EP0430926A2 - Spinndüse - Google Patents

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EP0430926A2
EP0430926A2 EP90890308A EP90890308A EP0430926A2 EP 0430926 A2 EP0430926 A2 EP 0430926A2 EP 90890308 A EP90890308 A EP 90890308A EP 90890308 A EP90890308 A EP 90890308A EP 0430926 A2 EP0430926 A2 EP 0430926A2
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EP
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spinning
carrier plate
capillaries
plate
holes
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EP90890308A
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EP0430926B1 (de
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Stefan Zikeli
Hermann Koberger
Dieter Dr. Eichinger
Stefan Dr. Astegger
Karin Dr. Weinzierl
Raimund Jurhovic
Bernd Dr. Wolschner
Heinrich Dr. Firgo
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Lenzing AG
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Lenzing AG
Chemiefaser Lenzing AG
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D4/00—Spinnerette packs; Cleaning thereof
    • D01D4/02—Spinnerettes
    • D01D4/027—Spinnerettes containing inserts
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D4/00—Spinnerette packs; Cleaning thereof
    • D01D4/02—Spinnerettes

Definitions

  • the invention relates to a spinneret with a nozzle head, which is preferably provided with heating channels for temperature control, and a spinning plate which has capillaries.
  • Spinning nozzles are required for the production of fibers, the starting material of the spinning mass consisting of organic or inorganic material.
  • the flowable or pumpable material which mostly has a very high viscosity, is pressed through the differently shaped nozzle capillaries and then, depending on the process, solidified into fibers in specially designed spinning and post-treatment steps.
  • a good spinneret is expected to have quality features such as the quality of the bores (dimensional accuracy), smoothness of the borehole walls, sharp edges of the borehole outlet, smoothness of the nozzle bottom, corrosion resistance and specially shaped spinning channels.
  • the necessary strength of the spinneret should be mentioned, since the spinneret is under enormous pressure when spinning the mass. Especially when spinning highly viscous cellulose solution spinning masses, the use of spinneret or spinneret materials with high strength is necessary because spinning pressures of up to 200 bar can occur.
  • NMMO N-methylmorpholine-N-oxide
  • a tertiary amine-N-oxide which acts as a solvent for cellulose. Due to the high spinning viscosities, spinnerets with reinforced spinning plates must be used.
  • the tackiness of the threads must be reduced. This can be done by putting fresh on the surface extruded threads a non-solvent liquid is applied to reduce the effect of the solvent (see. DE-AS 28 44 163).
  • a polyalkylene ether in particular polyethylene glycol, can be added to the tertiary amine oxide (cf. DD-PS 218 121).
  • the known spinnerets do sometimes have high capillary densities, but do not withstand high spinning pressures: the spinning plate bulges or bursts. Such nozzles are used in the viscose process.
  • spinnerets are known that are made from special steel types that can withstand high loads. Such spinnerets are used in the dry spinning process for plastic melts.
  • This nozzle construction in turn has the disadvantage that a pre-drilling in the relatively hard but firm material is necessary for the respective spinning capillary due to the complicated attachment of the nozzle holes in the nozzle plate, in order then to be able to attach the capillary with a fine diameter. Due to the larger diameter of the pilot hole, only a smaller number of spinning capillaries is possible in the nozzle plate, which in turn results in a lower capillary density.
  • a spinneret of the type mentioned at the outset in that the spinning plate consists of a stable support plate in which holes are provided and in that plates are inserted or pressed into the holes in which the capillaries are made.
  • the carrier plate made of stainless steel and the platelets made of a material with a lower hardness than steel, in particular one Precious metal. Gold, silver and tantalum are currently preferred.
  • a carrier plate is therefore used, the thickness of which can be dimensioned sufficiently large so that it withstands high spinning pressures. It can also be made of any solid material because it does not have any spinning capillaries. Plates, e.g. Precious metal platelets, inserted or pressed, in which - due to the softness of the metal - the necessary number of spinning capillaries can be attached relatively easily without pre-drilling.
  • the holes in the carrier plate are preferably stepped bores, the gradation being close to the outer surface of the carrier plate and the smaller diameter being on the outer surface of the carrier plate.
  • a perforated plate is provided on the inside of the carrier plate and a filter is arranged between the carrier plate and the perforated plate.
  • the holes in the perforated plate are matched to the arrangement of the platelets, so that the cellulose solution or polymer melt is distributed appropriately. Dirt particles or undissolved polymer fragments are retained by the filter.
  • FIG. 1 shows a spinneret according to the invention in section.
  • FIG. 2 shows the carrier plate of the spinneret according to FIG. 1, somewhat enlarged compared to FIG. 1, partly in section; and
  • FIG. 3 shows a plate for insertion into the carrier plate according to FIG. 2, enlarged compared to FIG. 2, partly in section.
  • the nozzle head 1 expediently consists of corrosion-resistant stainless steel. It has heating channels 6 for temperature control and forms the upper part of the spinneret into which the cellulose solution is fed and continuously tempered during spinning.
  • a perforated plate 3 In the nozzle head 1 is a perforated plate 3, a filter 4 and a carrier plate 2 is used. These three elements are pressed onto the nozzle head 1 by a threaded nut 5. A soft seal (not shown) can be used for sealing.
  • the carrier plate 2 (see FIG. 2) has a plurality of holes 7 designed as stepped bores. (For the sake of simplicity, only a single hole 7 is shown in FIG. 2.) Platelets 8 (see FIG. 3) made of relatively soft material are pressed into these holes. In this soft material, many capillaries 9 can easily be produced close to each other. (In FIG. 3, only a single capillary 9 is shown for simplification.)
  • the holes in the perforated plate 3 are arranged in exactly the same way as the holes in the carrier plate 2, with the filter 4 in between.
  • the filters 4 - depending on the cellulose solution or the polymer melt - can have very different pore sizes and consist of different materials. Corrosion-resistant metal fleeces are preferred.
  • the spinning mass is distributed over the perforated plate 3, filtered and then enters the holes 7 or stepped bores and from there into the capillaries 9 of the platelets 8.
  • a spinneret designed according to the invention high capillary densities can be achieved despite the high compressive strength.
  • the element-like structure of the nozzle package allows the carrier plates to be exchanged individually with precious metal plates in which capillaries with different diameters, lengths and cross sections are located.

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Abstract

Bei einer Spinndüse besteht die Spinnplatte, die die Spinnkapillaren (9) aufweist, erfindungsgemäß aus einer Trägerplatte (2) mit Löchern (7), insbesondere Stufenbohrungen, in die Plättchen (8) eingesetzt oder eingepreßt sind, die die Kapillaren (9) enthalten. Die Trägerplatte (2) kann daher beliebig dick und aus beliebig festem Material bestehen, um hohe Druckfestigkeit zu erzielen, ohne die Herstellung dicht angeordneter Kapillaren (9) zu erschweren, da die Kapillaren in den weicheren Plättchen (8) herzustellen sind. <IMAGE> <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Spinndüse mit einem Düsenkopf, der vorzugsweise mit Beheizungskanälen zur Temperierung versehen ist, und einer Spinnplatte, die Kapillaren aufweist.
  • Spinndüsen werden für die Erzeugung von Fasern benötigt, wobei der Ausgangsstoff der Spinnmasse aus organischem oder anorganischem Material besteht. Das fließ- bzw. pumpfähige Material, welches zumeist eine sehr hohe Viskosität besitzt, wird durch die unterschiedlich ausgeformten Düsenkapillaren gepreßt und anschließend, je nach Verfahren, in speziell dafür ausgerichteten Spinn- und Nachbehandlungsschritten zu Fasern verfestigt.
  • Von einer guten Spinndüse erwartet man Qualitätsmerkmale, wie Qualität der Bohrungen (Maßgenauigkeit), Glätte der Bohrlochwandungen, Scharfkantigkeit des Bohrlochaustrittes, Glätte des Düsenbodens, Korrosionsbeständigkeit und speziell ausgeformte Spinnkanäle. Nicht zuletzt ist die notwendige Festigkeit der Spinndüse zu erwähnen, da die Spinndüse beim Verspinnen der Masse unter enormer Druckbeanspruchung steht. Speziell beim Verspinnen von hochviskosen Celluloselösungsspinnmassen ist der Einsatz von Spinndüsen- bzw. Spinndüsenmaterialien mit hoher Festigkeit notwendig, da Spinndrücke bis 200 bar auftreten können.
  • Diese Probleme treten bei Celluloselösungen, die nach dem NMMO-Verfahren hergestellt sind, besonders auf. Dieses Verfahren ist z.B. aus den Beispielen der DE-OS 29 13 589 bekannt. NMMO steht dabei für N-Methylmorpholin-N-oxid, ein tertiäres Amin-N- oxid, das als Lösungsmittel für Cellulose wirkt. Aufgrund der hohen Spinnviskositäten müssen Spinndüsen mit verstärkten Spinnplatten eingesetzt werden.
  • Anderseits besteht die Tendenz, die Dichte der Kapillaren der Spinndüsen zu erhöhen, um die Leistung pro Flächeneinheit der Spinnstelle zu erhöhen. Das Problem, das dabei auftritt, besteht darin, daß die Fäden dazu neigen, untereinander zu verkleben.
  • Um die Dichte der Kapillaren trotzdem erhöhen zu können, muß daher die Klebrigkeit der Fäden verringert werden. Das kann dadurch verwirklicht werden, daß auf die Oberfläche der frisch extrudierten Fäden eine nicht lösende Flüssigkeit aufgebracht wird, um die Wirkung des Lösungsmittels herabzusetzen (vgl. die DE-AS 28 44 163). Außerdem kann dem tertiären Aminoxid ein Polyalkylenether, insbesondere Polyethylenglykol, zugesetzt werden (vgl. die DD-PS 218 121).
  • Es besteht somit Bedarf an einer Spinndüse mit relativ großem Durchmesser und hoher Kapillardichte und daraus resultierender hoher Anzahl an Kapillaren, um Celluloselösung wirtschaftlich zu verspinnen. Gleichzeitig soll die Spinndüse hohen Drücken (bis zu 130 bar) standhalten.
  • Die bekannten Spinndüsen weisen zwar zum Teil hohe Kapillardichten auf, halten aber hohen Spinndrücken nicht stand: die Spinnplatte wölbt sich oder platzt. Solche Düsen werden im Viskoseprozeß eingesetzt.
  • Anderseits sind Spinndüsen bekannt, die aus speziellen Stahltypen gefertigt sind, die hoch beanspruchbar sind. Derartige Spinndüsen werden beim Trockenspinnverfahren für Kunststoffschmelzen verwendet. Diese Düsenkonstruktion hat wiederum den Nachteil, daß durch das komplizierte Anbringen der Düsenlöcher in der Düsenplatte für die jeweilige Spinnkapillare eine Vorbohrung im relativ harten, aber festen Material notwendig ist, um dann die Kapillare mit feinem Durchmesser anbringen zu können. Durch die im Durchmesser größere Vorbohrung ist nur eine geringere Anzahl von Spinnkapillaren in der Düsenplatte möglich, wodurch sich wiederum eine geringere Kapillardichte ergibt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spinndüse zu schaffen, die einerseits hohen Spinndrücken standhält und anderseits eine hohe Kapillardichte (Kapillaren/mm²) aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Spinndüse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spinnplatte aus einer stabilen Trägerplatte besteht, in der Löcher vorgesehen sind, und daß in den Löchern Plättchen eingesetzt oder eingepreßt sind, in denen die Kapillaren ausgeführt sind. Es ist dabei zweckmäßig, wenn die Trägerplatte aus Edelstahl und die Plättchen aus einem Material mit geringerer Härte als Stahl, insbesondere aus einem Edelmetall, bestehen. Bevorzugt werden derzeit Gold, Silber und Tantal.
  • Erfindungsgemäß wird also eine Trägerplatte verwendet, deren Stärke ausreichend groß bemessen werden kann, sodaß sie hohen Spinndrücken standhält. Sie kann auch aus beliebig festem Material hergestellt sein, weil sie selbst keine Spinnkapillaren aufweist. In die Löcher der Trägerplatte sind Plättchen, z.B. Edelmetallplättchen, eingesetzt oder eingepreßt, in denen ― bedingt durch die Weichheit des Metalls ― relativ einfach die notwendige Anzahl an Spinnkapillaren ohne Vorbohren angebracht werden kann.
  • Vorzugsweise sind die Löcher in der Trägerplatte Stufenbohrungen, wobei sich die Abstufung nahe der Außenfläche der Trägerplatte befindet und der geringere Durchmesser an der Außenfläche der Trägerplatte ist. Dadurch wird das eingesetzte bzw. eingepreßte Plättchen zusätzlich gehalten und kann sehr hohen Spinndrücken standhalten.
  • Schließlich ist es zweckmäßig, wenn an der Innenseite der Trägerplatte eine Lochplatte vorgesehen ist und zwischen der Trägerplatte und der Lochplatte ein Filter angeordnet ist. Die Löcher der Lochplatte sind dabei auf die Anordnung der Plättchen abgestimmt, sodaß die Celluloselösung oder Polymerschmelze zweckentsprechend verteilt wird. Durch das Filter werden Schmutzpartikel bzw. ungelöste Polymerbruchstücke zurückgehalten.
  • Anhand der beiliegenden Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:
  • Fig. 1 eine erfindungsgemäße Spinndüse im Schnitt; Fig. 2 die Trägerplatte der Spinndüse nach Fig. 1, gegenüber Fig. 1 etwas vergrößert, zum Teil im Schnitt; und Fig. 3 ein Plättchen zum Einsetzen in die Trägerplatte nach Fig. 2, gegenüber Fig. 2 vergrößert, zum Teil im Schnitt.
  • Der Düsenkopf 1 (Fig. 1) besteht zweckmäßigerweise aus korrosionsfestem Edelstahl. Er hat Beheizungskanäle 6 zur Temperierung und bildet den Oberteil der Spinndüse, in den die Celluloselösung eingespeist und während des Verspinnens kontinuierlich temperiert wird.
  • In den Düsenkopf 1 ist eine Lochplatte 3, ein Filter 4 und eine Trägerplatte 2 eingesetzt. Diese drei Elemente sind durch eine Gewindemutter 5 an den Düsenkopf 1 angepreßt. Zur Abdichtung kann eine Weichdichtung (nicht dargestellt) verwendet werden.
  • Die Trägerplatte 2 (siehe Fig. 2) weist mehrere, als Stufenbohrungen ausgebildete Löcher 7 auf. (In der Fig. 2 ist zur Vereinfachung nur ein einziges Loch 7 dargestellt.) In diese Löcher werden Plättchen 8 (siehe Fig. 3) aus relativ weichem Material eingepreßt. In diesem weichen Material können leicht viele Kapillaren 9 dicht nebeneinander hergestellt werden. (In Fig. 3 ist zur Vereinfachung nur eine einzige Kapillare 9 dargestellt.)
  • Die Löcher der Lochplatte 3 sind genauso angeordnet wie die Löcher der Trägerplatte 2, dazwischen liegt das Filter 4. Die Filter 4 können ― abhängig von der Celluloselösung oder der Polymerschmelze ― stark unterschiedliche Porenweite haben und aus verschiedenen Materialien bestehen. Bevorzugt werden korrosionsbeständige Metallvliese. Die Spinnmasse wird über die Lochplatte 3 verteilt, gefiltert und tritt dann in die Löcher 7 bzw. Stufenbohrungen und von dort in die Kapillaren 9 der Plättchen 8 ein.
  • Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Spinndüse können trotz hoher Druckfestigkeit hohe Kapillardichten erzielt werden. So wurde z.B. eine Spinndüse entwickelt, die bei einem Durchmesser von 45 mm 1147 Kapillaren aufweist (was 0,72 Kapillaren/mm² entspricht) und die für einen Betriebsdruck von ca. 85 bar ausgelegt ist. Eine andere Spinndüse hatte 1,19 Kapillaren/mm² und war für ca. 55 bar Betriebsdruck ausgelegt.
  • Der elementartige Aufbau des Düsenpaketes erlaubt ein individuelles Austauschen der Trägerplatten mit Edelmetallplättchen, in denen sich Kapillaren mit unterschiedlichen Durchmessern, Längen und Querschnitten befinden.

Claims (7)

  1. Spinndüse mit einem Düsenkopf, der vorzugsweise mit Beheizungskanälen zur Temperierung versehen ist, und einer Spinnplatte, die Kapillaren aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spinnplatte aus einer stabilen Trägerplatte besteht, in der Löcher vorgesehen sind, und daß in den Löchern Plättchen eingesetzt oder eingepreßt sind, in denen die Kapillaren ausgeführt sind.
  2. Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte aus Edelstahl besteht.
  3. Spinndüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen aus einem Material mit geringerer Härte als Stahl, insbesondere aus einem Edelmetall, bestehen.
  4. Spinndüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen aus Gold oder Silber bestehen.
  5. Spinndüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Plättchen aus Tantal bestehen.
  6. Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher in der Trägerplatte Stufenbohrungen sind, wobei sich die Abstufung nahe der Außenfläche der Trägerplatte befindet und der geringere Durchmesser an der Außenfläche der Trägerplatte ist.
  7. Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der Trägerplatte eine Lochplatte vorgesehen ist und daß zwischen der Trägerplatte und der Lochplatte ein Filter angeordnet ist.
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