DE68921043T2

DE68921043T2 - Spinneret.

Info

Publication number: DE68921043T2
Application number: DE1989621043
Authority: DE
Inventors: Henry Kobsa
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1988-11-18
Filing date: 1989-11-17
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2009-11-18
Also published as: EP0369460A2; DE68921043D1; JPH02191705A; BR8905674A; EP0369460B1; CA2001426A1; EP0369460A3; RU1838461C

Description

Diese Erfindung betrifft eine Spinndüse, umfassend sich verjungende Kapillaren mit geraden Seitenwänden.This invention relates to a spinneret comprising tapered capillaries with straight side walls.

Das üblichste Verfahren zur Herstellung von Spinndüsen-Kapillarkanälen besteht darin, eine Bohrung bis zur Mitte durch die Platte auszusenken und dann die Bohrung mit dem Durchstoßen der verbleibenden Dicke zu vollenden. Von den bekannten Verfahren zur Ausbildung von Kapillaren ist das Aussenk- und Durchstoßverfahren allgemein anerkannt als das am wenigsten teure, das bei den Formen, die ausgebildet werden können, vielseitig ist und die gleichmäßigsten Kapillaren ergibt.The most common method of making spinneret capillary channels is to countersink a hole halfway through the plate and then complete the hole by piercing the remaining thickness. Of the known methods of forming capillaries, the countersink and piercing method is generally accepted as the least expensive, versatile in the shapes that can be formed, and producing the most uniform capillaries.

Die Herstellung von Spinndüsen-Kapillaren durch Bohren und durch elektrische Funkenerosionsbearbeitung (ED-Bearbeitung) ist ebenfalls bekannt. Diese beiden Verfahren gehen relativ langsam vor sich (und sind deshalb teuer) und ergeben eine geringere Gleichmäßigkeit unter den Bohrungen als bei dem Aussenk- und Durchstoßverfahren. Die Gleichmäßigkeit unter den Bohrungen ist sehr wichtig, wenn eine Gleicbmäßigkeit unter den Filamenten erzielt werden soll, die für das Spinnen von hochwertigen Garnen erforderlich ist.The manufacture of spinneret capillaries by drilling and by electrical discharge machining (ED machining) is also known. These two processes are relatively slow (and therefore expensive) and result in less uniformity between holes than with the countersinking and piercing processes. Uniformity between holes is very important if uniformity between filaments is to be achieved, which is required for spinning high-quality yarns.

Da Bohrer ferner leichter zerbrechlich sind als Lochdorne, beschränkt sich deren Gebrauch im allgemeinen auf die Ausbildung von größeren Bohrungen.Since drills are also more fragile than hole punches, their use is generally limited to the creation of larger holes.

Der Kapillarbereich des Kanals wurde durch die physikalischen Eigenschaften des zum Ausbilden des Kanals benutzten Lochdorns, Bohrers oder anderer Werkzeuge entweder auf eine kurze Länge oder einen relativ großen Durchmesser begrenzt. Auf Grund der kurzen Länge der Kapillare, wenn diese mit Verfahren nach dem Stand der Technik hergestellt wurde, erhalten die Filamente beim Spinnen oder Extrudieren der Filamente eine nicht ausreichende Molekülorientierung, was bewirkt daß ihre Querschnittsformen stark von der Konstruktionsform der Bohrung abweichen. Insbesondere beim Spinnen von Hohlfilamenten verringert sich durch eine kurze Kapillare sehr stark der Umfang des strukturellen Halts an dem inneren Element oder führt zu einer Behinderung in dem Kanal, der den hohlen Innenbereich des Filaments erzeugt. Dadurch wird die Häufigkeit begrenzt mit der die Vorderseite der Spinndüse geläppt oder poliert werden kann, um Scharten oder andere kleinere Fehler zu beseitigen. Außerdem führt das Versäumnis, den Hohlfilamenten beim Spinnen oder Extrudieren eine ausreichende Orientierung zu verleihen, zur Ausbildung von vielen unerwünschten offenen oder aufgespaltenen Filamenten anstelle der erwünschten echten Hohlfilamente.The capillary region of the channel has been limited to either a short length or a relatively large diameter by the physical properties of the mandrel, drill or other tool used to form the channel. Due to the short length of the capillary, when made by prior art methods, the filaments do not receive sufficient molecular orientation during spinning or extrusion of the filaments, causing their cross-sectional shapes to deviate significantly from the design shape of the bore. Particularly when spinning hollow filaments, a short capillary greatly reduces the amount of structural support to the inner member or creates an obstruction in the channel that creates the hollow interior of the filament. This reduces the frequency of limited by the amount of time it takes to lapping or polishing the front of the spinneret to remove nicks or other minor defects. In addition, failure to provide adequate orientation to the hollow filaments during spinning or extrusion results in the formation of many undesirable open or split filaments instead of the desired true hollow filaments.

Die ideale Spinndüse wiese eine vollständige Gleichmäßigkeit unter den Kapillaren sowie eine Gleichmäßigkeit längs der Länge der Kapillare auf. Jede Kapillare hätte für eine hinreichende Molekülorientierung beim Spinnen ein Länge-Breite-Verhältnis von mindestens 1,5 und vorzugsweise von 2 oder mehr. Die Bohrungen wären so klein wie praktisch für eine genaue Zumessung der Polymerströme, und die Wände der Kapillaren wären aus dem gleichen Grunde gerade. Die Spinndüse wäre zwecks langer Betriebsdauer aus Hartmetall hergestellt. Ferner würde die Spinndüse bei niedrigen Drücken (z.B. bei weniger als 14 000 kPa) arbeiten, um das Auslaufen an den Düsenpaketen und die Pumpbelastungen zu reduzieren.The ideal spinneret would have complete uniformity among the capillaries and uniformity along the length of the capillary. Each capillary would have a length-to-width ratio of at least 1.5 and preferably 2 or more for adequate molecular orientation during spinning. The bores would be as small as practical for accurate metering of polymer flows, and the walls of the capillaries would be straight for the same reason. The spinneret would be made of hard metal for long service life. Furthermore, the spinneret would operate at low pressures (e.g., less than 14,000 kPa) to reduce leakage from the nozzle packs and pumping loads.

Leider steht die Forderung nach einer guten Zumessung (kleine, geradseitige Bohrungen mit langen Länge-Breite-Abmessungen) im Widerspruch zum Betrieb bei niedrigen Drücken.Unfortunately, the requirement for good metering (small, straight-sided bores with long length-width dimensions) is in conflict with operation at low pressures.

Mit der Erfindung nach Anspruch 1 wird das Problem gelöst, wie der Druckabfall in den Kapillaren der Spinndüse verringert und die Zumessung (Gleichmäßigkeit unter den Filamenten) verbessert werden kann.The invention according to claim 1 solves the problem of how the pressure drop in the capillaries of the spinneret can be reduced and the metering (uniformity among the filaments) can be improved.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind der Gegenstand des Unteranspruchs 2.Preferred embodiments of the invention are the subject matter of sub-claim 2.

Im folgenden sind Beispiele für die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben, in denen:Examples of the invention are described below with reference to the drawings in which:

Fig, 1 eine Draufsicht auf den Bereich der Austrittsseite einer Spinndüsenplatte ist undFig. 1 is a plan view of the exit side area of a spinneret plate and

Fig. 2 ein Schnitt durch die Spinndüse von Fig. 1 längs der Linie 2 - 2 istFig. 2 is a section through the spinneret of Fig. 1 along the line 2 - 2

Obwohl mit dieser Erfindung eine beliebige aus einer großen Anzahl von komplizierten Schlitzspinndüsen-Kapillaren hergestellt werden kann, ist diese im folgenden an Hand einer speziellen Form beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung keinesfalls auf die spezielle, veranschaulichte Form einer Kapillare beschränkt ist.Although this invention can produce any of a large number of complicated slot spinneret capillaries can be described below using a specific form. However, it is to be understood that the invention is in no way limited to the specific form of capillary illustrated.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf den Bereich der Austrittsseite einer Spinndüsenplatte 10, die eine komplizierte Schlitzspinndüsen- Kapillare 12 aufweist. Gewöhnlich besitzen fertige Spinndüsenplatten mehrere bis zu einer Vielzahl von Kapillaren, die mit der dargestellten identisch sind. Es liegt auf der Hand, daß eine "Spinndüsen-Kapillare" nach der Definition hierin eine komplizierte Anordnung von schlitzartigen Öffnungen ist, die zusammen für das Extrudieren eines Filaments sorgen. Die Kapillare 12 umfaßt vier am Umfang angeordnete schlitzförmige Öffnungen 14, die im allgemeinen eine sehr kleine Innenfläche umgeben. Radial nach innen bis nahe an einen gemeinsamen Schnittpunkt verlaufen vier gerade, schlitzförmige Öffnungen 18, die sich jeweils mit den am Umfang angeordneten Öffnungen 14 an deren Mitte verbinden. Entlüftungsöffnungen 16, die sich mit der sie umgebenden Spinndüsenplatte 10 decken, trennen die am Umfang angeordneten Öffnungen. Die Umfangsbreite der Entlüftungsöffnungen 16 ist vorzugsweise geringer als die radiale Breite jeder Öffnung 14.Fig. 1 is a plan view of the exit side portion of a spinneret plate 10 having a complex slotted spinneret capillary 12. Typically, finished spinneret plates have from several to a plurality of capillaries identical to that shown. It will be appreciated that a "spinneret capillary" as defined herein is a complex arrangement of slotted openings which together provide for the extrusion of a filament. The capillary 12 includes four circumferentially arranged slotted openings 14 which generally surround a very small interior surface. Extending radially inward to near a common intersection are four straight slotted openings 18 which each connect to the circumferentially arranged openings 14 at their center. Vent openings 16, which coincide with the surrounding spinneret plate 10, separate the circumferentially arranged openings. The circumferential width of the vent openings 16 is preferably less than the radial width of each opening 14.

Beim Extrudieren, z. B. einer Polymerschmelze, durch die Kapillare 12 bilden sich vier T-förmige Ströme an und unmittelbar unterhalb der Austrittsseite einer Spinndüsenplatte 10. Dann vereinigen sich benachbarte Enden der T-förmigen Ströme und bilden ein einstückiges Endlosfilament mit vier gleichmäßigen Hohlräumen, die sich kontinuierlich an diesem entlang erstrecken. Entlüftungsöffnungen 16 ermöglichen den Eintritt von Luft in die Hohlräume vor der Vereinigung und vermeiden dadurch, daß das Filament infolge des inneren Unterdrucks zusammenfällt, der sonst entstehen würde.During extrusion, e.g., of a polymer melt, through the capillary 12, four T-shaped streams form at and immediately below the exit face of a spinneret plate 10. Then, adjacent ends of the T-shaped streams merge to form a single continuous filament having four uniform cavities extending continuously therealong. Vents 16 allow air to enter the cavities prior to merger, thereby preventing the filament from collapsing due to the internal negative pressure that would otherwise be created.

In Fig. 2 sind an der Austrittsseite am Umfang angeordnete Öffnungen 14 zu sehen, die zu ihren gleichzeitig ausgearbeiteten, verjüngten Aussenkungen 22 führen. Ebenfalls sind radiale Öffnungen 18 mit Aussenkungen 26 zu sehen, die durch die unbearbeitete Fläche 24 getrennt sind. Die Spinndüsenplatte 10 ist gewchnlich viel dicker als die Dicke zwischen der Eintrittsöffnung 30 der Kapillare und der Austrittsseite 28. Vor der Einarbeitung der Kapillare wird die große Aussenkung 20 mit der flachen Eintrittsseite 30 in die Platte 10 an jeder Stelle eingearbeitet, wo eine Spinndüsen-Kapillare ausgebildet werden soll. Das Verhältnis der Länge 14a der Kapillare zu der Breite 18a der Kapillarschlitze ist vorzugsweise größer als 2, und die Seitenwände der Kapillarschlitze sind in der Richtung der unteren Seite 28 der Spinndüsenplatte 10 in einem eingeschlossenen Winkel A verjüngt, der im Bereich von etwa 3 bis etwa 20 Grad liegt.In Fig. 2, openings 14 are shown on the exit side at the periphery, leading to their concurrently machined, tapered counterbores 22. Radial openings 18 with counterbores 26 are also shown, separated by the unmachined surface 24. The spinneret plate 10 is usually much thicker than the thickness between the inlet opening 30 of the capillary and the exit side 28. Before machining the capillary, the large depression 20 with the flat entry side 30 is machined into the plate 10 at each location where a spinneret capillary is to be formed. The ratio of the length 14a of the capillary to the width 18a of the capillary slots is preferably greater than 2, and the side walls of the capillary slots are tapered in the direction of the lower side 28 of the spinneret plate 10 at an included angle A which is in the range of about 3 to about 20 degrees.

Um einen Maßstab für erwünschte Spinndüsen-Kapillaren zu liefern, sind die Schlitze 14 und 18 etwa 0,050 mm bis 0,130 mm breit (18a) und etwa 0,40 mm bis etwa 1,0 mm lang (14a). Die schlitzförmigen Öffnungen 14 sind vorzugsweise gleich den schlitzförmigen Öffnungen 18.To provide a scale for desirable spinneret capillaries, slots 14 and 18 are about 0.050 mm to 0.130 mm wide (18a) and about 0.40 mm to about 1.0 mm long (14a). Slot-shaped openings 14 are preferably equal to slot-shaped openings 18.

Die Kapillaren werden hergestellt, indem die Bohrungen mit einem Laserstrahl (150 Watt-Impulslaser Nd YAG von Lasag) eingeschnitten werden, worauf ein Polieren des Innern der Bohrungen mit fluiden Bearbeitungsmitteln folgt, wie sie z.B. von der Extrude Hone Corporation, Irwin, PA geliefert werden.The capillaries are manufactured by cutting the holes with a laser beam (150 watt pulsed Nd YAG laser from Lasag) followed by polishing the inside of the holes with fluid machining agents such as those supplied by Extrude Hone Corporation, Irwin, PA.

Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Spinndüsen-Kapillare ist ein Beispiel für die Vielzahl von komplizierten Kapillaren, bei der die Prinzipien dieser Erfindung genutzt werden können.The spinneret capillary shown in Fig. 1 and Fig. 2 is an example of the variety of complicated capillaries in which the principles of this invention can be utilized.

Claims

1. Spinneret with

a metal plate (10) having upper and lower sides connected by a channel exiting at the lower side (28) in a capillary (12), having side walls with immediately opposite regions which converge towards the lower side at an included angle of 3 to 20º,

characterized,

that the capillary (12) has a slot shape of a one-piece construction and has air inlets (16) which extend along the surrounding spinneret plate (10) and separate peripheral openings (14), and

that the capillary has a length (14a) between 0.40 and 1.0 mm and a width (18a) on the underside (28) of the metal plate between 0.050 mm and 0.130 mm.

2. Spinneret according to claim 1, wherein the metal plate (10) has a hardness of greater than 150 Brinell.