WO2007101459A1

WO2007101459A1 - Spinnvorrichtung zur erzeugung feiner fäden durch spleissen

Info

Publication number: WO2007101459A1
Application number: PCT/EP2006/010320
Authority: WO
Inventors: Lüder GERKING
Original assignee: Gerking Lueder
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2007-09-13
Also published as: BRPI0621444A2; ATE478983T1; DE102006012052A1; DE502006007739D1; EP1902164A1; RU2008135761A; JP2009529102A; CN102162141A; CN101460666B; CN101460666A; RU2396378C2; CN102162141B; CA2644977A1; EP1902164B1; CA2644977C; US20090221206A1

Abstract

Es wird eine Spinnvorrichtung zur Erzeugung feiner Fäden durch Spleißen mit mehreren in einem Spinndüsenteil angeordneten hervorspringenden Spinndüsen mit Spinnöffnungen, aus denen die Spinnmassen als MonofiIe austreten, und mit mehreren den Spinnöffnungen zugeordneten Beschleunigungsdüsen, insbesondere Lavaldüsen, deren Querschnitt sich verringert und nach dem kleinsten Querschnitt erweitert, vorgeschlagen, wobei Mittel zur Zuführung von Gasströmen vorgesehen sind, die die Monofile umgeben und durch die Beschleunigungsdüsen beschleunigt werden. Die Beschleunigungsdüse ist in einem zumindest teilweise plattenförmigen Gasdüsenteil als trichterförmige Einsenkung ausgebildet, in die die Spinndüse unter Bildung von Gasströmungskanälen eingreift. Es sind Mittel zur relativen Verschiebung des Gasdüsenteils und des Spinndüsenteils zueinander vorgesehen, derart, dass der Strömungsquerschnitt der Gasströmungskanäle veränderbar und/oder die Stellung des kleinsten Querschnitts der Beschleunigungsdüsen in Bezug auf die Spinnöffnungen einstellbar ist.

Description

Spinnvorrichtung zur Erzeugung feiner Fäden durch Spleißen

Die Erfindung betrifft eine Spinnvorrichtung zur Er- zeugung feiner Fäden durch Spleißen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Feine Fäden bis in den Bereich unter 1 Mikrometer (μm) können durch Aufspleißen eines fadenbildenden Fluidstromes als Schmelze, Lösung oder allgemein als Flüssigkeiten, die später zum Erstarren gebracht werden, hergestellt werden wie es in DE 199 29 709 und DE 100 65 859 beschrieben worden ist. Der Mechanismus der Fadenbildung ist grundsätzlich ein anderer als in allen bisher bekannt gewordenen Spinnverfahren, wo die Spinnmasse durch Aufwickelvorrichtungen aus den Spinndüsen zu Fäden abgezogen wird oder bei den Spinnvliesverfahren durch begleitende Luftströme, die eine Kraft auf sie ausüben und in besonderer Ausfüh- rung in sog. Meltblown-Verfahren, wo die den Faden ziehende Luft dicht neben den Spinndüsenöffnungen auf etwa Spinnstofftemperatur erwärmt austritt. Die Fadengeschwindigkeit erreicht dabei die der Aufwicklung bzw. liegt unter der sie ziehenden Luft- oder Gasströme. Das gilt für das Mittel der Fadendurchmesser, einzelne , Ausreißer* werden beim Meltblown-Verfahren entdeckt, wo sich auch feinere als der sich aus Durchsatz und maximal möglicher Abzugsgeschwindig- keit, der größten Luftgeschwindigkeit, Durchmesser einstellen können, aber noch nicht in gezielter Weise wie es bei dem genannten neuen Verfahren, auch als Nanoval-Verfahren bezeichnet, geschieht. Hier wird nach einem neuen Mechanismus, erst kürzlich aus den hydrodynamischen Grundgesetzen erklärt, siehe L. Gerking in Chemical Fibers International 54 (2004) S. 261-262 und 56 (2006), S. 57 - 59 folgender Effekt genutzt: Wird ein Schmelze- oder allgemein Fluidfaden oder -film durch Schubspannungen außen beaufschlagt, so kommt es in seinem Innern zu einem Druckaufbau, wenn die Geschwindigkeit an der Außenhaut des FIu- idstrahls größer ist als die in seinem Innern und dieses um so stärker, je größer seine Beschleunigung nach dem Austritt aus der Spinnöffnung erzielt werden kann. Dies ist, so kann man sagen, die Umkehr der

Strömung in Rohren oder Kanälen (Hagen-Poiseuille) , wo die Druckenergie zur Überwindung der Reibung an den Kanalwänden verbraucht wird, während im Fall des neuen Spinnverfahrens Energie auf den Faden durch die von außen an ihn wirkenden Schubspannungen übertragen wird. Diesem versucht er sich durch Druckzunahme im Innern zu widersetzen. Kühlt nicht nur die Außenhaut durch die sie umgebende Gasströmung ab, so kann es zum Erstarren des Fadens kommen.

Im Fall von Polymeren und polymeren Lösungen mit ih- rer grundsätzlich geringen Wärmeleitfähigkeit bildet sich aber zunächst nur eine äußere Haut zunehmender Viskosität und im Inneren des Fadens können die hydrodynamischen Effekte wirken. Es kommt dann in schö- ner Regelmäßigkeit und Reproduzierbarkeit zu einem

Aufplatzen vergleichbar mit dem Platzen eines Rohres an seiner Längsnaht mit in erstaunlicher Weise im Wesentlichen endlosen Fäden und bezogen auf den sto- chastischen Charakter des Aufspleißens geringer Streuungs-breite im Fadendurchmesser. Die Anzahl der einzelnen so erzeugten Fäden übertrifft bei der Herstellung besonders feiner Fäden im Bereich um und unter 1 μm bis zu mehreren Hundert aus einem Flüssigkeitsstrahl .

Das Nanoval-Verfahren wird in Zeilendüsen in seinen industriellen Anwendungen ausgeführt, wobei sich eine Reihe von Spinnbohrungen oberhalb eines Spalts befindet. Das Gas, im Allgemeinen Luft ohne besondere Kon- ditionierung nach ihrer Erzeugung in Gebläsen oder

Verdichtern (der Energiebedarf ist grundsätzlich gering verglichen mit den Meltblown-Verfahren) strömt zu beiden Seiten der Zeilendüse in stetiger Beschleunigung auf den engsten Querschnitt des Spalts zu, der sich dann wieder meistens rasch erweitert, grundsätzlich aber die Konfiguration einer Lavaldüse hat. Auch einzelne runde Düsen wurden beschrieben umgeben von einem sich stetig auf den engsten Querschnitt hin verringernden Ringspalt .

Es hat sich gezeigt, dass die allseitig von einer rotationssymmetrischen Gasströmung auf den Faden einwirkenden Schubkräfte zu einem geringeren mittleren Durchmesser der sich durch das Aufspleißen ergeben- den, im Wesentlichen endlosen Fäden führen, was auf die gleichmäßigere Beaufschlagung des Fadens zurück- geführt wird, einerlei ob die Luft noch zusätzlich erwärmt wird oder nicht. Auch die Abkühlung, die im Wechselspiel den Aufplatzeffekt mit den hydrodynamischen Kräften bewirkt, ist gleichmäßiger um den Faden verteilt als dies bei der nur seitlichen Beaufschlagung in Zeilendüsen mit linearer Lavaldüsenkonfigura- tion geschieht und es wird weniger Luft verbraucht. Bei den Zeilendüsen wird in den Zwischenräumen von Faden zu Faden ein Teil der Luft schlechter genutzt.

Eine weitere Einflussgröße für die Erzeugung feiner und immer feinerer Fäden wie sie sonst beispielsweise nur durch Elektrospinnverfahren, allerdings in sehr geringen Durchsätzen und großem Raum- und Sicher- heitsaufwand wegen der benötigten Hochspannung, erzeugt werden können, ist der Durchsatz pro Spinndüsenöffnung, einerlei ob mit runden oder schlitzförmigen Öffnungen für den Spinnstoff. Die Gasgeschwindigkeit kann im engsten Querschnitt der Lavaldüse Schallgeschwindigkeit erreichen, dahinter in der Erweiterung durchaus auch noch in den Überschall gehen, was dann bei dieser von Fäden beladenen Strömung meistens rasch zu Unterschall durch Verdichtungsstöße führt. Es kann aber nur eine bestimmte Formänderungs- arbeit durch die Schubspannungskräfte bei gegebener

Lauffläche der noch verformbaren Fadenmasse geleistet werden. Die Durchsätze sind demzufolge grundsätzlich kleiner bei der Erzeugung sehr feiner Fäden im Bereich um und unter 1 μm. Das führt dazu, dass man für einen bestimmten Gesamtdurchsatz bei der Herstellung von Vliesen nach dem Nanoval-Verfahren für feinere Fäden mehr Spinndüsen über die Breite braucht. Bei der Erzeugung von Garnen gilt das entsprechend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Erzeugung feiner Fäden zu schaffen, die kompakt und konstruktiv einfach ist, wobei ein gutes Anspinnen ermöglicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn- zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen dargestellten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse- rungen möglich.

Dadurch, dass die Vorrichtung zur Erzeugung feiner Fäden mindestens ein Spinndüsen ausgerüstetes Spinn- Spinndüsenteil und ein zumindest teilweise platten- förmiges Gasdüsenteil mit mindestens einem Gaszufuhrraum aufweist, wobei das zumindest teilweise platten- förmige das Gasdüsenteil eine Mehrzahl von trichterförmigen Einsenkungen als Beschleunigungsdüsen aufweist, in die die Spinndüsen eingreifen, derart, dass Kombinationen von Spinndüsen/Beschleunigungsdüsen, insbesondere Lavaldüsen mit rotationssymmetrischen Gasströmungskanälen gebildet werden, kann die Vorrichtung kompakt mit einer Vielzahl von dicht nebeneinander liegenden Kombinationen aufgebaut werden, wobei Gasdüsenteil und Spinndüsenteil relativ zueinander verschiebbar sind, so dass die zwischen Gasdüsenteil und Spinndüsen des Spinndüsenteils gebildeten Gasströmungskanäle unterschiedliche Strömungsquerschnitte einnehmen können, wodurch die Höhe der Spinnöffnungen zu dem engsten Querschnitt der Beschleunigungsdüsen, insbesondere Lavaldüsen, einstellbar ist. Dadurch wird das Anspinnen erleichtert und bei mehreren Düsen neben- und hintereinander ü- berhaupt erst ermöglicht, indem das Gasdüsenteil ge- genüber dem Spinndüsenteil zu letzterem hin zurückgezogen wird, um den kommenden Fadenlauf nicht zu be- einträchtigen. Durch die Verschiebbarkeit wird gleichfalls die Wartung und Reinigung der Spinndüsen erleichtert .

Eine besonders einfache Bauart wird dann gegeben, wenn zwischen der Unterseite des Spinndüsenteils, aus dem die Spinndüsen bzw. Spinnnippel herausragen, und Oberseite des plattenförmigen Bereichs des Gasdüsenteils der Gasraum gebildet wird, über den das Gas, meistens Luft, den Beschleunigungsdüsen zugeführt wird.

Besonders vorteilhaft ist, eine selbsteinstellende Dichtung zwischen Spinndüsenteil und Gasdüsenteil vorzusehen, die bei Einbringen des Gasdüsenteils vorzusehen, die bei Einbringung des Gases beim Spinnen durch den dann entstehenden Druck zusammengedrückt wird.

Eine vorteilhafte Ausführung, allerdings etwas aufwendiger und insbesondere bei der Zuführung von "kalter" Luft liegt darin, das Gasdüsenteil als Hohlkörper auszubilden, der von den Einsenkungen durchgriffen wird und dessen Hohlraum zwischen den Einsenkun- gen den Gasraum bildet, wobei der Hohlkörper zu dem

Spinndüsenteil gerichtete Öffnungen, vorzugsweise rotationssymmetrisch um die Einsenkungen herum, aufweist, über die die Luft bzw. das Gas zu den Beschleunigungsdüsen gelangt .

Es kann eine Mehrzahl von Düsen- und Gasdüsenteilen nebeneinander angeordnet werden, wobei auch unterschiedliche Spinnstoffe ausgesponnen werden können.

In vorteilhafter Weise kann unterhalb des plattenförmigen Bereichs des Gasdüsenteils eine weitere Platte mit Öffnungen unter Bildung eines Verteilerraums für ein weiteres Fluid angeordnet sein. Dieses Fluid kann Wasser zum Koagulieren von gelösten Faserstoffen, Kühlmittel zum Einfrieren der bei der Spleißung er- zielten molekularen Orientierung, Mittel zum Aufheizen, z.B. Wasserdampf, zu einer zweiten Verstreckung oder dergleichen sein.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung entsprechend den Schnittlinien D-D nach Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend den Schnittlinien C- C aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend der Schnittlinie A-A in Fig. 4, und

Fig. 4 einen Schnitt durch die Vorrichtung entsprechend der Schnittlinie B-B in Fig. 3.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Spinnvorrichtung weist ein Spinndüsenteil 28 auf, in dem mehrere Schmelzekanäle 14 vorgesehen sind, die über einen Filter 25 und einer Lochplatte 26 zur Reinigung von zugeführter Schmelze oder Lösung mit Schmelze oder Lösung versorgt werden. Die Schmelzekanäle setzen sich in Spinndüsen bzw. Spinnnippeln 23 fort, wobei hier nur drei Reihen von Spinnnippeln 23 gezeigt sind. Es können durchaus mehrere Spinnnippel in Fahrtrichtung gemäß Pfeil 50 hintereinander vorgesehen sein.

Der untere plattenförmige Bereich des Spinndüsenteils ist in einem Gasdüsenteil 27 aufgenommen, das eine rahmenartige Umrandung 34 sowie ein plattenartiges Teil 35 umfasst, wobei in letzterem drei jeweils ver- setzte Reihen von Lavaldüsen 36 entsprechend den Reihen von Spinnnippeln 23 vorgesehen sind. Die Umrandung 34 ist mit einer Aufkantung versehen, wobei zwischen dieser Aufkantung und einer ihr gegenüberliegenden Fläche 32 des unteren Bereichs des Spinndüsen- teils 28 eine Dichtung 33 angeordnet ist.

Das Spinn- und das Gasdüsenteil 28, 27 sind so zueinander ausgerichtet, dass die Spitze der Spinnnippel 23 in die Lavaldüsen 36 hineinragen, wobei zwischen der unteren Fläche des Spinndüsenteils 28 und der oberen Fläche des plattenförmigen Bereichs 35 des Gasdüsenteils ein Gasraum 22 gebildet wird, durch den die Spinnippel 23 hindurchgreifen und der mit in der Umrandung vorgesehenen Gas- bzw. LuftZuführungen 20 verbunden ist.

Insbesondere wenn die zugeführte Luft kalt ist, sind die Spinnnippel 23 vorzugsweise mit einer Heizung 24, vorteilhaft mit einer Bandheizung versehen, wie sie von Spritzgusswerkzeugen im Kunststoffmaschinenbau bekannt ist .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist Mittel zur relativen Verschiebung des Spinn- und Gasdüsenteils 28, 27 auf, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Schraube 29 in einem mit dem Spinndüsenteil fest verbundenes Mutterschloss 30 geführt ist und in einer Verankerung 31 im Rahmen 34 des Gasdüsenteils 27 mit diesem verbunden ist, wobei die Verankerung 31 nach Drehrichtung der Schraube 29 Druck- oder Zugwirkung ausüben kann, wodurch das Gasdüsenteil verschoben wird. Selbstverständlich sind andere Arten von Verschiebemittel möglich.

Für das Anspinnen wird das Gasdüsenteil 27 angehoben, d.h. in der Fig. 1 nach oben verschoben, wodurch die Dichtung 33 entlastet wird. Wenn nach dem Anfahren das Gas 21 über die Zuführung 20 zugeführt wird, wird zusätzlich zu einer Verschiebung des Gasdüsenteils 27 nach unten eine Druckkraft auf die Dichtung 33 durch den Druck im Gasraum 22 verstärkt. Es besteht somit eine gewisse Selbsteinstellung der Abdichtung beim Anfahren der Schmelze oder Lösung und Freigabe des Lavaldüsenquerschnitts zu den einzelnen Spinnnippeln.

Für eine Reinigung der Spinnnippel 25 wird die Gaszufuhr 21 abgestellt, das Gasdüsenteil 27 angehoben bis der Plattenteil 35 mit der Wandung der Lavaldüsen 35 an den Spinnnippeln 25 anstößt. Dabei wird die vorhandene Luft im Bereich der Dichtung 33 und der Flä- che 32 ausgeblasen. Die Nippel 25 ragen aus den Lavaldüsen heraus und können gereinigt werden.

Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung weist ein Spinndüsenteil 1 mit einer Reihe von Erhebungen oder Vorsprüngen, vorzugsweise in Kegelform, auf, die

Spinndüsen 13 aufnehmen bzw. bilden. Beispielsweise kann das Spinndüsenteil als Platte ausgebildet sein, in die die Spinndüsen 13 (ähnlich Fig. 1) eingesetzt sind. Die Spinndüsen weisen Schmelze- oder Lösungska- näle 14 auf, die in einer Spinndüsenöffnung 3 enden. Weiterhin ist ein Gasdüsenteil 2 vorgesehen, das beispielsweise als Hohlkörper ausgebildet ist, der durch zwei mit trichterförmigen Einsenkungen versehenen Platten gebildet ist.

Zwischen den Platten wird ein Hohlraum 9 gebildet, der durch die trichterförmigen Einsenkungen unterbrochen wird. Der Hohlraum 9 dient als Gasraum, der wiederum an eine Gasversorgungsquelle angeschlossen ist. Um jede trichterförmige Einsenkung herum ist eine ringförmige Öffnung 4 eingearbeitet, wobei die in Fig. 3 im Schnitt dargestellten Öffnungen 4 entsprechend Fig. 4 gemeinsam für benachbarte trichterförmige Einsenkungen gelten, d.h. im Ausführungsbeispiel sind die trichterförmigen Einsenkungen dicht nebeneinander angeordnet .

Die kegelförmigen, die Spinndüsen 13 bildenden Erhebungen greifen in die Einsenkungen des Gasdüsenteils 2 derart ein, dass rotationssymmetrische Gasströmungskanäle 5 entstehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeweils in den Zwischenraum zwischen den Spinndüsen 13, die in Fig. 3 als Vertiefungen dargestellt sind, unter Bildung eines Luftspaltes 12 noch ein isolierendes Formteil 11 eingesetzt, das sich bis zur Spinnöffnung 3 erstreckt, so dass der GasStrömungskanal 5 zwischen Oberfläche Formteil 11 und Oberfläche der Einsenkung im Teil 2 um den Raum 9 gebildet wird. Dabei ist der jeweilige Gasströmungs- kanal 5 so ausgebildet, dass er sich in Richtung der jeweiligen Spinnöffnung 3, die von der jeweiligen Einsenkung rotationssymmetrisch umgriffen wird, verjüngt. Es wird somit jeweils eine Laval-Düse realisiert, deren Querschnitt sich an der Kante zwischen Einsenkung und Außenfläche der in der Fig. 3 unteren Platte schlagartig erweitert, was aber auch allmäh- lieh geschehen kann.

Das Spinndüsenteil 1 und das Gasdüsenteil 2 sind relativ zueinander, entsprechend Fig. 3 gesehen, in senkrechter Richtung verschiebbar, was durch nicht dargestellte Gleitstäbe realisiert werden kann. Dadurch kann die Höhe der engsten Stelle 6 der Lavaldü- se in Bezug auf die Spinnöffnung 3 eingestellt werden, wodurch auch das Anspinnen erleichtert wird.

Diese Gleitstäbe können gleichzeitig bei unterschiedlichen Ausdehnungen des Spinndüsen- 1 und des Gasdüsenteils 2 entstehende Kraft aufnehmen, wodurch die Positionierung beider Teile zueinander beibehalten wird.

In Fig. 4 sind zwei Reihen von Kombinationen aus Spinndüsen 13 und Lavaldüsen, endend im engsten Querschnitt 6 dargestellt, wobei die Spinndüsen 13 einer Reihe zu denen der anderen Reihen versetzt sind. Es ist insbesondere bei größeren Spinnbalkenbreiten möglich, dass zwischen benachbarten Reihen noch gesonderte Gasverteilungskanäle vorgesehen sind, um die benötigen Gasmengen an die Lavaldüsen heranzuführen.

Im Folgenden wird auf die Funktionsweise eingegangen.

In Fig. 3 wird die Schmelze in dem Teil 1 herangeführt und tritt in den Spinndüsenöffnungen 3 aus, während das Gas, im Folgenden als Luft bezeichnet, aus dem Raum 9 im Teil 2 nach dem Austritt über die ringförmige Öffnung 4 dem zur Spinndüsenöffnung 3 rotationssymmetrischen Kanal 5 zwischen Teil 1 und 2 auf den engsten Querschnitt 6 zuströmt und zuvor an der Spinnöffnung 3 den austretenden Faden 7 erfasst, ihn beschleunigt, d.h. im Durchmesser verringert und nach dem Nanoval-Effekt bereits in der Lavaldüse oder kurz danach zum pinselartigen Aufplatzen in ein Fadenbündel 8 bringt.

Während das Anspinnen bei einer Zeilendüse einfach durch Zusammenschieben von zwei die Lavaldüsen bildenden Kanalhälften geschieht, ist dies bei Düsenkombinationen in mehreren Reihen nicht möglich. Das Teil 2 kann aber in Richtung der Fadenaustrittsachse ver- schoben werden. Dadurch kann es beim Anspinnen zu dem Formteil 11 hin ganz zurückgezogen werden, eine Ausblasung von Spinnluft über die Öffnungen 4 kann zunächst unterbleiben oder sie wird in geringem Maße zugelassen. Sodann wird das Teil 2 herabgesenkt, der Faden angesponnen, verzogen und zum Platzen gebracht nach den aus dem Verfahren bekannten Einstelldaten für die Luftgeschwindigkeit aus dem angewendeten Druck im Raum 9 des Teils 2, für die strömende Spinnmasse aus den Öffnungen 3 und bei der für das Splei- ßen erforderlichen Temperatur der Spinnmasse. Diese wird vorteilhafterweise erst kurz vor Austritt aus den Spinnöffnungen 3 zusätzlich erwärmt, angedeutet durch Heizungen 10, auf deren Einbringung und Halte- rung der Übersichtlichkeit der Zeichnung halber ver- ziehtet wurde. Damit die strömende Luft bei geringeren Temperaturen als der Spinnmassentemperatur diese nicht unzulässig abkühlt, ist das Formteil 11 so gestaltet, dass es zum einen die innere Wand des rotationssymmetrischen Kanals 5 für eine stetige Beschleu- nigung der Luft bis dicht an die Spinndüsenöffnung 3 hin formt, aber über einen Luftspalt 12 auch die Spinndüse 13 gegen die Luftströmung im Strömungskanal 5 wärmeisoliert. Das Formteil 11 kann aber auch anstelle des Spinndüsenteils 1 die Heizungen der Spinn- düsen enthalten. Die zwei grundsätzlichen Stellungen des beweglichen Teils 2 sind in Fig. 3 angedeutet, gestrichelt für den Anspinnvorgang.

Fig. 4 zeigt einen Horizontalschnitt B-B (in Fig. 3) als Ausschnitt durch eine mehrreihige Düsenvorrichtung für zwei Reihen von Düsen zur Veranschaulichung der Luftzufuhr von außen an die einzelnen Spinndüsen 13 zur Speisung aus dem Raum 9 über die Öffnungen 4 in die Kanäle 5, welche jeweils am kleinsten Querschnitt 6 enden.

Es können bei größerem Luftbedarf, so bei größeren Vlies- und damit Spinnbalkenbreiten, Hauptverteiler- kanäle zwischen den Düsenöffnungen angebracht werden, wobei nur die Reihen der Einzeldüsen in Vlieslaufrichtung etwas auseinander rücken, denn die erfindungsgemäße Spinndüsenvorrichtung hat als Spinnbalken gleichzeitig den Vorteil, dass er in Vlieslauf- richtung gesehen mehrere Spinnbalken hintereinander bildet. Jede hat ihre gewissen Ungleichmäßigkeiten, auch von Loch zu Loch wie in dem hier gezeigten Fall mit Spinndüse und Lavaldüse über die Vliesbreite hin. Zwischen den einzelnen Reihen kann ein statistischer Ausgleich zu größerer Vliesgleichmäßigkeit stattfinden, weil die Fäden der folgenden Reihen vermehrt die Dünnstellen der vorhergehenden belegen.

Wird zur Abkühlung oder Warmhaltung, beim Spinnen von Lösungen auch zur Koagulation der Fäden weiterhin Gas bzw. Luft oder ein flüssiges Medium zu ihrer Begleitung gewünscht, so kann dieses Medium als dritter Fluidstrom leicht zwischen den Spinn- und Lavaldüsen eingeleitet und zur Ausströmung gebracht werden. Dies ist in Fig. 1 veranschaulicht durch eine Platte 37, die mit Öffnungen 38 jeweils unterhalb der Spinnnip- pel 23 und den lavaldüsenartigen Öffnungen 36 versehen ist. Ähnlich wie bei der Luftzufuhr in den Raum 22 kann bei 39 gemäß Pfeil 40 der dritte Fluidstrom in den zwischen den Platten 35 und 37 gebildeten Raum 41 eingeführt werden. Er tritt von dort über die oberen Kanten der Öffnungen 38 in den Fadenluftstrom. Dies kann beispielsweise zur Einleitung der Koagulation von Zellstoff aus Lyocelllösungsfäden geschehen, wie in der DE 100 65 859 näher beschrieben. Die Größe der Öffnungen 38 und ihre Lage zu den Spinnnippeln 23 können leicht auf die Hauptströmung des Fadens mit dem umgebenden Gas aufeinander abgestimmt werden. Alle drei Fluide strömen dabei (in der Zeichnung) nach unten.

Die Vorrichtung ist auch grundsätzlich geeignet, unterschiedliche Spinnstoffe in den einzelnen Spinndüsen auszuspinnen, wozu die Schmelze- oder Spinnlö- sungsverteilung entsprechend eingerichtet werden muss, sei es alternierend quer zur Fahrtrichtung oder auch unterschiedlich von Reihe zu Reihe. Es gelingt damit, Mischvliese herzustellen zur Erzielung besonderer Effekte wie das Einspinnen von Bindefäden in Matrixfäden, z.B. Polypropylen als Bindefaden und Po- lyester als die Festigkeit gebende Matrix oder durch einen Teil stärker schrumpfender Fäden, um nach der Vliesablage durch Schrumpfen des gesamten Fadenverbandes höhere Volumen und Weichheit zu erzeugen sowie andere Vlieseigenschaften durch zwei oder mehrere un- terschiedliche Komponenten. Auch Bi- oder Mehrkomponentenfäden sind durch Zufuhr von zwei oder mehreren Spinnstoffen in das Spinndüsenteil und in die Kanäle 14 unschwer herzustellen. Unterschiedliche Durchsätze, eingestellt durch unterschiedlich große Öffnungs- querschnitte der Spinndüsenöffnungen oder gesteuerte Schmelzezufuhr an diese, kann eine andere Art von Mischvliesen erzeugt werden.

Die vorliegende Vorrichtung hat außerdem den Vorteil, dass sie die schmelzeführenden Spinndüsenteile 1 bzw. 28 mit den kälteren Gasdüsenteilen 2 bzw. 27 zwar gegeneinander verschiebbar, aber quer dazu fest verbindet. Nach Aufheizen von Teil 1 mit hier nicht gezeigten Heizungen wird sich grundsätzlich, wenn keine besonders erwärmte Luft aus Teil 2 zugeführt wird, Teil 1 gegenüber 2 mehr ausdehnen, so dass jeweils Spinnbohrung 3 und engster Querschnitt 6 Abweichungen über die Breite und Länge zeigen, das Gleiche gilt für die Teile 28 und 27. Die Verbindung kann durch die nicht gezeigten Gleitstäbe geschehen, die diese Abweichung kräftemäßig verhindern, wobei sie in den Platten des Spinndüsenteils 1 und des Gasdüsenteils zwischen den Kombinationen Spinndüse/Lavaldüse angeordnet sein können. Zur Verhinderung der unterschiedlichen Ausdehnung kann aber auch bewusst eine Erwärmung der Luftströmung in Strömungskanal 5 vorgenommen werden.

Eine Führung des Teils 1, das zunächst zurückgesetzt gegenüber der Spinnbohrungsöffnung 3 ist und später in Laufrichtung des Fadens 7 verschoben zur Erzeugung des Spleißeffektes ist, hat durch im Werkzeugbau bekannte Führungen oder Gleitstäbe zu geschehen. Die Einbringung der Luft, ebenfalls hier nicht gezeichnet, geschieht von außen von vorn, hinten oder seitlich am Spinnbalken, wobei eine Dichtung zwischen Spinndüsenteil 1 und Gasdüsenteil 2 vorhanden sein muss oder weil wenige Millimeter Führungslänge zwischen 1 und 2 ausreichen, auch über Wellbälge um den Spinnbalken herum und einer äußeren Verteilungskammer können die in Fig. 4 gezeigten Kammern 9 gespeist werden. Es ist nun auch auf einfache Weise möglich, Spinnbalken größerer Breite in mehrere Düsenfelder aufzuteilen, diese wiederum bestehend aus zahlreichen einzelnen Spinndüse-/Lavaldüsekombinationen, so dass ein- zelne dieser Pakete (Spinnpacks) ausgewechselt werden können bei Verstopfungen der Spinnöffnungen oder anderen Störungen. Die Trennfugen sind dann schräg zur Laufrichtung angebracht, wobei die Spinndüsenöffnungen wie in Fig. 4 gezeigt jeweils auf die Lücke der vorigen angeordnet sind.

Das folgende Beispiel zeige den Einsatz der Vorrichtung im Spleißspinnverfahren nach Nanoval und den beispielhaft erzielten Fadenwerten. Eine Polypropy- len-Schmelze wurde auf neunzehn in einer Reihe angeordneten Spinndüsen 13 mit Zulaufbohrungen für die Schmelze 14 und Spinndüsenöffnungen mit einem Durchmesser von 0,3 mm verteilt. In Fadenlaufrichtung danach befand sich zu jeder dieser Öffnungen eine La- valdüse mit engstem Querschnitt von 3 mm Durchmesser, welche nach dem Anspinnen auf die Spinnöffnung zurückgeführt wurde. Der Polymerdurchsatz wurde in Bereichen wie sie Tabelle 1 wiedergibt geändert, ebenso der Luftdruck und damit die strömende Luftgeschwin- digkeit im Bereich der auf den Faden für die zum

Spleißen führenden Schubspannungen. Die Temperatur der Polypropylenschmelze konnte in den Spinndüsen 13 um etwa weitere 20 ⁰C kurz vor ihrem Austritt aus der Spinnöffnung über elektrische Heizelemente erwärmt werden.

Für ein Vorrichtung nach den Fign. 1, 2 ergeben sich mit denselben Verfahrensdaten keine wesentlich anderen Ergebnisse. Schmelze Luft Fadenergebnis m₀ T₃ Δp_k τ_L dso CV dmin dmax g/min ° C mbar o _C μm % μm μm

1,5 330 403 43 3,9 38 1,72 8,2

330 600 47 2,2 23 1,22 3,6

330 800 56 2,2 45 0,87 4,4

334 400 230 1,5 47 0,87 3,5

335 600 230 2,0 40 0,67 3,8

336 0,78

800 233 1 , 5 40 3 , 1

3 , 0 344 400 230 2,4 33 0,61 3,9

344 600 230 2,1 33 1,12 3,4

344 800 230 1,5 47 0,44 3,4

352 400 46 2,1 48 0,77 4,9

352 600 46 1,2 42 0,31 2,2

352 800 46 1,3 31 0,48 2,3

351 600 180 1,2 33 0,63 2,3

351 600 220 1,0 40 0,44 1,8

351 600 220 1,1 27 0,49 1,8

Tabelle 1 Fadenergebnisse Polypropylen (PP)

MFI 28 Schmelzindex bei 230 ⁰C und 2,16 kg

m_o Polymerdurchsatz pro Spinnbohrung

Ts Schmelzetemperatur

Δp_k Luftdruck vor Beschleunigung in der Lavaldüse

T_L Lufttemperatur ebendort d₅₀ mittl. Fadendurchmesser aus 20 Einzelmessungen am Mikroskopbildschirm

CV Statist. Streuung/d₅₀ 100 % Variationskoeffizient der erzeugten Fadendurchmesser d_mi_n kleinster jeweils gemessener Fadendurchmesser

Auffallend ist, dass nicht unbedingt nur bei höheren Luftdrücken, also höheren Luftgeschwindigkeiten, höheren Lufttemperaturen und geringeren Durchsätzen die feinen Fäden bis herunter bis zu etwa 0,5 μm = 500 Nanometer (nm) erzeugt werden konnten, sondern dies auch bei größeren Durchsätzen von 3 g/min und Loch gelang, wozu die Temperatur der Schmelze allerdings vor ihrem Austritt erhöht wurde von 335 auf 352 ⁰C, die Lufttemperatur zunächst bei dem höheren Durchsatz von 3,0 g/min noch im Bereich der durch die Kompression erzeugten blieb und die Erhöhung bei sonst gleich bleibenden Werten auf 180 ⁰C keinen messbaren Einfluss in Richtung höherer Feinheit ergab. Erst eine auf 220 ⁰C erhöhte Lufttemperatur ergab dann den Wert von d₅₀ = 1 μm mit im Mikroskop gemessenen minimalen Durchmessern von 0,44. Eine Fadenmessung wie hier mit dem Mikroskop kann allerdings keine hohe Genauigkeit mehr beanspruchen, da man bereits im Bereich der Lichtwellenlängen liegt. Auf jeden Fall sind eindeutige Abhängigkeiten da, die zunächst vom Standpunkt des konventionellen Spinnens überraschen. Vergegenwärtigt man sich jedoch, dass hier Fäden durch Aufplatzen, einer Fragmentierung also, erzeugt werden, so sind andere Gesetzmäßigkeiten als die der reinen LängsverZiehung wie oben beschrieben am Werke, die dazu führen, dass man einzelne Parameter wie bei- spielsweise die Schmelzetemperatur zur Gasgeschwindigkeit verändern kann mit gleichem Einfluss auf die sich ergebenden mittleren Fadendurchmesser und sogar ihre Streuung.

Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung vornehmlich der Erzeugung feiner Fäden dienen soll, können auch gröbere mit ihr ersponnen werden, wodurch sie ihre Vielseitigkeit zeigt. So wurden Fäden aus Polyester und Polylactid erzeugt wie in den Tabellen 2 und 3 wiedergegeben. Der Durchmesser der Spinndüsenöffnungen, betrug 1,0 mm.

g/min °C Mbar °C μm % μm μm

5,2 288 550 108 10,1 47 4,1 20,0

332 1000 271 4,2 43 1,5 9,9

10,0 299 500 270 15,3 23 7,4 19,8

271 1000 106 19,0 35 8,0 26,9

15,0 325 500 167 23,2 25 9,8 36,6

330 1000 165 11,3 65 4,2 33,2

Tabelle 2 Fadenergebnisse Polyester (PET) i.v. =

0,64 intrinsische Viskosität (Textiltyp)

Beim Spinnen von Polyesterfäden erwies es sich von Vorteil, die Fäden nach ihrem Aufplatzen durch einen gut 1 Meter tiefer liegenden Injektorkanal abzuziehen wie in L. Gerking, Änderung der Filamenteigenschaften vom Polymer her und in der Spinnlinie, Chemiefasern/Textilindustrie 43/95 (1993) auf den Seiten 874/875 beschrieben. Durch nochmaliges Aufheizen dazwischen wie in DE 19 65 054 Spalte 4, Zeilen 44 bis 57 beschrieben, konnte mit beiden Maßnahmen die Zug- festigkeit der Fäden erhöht, vor allem aber der Schrumpf deutlich verringert werden.

Das aus natürlichen Rohstoffen hergestellte Polymer Polylactid zeigte im Spleißspinnen zu gröberen Fäden hin die in Tabelle 3 wiedergegebenen Werte.

g/min ⁰C mbar ⁰C μm % μm μm

5,2 253 352 35 26,6 19 13,5 33,9

254 352 35 14,4 37 4,4 27,7

254 780 44 16,4 56 5,0 48,3

7 , 6 284 507 52 6 , 5 43 2 , 0 11 , 1

9 , 0 255 807 56 14, 2 46 5, 0 28, 7

254 831 60 40,5 (D 18 26 ,8 50, 1

245 348 60 14, 4 75 3, 9 44, 3

9,7 277 889 64 9,9 59 3,7 29,3

10,1 253 915 90 24,1 (2) 45 5,4 42,8

13,3 285 185 47 7,8 40 1,22 15,0

Tabelle 3 Fadenergebnisse Polylactid (PLA)

MF (melt flow index) 22 bei 210⁰C und 2,16 kg

In Tabelle 3 fällt der mit (1) gekennzeichnete Wert aus den sonst erkennbaren Abhängigkeiten heraus, auch als größter Wert. Bei dieser Einstellung wurden die aerodynamischen Verhältnisse durch Änderung der La- valdüsengeometrie geändert, ebenfalls beim mit (2) gekennzeichneten Wert. Bei (1) trat gar keine Spleißung des Schmelzefadens auf, bei (2) hin und wieder.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für fadenbil- dende Schmelzen oder Lösungen eingesetzt werden, aber auch allgemein für Flüssigkeiten, wenn es z.B. darum geht, dünne Schichten wie Farben, Lacke, Avivagen aufzutragen. Sie dient dann der Zerstäubung der Flüssigkeiten in möglichst feine Tröpfchen bei möglichst gleichmäßiger Verteilung auf der zu beauftragenden Fläche. Die Bedingungen sind jeweils durch die gegebenen geometrischen Verstellmöglichkeiten der Vorrichtung leicht zu finden.

Die Vorrichtungen (nach Fig. 1, 2 oder 3, 4) haben weiterhin den Vorteil, dass sich eine Schmelze oder Lösung leichter gleichmäßig auf einzelne Ausflussöffnungen - hier Spinnnippel 23 - verteilen lässt, als wenn dies aus einem Film wie üblicherweise bei Zeilendüsen geschieht. Das erzeugte Vlies weist gleichmäßiger und meist insbesondere nicht die Bahnen, auch als "Gassen" bezeichneten Streifen unterschiedlichen Gewichts in Fahrtrichtung auf.

Claims

Patentansprüche

1. Spinnvorrichtung zur Erzeugung feiner Fäden durch Spleißen mit mehreren in einem Spinndüsenteil angeordneten hervorspringenden Spinndüsen mit Spinnöffnungen, aus denen die Spinnmassen als Monofile austreten, und mit mehreren den

Spinnöffnungen zugeordneten Beschleunigungsdüsen, insbesondere Lavaldüsen, deren Querschnitt sich verringert und nach dem kleinsten Querschnitt erweitert, wobei Mittel zur Zuführung von Gasströmen vorgesehen sind, die die Monofile umgeben und durch die Beschleunigungsdüsen beschleunigt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Beschleunigungsdüse in einem zumindest teilweise plattenförmigen Gasdüsenteil (27) als trichterförmige Einsenkung ausgebildet ist, in die die Spinndüse unter Bildung von Gasströmungskanälen eingreifen und dass Mittel zur relativen Verschiebung des Gasdüsenteils und des Spinndüsenteils zueinander vorgesehen sind, derart, dass der Strömungsquerschnitt der Gasströmungskanäle veränderbar und/oder die Stellung des kleinsten Querschnitts der Beschleunigungs- düsen in Bezug auf die Spinnöffnungen einstell- bar ist.

2. Spinnvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur relativen Verschiebung Führungen und/oder Gleitstäbe umfassen.

3. Spinnvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur relativen Verschiebung als Verstellschraubenvorrichtung ausgebildet ist, die zwischen Gasdüsen- teil und Spinndüsenteil angeordnet ist.

4. Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Spinndüsenteil und Gasdüsenteil ein Gasraum mit mindestens einer Gaszuführung vorgesehen ist, der mit den Gasströmungskanälen in Verbindung steht und in den die Spinndüsen hineinragen.

5. Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasdüsenteil mit einer rahmenartigen Umrandung versehen ist, wobei zwischen die Umrandung der die herausragenden Spinndüsen aufweisende Bereich des Spinndüsenteils eingesetzt ist.

6. Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Spinn- düsenteil und Gasdüsenteil eine selbsteinstellende Dichtung vorgesehen ist.

7. Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasdüsenteil als Hohlkörper ausgebildet ist, der von den trichterförmigen Einsenkungen durchgriffen wird, wobei der Raum innerhalb des Hohlkörpers einen Gasraum bildet und zu dem Spinnteil gerichtete Öffnungen vorgesehen sind, die den Gasraum mit den GasStrömungskanälen verbindet.

8. Spinnvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Spinndüse des Spinnteils jeweils Formteil (11) unter Beibehaltung von Luftspalten (12) zum Gasdüsenteil zur Wärmeisolierung eingesetzt sind, die sich im Wesentlichen bis zu den Spinnöffnungen erstrecken, wobei zwischen den Formteilen (11) und dem Gasdüsenteil (2) die GasStrömungskanäle (5) gebil- det sind.

9. Spinnvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (4) ringförmig um die trichterförmigen Einsenkungen herum angeordnet sind.

10. Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum nach außen abgedichtet ist.

11. Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasdüsen- teil (2) und das Spinndüsenteil (1) mehrere in

Reihen nebeneinander angeordnete trichterförmige Einsenkungen und Spinndüsen aufweisen, wobei die Spinn- (13) und Beschleunigungsdüsen der einen Reihe versetzt zur anderen Reihe angeordnet sind.

12. Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination aus Gasdüsen- und Spinndüsenteil aus mehreren Gas- und Düsenteilsegmenten besteht, die jeweils auswechselbar sind.

13. Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gas- und Spinndüsen (1, 2) nebeneinander angeordnet sind.

14. Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gasdüsenteil mit Abstand zu dem Austritt der Be- schleunigungsdüsen eine Verteilvorrichtung für ein Zusatzfluid vorgesehen ist, das auf die aus dem Monofil gespleißten Fäden trifft.

15. Spinnvorrichtung nach Anspruch 14 zur Verwendung für die Herstellung von Lyocellfäden, wobei das Zusatzfluid Wasser ist.