EP2112256B1 - Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse - Google Patents

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EP2112256B1
EP2112256B1 EP09008291A EP09008291A EP2112256B1 EP 2112256 B1 EP2112256 B1 EP 2112256B1 EP 09008291 A EP09008291 A EP 09008291A EP 09008291 A EP09008291 A EP 09008291A EP 2112256 B1 EP2112256 B1 EP 2112256B1
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EP
European Patent Office
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plate
hollow fibre
spinning nozzle
fibre spinning
shaped body
Prior art date
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EP09008291A
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EP2112256A1 (de
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Thorsten Keller
Jens-Holger Stahl
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Original Assignee
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4998—Combined manufacture including applying or shaping of fluent material

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a hollow fiber spinneret.
  • Hollow-fiber spinnerets are already known which serve for the production of polymeric hollow-fiber membranes (cf. JP 2001254221 or JP-A-55090608 ).
  • such hollow fiber spinnerets 10 consist of a base body 12 made of metal, in which a plurality of bores 14, 16, 18, 22 are introduced.
  • a tube 20 is fitted, in which a Kayllstoff- or support means channel 22 is formed for introducing the precipitant or support means.
  • the holes 16 and 18 form Massezu Siliconkanäle for a polymer, which exits via an annular channel 22, which also consists of a corresponding hole, yes.
  • the known hollow-fiber spinnerets 10 In the production of the known hollow-fiber spinnerets 10, methods of conventional metal working are used. Here, therefore, the nozzle structure by the assembly of both nozzle parts, with an inaccuracy, for example, the geometry of the annulus 22 accumulated from the manufacturing errors in the manufacture of the base body 12 and the tube 20. There are also possible mounting errors added, which also contribute to an inaccuracy of Geometry can lead. Finally, the known in the art hollow fiber spinnerets are not arbitrarily reduced in size.
  • the object of the invention is to provide a method for producing a hollow-fiber spinneret with which even fine capillary membranes can be produced, wherein the manufacturing tolerances are minimized and the manufacturing process for these hollow fiber spinnerets is significantly cheaper.
  • the manufacturing process provides a completely novel design for hollow fiber spinnerets since the invention avoids conventional metalworking and uses microstructure techniques.
  • at least two plate-shaped bodies structured by microstructure technology are joined together to form the hollow-fiber spinneret.
  • a second unstructured plate is preferably added to a first plate formed by microstructure technology, wherein the second plate is patterned only after application to the first plate.
  • the plates are connected flat to each other.
  • a hollow fiber spinneret is made of two plates, the first plate excluding the mass feed channels, a mass flow equalization zone, a precipitant / proppant feed bore and a stub, while in the second plate a nozzle structure having a mass annulus and a needle with a precipitant / proppant bore excluded.
  • the second plate additionally contains the MassezuGermankanäle and the mass flow homogenization zone. There omitted on the first plate these elements and the needle stump.
  • a special feature of this construction is that the needle of the spinneret is connected to the first plate only at one end face.
  • the hollow-fiber spinneret produced by the preferred method with which a simple capillary hollow-fiber membrane can be produced, advantageously has the following dimensions: Thickness of the first plate: 0.250 - 1.500 mm Thickness of the second plate: 0.050 - 1.500 mm Outer diameter of the needle: 0.020 - 1.500 mm Length of the needle incl.
  • Needle stump 0.100 - 2.000 mm Diameter of the precipitation agent bore: 0.010 - 1.000 mm Length of precipitation agent hole: 0.150 - 2.500 mm Outer diameter of the annular gap: 0.040 - 3.000 mm Length of the annular gap: 0.050 - 1.500 mm Height of the spinneret: 0.300 - 3.000 mm Edge length of the spinneret: 1,000 - 25,00 mm.
  • a further preferred embodiment of the invention consists of a method in which the base body comprises three plates, the first plate containing feed channels, a homogenization zone and a needle stub with a central feed bore, a second plate adjoining the first plate, feed channels , a homogenizing zone and another needle stub having a concentric annular channel and a needle extension having a central bore, and wherein a third plate, which in turn adjoins the second plate, a nozzle structure comprising a central bore and two concentric annular gaps.
  • Capillary membranes with coextruded bilayers can be produced by means of this hollow-fiber spinneret produced by the process according to the invention.
  • the hollow fiber spinnerets are made of three individual plates, wherein the first plate has a central feed bore, a parallel to the first plate second feed channels and arranged to these equalization zones and a needle stub with concentric annular channel and a central bore and wherein the third plate adjoining the second plate has a nozzle structure consisting of a central bore and two concentric annular gaps.
  • the outer diameter of the multi-channel hollow fiber spinneret is less than 1 mm.
  • the outer diameter of the multi-channel hollow fiber spinneret is less than or equal to 0.45 mm.
  • FIG. 2 is a hollow fiber spinneret 10 made by a method according to a first embodiment of the invention.
  • the entire body 26 is composed of two individual plates 30 and 32.
  • ground supply channels 34, a mass flow equalization zone 36, a precipitating agent supply bore 38 and a needle stub 40 are formed by a corresponding etching operation, which will be described later in detail.
  • the three-dimensional design of here in FIG. 2 shown hollow fiber spinneret results from FIG. 4 , There it can be seen that the Massezu Foodkanäle, ie the channels for supplying the considered to the considered here.
  • the mass flow equalization zone 36 results as an annular space around the needle stub 40 around.
  • the Kayllstoffitznessersbohrung 38 is widened in its pointing to the top area, as in particular the FIG. 2 can be seen.
  • the monocrystalline silicon illustrated embodiment has a thickness of the first plate of 0.4 mm, a thickness of the second plate of 0.1 mm, an outside diameter of the needle of 0.05 mm, a length of the needle including a needle stump of 0.15 mm , a diameter of the precipitating agent bore 38 in the extended range of 0.1 mm, an outer diameter of the annular gap 42 of 0.1 mm and a length of the annular gap 42 of 0.1 mm.
  • the height of the main body 26, ie the height of the entire spinneret 10, is accordingly 0.5 mm, while an edge length of the main body 26 of the spinneret 10 is 2 mm.
  • hollow fiber spinnerets In the production of hollow fiber spinnerets by means of microstructure technology is assumed by 2 round wafer discs with 100 to 300 mm diameter. From these wafers, many spinneret structures are simultaneously produced. The individual hollow fiber spinnerets 10 are then obtained by dicing the finished wafers.
  • the separated split spinnerets can each contain a single nozzle structure, as shown here, but also several nozzle structures in a nozzle structure composite. This is achieved by not separating all the nozzle structures that have been formed on the wafer from each other, but that a plurality of nozzle structures together form a multiple nozzle unit, which are cut along the outer contour of the wafer.
  • the production of the spinnerets 10 begins with the structuring on both sides of a first wafer, which receives the elements 34, 36, 38, 40 of the plate 30 of the spinneret 10.
  • the structures are fabricated by a series of standard lithography techniques, ie photoresist masks, SiO, Si-N or the like, and standard etching techniques.
  • RIE reactive ion etching
  • D-RIE reactive ion deep etching
  • cryo-etching should be mentioned in particular.
  • Particularly suitable are special deep etching methods such as the D-RIE and the cryo-etching.
  • the lithographic masks for the front and back must be aligned visually.
  • the second wafer from which the second plate is to be produced, is bonded to the correspondingly structured first wafer.
  • all bonding methods can be used, anodic bonding, direct bonding or the like.
  • direct bonding is particularly suitable since the highest strengths are achieved and thus a good hold of the needle on the first plate is ensured.
  • the nozzle structure 48 with annular gap 42 and precipitation agent bore 46 is produced in a two-stage etching process. In the first step, only the deeper precipitation agent hole is advanced. In the second step, both structures are then finished etched.
  • the individual spinnerets are cut out of the wafer by suitable separation methods, such as wafer sawing or laser processing.
  • a hollow fiber spinneret 10 for producing a hollow fiber coextruded from two layers is shown.
  • a hollow-fiber spinneret 10 with a main body 100 consisting of three individual plates 102, 104 and 106 is shown.
  • the individual plates in turn consist of monocrystalline silicon.
  • a feed channel 108 is excluded for the precipitant.
  • feed channels 110, 112 for a first polymer are provided, which open into an associated homogenization zone 114.
  • the equalization zone 114 surrounds a corresponding needle stump 116.
  • a precipitant hole 118 is also excluded, which is surrounded by a further needle stub 120 and an annular space 122. Furthermore, further feed channels 124 with subsequent homogenization zone 126 are excluded in the second plate 104. Finally, the third plate points 106 two annular gaps 128 and 130 for the respective polymeric materials to be coextruded, and a needle 132 with precipitant well bore 134.
  • the supply channels 124 are each configured differently. While in the embodiment according to the FIG. 3a the feed channel 124 for the second polymer is provided only in the second plate 104, which runs in the variant according to the FIG. 3b both through the second plate 104 as well as through the third plate 106.
  • the second polymer feed passage 124 extends through the second plate 104 and the first plate 102 as shown in FIG Figure 3c shown.
  • the representation according to FIG. 5 corresponds to the section according to FIG. 3a , wherein it is clear here that 8 feed channels 112 are arranged in a star shape, while only 4 feed channels 124 are arranged in a cross shape.
  • the three plates 102, 104 and 106 are in turn connected to the main body 100 by a suitable bonding method, advantageously direct bonding. Otherwise corresponds to the manufacturing method for the hollow fiber spinneret 10 according to the Figures 3 and 5 , analogous to that, as already stated by the FIG. 2 and 4 was explained in detail.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse.
  • Es sind bereits Hohlfaser-Spinndüsen bekannt, die zur Herstellung von polymeren Hohlfasermembranen dienen (vgl. JP 2001254221 oder JP-A-55090 608 ). Wie in der Figur 1 gemäß der beigefügten Zeichnung dargestellt, bestehen derartige Hohlfaser-Spinndüsen 10 aus einem Grundkörper 12 aus Metall, in welchen mehrere Bohrungen 14, 16, 18, 22 eingebracht sind. In die Bohrung 14 ist ein Röhrchen 20 eingepasst, in welchem ein Fällmittel- bzw. Stützmittelkanal 22 zum Einbringen des Fällmittels bzw. Stützmittels ausgebildet ist. Die Bohrungen 16 und 18 bilden Massezuführkanäle für ein Polymer, das über einen Ringkanal 22, der ja ebenfalls aus einer entsprechenden Bohrung besteht, austritt. Bei der Herstellung der bekannten Hohlfaser-Spinndüsen 10 werden Verfahren der üblichen Metallbearbeitung angewandt. Hier entsteht also die Düsenstruktur durch den Zusammenbau beider Düsenteile, wobei sich eine Ungenauigkeit, beispielsweise der Geometrie des Ringraums 22 aufsummiert aus den Fertigungsfehlern beim Fertigen des Grundkörpers 12 und des Röhrchens 20. Es treten darüber hinaus mögliche Montagefehler hinzu, die ebenfalls zu einer Ungenauigkeit der Geometrie führen können. Schließlich sind die gemäß dem Stand der Technik bekannten Hohlfaser-Spinndüsen nicht beliebig verkleinerbar.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse an die Hand zu geben, mit denen auch feine Kapillarmembranen herstellbar sind, wobei die Fertigungstoleranzen minimiert werden und das Herstellverfahren für diese Hohlfaser-Spinndüsen deutlich verbilligt wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch das Herstellverfahren wird eine vollständig neuartige Konstruktionsweise für Hohlfaser-Spinndüsen geschaffen, da sich die Erfindung von der konventionellen Metallbearbeitung abwendet und Verfahren der Mikrostrukturtechnik anwendet. Erfindungsgemäß werden nämlich mindestens zwei mittels Mikrostrukturtechnik strukturierte plattenförmige Körper zu der Hohlfaser-Spinndüse zusammengefügt. Dabei wird bevorzugt auf eine erste mittels Mikrostrukturtechnik gebildete Platte eine zweite unstrukturierte Platte gefügt, wobei die zweite Platte erst nach dem Aufbringen auf die erste Platte strukturiert wird. Die Platten werden flächig miteinander verbunden. Mit der neuen Fertigungsmethode eröffnet sich eine Vielzahl von Vorteilen. Zunächst läßt sich eine wesentlich kleinere Abmessung der Düsenstruktur mittels der Mikrostrukturtechnik realisieren. Darüber hinaus ist eine wesentlich höhere Präzision hinsichtlich der Düsenstruktur realisierbar. Diese Präzision kommt dadurch zustande, dass die Düsenstruktur in einem Schritt entsteht. Sie ist nur durch die Genauigkeit der zu Grunde liegenden Lithographiemaske, die bei der Mikrostrukturtechnik verwendet wird, beschränkt. Derartige Lithographie-masken lassen sich jedoch mit Toleranzen von 100 nm extrem genau fertigen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in den wesentlich geringeren Produktionskosten der Spinndüsen.
  • Besondere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
  • Grundsätzlich lassen sich natürlich für die Realisierung der Hohlfaser-Spinndüsen nach der Erfindung alle Materialien der Mikrostrukturtechnik einsetzen, sofern diese anisotrop geätzt und gebondet werden können. Besonders vorteilhaft sind aber einkristallines Silizium, Galliumarsenid (GaAs) oder Germanium einsetzbar.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Hohlfaser-Spinndüse aus zwei Platten gefertigt, wobei in der ersten Platte die Massezuführkanäle, eine Massestrom-Vergleichmäßigungszone, eine Fällmittel/Stützmittelzuführbohrung und ein Nadelstumpf ausgenommen sind, während in der zweiten Platte eine Düsenstruktur mit Masse-Ringspalt und eine Nadel mit einer Fällmittel/Stützmittelbohrung ausgenommen werden.
  • Alternativ ist auch ein Herstellverfahren denkbar, bei dem die zweite Platte zusätzlich die Massezuführkanäle und die Massestrom-Vergleichmäßigungszone enthält. Dort entfallen auf der ersten Platte diese Elemente und der Nadelstumpf. Ein besonderes Merkmal dieser Konstruktion ist es, dass die Nadel der Spinndüse nur an einer Stirnfläche mit der erste Platte verbunden ist.
  • Die mit dem bevorzugten Verfahren hergestellte Hohlfaser-Spinndüse, mit der eine einfache Kapillar-Hohlfasermembran herstellbar ist, weisen vorteilhaft folgende Abmessungen auf:
    Dicke der ersten Platte: 0,250 - 1,500 mm
    Dicke der zweiten Platte: 0,050 - 1,500 mm
    Außendurchmesser der Nadel: 0,020 - 1,500 mm
    Länge der Nadel incl. Nadelstumpf: 0,100 - 2,000 mm
    Durchmesser der Fällmittelbohrung: 0,010 - 1,000 mm
    Länge der Fällmittelbohrung: 0,150 - 2,500 mm
    Außendurchmesser des Ringspalts: 0,040 - 3,000 mm
    Länge des Ringspalts: 0,050 - 1,500 mm
    Höhe der Spinndüse: 0,300 - 3,000 mm
    Kantenlänge der Spinndüse: 1,000 - 25,00 mm.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht aus einem Verfahren, in dem der der Grundkörper drei Platten aufweist, wobei die erste Platte Zuführkanäle, eine Vergleichmäßigungszone und einen Nadelstumpf mit einer zentralen Zuführbohrung enthält, eine zweite Platte, die sich an die erste Platte anschließt, Zuführkanäle, eine Vergleichmäßigungszone und einen weiteren Nadelstumpf mit einem konzentrischen Ringkanal sowie eine Nadelverlängerung mit einer zentralen Bohrung aufweist, und wobei eine dritte Platte, die sich wiederum an die zweite Platte anschließt, eine Düsenstruktur bestehend aus einer zentralen Bohrung und zwei konzentrischen Ringspalten aufweist. Mittels dieser mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Hohlfaser-Spinndüse lassen sich Kapillarmembranen mit koextrudierten Doppelschichten herstellen.
  • Eine alternative Ausführungsvariante ergibt sich dadurch, dass die Hohlfaser-Spinndüsen aus drei einzelnen Platten hergestellt sind, wobei die erste Platte eine zentrale Zuführungsbohrung aufweist, eine sich an die erste Platte anschließende zweite Platte parallele Zuführkanäle und zu diesen angeordnete Vergleichmäßigungszonen sowie ein Nadelstumpf mit konzentrischem Ringkanal und eine zentrale Bohrung aufweist und wobei die an die zweite Platte anschließende dritte Platte eine Düsenstruktur bestehend aus einer zentralen Bohrung und zwei konzentrischen Ringspalten aufweist.
  • Vorteilhaft ist der äußere Durchmesser der Mehrkanal-Hohlfaser-Spinndüse kleiner als 1 mm. Besonders vorteilhaft ist der äußere Durchmesser der Mehrkanal-Hohlfaser-Spinndüse kleiner oder gleich 0,45 mm. Mit dieser ist eine Dialysemembran mit einem Innendurchmesser von 200-300 µm herstellbar.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
    • Figur 1:
    einen schematischen Schnitt durch eine Hohlfaser-Spinndüse gemäß einer Ausführungsform nach dem Stand der Technik,
    Figur 2:
    einen schematischen Schnitt durch eine Hohlfaser-Spinndüse nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,
    Figur 3:
    eine schematische Schnittdarstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung, wobei drei Varianten der Anordnung der Massezuführkanäle gezeigt sind,
    Figur 4:
    eine teilweise geschnittene dreidimensionale Darstellung einer Hohlfa- ser-Spinndüse gemäß Figur 2 und
    Figur 5:
    eine teilweise geschnittene dreidimensionale Darstellung einer Hohlfa- ser-Spinndüse gemäß der Ausführungsvariante nach Figur 3.
  • In Figur 2 ist eine Hohlfaser-Spinndüse 10, die mittels eines Verfahrens nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung hergestellt wurde, gezeigt. Hier ist der gesamte Grundkörper 26 aus zwei einzelnen Platten 30 und 32 zusammengesetzt. In der ersten Platte 30 sind Massezuführkanäle 34, eine Massenstrom-Vergleichmäßigungszone 36, eine Fällmittelzuführungsbohrung 38 und ein Nadelstumpf 40 durch einen entsprechenden Ätzvorgang, der später noch im einzelnen beschrieben wird, gebildet. Die dreidimensionale Ausgestaltung der hier in Figur 2 dargestellten Hohlfaser-Spinndüse ergibt sich aus Figur 4. Dort ist zu sehen, dass die Massezuführkanäle, d.h. die Kanäle zur Zuführung der auszufällenden polymeren Masse im hier dargestellten Ausführungsbeispiel kreuzförmig angeordnet sind. Die Massestrom-Vergleichmäßigungszone 36 ergibt sich als Ringraum um den Nadelstumpf 40 herum. Die Fällmittelzuführungsbohrung 38 ist in ihrem zur Oberseite hinweisenden Bereich verbreitert, wie das insbesondere der Figur 2 zu entnehmen ist.
  • Aus den Figuren 2 und 4 ist auch der Aufbau der zweiten Platte 32 zu entnehmen, die eine Masse-Austrittsöffnung 42 aufweist, der unmittelbar an die Massestrom-Vergleichmäßigungszone 36 anschließt. Diese Masse-Austrittsöffnung bzw. der Masse-Ringspalt 42 ergibt mit der Nadel 44 mit Fällmittelbohrung 46 die hochpräzise Düsenstruktur 48. Das in den Figuren 2 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel aus einkristallinem Silizium hat beispielsweise eine Dicke der ersten Platte von 0,4 mm, eine Dicke der zweiten Platte von 0,1 mm, einen Außendurchmesser der Nadel von 0,05 mm, eine Länge der Nadel inklusive Nadelstumpf von 0,15 mm, ein Durchmesser der Fällmittelbohrung 38 im erweiterten Bereich von 0,1 mm, einen Außendurchmesser des Ringspalts 42 von 0,1 mm und eine Länge des Ringspalts 42 von 0,1 mm. Die Höhe des Grundkörpers 26, d.h. die Höhe der gesamten Spinndüse 10, beträgt demnach 0,5 mm, während eine Kantenlänge des Grundkörpers 26 der Spinndüse 10 2 mm beträgt.
  • Bei der Herstellung von Hohlfaser-Spinndüsen mittels Mikrostrukturtechnik wird von 2 runden Waferscheiben mit 100 bis 300 mm Durchmesser ausgegangen. Aus diesen Wafern werden gleichzeitig viele Spinndüsenstrukturen hergestellt. Die einzelnen Hohlfaser-Spinndüsen 10 erhält man dann durch Zerteilen der fertig bearbeiteten Wafer. Die vereinzelten geteilten Spinndüsen können jeweils eine einzige Düsenstruktur, wie hier dargestellt, aber auch mehrere Düsenstrukturen in einem Düsenstrukturverbund enthalten. Dies erreicht man dadurch, dass nicht alle Düsenstrukturen, die auf dem Wafer gebildet wurden, voneinander getrennt werden, sondern dass mehrere Düsenstrukturen zusammen eine Mehrfach-Düseneinheit bilden, die entlang ihrer Außenkontur vom Wafer ausgeschnitten werden.
  • Die Herstellung der Spinndüsen 10 beginnt mit der beidseitigen Strukturierung eines ersten Wafers, der die Elemente 34, 36, 38, 40 der Platte 30 der Spinndüse 10 aufnimmt. Die Strukturen werden mit einer Folge von Standard-Lithographieverfahren, d.h. Masken aus Photoresist, SiO, Si-N oder ähnlichem, und Standard-Ätzverfahren gefertigt. Bei den Standard-Ätzverfahren sind insbesondere das reaktive Ionen-Ätzen (RIE), das reaktive Ionen-Tiefenätzen (D-RIE) und das Kryo-Ätzen zu nennen. Besonders geeignet sind spezielle Tiefenätzverfahren wie das D-RIE und das Kryo-Ätzen. Die Lithographie-Masken für die Vorder- und Rückseite müssen optisch zueinander ausgerichtet werden. Anschließend wird der zweite Wafer, aus dem die zweite Platte hergestellt werden soll, auf den entsprechend strukturierten ersten Wafer gebondet. Dabei können sämtliche Bondverfahren eingesetzt werden, das Anodische Bonden, das Direktbonden oder ähnliches. Besonders geeignet ist aber das Direktbonden, da die höchsten Festigkeiten erreicht werden und damit ein guter Halt der Nadel auf der ersten Platte gewährleistet wird. Im nächsten Schritt wird die Düsenstrukur 48 mit Ringspalt 42 und Fällmittelbohrung 46 in einem zweistufigen Ätzverfahren hergestellt. Im ersten Schritt wird nur die tiefere Fällmittelbohrung vorangetrieben. Im zweiten Schritt werden dann beide Strukturen fertig geätzt. Zur Anwendung kommen dabei wieder die genannten Lithographie- und Ätzverfahren, wobei hier die Verwendung der Tiefenätzverfahren noch eher angeraten ist als bei der Bearbeitung des ersten Wafers. Im letzten Schritt werden die einzelnen Spinndüsen, wie bereits zuvor beschrieben, durch geeignete Trennverfahren, wie Wafer-Sägen oder Laserbearbeitung aus dem Wafer herausgeschnitten.
  • Anhand der Figuren 3 und 5 werden weitere alternative Ausgestaltungen der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Hohlfaser-Spinndüsen erläutert. Hier ist eine Hohlfaser-Spinndüse 10 zur Herstellung einer aus zwei Schichten koextrudierten Hohlfaser gezeigt. Hier ist eine Hohlfaser-Spinndüse 10 mit einem Grundkörpers 100 bestehend aus drei einzelnen Platten 102, 104 und 106 gezeigt. Die einzelnen Platten bestehen wiederum aus einkristallinem Silizium. In der ersten Platte 102 ist ein Zuführkanal 108 für das Fällmittel ausgenommen. Zusätzlich sind Zuführkanäle 110, 112 für ein erstes Polymer vorgesehen, die in eine zugehörige Vergleichmäßigungszone 114 einmünden. Die Vergleichmäßigungszone 114 umgibt einen entsprechenden Nadelstumpf 116.
  • In der zweiten Platte 104 ist ebenfalls eine Fällmittelbohrung 118 ausgenommen, die von einem weiterem Nadelstumpf 120 und einem Ringraum 122 umgeben ist. Weiterhin sind weitere Zuführkanäle 124 mit anschließender Vergleichmäßigungszone 126 in der zweiten Platte 104 ausgenommen. Schließlich weist die dritte Platte 106 zwei Ringspalten 128 und 130 für die jeweiligen polymeren Materialien, die koextrudiert werden sollen, auf, sowie eine Nadel 132 mit Fällmittelbohrung 134. Bei den Varianten der Figur 3a, Figur 3b und Figur 3c sind die Zuführkanäle 124 jeweils anders ausgestaltet. Während in der Ausführungsvariante gemäß der Figur 3a der Zuführungskanal 124 für das zweite Polymer lediglich in der zweiten Platte 104 vorgesehen ist, verläuft der in der Variante gemäß der Figur 3b sowohl durch die zweite Platte 104 wie auch durch die dritte Platte 106. In der Ausführungsvariante gemäß der Figur 3c verläuft der Zuführkanal 124 für das zweite Polymer durch die zweite Platte 104 und die erste Platte 102, wie hier in der Figur 3c dargestellt. Die Darstellung gemäß Figur 5 entspricht dem Schnitt gemäß Figur 3a, wobei hier deutlich wird, dass 8 Zuführkanäle 112 sternförmig angeordnet sind, während lediglich 4 Zuführkanäle 124 kreuzförmig angeordnet sind.
  • Die drei Platten 102, 104 und 106 werden wiederum durch ein geeignetes Bondverfahren, vorteilhaft ein Direktbonden, miteinander zum Grundkörper 100 verbunden. Ansonsten entspricht das Herstellverfahren für die Hohlfaser-Spinndüse 10 gemäß der Figuren 3 und 5, analog demjenigen, wie es bereits anhand der Figur 2 und 4 im einzelnen erläutert wurde.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse mit einem Grundkörper mit den Verfahrensschritten:
    - Strukturierung von mindestens zwei plattenförmigen Körpern mittels Mikrostrukturtechnik
    - Zusammenfügen von mindestens zwei plattenförmig Körper zu einem Grundkörper in dem ein oder mehrere Fällmittel/Stützmittel- und Massezuführungskanäle und mindestens eine mit diesen verbundene Düsenstruktur mit wenigstens einer Masseaustrittsöffnung und wenigstens einer Nadel mit Fällmittel/Stützmittelbohrung ausgebildet sind.
  2. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach Anspruch 1, wobei die Hohlfaser-Spinndüse aus zwei plattenförmigen Körpern mit den Verfahrensschritten
    - Strukturierung eines ersten plattenförmigen Körpers mittels Mikrostrukturtechnik,
    - Aufbringen eines zweiten unstrukturierten plattenförmigen Körpers auf den ersten strukturierten plattenförmigen Körper zur Bildung des Grundkörpers der Hohlfaser-Spinndüse und
    - Strukturierung des zweiten plattenförmigen Körpers mittels Mikrostrukturtechnik
    hergestellt wird.
  3. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach Anspruch 1, wobei die Hohlfaser-Spinndüse aus drei plattenförmigen Körpern mit den Verfahrensschritten
    - Strukturierung eines ersten plattenförmigen Körpers mittels Mikrostrukturtechnik,
    - Aufbringen eines zweiten unstrukturierten plattenförmigen Körpers auf den ersten strukturierten plattenförmigen Körpers,
    - Strukturierung des zweiten plattenförmigen Körpers mittels Mikrostrukturtechnik,
    - Aufbringen eines dritten unstrukturierten plattenförmigen Körpers auf den zweiten strukturierten plattenförmigen Körper zur Bildung des Grundkörpers der Hohlfaser-Spinndüse und
    - Strukturierung des dritten plattenförmigen Körpers mittels Mikrostrukturtechnik
    hergestellt wird.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Grundkörper aus zwei plattenförmigen Körpern besteht und im ersten plattenförmigen Körper mittels der Strukturierung die Massezuführkanäle, eine Massestrom-Vergleichmäßigungszone, die Fällmittel/Stützmittelzuführbohrung und ein Nadelstumpf ausgebildet werden und mittels der Strukturierung des zweiten plattenförmigen Körpers die Düsenstruktur mit Masse-Ringspalt als Masseaustrittsöffnung und die Nadel mit Fällmittel/Stützmittelbohrung ausgebildet werden.
  5. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Grundkörper aus zwei plattenförmigen Körpern besteht und mittels der Strukturierung des ersten plattenförmigen Körpers die Fällmittel/Stützmittelzuführbohrung ausgebildet wird und mittels der Strukturierung des zweiten plattenförmigen Körpers die Massezuführkanäle, eine Massestrom-Vergleichmäßigungszone, die Düsenstruktur mit Masse-Ringspalt als Masseaustrittsöffnung und die Nadel mit Fällmittel/Stützmittelbohrung ausgebildet werden.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach Anspruch 3, wobei der Grundkörper aus drei plattenförmigen Körpern besteht und mittels der Strukturierung des ersten plattenförmigen Körpers die Massezuführkanäle, eine Massestrom-Vergleichmäßigungszone, die Fällmittel-/Stützmittelzuführbohrung und ein Nadelstumpf ausgebildet werden und mittels der Strukturierung des zweiten plattenförmigen Körpers die Massezuführkanäle, eine Massestrom-Vergleichmäßigungszone, ein Ringraum und ein weiterer Nadelstumpf ausgebildet werden und mittels der Strukturierung des dritten plattenförmigen Körpers die Düsenstruktur mit zwei Masse-Ringspalten als Masseaustrittsöffnung und die Nadel mit Fällmittel/Stützmittelbohrung ausgebildet werden.
  7. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste plattenförmige Körper beidseitig strukturiert wird.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strukturierung zumindest eines plattenförmigen Körpers der mindestens zwei plattenförmigen Körper die Schritte umfasst:
    - Herstellung einer Lithographie-Maske mit einem Standardlithographieverfahren,
    - Ätzen der Strukturierung mittels reaktiven Ionen-Ätzen oder reaktivem Ionen-Tiefenätzen oder Kryo-Ätzen.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzverfahren als zweistufiges Verfahren ausgeführt wird, insbesondere wird in einem ersten Schritt die tiefere Fällmittelbohrung zumindest teilweise ausgebildet und in einem nachfolgenden zweiten Schritt werden die Fällmittelbohrung und die Düsenstruktur mit Ringspalt fertiggestellt.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach Anspruch 7 und 8, wobei die Lithographie-Masken für die Vorder- und Rückseite des ersten plattenförmigen Körpers optisch zueinander ausgerichtet werden.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein plattenförmiger Körper der Hohlfaser-Spinndüse aus einkristallinem Silizium, Galliumarsenid oder Germanium besteht.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die plattenförmigen Körper mittels Bondverfahren, insbesondere Anodisches Bonden oder Direktbonden, verbunden werden.
  13. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse aus mindestens zwei plattenförmigen Körpern mittels Mikrostrukturtechnik mindestens zwei runde Waferscheiben als plattenförmige Körper vorgesehen sind auf denen gleichzeitig mehrere Spinndüsenstrukturen hergestellt werden.
  14. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Düsenstrukturen auf dem Waver in individuelle Hohlfaser-Spinndüsen zerteilt werden.
  15. Verfahren zur Herstellung einer Hohlfaser-Spinndüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine individuelle Hohlfaser-Spinndüse eine einzige Düsenstruktur oder mehrere Düsenstrukturen in einem Düsenstrukturverbund aufweist.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerteilverfahren des Wavers mittels Wafer-Sägen oder Laserbearbeitung erfolgt.
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