DE3417390A1

DE3417390A1 - Schmelzspinn-duesenspitze mit einteilig ausgebildeten zugriegeln

Info

Publication number: DE3417390A1
Application number: DE3417390A
Authority: DE
Inventors: David L. Roswell Ga. Middleton
Original assignee: Kimberly Clark Corp
Current assignee: Kimberly Clark Corp
Priority date: 1983-05-12
Filing date: 1984-05-10
Publication date: 1984-11-15
Also published as: KR910007554B1; CA1221511A; JPS6034611A; AU556536B2; KR850000365A; AU2794784A; ZA843211B; US4486161A; MX158800A; GB2142273B; GB8412115D0; JPH0461085B2; GB2142273A

Description

Schmelzspinn-Düser.spitze mit einteilig ausgebildeten Zugriegeln

κ B e s c h r e i- b u η g

Die vorliegende Erfindung-tre^Teht sich auf Schmelzspinn-Düsen und insbesondere auf eine verbesserte Konstruktion für Düsenspitzen de-ra-rt^rger-Düsen.

Eine Konstruktion für Schmelzspinn-Düsen verwendet -eine Düsenspitze mit einem allgemein dreieckigen, vorspringenden Teil, der .an einem Düsenkörper befestigt :.str~In derartigen Düsen ist der Düsenkörper mit einer Verteilermulde für die Verteilung der Strömung des geschmolzenen Polymers auf der gesamten Länge der Düse versehen, ' während die Düsenspitze eine Reihe von öffnungen kleinen Durchmessers auf v/eist, die sich bis zum äußersten Ende der Düsenspitze erstrecken, durch welche das geschmolzene Polymer direkt in zwei konvergierende Hochgeschwindigkeitsströme eines Heißgases extrudiert wird.

Die aus dem geschmolzenen Material geformten Fasern werden durch die Gasströme verfeinert und in diskrete Längen · getrennt. · ν . -----

In derartigen Düsen ist die Verteilermulde mit einem zu den Düsenöffnungen führenden Kanal in der Montagefläche der Düsenspitze verbunden. Die vorliegende Erfindung betrifft einteilige Düsenspitzen-Konstruktionen, die aus einem massiven Metallblock herausgearbeitet sind. In Produktionsdüseh kann die Länge des Kanals in der Düsenspitze 30*18 - 3658 mm (10 - 12 Fuß) sein, während die Breite des Kanals üblicherweise weniger als 12,7 mm (0,5 Zoll) beträgt.

Die Öffnungen, durch welche geschmolzenes Material unter hohem Druck extrudiert wird, sind äußerst klein, in der

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"1 -Größcjnordriung von υ,254 mm (0,010 Zoll) bis 6,35 mm ~~ . (0,2S'2oll) im Durchmesser und-liegen in einer Reihe.

^-SIe können typischerweise mit einer Teilung von etwa 30' _■". Öffnungen pro 25,4 mm—aHß&eo-r-dRet sein und sich über die gesarate Länge der Düsenspitze durch einen Abschnitt aus' : Metall zwischen dem, Kanalboden und dem äußersten Ende der Düsenspitze mit einer Di.cke"^von weniger als 3,175 mm (1/8 Zoll) erstrecken. Semit verbleibt sehr wenig Metall . zwischen den öffnunger—B-rz-ielung mechanischer Festig- \ keit, um die gegenüberliegenden Hälften der Düsenspitze zusammenzuhalten.

Mechanische Festigkeit ist erforderlich, um dem inneren, nach außen gerichteten Druck zu widerstehen, der durch vom Düsenkörper in den Kanal gedrücktes und zum Extru-

dieren durch die Düsenöffnungen strömendes, geschmolzenes ■ Polymer ausgeübt wird. Bis heute wurden zur Festigkeitserhöhung der Düsenspitze den Kanal überspannende Maschi-• nenschrauben eingeschraubt und rohrförmige Abstandshalter . 20 in Kombination mit den Schrauben verwendet, um die Hälften der Düsenspitzen zusammenzuhalten. Derartige Verfahren der Festigkeitserhöhung führten zu Schwierigkeiten. Bei-

. spielsweise können sich die Abstandshalter unter Betriebsbedingungen drehen, so daß Abstandshalter mit speziellen, stromlinienförmigen Ausbildungen zur Verbesserung der . . KLymerströmung nicht in Position gehalten werden können und der Vorteil spezieller stromlinienförmiger Ausbildung'

-"■-■■" verloren geht. Eine andere Schwierigkeit ergab sich daraus, daß die Abstandshalter an den Stellen, wo sie der Fläche des Kanals an jedem Ende anliegen, kleine Vertiefungen . an solchen Verbindungsstellen bilden, in denen sich Polymerpartikel ansammeln und zersetzen können. Weiterhin kann das Reinigen und Waschen der Düsenspitze Korrosion der 'Schrauben infolge Durchtretens von Flüssigkeit durch die Fugen zwischen den Abstandshaltern und. den Kanälen verursachen. Zur Vermeidung einer derartigen Korrosion ist vollständige Demontage erforderlich.

Das.Hauptziel dieser Erfindung besteht darin, die Hälften, einer Düaenspitze miteinander· durch Material·-zu verbinden, das einstückig mit dem Material ist, aus dem die' Dusen-spitze besteht, um—s-o—die- Düsenspitze zu verstärken, so _ daß diese dem inneren, nach außen gerichteten Druck wider-

rs

steht,- der durch das durch die Düsenspitze gedrückte geschmolzene Polymer verursatfhf7~ist.

Ein anderes Ziel" ts-fer-d-ie-Bereits tellurig vorteilhaft mit ■-Abstand angeordneter und geformter Zugriegei zum gegen- . _ seitigen Befestigen derHälften der Düsenspitze. -

Weitere Ziele" ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung: .

.'""·-.- . '■-■■■.

Es zeigen · -.._."..

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Düsen- ./ '"''■ spitze mit einstückigen Zugriegeln, die gemäß der Erfindung konstruiert sind, ' -V-

Figur 2 einen Querschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten Düsenspitzen-Konstruktion mit Maschinenschrauben und Abstandshaltern zum gegenseitigen Befestigen der Hälften der Düsenspitze, . -

Figur 3 einen Querschnitt einer erfxndungsgemaß konstru-.ierten Düsenspitze, die an einei¹. mit'Phantomlinien dargestellten Düsenkörper angesetzt ist,

Figur K einen Schnitt der in Figur 1 gezeigten Düsenspitze im wesentlichen entlang der Ebene der Linien 4-4 in Figur 1,

Figur 5 einen Teilschnitt im wesentlichen in der Ebene der Linien 5-5 in Figur 4, der einen einzigen, gemäß der"Erfindung konstruierten Zugriegel darstellt, und

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. Figur 6 einen Querschnitt ähnlich der Figur 5, der "^- eine alternative Form eines Zugriegels zeigt.

-" Figur Γ zeigt eine zur Montage an einem Düsenkörper 11 (Figur 3) eingerichtete · Düsenspitze 10 für eine Schmelzspinndüse. Die Düsenspitze 10 weist einen vorspringenden Teil 12 von allgemein dreieckigem,Querschnitt mit einer das äußerste Ende. 13 der Düsenspitze gegenüber der Montagefläche 14 formenden scharfen Kante auf. Ein Kanal 16 verläuft von der Montagefläche 14 in Längsrichtung der Düsenspitze 10 nach innen, während eine Reihe von Öffnungen 18 mit äußerst kleinem Durchmesser in der Größenordnung "von 0,254 mm (0,010 Zoll) bis 0,635 mm (0,025 Zoll) •''sich von dem unteren Ende 20 eines sich verjüngenden Teils 21 das Kanals Ϊ6 bis zum äußersten Ende 13 der Düsenspitze ,•10 erstreckte Wenn die Düsenspitze 10, wie In Figur 3 dargestellt, an einem Düsenkörper angebracht ist, verteilt eine mit dem Kanal 16 in Verbindung stehende, nicht ge- -.zeigte Vertiefung in der Paßfläche des Düsenkörpers 1 1 die von einem Extruder aufgenommene Strömung geschmolzenen Polymers über die Gesamtlänge der Düsenspitze 10 und fördert das geschmolzene Polymer in den Kanal 16 hinein und durch die Öffnungen 18 hindurch, von denen das geschmolzene Polymer direkt in zwei, allgemein mit den Pfeilen in Figur 3 dargestellte konvergierende Hochgeschwindigkeitsströme eines Heißgases hinein extrudiert wird. Die aus dem geschmolzenen Polymer geformten Fasern werden durch die Hochgeschwindigkeits-Gasströme verfeinert und in "Mikrofasern" kleinen Durchmessers und diskreter Länge getrennt.

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Die Düsenspitze 10 ist vorzugsweise aus einem massiven Metallblock gearbeitet, wobei der Kanal 16 und die Düsenöffnungen 18 durch Bearbeitungsverfahren, wie beispielsweise durch die als EDM bekannte elektrische Entladungs-Bearbeitung, ausgeschnitten sind. Erfindungsgemäß ist der Kanal 16 so gearbeitet, daß eine Mehrzahl von Zugriegeln 22 stehenbleibt, die einteilig mit der Düsenspitze 10 sind und den Kanal 16 zur Verstärkung der Düsenspitze 10

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überspannen, so daß diese dem inneren, nach außen gerich- ; teten Druck widersteht, der durch vom Düsenkörper in den Kanal gedrücktes und zu den Düsenöffnungen 18 strömendes, geschmolzenes Polymer ausgeübt wird.

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Bisher wurden in den aus dem_jStand der Technik bekannten Düsenspitzen-Konstruktio'nen, von denen eine als Beispiel-

"-- in Figur 2 dargestellt ist, die gegenüberliegenden Hälften der Düsenspitze 10· durch Mittel wie beispielsweise Maschi-

IQ nenschrauben 2H zusammengehalten, die sich quer über den Kanal 16^f erstrecken. Abstandshalter.26, durch welche hindurch die .Maschinenschrauben verlaufen, sind als-Teil ~ der Verstärkungs-Anordnung vorgesehen. Diese Abstandshalter 26 können eine Tropfenform-Konstruktion aufweisen, um die Polymerströmung durch den Kanal 16*' an den Abstandshaltern vorbei zu den Düsenöffnungen 18' zu verbessern-Wie vorstehend erwähnt, können derartige Abstandshalter in der Praxis rotieren, so daß die stromlinienförmigen Gestaltungen nicht in Position gehalten werden können und der Vorteil derartiger spezieller Gestaltungen verloren ist.

In Übereinstimmung mit der Erfindung werden anstelle der bisher bekannten Maschinenschrauben und Abstandshalter Zugriegel 22 verwendet, die derart geformt sind, daß Störungen der Polymerströmung auf ein Minimum verringert sind. Eine bevorzugte, in den Figuren 1 und 5 dargestellte Form, weist einen allgemein elliptischen Querschnitt mit in Strömungsrichtung des geschmolzenen Polymers vorlaufenden und nachlaufenden scharfen Kanten auf. Der Begriff "allgemein elliptisch" schließt Formen ein, die, wie in Figur 5 dargestellt, symmetrisch und"im mittleren Teil dicker sind und an einem Ende oder beiden Enden in scharfe Kanten auslaufen.

Die am meisten bevorzugte Konstruktion ist in Figur 6 dargestellt, in welcher der Zugriegel 22· als dünner, den Kanal 16 überspannender Steg mit im wesentlichen

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:-;·:.'.ei chmäfilger Dicke über die Gesamtausdehriung des Zugriegels ■ .-.w·;.·. Aufnahme der· in scharfe Kanten auslaufenden vor- und

■v.v chi auf enden Enden ausgebildet ist. Der Begriff "allgemein ^T"" elliptisch" soll' auch derartige Gestaltungen einschließen.

ins Positionen und Abmessungen der Zugriegel 22, 22' (Figur 5, 6) sind vorzugsweise so festgelegt, daß sie ausreichende Festigkeit hinzufügen, um dem vom geschmolzenen Polymer ausgeübten Druck zu widerstehen., welcher versucht, die

" i.> ccgenüberliegenderi Hälften des dreieckigen, vorspringenden Teils 12 der Düsenspitze 10 nach außen auseinanderzudrücken κ'-ΐΐά einen Bruch der Düsenspitze 10 entlang der von der Reihe der- Düsenöffnungen 18 gebildeten Linie zu verursachen-'Im finterbrechungen der Polymerströmung auf ein Minimum zu

*ö verringern, sind die Zugriegel 22, 22' vorzugsweise auch so angeordnet¹ und bemessen, daß ihre innenseitigen Kanten r.}.t_ Abstand vom Eingang zu den Düsenöffnungen 18 angeordnet ;. sind, so daß das geschmolzene Polymer nach dem Vorbeiströraen "an den gegenüberliegenden Seiten jedes Zugriegels voll-

;j0-"tändig zusammenläuft. Desgleichen sind die Zugriegel 22, ?2' so dünn wie praktisch möglich, so daß die Verdrängungs-

■ wirkung auf ein Minimum verringert ist.

Der sich verjüngende Teil 21 des Kanals 16 definiert die %tj Fläche, gegen welche der Druck des geschmolzenen Polymers wirkt und versucht, die Düsenspitze auseinanderzureißen. Die Querschnittsfläche des zwischen den Düsenöffnungen 18 stehengebliebenen Metalls sorgt für die Festigkeit an dem äußersten Ende 13 der Düsenspitze 10. Die Zugriegel 22, 22* SO sind gemäß der Erfindung innerhalb des Kanals 16 in der Nachbarschaft des breiten Einganges zum sich verjüngenden Teil 21 des Kanals 16 angeordnet. An dieser Stelle ist Platz innerhalb des sich verjüngenden Teils 21 zum Zusammenlaufen des Polymers nach dem Strömen um die Zugriegel 22, 22' herum vorhanden. Weiterhin sind die Zugriegel 22 j 22' so bemessen, daß sie im wesentlichen gleiche . Festigkeit wie das äußerste' Ende der Düsenspitze aufweisen. Infolgedessen ist in Übereinstimmung mit der Erfindung die

Qusrschnittsfläehe ά<*ν Zugriegel ungefähr gleich (mit nicht mehr als etwa - 20 %. Abweichupf^) der Quer-

' schnittsfläche des Metalls zwischen den Düsenöffnungen 18. -. . >.

In einer Konstruktion, in der Düsenöffnungen mit einem Durchmesser von 0,356 mm (Φ,-ϋΉίΟ Zoll) sich axial durch die etwa 3,175 mm'(0,125 Zoll) dicke und 30 derartige öffnungen pro 25,¹I-ßun—(-1—Zoll) über die Gesamtlänge der Düse aufweisende Endwand erstrecken, beträgt das Metall

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zwischen den Düsenöffnungen etwa 45,16 mro .(0,07 Zoll ).

Durch Verwendung je eines Zugriegels mit einem Querschnitt von 44,45 x 3,175 mm (1,75 χ 0,125 Zoll) alle 101,6 mm (4 .Zoll) entlang dem Kanal 16, beträgt die

.·■■■-■

Querschnittsfläche des Metalls der Zugriegel etwa 35,49mm pro 25,4 mm (0,055 Zoll²/Zoll). Dies ist*etwa 20% weniger Fläche als die Fläche zwischen den öffnungen. Eine solche Konstruktion ist innerhalb des Bereichs der am meisten für die erfindungsgemäßen Zugriegel bevorzugten Abmessungen.

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-/tr

Leerseite -

Claims

t a η s ρ r ü c h e

1. Schmelzspinn-Düsenspitze mit einem allgemein drei- . · eckigen, vorspringenden Teil, der eine das äußerste Ende der Düsenspitze bildende scharfe Kante aufweist, gekennzeichnet durch einen in Längsrichtung der Düsenspitze (10) verlaufenden Kanal (16), durch eine Reihe kleiner öffnungen (18), die sich vom Kanal (16) bis zum scharfkantigen, äußersten Ende (13) der Düsenspitze (10) erstrecken, und durch eine Mehrzahl von Zugriegeln (22, 22»), die einteilig mit der Düsenspitze (10) ausgebildet sind und den Kanal (16) zur Verstärkung der Düsenspitze (10) überspannen, so daß diese dem inneren, nach außen gerichteten Druck widersteht, der durch in den Kanal (16) gedrücktes und zum Extrudieren durch die Düsen-Öffnungen (18) strömendes geschmolzenes Polymer ausgeübt ist.

2. Düsenspitze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zugriegel (22, 22») mit Abstand von den Eingängen zu den Öffnungen (18) angeordnet

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ein Ineinanderverloufen des an den Zugriegeln
22-') vorbeiströmenden Polymers vor Eintritt in die öffnungen (18) zu ermöglichen. -

3· Düsenspitze nach -Anspruch 1 oder 2, dadurch g e - ·_■' kennzeichnet, daß^üTe~~Zugriegel (22, 22')
einen allgemein elliptischen Querschnitt aufweisen..

_in ^. Düsenspitze nach wenigstens einem der Ansprüche 1-3,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Zugriegel (22')- im Querschnitt als dünne Stege mit. vor- und nachlaufenden scharfen Kanten ausgebildet sind. ~~

..-_ 5- Düsenspitze nach wenigstens einem der Ansprüche 1-4,

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dadurch gekennzei chnet, daß die Zugriegel (22, 22 ^x) eine Querschnittsflache aufweisen., die im
wesentlichen gleich der Querschnittsfläche des Metalls zwischen den Düsenöffnungen (18) ist.

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