DE974397C

DE974397C - Spinnduese zum Schmelzspinnen von hochpolymeren Stoffen

Info

Publication number: DE974397C
Application number: DEN3029A
Authority: DE
Inventors: Willem De Wolf
Original assignee: Onderzoekings Instituut Research
Current assignee: Onderzoekings Instituut Research
Priority date: 1949-11-23
Filing date: 1950-10-21
Publication date: 1960-12-15
Also published as: FR1026700A; US2820374A; US2839783A; GB711038A; GB733096A; CH291465A; NL69191C; CH311024A; BE498674A; BE516064A; NL74329C; FR63674E

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 15. DEZEMBER 1960

JV 302g VII j 2g a

Beim Schmelzspinnen hochpolymerer Stoffe, wie z. B. Superpolyamide (Nylon), Polyurethane, PoIyvinylverbindungen u. dgl., ist der Druck, welcher auf die Schmelze an der Innenseite der Spinndüse beim Hindurchpressen durch die Lochungen ausgeübt wird, infolge der hohen Viskosität der Schmelze meistens sehr groß. Dieser Druck, welcher zumindest io at beträgt, kann in manchen Fällen bis auf 40 und sogar 100 at ansteigen.

Mit Rücksicht auf das Erstarren des sich abkühlenden Polymers beim Austreten in die Luft ist es im allgemeinen erforderlich, daß sich die Düsenlöcher in einem gegenseitigen Abstand von wenigstens 3 bis 5 mm befinden, weil sonst die Fäden während des Abkühlens untereinander verkleben würden.

Dies hat zur Folge, daß beim Spinnen eines künstlichen, aus einer ziemlich großen Anzahl von Elementarfäden bestehenden Fadens der gelochte Spinndüsenboden des öfteren einen Durchmesser von 6 cm oder mehr erreicht.

Derartige Bodenplatten müssen wegen der auftretenden hohen Innendrücke eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen, wofür sich z. B. ein Sonderstahl eignet; außerdem sollen sie auch gegenüber der zu verspinnenden Schmelze beständig sein. Man hat daher beim Schmelzspinnen vor allem Düsen aus einem unedlen Metall, wie rostfreiem Chromnickelstahl, verwendet, welches die hohen Drücke gut aushält und weder von dem schmelzflüssigen Polymerisat noch von der als Reinigungsmittel verwendeten starken Salpetersäure angegriffen wird.

Diese bekannten Düsen zeigten jedoch gewisse Nachteile, insbesondere machte das gleichmäßige Auspressen der Schmelze durch die in den Düsenboden

009 662/21

gebohrten Öffnungen Schwierigkeiten, und die so gewonnenen Fäden zeigten nicht immer den gewünschten gleichmäßigen Querschnitt. Außerdem traten beim Verstrecken dieser Fäden relativ häufig Fadenbrüche auf, was auch auf Unregelmäßigkeiten beim Spinnvorgang selbst zurückzuführen ist.

Nun hatte man bereits beim Naßspinnen von Viskose versucht, Edelmetall einzusparen, indem man die Spinndüsen nicht mehr vollständig aus demselben ίο herstellte, sondern statt dessen in Bodenplatten aus einem unedlen Metall, wie rostfreiem Stahl oder Nickel, gelochte Einsätze aus Edelmetall bzw. durchbohrte Edelsteine einpaßte. Beispielsweise wurde empfohlen, in den zylindrischen Ausnehmungen des Düsenbodens Edelmetalleinsätze durch Stauchen der Nieten zu verankern, wobei sich die Einsätze durch die ganze Dicke des Bodens hindurch erstrecken und entgegengesetzte Konizitäten aufweisen. Die so hergestellte feste Verbindung zwischen Bodenplatte und Einsätzen kann aber ohne eine Zerstörung der Einzelteile nicht mehr gelöst werden. Auch die obenerwähnten Edelsteine von zylindrischer Außenform oder mit abgeschrägten Kanten können nach dem Befestigen in entsprechenden Bohrungen des Düsenbodens nicht mehr gut ohne Zerstörung desselben entfernt werden. Um die Zuleitung der zu verspinnenden Masse zu den eigentlichen, in die Edelsteine gebohrten Spinnkanälen zu erleichtern, erweitern sich diese nach oben trichterförmig.

Andererseits sind auch Lochplatten aus Edelmetall für die Naßspinnerei bekannt, welche als Düsenboden in den Düsenkörper aus einem unedlen Metall eingepreßt oder -gewalzt werden, wobei sehr dünne Lochplatten von weniger als 4 bis 5 mm Stärke zusätzlich durch einen Querträger mit Stehbolzen verankert werden. Um einzelne Edelmetalleinsätze besonders fest im Düsenboden zu verankern, hat man auch schon eine Bodenplatte aus Unedelmetall nach Einführung von mit einem Edelmetall umgebenen Hartdraht-Stückchen in entsprechende Bohrungen bildseitig gestaucht, wodurch sich die Wandungen der Bohrungen nach innen aufbauchen und fest in das Edelmetall einpressen.

Diese Konstruktionen haben sich aber in der Praxis nicht recht bewährt, obwohl die beim Naßspinnen auftretenden Innendrücke ziemlich klein sind und daher die mechanische Stabilität schon ausreichend sein sollte. Bei den in der Viskosespinnerei verwendeten Düsen hegen die einzelnen Spinnlöcher aber verhältnismäßig dicht beieinander, ihr gegenseitiger Abstand beträgt im allgemeinen nicht mehr als 0,5 mm, und daher bereitete das Anbringen der Edelmetalleinsätze Schwierigkeiten. Zudem traten öfters Korrosionen infolge der Bildung von Lokalelementen an denjenigen Stellen auf, an denen die Edelmetalleinsätze mit dem unedlen Metall und der alkalischen Spinnlösung in Berührung stehen.

Auf Grund dieser schlechten Erfahrungen und wegen der ganz anderen technischen Bedingungen beim Schmelzspinnen war dort an sich kein besonderer Nutzen von der Verwendung von Düsen mit Edelmetalleinsätzen zu erwarten. Gleichwohl sind schon Spinndüsen für das Schmelzspinnen vorgeschlagen worden, die eine Bodenplatte aus einem Nichtedelmetall aufweisen, in deren zylindrischen, am unteren Ende beispielsweise doppelkonisch ausgebildeten Bohrungen Edelmetallsätze eingepaßt und z. B. durch Lötung befestigt sind, wobei die Einsätze in der Außenfläche der Bodenplatte durch Pressen oder Nieten verbreitert sein können. Diese Einsätze sind durchbohrt, um so den eigentlichen Spinnkanal zu bilden. Derartige Einsätze lassen sich aber nur schwierig wieder aus der Bodenplatte entfernen, was z. B. bei Verstopfung des Spinnkanals oder zum Nachbohren desselben erforderlich sein kann; es besteht daher bei einer solchen Bearbeitung immer die Gefahr einer Beschädigung des Einsatzes selbst bzw. der Bodenplatte.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich die eingangs erwähnten Schwierigkeiten beim Schmelzspinnen von hochpolymeren Stoffen beheben lassen und Fäden mit verbesserten Eigenschaften erhalten werden, wenn das Spinnen mittels Düsen mit einer Bodenplatte aus unedlem Metall, die gelochte Edelmetalleinsätze aufweist, erfolgt, welche sich dadurch kennzeichnet, daß die Einsätze schwach konisch ausgebildet sind und in der Bodenplatte im unteren Teil von Ausnehmungen angeordnet sind, die sich aus zwei Teilen von verschiedener, aber gleichgerichteter Konizität zusammensetzen, wobei der untere, schwächer konische Teil der Ausnehmungen nur eine Konizität zwischen 1 und 6°, vorzugsweise von 3⁰, hat. Die Einsätze zeigen ohne zusätzliche Nietung oder Lötung einen besonders festen Sitz. Sie werden unter den angegebenen Bedingungen bei den beim Schmelzspinnen gewöhnlich auftretenden Drücken nicht aus dem Düsenboden herausgepreßt und lockern sich auch nicht beim Einsetzen der Bodenplatte in den Düsenkörper oder unter dem Einfluß der beim Spinnen besonders zu Beginn auftretenden Wärme oder durch die während der Verspinnung sich gegebenenfalls ausbildenden mechanischen Schwingungen. Außerdem lassen sich die Einsätze auch wieder ohne Schwierigkeiten zwecks Reinigung usw. aus der Bodenplatte entfernen. Die stärkere Konizität des oberen Teiles der Ausnehmung, welche beispielsweise 6o° betragen kann, erleichtert dabei eine klemmfreie Einführung der Edelmetalleinsätze und gewährleistet deren richtigen Stand im Düsenboden. Dagegen hat dieser konische Teil keinen wesentlichen Einfluß auf die Zuleitung der Spinnmasse zu dem eigentlichen Spinnkanal, welcher in den Edelmetalleinsatz gebohrt ist. Eine derartige Leitfläche, die an sich bekannt ist, wird vielmehr erst durch die Innenwandungen des näpfchenförmigen Einsatzes gebildet, der im folgenden noch näher beschrieben wird.

Die Bodenplatte der Spinndüse gemäß der Erfindung hat vorzugsweise eine Dicke von wenigstens 3 mm. Sie besteht zweckmäßig aus einem rostfreien Chromnickelstahl, während die Edelmetalleinsätze vorteilhaft aus einer Gold-Platin-Legierung im Verhältnis 70:30 gefertigt sind. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Mittelpunkte der einzelnen Ausnehmungen mindestens 3 mm voneinander entfernt sind.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen weiter erläutert.

Fig. ι zeigt vergrößert den Schnitt eines Bodenteiles einer Stahlspinndüse mit Edelmetalleinsatz;
Fig. 2 zeigt einen Schnitt des Edelmetalleinsatzes. In Fig. ι ist ι eine Bodenplatte einer rostfreien Stahlspinndüse, in die ein Loch 2 gebohrt ist. Die Bodenplatte hat eine Dicke von 5 mm. Der Durchmesser dieses Loches 2 beträgt an der inneren Düsenseite (3-3) 6,5 mm. Dieses Loch zeigt zwei verschiedene Konizitäten, von denen der nach der inneren Düsenseite gerichtete Teil eine Tiefe von 3 mm aufweist und der andere Teil sich mit einer Neigung von 6o° von 6,5 mm bei 3-3 auf 2,7 mm bei 4-4 verjüngt. Von 4-4 an bis zur Außenseite 5-5 der Stahlplatte verjüngt sich das Loch mit einer Konizität von 3⁰ von 2,7 auf 2,5 mm. Obwohl die Konizität dieser beiden Teile verschiedenartig sein kann, beschränkt sich die Konizität des zweiten Teiles mit Rücksicht auf das gute Haften des Edelmetalleinsatzes, wie gefunden wurde, auf einen Wert, welcher zwischen 1 und 6° beträgt und wobei sich bei Anwendung rostfreien Stahls als Bodenplatte 3⁰ als sehr günstig erwiesen haben.

Der Edelmetalleinsatz nach der Erfindung läßt sich sehr günstig dadurch bilden, daß von einem Edelmetalldraht, z. B. einer Legierung aus 7O°/₀ Gold und 30% Platin, mit kreisförmigem Querschnitt und einem Durchmesser von 2,6 mm Stückchen einer Länge von 1,7 mm abgeschnitten werden. Der Einsatz wird darauf in einem Stanzapparat unter sehr hohem Druck forciert, bis er sich schüsseiförmig gestaltet, wie Fig. 2 zeigt.

Der Edelmetalleinsatz besteht aus dem Körper 6, welcher auf der einen Seite 7-7 einen äußeren Durchmesser von 2,7 mm und auf der anderen Seite 8-8 von 2,5 mm aufweist. In diesem Einsatz befindet sich eine Schüssel, welche bei 9-9 einen Durchmesser von 1,8 mm und bei 10-10 einen Durchmesser von 0,8 mm hat, während die Bodendicke höchstens 0,45 mm und vorzugsweise 0,40 mm beträgt (zwischen den Flächen 10-11).

Dieser Einsatz wird mittels eines Stempels kräftig in den entsprechenden konischen Teil im Stahlboden eingepreßt. Nachdem auf diese Weise sämtliche Löcher im stählernen Düsenboden mit schüsseiförmige Ausnehmungen aufweisenden Einsätzen versehen sind, werden in diese Einsätze in bekannter Weise Düsenlöcher gebohrt und die Düse an der Außenseite gegebenenfalls poliert.
Die auf diese Weise zusammengestellte Spinndüse hat sich in der Praxis gegen die beim Schmelzspinnen auftretenden Drücke als völlig beständig erwiesen; sie liefert ein Produkt, das sich durch außerordentlich gleichmäßige Elementarfäden kennzeichnet.

Beispiel

Polyaminocapronamid wird in einem Schmelzspinnapparat an sich bekannter Konstruktion bei 256⁰C geschmolzen. Nach dem Passieren eines Filters wird das geschmolzene Polyamid mit Hilfe einer Dosierpumpe durch eine Spinndüse gemäß der Erfindung hindurchgepreßt, in welcher zehn Edelmetalleinsätze nach Fig. 1 vorgesehen sind.

In den Edelmetalleinsätzen ist ein Spinnloch mit einer Austrittöffnung von 250 Mikron Durchmesser. Zehn Löcher befinden sich in einem Kreis mit einem Durchmesser von 40 mm.

Das Gewicht der hindurchgepreßten Schmelze beläuft sich auf 11 g/Min. Die ausgespritzten zehn Einzelfäden werden insgesamt als ein einziger Faden in einem Abstand von etwa 5 m von der Spinndüse auf eine Spule aufgewickelt. Diese Spule hat eine Umfangsgeschwindigkeit von 600 m/Min., wodurch ein aus zehn Einzelfäden bestehender Kunstfaden von Denier entsteht. Dieser Faden wird in an sich bekannter Weise bis auf seine vierfache Länge kalt verstreckt zu einer Enddicke von 45 Denier. Bei dieser Verstreckung tritt durchschnittlich nur 1 Bruch auf km Faden ein.

Eine mikroskopische Prüfung der Querschnitte dieses Fadens zeigt, daß jeder Elementarfaden einen praktisch genau runden Durchschnitt hat. Die unter dem Mikroskop ersichtlichen Unterschiede im Durchmesser dieser Elementarfadenquerschnitte ergeben höchstens Schwankungen zwischen 2 und 4% des größten Durchmessers.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Spinndüse zum Schmelzspinnen von hochpolymeren Stoffen mit einer Bodenplatte aus unedlem Metall, die gelochte Edelmetalleinsätze aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (6) schwach konisch ausgebildet sind und in der Bodenplatte (1) im unteren Teil von Ausnehmungen (2) angeordnet sind, welche sich aus zwei Teilen von verschiedener, aber gleichgerichteter Konizität zusammensetzen, wobei der untere, schwächer konische Teil der Ausnehmungen nur eine Konizität zwischen 1 und 6°, vorzugsweise von 3⁰, aufweist.

2. Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (1) aus rostfreiem Chromnickelstahl und die Edelmetalleinsätze (6) aus einer Gold-Platin-Legierung im Verhältnis 70: 30 bestehen.

3. Spinndüseneinsatz für die Düse nach Anspruch i, bestehend aus einem Edelmetallkörper mit schwach konischem Außenumriß und einer Ausnehmung, die an der offenen Seite breiter ist als an der geschlossenen Seite, wobei der Boden dieses Näpfchens eine Materialdicke von höchstens 0,45 mm, vorzugsweise etwa 0,40 mm, aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 360 000, 640 175, 696103; schweizerische Patentschriften Nr. 170 736, 215 379; USA.-Patentschrift Nr. 2 266 363.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 808 872.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 009 662/21 12.60