NO146291B - Fremgangsmaate og apparat for sentrifugalspinning av fibre - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører fremgangsmåte og-apparat for sentrifugalspinning av fibre fra en fiberdannende•væske, som tilføres en roterende, stort sett sylindrisk innerflate av et. legeme som roterer om sylinderaksen, slik at væsken slynges utover og blir til fibre.

Fra tysk utlegningsskrift 1 19.9 4 31 og US patent 3 174 182 er det tidligere kjent å fremstille fibre ved at fiberdannende materiale i væskeform mates til innerflaten av en hurtig roterende kopp slik at det fiberformende materiale slynges ut som følge åv' sentrifugalkraften fra koppens kant. Maksimal-fiberproduksjon ' ' fra en slik fremgangsmåte er bestemt ved utgangsmatérialets has-...... tighet, spinnekoppéns dimensjon og koppen9 rotasjonshastighet. Når en bestemt produksjonshastighet er nådd, kan. ikke ytterligere utgangsmateriale tilføres produk s j on s innretn in gen fordi dette fø- . • rer til dannelse av utilbørlig stor mengde (sats) istedenfor fibre. Dette fenomen begrenser altså ytelsen av en innretning .méd en :sylindrisk splnnekopp med bestemte dimensjoner. Fenomenet er be-- ' skrevet nærmere i Chemical Engineering Science nr. 18 av 196.3, :\-side 32 3 - 332 .

Hensikten med oppfinnelsen er å fordoble ytelsen•for spinneutstyr med små dimensjoner hvor den innledningsvis, nevnte

fremgangsmåte benyttes, og den nye fremgangsmåte ifølge oppfihriel-sen går ut på at det spinnes fra begge ender av.den sylindriske.

innerflate.

Et apparat til spinning av fibre etter denne fremgangsmåte og som omfatter i det minste en roterbar beholder som er dannet av innerflaten av et hult, sylindrisk legeme som har en utad forløpende flate, innretninger til å rotere det sylindriske legeme om legemets langsgående akse, og innretninger for tilføring av den fiberdannende væske til innerflaten av det sylindriske legeme mens det roterer, utmerker seg ved at det sylindriske legeme er åpent ved begge ender og har en radialt utover forløpende flate ved hver av endene. Det sylindriske legeme kan ved hver ende ha en innad forløpende flate som på kjent måte danner en spinnekant for væsken.

Oppfinnelsen er anvendelig for spinning av fibre fra bl.a.: a) oppløsninger eller dispersjoner av termoplastiske stoffer eller andre fiberdannende stoffer i vandige eller ikke-vandige me-dier, f.eks. dispersjoner av PVA eller PVC, oppløsninger av poly-etylen i xylen osv. I dette tilfelle kan fibrene spinnes fra væskefilmer som kan være ved romtemperatur og stabiliseringen av de spunne fibre kan utføres ved fordampning av oppløsningsmidlet eller dispergenten under innvirkning av en luftstrøm som kan ha en høyere temperatur; b) termoherdbare harpikser, f.eks. polyesterharpikser, amin-eller fenolharpikser i vandig oppløsning, epoksyharpikser, poly-uretaner osv. I dette tilfelle kan harpiksen bringes til å flyte ved lave temperaturer, og stabilisering av de spunne fibre kan utføres ved fordampning av oppløsningsmidlet (f.eks. i tilfelle av aminharpikser) idet det benyttes en luftstrøm med høye temperaturer. Stabiliseringen av de spunne fibre kan alternativt skje ved fullstendig eller delvis gelering av harpiksen (eventuelt under bruk av høyere lufttemperatur). Herdningen av fibrene kan fullføres utenfor spinneapparatet; c) termoplastiske smelter, f.eks.polyetylen, polypropylen, poly-styren osv., men også glass og keramiske smelter. I dette tilfelle er betingelsene motsatt av hva tilfelle er under a) og b), idet smeiten mates i opphetet tilstand til spinneapparatet og de spunne fibre stabiliseres ved nedkjøling, idet det benyttes en kald luftstrøm til dette formål; d) hensiktsmessig fremstilte uorganiske saltoppløsninger (f.eks. av aluminiumoksyd, toriumoksyd osv.). I dette tilfelle kan opp-løsningene stabiliseres for å danne fibre ved fordamoning av opp-løsningsmidlet og deretter varmebehandles for tilveiebringelse

av stabile uorganiske fibre. Fuktigheten i luftstrømmen kan re-guleres for bedre kontroll av tørkingen av de vandige materialer. Luft kan erstattes med en annen gass som enten kan være inert (f.eks.'nitrogen, karbondioksyd) eller valgt slik.at den reagerer med fibrene under stabiliseringsprosessen eller tjener som katalysator for en reaksjon innenfor fibermaterialene.

Polymerer og andre fiberdannende materialer kan i spinne-tiden ha en viskositet i" området 1 til 200 poise (fortrinnsvis 5 til 100 poise). For noen materialer (f.eks. oppløsninger av line-ære polymerer med stor molekylvekt) kan spinnehjelpemedier benyttes til stabilisering av de spunne fibre.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av eksempler og under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et snitt gjennom et apparat i samsvar med utførelsen tatt langs linjen X-X på fig. 2, mens fig. 2 er et grunnriss av apparatet sett fra linje A-A på fig. 1 nedover. Fig. 3 viser et snitt av en annen utførelse av apparatet, fig.. 4 viser apparatet ifølge fig. 3 tatt fra hverandre, og fig. 5 viser et snitt gjennom enda en utførelse av apparatet ifølge oppfinnelsen .

Apparatet som er vist på fig. 1 og 2, har et hult tilfør-selsrør 1 for væske som skal spinnes, som er montert på en driv- . aksel 2 som roterer i den med pilen w viste retning. Røret 1 er. utstyrt med flere hule, radiale grenrør 3 for tilførsel av væske. Festet på røret 1 ved endene av grenrørene 3 finnes flere ringformede kammere i form av sylindere 4 som roterer sammen med tilførselsrøret 1 og grenrørene 3. De ringformede kammere 4 er anordnét i det vesentlige rett. under hverandre med et gap 5 mellom seg. Hvert ringkammer 4 omfatter en beholder 6 for væsken som skal spinnes, avgrenset av øvre og nedre overlø<p>sdammer 7.

Fibrene dannes av tynne væskefilmer som renner over over-løpene 7 når beholderen 6 roterer og væsken utsettes for sentri-fugalkraftens virkning. Væsken danner en kontinuerlig film så lenge den er i berøring med overløpene, men filmen brytes opp i filamenter 8 når den forlater overløpet 7.

Beholderne 6 mates med væsken som skal spinnes, gjennom tilførselsrøret 1 som mater tilførselsgrenrørene 3. I hvert gren-rør 3 strømmer væsken radialt og deretter spres væsken langs beholderen 6. Det kan være påkrevet med flere grenrør 3 enn en pr. beholder. To er vist på tegningene, men det kan ofte være behov for flere for å sikre jevn fordeling av væsken langs hver behol-ders 6 omkrets.

Luft eller annen gass tilføres apparatet slik at den strømmer radialt gjennom gapene 5 mellom de tilstøtende overløp 7. Luften strømmer således radialt utover sammen med fibrene 8. Innstilling av luftstrømmen og av gapet 5 utføres slik at det oppnås den hensiktsmessige relative bevegelse mellom luft og fibre som er blitt faste på en radius 9 (fig. 2), hvor de har fått den ønskede diameter.

Luften kan blåses inn ved hjelp av en særskilt vifte (ikke vist) på toppen av apparatet. Luftstrømmen styres av radiale skovler 10 som er anordnet langs hele høyden av apparatet og som tilveiebringer en pumpevirkning når de roterer sammen med drivakselen. Disse skovler sikrer at luften roterer med samme vinkelhastighet som apparatet. Skovlene kan eventuelt utformes slik ved innløpet på toppen at de tilveiebringer en tilstrekkelig luftstrøm uten at det trenges en særskilt vifte. Fig. 1 og 2 på tegningene viser et apparat med tre kammere eller beholdere 4/6, men det kan jo være færre eller flere slike som er anordnet koaksialt over hverandre. Nedentil er apparatet avsluttet med en plate 11.' På toppen er apparatet utstyrt med lågere (ikke vist) som bærer tilførselsrøret 1. Kamrene eller beholderne 4/6 bæres av ribber som går ut fra skovlene 10 eller fra tilførselsrørene 3. Fig. 3 og 4 viser en eneste kammerenhet 4 med en eneste beholder 6. I dette tilfelle er grenrørene byttet ut med en ring-formet måtningsplate 12 som er anordnet koaksialt med og roter-bart om drivakselen 2 og som på flere punkter langs omkretsen er forbundet med beholderen 6, f.eks. ved hjelp av skruer 13 e.l. som er ført gjennom hull 14 i beholderveggen. Toppflaten av den sirkulære måtningsplate skråner nedover og utover fra drivakselen 2 mot beholderen 6. Væsken som skal spinnes, tilføres matnings-flaten av platen 12 ved hjelp av et eller flere stasjonære til-førselsrør 15.

Apparatets bunnplate 11 danner i dette tilfelle en spole-lignende enhet med en nedre flens (den egentlige bunnplate) som bærer hele kammerenheten og forbinder den med drivakselen 2.Bunn-enheten har en øvre flens lia som tjener som feste for matnings-platen 12. Den sistnevnte bærer spinnekammeret 4 som er utført som beskrevet ovenfor.

Når apparatet brukes til spinning, tilføres en væske, f.eks. flytende harpiks, såsom ureaformaldehyd gjennom røret 15

til platen 12. Væsken sprer seg langs og nedover skråflaten av platen 12 og ned mot ytterkanten. Væsken forlater ytterkanten av platen 12 og kommer inri i den ringformede væskebeholder 6 omtrent på midten av samme. Deretter renner væsken over beholderens 6 overløp 7 og slynges av sentrifugalkraften utover i form av fibre 8. Kjøleluft sendes nedover det ringformede mellomrom mellom drivakselen 2 og apparatets deler 11, lia og 12, og videre mot skovlene 10, idet luften passerer store hull i bunnplatens 11 nav 11b med den følge at en vifteeffekt tilveiebringes når skovlene roterer sammen med drivakselen..

Fig. 5 viser et apparat med fire kammerenheter anordnet over hverandre. Kamrene er utført omtrent, som: vist- på> fig» -.3 og. 4 bortsett fra at det finnes fire væsketilførselsrør 15a,15b,15c' og 15d, ett for hver av platene . 12. (Et . femte .;rør .ISé. ér?.'vist ' bare for å illustrere at anordningen ville bli lik om det, fantes ''-\\'/ et femte kammer anordnet under de ,fire).; Ved denne utførelse er. • drivakselen.2 utført hul og hår tilstrekkelig diameter for å kun- • ne romme alle de tilførselsrør 15a - 15e innbefattet deres nedre., ender som avleverer væske til toppflaten av matn-ingsplaténe 12. De sistnevnte er sveiset eller på annen måte festet på drivakse-'' len 2, slik at de roterer sammen med denne. Drivakselen 2 er utstyrt med åpninger 16 som tillater at væsken kan mates frem fra rørenes 15a - 15e ender utover og nedover mot.beholderne 6.

Under et forsøk ble ureaformaldehydharpiks "Aerolite 300"

(registrert varemerke) fra Ciba-Geigy spunnet til fibre med en' omsetningsmengde på omtrent 78 g/min. ved hjelp av apparatet iføl-ge fig. 3 og 4.... "Aerolite 300" er en vandig urinformaldehydhar-piks fremstilt ved kondensering av en blanding av urinstoff og formaldehyd i et F:U molarforhold på omtrent 1,95:1 etterfulgt av konsentrasjon til et fastinnhold på omtrent 65 vekt%.Aldehydet har en viskositet, avhengig av alderen, på omtrent 40 til 200

poise ved romtemperatur og en vanntoleranse på omtrent 180%.

Viskositeten av den vandige harpiks ble innstilt til omtrent 35 poise og 10 vekt% av en oppløsning av et spinnehjelpemiddel og en katalysator ble tilsatt den vandige harpiks umiddelbart før avsetningen av samme på den ringformede måtningsplate 12. Sammen-setningen av den tilsatte oppløsning var:

6,7vekt% ammoniumsulfat

l,6vekt% polyetylenoksyd (molekylvekt 600-000)

91,7vekt% vann.

Akselen ble drevet med ca. 3500 omdr./min. og fibrene ble tørket ved spinning i en atmosfære oppvarmet til ca. 65 - 69°C. Endelig fiksering av fibrene skjedde ved oppvarming ved 120°C i 3 timer.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for sentrifugal-spinning av fibre fra en fiberdannende væske som tilføres en roterende, stort sett sylindrisk innerflate av et legeme som roterer om sylinderaksen, slik at væsken slynges utover og blir til fibre, karakterisert ved at det spinnes fra begge ender av den sylindriske innerflate.

2. Apparat til utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, til spinning av fibre fra en fiberdannende væske, omfattende i det minste en roterbar beholder (6) som er dannet av innerflaten av et hult, sylindrisk legeme (4) som har en utad forløpende flate, innretninger (2) til å rotere det sylindriske legeme (4) om legemets langsgående akse, og innretninger (1,3;12,15) for tilføring av den fiberdannende væske til innerflaten av det sylindriske legeme (4) mens det roterer, karakterisert ved at det sylindriske legeme (4) er åpent ved begge ender og har en radialt utover forløpende flate ved hver av endene.

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at det sylindriske legeme (4) ved hver ende har en innad forløpen-de flate som på kjent måte danner en spinnekant for væsken.