EP0724029A1 - Yarns from melts using cold gas jets - Google Patents

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EP0724029A1
EP0724029A1 EP96250016A EP96250016A EP0724029A1 EP 0724029 A1 EP0724029 A1 EP 0724029A1 EP 96250016 A EP96250016 A EP 96250016A EP 96250016 A EP96250016 A EP 96250016A EP 0724029 A1 EP0724029 A1 EP 0724029A1
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EP
European Patent Office
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gas
threads
melt
filaments
air
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EP96250016A
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German (de)
French (fr)
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EP0724029B1 (en
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Lüder Dr.-Ing. Gerking
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08Melt spinning methods
    • D01D5/098Melt spinning methods with simultaneous stretching
    • D01D5/0985Melt spinning methods with simultaneous stretching by means of a flowing gas (e.g. melt-blowing)
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D4/00Spinnerette packs; Cleaning thereof
    • D01D4/02Spinnerettes
    • D01D4/025Melt-blowing or solution-blowing dies

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for producing threads of finite and endless length from thread-forming melts, preferably from polymers, with the aid of gas jets, primarily cold air jets.
  • thermoplastic polymer melts from spinnerets and to extract them by means of hot gas jets, mostly air jets, these air jets flowing out of a series of melt outlet openings on both sides.
  • This method was first known by A. Van Wente in a publication by the Naval Research Laboratory, Washington DC, USA in 'Industrial and Engineering Chemistry', 48 (1956), 1342-46.
  • a large number of subsequent technical designs up to the recent past can essentially be traced back to the principle shown there, namely with the characteristics that it is a series of melt outlet openings and the air streams pulling out the melt must be heated to at least melt temperature and mostly above it.
  • the object of the invention is to provide a method and devices suitable therefor in which these two essential disadvantages are avoided.
  • the gas preferably air streams are not heated, since they no longer hit the threads directly next to the melt bores, but just below the outlet openings.
  • These cold air jets which attack a row of threads on both sides, accelerate increasingly until the thread reaches its final diameter has reached. It has then cooled so far that it can no longer be warped.
  • melt outlet bores can be arranged, for example two or three, which increases the throughput for a given nozzle length and makes better use of the gas jet energy due to a higher material load can be.
  • injection molds only normal spinnerets and parts for the gas flow that are not technically demanding.
  • the deformation of the thread from the exit from the melt bore to its solidification is caused by tensile forces which are applied aerodynamically mechanically by take-off or winding rollers or in the spunbond process. After the thread has solidified, the tensile forces act on the lower end of the spinning line, cf. DOS 37 36 418 and 43 12 419.
  • the thread is cooled by specially introduced cooling air, usually regulated according to temperature, sometimes also humidity.
  • the cooling air can be blown in transversely or with a component in the thread running direction.
  • blow spinning with heated air the meltblown process, the hot air mixes with the cold ambient air after it emerges from the slots next to the melt holes, and the threads cool and solidify.
  • the deformation of the threads is generated by shear forces which generate the air flowing in laterally, which is not particularly heated, on the thread jacket.
  • the shear forces acting on the thread after its solidification also act as tensile forces on the deformation area, but mostly less than the shear forces on the not yet solidified part.
  • the speed of these air flows is greater than the thread speed. They accelerate steadily towards a Laval nozzle, in the narrowest cross section of which the speed of sound can be reached.
  • the process according to the invention thus stands between the known spunbonded nonwoven processes with a drawdown on the solidified thread and the meltblown process with hot air streams from the spinneret. Such a method has not yet become known.
  • a method for the production of powders from metal and ceramic melts has proven itself (DE 33 11 343), in which usually a single outflow opening of the melt stands just above a rotationally symmetrical Laval nozzle and the radially inflowing gas quantity is constantly accelerating, also up to the speed of sound and above, and thus for the extraction of the melt monofilament favorable conditions due to increasing gas flow with increasing monofilament speed.
  • the surface tension is usually so great that the thread bursts in the area of the lower pressure, approaching the narrowest point of the Laval nozzle, and balls result from the individual particles, which solidify into solid powder.
  • DE 35 33 964 the melt monofilament is kept warm longer by radiant heating in order to pull it out further and thus to obtain even finer powder.
  • the aim of the present invention is to produce threads which are as fine as possible from thread-forming, ie higher-viscosity melts getting produced. Unlike metal melts, the influence of viscosity outweighs that of surface tension. This leads to threads and not to powders. Solely the production of threads of finite or endless length is intended with the method according to the invention and its characteristic devices.
  • melt-spinnable polymers such as polyamides, polyester, polystyrene, polyurethane, polypropylene and other melt-spinnable polymers that can be converted into synthetic fibers
  • a molecular orientation during the transition from the melt to the solid thread is the basic requirement. In the present case, this is achieved primarily by the action of shear forces on the molten monofilament. General gravity and tensile forces on the solidified thread part help.
  • the present invention fulfills the requirement for rapid stretching to the final diameter due to the basically short stretching length between the melt outlet nozzle and the Laval nozzle.
  • the molecular orientation between the spinneret and the solidification point in the short warping distance and the associated high shear gradients in the thread are higher, because in addition to the tensile forces from below, strong shear stresses attack directly in the deformation area. These also attack the meltblown spinning process, but only at the very beginning, then increasingly weaker due to the unfavorable ratio of the decreasing gas speed to increasing thread speed.
  • the high thread qualities of polymer threads add to the energy saving advantage. Compared to other known methods for spinning threads from the melt with the aid of aerodynamic forces, the devices for implementing the method according to the invention are simpler.
  • the device for the present process for the production of threads and fibers with cold blowing streams consists of a longitudinal nozzle from which the melt emerges from openings in one or more rows. Below the longitudinal nozzle there is a gap of a few mm in width, the contour of which has the convergent-divergent shape of a Laval nozzle and which extends over the entire length of the row of spinning bores. With appropriate pressure ratios, the speed of sound can be generated in the narrowest part of the gap and even the supersonic speed in the expanded part.
  • the part below referred to as the blowing nozzle below the spinneret can be designed as a Laval nozzle with a convergent-divergent flow cross-section. With a corresponding pressure ratio p 1 / p 0 greater than about 1.9, supersonic is created behind it by jet expansion to the ambient pressure. In the case of a non-expanded blow nozzle, the so-called Borda mouth, the speed of sound at the outlet is at most.
  • a spinning device as is usually used for polymer melts, above a blowing nozzle 2.
  • the melt passes from a metering device (not shown), for example a gear pump, through an opening 3 into the spinning device and is distributed over a longitudinal channel 4 over the width of the nozzle.
  • Known filters 5 for filtering out foreign bodies and for forming resistance for the purpose of uniform distribution of the melt over the nozzle length reach the melt through the pilot holes 6 of the nozzle to the melt openings 7 in the nozzle plate 8.
  • This is in a nozzle screw connection 9 consisting of several parts with the aforementioned Parts summarized and placed in a heated box 10, from which it can be removed at 3 for exchange by dissolving the connection to the melt line.
  • the air flow is preferably laminar in order to allow quiet warping without turbulent fluctuations in the threads 25.
  • a laminar flow allows a narrower gap at 12 and thus less use of gas (air) amount.
  • a laminar flow in the warping area of the threads is also advantageous for reasons of energy saving.
  • room 15 there is a higher pressure p 1 than below in the room labeled 16.
  • the space 16 can be under ambient pressure p 0 or, if the threads are to be collected into a fleece or the threads are to be transported further, they can also have a pressure above the environment. If air as the flowing medium in room 15 is at least 1.9 times more pressurized than room 16, the narrowest point is 12 at the speed of sound.
  • temperatures are set slightly above the melting point.
  • the temperature can be increased significantly above the melting point, which is necessary in any case with higher-viscosity polymers such as polypropylene; with polyester and polyamides, a lower overheating above the melting point is sufficient.
  • the width of the gap 12 is chosen so narrow that just striking and thus clogging and jamming of the fibrous material in the blowing nozzle 2 is prevented.
  • the plates 13a and 13b which form the lower end of the pressure chamber 15, can be moved via pivot points 18 and sliding openings 19, this type of adjustment only should be a possibility for others.
  • the pressure chamber is closed at the end by plates 20.
  • the sealing with the plates 13a and 13b can be carried out metallically by means of flat surfaces and pressing together; sealing elements in the plates 13a and 13b are also possible in a known manner. The tension between these and the plates of the end wall is easily released for piecing and adjusting the gap 12.
  • Fig. 2 a similar device consisting of spinning device 21 and blowing nozzle 22 is shown.
  • the heating by means of a heat transfer medium 27, in vapor or liquid form, located in chambers 26 is brought as close as possible to the spinneret plate 28 to reduce their cooling due to the air flow, which is still slow in this area.
  • the spinneret must be installed and removed from above.
  • Fig. 3 it is indicated that an electrical, flat rod-shaped heater 29 provides heat to the spinneret and counteracts the cooling of the air streams.
  • Insulating plates 30 can act in the same sense as shown here and in FIG. 1. With the help of these side heaters, the melt can be overheated shortly before it emerges in order to obtain finer threads. Because of the short exposure time of the higher temperature, the damage to the polymer can be kept low and a drop in the mechanical quality values of the threads remains small or cannot be determined at all.
  • the air necessary for spinning the melt is fed to the atmosphere or the pressure p 2 in the space 16 of the blowpinning device at pressures of about 0.5 to about 3 bar above the pressure p 0 . If there is a negative pressure in room 16, for example if a thread deposit is connected to a fleece, the pressure in room 15 can be lower and it can still be achieved at 12 sonic speeds if the critical pressure ratio 1.9 is reached or exceeded in air .
  • the process according to the invention succeeds in producing threads with the quality of staple fibers, although their essential properties of strength, elongation, shrinkage and of course also the thread diameter fluctuate more due to the not completely constant tensile effect of the air flow on the threads than in conventional thread production with mechanical withdrawal of the threads from spinnerets.
  • a plastic granulate mixture of polyester and polypropylene in a weight ratio of 50:50 was melted in an elongated vessel, also with electrical heating and under a nitrogen atmosphere, and brought to an outlet by means of an overpressure in nitrogen from three outlet openings with a diameter of 0.8 mm arranged in series.
  • the temperature of the melt was 285 ° C, the pressure of the compressed air 1.8 bar above atmosphere and the throughput 0.75 g / min per hole.
  • the Laval nozzle had a rectangular cross section with a width of 3 mm at the narrowest point. Their distance from the melt outlet openings was approximately 25 mm.
  • the result was silky threads with an average of 0.76 den, 1.60 g / den strength, 272% elongation, 35% cooking shrinkage.
  • the threads were caught on a sieve belt moved underneath the device, where they were laid down to form a 5 cm wide fleece.
  • the present invention is applicable to all substances which can be converted into threads in the molten state.
  • the melt monofilaments should be warped quickly and under the influence of tensile and shear stresses in order to obtain the highest possible molecular orientation and thus the quality of the threads. This also applies if the threads are particularly fine and are not endless, but tear off at irregular intervals and a new piece of thread then forms.
  • the production of polymer threads and nonwovens thereon is a preferred application of the method according to the invention, without being restricted thereto.
  • the device consisting of spinneret and blowing part extends over a certain length, which specifies the width of the nonwoven produced.
  • the threads - endless, partially endless or predominantly finite length - are placed on a catch belt, the direction of which is the longitudinal axis of the spinneret with blowing part at a certain angle, usually at 90 °.
  • the thread can be deposited by having an open space between the Lavalblower nozzle and the catch belt.
  • laying methods known in spunbonded nonwoven technology can also be used for swiveling the thread sheet emerging from the Laval nozzle.
  • the suction process in which the laying part is separated from the surroundings and suctioned off under the belt, can also be used in that the space below the Laval blower nozzle is closed in a known manner up to the collecting belt and the threads laid into a fleece seal this closed laying room via sealing rollers leaves with the sieve belt.
  • Nonwoven webs of endless threads referred to as spunbonded webs, when produced directly from the spinneret, can be a preferred one Field of application of the present invention. Apart from special cases, the threads should be distributed as evenly as possible in all directions in order to obtain isotropic materials.
  • the use of the method according to the invention and the associated device is particularly suitable for the production of such products.

Abstract

In the prodn. of filaments from molten polymers, the cold gas stream flow below the outlets for the molten filaments, at a small gap from the openings, has a speed greater than the molten filament speed. The gas flow gives a constant acceleration to the filaments so that they are drawn and cooled. Also claimed is a melt spinning assembly with an outlet slit below the centre axis of the spinarette opening rows, with a smaller cross section than the side flow cross sections. This gives a constant acceleration in the flow from the arrival of the gas at the filaments to the narrowest section of the slit. Pref. the technique is for melt spinning of molten polymers into filaments such as polyamide, polyester, polystyrene, polyurethane, polypropylene, and the like. The gas, after compression, is fed directly to the spinning station, without heat applied to it or taken from it, with pref. air for the gas flows. The gas is delivered to the filaments, at their setting point, at sonic or ultrasonic speeds. The slit has a converging shape, as a Laval jet structure. The spinarette has a lower thermal insulation, or has additional lower heating, to prevent heating of the gas streams.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Fäden endlicher und endloser Länge aus fadenbildenden Schmelzen, vorzugsweise aus Polymeren, mit Hilfe von Gasstrahlen, vornehmlich kalter Luftstrahlen.The invention relates to a method and an apparatus for producing threads of finite and endless length from thread-forming melts, preferably from polymers, with the aid of gas jets, primarily cold air jets.

Es ist bekannt, thermoplastische Polymerschmelzen aus Spinndüsen auszupressen und sie durch heiße Gasstrahlen, meistens Luftstrahlen, auszuziehen, wobei diese Luftstrahlen beiderseits einer Reihe von Schmelzeaustrittsöffnungen ausströmen. Dieses Verfahren wurde erstmals durch A. Van Wente in einer Veröffentlichung des Naval Research Laboratory, Washington D.C., USA in 'Industrial and Engineering Chemistry', 48 (1956), 1342-46, bekannt. Eine große Zahl von nachfolgenden technischen Ausführungen bis in die jüngste Zeit lassen sich im wesentlichen auf das dort gezeigte Prinzip zurückführen, nämlich mit den Kennzeichen, daß es sich um e i n e Reihe von Schmelzeaustrittsöffnungen handelt und die die Schmelze ausziehenden Luftströme auf mindestens Schmelzetemperatur und meistens darüber aufgeheizt werden müssen. Da die Austrittsschlitze für die Luftströmungen etwa um 1 mm, oft darunter, von den Schmelzebohrungen entfernt sind, ist diese Erwärmung notwendig, um die Schmelze in den Austrittsöffnungen nicht erstarren zu lassen. Diese Blasstrom- oder Blasdüsen-Spinnverfahren (engl. meltblown) sind geschaffen worden, um möglichst dünne Fäden, durchaus auch endlicher Länge, d.h. mit Abrissen herzustellen, wozu eine höhere Lufttemperatur die notwendige Wärmezufuhr zum Verziehen auf möglichst feine Durchmesser gibt.It is known to extrude thermoplastic polymer melts from spinnerets and to extract them by means of hot gas jets, mostly air jets, these air jets flowing out of a series of melt outlet openings on both sides. This method was first known by A. Van Wente in a publication by the Naval Research Laboratory, Washington DC, USA in 'Industrial and Engineering Chemistry', 48 (1956), 1342-46. A large number of subsequent technical designs up to the recent past can essentially be traced back to the principle shown there, namely with the characteristics that it is a series of melt outlet openings and the air streams pulling out the melt must be heated to at least melt temperature and mostly above it. Since the outlet slots for the air flows are about 1 mm, often below, from the melt bores, this heating is necessary in order not to solidify the melt in the outlet openings. These blow stream or blow nozzle spinning processes (English meltblown) were created in order to produce threads that are as thin as possible, but also of finite length, ie with tears, for which purpose a higher air temperature gives the necessary heat supply for drawing to the finest possible diameter.

Diese Verfahren sind energieaufwendig durch die notwendige Aufheizung des Gases einerseits, andererseits liegt die höchste Gasgeschwindigkeit am Austritt der Luft aus den Schlitzen vor und baut sich im Austrittsfreistrahl durch Vermischung mit der Umgebungsluft ständig ab. Auf den Schmelzefaden trifft eine zunehmend geringere Luftgeschwindigkeit und da sich dieser durch die auf ihn wirkenden Schubkräfte des Luftstrahls beschleunigt, wird die wirksame Impulsdifferenz zwischen Luft- und Fadengeschwindigkeit immer geringer.These processes are energy-intensive due to the necessary heating of the gas on the one hand, on the other hand the highest gas velocity is at the outlet of the air from the slits and is continuously reduced in the outlet jet by mixing with the ambient air. An increasingly lower air speed hits the melt thread and since this is accelerated by the thrust forces of the air jet acting on it, the effective difference in momentum between air and thread speed becomes smaller and smaller.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und dafür geeignete Vorrichtungen zu schaffen, bei denen diese beiden wesentlichen Nachteile vermieden werden. Die Gas-, vorzugsweise Luftströme werden nicht aufgeheizt, da sie nicht mehr direkt neben den Schmelzebohrungen, sondern dicht unterhalb der Austrittsöffnungen auf die Fäden treffen. Diese kalten Luftstrahlen, die beiderseits einer Reihe von Fäden angreifen, beschleunigen sich zunehmend bis der Faden seinen endgültigen Durchmesser erreicht hat. Er ist dann soweit abgekühlt, daß er sich nicht mehr weiter verziehen läßt.The object of the invention is to provide a method and devices suitable therefor in which these two essential disadvantages are avoided. The gas, preferably air streams are not heated, since they no longer hit the threads directly next to the melt bores, but just below the outlet openings. These cold air jets, which attack a row of threads on both sides, accelerate increasingly until the thread reaches its final diameter has reached. It has then cooled so far that it can no longer be warped.

Da die Luftströme erst in einem bestimmten Abstand unter den Schmelzeaustrittsöffnungen auf die Fäden treffen, können auch mehr als nur eine Reihe von Schmelzeaustrittsbohrungen angeordnet sein, beispielsweise zwei oder drei, wodurch sich der Durchsatz bei gegebener Düsenlänge vergrößert und die Gasstrahlenenergie durch eine höhere Gutbeladung besser ausgenutzt werden kann. Es bedarf zudem keiner teuren Spritzwerkzeuge, sondern nur normaler Spinndüsen und fertigungstechnisch wenig anspruchsvoller Teile für die Gasströmung.Since the air streams only hit the threads at a certain distance below the melt outlet openings, more than just one row of melt outlet bores can be arranged, for example two or three, which increases the throughput for a given nozzle length and makes better use of the gas jet energy due to a higher material load can be. There is also no need for expensive injection molds, only normal spinnerets and parts for the gas flow that are not technically demanding.

Beim herkömmlichen Schmelzspinnen wird die Verformung des Fadens vom Austritt aus der Schmelzebohrung bis zu seiner Erstarrung von Zugkräften bewirkt, die mechanisch durch Abzugs- oder Wickelrollen oder beim Spinnvliesverfahren aerodynamisch aufgebracht werden. Die Zugkräfte greifen nach der Erstarrung des Fadens am unteren Ende der Spinnlinie an, vgl. DOS 37 36 418 und 43 12 419. Im oberen Bereich wird der Faden durch besonders eingeführte Kühlluft, meist nach Temperatur, manchmal auch Feuchte geregelt, abgekühlt. Die Kühlluft kann quer oder auch mit einer Komponente in Fadenlaufrichtung eingeblasen werden. Beim Blasspinnen mit aufgeheizter Luft, dem Meltblown-Verfahren, vermischt sich die Heißluft nach ihrem Austritt aus den Schlitzen neben den Schmelzebohrungen mit der kalten Umgebungsluft und es kommt zur Abkühlung und Erstarrung der Fäden.In conventional melt spinning, the deformation of the thread from the exit from the melt bore to its solidification is caused by tensile forces which are applied aerodynamically mechanically by take-off or winding rollers or in the spunbond process. After the thread has solidified, the tensile forces act on the lower end of the spinning line, cf. DOS 37 36 418 and 43 12 419. In the upper area, the thread is cooled by specially introduced cooling air, usually regulated according to temperature, sometimes also humidity. The cooling air can be blown in transversely or with a component in the thread running direction. In blow spinning with heated air, the meltblown process, the hot air mixes with the cold ambient air after it emerges from the slots next to the melt holes, and the threads cool and solidify.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verformung der Fäden durch Schubkräfte erzeugt, die die seitlich zustömende, nicht besonders aufgeheizte Luft am Fadenmantel erzeugt. Auch die unten am Faden nach seiner Erstarrung angreifenden Schubkräfte wirken sich als Zugkräfte auf den Verformungsbereich aus, meist aber geringer als die Schubkräfte am noch nicht erstarrten Teil. Die Geschwindigkeit dieser Luftströme ist, abgesehen von einem Bereich von wenigen mm direkt unterhalb des Schmelzeaustritts, größer als die Fadengeschwindigkeit. Sie beschleunigen sich stetig zu einer Lavaldüse hin, in derem engsten Querschnitt Schallgeschwindigkeit erreicht werden kann.In the method according to the invention, the deformation of the threads is generated by shear forces which generate the air flowing in laterally, which is not particularly heated, on the thread jacket. The shear forces acting on the thread after its solidification also act as tensile forces on the deformation area, but mostly less than the shear forces on the not yet solidified part. Apart from a range of a few mm directly below the melt outlet, the speed of these air flows is greater than the thread speed. They accelerate steadily towards a Laval nozzle, in the narrowest cross section of which the speed of sound can be reached.

Das Verfahren nach der Erfindung steht also zwischen den bekannten Spinnvliesverfahren mit Abzug unten am erstarrten Faden und den Meltblown-Verfahren mit Heißluftströmen aus der Spinndüse. Ein solches Verfahren ist bisher nicht bekanntgeworden.The process according to the invention thus stands between the known spunbonded nonwoven processes with a drawdown on the solidified thread and the meltblown process with hot air streams from the spinneret. Such a method has not yet become known.

Ähnlich dem erfindungsgemäßen Verfahren hat sich ein Verfahren zur Herstellung von Pulvern aus Metall- und Keramikschmelzen bewährt (DE 33 11 343), bei dem in der Regel eine einzelne Ausflußöffnung der Schmelze dicht oberhalb einer rotationssymetrischen Lavaldüse steht und die radial zuströmende Gasmenge sich ständig beschleunigt, auch bis zur Schallgeschwindigkeit und darüber, und damit für das Ausziehen des Schmelzemonofils günstige Verhältnisse durch zunehmende Gasströmung bei zuenhmender Monofilgeschwindigkeit aufweist. Bei Metallschmelzen ist in der Regel die Oberflächenspannung so groß, daß im Bereich des geringeren Druckes mit Annäherung an die engste Stelle der Lavaldüse der Faden aufplatzt und sich aus den einzelnen Teilchen durch die Oberflächenspannung Kugeln ergeben, die zu festem Pulver erstarren. In einer weiteren Ausführung, DE 35 33 964, wird das Schmelzemonofil durch Strahlungsheizung länger warm gehalten, um es weiter auszuziehen und damit noch feineres Pulver zu erhalten.Similar to the method according to the invention, a method for the production of powders from metal and ceramic melts has proven itself (DE 33 11 343), in which usually a single outflow opening of the melt stands just above a rotationally symmetrical Laval nozzle and the radially inflowing gas quantity is constantly accelerating, also up to the speed of sound and above, and thus for the extraction of the melt monofilament favorable conditions due to increasing gas flow with increasing monofilament speed. In the case of metal melts, the surface tension is usually so great that the thread bursts in the area of the lower pressure, approaching the narrowest point of the Laval nozzle, and balls result from the individual particles, which solidify into solid powder. In another embodiment, DE 35 33 964, the melt monofilament is kept warm longer by radiant heating in order to pull it out further and thus to obtain even finer powder.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen möglichst feine Fäden aus fadenbildenden, d.h. höherviskosen Schmelzen hergestellt werden. Anders als bei Metallschmelzen überwiegt hier der Einfluß der Viskosität den der Oberflächenspannung. Das führt zu Fäden und nicht zu Pulvern. Ausschließlich die Herstellung von Fäden endlicher oder endloser Länge werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen kennzeichnenden Vorrichtungen bezweckt. Bei Fäden aus schmelzspinnbaren Polymeren wie Polyamiden, Polyester, Polystyrol, Polyurethan, Polypropylen und anderen schmelzspinnbaren, in Synthesefasern umwandelbaren Polymeren kommt es jedoch nicht darauf an, Fäden bestimmter Dicke und in besonderen Fällen wie Filter, feinkapillare Vliesstoffe, Textilien mit weichem Griff, zum Beispiel besonders feine Fäden zu erzeugen, sondern diese sollen in vielen Fällen auch die höchstmögliche Festigkeit bei geringer Dehnung und bestimmtem, meist möglichst geringem Schrumpf, was wichtig für die spätere Nachbehandlung ist, aufweisen. Dazu ist eine molekulare Orientierung während des Übergangs von der Schmelze zum festen Faden die Grundvoraussetzung. Dieses wird geschafft im vorliegenden Fall überwiegend durch Einwirken von Schubkräften auf das schmelzflüssige Monofil. Die Schwerkraft allgemein und Zugkräfte am erstarrten Fadenteil helfen.The aim of the present invention is to produce threads which are as fine as possible from thread-forming, ie higher-viscosity melts getting produced. Unlike metal melts, the influence of viscosity outweighs that of surface tension. This leads to threads and not to powders. Solely the production of threads of finite or endless length is intended with the method according to the invention and its characteristic devices. However, for threads made of melt-spinnable polymers such as polyamides, polyester, polystyrene, polyurethane, polypropylene and other melt-spinnable polymers that can be converted into synthetic fibers, it is not important to have threads of a certain thickness and in special cases such as filters, fine-capillary nonwovens, textiles with a soft feel, for example to produce particularly fine threads, but in many cases they should also have the highest possible strength with low elongation and certain, usually as low as possible shrinkage, which is important for the subsequent post-treatment. For this, a molecular orientation during the transition from the melt to the solid thread is the basic requirement. In the present case, this is achieved primarily by the action of shear forces on the molten monofilament. General gravity and tensile forces on the solidified thread part help.

Es hat sich gezeigt, daß bei einer raschen Verringerung des Durchmessers mit hohen Schubkräften und demzufolge hohen Gasgeschwindigkeiten sich besonders gute Festigkeitswerte der Fäden mit hohem Anfangsmodul Kraft zu Dehnung erzeugen lassen. In besondersn Fällen wie bei Polyester ist auch der Schrumpf in diesem Fall gering. Die vorliegende Erfindung erfüllt die Voraussetzung auf rasche Verstreckung auf den Enddurchmesser durch die grundsätzlich kurze Verstreckungslänge zwischen Schmelzeaustrittsdüse und Lavaldüse. Verglichen mit den konventionellen Spinnverfahren für endlose Fäden mit mechanischem Abzug und anschließendem Aufwickeln oder den Spinnvliesverfahren mit aerodynamischen Abzug und anschließender Ablage der Fäden zu einem Vlies ist die molekulare Orientierung zwischen Spinndüse und Erstarrungspunkt in der kurzen Verziehstrecke und den damit verbundenen hohen Schergradienten im Faden höher, weil neben den Zugkräften von unten starke Schubspannungen direkt im Verformungsbereich angreifen. Diese greifen zwar auch bei den Meltblown-Spinnverfahren an, aber nur ganz am Anfang, dann immer schwächer wegen der ungünstigen Verhältnisse der abnehmenden Gasgeschwindigkeit zu zunehmender Fadengeschwindigkeit.It has been shown that with a rapid reduction in the diameter with high shear forces and consequently high gas velocities, particularly good strength values of the threads with a high initial modulus can be generated force to elongation. In special cases, such as polyester, the shrinkage is also low in this case. The present invention fulfills the requirement for rapid stretching to the final diameter due to the basically short stretching length between the melt outlet nozzle and the Laval nozzle. Compared to the conventional spinning process for endless threads with mechanical take-off and subsequent winding or the spunbonded nonwoven process with aerodynamic take-off and subsequent filing of the threads into a nonwoven, the molecular orientation between the spinneret and the solidification point in the short warping distance and the associated high shear gradients in the thread are higher, because in addition to the tensile forces from below, strong shear stresses attack directly in the deformation area. These also attack the meltblown spinning process, but only at the very beginning, then increasingly weaker due to the unfavorable ratio of the decreasing gas speed to increasing thread speed.

Zum Vorteil der Energieeinsparung kommen bei Polymerfäden die hohen Fadenqualitäten hinzu. Im Vergleich zu anderen bekanntgewordenen Verfahren zum Spinnen von Fäden aus der Schmelze mit Hilfe aerodynamischer Kräfte kommt hinzu, daß die Vorrichtungen zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens einfacher sind.The high thread qualities of polymer threads add to the energy saving advantage. Compared to other known methods for spinning threads from the melt with the aid of aerodynamic forces, the devices for implementing the method according to the invention are simpler.

Die Vorrichtung für das vorliegende Verfahren zur Herstellung von Fäden und Fasern mit kalten Blasströmen besteht aus einer Längsdüse, aus der die Schmelze aus Öffnungen austritt in einer oder mehreren Reihen. Unterhalb der Längsdüse befindet sich ein Spalt von einigen mm Breite, dessen Kontur die konvergent-divergente Form einer Lavaldüse hat und der sich über die gesamte Länge der Spinnbohrungsreihe erstreckt. Bei entsprechenden Druckverhältnissen kann im engsten Teil des Spaltes Schallgeschwindigkeit und im erweiterten sogar Überschallgeschwindigkeit erzeugt werden. Der Spalt ist nur wenige mm breit, um mit möglichst geringer Luftmenge auszukommen, aber hinreichend breit, um ein Anschlagen der Fäden an seinen Wandungen zu vermeiden. Bei Verhältnissen zwischen Umgebungsdruck p0 = 1 bar und Druck im Raum unterhalb der Spinndüse mit Öffnung nach unten durch den als Lavaldüse ausgebildeten Längsspalt von p1 = 2 bar ergibt sich bereits Schallgeschwindigkeit im engsten Teil des Längsspalts.The device for the present process for the production of threads and fibers with cold blowing streams consists of a longitudinal nozzle from which the melt emerges from openings in one or more rows. Below the longitudinal nozzle there is a gap of a few mm in width, the contour of which has the convergent-divergent shape of a Laval nozzle and which extends over the entire length of the row of spinning bores. With appropriate pressure ratios, the speed of sound can be generated in the narrowest part of the gap and even the supersonic speed in the expanded part. The gap is only a few mm wide in order to get by with as little air volume as possible, but is sufficiently wide to avoid the threads striking its walls. With ratios between ambient pressure p 0 = 1 bar and pressure in the space below the spinneret with opening downwards through the longitudinal gap of p 1 = 2 bar designed as Laval nozzle, the speed of sound already results in the narrowest part of the longitudinal gap.

Der im folgenden als Blasdüse bezeichnete Teil unterhalb der Spinndüse kann als Lavaldüse mit konvergent-divergent verlaufendem Strömungsquerschnitt ausgebildet sein. Bei entsprechendem Druckverhältnis p1/p0 größer etwa 1,9 entsteht dahinter Überschall durch Strahlexpansion auf den Umgebungsdruck. Bei einer nicht erweiterten Blasdüse, sog. Borda-Mündung, herrscht am Austritt höchstens Schallgeschwindigkeit.The part below referred to as the blowing nozzle below the spinneret can be designed as a Laval nozzle with a convergent-divergent flow cross-section. With a corresponding pressure ratio p 1 / p 0 greater than about 1.9, supersonic is created behind it by jet expansion to the ambient pressure. In the case of a non-expanded blow nozzle, the so-called Borda mouth, the speed of sound at the outlet is at most.

Statt heiße Luft direkt neben den Schmelzebohrungen austreten zu lassen, trifft nicht aufgeheizte Luft in einem bestimmten Abstand von den Schmelzaustrittsöffnungen entfernt und mit ständig zunehmender Geschwindigkeit auf die Fäden, zieht sie aus und kühlt sie gleichzeitig ab. Alles findet auf einer sehr kurzen Verzugs strecke statt. Die Austrittsbohrung selbst ist nur mit geringer Luftgeschwindigkeit umströmt, kann auch wesentlich von jeglicher Strömung abgeschirmt werden in bekannter Weise dadurch, daß die Austrittsbohrungen in einer Längsnut angeordnet sind und somit etwas zurückgesetzt werden. Zusätzlich kann der Düsenkörper neben der Bohrungsreihe isoliert werden. Durch diese verhältnismäßig einfachen Maßnahmen gelingt es, den Energieaufwand für die Luftstrahlen durch die nicht mehr notwendige Beheizung und die bessere Ausnutzung der Druckenergie zur Beschleunigung der Fäden und damit Ausziehen auf geringere Durchmesser deutlich zu verringern gegenüber den herkömmlichen Meltblown-Verfahren.Instead of letting hot air escape right next to the melt bores, unheated air hits the threads at a certain distance from the melt outlet openings and at ever increasing speed, pulls them out and cools them down at the same time. Everything takes place on a very short delay line. The outlet bore itself is only flowed around at a low air speed, and can also be substantially shielded from any flow in a known manner in that the outlet bores are arranged in a longitudinal groove and are thus somewhat reset. In addition, the nozzle body can be isolated next to the row of holes. These relatively simple measures make it possible to significantly reduce the energy expenditure for the air jets due to the heating which is no longer necessary and the better use of the pressure energy to accelerate the threads and thus to pull them out to a smaller diameter than the conventional meltblown processes.

Die Erfindung wird an den folgenden Zeichnungen erläutert.

Fig. 1
Querschnitt durch eine Spinnvorrichtung mit Laval-Blasspinndüse
Fig. 2
Ausführung mit Gasströmung schräg von oben
Fig. 3
Spinndüse mit zusätzlicher elektrischer Heizung in der Nähe der Schmelzeaustrittsbohrungen
The invention is illustrated by the following drawings.
Fig. 1
Cross-section through a spinning device with Laval blow spinneret
Fig. 2
Version with gas flow diagonally from above
Fig. 3
Spinneret with additional electrical heating near the melt outlet holes

In Fig. 1 ist eine Spinnvorrichtung 1 wie sie üblicherweise für polymere Schmelzen eingesetzt wird über einer Blasdüse 2 dargestellt. Die Schmelze gelangt aus einer nicht gezeigten Dosiervorrichtung, beispielsweise eine Zahnradpumpe, über eine Öffnung 3 in die Spinnvorrichtung und verteilt sich über einem Längskanal 4 über die Breite der Düse. Über bekannte Filter 5 zur Herausfiltrierung von Fremdkörpern und zur Widerstandsbildung zwecks gleichmäßiger Schmelzeverteilung über die Düsenlänge hin gelangt die Schmelze über die Vorbohrungen 6 der Düse zu den Schmelzeöffnungen 7 in der Düsenplatte 8. Diese ist in einer aus mehreren Teilen bestehenden Düsenverschraubung 9 mit den zuvor genannten Teilen zusammengefaßt und in einen beheizten Kasten 10 gesetzt, aus dem sie zum Austausch durch Auflösung der Verbindung mit der Schmelzeleitung bei 3 entfernt werden kann.1 shows a spinning device 1, as is usually used for polymer melts, above a blowing nozzle 2. The melt passes from a metering device (not shown), for example a gear pump, through an opening 3 into the spinning device and is distributed over a longitudinal channel 4 over the width of the nozzle. Known filters 5 for filtering out foreign bodies and for forming resistance for the purpose of uniform distribution of the melt over the nozzle length reach the melt through the pilot holes 6 of the nozzle to the melt openings 7 in the nozzle plate 8. This is in a nozzle screw connection 9 consisting of several parts with the aforementioned Parts summarized and placed in a heated box 10, from which it can be removed at 3 for exchange by dissolving the connection to the melt line.

Die unaufgeheizte Luft längs den Pfeilen 11 über die gesamte Länge der hintereinander in einer oder mehreren Reihen angeordneten Schmelzeaustrittsöffnungen 7 über Widerstände 17 zur Vergleichmäßigung und zweckmäßigerweise auch zur Gleichrichtung, d.h. Wirbelverminderung, aus dem Druckraum 15 dem Lavaldüsenspalt 12 zugeführt. Dieser wird gebildet aus den beiden Platten 13a und 13b, die sich über etwas mehr als die Düsenbohrungsreihe erstrecken. Durch die entsprechende Formgebung an den Enden formen sie einen zunächst zusammenlaufenden, dann auseinanderstrebenden Spalt 12, die Lavaldüse.The unheated air along the arrows 11 over the entire length of the melt outlet openings 7 arranged one behind the other in one or more rows via resistors 17 for equalization and expediently also for rectification, i.e. Vortex reduction, fed from the pressure chamber 15 to the Laval nozzle gap 12. This is formed from the two plates 13a and 13b, which extend over a little more than the row of nozzle bores. Due to the corresponding shaping at the ends, they form a gap 12, the Laval nozzle, which initially converges, then diverges.

Die Luftströmung ist vorzugsweise laminar, um ein ruhiges Verziehen ohne turbulente Schwankungen der Fäden 25 zu gestatten. Eine laminare Strömung erlaubt einen engeren Spalt bei 12 und damit einen geringeren Einsatz von Gas(Luft)-menge. Eine laminare Strömung im Verzugsbereich der Fäden ist auch aus Gründen der Energieersparnis vorteilhaft.The air flow is preferably laminar in order to allow quiet warping without turbulent fluctuations in the threads 25. A laminar flow allows a narrower gap at 12 and thus less use of gas (air) amount. A laminar flow in the warping area of the threads is also advantageous for reasons of energy saving.

Im Raum 15 herrscht ein höherer Druck p1 als unterhalb im mit 16 bezeichneten Raum. Der Raum 16 kann unter Umgebungsdruck p0 stehen oder, falls noch ein Auffangen der Fäden zu einem Vlies erfolgen soll oder ein Weitertransport der Fäden, kann er auch einen über der Umgebung liegenden Druck haben. Herrscht bei Luft als strömendem Medium im Raum 15 ein Druck gegenüber dem Raum 16 von mindestens dem etwa 1,9-fachen, so stellt sich an der engsten Stelle bei 12 Schallgeschwindigkeit ein.In room 15 there is a higher pressure p 1 than below in the room labeled 16. The space 16 can be under ambient pressure p 0 or, if the threads are to be collected into a fleece or the threads are to be transported further, they can also have a pressure above the environment. If air as the flowing medium in room 15 is at least 1.9 times more pressurized than room 16, the narrowest point is 12 at the speed of sound.

Je nach Polymer oder sonstiger schmelzspinnbarer Masse werden Temperaturen etwas über dem Schmelzpunkt eingestellt. Um besonders dünne Fäden zu erhalten, kann die Temperatur deutlich über den Schmelzpunkt erhöht werden, was bei höherviskosen Polymeren wie Polypropylen ohnehin vonnöten ist, bei Polyester und Polyamiden reicht eine geringere Überhitzung über den Schmelzpunkt. Die Weite des Spaltes 12 wird so eng gewählt, daß gerade ein Anschlagen und damit ein Verstopfen und Aufstauen des faserigen Materials in der Blasdüse 2 verhindert wird. Um den Spalt sowohl in seiner Entfernung zu den Austrittsöffnungen der Schmelze und seiner Weite einstellen zu können, sind die Platten 13a und 13b, die den unteren Abschluß des Druckraumes 15 bilden, beweglich über Drehpunkte 18 und Gleitöffnugnen 19 einstellbar, wobei diese Art der Verstellung nur eine Möglichkeit von anderen darstellen soll. Stirnseitig ist der Druckraum durch Platten 20 verschlossen. Die Dichtung mit den Platten 13a und 13b kann metallisch über eben ausgeführte Flächen und Zusammenpressen erfolgen; auch Dichtelemente in den Platten 13a und 13b sind in bekannter Weise möglich. Die Verspannung zwischen diesen und den Platten der Stirnwand wird zum Anspinnen und Einstellung des Spaltes 12 leicht gelöst.Depending on the polymer or other melt-spinnable mass, temperatures are set slightly above the melting point. In order to obtain particularly thin threads, the temperature can be increased significantly above the melting point, which is necessary in any case with higher-viscosity polymers such as polypropylene; with polyester and polyamides, a lower overheating above the melting point is sufficient. The width of the gap 12 is chosen so narrow that just striking and thus clogging and jamming of the fibrous material in the blowing nozzle 2 is prevented. In order to be able to adjust the gap both in its distance to the outlet openings of the melt and in its width, the plates 13a and 13b, which form the lower end of the pressure chamber 15, can be moved via pivot points 18 and sliding openings 19, this type of adjustment only should be a possibility for others. The pressure chamber is closed at the end by plates 20. The sealing with the plates 13a and 13b can be carried out metallically by means of flat surfaces and pressing together; sealing elements in the plates 13a and 13b are also possible in a known manner. The tension between these and the plates of the end wall is easily released for piecing and adjusting the gap 12.

In Fig. 2 ist eine ähnliche Vorrichtung bestehend aus Spinnvorrichtung 21 und Blasdüse 22 dargestellt. Die Luftströme 23a und 23b treten mit von vornherein nach unten gerichteter Komponente seitlich von oberhalb der Düsenaustrittsbohrungen 24 auf die Fäden 25. Die Beheizung durch ein in Kammern 26 befindliches Wärmeträgermedium 27, dampfförmiger oder flüssiger Art, ist möglichst dicht an die Spinndüsenplatte 28 herangeführt, um ihre Abkühlung durch die Luftströmung, die in diesem Bereich zwar noch geringe Geschwindigkeit hat, zu vermindern. Anders als in Fig. 1 ist in diesem beispielhaften Fall die Spinndüse von oben ein- und auszubauen.In Fig. 2 a similar device consisting of spinning device 21 and blowing nozzle 22 is shown. The air streams 23a and 23b, with the component directed downward from the start, step laterally onto the threads 25 from above the nozzle outlet bores 24. The heating by means of a heat transfer medium 27, in vapor or liquid form, located in chambers 26 is brought as close as possible to the spinneret plate 28 to reduce their cooling due to the air flow, which is still slow in this area. Unlike in FIG. 1, in this exemplary case the spinneret must be installed and removed from above.

In Fig. 3 ist angedeutet, daß eine elektrische, flachstabförmige Heizung 29 für eine Wärmezufuhr an die Spinndüse sorgt und der Abkühlung der Luftströme entgegenwirkt. Isolierende Platten 30 können wie hier und in Fig. 1 gezeigt in gleichem Sinne wirken. Mit Hilfe dieser seitlichen Heizungen kann die Schmelze kurz vor ihrem Austritt stärker überhitzt werden, um feinere Fäden zu erhalten. Wegen der kurzen Einwirkdauer der höheren Temperatur kann die Schädigung des Polymers gering gehalten werden und ein Abfall der mechanischen Gütewerte der Fäden bleibt gering oder ist gar nicht feststellbar.In Fig. 3 it is indicated that an electrical, flat rod-shaped heater 29 provides heat to the spinneret and counteracts the cooling of the air streams. Insulating plates 30 can act in the same sense as shown here and in FIG. 1. With the help of these side heaters, the melt can be overheated shortly before it emerges in order to obtain finer threads. Because of the short exposure time of the higher temperature, the damage to the polymer can be kept low and a drop in the mechanical quality values of the threads remains small or cannot be determined at all.

Die zum Verspinnen der Schmelze notwendige Luft wird auf Drücke von etwa 0,5 bis etwa 3 bar über dem Druck p0 der Atmosphäre bzw. dem Druck p2 im Raum 16 der Blasspinnvorrichtung zugeführt. Liegt im Raum 16 ein Unterdruck vor, z.B. wenn sich eine Fadenablage zu einem Vlies anschließt, so kann der Druck im Raum 15 kleiner sein und es läßt sich dennoch bei 12 Schallgeschwindigkeit erreichen, wenn bei Luft das kritische Druckverhältnis 1,9 erreicht oder überschritten wird.The air necessary for spinning the melt is fed to the atmosphere or the pressure p 2 in the space 16 of the blowpinning device at pressures of about 0.5 to about 3 bar above the pressure p 0 . If there is a negative pressure in room 16, for example if a thread deposit is connected to a fleece, the pressure in room 15 can be lower and it can still be achieved at 12 sonic speeds if the critical pressure ratio 1.9 is reached or exceeded in air .

Es ist zweckmäßig, die durch die Verdichtung der Luft erzeugte Wärme im Gas zu erhalten, die Zuleitungen also kurz zu halten und gut zu isolieren, um diese im übrigen verlorene Energie für das Verspinnen zu nutzen, indem die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Luft und Faden geringer ausfallen kann, wenn der Faden während des Verziehens länger auf einer höheren Temperatur gehalten werden kann. Ein Warmhalten des Fadens auch durch Strahlungsheizung wie in DE 35 33 964 ist auch hier möglich. Eine Aufheizung der gesamten Blasluft ist nicht nötig und könnte auch nur in geringem Maß erfolgen (wenn z.B. billige Wärme zur Verfügung steht und besonders feine Fasern erzeugt werden sollen), da die Fäden sonst nicht genügend rasch zur Abkühlung gebracht werden.It is expedient to maintain the heat generated in the gas by the compression of the air, ie the supply lines to keep it short and to isolate it well in order to use this otherwise lost energy for spinning, in that the difference in speed between air and thread can be smaller if the thread can be kept at a higher temperature for longer during the warping. Keeping the thread warm also by radiant heating as in DE 35 33 964 is also possible here. Heating the entire blown air is not necessary and could only be carried out to a small extent (if, for example, cheap heat is available and particularly fine fibers are to be produced), since the threads would otherwise not be cooled down quickly enough.

Bei der Herstellung von Fäden aus synthetischen Polymeren gelingt es durch das erfindungsgemäße Verfahren, Fäden mit der Qualität von Stapelfasern herzustellen, obwohl deren wesentliche Eigenschaften Festigkeit, Dehnung, Schrumpf und natürlich auch der Fadendurchmesser durch die nicht vollständig konstante Zugwirkung der Luftströmung auf die Fäden stärker schwanken als bei der konventionellen Fadenherstellung mit mechnischem Abzug der Fäden aus Spinndüsen. Einige Beispiele sollen das zeigen.In the production of threads from synthetic polymers, the process according to the invention succeeds in producing threads with the quality of staple fibers, although their essential properties of strength, elongation, shrinkage and of course also the thread diameter fluctuate more due to the not completely constant tensile effect of the air flow on the threads than in conventional thread production with mechanical withdrawal of the threads from spinnerets. Some examples should show that.

Beispiel 1example 1

In einem elektrisch beheizten Gefäß von etwa 0,5 1 Inhalt wurde zuvor sorgfältig getrocknetes Granulat von Polyester (Polyethylentherephthalat) aufgeschmolzen. Über dem Schmelzespiegel befand sich eine Stickstoffatmosphäre. Die Schmelzetemperatur lag bei 270 °C. Durch Erhöhung des Stickstoffdrucks wurde die Schmelze zum Ausfluß am Boden aus einer Bohrung mit einem Durchmesser von 2 mm gebracht. Im Abstand von etwa 5 mm unter dieser Austrittsöffnung trat Luft radialsymmetrisch an den austretenden Faden heran und strömte durch eine Lavaldüse von 3 mm Durchmesser parallel mit den Fäden nach unten ab. Der engste Querschnitt der Lavaldüse hatte einen Abstand von eta 8 mm vom Schmelzeaustritt. Die Luft wurde einem industriell üblichen Preßluftnetz entnommen.Carefully dried granules of polyester (polyethylene terephthalate) were melted in an electrically heated vessel of about 0.5 l. There was a nitrogen atmosphere above the melt level. The melt temperature was 270 ° C. By increasing the nitrogen pressure, the melt was brought to the bottom out of a bore with a diameter of 2 mm. At a distance of about 5 mm below this outlet opening, air approached the emerging thread in a radially symmetrical manner and flowed through a Laval nozzle of 3 mm diameter parallel with the threads down. The narrowest cross section of the Laval nozzle was about 8 mm from the melt outlet. The air was taken from an industrial compressed air network.

Bei einem Luftdruck in der Zuspeisung von 2,5 bar über Atmosphäre ergaben sich Fäden mit einer Feinheit von 1,1 den, entsprechend 11 µ, und einer Festigkeit von 2,7 g/den, Dehnung von 71 %, Kochschrumpf 9 % - jeweils Mittelwerte aus 10 Messungen. Der Durchsatz betrug 0,9 bis1 g/min.With an air pressure in the feed of 2.5 bar above atmosphere, threads with a fineness of 1.1 den, corresponding to 11 μ, and a strength of 2.7 g / den, elongation of 71%, boiling shrinkage 9% - each resulted Average values from 10 measurements. The throughput was 0.9 to 1 g / min.

Beispiel 2Example 2

Ein Kunststoffgranulatgemisch aus Polyester und Polypropylen im Gewichtsverhältnis 50:50 wurd in einem länglichen Gefäß, ebenfalls mit elektrischer Beheizung und unter Stickstoffatmosphäre, aufgeschmolzen und durch einen Überdruck im Stickstoff zum Ausfluß gebracht aus drei in Reihe angeordneten Austrittsöffnungen mit einem Durchmesser von 0,8 mm. Die Temperatur der Schmelze betrug 285 °C, der Druck der Preßluft 1,8 bar über Atmosphäre und der Durchsatz 0,75g/min pro Loch. Die Lavaldüse hatte rechteckigen Querschnitt mit einer Weite von 3 mm an der engsten Stelle. Ihr Abstand von den Schmelzeaustrittsöffnungen betrug etwa 25 mm. Es ergaben sich seidige Fäden mit den Mittelwerten 0,76 den, 1,60 g/den Festigkeit, 272 % Dehnung, 35 % Kochschrumpf.A plastic granulate mixture of polyester and polypropylene in a weight ratio of 50:50 was melted in an elongated vessel, also with electrical heating and under a nitrogen atmosphere, and brought to an outlet by means of an overpressure in nitrogen from three outlet openings with a diameter of 0.8 mm arranged in series. The temperature of the melt was 285 ° C, the pressure of the compressed air 1.8 bar above atmosphere and the throughput 0.75 g / min per hole. The Laval nozzle had a rectangular cross section with a width of 3 mm at the narrowest point. Their distance from the melt outlet openings was approximately 25 mm. The result was silky threads with an average of 0.76 den, 1.60 g / den strength, 272% elongation, 35% cooking shrinkage.

Die Fäden wurden auf einem unterhalb der Vorrichtung bewegten Siebband aufgefangen, wo sie zu einem etwa 5 cm breiten Vlies abgelegt wurden.The threads were caught on a sieve belt moved underneath the device, where they were laid down to form a 5 cm wide fleece.

In der gleichen Vorrichtung wurden verschiedene Kunststoffmischungen und reine Kunststoffe wie Polystyrol, Polyamid, Polyethylen zu feinen Fäden versponnen und es zeigte sich, daß bereits mit diesen einfachen Vorrichtungen erstaunlich hohe Faserwerte in Festigkeit, Dehnung und geringem Schrumpf erzeugt werden konnten, wozu sonst ein höherer Aufwand an apparativen Einrichtungen und besonders an Energie vonnöten ist.In the same device, various plastic mixtures and pure plastics such as polystyrene, polyamide, polyethylene were spun into fine threads and it was found that with these simple devices, surprisingly high fiber values in terms of strength, elongation and low shrinkage could be produced, which would otherwise require a higher level of equipment and especially energy.

Die vorliegende Erfindung ist auf alle Stoffe anwendbar, die sich in schmelzförmigem Zustand zu Fäden umwandeln lassen. Der Verzug der Schmelzemonofile soll bei Polymeren rasch und unter Einwirkung von Zug- und Schubspannungen geschehen, um eine möglichst hohe molekulare Orientierung und damit Güte der Fäden zu erhalten. Das gilt auch, wenn die Fäden besonders fein sind und nicht endlos sind, sondern in unregelmäßigen Abständen abreißen und sich dann ein neues Fadenstück bildet. Die Herstellung von Polymerfäden und Vliesen darauf ist eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ohne daß es darauf beschränkt ist.The present invention is applicable to all substances which can be converted into threads in the molten state. In the case of polymers, the melt monofilaments should be warped quickly and under the influence of tensile and shear stresses in order to obtain the highest possible molecular orientation and thus the quality of the threads. This also applies if the threads are particularly fine and are not endless, but tear off at irregular intervals and a new piece of thread then forms. The production of polymer threads and nonwovens thereon is a preferred application of the method according to the invention, without being restricted thereto.

Bei der Herstellung von Vliesen erstreckt sich die Einrichtung bestehend aus Spinndüse und Blasteil über eine bestimmte Länge, die die Breite des erzeugten Vlieses vorgibt. Die Fäden - endlos, teilweise endlos oder überwiegend endlicher Länge - werden auf einem Auffangband abgelegt, zu dessen Laufrichtung die Längsachse der Spinndüse mit Blasteil in einem bestimmten Winkel, meistens unter 90° steht. Die Fadenablage kann geschehen, indem zwischen Lavalblasdüse und Auffangband ein offener Raum besteht. Es können aber auch in der Spinnvliestechnologie bekannte Legemethoden zum Hin- und Herschwenken der aus der Lavaldüse austretenden Fadenschar angewendet werden. Auch das Saugverfahren, bei dem der Legeteil von der Umgebung abgetrennt und unter dem Band abgesaugt wird, kann angewendet werden, indem der Raum unterhalb der Lavalblasdüse in bekannter Weise bis zum Auffangband geschlossen ist und die zu einem Vlies gelegten Fäden diesen abgeschlossenen Legeraum über abdichtende Walzen mit dem Siebband verläßt. Vliese aus endlosen Fäden, als Spinnvliese bezeichnet, wenn sie direkt aus der Spinndüse erzeugt werden, können ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung sein. Hier sollen, abgesehen von Sonderfällen, die Fäden in allen Richtungen möglichst gleichmäßig verteilt sein, um isotrope Werkstoffe zu erhalten. Gemäß dem statistischen Charakter der Turbulenz, die sich in der Strömung unterhalb der Lavalblasdüse ausbildet, ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung für die Herstellung derartiger Produkte besonders geeignet.In the production of nonwovens, the device consisting of spinneret and blowing part extends over a certain length, which specifies the width of the nonwoven produced. The threads - endless, partially endless or predominantly finite length - are placed on a catch belt, the direction of which is the longitudinal axis of the spinneret with blowing part at a certain angle, usually at 90 °. The thread can be deposited by having an open space between the Lavalblower nozzle and the catch belt. However, laying methods known in spunbonded nonwoven technology can also be used for swiveling the thread sheet emerging from the Laval nozzle. The suction process, in which the laying part is separated from the surroundings and suctioned off under the belt, can also be used in that the space below the Laval blower nozzle is closed in a known manner up to the collecting belt and the threads laid into a fleece seal this closed laying room via sealing rollers leaves with the sieve belt. Nonwoven webs of endless threads, referred to as spunbonded webs, when produced directly from the spinneret, can be a preferred one Field of application of the present invention. Apart from special cases, the threads should be distributed as evenly as possible in all directions in order to obtain isotropic materials. In accordance with the statistical character of the turbulence that forms in the flow below the Lavalblas nozzle, the use of the method according to the invention and the associated device is particularly suitable for the production of such products.

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung von Fäden aus Schmelzen mit Hilfe einer Gasströmung dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmung kurz unterhalb der Austrittsöffnungen für die Schmelze eine Geschwindigkeit über der Geschwindigkeit der Schmelzefäden erreicht und sich weiterhin stetig beschleunigt, wodurch die Fäden verzogen und abgekühlt werden.A process for producing threads from melts with the aid of a gas flow, characterized in that the gas flow just below the outlet openings for the melt reaches a speed above the speed of the melt threads and continues to accelerate, whereby the threads are warped and cooled. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß es sich um fadenbildende Polymerschmelzen handelt.A method according to claim 1, characterized in that it is thread-forming polymer melts. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gas nach der Verdichtung auf den jeweils gewünschten Druck direkt zum Verspinnen der Schmelze verwendet wird, ohne daß dem Gas Wärme zu- oder abgeführt wird.A method according to claim 1 or 2, wherein the gas after compression to the desired pressure is used directly for spinning the melt without heat being supplied to or removed from the gas. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das strömende Gas Luft ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the flowing gas is air. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Gasströmung im Bereich der Erstarrung der Fäden Schallgeschwindigkeit oder auch Überschallgeschwindigkeit erreicht.Method according to one of the preceding claims, wherein the gas flow in the area of solidification of the threads reaches the speed of sound or also supersonic speed. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, wobei die Schmelze aus einer oder mehreren parallelen Reihen von Spinnbohrungen einer Spinndüse austritt, in die Gas, vorzugsweise Luft, von beiden Seiten der Spinnbohrungsreihen in einen Raum unterhalb der Spinndüse eintritt und diesen durch einen unterhalb der Mittelachse der Spinndüsenreihe(n) liegenden schlitzartigen Querschnitt verläßt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser viel kleiner ist als die seitlichen Zuströmquerschnitte, um eine ständig beschleunigte Strömung vom Auftreffen des Gases auf die Fäden bis zum engsten Querschnitt des Schlitzes zu erreichen.Apparatus for carrying out the method according to claim 1 or one of the following claims, wherein the melt emerges from one or more parallel rows of spinning bores of a spinneret into which gas, preferably air, enters and enters a space below the spinneret from both sides of the rows of spinning bores through a slit-like cross-section below the central axis of the row of spinnerets, characterized in that that it is much smaller than the lateral inflow cross sections in order to achieve a constantly accelerated flow from the impact of the gas on the threads to the narrowest cross section of the slot. Vorrichtung nach Anspruch 6, wonach der Schlitz in seinem Querschnitt in Strömungsrichtung des Gases konvergent-divergent in Form einer Lavaldüse ausgebildet ist.Apparatus according to claim 6, according to which the slot in its cross section in the flow direction of the gas is formed convergent-divergent in the form of a Laval nozzle. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Spinndüse zur Verminderung des Wärmeabflusses an die Gasströmung nach unten wärmeisolierend abgedeckt ist oder von unten zusätzlich beheizt wird.Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the spinneret is covered in a heat-insulating manner to reduce the outflow of heat to the gas flow or is additionally heated from below.
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