DE2744183A1

DE2744183A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen schmelzspinnen eines thermoplastischen polymers

Info

Publication number: DE2744183A1
Application number: DE19772744183
Authority: DE
Inventors: Richard Lea Ballman; Donald Lee Elbert; Archie Edward Everage
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1977-09-30
Publication date: 1978-04-06
Also published as: JPS5345412A; IT1085199B; FR2366384A1

Description

DR. BERG DiPL.-ING. STAPF DIPL-ING. SCHWADE DR. DR. SANDMAlR a„, ,

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 8602 4S

Anwaltsakte 28 462 30. Sept. 1977

MONSANTO COMPANY St. Louis, Missouri 63166 USA

Verfahren und Vorrichtung

zum kontinuierlichen Schme]zspinnen eines thermoplastischen Polymers

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen eines thermoplastischen Polymers von einem zur Faserbildung geeigneten Molekulargewicht.

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Bei bekannten Schmelzspinnverfahren wird das geschmolzene Polymer gewöhnlich kurz vor dem Extrudieren durch einen Spinndüsenkopf gefiltert. Vorrichtungen zum Durchführen derartiger Verfahren sind beispielsweise in den US-Patentschriften 2 266 363, 2 266 368 und 2 2?8 875 beschrieben.

Wenn sich der einem Spinndüsenkopf vorgeschaltete Filter verstopft oder zusetzt, muß das Schmelzspinnen jeweils unterbrochen werden, um den Filter zu reinigen, auszuwechseln oder sonstwie zu warten. Je nach Art des Verfahrens und des verarbeiteten Polymers können zwischen aufeinander folgenden Wartungen des Filters nur einige Stunden oder sogar einige Wochen liegen. Die Wartung des Filters erfordert jeweils eine Unterbrechung des im übrigen kontinuierlichen Schmelzspinnverfahrens und bedingt damit einen Produktivitätsverlust der sehr teuren Spinnvorrichtung. Abgesehen von dem durch die Wartung des Filters hervorgerufenen Zeitverlust entsteht ein weiterer Nachteil daraus, daß die Vorrichtung nach dem erneuten Anlaufen zunächst ein minderwertiges Garn erzeugt, bis sich das thermische Gleichgewicht wieder einstellt.

Zur Beseitigung dieser und anderer Mangel schafft die Erfindung eine Vorrichtung mit einer einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Dosierpumpe, Einrichtungen für die Zufuhr eines geschmolzenen Polymers wahlweise über jeweils einen von mehreren Filtern zum Einlaß der Pumpe, welche so eingerichtet sind, daß ein jeweils nicht in Gebrauch befindlicher f'Mlter ohne Unterbrechung der Zufuhr des

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Polymers zum Pumpeneinlaß gewartet werden kann, ferner mit einem Spinndüsenkopf und mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines beträchtlichen Widerstands gegen die Strömung des Polymers vom Pumpenauslaß zum Spinndüsenkopf im wesentlichen ohne Filterung des Polymers.

In einer anderen Ausführungsform schafft die Erfindung ein Schmelzspinnverfahren, bei welchem das Polymer durch ein Filtermedium hindurchgeleitet und das gefilterte Polymer mittels einer Dosierpumpe über eine Einrichtung zum Erzeugen eines beträchtlichen Widerstands gegen die Strömung des Polymers im wesentlichen ohne Filterung desselben einem Spinndüsenkopf zugeführt wird, und bei welchem das Filtermedium ohne Unterbrechung der Zufuhr des gefilterten Polymers von der Dosierpumpe zum Spinndüsenkopf erneuert wird.

In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung werden wenigstens 50$ und vorzugsweise wenigstens 90$ des wesentlichen Widerstands gegen die Strömung des Polymers durch Beschleunigung und Verzögerung der Strömung erzeugt. Besonders vorteilhafte Ergebnisse sind erzielbar, wenn die Strömung des Polymers wiederholt beschleunigt und verzögert wird, insbesondere wenn dabei der Widerstand gegen die Strömung des Polymers durch Verformung im wesentlichen der gesamten Menge des Polymers hervorgerufen v/ird.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Ks zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung der gegenseitigen

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Beziehungen der verschiedenen Teile einer Schmelzspinnvorrichtung und

Fig. 2 eine zerlegte Schrägansicht einer Einrichtung zum Erzeugen eines Strömungswiderstands mit Darstellung ihrer Anordnung in der Vorrichtung nach Fig. 1.

Eine in Fig. 1 dargestellte Anordnung weist eine Polymerzufuhreinrichtung 20 auf, Vielehe ein geschmolzenes Polymer wahl.v/eise über einen von zwei Filtern 22, 24 dem Einlaß einer Dosierpumpe 2f- zuführt. Die Inbetriebnahme des ,jeweils zu verwendenden Filters und die Stillsetzung des zu wartenden Filters erfolgt durch die Betätigung von Ventilen 28, 30, 32, 34. Zur Entlüftung des jeweils in Betrieb zu nehmenden Filters beim Überwechsel von einem Filter auf den anderen ist ,jeweils eine Entüftungsleitung 40, 4P mit einem Ventil 3^ bzw. 38 vorgesehen. Die verschiedenen Filter und Ventile sind so eingerichtet und angeordnet, daß dor ,"jeweils nicht in Betrieb befindliche Filter ohne Unterbrechung der Polymerzufuhr zum Pumpeneinlaß n-pwartet oder ausgewechselt werden kann. Geeignete Anordnungen solcher Ventile, Entlüftungseinrichtungen und Kilter sind in den US-Patentschriften 3 833 121 und 3 50⁷) 0^or> beschrieben.

Dosierte? Mengen des geschmolzenen Polymers werden vom Auslaß dor Pumpe P^r aus über eine Einrichtung 46 zum jirzeuren eines beträchtlichen Widerstands gegen die rolymorströmung in wesentlichen ohne Filterung derselben orinndür.nnkopf 44 zugeführt, eine bevorzugte Aus-

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Führungsform der Einrichtung 46 zum Erzeugen des Strömungswiderstands ist in Fig. 2 dargestellt. Sie weist eine Anzahl von jeweils von einer Mittelöffnung durchsetzten Scheiben 48, 50, 52 auf, welche abwechselnd mit jeweils nahe ihrem Rand von mehreren öffnungen durchsetzten Scheiben 54, 56 angeordnet sind. Ringförmige Dichtungen 58 bilden jeweils einen Abschluß entlang den einander gegenüberliegenden Umfangsbereichen der Scheiben und halten diese in gegenseitigem Abstand.

In einer praktischen Ausführungsform haben die Mittelöffnungen der Scheiben 48, 50, 52 jeweils einen Durchmesser von 7, 14 mm, und die dazwischen angeordneten Scheiben 54, 56 haben jeweils sechzehn öffnungen mit einem Durchmesser von 3,57 mm, wobei die Abstände zwischen einander benachbarten Scheiben jeweils 0,635 mm betragen. Das in dosierten Mengen vom Auslaß der Pumpe 26 her zugeführte Polymer durchströmt zunächst die Mittelöffnung der ersten Scheibe 48. Danach strömt es unter Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit radial auswärts zu den öffnungen der zweiten Scheibe 54, durch diese hindurch, und unter erneuter Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit radial einwärts zur Mittelöffnung der nächsten Scheibe 50. Darauf strömt es unter erneuter Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit wieder radial auswärts zu den Öffnungen der anschließenden Scheibe 56 und wiederum unter Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit radial einwärts zur Mittelöffnung der folgenden Scheibe 52. Die

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beschriebene Widerstandseinrichtung 46 erzeugt also nicht nur Scherkräfte innerhalb des Polymers, sondern bewirkt eine wiederholte Beschleunigung und Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit und damit eine elastische Verformung der gesamten Menge des Polymers, wodurch das Polymer in vorteilhafter V/eise für das Extrudieren durch die Spinndüsen konditioniert wird. Vorzugsweise findet eine mehrfach wiederholte Beschleunigung und Verzögerung der Strömung des Polymers statt.

Für jede gegebene Ausführung der Widerstandseinrichtung 46 kann der relative Beitrag der Scherkräfte und der elastischen Verformung, d.h. von Beschleunigung und Verzögerung, zum Strömungswiderstand unter Anwendung bekannter Verfahren ermittelt werden, beispielsweise nach Verfahren, wie sie in Savins: "Non-Newtonian Flow Through Porous Media", Industrial and Engineering Chemistry Symposium, 1970, S. 72 bis 101, insbesondere S. 81 und 93, beschrieben sind.

Der Ausdruck "ein beträchtlicher Widerstand gegen die Strömung des Polymers" bedeutet, daß wenigstens ein Fünftel und vorzugsweise wenigstens die Hälfte des am Auslaß der Dosierpumpe 26 erzeugten Druck durch die Widerstandseinrichtung 46 aufgezehrt wird, währen der restliche Druck dann durch den Spinndüsenkopf 44 aufgezehrt wird.

Der Ausdruck "im wesentlichen ohne Filterung" bedeutet, daß im wesentlichen alle von den Filtqrn 22 oder 24 durchgelas-

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senen Feststoffteilchen auch die Widerstandseinrichtung passieren. Dementsprechend kann die Widerstandseinrichtung als ein Filter ausgebildet sein oder einen solchen enthalten, dessen Porosität bzw. Porengröße vorzugsweise wenigstens gleich oder größer ist als die Porosität der Filter 22, 24.

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Claims

DR. BERG ΓΚΡΙ ING. STAPF DIPL-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 8602 45 P_a_t_e_n_t_a_n_s_g_r_ü_c_h_e

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelzspinnen eines thermoplastischen Polymers mit einem zur Paserbildung geeigneten Molekulargewicht, gekennzeichnet durch eine einen Einlaß und einen Auslaß aufweisende Dosierpumpe (26), durch eine Einrichtung $8 bis 42) für die Zufuhr des geschmolzenen Polymers wahlweise über einen von mehreren Filtern (22, 24) zum Einlaß der Pumpe, welche derart ausgebildet und eingerichtet sind, daß ein nicht in Betrieb befindlicher Filter ohne Unterbrechung der Polymerzufuhr zum Pumpeneinlaß gewartet werden kann, durch einen Spinndüsenkopf (44) und durch eine Einrichtung (46) zum Erzeugen eines beträchtlichen Widerstands gegen die Strömung des Polymers vom Auslaß der Pumpe zum Spinndüsenkopf im wesentlichen ohne Pilterung.

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t (019) 91 «2 72 t Manchen W, Mauert iicherstnBe 45 Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100

917043 Tetecrunnie: BERGSTAPFPATENT München Hypo Bank München 3192623

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g c k e η η zeichnet, daß wenigstens 50/) des beträchtlichen Widerstands gegen die Strömung des Polymers durch Beschleunigung und Verzögerung der Strömung des Polymers bewirkbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch P, dadurch :·; e k e η η zeichnet, daß wenigstens 90$ des beträchtlichen Widerstands gegen die Strömung des Polymers durch Beschleunigung und Verzögerung der Strömung des Polymers bewirkbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch ?, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine wiederholte Beschleunigung und Verzögerung der Strömung des Polymers bewirkbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch Λ , dadurch g e k e η η zeichnet, daß der beträchtliche Widerstand r,or,en die Strömung des Polymers durch Verformung im wesentlichen der gesamten Menge des Polymers bewirkbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Füilfte des am Auslaß der Pumpe (2f>) erzeugten Druck durch die Widerstnnrlse i^r richtung aufzehrbar ist.

7· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze ί c h η e t, daß die Widorstandsoinrichtunr (W) eine Porosität aufweist, v/elcho wenigstens gleich (}er Porosität des .jeweils in Betrieb befind I ichen KiI tern ist.

8. Verfahren zum kontinuierlichen ochmelzi?pirmon von Fasern aus einem thermoplastischen Polymer mit- einem zur

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Pasorbi ldunp; preeirrncten Ho] ekularp-evd cht, dadurch gekennzeichnet., daß dps Polymer durch ein Filtermedium gefiltert wird, daß dos gefilterte Polymer d\3rch eine Dosierpumpe hindurch und von deren Auslaß über eine Einri chtunp: zum Erzeugen eines beträchtlichen Widerstands p:ep:on die Strömung den Polymers im wesentlichen ohne Filterung desselben einem Spinndüsenkopf zugeführt wird, und daf? dar ^i 1 termed ium ohne Unterbrechung der Zufuhr des rofi1 torton Polymers durch die Pumpe hindurch zum Spinndüsenkopf f^rev;artet oder erneuert wird.

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