DE8407936U1

DE8407936U1 - Schmelzspinndüse für hochmolekulare thermoplastische Kunststoffe

Info

Publication number: DE8407936U1
Application number: DE19848407936
Authority: DE
Original assignee: Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1984-03-15
Filing date: 1984-03-15
Publication date: 1985-10-24

Description

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Schmelzspinndüse für hochmolekulare thermoplastische Kunststoffe

Die Erfindung betrifft eine Schmelzspinndüse mit einem mehr als etwa 2000 DUsenlöcher enthaltenden im wesentlichen rechteckigen Lochfeld für das Verspinnen der Schmelze eines hochmolekularen thermoplastischen Kunststoffes. 5

Besonders beim Verspinnen thermoplastischer Kunststoff-* schmelzen zu Fadenkabeln mit einer großen Zähl von Einzelfilamenten feinen bis sehr feinen Titers, beispielsweise solchen, die zu Vliesen verarbeitet werden sollen, gehen die Bestrebungen dahin, durch eine möglichst große spezifische Lochzahl in der Spinndüse, gemessen als die Anzahl von Diisenlöchern pro cm¹, den Gesamtdurchsatz je Spinndüse und damit die Produktivität auf ein möglichst hohes Niveau zu bringen. Abgesehen von Schwierigkeiten bei der Düsenfertigung, die nicht Gegenstand der Erfindung sind, ergeben sich hierbei Grenzen auf Grund der Besonderheiten beim Schmelzspinnen.

Bekanntlich werden die hochpolymeren thermoplastischen, zur Herstellung von Fäden brauchbaren Kunststoffe, deren Schmelztemperatur meist beträchtlich über 200° liegt, zum Verspinnen auf Temperaturen gebracht, die in der Regel um mindestens 25° bis 30° über der Schmelztemperatur liegen. Außerdem sind die Spinnschmelzen als nichtnewton'sehe Flüssigkeiten kompressibel, was ohne spezielle Vorkehrungen mit verantwortlich ist für die sog. Zwiebelbildung, eine typische Aufblähung oder Verdickung unmittelbar am Ausgang

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des Düsenloches.

Die Abstände zwischen den austretenden Fäden müssen demnach so weit aein, daß sich die noch nicht erstarrten Fäden nicht berühren und dabei zusammenkleben können; die erwähnte Zwiebelbildung bringt wegen des wesentlich größeren Durchmessers gegenüber dem austretenden Faden eine zusätzliche Erschwerung. Um die die Düsenlöcher verlassenden Fäden mit der erforderlichen Geschwindigkeit abzukühlen, werden sie i.a. mit einem gasförmigen Medium, meist Luft, angeblasen, was ebenfalls einer allzu engen Anordnung der Düsenlöcher entgegenzustehn scheint.

Die beschriebenen Schwierigkeiten führten dazu, daß die größten spezifischen Lochzahlen, die bisher bekannt wurden, bei Werten bis ca. 62 je cm' lagen (US-PS 3,118,012; US-PS 3,213,171). Wegen der Schwierigkeiten für das Anblasen zur Kühlung vor allem lagen dabei die maximalen Lochzahlen im Bereich von ca. 2000 Löchern je Spinndüse. Insbesondere für die Erzeugung des Fadenmaterials zur Vliesherstellung wurde dies allgemein als unbefriedigend empfunden, ohne daß wesentliche Verbesserungen bekannt geworden wären.

Der Erfindung liegt danach die Aufgabe zugrunde, eine Spinndüse bereitzustellen, die bei wesentlich erhöhter spezifischer Lochzahl sowie Gesamt lochzahl eine zufriedenstellende Abkühlung der frischen Fäden ermöglicht. Aufgabe ist ferner die Bereitstellung einer mit der erfindungsgemäßen Spinndüse ausgerüsteten Schmelzspinnvorrichtung mit einer geeigneten Anblasvorrichtung.

Diese Aufgabe wird durch eine Schmelzspinndüse der eingangs beschriebenen Art gelöst, die sich dadurch auszeichnet, daß das im wesentlichen rechteckige Lochfeld bei einem Lochdurchmesser s 500 μπι und einer Lochdichte von mindestens

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80 pro cm mindestens 20 000 Düsenlöcher aufweist, die in Längsrichtung und in Querrichtung des Lochfeldes jeweils in zueinander parallelen, gleichen Loch- und Reihenabstand aufweisenden Reihen angeordnet sind, der Lochabstand in den in Längsrichtung verlaufenden Lochreihen größer ist als der Lochabstand in den Querreihen und die Länge des Lochfeldes mindestens das Dreifache seiner Breite mißt. Bevorzugt ist cHe spezifische Lochzahl oder Lochdichte mindestens 100 pro cm*. Das Verhältnis der Länge L des Lochfeldes zu seiner Breite B wird besonders vorteilhaft in einem Bereich festgelegt, der d
8 ΐ|ί 12 folgt.

festgelegt, der der Beziehung 5^-^15 und vorzugsweise

) Die einzelnen Düsenlöcher sind innerhalb des Lochfeldes in

f 15 die Schnittpunkte eines regelmäßigen ebenen Gitters gelegt. ,: Die deckungsgleichen einzelnen Gitterfelder können Rechtecke sein, sie können aber auch Parallelogramme sein, deren

Is spitze Winkel größer als 45° sind. Das Verhältnis der Loch-

'g abstände A in Längsrichtung des Lochfeldes 2u den Locnab-

j 20 ständen B in Querrichtung des Lochfeldcs liegt vorteilhaft innerhalb der Beziehung 1,2 ^ ■=> - 3 und nimmt vorzugsweise den Wert 3 an. In Weiterbildung ist der Lochabstand in den Querreihen größer als das 1,5-fache und in den Längs-

': reihen als das 1,8-fache des Lochdurchmessers.

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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sind die Düsenlöcher derart bemessen, daß das Verhältnis der Länge L zum Durchmesser D größer ist als 5 und bevorzugt innerhalb des durch die Beziehung 7 £ ■=■ ^ 15 bestimmten Bereiches liegt. Eine derartige Gestaltung der Düsenlöcher erscheint geeignet, die sog. Zwiebelbildung wesentlich zu verringern oder gar ganz zu verhindern.

Eine mit einer erfindungsgemäßen Spinndüse ausgerüstete Schmelzspinnvorrichtung, die eine Anblasung für die aus den

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Düsen-löchern austretenden Einzelfilamente aufweist, zeichnet sich dadurch aus, daß die Richtung der Anblasung quer zur langen Lochfeldseite und im wesentlichen in Richtung der durch die weiteren Abstände zwischen den Querreihen gebildeten Kanäle zwischen den austretenden Filamenten verläuft. Vorteilhaft ist der Kühlgasstrom der Anblasung dabei schräg von unten auf die Düsenoberfläche gerichtet. Als günstig hat sich dabei ein Auftreffwinkel zwischen etwa 5° und 40°, gemessen zwischen Anblasstrahl und Düsenoberfläche, erwresen.

In vielen Fällen kann es vorteilhaft sein, zusätzlich zum schräg von unten auf die Düse gerichteten Anblasstrom eine zweite Anblasung vcrzusehn, die über der ersten angeordnet ist und deren Anblasstrom im wesentlichen parallel zur Düsenoberfläche ausgerichtet isr.. Die horizontale Komponente des schrägen Anblasstroms hat dabei dieselbe Richtung wie der Anblasstror der zweiten Anblasung.

Eine weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt mit Hilfe der beigegebenen Zeichnung. Es zeigt :

Fig. 1 Draufsiir.t auf die Austrittsfläche einer erfin-

dungsger.aßen Spinndüse;

Fig. 2 stark vergrößertes Gitter mit rechteckigen Gitter feldern;

Fig. 3 Lochgitter mit deckungsgleichen Gitterfeldern in Para1lelogrammform;

Fig. 4 schenatische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung; Fig. 5 Ansicht ·. on unten auf Spinndüse und Anblasung;

Fig. 6 stark vergrößerter Schnitt durch zwei benachbarte Dosenlocher.

Die Fig. 1 zeigt in nicht maßstäblicher Darstellung einen

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Blick auf die austrittsseitige Düsenoberfläche. Das Lochfeld 1 wird durch die Längsseiten 22 von der Länge 10 und die Querseiten 23 mit der Länge 11 begrenzt. Es ist von einem engmaschigen Netz von Düsenlöchern 3 bedeckt, die mit ihren senkrecht zur Düsenoberfläche 26 stehenden Achsen diese (26) in den Schnittpunkten 12 eines regelmäßigen Gitters durchstoßen. Die einzelnen Gitterfelder 15 bzw. sind jeweils deckungsgleich; sie können Rechtecke 15 oder Parallelogramme 27 sein, deren in Längsrichtung 4 verlaufende Seiten 13 langer sind als die in Querrichtung 5 zeigenden Seiten 14. In einer besonderen Ausbildungsform liegt das Verhältnis der Lochabstände A in Längsrichtung 4 zu den Lochabständen B in Querrichtung 5 in einem Bereich, der durch die Beziehung 1,2 - »r ^ 3 bestimmt ist und hat vorzugsweise den Wert 2. Die Mindestlochabstände sind in den Querreihen 14 des Lochfelds 1 größer als das 1,5-fache des Lochdurchmessers 2, woraus in Verbindung mit der vorhergehend angegebenen Beziehung für den Mindestlochabstand in Längsrichtung 4 ein Wert von 1,8 Lochdurchmessern 2 folgt.

Als ein wesentlicher Faktor für die Vermeidung oder doch Verringerung des Phänomens der sog. Zwiebel bildung, einer rel. starken Vergrößerung der Durchmessers der austretenden Schmelze unmittelbar am Lochausgang, hat sich ein rel. großer Wert für das Verhältnis der Düsenlochlänge L zum Lochdurchmesser D gezeigt. Er liegt erfindungsgemäß bei einem Mindestwert über 5 und vorteilhaft in dem durch die Beziehung ^ ~ j) ~ ^ bestimmten Bereich. Bei einer durch die Fig. ^ angedeuteten Ausführungsform ist der Durchmesser 2 über seine ganze Länge 16 gleichbleibend, so daß sie mit der Dicke der Düsenplatte im Bereich des Lochfeldes 1 übereinstimmt .

Die Figuren 4 und 5 zeigen in stark vereinfachter Darstellung

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eine Weiterbildung der Erfindung in Form einer mit einer erfindungsgemäßen Spinndüse 28 und einer Anblasung 20 bzw. 20+21 ausgestatteten Spinnvorrichtung, die mit 18 angedeutet ist. Die aus der Oberfläche 26 der Spinndüse 28 austretenden Filamente werden etwa in HJhe der Präparationswalze gesammelt und zur Weiterverarbeitung weitergeführt. Sie bilden im Bereich unmittelbar unter der Düsenoberfläche infolge der weiter oben beschriebenen und in den Figuren 2, 3 und 5 angedeuteten Anordnung der Düsenlöcher 3 ein Gitterwerk (15 in Fig. 5), das aus den breiteren Kanälen in Querrichtung 5 und den engen Abständen 7 bzw. 9 zwischen den in Längsrichtung 4 verlaufenden Lochreihen 13 gebildet ist. Die Anblasrichtung (horizontale Komponente) 24 stimmt bei beiden beschriebenen Gitterformen 15 und 27 praktisch mit dem Verlauf der in Querrichtung 5 verlaufenden breiteren Kanälen 17 überein.

Es hat sich gezeigt, daß im allgemeinen die in einem Kinkel 25 zwischen ca. 5° und 40° von der Ebene durch die Püsenoberfläche 26 abgeschwenkte und mit der.i Anblasstrom symmetrisch zur in Längsrichtung 4 verlaufenden Mittelachse des Lochfeldes 1 gegen dieses gerichtete Anblasung 20 zur Gewährleistung eines reibungsfrei verlaufenden Betrieb genügt. Insbesondere bei höheren Lochdichten über ca 110 je cm^s hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, eine zweite Anblasung 21 so anzuordnen, daß ihr in der Projektion auf die Düsenoberfläche 26 mit dem der Anblasung 20 gleichgerichteter Anblasstrom entlang der Düsenoberfläche 26 i:nd im wesentlichen parallel zu dieser verläuft.

Das nachfolgende Beispiel einer erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung soll das Wesen der Erfindung weiter verdeutliehen.

Beis_p_iel: Die Spinndüse weist 35 000 DUsenlöcher auf, die

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in einem an den Ecken abgerundeten Lochfeld von 540 mm Länge und 58 mm Breite innerhalb eines aus 79 Längs- und 443 Querreihen bestehenden Gitters mit rechteckigen Gitterfeldern untergebracht waren; die genaue Lochzahl war 34 997, der Lochabstand in den Längsreihen 1200pm und der in den Querreihen 600 μΐη. Bei einer Spinnplattendicke von 2600 μΐη war der durchgehende Lochdurchmessar 260 pm, so daß das ·=· - Verhältnis 10 war. Die Abmessungen des effektiven Lochgitters waren 531,6 X 47,4 mm. Die spezifische Lochzahl betrug 139 pro cm³ und die Blastiefe war gleich der effektiven Gitterbreite 47,4 mm. Die Anblasung erfolgte aus zwei Vorrichtungen mit Luft von 15 ⁰C. Ein Blasstrom war parallel zur Düsenoberfläche auf den Bereich unmittelbar unterhalb der Düsenplatte, der andere in einem Winkel von 30° zur Düsenoberfläche auf diese gerichtet.

Das Spinnergebnis war während des über mehrere Stunden laufenden Versuchs durchgehend gut, Fadenverklebungen waren weder in den Längs- noch in den Querreihen zu beobachten, obwohl der rechnerische Zwischenraum zwischen benachbarten Fäden der Querreihen nur 340 pm betrug. Ebenfalls warm keine Anzeichen von Zwiebelbildung zu beobachten. Es zeigte sich, daß unter den angegebenen Bedingungen die spezifische Lochzahl gegenüber dem Stand der Technik praktisch mehr als verdoppelt werden konnte, ohne daß die nach gängiger Vorstellung zu erwartenden Störungen auftraten.

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BEZUGSZEICHENAUFiSTELLUNG

1 Lochfeld

2 Lochdurchmesser

3 Loch, DUsenloch

4 Längsrichtung (Pfeil)

5 Querrichtung (Pfeil)

6 Lochabstand (A)

7 Lochabstand (B)

8 Reihenabstand (längs)

9 Reihenabstand (quer)

10 Länge» Lochfeldlänge

11 Breite, Lochfeldbreite

12 Schnittpunkt

13 Längsreihe

14 Querreihe

15 Gitterfeld, Gitter

16 Lochlänge

17 Querkanal, Anblaskanal

18 Spinnvorrichtung

19 Filamente

20 Anblasung, Schräganblasung

21 Anblasung, Parallelanblasung

22 Lochfeldseite (lang)

23 Lochfeldseite (kurz)

24 Anblasrichtung

25 Anblaswinkel

26 Düsenoberfläche

27 Gitterfeld

28 Spinndüse

29 Präparationswalze

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Claims

barmag Barmer Maschinenfabr afc. «/ilcit'ien^e seiflstihafA* Sitz: Remscheid, Bundesrepublik Deutschland 0-1391 - 1 - a n gnsprüche

1. Schmelzspinndiise mit einem mehr als etwa 2000 Düsenlöcher enthaltenden im wesentlichen rechteckigen Lochfeld für das Verspinnen der Schmelze eines hochmolekularen thermoplastischen Kunststoffes, dadurch gekennzeichnet, daß

ias im wesentlichen rechteckige Lochfeld (1) bei einem Lochdurchm-vsser (2) ^ 500 μιη und einer Lochdichte von mindestens SO je cm³ mindestens 20 000 Düsenlöcher (3) aufweist, die in Längsrichtung (4) und in Querrichtung

(5) des Lochfeldes (1) jeweils in zueinander parallelen, gleichen Loch- (6, 7) und Reihenabstand (8) aufweisenden Reihen (13, IA) angeordnet sind,

der Lochabstand (6) in den in Längsrichtung (4) verlaufenden Lochreihen (13) größer ist als der Lochabstand

(7) in den Querreihen (14) und

die Länge (10) des Lochfelds (1) mindestens das Dreifache seiner Breite (11) mißt.

2. Spinndüse nach Anspruch 1,
dadurch Rekennzeichnet, daß

die Lochdichte im Lochfeld (1) mindestens 100 je cm¹ ist.

3. Spinndüse nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet■ daß
das Verhältnis der Länge L (10) des Lochfelds (1) zu

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seiner Breite B (11) innerhalb des Bereichs der Beziehung 5 ^ ir ■& 15, vorzugsweise 8^-5·-^ 12 festgelegt ist.

4. Spinndüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

die Düsenlöcher (3) jeweils in den Schnittpunkten (12) eines regelmäßigen Gitters mit rechteckigen Gitterfeldern (15) angeordnet sind. 10

5. Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenlöcher (3) jeweils in den Schnittpunkten (12) eines regelmäßigen Gitters angeordnet sind und die Gitterfelder (27) Parallelogramme sind, deren spitze Winkel über einem Wert von 45° liegen.

6. Spinndüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Lochabstände A (6) in Längsrichtung (4) des Lochfeldes (1) zu den Lochabständen B (7) in Querrichtung (5) des Lochfeldes (1) innerhalb der Beziehung

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liegt und vorzugsweise den Wert 2 annimmt.

7. Spinndüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch aekennzeichnet, .daP der Lochabstand (7) in den Querreihen (14) des Lochfelds (1) größer ist als das 1,5-fache des Lochdurchmessers (2) und der Lochabstand (6) in den Längsreihen (13) größer ist als das 1,8-fache des Lochdurchmessers (2).

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8. Spinndüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet _t daß die Düsenlöcher (3) ein Verhältnis ihrer Länge L (16) zu ihrem Durchmesser D (2) aufweisen, das größer ist als 5 und vorzugsweise innerhalb des durch die Beziehung

7 * ij * 15 bestimmten Bereiche liegt.