DE3918360A1

DE3918360A1 - Spinnduese und verfahren zur herstellung von fadenfoermigen abgeschotteten hohlfasern

Info

Publication number: DE3918360A1
Application number: DE3918360A
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Ufer
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Current assignee: UFER, ERICH, DIPL.-ING., 5205 ST AUGUSTIN, DE
Priority date: 1988-06-11
Filing date: 1989-06-06
Publication date: 1990-02-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Spinndüse und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Seit einiger Zeit werden traditionelle Materialien z. B. im Transport mittelbau aus Gewichts-, Korrosionsgründen etc. ersetzt durch soge nannte Verbundbaustoffe aus harzverklebten Hohlfasern, bei denen die Festigkeitseigenschaften in erster Linie von den Hohlfaserarmierungen bestimmt werden.

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung solcher Fasern sind bekanntgeworden aus der Patentschrift DE 25 55 899.

Im bekannten Fall wird eine Spinndüse beschrieben, in deren kammer artigen Verteilerraum ein mit einer zentrisch angeordneten Durch gangsbohrung versehener Verdrängungskörper eingelassen ist, wobei dessen unteres Ende unter Bildung eines konzentrischen Ringspaltes in eine in der Unterseite des Düsenkörpers befindliche Düsenöffnung voll hineinragt.

Das Herstellungsverfahren, welches mit dieser Spinndüse durchführbar ist, gestattet jedoch nur die Herstellung von Hohlfasern.

Diese haben den Nachteil, daß sie aufgrund von Kapillarwirkung in der o. g. Verwendung noch nicht gehärtete Bauteilharze und/oder Wasser aufsaugen; was zu einer erheblichen Gewichtszunahme bei gleichzei tiger Minderung der Festigkeit der Bauteile führt.

Eine Behebung dieses Nachteils wurde durch Stanztrennung, bei der schmierfähige Mischungen in die geöffneten Hohlfasern dringen oder Verstopfen der Kapillaren durch eine Glaskugelzugabe während des Herstellprozesses ins Innere des gebildeten Hohlfaserschlauchs sowie Verquetschung der noch warmen nicht ausgehärteten Hohlfaser versucht.

Alle diese Maßnahmen haben sich jedoch als nicht zuverlässig, zu aufwendig oder zu stark die Festigkeitseigenschaften der Faser im negativen Sinne beeinflussend, herausgestellt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Hohlfaser zu schaffen, welche über eine gut abdichtende Abschottung verfügt und mit einfachen Mitteln herstellbar ist.

Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 durch seine kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Düse ermöglicht das Blasen von kleinen Glas blasen im Zwickel des noch aufgeweiteten, noch nicht verstreckten, gerade aus dem Ringspalt der Spinndüse ausgetretenen Hohlschlau ches.

Zu dieser Fähigkeit wird der neuartigen Düse verholfen, in dem der Zutritt von geschmolzenem Fasermaterial in geeigneter Weise vor den Austritt des zur Lumenbestimmung benutzten Füllgaskanals ermöglicht wird. Hier werden kleine Blasen vom nachströmenden Füll gas geblasen, deren Größe und Wandstärke durch Variation von Material und Verfahrensparameter gesteuert werden können.

Da der Vorgang in vertikaler Richtung nach unten abläuft, fallen die Glasblasen in den unter der Düse befindlichen Glasschlauch zwickel, mit dessen Innenwand sie verbacken worauf sie mit ihm im bekannten Verfahren ausgezogen werden.

Hierdurch bilden sich separate lange Kammern in der entstandenen Kapillare. Da das Glasvolumen der mit ausgezogenen Glasblasen im Verhältnis zu dem der Hohlglasfaser sehr gering ist, werden die Festigkeitseigenschaften der Faser nicht beeinflußt. Eine nach diesem Verfahren hergestellte Hohlglasfaser hat zusätzlich den Vorteil über viele Abschottungen vernachlässigbaren Gewichtes zu verfügen, so daß ein Trennen der Faser an beliebiger Stelle ohne Verlust der Abschottung möglich ist.

Auch ist der Abstand der Abschottungen zueinander variierbar.

Dieses geschieht noch in vorteilhafter Weise dadurch, daß das Gas rohr längsverschieblich angeordnet ist bzw. die Lecköffnung mit einer längsverschieblichen Stelleinrichtung stufenlos schließbar ist.

Durch das Verwenden von besonderen Füllgasen, z. B. Neon und/oder Separation und damit möglichen Variierung des zur Blasenerzeugung benutzten Materialvorrats, lassen sich die Eigenschaften der Faser für seine primäre Aufgabe optimieren oder aber auch in ande ren Bereichen, z. B. als Faser zur Herstellung von Feuerschutz kleidung geeignet machen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der in den folgenden Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spinndüse zur Erzeugung von Abschottungen in der Hohlfaser während des Spinnvorganges in einem Arbeitsgang.

Fig. 2 eine Variante der erfindungsgemäßen Düse, bei der eine Separation des Abschottungsmaterials von dem Material für das Spinnen der Hohlfaser eingeführt ist.

Fig. 3 eine Variation des Zulaufes an die kugelerzeugende Ein richtung.

Fig. 3a Variaton durch eine Stelleinrichtung

Fig. 4 eine Spinndüse mit einer weiteren Gasstromführung.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsge mäßen Spinndüse besteht aus einem Düsenkörper 7, der eine Innenkam mer 1 bildet, in der die Schmelze 13 bevorratet wird.

In eine am Boden des Düsenkörpers 7 befindliche Düsenöffnung 12 mit vorzugsweise 4-5 mm Durchmesser, ragt das untere Ende des Sekun därdüsenkörpers 9, der so einen äußeren Ringspalt 8 mit vorzugs weise 0,5 mm Breite bildet. Das obere Ende des Sekundärdüsenkör pers 10, das mit der Durchgangsbohrung 3, die den ganzen Sekundär düsenkörper 2 durchzieht, versehen ist und in die durch den Zulauf zur Durchgangsbohrung 4, Schmelze 13 in den Sekundärdüsenringspalt 6 ge langen kann, bildet zusammen mit dem Gasrohr 11 die Sekundärdüse 5. Eine Abzug- und Aufwickelvorrichtung 24 zieht den gesponnenen Hohl faden aus und wickelt ihn auf.

Die in der Innenkammer 1 befindliche Schmelze 13, die aus dem äußeren Ringspalt 8 infolge von Schwerkraft und/oder hydrostatischem Druck austreten kann, bildet unter der Düsenöffnung 12 einen Hohlzwickel 21, der sich durch das Abziehen des so entstandenen Schlauches mit der Abzug- und Aufwickelvorrichtung 24 zu einem Hohlfaden verjüngt.

Erfindungsgemäß sollen in diesem Hohlzwickel 21 gleichzeitig mit dem Spinnvorgang Blasen erzeugt werden, die noch nicht ausgehärtet mit dem Faden ausgezogen werden, un die gewünschten Abschottungen in der Faser zu bilden. Dies wird erreicht in dem durch den Zulauf zur Durchgangsbohrung 4 Schmelze 13 vor das besondere, die Blasenbildung fördernde Ende des Gasrohres 11 gelangen kann.

Hier wird das hinzugetretene Material von Fördergas 22 zu Blasen ge formt, die weiter nach unten geschoben werden und nach Verlassen des unteren Endes des Sekundärdüsenkörpers 9, in den Hohlzwickel 21 fallen.

Hier verbacken sie mit den Material des Hohlfadens und werden in noch warmem Zustand mit ihm verstreckt, wobei sich dann die Abschottun gen 23 ausbilden.

Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der Sekundärdüsenkörper ist zu einem Vorratsgefäß 14 verlängert, was den Kammerraum 16 bildet.

Dies hat den Vorteil, daß eine Trennung der zur Blasenbildung ver wendeten Schmelze von der zur Hohlfadenerzeugung möglich ist. Kombi niert mit der bei allen Ausführungsformen freien Variation auch der Zusammensetzung des Fördergases 22, lassen sich die mit dieser Düse gesponnenen Fasern für bestimmte Anwendungen optimieren, wie z. B. Webfäden für Feuerschutzmaterial.

Fig. 3 zeigt eine andere mögliche Ausführung der Erfindung.

Abweichend von den vorhergehenden Beispielen ist keine Sekundärdüse vorhanden.

Statt dessen kann durch mindestens eine Leckbohrung 18 Schmelze 13 in das Gasrohr 11 einsickern und sich zunächst an der blendenarti gen Querschnittsverengung 19 sammeln.

Durch den Gasdruck bilden sich hinter dieser Blende 19 blasenartige Häutchen die zur fertigen Blase aufgeblasen, vom Fördergas 22 weiter nach unten transportiert, schließlich in den Hohlzwickel 21 hinein fallen. Hier verbacken sie und können dann zum Faden ausgezogen in ihm die gewünschten Abschottungen bilden.

Fig. 3a beschreibt eine Stelleinrichtung 25 zum stufenlosen Ver schließen der Lecköffnung 18. Die Stelleinrichtung 25 besteht dabei aus einer Stellschraube 26, welche axial in der Wandung des Düsen körpers 7 geführt und das axiale Verschieben über ein dort ange ordnetes Gewinde 28 erfolgt. Die zur Leckbohrung 18 hinzeigende Schraubenspitze ist der Kontur der Leckbohrung 18 so nachgebildet, daß in jedem Fall ein völliges Verschließen möglich ist. Im beschrie benen Zustand handelt es sich dabei um einen Konus 27, andere konkave/ konvexe Ausbildungen sind jedoch möglich.

Durch Drehen der Stellschraube 26 wird bedingt durch das Gewinde 28 die Leckbohrung 18 kontinuierlich geschloßen oder geöffnet, wobei der Konus 27 in die Leckbohrung 18 hineinbewegt bzw. herausgedreht wird. Dadurch kann auf die Abstände der Gasblasen und auf die Ab schottung Einfluß genommen werden.

In Fig. 4 weist der Sekundärdüsenkörper 2 eine weitere röhrenförmige Gasstromführung 20 auf, die von einer nicht gezeigten Regeleinrich tung in den innenliegenden Teil der Spinndüse der von der Düsenöff nung 12 eingegrenzt wird, führt.

Dies ermöglicht die Trennung des zum Blasen dienenden Fördergases 22 von einem anderen, welches zur Lumenbestimmung im Hohlzwickel 21 dann einen anderen Druck aufweisen kann.

Das Gasrohr 11 wie in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 4 beschrieben kann noch eine zusätzliche Verschiebemöglichkeit nach oben und unten er halten, wodurch der Spalt zwischen Sekundärdüsenkörper 2 und Gas rohr 11 (Fig. 1 und Fig. 4) oder der Spalt zwischen Gasrohr 11 und Vorratsgefäß 14 (Fig. 2) in seinem Querschnitt steuerbar ist, wo durch die Abstände der Gasblasen und damit der Abschottung ebenfalls variiert werden können.

Bezugszeichenliste:

1 Innenkammer
2 Sekundärdüsenkörper
3 Durchgangsbohrung
4 Zulauf zur Durchgangsbohrung
5 Sekundärdüse
6 Sekundärdüsenringspalt
7 Düsenkörper
8 äußerer Ringspalt
9 unteres Ende des Sekundärdüsenkörpers
10 oberes Ende des Sekundärdüsenkörpers
11 Gasrohr
12 Düsenöffnung
13 Schmelze
14 Vorratsgefäß
15 Abfluß
16 Kammerraum
17 Gasrohrende
18 Leckbohrung
19 blendenartige Querschnittsverengung
20 Gasstromführung
21 Hohlzwickel
22 Fördergas
23 Abschottungen
24 Abzug- und Aufwickelvorrichtung
25 Stelleinrichtung
26 Stellschraube
27 Konus
28 Gewinde

Claims

1. Spinndüse und Verfahren zur Herstellung von fadenförmigen abge schotteten Hohlfasern aus aufgeschmolzenen spinnbaren Werkstoffen, wobei ein Düsenkörper mit einer Innenkammer vorgesehen ist, in welche von oben ein Verdrängungskörper mit darin zentrisch in Längsrichtung angeordneter Durchgangsbohrung eingelassen ist, deren unteres Ende unter Bildung eines Ringspaltes in eine in der Unterseite des Düsenkörpers befindliche Düsenöffnung voll hinein ragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper (2) als Gasrohr ausgebildet ist, wobei im Bereich des Innenraumes ein Zu lauf für aufgeschmolzenen Werkstoff zum Fördergasstrom vorge sehen ist.

2. Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des Gasrohres (11) als Sekundärdüse (5) ausgestattet ist, wo bei in dessen oberes Ende (10) das Gasrohr (11) unter Bildung eines konzentrischen und als Zulauf fungierenden oberen Ringspal tes (6) hineinragt und dessen unteres Ende (9) unter Bildung eines konzentrischen äußeren Ringspaltes (8) in die Düsenöff nung (12) in der Unterseite des Düsenkörpers (7) voll hineinragt.

3. Spinndüse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenkammer (13) zur Aufnahme des aufgeschmolzenen Werkstof fes, ein Vorratsgefäß (14) vorgesehen ist, dessen Abfluß (15) unter Bildung eines konzentrischen äußeren Sekundärdüsen-Ring spaltes (8) in die Düsenöffnung (12) in der Unterseite des Düsen körpers (7) voll hineinragt und in dessen Kammerraum (16) das Gasrohr (11) zentrisch soweit hineinragend angeordnet ist, daß das Gasrohrende (17) mit dem Abflußinnenraum einen als Zulauf fungierenden kontrischen Sekundärringspalt (6) bildet.

4. Spinndüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas rohr (11) längsverschieblich angeordnet ist.

5. Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf von geschmolzenem Werkstoff durch mindestens eine in die Wandung des Gasrohres eingebrachte Öffnung (18) besteht, wobei kurz darun ter eine blendenartige Querschnittsverengung (19) im Gasrohrinne ren (11) vorgesehen ist.

6. Spinndüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regu lierung der durch die Leckbohrung (18) in das Gasrohr (11) ein tretenden Schmelze (13) eine zur Leckbohrung (18) fluchtend und in der Wandung des Düsenkörpers (7) geführte axial bewegliche Stelleinrichtung (25) angeordnet ist.

7. Spinndüse nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Gasstromführung (20) vor gesehen ist, deren Austritt voll in die in der Unterseite des Sekundärkörpers (2) befindliche Düsenöffnung (12) hineinragt und die von der Materialschmelze getrennt kanalförmig in der Wandung der ebenfalls in die an der Unterseite des Düsenkörpers (7) be findliche Düsenöffnung (12) voll hineinragende Bauelemente ange ordnet ist.

8. Verfahren zur Herstellung von fadenförmigen abgeschotteten Hohl glasfasern aus schmelzbarem spinnbarem Material mittels einer Spinndüse nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Innenkammer (1) unter Druck stehende aufgeschmolzene Werk stoff und das das Gasrohr durchlaufende Füllgas sowohl an der Düsenöffnung in der Unterseite des Düsenkörpers zwecks Lumenbil dung als auch über einen Zulauf zwecks Blasenbildung zusammenge führt werden, wobei die sich hinter dem Zulauf ausgebildeten Bla sen, bedingt durch den Gasdruck nach unten und zwecks Verstreckung in einen Hohlzwickel (21) des Hohlfadens geschoben werden.