WO1999049110A1 - Spinndüse - Google Patents

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WO1999049110A1
WO1999049110A1 PCT/AT1999/000077 AT9900077W WO9949110A1 WO 1999049110 A1 WO1999049110 A1 WO 1999049110A1 AT 9900077 W AT9900077 W AT 9900077W WO 9949110 A1 WO9949110 A1 WO 9949110A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spinning
spinneret
peripheral surface
nozzle body
spinneret according
Prior art date
Application number
PCT/AT1999/000077
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Schlossnikl
Manfred Schneeweiss
Hartmut Rüf
Original Assignee
Lenzing Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lenzing Aktiengesellschaft filed Critical Lenzing Aktiengesellschaft
Priority to AU28186/99A priority Critical patent/AU2818699A/en
Publication of WO1999049110A1 publication Critical patent/WO1999049110A1/de

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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
    • D01D4/00—Spinnerette packs; Cleaning thereof
    • D01D4/06—Distributing spinning solution or melt to spinning nozzles
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F2/00—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof

Definitions

  • the invention relates to a spinneret for producing fibers, in particular cellulose fibers by the amine oxide process, with an essentially rotationally symmetrical nozzle body, a feed for the mass to be spun, an essentially rotationally symmetrical distribution body which is used in the nozzle body, at least one helical groove between an outer one Circumferential surface of the distribution body and an inner circumferential surface of the nozzle body, and an essentially rotationally symmetrical spinning insert with spinning holes, the spiral groove (s) being in line with the feed and the spinning insert.
  • Spinning devices for the production of cellulosic fibers by the amine oxide process are e.g. known from PCT-WO 93/19230, PCT-WO 95/01470 and PCT-WO 95/04173. These known spinnerets have an essentially rotationally symmetrical nozzle body which has a supply for cooling gas in its center, a supply for cellulose solutions and an annular spinning insert with spinning holes. They have proven themselves for the production of cellulosic fibers from a solution of cellulose in an aqueous tertiary amine oxide.
  • Solutions of cellulose in aqueous tertiary amine oxides are subject to thermal degradation at elevated temperatures, as are necessary for spinning such solutions, as a result of which the quality of the spinning solution and thus of the spun fibers is impaired. This thermal degradation is catalyzed by metal ions in the solution, among other things.
  • the mass to be spun is brought to all the spinning holes of the spinning insert in this annular distribution channel.
  • the disadvantage here is a relatively broad titer distribution of the filaments, which is due to the type of construction and for which an insufficiently uniform distribution of the mass to be spun is obviously responsible.
  • a spinneret according to the introductory part of the description with a central feed of the mass to be spun is known, which has helically shaped spiral grooves on the distribution body of this spinneret.
  • the distributor body is provided with a conical outer surface and pressed against a conical inner surface of the nozzle body, so that the spiral grooves result in closed channels, the walls of which are formed on the one hand by the distributor body and on the other hand by the nozzle body.
  • the helical design of the helical channels ensures a somewhat better supply of the mass to be spun with the mass to be spun than with a decentralized supply of this mass, this is also essentially only a supply of the mass with several individual channels, each channel only on its own is responsible for part of the area of the spinning insert when feeding the mass to be spun.
  • RU-A 927 865 ultimately only a plurality of decentrally arranged feeds for the spinning insert are provided. The result is inadequate homogenization of the supply of the mass to be spun to the individual spinning holes and filaments with a broad titer distribution also occur here.
  • the invention aims to avoid these disadvantages and difficulties and has as its object to create a spinneret with which a complete equalization of the supply of the mass to be spun is possible, so that on the area occupied by the spinning insert, ie on all spinning holes, if possible, none Differences in Pressure, temperature and flow behavior of the mass to be spun can be determined. It should be possible to optimally supply spinning inserts with a particularly large number of spinning holes, that is to say spinning inserts with a larger area, with the mass to be spun. In particular, it should be possible to achieve a very low titer spread. Furthermore, a uniform flow should take place in all rooms within the spinneret, ie the mass to be spun should not accumulate anywhere in its flow, so that the residence time in the spinneret is approximately the same for all mass particles of the mass to be spun.
  • annular gap is provided between the outer circumferential surface of the distributor body and the inner circumferential surface of the nozzle body, into which the spiral groove (s) opens (open) and which is connected in line with the spinning insert.
  • the problem of maintaining an approximately constant dwell time of all the mass particles within the spinneret is now solved in a particularly elegant manner with the spinneret according to the invention, since the open on one side, i.e. an absolutely dead space-free flow channel is created in the spiral grooves opening into the annular space, so that the spinneret according to the invention is particularly suitable for spinning solutions of cellulose in aqueous tertiary amine oxide; in particular, fibers with a particularly low titer scatter can be produced.
  • the more uniform dwell time of the individual spinning mass particles in the spinneret according to the invention ensures a more uniform titer distribution and also the strength of the individual spun fibers even when the spinneret is standing for a longer time.
  • the spinneret known from RU-A 927 865 is unsuitable for solving the problem described. Due to the design, this spinneret has dead spaces at the end of the helical spiral grooves, since at the flow rates of the highly viscous cellulose solution there is no significant circumferential flow in the ring channel in front of the spinneret.
  • the invention is not a narrow film gap to be supplied uniformly, but an annular space which is closed to the outside by the spinning insert, which annular space naturally has to supply the relatively large area of the spinning insert, which is dependent on the number of spinning holes, with mass to be spun.
  • the problem with a spinneret is therefore very different from that with a tubular film tool. Since efforts are being made to keep the number of spinning holes as large as possible, the solution to the problem of the invention is of particular importance.
  • the helical groove (s) is (are) preferably provided on the outer circumferential surface of the distributor body and the inner circumferential surface of the nozzle body is essentially smooth-walled. However, they could also be provided on the inner peripheral surface of the nozzle body.
  • the helical groove (s) advantageously extends over approximately half of the outer or inner circumferential surface of the distributor body or the nozzle body, etc. starting from the line connection with the feed and the other half of the peripheral surface is smooth. This largely avoids a flow in the circumferential direction in the vicinity of the spinning insert.
  • a particularly good supply of the spinning holes with mass to be spun is ensured by the fact that the peripheral surfaces of the nozzle body and the distributor body are designed approximately as conical outer surfaces of a truncated cone, the cone tip being in the flow direction of the mass to be spun outside the nozzle body or the distributor body.
  • a particular advantage of this embodiment of the spinneret is that, due to its construction, in the event that the entire spinneret is disassembled (e.g. for a complete cleaning or overhaul), due to the conical peripheral surfaces of the nozzle body and the distributor body, the peripheral surfaces sealingly abut one another at the upper end of the nozzle body , rubbing between these surfaces can be prevented. This is particularly necessary when high-quality materials (stainless steels) are used in the amine oxide process. In the case of a cylindrical fit, the material could be damaged or even destroyed when the nozzle was taken apart.
  • a preferred embodiment is characterized in that the annular gap tapers in the direction of the spinning insert, both in diameter and in its gap width, starting from the end of the helical groove (s) to a constriction, and is bell-shaped, starting from the constriction, towards the spinning insert.
  • the feed is expediently designed as a feed channel opening centrally into the distribution body, which merges into a plurality of branch channels of smaller cross-section that extend approximately in the radial direction than the central feed channel, which in turn open into the helical groove (s), advantageously at least one gas feed locally in the distribution body opens into a central gas supply space, which is provided at the end of the distributor body which has the spinning insert and which is covered in the axial direction with a baffle plate in order to form an annular gas outflow gap which is open towards the spinning insert.
  • the branch channels are preferably directed obliquely to the spiral groove (s), as a result of which a constant flow of the mass to be spun is also automatically given in this area.
  • feed opens decentrally into the distribution body and via at least one ring channel with the (the) Helical groove (s) is connected in line, advantageously a gas supply arranged centrally to the distribution body opens through the distribution body and penetrates the distribution body, an impact plate being provided at the end of the distribution body having the spinning insert for forming a gas outflow gap directed against the spinning insert.
  • a uniform distribution of the mass to be spun over the circumference is advantageously ensured in that the spiral groove (s), starting from the line connection with the feed, has (have) a continuously decreasing depth over its length.
  • the spinning insert is fastened to the rest of the spinneret by means of a quick-release fastener, as a result of which the spinning insert can be cleaned in a simple and quick manner without having to disassemble the remaining parts of the spinning nozzle.
  • the spinneret according to the invention is preferably used for spinning a solution of cellulose in an aqueous tertiary amine oxide.
  • FIGS. 1 and 2 each representing an embodiment of a spinneret according to the invention in axial section.
  • a likewise rotationally symmetrical distribution body 2 is inserted in a rotationally symmetrical hollow nozzle body 1, which is provided at its upper end with a flange 3 projecting over the nozzle body 1 and is screwed to the nozzle body 1 with it.
  • the inside of the nozzle body 1 has an inner circumferential surface 4 which is formed approximately as a truncated cone surface and which, with an outer circumferential surface 5 of the distribution body, which is also approximately designed as a truncated cone surface, extends over the entire height of the truncated cone surfaces Annular gap 6 with a small gap width results.
  • the circumferential surfaces 4 and 5 touch each other and thereby form sealing surfaces which, due to their taper, can be easily removed from one another for the purpose of taking the spinneret apart.
  • annular gap 6 merges into an annular space 9 formed by corresponding recesses 7 and 8 in the nozzle body 1 and distribution body 2.
  • This annular space 9 faces one in the direction of flow 10 spinning mass about bell-like widening cross-section and is closed at its lower end by a spinning insert 11 with spinning holes 12.
  • a spinning insert 11 is covered in the usual way by a nozzle screen 13.
  • the ring-shaped spinning insert 11 is cup-shaped in cross section and is pressed against the nozzle body 1 by ring flanges 14, 15 which are screwed against the nozzle body 1.
  • the spinning insert 11 is preferably fastened to the rest of the spinneret with a quick-release fastener in order to be able to carry out cleaning of the spinning insert 11 and its spinning holes 12 in a simple and quick manner.
  • a plurality of interlocking and helically extending helical grooves 16 are provided over this surface 5, which, with a continuously decreasing depth, starting from the upper end of the outer circumferential surface 5 over about half of the circumferential surface 5 in the direction of flow 10 of the spun Extend mass.
  • the lower half of the outer peripheral surface 5 of the distributor body 2 is smooth-walled, but the annular gap 6 between the distributor body 2 and the nozzle body 1 tapers towards the spinning insert 11 up to a constriction 17 and only from this constriction 17 in the direction of flow 10 of the mass to be spun expanded like a bell as mentioned above.
  • the mass to be spun reaches the spinneret via a central feed 18 with a central feed channel 19 which merges in the interior of the distribution body 2 into a plurality of branch channels 20 which extend approximately in the radial direction.
  • the branch channels 20 open into the spiral grooves 16.
  • a baffle plate 22 is provided at a distance 21 from this lower end, which covers a central gas supply space 23 downward, leaving an annular gas outflow gap 24 for blowing on the filaments emerging from the spinning holes 12.
  • the baffle plate 22 is anchored in the distribution body 2 via a central holder 25.
  • the gas supply takes place via gas supplies 26 which open obliquely from the outside into the interior of the distribution body 2 and into the central gas drawing space 23 and which extend through the distribution body 2 between the branch channels 20 which extend in the radial direction.
  • FIG. 2 in contrast to the variant shown in FIG. 1, there is a central gas supply 26 opening into the distribution body is provided and the mass to be spun is fed into the distribution body 2 via decentralized feeds 18 and via a distribution device which is formed by distribution channels 28 which connect ring channels 27 and the ring channels 27 and which connect the outermost of the ring channels 27 to the spiral grooves 16.
  • a spinning mass of the same composition as in Example 1 was used with the aid of a spinneret with decentralized spinning mass feed for the spinning insert according to Figure 4.157 in the above-mentioned document "Synthetic Fibers” (author Franz Fourne, Carl Hanser Verlag Kunststoff-Vienna 1995) and with a spinning insert designed according to Example 1 3960-hole / 100 ⁇ spun into fibers 1.7 dtex at 125 ° C.
  • the following individual titers were found in the textile test:
  • Example 1 A comparison of the statistical values of Example 1 with Example 2 shows that the spinneret according to the invention enables the production of fibers with a significantly lower titer scatter.

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Abstract

Eine Spinndüse zum Herstellen von Fasern, insbesondere Cellulosefasern nach dem Aminoxidverfahren, mit einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Düsenkörper (1), einer Zuführung (18) für die zu verspinnende Masse, einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Verteilkörper (2), der im Düsenkörper (1) eingesetzt ist, mindestens einer Wendelnut (16) zwischen einer äusseren Umfangsfläche (5) des Verteilkörpers (2) und einer inneren Umfangsfläche (4) des Düsenkörpers (1), und einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Spinneinsatz (11) mit Spinnlöchern (12), wobei die Wendelnut (en) (16) mit der Zuführung (18) und dem Spinneinsatz (11) leitungsmässig in Verbindung (steht) stehen, ist zur Herstellung von Fasern mit einer geringen Titerstreuung dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der äusseren Umfangsfläche (5) des Verteilkörpers (2) und der inneren Umfangsfläche (4) des Düsenkörpers (1) ein Ringspalt (6) vorgesehen ist, in den die Wendelnut (en) (16) mündet (münden) und der mit dem Spinneinsatz (11) leitungsmässig in Verbindung steht.

Description

Spinndüse
Die Erfindung betrifft eine Spinndüse zum Herstellen von Fasern, insbesondere von Cellulosefasern nach dem Aminoxidverfahren, mit einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Düsenkörper, einer Zufuhrung für die zu verspinnende Masse, einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Verteilkörper, der im Düsenkörper eingesetzt ist, mindestens einer Wendelnut zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Verteilkörpers und einer inneren Umfangsfläche des Düsenkörpers, und einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Spinneinsatz mit Spinnlöchern, wobei die Wendelnut(en) mit der Zuführung und dem Spinneinsatz leitungsmäßig in Verbindung steht(stehen).
Spinnvorrichtungen zur Herstellung cellulosischer Fasern nach dem Aminoxid-Verfahren sind z.B. aus der PCT-WO 93/19230, der PCT-WO 95/01470 und der PCT-WO 95/04173 bekannt. Diese bekannten Spinndüsen weisen einen im wesentlichen rotationssymmetrischen Düsenkörper, der in seinem Zentrum eine Zuführung für Kühlgas besitzt, eine Zuführung für Celluloselösungen und einen ringförmigen Spinneinsatz mit Spinnlöchern auf. Sie haben sich zur Herstellung cellulosischer Fasern aus einer Lösung von Cellulose in einem wäßrigen tertiären Aminoxid bewährt.
Einer Erhöhung der Produktionskapazität wurde durch eine Erhöhung der Spinnlöcher pro Düse Rechnung getragen. So wird z.B. in der PCT-WO 96/20300 eine Spinndüse mit 28.392 Spinnlöchern erwähnt, und der Trend geht weiter zur Entwicklung noch größerer Spinndüsen.
Lösungen der Cellulose in wäßrigen tertiären Aminoxiden unterliegen bei erhöhten Temperaturen, wie sie zum Verspinnen solcher Lösungen notwendig sind, einem thermischen Abbau, wodurch die Qualität der Spinnlösung und damit der gesponnenen Fasern beeinträchtigt wird. Dieser thermische Abbau wird unter anderem durch in der Lösung befindliche Metallionen katalysiert.
Der thermische Abbau der Spinnlösungen bzw. Spinnmasse findet insbesondere an jenen Stellen im Produktionsprozeß statt, an denen sich die Spinnlösung nur langsam oder im schlechtesten Fall über einen gewissen Zeitraum gar nicht bewegt. Solche Stellen werden als "Toträume" bezeichnet.
Ein Problem der aus dem Stand der Technik bekannten Spinndüsen für das Aminoxidverfahren ist, daß bei der Zufuhr der Spinnmasse zu den Spinnlöchern Toträume auftreten können, welche die Qualität der Spinnlösung auf Dauer beeinträchtigen können. Aus dem Dokument "Synthetische Fasern", Autor Franz Fourne, Carl Hanser Verlag München- Wien 1995, Seite 345 ist eine Spinndüse mit einem Spinneinsatz, der im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist - eine sogenannte Ringspinndüse - bekannt, bei der die Zuführung der zu verspinnenden Masse an nur einer Stelle der Spinndüse dezentral erfolgt, wobei die Masse in einen ringförmigen Verteilkanal, der konzentrisch zum ringförmigen Spinneinsatz angeordnet ist, eingebracht wird. In diesem ringförmigen Verteilkanal wird die zu verspinnende Masse zu sämtlichen Spinnlöchern des Spinneinsatzes verbracht. Nachteilig ist hierbei eine relativ breite Titerverteilung der Filamente, die bauartbedingt ist und für die offensichtlich eine zu geringe gleichmäßige Verteilung der zu verspinnenden Masse verantwortlich ist.
Zur Vergleichmäßigung der Zufuhr der zu verspinnenden Masse hat man Rechteck- Spinneinsätze verwendet (DE-C 33 34 870), zu denen die Masse über sogenannte "Kleiderbügel"-Verteiler mit einer Druckkammer, die mit einem Staubalken versehen ist, zugeführt. Dieser Staubalken muß mit einem Verstellmechanismus zur genauen Einstellung in der Druckkammer verschiebbar gelagert sein, was einen komplizierten Aufbau der Spinndüse ergibt und zudem auch nicht eine optimale Vergleichmäßigung des Masseflusses bringt.
Aus der RU-A 927 865 ist eine Spinndüse gemäß dem einleitenden Teil der Beschreibung mit einer zentralen Zuführung der zu verspinnenden Masse bekannt, welche schraubenförmig gestaltete Wendelnuten am Verteilkörper dieser Spinndüse aufweist. Bei dieser bekannten Spinndüse ist der Verteilkörper mit einer konischen äußeren Oberfläche versehen und an eine konische innere Oberfläche des Düsenkörpers gepreßt, so daß die Wendelnuten geschlossene Kanäle ergeben, deren Wandungen einerseits vom Verteilkörper und anderseits vom Düsenkörper gebildet sind. Zwar wird durch die schraubenförmige Gestaltung der Wendelkanäle eine etwas bessere Versorgung des Spinneinsatzes mit zu verspinnender Masse gewährleistet als bei dezentraler Zuführung dieser Masse, jedoch handelt es sich auch hierbei im wesentlichen lediglich um eine Zuführung der Masse mit mehreren Einzelkanälen, wobei jeder Kanal für sich nur für einen Teil der Fläche des Spinneinsatzes bei der Zufuhrung der zu verspinnenden Masse verantwortlich ist. Somit sind auch gemäß der RU-A 927 865 letzten Endes lediglich mehrere dezentral angeordnete Zuführungen zum Spinneinsatz vorgesehen. Eine ungenügende Vergleichmäßigung der Zufuhr der zu verspinnenden Masse zu den einzelnen Spinnlöchern ist die Folge und es kommt auch hier zu Filamenten mit breiter Titerverteilung.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, eine Spinndüse zu schaffen, mit der eine vollkommene Vergleichmäßigung der Zufuhr der zu verspinnenden Masse möglich ist, so daß an der vom Spinneinsatz eingenommenen Fläche, d.h. an allen Spinnlöchern, möglichst keine Unterschiede hinsichtlich Druck, Temperatur und Fließverhalten der zu verspinnenden Masse feststellbar sind. Es soll möglich sein, Spinneinsätze mit einer besonders großen Anzahl von Spinnlöchern, also Spinneinsätze mit größerer Fläche optimal mit der zu verspinnenden Masse zu versorgen. Insbesondere soll eine sehr geringe Titerstreuung erzielbar sein. Weiters soll in allen Räumen innerhalb der Spinndüse ein gleichmäßiges Fließen stattfinden, d.h. es soll die zu verspinnende Masse in ihrem Fluß sich nirgendwo stauen, so daß die Verweilzeit in der Spinndüse für alle Masseteilchen der zu verspinnenden Masse etwa gleich groß ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der äußeren Umfangsfläche des Verteilkörpers und der inneren Umfangsfläche des Düsenkörpers ein Ringspalt vorgesehen ist, in den die Wendelnut(en) mündet(münden) und der mit dem Spinneinsatz leitungsmäßig in Verbindung steht.
Das Problem, eine etwa konstante Verweilzeit aller Masseteilchen innerhalb der Spinndüse einzuhalten, wird mit der erfindungsgemäßen Spinndüse nunmehr auf besonders elegante Weise gelöst, da durch die nach einer Seite offenen, d.h. in den Ringraum mündenden Wendelnuten ein absolut totraumfreier Strömungskanal geschaffen wird, so daß die erfindungsgemäße Spinndüse in besonders guter Weise für das Spinnen von Lösungen von Cellulose im wäßrigen tertiären Aminoxid geeignet ist; insbesondere lassen sich Fasern mit besonders geringer Titerstreuung erzeugen. Durch die gleichmäßigere Verweilzeit der einzelnen Spinnmasseteilchen in der erfindungsgemäßen Spinndüse wird auch bei einer längeren Standzeit der Spinndüse eine gleichmäßigere Titerverteilung und auch Festigkeit der einzelnen gesponnenen Fasern sichergestellt.
Die aus der RU-A 927 865 bekannte Spinndüse ist hingegen zur Lösung des beschriebenen Problems ungeeignet. Bei dieser Spinndüse ergeben sich bauartbedingt am Ende der schraubenförmigen Wendelnuten Toträume, da sich bei den Fließgeschwindigkeiten der hochviskosen Celluloselösung keine maßgebliche Umfangsströmung im Ringkanal vor der Spinndüse ausbildet.
Aufgrund der bestehenden Totraumproblematik ist es bei den bekannten Spinndüsen in gewissen Abständen notwendig, die gesamte Spinnvorrichtung, bestehend aus dem Lösungszufuhrkanal, dem Verteilkanal und der Spinnplatte, mit den Spinnlöchern zu öffnen und insbesondere von thermisch stärker abgebauten Lösungsteilen zu reinigen.
Mit der erwähnten erwünschten Erhöhung der Anzahl der Spinnlöcher nimmt gleichzeitig der Durchmesser solcher Spinndüsen und damit insbesondere bei der Verwendung von Edelstahl als Werkstoff das Gewicht drastisch zu. Bei entsprechend großen Düsen ist das Öffnen der gesamten Spinnvorrichtung aufgrund des hohen Gewichtes des eingesetzten Werkstoffes nur sehr schwer und unter Inanspruchnahme mechanischer Hilfsmittel möglich.
Mit der erfindungsgemäßen Spinndüse kann auch dieses Problem gelöst werden, da aufgrund der Konstruktion des Verteilkörpers, wie oben beschrieben, keinerlei Toträume auftreten. Es ist daher auch keine oftmalige Reinigung des Verteilkörpers notwendig, da dieser durch die sich im Fluß befindliche Spinnlösung ständig gleichmäßig durchspült wird.
Bei einer erfindungsgemäßen Spinndüse ist es daher zur Reinigung der Spinnlöcher während des Betriebs lediglich notwendig, den Spinneinsatz bzw. die Lochplatte vom Rest der Düse zu entfernen. Dies kann z.B. durch Öffnen von Klemmringen durchgeführt werden, was auch bei sehr großen Düsen unproblematisch ist.
Nach einer Seite offene Wendelnuten in einem Verteilkopf für Kunststoffschmelzeströme sind für Schlauchfolien- Werkzeuge bekannt (Handbuch der Kunststoffextrusionstechnik, I und II von Prof. Dr. F. Hensen, Verlag Hanser, Seiten 419 bis 423). Hierbei geht es jedoch im Gegensatz zur Verteilung einer zu verspinnenden Masse für einen großflächigen Spinneinsatz mit Spinnlöchern um eine ringförmige Schmelzeverteilung zu einem sehr schmalen ringspaltförmigen Werkzeugaustritt mit äußerst geringen Dickentoleranzen. Ein besonderes Problem war hierbei die Freiheit der zugeführten und aus dem Werkzeugaustritt austretenden Masse von Fließmarkierungen sowie eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung, da solche Folien nach dem Werkzeugaustritt noch aufgeblasen werden müssen.
Erfindungsgemäß hingegen ist nicht ein schmaler Folienspalt gleichmäßig zu versorgen, sondern ein Ringraum, der nach außen durch den Spinneinsatz geschlossen ist, welcher Ringraum naturgemäß die relativ große Fläche des Spinneinsatzes, die abhängig ist von der Anzahl der Spinnlöcher, mit zu verspinnender Masse versorgen muß. Die Problematik ist bei einer Spinndüse somit eine ganz andere als bei einem Schlauchfolien-Werkzeug. Da man bestrebt ist, die Anzahl der Spinnlöcher so groß wie nur irgendwie möglich zu halten, kommt der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besondere Bedeutung zu.
Es ist von Vorteil für die Vergleichmäßigung des Flusses der zu verspinnenden Masse, wenn die Wendelnut(en) im wesentlichen über ihre gesamte Länge in den Ringspalt mündet(münden) .
Vorzugsweise ist(sind) die Wendelnut(en) an der äußeren Umfangsfläche des Verteilkörpers vorgesehen und ist die innere Umfangsfläche des Düsenkörpers im wesentlichen glattwandig ausgebildet. Sie könnten jedoch auch an der inneren Umfangsfläche des Düsenkörpers vorgesehen sein. Vorteilhaft erstreckt(erstrecken) sich die Wendelnut(en) über etwa die Hälfte der äußeren bzw. inneren Umfangsfläche des Verteilkörpers bzw. des Düsenkörpers, u.zw. ausgehend von der leitungsmäßigen Verbindung mit der Zuführung und ist die andere Hälfte der Umfangsfläche glattflächig gestaltet. Hierdurch wird eine Strömung in Umfangsrichtung in der Nähe des Spinneinsatzes weitgehend vermieden.
Eine besonders gute Versorgung der Spinnlöcher mit zu verspinnender Masse wird dadurch sichergestellt, daß die Umfangsflächen des Düsenkörpers und des Verteilkörpers annähernd als Kegelmantelflächen eines Kegelstumpfes ausgebildet sind, wobei sich die Kegelspitze in Fließrichtung der zu verspinnenden Masse außerhalb des Düsenkörpers bzw. des Verteilkörpers befindet. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform der Spinndüse liegt darin, daß aufgrund ihrer Konstruktion für den Fall eines Auseinandernehmens der gesamten Spinndüse (z.B. für eine Gesamtreinigung oder Überholung) aufgrund der konischen Umfangsflächen des Düsenkörpers und des Verteilkörpers, welche Umfangsflächen am oberen Ende des Düsenkörpers dichtend aneinander anliegen, ein Verreiben zwischen diesen Flächen verhindert werden kann. Dies ist insbesondere bei der im Aminoxidverfahren erforderlichen Verwendung von hochwertigen Werkstoffen (Edelstahlen) notwendig. Bei einer zylindrischen Paßform könnte beim Auseinandernehmen der Düse der Werkstoff beschädigt oder sogar zerstört werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt sich in Richtung zum Spinneinsatz sowohl im Durchmesser als auch in seiner Spaltbreite ausgehend vom Ende der Wendelnut(en) bis zu einer Engstelle verjüngt und von der Engstelle ausgehend in Richtung zum Spinneinsatz glockenförmig erweitert ausgebildet ist.
Zweckmäßig ist die Zuführung als zentral in den Verteilkörper mündender Zuführkanal ausgebildet, der in mehrere etwa in radialer Richtung sich erstreckende Zweigkanäle geringeren Querschnitts als der zentrale Zuführkanal übergeht, die wiederum in die Wendelnut(en) münden, wobei vorteilhaft in den Verteilkörper dezentral mindestens eine Gaszuführung mündet, die in einen zentralen Gaszuführungsraum übergeht, der am den Spinneinsatz aufweisenden Ende des Verteilkörpers vorgesehen ist und der zur Ausbildung eines gegen den Spinneinsatz offenen ringförmigen Gasausströmspalts in axialer Richtung mit einer Prallplatte bedeckt ist.
Vorzugsweise sind die Zweigkanäle schräg zu der(den) Wendelnut(en) gerichtet, wodurch auch in diesem Bereich selbsttätig ein ständiger Fluß der zu verspinnenden Masse gegeben ist.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung dezentral in den Verteilkörper mündet und über mindestens einen Ringkanal mit der(den) Wendelnut(en) leitungsmäßig verbunden ist, wobei vorteilhaft in den Verteilkörper eine zentral zum Verteilkörper angeordnete Gaszuführung mündet, die den Verteilkörper durchsetzt, wobei an dem den Spinneinsatz aufweisenden Ende des Verteilkörpers eine Prallplatte zur Ausbildung eines gegen den Spinneinsatz gerichteten Gasausströmspaltes vorgesehen ist.
Eine gleichmäßige Verteilung der zu verspinnenden Masse über den Umfang wird vorteilhaft dadurch sichergestellt, daß die Wendelnut(en) ausgehend von der leitungsmäßigen Verbindung mit der Zuführung eine über ihre Länge stetig abnehmende Tiefe aufweist(aufweisen).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Spinneinsatz am Rest der Spinndüse mittels eines Schnell Verschlusses befestigt, wodurch in einfacher und schneller Weise eine Reinigung des Spinneinsatzes möglich ist, ohne die restlichen Teile der Spinndüse zerlegen zu müssen.
Vorzugsweise dient die erfindungsgemäße Spinndüse zum Verspinnen einer Lösung von Cellulose in einem wäßrigen tertiären Aminoxid.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert, wobei die Fig. 1 und 2 jeweils eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spinndüse im Axialschnitt darstellen.
Gemäß Fig. 1 ist in einem rotationssymmetrischen hohlen Düsenkörper 1 ein ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildeter Verteilkörper 2 eingesetzt, der an seinem oberen Ende mit einem über den Düsenkörper 1 ragenden Flansch 3 versehen und mit diesem gegen den Düsenkörper 1 verschraubt ist. Der Düsenkörper 1 weist innenseitig eine innere Umfangsfläche 4 auf, die annähernd als Kegelstumpf-Mantelfläche ausgebildet ist und die mit einer äußeren Umfangsfläche 5 des Verteilkörpers, die ebenfalls annähernd als Kegelstumpf- Mantelfläche ausgebildet ist, einen sich über die gesamte Höhe der Kegelstumpf- Mantelflächen erstreckenden Ringspalt 6 mit geringer Spaltbreite ergibt.
Am oberen Ende des Düsenkörpers 1 berühren die Umfangsflächen 4 und 5 einander und bilden hierdurch Dichtflächen, die aufgrund ihrer Konizität zwecks Auseinandernehmens der Spinndüse leicht voneinander entfernt werden können.
Gegen das untere Ende des Düsenkörpers 1 hin geht der Ringspalt 6 in einen durch entsprechende Ausnehmungen 7 und 8 im Düsenkörper 1 und Verteilkörper 2 gebildeten Ringraum 9 über. Dieser Ringraum 9 weist einen sich in Fließrichtung 10 der zu verspinnenden Masse etwa glockenartig erweiternden Querschnitt auf und ist an seinem unteren Ende von einem Spinneinsatz 11 mit Spinnlöchern 12 verschlossen. Knapp oberhalb des Spinneinsatzes 11 ist dieser in üblicher Weise von einem Düsensieb 13 überdeckt. Der ringförmige Spinneinsatz 11 ist im Querschnitt topfförmig gestaltet und wird von Ringflanschen 14, 15, die gegen den Düsenkörper 1 verschraubt sind, gegen den Düsenkörper 1 gepreßt. Vorzugsweise ist der Spinneinsatz 11 am Rest der Spinndüse mit einem Schnellverschluß befestigt, um in einfacher und schneller Weise eine Reinigung des Spinneinsatzes 11 und seiner Spinnlöcher 12 durchfuhren zu können.
An der äußeren Umfangsfläche 5 des Verteilkörpers 2 sind mehrere ineinandergreifende und sich schraubenförmig über diese Fläche 5 erstreckende Wendelnuten 16 vorgesehen, die sich mit stetig abnehmender Tiefe ausgehend vom oberen Ende der äußeren Umfangsfläche 5 über etwa die Hälfte der Umfangsfläche 5 in Fließrichtung 10 der zu verspinnenden Masse erstrecken. Die untere Hälfte der äußeren Umfangsfläche 5 des Verteilkörpers 2 ist glattwandig ausgebildet, wobei sich jedoch der ringförmige Spalt 6 zwischen dem Verteilkörper 2 und dem Düsenkörper 1 in Richtung zum Spinneinsatz 11 bis zu einer Engstelle 17 verjüngt und erst von dieser Engstelle 17 aus sich in Fließrichtung 10 der zu verspinnenden Masse wie oben erwähnt glockenartig erweitert.
Die zu verspinnende Masse gelangt zur Spinndüse über eine zentrale Zuführung 18 mit einem zentralen Zuführungskanal 19, der im Inneren des Verteilkörpers 2 in mehrere sich etwa in radialer Richtung erstreckende Zweigkanäle 20 übergeht. Die Zweigkanäle 20 münden in die Wendelnuten 16.
Am unteren Ende des Verteilkörpers 2 ist eine im Abstand 21 von diesem unteren Ende angeordnete Prallplatte 22 vorgesehen, die einen zentralen Gaszuführungsraum 23 nach unten unter Freilassung eines ringförmigen Gasausströmungsspaltes 24 zum Anblasen der aus den Spinnlöchern 12 austretenden Filamente bedeckt. Die Prallplatte 22 ist über eine zentrale Halterung 25 im Verteilkörper 2 verankert. Die Gaszufuhrung erfolgt über schräg von außen ins Innere des Verteilkörpers 2 und in den zentralen Gaszαifü rungsraum 23 mündende Gaszufuhrungen 26, die sich zwischen den sich in radialer Richtung erstreckenden Zweigkanälen 20 durch den Verteilkörper 2 erstrecken.
Bei einer dezentral angeordneten Gaszuführung 26 können - insbesondere bei größeren Düsen - im Gaszuführungsraum 23 Einbauten (z.B. Siebe) zur Beruhigung und Vergleichmäßigung des zugeführten Gasstromes vorgesehen werden (nicht dargestellt).
Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausfuhrungsform ist im Unterschied zur in Fig. 1 dargestellten Variante eine zentrale, in den Verteilkörper mündende 2 Gaszufuhrung 26 vorgesehen und erfolgt die Zuführung der zu verspinnenden Masse in den Verteilkörper 2 über dezentrale Zufuhrungen 18 und über eine Verteileinrichtung, die von Ringkanälen 27 und die Ringkanäle 27 verbindenden sowie den äußersten der Ringkanäle 27 mit den Wendelnuten 16 verbindenden Verteilkanälen 28 gebildet ist.
Beispiel 1:
Eine Lösung eines Sulfitzellstoffes der Zusammensetzung 15 % Cellulose/75% NMMO/10% Wasser wurde mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Spinndüse entsprechend Fig. 1 und einem 3960-Loch/100 μ Spinneinsatz 11 (entsprechend AT-B 402 738) bei 125°C zu Fasern 1,7 dtex gesponnen. Bei der textilen Prüfung wurden folgende Einzeltiter gefunden:
Faser Titer (dtex) Faser Titer (dtex)
1 1,49 21 1,91
2 1,58 22 1,69
3 1,55 23 1,51
4 1,65 24 1,58
5 1,68 25 1,78
6 1,74 26 1,58
7 1,7 27 1,54
8 1,61 28 1,66
9 1,55 29 1,75
10 1,78 30 1,85
•11 1,68 31 1,42
12 1,64 32 1,55
13 1,55 33 1,77
14 1,69 34 1,58
15 1,65 35 1,6
16 1,82 36 1,53
17 1,55 37 1,48
18 1,47 38 1,65
19 1,39 39 1,59
Figure imgf000010_0001
20 1,76
Figure imgf000010_0002
40 1,49 Die statistische Auswertung obiger Fasereinzeltiter ergibt folgende Daten:
Anzahl der Fasern: 40
Mittel: 1,63
Varianz: 0,014
Standardabweichung: 0,12
Variationskoeffizient (Mittelwert/Standardabweichung * 100): 7,3%
Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel):
Eine Spinnmasse derselben Zusammensetzung wie in Beispiel 1 wurde mit Hilfe einer Spinndüse mit dezentraler Spinnmassenzufuhr zum Spinneinsatz entsprechend Bild 4.157 im oben genannten Dokument "Synthetische Fasern" (Autor Franz Fourne, Carl Hanser Verlag München- Wien 1995) und mit einem gemäß Beispiel 1 ausgebildeten Spinneinsatz 3960-Loch/100 μ bei 125°C zu Fasern 1,7 dtex gesponnen. Bei der textilen Prüfung wurden folgende Einzeltiter gefunden:
Faser Titer (dtex) Faser Titer (dtex)
1 1,89 21 1,66
2 2,15 22 1,5
3 1,94 23 1,58
4 1,83 24 1,42
5 2,12 25 1,61
6 1,54 26 2,28
7 1,62 27 1,93
8 1,99 28 1,56
9 2,15 29 1,13
10 1,82 30 1,55
11 1,72 31 1,81
12 1,56 32 2,13
13 1,65 33 1,84
14 1,52 34 1,48
15 1,4 35 2,03
16 1,52 36 1,4
17 1 ,48 37 1,64
18 1,62 38 1,65
19 1,99 39 2,5
Figure imgf000011_0001
20 2,13
Figure imgf000011_0002
40 1,79 Die statistische Auswertung obiger Fasereinzeltiter ergibt folgende Daten:
Anzahl der Fasern: 40
Mittel: 1,75
Varianz: 0,083
Standardabweichung: 0,29
Variationskoeffizient (Mittelwert/Standardabweichung * 100): 16,4 %
Beim Vergleich der statistischen Werte des Beispiels 1 mit Beispiel 2 ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Spinndüse die Herstellung von Fasern mit einer wesentlich geringeren Titerstreuung ermöglicht.
10

Claims

Patentansprüche:
1. Spinndüse zum Herstellen von Fasern, insbesondere von Cellulosefasern nach dem Aminoxidverfahren, mit
• einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Düsenkörper (1),
• einer Zuführung ( 18) für die zu verspinnende Masse,
• einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Verteilkörper (2), der im Düsenkörper (1) eingesetzt ist,
• mindestens einer Wendelnut (16) zwischen einer äußeren Umfangsfläche (5) des Verteilkörpers (2) und einer inneren Umfangsfläche (4) des Düsenkörpers (1), und
• einem im wesentlichen rotationssymmetrischen Spinneinsatz (11) mit Spinnlöchern (12),
• wobei die Wendelnut(en) (16) mit der Zuführung (18) und dem Spinneinsatz (11) leitungsmäßig in Verbindung steht(stehen), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der äußeren Umfangsfläche (5) des Verteilkörpers (2) und der inneren Umfangsfläche (4) des Düsenkörpers (1) ein Ringspalt (6) vorgesehen ist, in den die Wendelnut(en) (16) mündet (münden) und der mit dem Spinneinsatz (11) leitungsmäßig in Verbindung steht.
2. Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelnut(en) (16) im wesentlichen über ihre gesamte Länge in den Ringspalt mündet (münden).
3. Spinndüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelnut(en) (16) an der äußeren Umfangsfläche (5) des Verteilkörpers (2) vorgesehen ist (sind) und die innere Umfangsfläche (4) des Düsenkörpers (1) im wesentlichen glattwandig ausgebildet ist.
4. Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wendelnut(en) (16) über etwa die Hälfte der äußeren bzw. inneren Umfangsfläche (4, 5) des Verteilkörpers (2) bzw. des Düsenkörpers (1) erstreckt (erstrecken), u.zw. ausgehend von der leitungsmäßigen Verbindung mit der Zuführung (18) und daß die andere Hälfte der Umfangsfläche (4, 5) glattflächig gestaltet ist.
5. Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsflächen (4, 5) des Düsenkörpers (1) und des Verteilkörpers (2) annähernd als Kegelmantelflächen eines Kegelstumpfes ausgebildet sind, wobei sich die Kegelspitze in Fließrichtung (10) der zu verspinnenden Masse außerhalb des Düsenkörpers (1) bzw. des Verteilkörpers (2) befindet.
6. Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (6) sich in Richtung zum Spinneinsatz (11) sowohl im Durchmesser als auch in seiner Spaltbreite ausgehend vom Ende der Wendelnut(en) (16) bis zu einer Engstelle
11 (17) verjüngt und von der Engstelle (17) ausgehend in Richtung zum Spinneinsatz (11) glockenförmig erweitert ausgebildet ist.
7. Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (18) als zentral in den Verteilkörper (2) mündender Zuführkanal (26) ausgebildet ist, der in mehrere etwa in radialer Richtung sich erstreckende Zweigkanäle (20) geringeren Querschnitts als der zentrale Zuführkanal (16) übergeht, die wiederum in die Wendelnut(en) (16) münden (Fig. 1).
8. Spinndüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigkanäle (20) schräg zu der(den) Wendelnut(en) (16) gerichtet sind.
9. Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung (18) dezentral in den Verteilkörper (2) mündet und über mindestens einen Ringkanal (27) mit der(den) Wendelnut(en) (16) leitungsmäßig verbunden ist (Fig. 2).
10. Spinndüse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verteilkörper (2) dezentral mindestens eine Gaszufuhrung (26) mündet, die in einen zentralen Gaszuführungsraum (23) übergeht, der am den Spinneinsatz (11) aufweisenden Ende des Verteilkörpers (2) vorgesehen ist und der zur Ausbildung eines gegen den Spinneinsatz (11) offenen ringförmigen Gasausströmspalts (24) in axialer Richtung mit einer Prallplatte (22) bedeckt ist (Fig. 1).
11. Spinndüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verteilkörper (2) eine zentral zum Verteilkörper (2) angeordnete Gaszuführung (26) mündet, die den Verteilkörper (2) durchsetzt, wobei an dem den Spinneinsatz (11) aufweisenden Ende des Verteilkörpers (2) eine Prallplatte (22) zur Ausbildung eines gegen den Spinneinsatz (11) gerichteten Gasausströmspaltes vorgesehen ist (Fig. 2).
12. Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelnut(en) (16) ausgehend von der leitungsmäßigen Verbindung mit der Zuführung (18) eine über ihre Länge stetig abnehmende Tiefe aufweist(aufweisen).
13. Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinneinsatz (11) am Rest der Spinndüse mittels eines Schnellverschlusses befestigt ist.
14. Verwendung einer Spinndüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 zum Verspinnen einer Lösung von Cellulose in einem wäßrigen tertiären Aminoxid.
12
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