DE2740312A1 - Spinnduese und ihre herstellung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dr.-Ing. Walter Abitz

Dipl.-Phys. M. Gritschneder *

8 München 86, Pienzenauerstr. 28

7. September 1977 KB 2150

E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19898, V. St. A.

Spinndüse und ihre Herstellung

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Die Erfindung betrifft korrosionsbeständige Spinndüsen, die sich insbesondere zum Spinnen von Fäden aus Poly-(p-phenylenter ephthalamid) aus einer viscosen Kösung des Polymeren in 98- bis 100%iger Schwefelsäure eignen, und ein Verfahren zur Herstellung derselben.

In US-PS 3 76? 736 ist die Herstellung von Fäden mit bemerkenswert hohen Festigkeitswerten aus Poly-(p-phenylenterephthalamid) und verwandten, vollaromatischen Polyamiden (sogenannten "Aramiden") durch Spinnen einer viscosen Lösung des Polymeren in 98- bis 100%iger Schwefelsäure durch Spinndüsen-Kapillaren von 0,03 bis 0,10 mm Durchmesser beschrieben. Als geeignete Lösungsmittel sind auch Chlorschwefel- und Fluorschwefelsäure genannt. Wenn man solche hochkorrosiven Lösungen durch fadenbildende Kapillaren in Spinndüsen verspinnt, die von gebräuchlichen Materialien gebildet werden, macht Korrosion die Spinndüsen bald unbrauchbar. Ein anfänglicher Effekt besteht darin, dass die ursprünglich scharfen Ränder, welche die Austritt sumfänge der Kapillaren definieren, abgestumpft und abgerundet werden. Dies führt zu erratischen Ungleichmässigkeiten im Titer der gesponnenen Fäden, und mit zunehmender Häufigkeit stellen sich Fadenlaufbrüche ein.

Tantal besitzt eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und ist für beim Spinnen von Reyon nach dem Viskoseverfahren verwendete Spinndüsen vorgeschlagen worden. Wie aus US"PS 1 791 785 bekannt, ist Tantal für ein richtiges Bohren von Spinndüsenlöchern zu hart, wenn es nicht weichgemacht oder wärmebehandelt worden ist, aber in diesem Fall wird eine Verformung der Löcher durch den anschliessenden Gebrauch der Spinndüse wahrscheinlich. Die GB-PS 702 936 erwähnt frühere Versuche, fertiggstellte Tantalspinndüsen durch Erhitzen in Luft, Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenmonoxid oberflächenzuhärten, stellt aber fest, dass solche Behandlungen die Qualität der Spinndurchlässe in einem solchen Ausmass verschlechtern, dass deren rasches Blockieren während des Spinnens herbeigeführt wird. Eine andere Schwierigkeit wärmebe-

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handelten Tantale liegt darin, dass es eine Streckfestigkeit von unter 2110 kg/cm und eine Dehnung von mindestens 20 % hat, d. h. recht duktil ist. Speziell für den vorliegenden Zweck würde man eine übermässig dicke Tantal spinndüse benötigen, um ein Aufbauchen bei den angewandten hohen Spinndrücken zu vermeiden. Auf Grund der Länge von Spinndurchlässen durch eine dicke Spinndüse bietet auch die Erzielung optimaler Fasereigenschaften Schwierigkeiten.

Die US-PS 2 965 924 schlagt vor, Spinndüsenlöcher in dünnem Metallblech auszubilden, das von Edelmetall gebildet werden kann, in einen Spinndüsen-Rohling Löcher in entsprechender Anordnung zu bohren, den Rohling zu verkupfern oder versilbern, das gestanzte Metallblech mit dem metallüberzogenen Rohling zusammenzufügen und den Aufbau durch Hartlöten zu vereinigen. Diese Arbeitsweise bietet verschiedene Schwierigkeiten. Erstens ist die genaue Ausfluchtung von in den getrennten Teilen erzeugten Löchern zu schwierig. Zweitens kann ein überschuss des Kupfer- oder Silberhartlots Spinn-Kapillaren teilweise oder vollständig blockieren. Drittens tritt während des Hartlötens eine Verformung des Aufbaus ein. Viertens erlauben Diskontinuitäten im Hartlötmetall ein Auftreten von Leckstellen zwischen dem Metallblech und dem Rohling. Die US-PS 3 279 284 schlägt vor, den Einsatz von Hartlotmetall durch Schnellschweissen zu vermeiden, z. B. die Teile durch Detonierenlassen eines flächenhaften explosiven Materials aneinander explosionszubinden. Eine auf diese Weise erzeugte, adäquate Bindung führt aber unvermeidbar zu einer gewissen Verformung der relativ weichen Flächenschicht, die die Spinn-Kapillaren aufweist; eine Wiederherstellung eines ebenen Zustande der Fläche durch dann Polieren führt zu Ungleichmassigkeiten der Längen der Spinn-Kapillaren, was störende Titerschwankungen der gebildeten Fäden verursacht.

Die vorliegende Erfindung stellt eine laminierte Spinndüse, mit der die aufgezeigten Schwierigkeiten bei bisherigen korrosionsbeständigen Spinndüsen vermieden werden, und ein Ver-

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fahren zu deren Herstellung zur Verfügung. Sie ermöglicht die Herstellung von Spinndüsen, die sich zum Spinnen von Fäden aus Poly-(p-phenylenterephthalamid) aus viscosen Lösungen des Polymeren in 98- bis 100%iger Schwefelsäure eignen, eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit besitzen und gleichmässige Spinn-Kapillaren aufweisen, deren Beständigkeit gegen Stump f- und Rundwerden der Austrittsumfänge verbessert ist.

Zu bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gehören Arbeitestufen, in denen man

a) ein Laminat aus einer Platte aus Tantallegierung oder rostfreiem Stahl, die auf einer Fläche mit einer Schicht handelsreinen Tantals plattiert ist, spanend zu einem Spinndüsen-Rohling arbeitet, wobei der Rohling-Bereich, der Spnndüsenöffnungen aufweisen soll, parallele, ebene Flächen hat, eine genügende Dicke besitzt, um ein Ausbauchen der Spinndüsenfläche bei Spinndrücken zu verhindern, und eine Tantal-Austrittsflächenschicht von etwa 0,6 bis 1,0 mm Dicke (etwa 0,025 bis 0,04 Zoll) aufweist,

b) am Ort jeder Spinndüsenöffnung durch die Platte und zum Teil in die Tantalschicht eine Schulterbohrung bohrt,

c) am Boden jeder Schulterbohrung einen sich konisch verjüngenden Abschnitt ausbildet,

d) durch Einhüllen des Spinndüsen-Rohlings in Tantalmetallfolie und Wärmebehandeln des Rohlings im Vakuum bei etwa 980

bis 1100° C (etwa 1800 bis 2000° F) eine weichgeglühte Tantalschicht bildet,

e) eine axial fluchtende Spinn-Kapillare von etwa 0,002 bis 0,008 mm (etwa 3 bis 12 Quadratmils) Querschnittsfläche von der Spitze jeder konischen Verjüngung durch die Tantalschicht zur Austrittsfläche des Spinndüsen-Rohlings bildet,

f) durch Polieren der Spinndüsen-Austrittsfläche durch die Stanzarbeiten gebildete Vorsprünge entfernt und

g) durch Wärmebehandeln der Spinndüse in Stickstoff bei etwa 870 bis 930° C (etwa 1600 bis 1700° F) die Fläche härtet.

In Stufe e) können Spinn-Kapillaren jedes gewünschten Querschnitts ausgebildet werden. Im allgemeinen werden Kapillaren

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mit einem Durchmesser von etwa 0,05 bis 0,10 mm (etwa 2 bis 4- mils) und einer Länge gleich mindestens etwa dem Zweieinhalbfachen des Durchmessers bevorzugt.

Die zur Bildung des Spinndüsen-Rohlings in Stufe a) eingesetzte, tantalplattierte Platte wird nach an sich bekannten Methoden zum Verschweissen eines Metalls mit einem anderen durch eine dünne, von einer Mischung bzw. einem Gemenge der beiden Metalle gebildete Ubergangsschicht hergestellt. Die Verschweissung wird vorzugsweise durch Explosionsplattieren, wie in US-PS 3 137 937 beschrieben, bewirkt. Das Laminat besteht vorzugsweise aus einer Schicht handelsreinen Tantals, die auf eine Platte aus Tantal, das mit 2 bis 3 % seines Gewichts an Wolfram legiert ist, explosionsaufplattiert ist.

Die Erfindung umfasst auch Spinndüsen, bei denen die Austrittsflächenschicht von einer Legierung von Gold oder Platin gebildet wird, wenngleich auch solche Edelmetallegierungen viel kostspieliger als Tantal sind. Die korrosionsbeständige Spinndüse gemäss der Erfindung kann nach einer Ausführungsform eine Unterlageplatte aus Tantallegierung oder rostfreiem Stahl und eine Austrittsflächenschicht aus einem Material aus der Gruppe handelsreines Tantal, Gold-Platin-Legierung, Gold-Platin—Rhodium-Legierung, Gold-Platin-Rhenium-Legierung und Gold-Rhodium-Legierung aufweisen, wobei die Austrittsfläche etwa 0,6 bis 1,0 mm (etwa 0,025 bis 0,04 Zoll) dick und an die Unterlagsplatte durch eine relativ dünne Ubergangsschicht gebunden ist, die von einem Gemenge der in der Unterlageplatte und der Austrittsflächenschicht eingesetzten Metalle gebildet wird, wobei sich eine Schulterbohrung durch die Unterlageplatte und zum Teil in die Austrittsflächenschicht erstreckt, am Boden der Schulterbohrung ein sich konisch verjüngender Abschnitt vorliegt und eine Spinn-Kapillare sich von dem sich konisch verjüngenden Abschnitt durch die Austrittsflächenschicht erstreckt, wobei der Querschnitt der Kapillare etwa 0,002 bis 0,008 mm² (etwa 3 bis 12 Quadratmils) beträgt und wesentlich geringer als derjenige der Schulterbohrung ist und die Länge der Kapillare mehr als etwa

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0,13 mn (etwa 5 mils) beträgt.

Vorzugsweise kennzeichnet sich die Tantallegierung bzw. der

rostfreie Stahl der Unterlageplatte durch eine Streckfestig-

o keit im geglühten Zustand von mindestens 5625 kg/cm (80 000 Pounds/Quadratzoll), eine Dehnung von mindestens 10 % und eine Korrosionsrate von unter 0,025 mm/Jahr in Schwefelsäure.

Vorzugsweise kennzeichnet sich das handelsreine Tantal bzw. die Goldlegierung der Flächenschicht durch eine Streckfestigkeit im geglühen Zustand von unter 2110 kg/cm (30 000 Pounds/Quadratzoll), eine Dehnung von mindestens 20 % und eine Korrosionsrate von unter 0,025 mm/Jahr in Schwefelsäure.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einem Vertikalschnitt eine runde, napfförmige Spinndüse nach einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 eine stark vergrösserte Schnittaneicht eines Teils von Fig. 1 mit einem einzelnen Spinndurchlass.

Die Spinndüse 10 wird von einer Unterlageplatte 12 und einer Austrittsflächenschicht 14 gebildet. Die Unterlageplatte wird aus Tantallegierung oder rostfreiem Stahl hergestellt. Die Austrittsflächenschicht wird vorzugsweise aus handelsreinem Tantal hergestellt, kann aber auch von einer Edelmetallegierung gebildet werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Flächenschicht durch Explosionsplattieren an die Unterlageplatte gebunden worden, wobei sich eine wellenartige Zwischen- oder Grenzfläche 22 ausbildet, an der sich die Metalle ineinander gemengt haben. Von der Eintrittsfläche 18 zur Austrittsfläche 20 der Spinndüse erstrecken sich Spinndurchlässe 16. Die beiden Flächen sind eben und parallel zueinander. Gewöhnlich wird eine grössere Zahl von Spinndurchlässen als in der Zeichnung

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gezeigt vorliegen. Ein Spinndurchlass umfasst eine zylindrische Schulterbohrung 24-, die durch die Unterlageplatte und zum Teil in die Flächen schicht hinein gebohrt wird (wie von der gestrichelten Linie 30 gezeigt), eine konische Verjüngung 26, zu deren Bildung man in den Boden der Schulterbohrung eine Einstanzung auf eine Tiefe vornimmt, die die gestrichelte Linie 32 zeigt, und eine Spinn-Kapillare 28, die durch die verbleibende Dicke der Flachenschicht hindurch gebildet wird. Die hier gezeigte Kapillare hat eine Länge gleich etwa dem Dreifachen ihres Durchmessers. Die Flächenschicht 14 muss genügne dick sein, um die konische Verjüngung 26 und die Kapillare 28 voll aufzunehmen; sie hat typischerweise eine Dicke in der Grössenordnung von 0,6 bis 1,0 mm. Die Unterlageplatte hat in dem Bereich mit Spinndurchlässen gewöhnlich eine etwas grössere Dicke als die Flächenschicht, ist aber vorzugsweise nicht dicker als es zur Vermeidung eines Ausbauchens der Spinndüsenfläche bei Spinndrücken, die sich im Einsatz ergeben werden, ausreicht.

Spinndüsen gemäss der Erfindung eignen sich besonders zum Spinnen von Polyamidfäden ungewöhnlich hoher Festigkeit, wie es in US-PS 3 767 756 beschrieben ist. Der Prozess erfordert den Einsatz hochkorrosiver Lösungsmittel, wie von 98%iger Schwefelsäure, von Chlorschwefel säure oder Fluorschwefelsäure oder von deren Mischungen. Darüberhinaus haben die Polymerlösungen eine solche Rheologie, dass bevorzugte Zugfestigkeitseigenschaften erhalten werden, wenn man mit Spinn-Kapillaren geringen Durchmessers (D) und hoher Verhältnisse von Länge zu Durchmesser (L/D) arbeitet. Typische Kapillar— Durchmesser sind 0,05 bis 0,10 mm bei L/D-Verhältnissen von mindestens etwa 2,5· Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Schulterbohrung das 6- bis 12- oder mehrfache desjenigen der Spinn-Kapillare, und vorzugsweise beträgt die Längee der Schulterbohrung (einschliesslich der konischen Verjüngung, welche die Schulterbohrung mit der Spinn-Kapillare verbindet) das etwa 2- bis 8fache des Durchmessers der Schulterbohrung. Diese Bemessungen erfordern, in Verbindung mit den hohen Fliessviscositätswerten, hohe Spinndrücke.

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Laminierte Spinndüsen für diesen Zweck können dem Plattentyp, Scheibentyp oder Napf- bzw. Bechertyp mit flachem Boden mit die Austrittsfläche senkrecht durchsetzenden Spinn-Kapillaren von rundem oder unrundem Querschnitt angehören. Die Unterlageplatte wird von Metall gebildet, das eine Streckfestigkeit im geglühten Zustand bei 0,2 % bleibender Dehnung von mindestens 5 625 kg/cm (80 000 Pounds/Quadratzoll), eine Dehnung bei 2,5^ cm Messlänge von nicht unter 10 % und eine Korrosionsrate von nicht über 0,025 mm/Jahr hat. Die Austritt sflachenschicht wird von einem Metall gebildet,das eine Streckfestigkeit im geglühten Zustand bei 0,2 % bleibender

Dehnung von unter 2 110 kg/cm (50 000 Poundn/Quadratzoll), eine Dehnung bei 2,5^ cm Messlänge von nicht unter 20 % und eine Korrosionsrate von nicht über 0,025 mm/Jahr hat. Die Zug-

festigkeit (in kg/cm bzw. Pounds/Quadratzoll) und die Dehnung

werden nach ASTM-Prüfnorm E8-69 unter Verwendung des rechteckigen Zugfestigkeitstestprüflings ("Rectangular Tension Test Specimen") bestimmt. Die Korrosionsrate wird mit der 168-Stunden-Tauchprüfung nach ASTM-Prüfnorm G31-72 unter Anwendung von Schwefelsäure-Konzentrationen von bis zu 100 % bei Temperaturen von 0 bis 100° C bestimmt.

Das bevorzugte Material für die Unterlageplatte ist mit 2 bis 3 % Wolfram legiertes Tantal. Legierungen dieser Art, die auch ein Kornfeinungsmittel, wie Niob, enthalten, sind weniger erwünscht, da die spanende Bearbeitung schwieriger ist. Tantallegierungen mit einem Gehalt von bis zu 15 Gew.% an Wolfram sind verwendbar, aber schwierig spanend zu bearbeiten, und beim Bohren der Schulterbohrungen stellt sich ein hoher Werkzeugverschleiss ein. Rostfreie Stähle mit der benötigten Streckfestigkeit, Dehnung und Korrosionsbeständigkeit sind ebenfalle verwendbar.

Das bevorzugte Material für die Austrittsflächenschicht ist handelsreines Tantal. Seine Streckfestigkeit beträgt nach dem Plattieren über 2 110 kg/cm , und die Ausbildung von Spinn-Kapillaren hoher L/D-Verhältnisse ist technisch nicht gangbar.

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Wenn man dieses Material aber in Tantalfolie eingehüllt unter Vakuum bei etwa 982° C (etwa 1800° F) glüht, wird seine Streckfestigkeit auf unter 2110 kg/cm reduziert, und man kann im technischen Rahmen Spinn-Kapillaren von hohen L/D-Verhältnissen unter sorgfältigem Arbeiten bilden. Die Austrittsflächenschicht trägt, da ihre Streckfestigkeit nahe 2100 kg/cm liegt, auch zur Beständigkeit der Spinndüse gegen Verformung unter Druck bei. Darüberhiηaus kann man ihre Oberfläche im Sinne einer besseren Beständigkeit gegen Verkratzung im Einsatz oberflächlich härten, indem man genügende Zeit (gewöhnlich etwa 1 Stunde) in einer Stickstoffatmosphäre bei etwa 890° C erhitzt.

Für die Plattierschicht können auch andere Materialien als Tantal Verwendung finden, solange sie die benötigte Korrosionsbeständigkeit und Streckfestigkeitswerte im geglühten Zustand von unter 2110 kg/cm aufweisen. Zu solchen Materialien gehören - in der Reihenfolge zunehmender Härte geordnet - Gold, M-Metall (90 Gew.% Gold/10 Gew.% Rhodium), C-Metall (69,5 Gew.% Gold/30 Gew.% Platin/0,5 Gew.% Rhodium), D-Metall (59,9 Gew.% Gold/40,0 Gew.% Platin/0,1 Gew.% Rhenium) und Z-Metall (50,0 Gew.% Gold/4-9,0 Gew.% Platin/1,0 Gew.% Rhodium). Das letztgenannte Metall hat im wesentlichen die gleiche Härte wie Tantal. Eine Legierung aus 75 % Gold und 25 % Platin ist ebenfalls geeignet. Alle diese Metalle sind aber kostspieliger als Tantal. Mit Ausnahme des Z-Metalls unterliegen alle diese Metalle im Einsatz Schädigungen leichter als Tantal. Weichere Materialien sind jedoch von Vorteil, wenn Kapillaren mit recht hohem L/D-Verhältnis (z. B. von über 3»5) auszubilden sind.

Das Explosionsplattieren wird vorzugsweise in der in US-PS 3 137 937 beschriebenen Weise bewirkt. Man ordnet die beiden zu bindenden Schichten duktilen Metalls so an, dass sie parallel liegen und mindestens 0,025 mm voneinander getrennt sind, gibt gleichmässig über eine Aussenfläche einen Explosivstoff mit einer Detonationsgeschwindigkeit von über

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1200 m/s, aber unter 120 % der Schallgeschwindigkeit und lässt die Detonation sich, vom einen Rand der explosivstoff tragenden Schicht ausgehend, parallel zu den Schichten fortpflanzen. Dabei fällt eine kontinuierliche, metallurgische Bindung an der Grenzfläche an, für die eine wellenartige Ineinandermengung der beiden Netalle charakteristisch ist.

Ein unvermeidbares Ergebnis des Explosionsplattierens ist eine gewisse plastische Deformation der Schichten. Das spanende Arbeiten des Laminats erfordert daher als Minimum ein Schleifen und Polieren der Austritts- und Eintrittsflächen, um diese eben und parallel zu machen. Normalerweise ist auch ein spanendes, präzises Bearbeiten des Umfangs zur Ausbildung der Form und Grosse eines Spinndüsen-Rohlings notwendig. Häufig wird man beim spanenden Bearbeiten das Laminat in einen napfförmigen Spinndüsen-Rohling der in Fig. 1 erläuterten Art überführen.

In dem zur Bildung von Spinndurchlässen gewählten Bereich des Spinndüsen-Rohlings wird in an sich bekannter Weise für jeden Spinndurchlass eine Schulterbohrung gebohrt. Man kann in diesem Stadium auch Ausgangsverjüngungen mit relativ grossen, eingeschlossenen Winkeln bohren. Jedes der anfallenden Löcher soll sich über eine gleichmässige Entfernung von der Eintrittsfläche des Spinndüsen-Rohlings auf eine Tiefe erstrecken, bei der die im allgemeinen horizontalen Bodenflächen des Lochs vollständig in der Plattierschicht liegen. Dann wird die Endverjüngung (mit dem kleinsten eingeschlossenen Winkel) am Boden jedes Lochs durch Stanzen ausgebildet. Wenn sich das gebohrte Loch nicht in die Plattierschicht erstreckt, wird durch das Stanzen der Endverjüngung Metall von der Unterlageplatte längs der Wandungen der Verjüngung prägeartig eingezogen und auf diese Weise ein Hartwerden der Wandungen erzeugt und ein Bruch von Stanzwerkzeugen verursacht, die an-Bchliessend zur Bildung von Spinn-Kapillaren eingesetzt werden. Falls irgendeine dieser Arbeiten zur Bildung von Vorsprüngen auf der Austrittsfläche führt, soll die Austrittsfläche zu

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einem ebenen Zustand poliert werden, bevor man weiterarbeitet.

Vor der Bildung von Spinn-Kapillaren in dem plattierten Flächenmetall 8;11 der Spinndüsen-Rohling durch Glühen weichgemacht werden, um einen Bruch von Werkzeugen zur Kapillarbildung zu minimieren. Das Material der Plattierschicht soll eine Streckfestigkeit im geglühten Zustand von unter 2100 kg/cm haben, um einen Bruch der Bildungswerkzeuge, insbesondere beim Ausbilden von Kapillaren mit L/D-Verhältnissen von mindestens etwa 2,5» zu vermeiden. Zeit- und Temperatur-Bedingungen zum Glühen (Annealing) der Plattiermaterialien sind vertraut. Beim Glühen des bevorzugten Tantals in Gegenwart von Sauerstoff stellen sich harte, oxidierte und verfärbte Oberflächen ein. Zur Vermeidung dieser Mangel wird ein Spinndüsen-Rohling mit Tantalplattierschicht zuerst eng in Tantalmetallfolie eingehüllt bzw. -wickelt und dann in einem Vakuum bei etwa 982° C geglüht. In dem geglühten Rohling wird durch die verbliebene Dicke der Plattierschicht hindurch am Boden jedes Lochs eine Spinn-Kapillare der jeweils gewünschten Querschnittsform ausgebildet. Zur Entfernung entstandener Vorsprünge wird die Austrittsfläche dann poliert.

Die Bildung von Spinn-Kapillaren erfolgt mit einem Bildungewerkzeug, d. h. einem länglichen, stanzenartigen Werkzeug, das an seinem Ende eine kleine Verlängerung aufweist, die langer als die gewünschte Kapillare ist, aber genau den gleichen Querschnitt wie diese hat. Die Verlängerung des Bildungswerkzeugs wird durch die Dicke der Spinndüsenplatte, die zwischen deren Austrittsfläche und dem Boden eines vorgebildeten Schulterbohrungslochs verblieb, hindurchgestossen. Dieser Vorgang ist dem Stanzen verwandt und wird auch oft als solches bezeichnet.

Je weicher das Material der Plattierschicht ist, desto leichter wird es bei der Handhabung beschädigt. Die fertiggestellte Spinndüse soll daher soweit wie möglich gehärtet werden. Bei den meisten Materialien wird hierzu in an sich

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bekannter Weise auf eine Temperatur nahe der Glühtemperatur erhitzt und darauf langsam abgekühlt. Tantal wird vorzugsweise durch etwa einstündiges Erhitzen in einer Stickstoffatmosphäre bei 890° C oberflächengehärtet.

Ende der Beschreibung

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Korrosionsbeständige Spinndüse mit einer Unterlageplatte (12) aus Tantallegierung oder rostfreiem Stahl und einer Austrittsflachenschicht (14) aus einem Material aus der Gruppe handelsreines Tantal, Gold-Platin-Legierung, GoId-Platin-Rhodium-Legierung, Gold-Platin-Rhenium-Legierung und Gold-Rhodium-Legierung, wobei die Austrittsflachenschicht (14) etwa 0,6 bis 1,0 mm dick und an die Unterlageplatte (12) durch eine relativ dünne Ubergangsschicht gebunden ist, die von einem Gemenge der in der Unterlageplatte (12) und der Austrittsflachenschicht (14) eingesetzten Metalle gebildet wird, wobei sich eine Schulterbohrung (24) durch die Unterlageplatte (12) und zum Teil in die Austrittsflächenschicht (14) erstreckt, am Boden der Schulterbohrung (24) ein sich konisch verjüngender Abschnitt (26) vorliegt und eine Spinn-Kapillare (28) sich von den sich konisch verjüngenden Abschnitt (26) durch die Austrittsflachenschicht (14) erstreckt, wobei die Querschnittsfläche der Kapillare (28) etwa 0,002 bis 0,008 mm² beträgt.

   2. Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tantallegierung bzw. der rostfreie Stahl eine Streckfestigkeit im geglühten Zustand von mindestens 5625 kg/cm eine Dehnung von mindestens 10 % und eine Korrosionsrate von unter 0,025 mm/Jahr in Schwefelsäure hat.

   5· Spinndüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das handelsreine Tantal bzw. die Goldlegierung eine Streckfestigkeit im geglühten Zustand von unter

   2110 kg/cm , eine Dehnung von mindestens 20 % und eine Korrosionsrate von unter 0,025 mm/Jahr in Schwefelsäure hat.

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   4. Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsflächenschicht (14) von handelsreinem Tantal gebildet wird.

   5· Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Unterlageplatte (12) aus Tantal, das mit 2 bis 3 % Wolfram, bezogen auf das Gewicht des Tantals, legiert ist, und eine Oberflächenschicht (14) aus handelsreinem Tantal, das auf die Unterlageplatte (12) explosionsplattiert ist.

   6. Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5« gekennzeichnet durch einen Durchmesser der Spinn-Kapillare (28) von etwa 0,05 bis 0,10 mm und eine Länge derselben gleich mindestens etwa dem 2 1/2fachen des Durchmessers.

   7· Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Kapillare (28) wesentlich geringer als diejenige der Schulterbohrung (24) ist.

   8. Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7« dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Kapillare (28) mehr als etwa 0,13 mm beträgt.

   9· Verfahren zur Herstellung einer korrosionsbeständigen Spinndüse, die sich insbesondere zum Spinnen von Fäden aus Poly-(p-phenylenterephthalamid) aus einer viscosen Lösung des Polymeren in 98- bis 100?6iger Schwefelsäure eignet, dadurch gekennzeichnet, dass man a) ein Laminat aus einer Platte aus Tantallegierung oder rostfreiem Stahl, die auf einer Fläche mit einer Schicht aus Material aus der Gruppe handelsreines Tantal, Gold-Platin-Legierung, Gold-Platin-Rhodium-Legierung, Gold-Platin-Rhenium-Legierung und Gold-Rhodium-Legierung plattiert ist, spanend zu einem Spinndüsen-Rohling arbeitet, wobei der Rohling-Bereich,

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   der Spinndüsenöffnungen aufweisen soll, parallele, ebene Flächen hat, eine genügende Dicke besitzt, um ein Ausbauchen der Spinndüsenfläche bei Spinndrücken zu verhindern, und eine Austrittsflächenschicht von etwa 0,6 bis 1,0 mm Dicke aufweist,

   b) am Ort jeder Spinndüsenöffnung durch die Platte und zum Teil in die Austrittsflächenschicht eine Schulterbohrung bohrt,

   c) am Boden jeder Schulterbohrung einen sich konisch verjüngenden Abschnitt ausbildet,

   d) eine axial fluchtende Spinn-Kapillare von etwa 0,002

   ρ
   bis 0,008 mm Querschnittsfläche von der Spitze jeder konischen Verjüngung durch die Tantalschicht zur Austritt sflache des Spinndüsen-Rohlings bildet,

   e) durch Polieren der Spinndüsen-Austrittsfläche durch die Kapillarbildearbeiten gebildete Vorsprünge entfernt.

   10. Verfahren nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, dass man mit einer Austrittsflächenschicht aus handelsreinem Tantal arbeitet.

   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man zwischen Stufe c) und d) durch Einhüllen des Spinn-Düsen-Rohlings in Tantalmetallfolie und Wärmebehandeln des Rohlings im Vakuum bei etwa 980 bis 1100° C eine weichgeglühte Tantalschicht bildet.

   12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass man nach Stufe e) durch Wärmebehandeln der Spinndüse in Stickstoff bei etwa 870 bis 950° C die Fläche härtet.

   13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man in Stufe (d) Spinn-Kapillaren mit einem Durchmesser von etwa 0,05 bis 0,10 mm und einer Länge gleich mindestens etwa dem Zweieinhalbfachen des Durchmessers ausbildet.

   Neue Anspruchsseite

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   14-, Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Laminat einsetzt, das aus einer auf eine Platte aus Tantal, das mit 2 bis 3 % seines Gewichts an Wolfram legiert ist, explosionsplattierten Schicht handelsreinen Tantals besteht.

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