DE2550463C3 - Spinnkopf zur Herstellung von Filamenten aus polymerem Material - Google Patents
Spinnkopf zur Herstellung von Filamenten aus polymerem MaterialInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Spinnkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiger Spinnkopf ist aus den US-PS 38 25 380
und 38 25 379 bekannt. Hierbei werden zwischen dem Vorsprung und den beiden Platten insgesamt zwei, zur
Überschneidungslinie konvergierende, Heißluftströme mit hoher Geschwindigkeit durch zwei längliche
öffnungen im Spinnkopf geführt. Diese beiden öffnungen
sind zu beiden Seiten der und parallel zur Reihe der im Extrudierkopf vorgesehenen Austrittsöffnungen der
Kapillarkanäle angeordnet, derart, daß durch jede längliche öffnung ein für alle Austrittsöffnungen der
Kapillarkanäle gemeinsamer Heißluftstrom geführt wird. Hierbei wird das Polymer so in die konvergierenden
Luftströme eingedrückt, daß die beiden seitlich der Austrittsöffnungen der Kapillarkanäle fließenden Teilströme
bereits mit dem extrudierten Material in Berührung kommen, bevor sie miteinander vereinigt
werden. Die Verwendung von zwei derartigen laminaren Luftstromen zum Abziehen ' und Fördern von
Filamenten aus schmelzflüssigem Material, das aus der Reihe von Austrittsöffnungen extrudiert worden ist, hat
jedoch den Nachteil, daß sich die einzelnen Filamente vor deren ausreichender Abkühlung miteinander vereinigen
oder sonstwie zusammenkommen und dann Bündel oder Stränge unterschiedlicher Stärke bilden.
Außerdem ist bei Verwendung des bekannten Spinnkopfes ein wesentlich größeres Luftvolumen erforderlich
als tatsächlich zum Abziehen und Fördern der Filamente benötigt wird, so daß viel ungenutzte Luft
und deren Wärme verlorengeht.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Spinnkopf derart weiterzuentwikkeln,
daß ein gegenseitiges Verkleben der nebeiieinanderiiegenden
Filamente verhindert wird und geringere Luftmengen benötigt werden.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst
Durch diese Ausbildung des Spinnkopfes wird jedem Kapillarkanal jeweils ein zur Überschneidungslinie
konvergierendes, von anderen Druckluftführungskanälen gesondertes Druckluftführungskanalpaar zugeordnet.
Dadurch wird erreicht, daß jedes aus der Austrittsöffnung des Kapillarkanals austretende Filament
von einem gesonderten Mantel der Heißluftströmung umhüllt ist und jegliches Zusammenkleben
benachbarter Filamente ausgeschlossen ist. Außerdem führt eine derartige Ausbildung des Spinnkopfes
unerwarteterweise dazu, daß mit ihm auch dann gleichmäßige Filamente hergestellt werden können,
wenn die zum Betrieb des Spinnkopfes erforderlichen Verfahrensbedingungen nicht in so hohem Maße
konstantgehalten werden, wie dies sonst erforderlich ist.
Vorzugsweise ist beim Spinnkopf die öffnung jedes Druckluftführungskanalpaars so bemessen, daß sie in
Draufsicht gesehen die Austrittsöffnung des zugeordneten Kapillarkanals innerhalb ihres — vorzugsweise
rechteckigen — Umfangs umgibt. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Spinnkopf so weiterzubilden,
daß die Nuten in Strömungsrichtung in ihrem Querschnitt bis zu einer engsten Stelle bzw. Schulter
abnehmen, die unmittelbar vor dem inneren Ende des Umfangs der jeweiligen Austrittsöffnung vorgesehen
ist.
Der erfindungsgemäße Spinnkopf kann zum Formen von Filamenten aus einer Vielfalt von polymeren
Materialien verwendet werden, einschließlich Polymere oder Copolymere von Olefinen, polymerisierbaren
Estern und polymerisierbaren Amiden. Zu den verwendbaren Polyolefinen gehören Polyäthylen, Polypropylen
und Polymere substituierter Polyolefine, wie Polytrifluorchlorethylen. Es können viele Polyester verwendet
werden, beispielsweise Polyäthylenterephthalat und Poly(methylmethacrylat). Zu den Polyamiden, die
verwendet werden können, gehören Nylon-6, Nylon-66 und Nylon-610. Andere thermoplastische polymere
Materialien, wie Polystyrol, können ebenfalls verwendet werden.
Insgesamt wurde durch die Erfindung ein Spinnkopf geschaffen, der die zuverlässige kontinuierliche Herstellung
von gleichförmigen Filamenten aus schmelzflüssigem polymerem Material unter wirtschaftlicher Verwendung
von Luft ermöglicht.
Nachfolgend wird ein Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung anhand der schematischen Darstellungen
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,
F i g. 3 einen Teil des in F i g. 2 dargestellten Schnittes in vergrößertem Maßstab,
Fig. 4 einen Teil der in Fig. 3 darges'ellten Ansicht
in nochmaliger Vergrößerung,
F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in F i g. 4 und
F i g. 6 eine Draufsicht auf den in F i g. 4 dargestellten Teil.
Gemäß den Zeichnungen weist der Spinnkopf 10 einen länglichen rechteckigen Trägerblock 12 mit einer
öffnung 14 auf seiner einen Seite zur Aufnahme schmelzflüssigen polymeren Materials von einem nicht
gezeigten Extruder geeigneter Bauform auf. Der öffnung 14 ist eine Innenkammer 16 zugeordnet, die zur
Zuführung von schmelzflüssigem polymerem Material in den Spinnkopf 10 dient.
Am Trägerblock 12 ist durch Schrauben 20 ein Bauteil
18 befestigt, der einen länglichen Vorsprurj 22 aufweist,
welcher von dessen einer Seite absteht und ebene Flächen 24 und 26 besitzt, die zur Überschneidungslinie
28 hin konvergieren und an dieser enden.
Im Bauteil 18 ist ein Hohlraum 30 vorgesehen, der in Strömungsverbindung mit der Innenkammer 16 des
Bauteils 18 steht. Von der Überschneidungslinie aus und senkrecht zu dieser erstrecken sich zueinander parallele
und voneinander getrennte Kapillarkanäle 32 zum Hohlraum 30. Die Kapillarkanäle 32 enden in einer
Austrittsöffnung 34 an der Überschneidungslinie 28, haben gleiche, im wesentlichen kreisförmige Querschnittsabmessungen
und bilden einzelne gesonderte parallele Fließwege für flüssiges Polymer vom Hohlraum
30 zur Außenseite des Bauteils 18.
Gemäß den Fig.5 und 6 haben die Austrittsöffnungen
34 in Draufsicht (Fig. 6) einen kreisförmigen Querschnitt, der durch den Umfang 36 begrenzt wird.
Die Ansicht der Austrittsöffnung in Fig. 5 zeigt einen teilelliptischen Umfang 36. Diese Form ist bevorzugt, da
sie leicht durch Bohren der Kapillarkanäle 32 erhalten werden kann. Es kann jedoch auch eine andere
geometrische Form, beispielsweise eine Parabel-, eine Dreiecks- oder eine teilweise rechteckige Form
vorgesehen werden, um extrudiertes schmelzflüssige«; Material vertikal von der Austrittsöffnung 34 aus bei in
seinem schmelzflüssigen Zustand seitlich begrenzten Material zuzumessen.
Von zwei länglichen Platten 38 und 40 befindet sich je eine auf jeder vertikalen Seite des Vorsprungs 22. Die
Platten 38 und 40 sind am Bauteil 18 durch Schrauben 42 befestigt. Jede Platte 38 und 40 weist eine zur
benachbarten ebenen Fläche 24 und 26 des Vorsprungs 22 komplementäre Fläche 44 auf, die sich in Anlage an
der Fläche 24 bzw. 26 des Vorsprungs 22 befindet. Die Flächen 44 weisen jeweils eine Längskanto auf, die
miteinander die Überschneidungslinie 28 treffen. In jeder Fläche 44 sind Nuten 46 vorgesehen, die sich von
der Überschneidungslinie 28 erstrecken, und zwar senkrecht zu dieser, parallel zueinander und in gleicher
Anzahl wie die Kanäle 32. Die Nuten 46 begrenzen mit der benachbarten ebenen Fläche 24 und 26 des
Vorsprungs 22 Druckluftführungskanäle 48. Die Nuten 46 weisen bei der dargestellten Ausführungsform
jeweils Wände 50 und 52 auf, die einander mit einem Winkel treffen. Jeweils eine Nut 46 in der Platte 38 und
eine weitere Nut 46 in der Platte 40, sowie einer der Kapillarkanäle 32 liegen in der gleichen zur Überschneidungslinie
28 senkrechten Ebene, so daß die Nuten 46 einander an der Überschneidungslinie 28 in einer
Öffnung 54 treffen. Die Nuten 46 sind vorzugsweise so bemessen und geformt, daß bei Draafsicht (Fig.6) die
Öffnung 54 quadratisch ist und den Umfang 36 der jeweiligen Austrittsöffnung 34 voll innerhalb ihres
s Umfangs umgibt. Die letztere Abmessung ist bevorzugt,
um Verharzungen oder Verstopfungen der öffnung 54 durch polymeres Material, das nicht durch die öffnung
54 mit dem Luftstrom abgezogen worden ist, auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Obwohl die öffnung 54
ι» quadratisch dargestellt ist — diese Form läßt sich leicht
herstellen —, können auch andere Querschnitisformen, beispielsweise Kreisformen, vorgesehen sein.
Wie sich im einzelnen aus Fig.4 ergibt, sind die
Wände 50 und 52 der Nuten 46 so bemessen, daß deren Querschnittsfläche abnimmt und der seitliche Abstand
der freien Enden der Wände 50 und 52 abnimmt, d. h., die öffnung erweitert sich nach innen von der
Überschneidungslinie 28 zum Hals bzw. zur Schulter 56, die sich unmittelbar vor der innersten Lage des
Umfangs 36 der Austrittsöffnung 34 befindet, worauf die Nuten 46 in ihrer Querschnittsabmessung in geringerem
Maße zunehmen als die Querschnittsfläche abnimmt. Die Ausbildung der Schulter 56 bzw. einer derartigen
engsten Stelle in der angegebenen Weise kann eine
:> Düsenwirkung herbeiführen, so daß die Luft in den
Druckluftführungskanälen 48 zur Schulter 56 beschleunigt wird und sodann unter dem Einfluß des Druckes an
der Schulter 56 in die Expansionskammer zwischen der Schulter 56 und der öffnung 34 beschleunigt wird.
j.) Innerhalb der Platten 38 und 40 kann jeweils ein
langgestreckter Kanal 58 und 60 mit im wesentlichen gleicher Länge wie die Platten 38 und ΊΟ vorgesehen
werden. Die Kanäle 58 und 60 stehen in Strömungsverbindung mit einer nicht gezeigten Druckluftquelle.
ι. Gesonderte Leitungen 62 verbinden die Kanäle 58 und 60 mit den Druckluftführungskanälen 48 und stellen eine
Strömungsverbindung £wischen den Kanälen 58 und 60 und den Kanälen 48 her, so daß für jede Austrittsöffnung
34 zwei konvergierende Luftströme in den Druckluftin führungskanälen 48 erhalten werden.
Schmelzflüssiges polymeres Material wird in jedem konvergierenden Luftstrom von den entgegengesetzten
vertikalen Seiten der Mündung der öffnung 34 extrudiert. Das Extrudieren des schmelzflüssigen poly-
i, meren Materials findet über eine Weglänge jedes
konvergierenden Luftstromes bzw. Teilstromes unmittelbar oberstromseitig der die Zusammenflußstelle der
Teilströme bildenden Überschneidungslinie 28 statt. Das polymere Material wird daher jeweils den beiden
r,o einzelnen konvergierenden Teilströmen in zunehmenden
Mengen zugemessen, derart, daß das Zumessen unmittelbar vor dem Zusammenfließen der konvergierenden
Teilströme an der Überschneidungslinie 28 im wesentlichen abgeschlossen bzw. beendet ist. Das
T) schmelzflüssige Material wird hierbei daran gehindert
aus den konvergierenden Luftströmen auszutreten.
Das allmähliche Eintreten des extrudierten schmelzflüssigen Materials in die konvergierenden Luftströme
ergibt ein zuverlässiges, sauer arbeitendes System, das
Mi über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen
betrieben werden kann. Der vereinigte Luftstrom von hoher Geschwindigkeit zieht bzw. streckt dann das
extrudierte Material zu einem Filament, das durch den Lultstrom, der durch die öffnung 54 v-.>m Spinnkopf 10
id wegströmt, ausgerichtet wird. Das Filament ist vom
Luftstrom umgeben und daher von anderen Filamenten isoliert, so daß ein gegenseitiges Verkleben verhindert
wird. Da durch die Verwendung der einzelnen
Druckluftführiingskanäle 48 alle Druckluft in den
kanälen 58 und 60 zum Abziehen der Filamente aus
dem exirudierten schmelzflüssigen Material verwendet
wird, wird keine L.uft und Wärme vergeudet.
Wenn die ongsie Stelle bzw. Schulter 56 unmittelbar
vor de"i hinteren t£nde des Umfangs36der Austrittsöffnung
34 '.org^.^iien wild, wird das s-_hmel/.flüssij;c
polytnere Material erst den konvergierenden Lufts men ausgesetzt, wenn diese ihre höchste Geschwin
keil ir den Druekiuftführungskanälen 48 obcrstrcn
tig der Schulter 56 erreich! hüben. Darauf wird extrudierte polymere Material einem Luftstrom au
setz!, der zur Öffnung 54 beschleunigt wird.
Hierzu 2 Blatt Zcichnur.ivn
Claims (4)
1. Spinnkopf zur Herstellung von Filamenten aus polymerem, schmelzflüssigem Material, mit einem
Bauteil, das einen Vorsprung mit keilförmigem Querschnitt und zwei ebenen Flächen aufweist, die
zu einer Überschneidungslinie konvergieren und an dieser enden, parallelen Kapillarkanälen zur Führung
des schmelzflüssigen Materials, die sich jeweils von einer Austrittsöffnung aus, die an der Über- |0
schneidungslinie gebildet ist, durch das Bauteil senkrecht zur Überschneidungslinie erstrecken und
mit einer Zuführkammer in Verbindung stehen, sowie einer ersten und einer zweiten Platte, die
jeweils einen Flächenabschnitt aufweisen, dessen ]r>
Form einer der Flächen des Vorsprungs komplementär ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Platten (38, 40) je eine Längskante gemeinsam mit der Überschneidungslinie (28) haben und deren
Flächenabschnitte (44) in Anlage an der jeweils komplementären Fläche (24,26) des Vorsprungs (22)
befestigt sind, wobei Druckluftführungskanäle (48) vorgesehen sind, die jeweils durch zueinander
parallele und in jedem Flächenabschnitt (44) ausgeformte Nuten (46) gebildet werden, deren «
Anzahl gleich der Zahl der Kapillarkanäle (32) ist, wobei jeweils ein Nutenpaar (46) in jeder Platte (38,
40) und einer der Kapillarkanäle (32) so angeordnet sind, daß sie in einer zur Überschneidungslinie (28)
senkrechten Ebene liegen und die jeweiligen Nuten «· (46) mit einer öffnung (54) an der Überschneidungslinie
(28) enden.
2. Spinnkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (54) so bemessen ist, daß
sie in Draufsicht gesehen die Austrittsöffnung (34) sr>
eines der Kapillarkanäle (32) innerhalb ihres Umfangs umgibt.
3. Spinnkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (54) rechteckig ist.
4. Spinnkopf nach Anspruch 1 bir> 3, dadurch w
gekennzeichnet, daß die Nuten (46) in Strömungsrichtung in ihrem Querschnitt bis zu einer engsten
Stelle (56) abnehmen, die unmittelbar vor dem inneren Ende des Umfangs (36) der jeweiligen
Austrittsöffnung (34) vorgesehen ist. '·">
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