanälen (LAVAL-Düsen), dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnittsverlauf der LAVAL-Düse (oder mehreren in Parallelbetrieb nach Fig. 2 arbeitenden LAVAL-Düsen) in Strömungsrichtung χ nach Fig. 1 so gewählt ist, daß auf einer vorgegebenen Strecke Δχ und innerhalb der physikalisch zugeordneten kurzen Zeitspanne At die nach bekannten gasdynamisch^ Gesetzen eintretende Temperaturabsenkung des Blasmediums das mitgeführte Schmelzemedium im Faserzustand erstarren läßt.
    Verfahren und Vorrichtung nach Ausspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Erzeugung der öberschallströmung erforderliche Druckverhältnis zwischen der Eintrittsstelle 1 und der Austrittsstelle 3 der LAVAL-Düse (oder aller parallel arbeitenden LAVAL-Düsen) durch einen Injektor gemäß Fig. 2 erzeugt wird, der seinerseits selbst durch überschallströmung des an seinem äußeren Umfang zugeführten Treibmediums ausreichend hohen Druckes und Mengenstromes betrieben wird.
    409808/0571
    -fr·
    L e e r s e i t e
DE19722237884 1972-08-02 1972-08-02 Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Fasern aus schmelzbaren Stoffen Expired DE2237884C3 (de)

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DE19722237884 DE2237884C3 (de) 1972-08-02 Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Fasern aus schmelzbaren Stoffen
US05/384,565 US4001357A (en) 1972-08-02 1973-08-01 Process for the manufacture of fibers from fusible materials
US05/730,084 US4060355A (en) 1972-08-02 1976-10-06 Device for the manufacture of fibers from fusible materials

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DE2237884A1 true DE2237884A1 (de) 1974-02-21
DE2237884B2 DE2237884B2 (de) 1976-03-11
DE2237884C3 DE2237884C3 (de) 1976-11-04

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0038989A1 (de) * 1980-04-25 1981-11-04 Bayer Ag Ziehdüse zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Mineralwollefasern
DE3533964C1 (de) * 1985-09-24 1987-01-15 Alfred Prof Dipl-Ing Dr-I Walz Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Feinstpulver in Kugelform
WO1992010599A1 (de) * 1990-12-15 1992-06-25 Peter Roger Nyssen Verfahren und vorrichtung zur herstellung von feinstfasern aus thermoplastischen polymeren

Cited By (4)

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EP0038989A1 (de) * 1980-04-25 1981-11-04 Bayer Ag Ziehdüse zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Mineralwollefasern
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WO1992010599A1 (de) * 1990-12-15 1992-06-25 Peter Roger Nyssen Verfahren und vorrichtung zur herstellung von feinstfasern aus thermoplastischen polymeren
US5260003A (en) * 1990-12-15 1993-11-09 Nyssen Peter R Method and device for manufacturing ultrafine fibres from thermoplastic polymers

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US4001357A (en) 1977-01-04
DE2237884B2 (de) 1976-03-11

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