DE4241514A1 - Spinnrotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines textilen Flächengebildes, bei dem eine Schmelze eines polyme­ ren Werkstoffes mit Hilfe eines Spinnrotors in die Gestalt von Fäden überführt wird und bei dem die Fäden nachfolgend zu einem Flächengebilde vereint und verfestigt werden.

Spinnvliesverfahren ermöglichen die Herstellung von Feinstfa­ servliesstoffen, die je nach Zusammensetzung der Ausgangs­ materialien und der anschließenden Bearbeitung unterschied­ liche Stoffeigenschaften aufweisen.

Zentrifugalspinnverfahren sind seit vielen Jahren bekannt. Sie haben ihren Ursprung in der Glasfaserproduktion und werden seit einiger Zeit auch zur Verarbeitung polymerer Werkstoffe eingesetzt. Verfahren zur Herstellung von Faser­ vliesstoffen sind beispielsweise in den Schriften EP 0 071 085 A1, EP 0 168 817 A2, DE 31 05 784 A1, DE 32 15 810 C2, DE 38 01 080 A1, US 4,277,436 erläutert.

Bei diesen Verfahren zur Herstellung von Faservliesstoffen aus synthetischem Material wird ein Polymergranulat zumeist in einem Extruder aufgeschmolzen und unter einem Überdruck von bis zu 200 bar in einen mit 3 000 bis 11 000 U/min rotierenden Spinnrotor gefördert, der durch Heizelemente elektrisch beheizt wird. Die aus dem Spinnrotor radial austretenden Fäden werden anschließend umgelenkt und auf einem Förderband zu einem Flächengebilde verfestigt und abgelegt.

Dabei sind die Verfahren, um die feinen Faservliesfäden als Vliesstoff abzulegen, oft sehr kompliziert und aufwendig, wie beispielsweise in der DE-PS 32 15 810 C2 beschrieben. Werden die Fäden durch ein flüssiges Kühlmedium geführt, ist sogar zusätzlich eine anschließende Trocknung der Warenbahnen erforderlich.

Bei den bisher bekannten Verfahren, Faservliesstoffe zu Filterzwecken statisch aufzuladen, tritt nach relativ kurzer Gebrauchsdauer des Filterelementes eine Entladung und somit eine merklich geringere Filterwirkung ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren derart weiterzuentwickeln, daß Filterelemente aus Faservlies­ stoffen auch nach längerer Gebrauchsdauer noch mit filter­ wirksamen Ladungen versehen sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fäden nach ihrem Austreten aus dem Spinnrotor und in noch klebrigem Zustand mit einer Luftströmung beaufschlagt werden und daß in die Luftströmung vor ihrem Auftreffen auf die Fäden feste Partikel eingestreut werden.

Die festen Partikel, die der Luftströmung vor ihrem Auftref­ fen auf die Fäden eingestreut werden, gehen mit der noch klebrigen Oberfläche, der aus dem Spinnrotor austretenden Fäden, eine Verbindung ein. Diese Partikel bestehen, je nach Verwendungszweck des Filterelementes, aus unterschiedlichen Materialien. Bariumtitanatpartikel beispielsweise sind Dipole, die bei Raumtemperatur Agglomerate bilden und damit ihre Ladung neutralisieren. Erwärmt man die Partikel mit Hilfe der Luftströmung auf Temperaturen von über 120° C, verlieren sie ihre Ladung. In diesem Zustand gelangen die Partikel in gleichmäßiger Verteilung auf die der Luftströmung zugewandte, noch plastische Faseroberfläche und verkleben mit der Faser. Dieser Salzstangeneffekt weist den Vorteil auf, daß kein separater Klebstoff zur Anwendung gelangt, der die Filterwirkung des Flächengebildes negativ beeinflußt. Mit zunehmender Größe der aufgebrachten Partikel wird die Filter­ wirkung des Faservlieses weiter verbessert.

Nach Anspruch 2 sind die Fäden unmittelbar nach ihrer Beauf­ schlagung mit den Partikeln einer ionisierenden Bestrahlung ausgesetzt. Durch die ionisierende Bestrahlung bilden sich auf den partikelbeaufschlagten Fasern filterwirksame Ladungen, die auch nach längerem Filtereinsatz wirksam bleiben.

Die Fäden können nach ihrer Formgebung und Verfestigung gemäß Anspruch 3 kontinuierlich fortschreitend auf einem Träger­ vlies zur Ablage gebracht werden. Der Saugkasten, der ringförmig um den Spinnrotor angeordnet sein kann und auch das Träger- und Abdeckmaterial umschließt, sorgt für eine Beschichtung der Stoffbahnen mit den ladungstragenden, partikelbehafteten Fäden. Die Stoffbahnen werden anschließend durch Walzenpaare laminiert und können auf einer Wickel­ station aufgerollt werden.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, umfassend einen in eine Drehbewegung um seine Achse versetzbaren Spinnrotor mit Austrittsöffnungen und parallel zu der Achse bewegbare, erste Hilfsmittel zum kontinuierlichen Auffangen der aus den Austrittsöffnungen austretenden Fäden.

Eine Vorrichtung zur Herstellung von Spinnvliesstoffen sollte einfach im Aufbau sein, zuverlässig und weitgehend wartungs­ frei arbeiten und gleichzeitig die unterschiedlichsten Ausgangsprodukte zu möglichst vielen Endprodukten verarbeiten können.

Zentrifugalspinnvorrichtungen sind ebenfalls seit vielen Jahren bekannt und in den Schriften EP 0 071 085 A1, EP 0 168 817 A2, DE 31 05 784 A1, DE 32 15 810 C2, DE 38 01 080 A1, US 4,277,436 erklärt.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist allerdings zu beachten, daß durch den hohen Druck, mit dem die Schmelze zumeist in den Spinnrotor gefördert wird, eine Dichtung zwischen den stillstehenden und den bewegten Teilen nötig ist. Bei der Dichtung handelt es sich um ein Ver­ schleißteil, das bei einer Beschädigung zu Ausfallzeiten der gesamten Anlage führen kann. Selbst Zentrifugalspinnvliesvor­ richtungen, bei denen der aufgeschmolzene polymere Werkstoff weitgehend drucklos in den Spinnrotor gefördert wird, sind nicht so ausgelegt, daß der hergestellte Vliesstoff, der zu Filterzwecken benutzt werden kann, auf annähernd unbegrenzte Zeit statisch aufladbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, daß durch sie ein Vliesstoff herstellbar wird, der auch nach längerer Gebrauchsdauer als Filterelement noch mit filterwirksamen Ladungen versehen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Spinnrotor ein zweites Hilfsmittel zur kontinuierlichen Zuführung eines Gases zu den Austrittsöffnungen axial be­ nachbart zugeordnet ist sowie ein drittes Hilfsmittel zur kontinuierlichen Einspeisung fester Partikel in das Gas. Das zweite und das dritte Hilfsmittel sind dem Spinnrotor axial so nahe zugeordnet, daß das Heißgaspartikelgemisch durch die Grenzschichtströmung, die am Umfang des Spinnrotors durch seine Rotation erzeugt wird, zu den noch klebrigen Fäden an den Austrittsöffnungen gefördert wird.

Nach Anspruch 5 kann dem Spinnrotor in axialer Richtung eine Ringdüse vorgelagert sein, die eine, dem Außenumfang des Spinnrotors zugewandte Austrittsrichtung hat.

Dadurch wird das heiße Gas mit den darin enthaltenen Parti­ keln durch eine, vom Spinnrotor erzeugte Grenzschichtströmung entlang des Außenumfangs des Spinnrotors zu den noch plasti­ schen Fäden gefördert.

Der Partikelspeicher nach Anspruch 6 kann dem Spinnrotor ebenfalls in axialer Richtung vorgelagert sein und hat beispielsweise eine in die Ringdüse mündende Austrittsöff­ nung.

Diese Anordnung von Partikelspeicher und Ringdüse erweist sich als besonders vorteilhaft. Sie ermöglicht kompakte Abmessungen der Vorrichtung und ein unproblematisches Ein­ bringen der Partikel in den Heißgasstrom. Eine Beaufschlagung des in der Grenzschichtströmung befindlichen Gases mit Partikeln, die außerhalb der Ringdüse zugesetzt werden, ist konstruktiv bedeutend aufwendiger und wegen der geforderten gleichmäßigen Verteilung der Partikel über den Umfang des Spinnrotors problematisch.

Nach Anspruch 7 ist es zweckmäßig, daß der Querschnitt der Austrittsöffnung des Partikelbehälters veränderbar ist. Die dem Heißgas zugeführte Partikelmenge kann so jederzeit ohne großen Aufwand variiert werden. In der Anlage können dann die unterschiedlichsten Partikel hinsichtlich Größe und Form verarbeitet werden.

Der Spinnrotor nach Anspruch 8 ist zur elektrostatischen Aufladung der Fäden von Koronaelementen radial umschlossen, und die Koronaelemente sind der Radialebene der Austrittsöffnungen axial beiderseits benachbart zugeordnet. Sobald die Fäden aus dem Spinnrotor austreten, werden sie durch ein Hochspannungsfeld geführt und ihre Ladungsträger richten sich aus. Anschließend befindet sich auf den Fäden eine filterwirksame Ladung, die auch nach längerem Filterein­ satz wirksam bleibt.

Die Ansprüche 9 und 10 beziehen sich auf die Koronaelemente, die nach Anspruch 9 ringförmig gestaltet und, bezogen auf den Spinnrotor, nach Anspruch 10 ortsfest gelagert sein können. Durch die ringförmige Gestalt und die ortsfeste Lagerung sind auch bei hohen Drehzahlen des Spinnkopfes Unwuchten in der Vorrichtung ausgeschlossen. Außerdem treten bei ortsfesten Koronaelementen keine rotierenden Massenträgheitskräfte auf. Drehzahländerungen und -korrekturen des Spinnrotors lassen sich dadurch schneller und exakter durchführen.

Zur Erläuterung der Erfindung werden im folgenden die schema­ tisch dargestellten Fig. 1 bis 5 näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen zur Anwendung gelangenden Spinnkopf,

Fig. 3 den Aufbau des Filtermaterials,

Fig. 4 eine stark vergrößert dargestellte Faser mit auf der Oberfläche angeordneten Bariumtitanatpartikeln,

Fig. 5 eine Vergrößerung aus Fig. 4, wobei die Barium­ titanatpartikel schematisch auf der Faseroberfläche darge­ stellt sind.

Fig. 1 zeigt die schematische Anordnung der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung. Zur anschaulichen Darstellung der Vor­ richtung ist das Abdeckmaterial 15 (siehe Fig. 3) und der obere Teil des Saugkastens 5 nicht dargestellt.

Durch die Rotation des Spinnkopfes 1 wird auf die Polymer­ schmelze im Spinnkopf 1 eine Zentrifugalkraft ausgeübt. Die Schmelze lagert sich am Innenumfang des Spinnkopfes 1 vor den Düsen 3 an und wird in Abhängigkeit von der Drehzahl 4 des Spinnkopfes 1 (und damit in Abhängigkeit von der Zentrifugal­ kraft) und der Viskosität der Schmelze durch die Düsen 3 ins Freie gedrückt. Die Vielzahl der aus den Düsen 3 austretenden noch plastischen Fäden 10 wird durch die Bremswirkung der Luft, die Zentrifugalkraft und die eigene Massenträgheit, stark verstreckt.

In axialer Richtung zum Spinnkopf 1 bewegen sich Träger 14- und Abdeckmaterial 15 an den Düsen 3 vorbei. Der Spinnkopf 1 ist von Träger 14- und Abdeckmaterial 15 radial umschlossen. Durch einen Saugkasten 5 werden die Fäden nach ihrer Verfe­ stigung kontinuierlich fortschreitend auf dem Träger 14- und dem Abdeckvlies 15 zur Ablage gebracht.

Im Walzenspalt 6 werden die beiden mit dem Feinstfaservlies­ stoff 16 beschichteten Materialbahnen laminiert und können von einer, in der Zeichnung nicht dargestellten Wickelstation aufgewickelt werden.

Fig. 2 zeigt einen Spinnkopf 1 mit einem mindestens ein­ reihigen Düsenring 7 und die Antriebswelle 2. Durch eine, dem Spinnrotor 1 in axialer Richtung vorgelagerten Ringdüse 8, die eine dem Außenumfang des Spinnrotors 1 zugewandte Aus­ trittsöffnung hat, wird ein Heißgaspartikelgemisch 9 auf den rotierenden Spinnrotor 1 geblasen. Der rotierende Spinn­ rotor 1 erzeugt eine Grenzschichtströmung an seiner Ober­ fläche, wodurch das Heißgaspartikelgemisch 9 an die, aus den Düsen 3 austretenden, noch plastischen Fäden 10 gelangt.

Die Partikel des Heißgaspartikelgemisches 9 verkleben mit der Oberfläche der Fäden 10.

Unmittelbar nach der Beaufschlagung der Fäden 10 mit den Partikeln 17 fliegen diese durch ein Hochspannungsfeld 11, das durch das Anlegen einer Spannung an die Koronaelemente 12 und 13 entsteht.

Dadurch wird eine elektrostatische Ladung auf die partikelbe­ aufschlagten Fäden gebracht. Die aufgeladenen, partikelbeauf­ schlagten Fäden werden von einem Saugstrom, der durch einen radial um den Spinnkopf 1 angeordneten Saugkasten erzeugt wird, auf das Träger- 14 und das Abdeckmaterial 15 gesaugt und dort zur Ablage gebracht.

Fig. 3 zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen Filter­ materials. Eingebettet zwischen einem Träger- 14 und Abdeck­ material 15 befindet sich eine Schicht Feinstfaservlies­ stoff 16. Auf dem Feinstfaservliesstoff 16 sind die Par­ tikel 17 dargestellt. Die filterwirksamen Ladungen, die durch den Dipoleffekt der Partikel 17 auch nach längerem Filter­ einsatz wirksam bleiben, sind auf dem partikelbeaufschlagten Feinstfaservliesstoff 16, 17 aufgebracht.

In Fig. 4 ist eine Faser aus polymerem Werkstoff in stark vergrößertem Maßstab schematisch dargestellt. Die auf der Faseroberfläche befindlichen Partikel 17 bewirken gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer.

Fig. 5 zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt aus der Faser von Fig. 4. In dieser Figur sind die Partikel 17, die nicht als Agglomerate, sondern separiert auf der Faserober­ fläche angeordnet sind, deutlich zu erkennen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind die Partikel 17 festhaftend mit der Oberfläche der Fasern verbunden, ohne die wirksame Filterfläche zu beeinträchtigen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines textilen Flächengebil­ des, bei dem eine Schmelze eines polymeren Werkstoffes mit Hilfe eines Spinnrotors in die Gestalt von Fäden überführt wird und bei dem die Fäden nachfolgend zu einem Flächengebilde vereint und verfestigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (10) nach ihrem Austreten aus dem Spinnrotor (1) und in noch klebrigem Zustand mit einer Luftströmung beaufschlagt werden und daß in die Luftströmung vor ihrem Auftreffen auf die Fäden (10) feste Partikel (17) eingestreut werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (10) unmittelbar nach ihrer Beaufschlagung mit den Partikeln (17) einer ionisierenden Bestrahlung ausgesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (10) nach ihrer Formgebung und Verfestigung kontinuierlich fortschreitend auf einem Trägervlies (14, 15) zur Ablage gebracht werden.

4. Vorrichtung zur Verwendung bei einem Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, umfassend einen in eine Drehbewegung um seine Achse versetzbaren Spinnrotor mit Austrittsöff­ nungen und parallel zu der Achse bewegbare, erste Hilfsmittel zum kontinuierlichen Auffangen der aus den Austrittsöffnungen austretenden Fäden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Spinnrotor (1) ein zweites Hilfsmittel zur kontinuierlichen Zuführung eines Gases zu den Austrittsöffnungen axial benachbart zugeordnet ist sowie ein drittes Hilfsmittel zur kontinuierlichen Einspeisung fester Partikel (17) in das Gas.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Hilfsmittel aus einer dem Spinnrotor (1) in axialer Richtung vorgelagerten Ringdüse (8) besteht und daß die Ringdüse (8) eine dem Außenumfang des Spinnrotors (1) zugewandte Austrittsrichtung hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Hilfsmittel aus einem dem Spinnrotor (1) in axialer Richtung vorgelagerten Partikelspeicher (18) besteht und daß der Partikelspeicher (18) eine in die Ringdüse mündende Austrittsöffnung hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Austrittsöffnung des Partikelspei­ chers (18) veränderbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Spinnrotor (1) zur elektrostatischen Aufladung der Fäden (10) von Koronaelementen (12, 13) radial umschlossen ist und daß die Koronaelemente (12, 13) der Radialebene der Austrittsöffnungen axial beider­ seits benachbart zugeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koronaelemente (12, 13) ringförmig gestaltet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Koronaelemente (12, 13), bezogen auf den Spinn­ rotor (1), ortsfest gelagert sind.