EP1313898A2 - Verfahren zum aufschmelzen von polymergranulat sowie abschmelzelement - Google Patents

Verfahren zum aufschmelzen von polymergranulat sowie abschmelzelement

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Publication number
EP1313898A2
EP1313898A2 EP01983452A EP01983452A EP1313898A2 EP 1313898 A2 EP1313898 A2 EP 1313898A2 EP 01983452 A EP01983452 A EP 01983452A EP 01983452 A EP01983452 A EP 01983452A EP 1313898 A2 EP1313898 A2 EP 1313898A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
melting
granules
melting element
melt
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01983452A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Geier
Theodor JÜRGENS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buehler AG
Original Assignee
Buehler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Buehler AG filed Critical Buehler AG
Publication of EP1313898A2 publication Critical patent/EP1313898A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • 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
    • D01D1/00—Treatment of filament-forming or like material
    • D01D1/04—Melting filament-forming substances

Definitions

  • the invention relates to a method for melting polymer granules on a rust-like melting element and then spinning the melted granules. Furthermore, the invention relates to a rust-like melting element for melting granules, in particular polymer granules, preferably intended for melt spinning. Finally, the invention aims at an arrangement for melt spinning.
  • melt spinning macromolecular raw material is melted and spun, the fiber being consolidated by cooling.
  • two different melt spinning processes are known from practice, namely the processing of the raw material with melting grates or via extruders, the raw material in each case being in the form of granules.
  • the granules which have a cylindrical shape, pass from a storage container onto the melting grate under a nitrogen atmosphere. This can consist of adjacent pipes that are heated.
  • the melt drips from the grate into a sump, from which the melt is pumped to spinnerets.
  • extruders were then used in the fiber production. This so-called extruder spinning has become established due to the higher melting rates and system throughputs, particularly in the case of medium-viscosity melts in the range between 0.6 and 0.7 intrinsic viscosity.
  • DD 44 624 A discloses a device for melt spinning molded articles by the rust spinning process.
  • a melting body intended for melting chip-shaped high polymers has bores which are funnel-shaped on the feed side.
  • a plate consisting of silver with a multiplicity of bores is proposed according to GB 719,062, which are expanded in a funnel shape on the inlet side.
  • hydrolytic damage if too much moisture adheres to the granulate, the viscosity is reduced when it melts, causing the strength to be reduced. This damage can be avoided by drying the granules to a residual moisture of 12 ppm;
  • oxidative damage when granules melt, the presence of oxygen leads to oxidation and thus to a reduction in strength. This can be remedied by melting in inert gas especially in an N 2 atmosphere;
  • thermal damage if the melted granulate is too long, e.g. B. by transport in tubes to spinnerets, a reduction in viscosity occurs with the consequence of a reduction in strength.
  • the present invention is based on the problem of developing a method or melting element of the type mentioned at the outset in such a way that mechanical and thermal damage to the melted granules are largely avoided, so that the quality of the game to be produced can be improved.
  • the problem is solved in a method for melting polymer granules with a rust-like melting element in that the melting element used is one with openings that taper conically to the underside of the melting element, to which spherical particles are supplied as granules with a mean diameter D 3 , which behaves to the inlet diameter D, the opening as 2 * D 3 _>D,> D 3 .
  • spherical particles are used as granules, which in particular have a residual moisture content of 20 20 ppm, preferably __ 10 ppm and a diameter between 0.5 and 2 mm.
  • the intrinsic viscosity should be between 0.75 and 1.3.
  • the melting element should be set to a temperature T j which is approximately 5 ° C. to 20 ° C., in particular 5 ° C. to 10 ° C., higher than the melting temperature of the granulate. This ensures that thermal damage is largely excluded.
  • a melting element for melting granules, in particular polymer granules, preferably intended for melt spinning is characterized in that the plate-shaped melting element has tapering openings towards the underside thereof, which have a diameter D j on the inlet side and a diameter D 2 with 4 * D 2 on the outlet side ⁇ Dj ⁇ 6 * D 2 , where D j ⁇ 2 * D 3 with D 3 average diameter is spherical particles fed from the melting element than the granules.
  • the melting element itself can be set to a temperature Ti which is approximately 5 ° C to 20 ° C higher than the melting temperature T 2 of the granulate. Furthermore, the nozzle-like openings should have a height h which corresponds approximately to 1 to 3 times the inlet diameter Dj.
  • the invention is characterized by an arrangement for melt spinning polymer granules with a storage container for receiving the granules and at least one spinning station connected to the storage container via a first conveying unit, comprising a housing charged with inert gas and having a metering device which can be supplied with the granules on the head side a plate-like or rust-like melting element arranged in the housing, which has frusto-conical openings tapering towards its underside, a sump area in the bottom housing for receiving melted granules, a second conveying device downstream of the sump area for feeding the melt to spinnerets, the melting element in particular is set to a temperature Tj which is approximately 5 ° C to 20 ° C higher than the melting temperature T 2 of the granules.
  • the second conveyor preferably consists of two gear metering pumps connected in series, each of which can be operated at a constant, but different, speed.
  • the gear metering unit on the housing side can be operated at a speed N, and the downstream gear metering pump can be operated at a speed N 2 with N, ⁇ N 2 .
  • the dosing device can be controlled depending on the level of the melt sump. This can be done via nitrogen level measurements or mechanical or electromechanical level devices. By means of a mechanical or pneumatic drive, the metering device can be operated like a metering valve.
  • the first conveying device leading from the storage container to the spinning station can be a vibrating conveying device charged with nitrogen.
  • 1 is a schematic diagram of an arrangement for melting granules
  • FIG. 3 shows a cross section through the melting element according to FIG. 2,
  • Fig. 4 is a perspective view of an opening of the melting element according to Fig. 2 and
  • Fig. 5 is a schematic diagram of an opening of the melting element
  • pellets 12 In order to melt and spin macromolecular raw materials with extensive elimination of mechanical and thermal damage, spherical granulate particles made of polymer, so-called pellets 12, are conveyed from a storage container via first conveying devices 14, 16, 18, 20 to spinning stations 22, 24, 26, 28.
  • the pellets 12 in particular have a residual moisture content of in particular less than 12 ppm, preferably less than 5 ppm and a diameter in the range between 0.5 mm and 2 mm, the mean diameter of the dimensioning of openings 30 being described in more detail below plate-shaped melting element 32 is dependent, which for reasons of simplification is referred to below as the melting grate or just as a grate.
  • the conveying devices 14, 16, 18, 20 are preferably vibrating conveying channels to which nitrogen is applied.
  • the spinning stations 22, 24, 26, 28 are constructed essentially the same, so that the spinning station 22 is explained in more detail.
  • the pellets 12 From the vibrating feed trough 14 leading to the spinning station 22, the pellets 12 reach a funnel 36 which can be shut off by means of a slide 34 and which is arranged in the head region 38 of a housing 40 charged with nitrogen or another inert gas.
  • the funnel 36 can be closed on the housing side with a metering valve 42, in order to meter pellets into the housing 40 in the manner described below for melting them.
  • the plate-shaped melting grid 32 extends over the cross section of the housing 40, by means of which the pellets 12 are melted and then drip into a melt sump 44 in the bottom region of the housing 38.
  • the metering valve 42 is regulated as a function of the amount of melt accumulated in the melt sump 44.
  • the metering valve 40 can be driven and controlled by known methods or measuring devices, i. H. directly and mechanically by means of level meters which are arranged in the melt sump 44. Alternatively, there is the possibility that a pressure difference 46 of the sump level is determined by means of a so-called pearl level measurement with nitrogen.
  • the metering valve 12 can even z. B. open or close a pneumatic drive to the required extent.
  • the melt is connected from the melt sump 44 in series with two Gear metering pumps 48, 50 are supplied as delivery units via short distributor lines 52 and thus short dwell times to a desired number of spinnerets 54, 56.
  • the melting grate 32 has openings 30 which taper conically towards the underside and which have a truncated cone geometry and have an inlet diameter D j and an outlet diameter D 2 .
  • the diameter D is a maximum of twice the diameter D 3 of the unmelted pellets and the outlet diameter D 2 is approximately 0.25 to 0.15 of the diameter D 3 .
  • the pellets 12 to be melted do not interfere with one another when they pass through the opening 30. Rather, there is good thermal contact between the pellets 12 and the inner wall 58 of the opening 30, with the result that, despite the poor thermal conductivity of the pellets 12, they melt to a sufficient extent and relatively quickly, without requiring an undesirably high heating of the melting grate 32. Rather, this can be set to a temperature T 1 , which is approximately 5 ° C. to 20 ° C. higher than the melting temperature T 2 of the pellets 12.
  • the melting grate 32 is heated to a temperature of 270 ° C to 280 ° C. This can be done by means of heating spirals 60 which run between the openings 30.
  • the height of the opening 30 itself should be approximately 3 to 5 times the diameter D 3 of the pellets 12 to be melted.
  • the teaching according to the invention results in a small temperature gradient between the pellets 12 and the contact surface 58 of the openings 30, that is to say the melting grate 32, since the largest heating surface is available with the smallest volume. As a result, a negative thermal load on the pellets 12 is largely excluded. Due to the minimal dwell time of the pellets 12 passing through the opening 30, use for high-viscosity products is particularly suitable. The dwell time in the sump is also minimized, an optimal adaptation between the pellets discharged via the metering valve 42 and the melt drawn off via the conveying device, such as the gear metering pumps 48, 50, being possible due to the sump level monitoring, in particular by measuring the pearl level.

Landscapes

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  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufschmelzen von Polymergranulat auf einem Abschmelzelement zum anschliessenden Verspinnen des aufgeschmolzenen Granulats. Um das Granulat energetisch günstig ohne hohe thermische oder mechanische Belastung aufzuschmelzen, wird vorgeschlagen, dass als Abschmelzelement ein solches mit zur Unterseite des Abschmelzelementes sich konisch verjüngenden Öffnungen verwendet wird, denen kugelkörmige Partikel als das Granulat mit einem mittleren Durchmesser D3 zugeführt werden, der sich verhält zum eintrittsseitigen Durchmesser D1 der Öffnung wie 2 * D3 >/= D1 >/= D3.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Aufschmelzen von Polymergranulat sowie Abschmelzelement
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufschmelzen von Polymergranulat auf einem rostartigen Abschmelzelement und anschließendes Verspinnen des aufgeschmolzenen Granulats. Ferner nimmt die Erfindung Bezug auf ein rostartiges Ab- schmelzelement zum Aufschmelzen von Granulat insbesondere Polymergranulat, vorzugsweise bestimmt für Schmelzspinnen. Schließlich zielt die Erfindung auf eine Anordnung zum Schmelzspinnen ab.
Beim Schmelzspinnen wird makromolekularer Rohstoff aufgeschmolzen und versponnen, wobei die Verfestigung der Faser durch Abkühlen erfolgt. Aus der Praxis sind im Wesentlichen zwei unterschiedliche Schmelzspinnverfahren bekannt, nämlich das Aufarbeiten des Rohstoffs mit Abschmelzrosten oder über Extruder, wobei jeweils der Rohstoff als Granulat vorliegt. Beim zuerst genannten Verfahren gelangt das eine Zylinderform aufweisende Granulat unter Stickstoffatmosphäre aus einem Vorratsbehälter auf den Abschmelzrost. Dieser kann aus nebeneinander liegenden Rohren bestehen, die beheizt werden. Von dem Rost tropft die Schmelze in einen Sumpf, von dem mittels Pumpen eine Förderung der Schmelze zu Spinndüsen erfolgt. Dieses Aufschmelzen mittels Abschmelzrosten, die auch als Rostspinnköpfe bezeichnet werden, gelangte insbesondere im Zeitraum zwischen 1940 bis in die 50iger Jahre zur Anwendung. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und zur Erzielung höherer Abschmelzleistung, um also höhrere Durchsätze in Spinnereien zu erzielen, gelangten bei der Faserherstellung sodann Extruder zum Einsatz. Dieses sogenannte Extruderspinnen hat sich aufgrund größerer Abschmelzleistungen und Anlagendurchsätze insbesondere bei mittelviskosen Schmelzen im Bereich zwischen 0,6 und 0,7 Intrinsic-Viskosität durch- gesetzt.
Aus der DD 44 624 A ist eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen von Formgebilden nach dem Rostspinnverfahren bekannt. Ein zum Aufschmelzen von schnitzelförmigen Hochpolymeren bestimmter Aufschmelzkörper weist Bohrungen auf, die zuführseitig trichterförmig ausgebildet sind.
Zum Aufschmelzen von organischen Verbindungen zum Herstellen von Garn wird nach der GB 719,062 eine aus Silber bestehende Platte mit einer Vielzahl von Bohrungen vorgeschlagen, die einlaßseitig trichterförmig erweitert sind.
In den letzten Jahren werden immer höhere Anforderungen an die Qualität der technischen Garne gestellt. Gleichzeitig soll eine kostengünstige Produktion erfolgen. Allerdings können bei der Verarbeitung von Granulat erhebliche Schäden auftreten, so z.B.
hydrolytische Schädigung: haftet zuviel Feuchtigkeit dem Granulat an, wird beim Aufschmelzen die Viskosität reduziert, wodurch die Festigkeit Einbußen erfährt. Diese Schädigung kann dadurch umgangen werden, dass man das Granulat bis zu einer Restfeuchte von 12 ppm trocknet;
oxidative Schädigung: beim Aufschmelzen von Granulat führt die Anwesenheit von Sauerstoff zu einer Oxidation und somit zu einer Festigkeitsverringerung. Abhilfe kann geschaffen werden, indem das Aufschmelzen in Inertgas- ins- besondere in N2-Atmosphäre erfolgt;
mechanische Schädigung: durch den Einsatz von Extrudern zum Aufschmelzen des Granulats treten Scherkräfte auf, durch die die Molekülketten verkürzt bzw. durchtrennt werden;
thermische Schädigung: bei zu langen Verweilzeiten des aufgeschmolzenen Granulates, z. B. durch Transport in Rohren zu Spinndüsen, tritt ein Viskositätsabbau mit der Folge einer Festigkeitsreduzierung auf.
Diese langen Verweilzeiten sind mit zunehmender Anlagengröße durch komplexere Schmelzeverteilersysteme und hierdurch hervorgerufene länger werdende Verweilzeiten bedingt. Daher müssen immer mehr statische Mischer bei komplexerem Verteilersystem eingebaut werden, um die Entmischung der Schmelze bei laminarer Strömung zu verhindern. Entsprechende Mischer verursachen jedoch erhebliche Druckverluste, die wiederum durch höhere Extruderantriebsleistungen und Friktionen zu kompensieren sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Verfahren bzw. Abschmelzelement der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mechanische und thermische Schädigungen des aufgeschmolzenen Granulates weitgehend vermieden werden, so dass die Qualität der herzustellenden Game verbessert werden kann.
Erfindungsgemäß wird das Problem bei einem Verfahren zum Aufschmelzen von Polymergranulat mit einem rostartigen Abschmelzelement dadurch gelöst, dass als Abschmelzelement ein solches mit konisch zur Unterseite des Abschmelzelementes sich verjüngenden Öffnungen verwendet wird, denen kugelkörmige Partikel als Granulat mit einem mittleren Durchmesser D3 zugeführt werden, der sich verhält zum eintrittsseitigen Durchmesser D, der Öffnung wie 2 * D3 _> D, > D3. Erfindungsgemäß werden kugelförmige Partikel als Granulat verwendet, die insbesondere eine Restfeuchte von ≤ 20 ppm, vorzugsweise __ 10 ppm und einen Durchmesser zwischen 0,5 und 2 mm aufweisen. Die Intrinsic- Viskosität sollte zwischen 0,75 und 1,3 liegen. Durch die Verwendung kugelförmigen Granulats kann in den düsenförmigen sich zur Unterseite hin verjüngenden Öffnungen, die eine Geometrie eines Kegelstumpfes aufweisen, ein optimaler Wärmeübergang und somit Aufschmelzen des Granulates erfolgen, ohne dass das Abschmelzelement auf Temperaturen einzustellen ist, die erheblich über der Schmelztemperatur des Granulats selbst liegen. Gleichzeitig ist die Kontaktzeit des kugelförmigen Granulats mit dem Abschmelzelement reduziert. Folglich wird die Gefahr einer thermischen Schädigung minimiert. Eine mechanische Schädigung kann gleichfalls nicht auftreten, da beim Aufschmelzen keine Scherkräfte einwirken.
Mit anderen Worten erfolgt in überaus kurzer Zeit ungeachtet der geringen Wärmeleitfähigkeit des Granulats ein Aufschmelzen dieses, wobei in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, dass innerhalb der Öffnung des Abschmelzelementes ein Wärmeübergang auf kugelförmige Partikel mit einem Ausgangsvolumen VA derart erfolgt, dass dessen unaufgeschmolzenes Restvolumen VR beim Austritt aus der Öffnung in etwa 0,02 VA oder kleiner als 0,02 VA beträgt. Der so verbleibende Restfestkörper wird sodann in dem unterhalb des Abschmelzelementes vorhandenen Schmelzesumpf aufgeschmolzen.
Das Abschmelzelement sollte auf eine Temperatur Tj eingestellt werden, die in etwa 5 °C bis 20 °C, insbesondere 5 °C bis 10 °C höher als die Schmelztemperatur des Granulats liegt. Somit ist gewährleistet, dass thermische Schädigungen weitgehend ausgeschlossen sind.
Ein Abschmelzelement zum Aufschmelzen von Granulat, insbesondere Polymergranulat, vorzugsweise bestimmt für Schmelzspinnen, zeichnet sich dadurch aus, dass das plattenfδrmige Abschmelzelement zu dessen Unterseite hin sich verjüngende Öffnungen aufweist, die eintrittsseitig einen Durchmesser Dj und austrittsseitig einen Durchmesser D2 mit 4 * D2 < Dj < 6 * D2 aufweisen, wobei Dj ≤ 2 * D3 mit D3 mittlerer Durch- messer von dem Abschmelzelement zugeführten kugelförmigen Partikeln als das Granulat ist.
Der Abschmelzelement selbst ist auf eine Temperatur Ti einstellbar, die in etwa 5 °C bis 20 °C höher als die Schmelztemperatur T2 des Granulats ist. Des Weiteren sollten die düsensartigen Öffnungen eine Höhe h aufweisen, die in etwa dem 1- bis 3-fachen des Eintrittsdurchmessers Dj entspricht.
Ferner ist die Erfindung geprägt durch eine Anordnung zum Schmelzspinnen von Polymergranulat mit einem Vorratsbehälter zur Aufnahme von dem Granulat und zumindest eine über ein erstes Förderaggregat mit dem Vorratsbehälter verbundene Spinnstelle, umfassend ein mit Inertgas beaufschlagtes Gehäuse, das kopfseitig eine das Granulat zuführbare Dosiereinrichtung aufweist, ein in dem Gehäuse angeordnetes platten- bzw. rostartiges Abschmelzelement, das sich zu seiner Unterseite hin verjüngende kegelstumpfförmige Öffnungen aufweist, einen im bodenseitigen Gehäuse vorhandenen Sumpfbereich zur Aufnahme aufgeschmolzenen Granulats, eine dem Sumpfbereich nachgeordnete zweite Fördereinrichtung zum Zufuhren der Schmelze zu Spinndüsen, wobei das Abschmelzelement insbesondere auf eine Temperatur Tj eingestellt ist, die in etwa 5 °C bis 20 °C höher als die Schmelztemperatur T2 des Granulats ist.
Dabei besteht vorzugsweise die zweite Fördereinrichtung aus zwei hintereinander geschalteten Zahnraddosierpumpen, die jeweils mit konstanter, jedoch voneinander abweichender Drehzahl betreibbar sind. Die gehäuseseitige Zahnraddosierpranpe kann dabei mit einer Drehzahl N, und die nachgeordnete Zahnraddosierpumpe mit einer Drehzahl N2 mit N, < N2 betrieben werden.
Die Dosiereinrichtung kann in Abhängigkeit von der Füllstandshöhe des Schmelzesumpfes geregelt werden. Dies kann über Stickstof erlstandsmessungen oder mechanische bzw. elektromechanische Füllstandseinrichtungen erfolgen. Mittels eines mechanischen bzw. pneumatischen Antriebs kann die Dosiereinrichtung wie Dosierventil betätigt werden.
Die von dem Vorratsbehälter zu der Spiimstelle führende erste Fördereinrichtung kann eine mit Stickstoff beaufschlagte Vibrationsfördereinrichtung sein.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines den Zeichnungen zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zum Aufschmelzen von Granulat,
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Aufschmelzelement,
Fig. 3 einen Querschnitt durch das Aufschmelzelement nach Fig. 2,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Öffnung des Aufschmelzelementes gemäß Fig. 2 und
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer Öffnung des Aufschmelzelementes nach
Fig. 2 mit in dieser aufschmelzendem Granulat.
Um unter weitgehender Eliminierung von mechanischen und thermischen Schädigungen makromolekulare Rohstoffe aufzuschmelzen und zu verspinnen, werden von einem Vorratsbehälter 10 kugelförmige Granulatpartikel aus Polymer, sogenannte Pellets 12 über erste Fördereinrichtungen 14, 16, 18, 20 zu Spinnstellen 22, 24, 26, 28 gefördert. Die Pellets 12 weisen dabei insbesondere eine Restfeuchte von insbesondere weniger als 12 ppm, vorzugsweise weniger als 5 ppm und einen Durchmesser im Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm auf, wobei der mittlere Durchmesser von der Dimensionierung von Öffnungen 30 eines nachstehend näher zu beschreibenden plattenförmigen Aufschmelzelementes 32 abhängig ist, das aus Gründen der Vereinfachung nachstehend als Abschmelzrost oder auch nur als Rost bezeichnet wird.
Bei den Fördereinrichtungen 14, 16, 18, 20 handelt es sich vorzugsweise um mit Stickstoff beaufschlagte Vibrationsförderrinnen.
Die Spinnstellen 22, 24, 26, 28 sind im Wesentlichen gleich aufgebaut, so dass die Spinnstelle 22 näher erläutert wird. Von der zu der Spinnstelle 22 führenden Vibrationsförderrinne 14 gelangen die Pellets 12 zu einem über einen Schieber 34 absperrbaren Trichter 36, der im Kopfbereich 38 eines mit Stickstoff oder einem anderen Inertgas beaufschlagten Gehäuses 40 angeordnet ist. Der Trichter 36 ist gehäuseseitig mit einem Dosierventil 42 verschließbar, um in nachstehend beschriebener Art und Weise Pellets in das Gehäuse 40 zum Aufschmelzen dieser zu dosieren.
Über den Querschnitt des Gehäuses 40 erstreckt sich der plattenförmige Abschmelzrost 32, mittels dessen die Pellets 12 aufgeschmolzen und sodann in einen Schmelzesumpf 44 im Bodenbereich des Gehäusese 38 tropfen. In Abhängigkeit von der in dem Schmelzesumpf 44 angesammelten Schmelzemenge wird das Dosierventil 42 geregelt. Dabei kann das Dosierventil 40 durch bekannte Methoden bzw. Messeinrichtungen angetrieben und gesteuert werden, d. h. direkt und mechanisch mittels Niveaumesser, die im Schmelzesumpf 44 angeordnet sind. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass mittels einer sogenannten Perlstandsmessung mit Stickstoff eine Druckdifferenz 46 des Sumpfniveaus ermittelt wird. Das Dosierventil 12 kann selbst über z. B. einen pneumatischen Antrieb im erforderlichen Umfang geöffnet bzw. verschlossen werden.
Die Schmelze wird aus dem Schmelzesumpf 44 über zwei hintereinander geschaltete Zahnraddosierpumpen 48, 50 als Förderaggregate über kurze Verteilerleitungen 52 und somit kurze Verweilzeiten einer gewünschten Anzahl von Spinndüsen 54, 56 zugeführt.
Der Abschmelzrost 32 weist konisch sich zur Unterseite hin verjüngende Öffnungen 30 auf, die eine Kegelstumpf-Geometrie aufweisen und einen Eintrittsdurchmesser Dj und einen Austrittsdurchmesser D2 besitzen. Dabei ist der Durchmesser D, maximal 2-mal dem Durchmesser D3 der ungeschmolzenen Pellets und der Austrittsdurchmesser D2 in etwa 0,25 bis 0,15 des Durchmessers D3. Hierdurch bedingt behindern sich die aufzuschmelzenden Pellets 12 beim Durchtreten der Öffnung 30 gegenseitig nicht. Vielmehr erfolgt ein guter Wärmekontakt zwischen den Pellets 12 und Innenwandung 58 der Öffnung 30 mit der Folge, dass ungeachtet einer schlechten Wärmeleitfähigeit der Pellets 12 diese in hinreichendem Umfang und relativ schnell aufschmelzen, ohne dass es einer unerwünscht hohen Erwärmung des Abschmelzrostes 32 bedarf. Vielmehr kann dieser auf eine Temperatur T, eingestellt werden, die in etwa 5 °C bis 20 °C höher als die Schmelztemperatur T2 der Pellets 12 ist.
Bei der Verwendung von PET(Polyäthylenterephtalat)-Kugeln als Pellets 12, die eine Schmelztemperatur von ca. 265° aufweisen, genügt es, wenn der Abschmelzrost 32 auf eine Temperatur von 270 °C bis 280 °C erwärmt wird. Dies kann mittels Heizspiralen 60 erfolgen, die zwischen den Öffnungen 30 verlaufen.
Die Höhe der Öffnung 30 selbst sollte in etwa dem 3- bis 5-fachen des Durchmessers D3 der aufzuschmelzenden Pellets 12 betragen.
Durch die erfindungsgemäße Lehre ergibt sich ein kleiner Temperaturgradient zwischen den Pellets 12 und der Kontaktfläche 58 der Öffnungen 30, also dem Abschmelzrost 32, da bei kleinsten Volumen die größte Heizfläche zur Verfügung steht. Hierdurch bedingt ist eine negative thermische Belastung der Pellets 12 weitgehend ausgeschlossen. Durch die minimale Verweilzeit der die Öffnung 30 durchtretenden Pellets 12 ist insbesondere ein Einsatz für Hochviskositätsprodukte geeignet. Auch die Verweilzeit im Sumpf wird minimiert, wobei eine optimale Anpassung zwischen den über das Dosierventil 42 abgegebenen Pellets und der über der Fördereinrichtung wie die Zahnraddosieφumpen 48, 50 abgezogene Schmelze aufgrund der Sumpfhiveau-Überwachung insbesondere durch Perlstandsmessung möglich ist.

Claims

PatentansprücheVerfahren zum Aufschmelzen von Polymergranulat sowie Abschmelzelement
1. Verfahren zum Aufschmelzen von Polymergranulat auf einem rostartigen Abschmelzelement zum anschließenden Verspinnen des aufgeschmolzenen Granulats, dadurch gekennzeichnet, dass als Abschmelzelement ein solches mit zur Unterseite sich konisch verjüngenden Offiiungen verwendet wird, denen kugelkörmige Partikel als das Granulat mit einem mittleren Durchmesser D3 zugeführt werden, der sich verhält zum eintrittsseitigen Durchmesser Dj der Öffnung wie 2 * D3 ≥ D, _ D3.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschmelzelement auf eine Temperatur Tj eingestellt wird, die in etwa 5 °C bis 20 °C, insbesondere 5 °C bis 10 °C höher als die Schmelztemperatur T2 des kugelförmigen Partikels liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Öffnung des Abschmelzelementes ein Wärmeübergang auf das kugelförmige Partikel mit einem Ausgangsvolumen VA derart erfolgt, dass dessen unaufgeschmolzenes Restvolumen VR nach Verlassen der Öffnung in etwa 0,02 VA oder kleiner als 0,02 VA beträgt.
4. Verfahren nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Granulat ein solches mit einer Restfeuchte ≤ 20 ppm, insbesondere ≤ 10 ppm verwendet wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Granulat kugelförmige Partikel mit einem Durchmesser zwischen 0,5 mm und 2,0 mm verwendet werden.
6. Verfahren nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Granulat ein solches mit einer Intrinsic-Viskosität zwischen 0,75 und 1,3 verwendet wird.
7. Abschmelzelement (32) zum Aufschmelzen von Granulat (12), insbesondere Polymergranulat, vorzugsweise bestimmt für Schmelzspinnen, dadurch gekennzeichnet, dass das rostartige Abschmelzelement (32) sich zu dessen Unterseite hin verjüngende Öffnungen (30) aufweist.
8. Abschmelzelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschmelzelement (32) auf eine Temperatur Tj einstellbar ist, die in etwa 5 °C bis 20 °C höher als Schmelztemperatur T2 des Granulats (12) ist.
9. Abschmelzelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die sich konisch verjüngende eine Kegelstumpfgeometrie aufweisende Öffnung (30) des plattenförmigen Abschmelzelementes (32) einen Eintrittsdurchmesser Dj und einen Austrittsdurchmesser D2 mit 4 * D2 ≤ D, < 6 * D2 und 2 * D3 > D, > D3 aufweist, wobei D3 mittlerer Durchmesser von dem Abschmelzelement zugeführten kugelförmigen Partikeln (12) als das Granulat ist.
10. Abschmelzelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die düsenartigen Öffnungen (30) eine Höhe h aufweisen, die in etwa 1- bis 5-fachem des Eintrittsdurchmessers Dj entspricht.
11. Anordnung zum Schmelzspinnen von Polymergranulat umfassend einen Vorratsbehälter (10) zur Aufnahme von dem Granulat, zumindest eine mit dem Vorratsbehälter über ein erstes Förderaggregat (14, 16, 18, 20) verbundene Spinnstelle (22, 24, 26, 28) mit einem mit Intertgas beaufschlagten Gehäuse (40), dem kopfseitig über eine Dosiereinrichtung (42) das Granulat zuführbar ist, ein in dem Gehäuse angeordnetes rost- oder plattenförmiges Abschmelzelement (32) mit zu dessen Unterseite sich verjüngenden jeweils eine Kegelstumpfgeometrie aufweisenden Öffnungen (30), einen bodenseitig im Gehäuse vorhandenen Sumpfbereich (44) zur Aufnahme aufgeschmolzenen Granulats und. eine dem Sumpfbereich nachgeordnete zweite Fördereinrichtung (48, 50) zum Zufuhren von Schmelze zu Spinndüsen (54, 56).
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschmelzelement (32) auf eine Temperatur Tl eingestellt ist, die in etwa 5 °C bis 20 °C höher als Schmelztemperatur T2 des Granulats ist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fördereinrichtung zwei hintereinander geschaltete Zahnraddosierpumpen (48, 50) umfasst, die jeweils mit konstanter, jedoch voneinander abweichenden Drehzahlen (Nl5 N2) betreibbar sind.
14. Anordnung nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die gehäuseseitig angeordnete Zahnraddosieφumpe (48) mit einer Drehzahl N, und die nachgeordnete Zahnraddosieφumpe mit einer Drehzahl N2 betreibbar ist, wobei Nj < N2 ist.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die das Granulat an das Gehäuse abgebende Dosiereinrichtung (42) über die in dem Schmelzesumpf (44) angesammelte Schmelze regelbar ist.
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