WO2011138056A1

WO2011138056A1 - Spinndüse zum spinnen von fäden, spinnvorrichtung zum spinnen von fäden und verfahren zum spinnen von fäden

Info

Publication number: WO2011138056A1
Application number: PCT/EP2011/002382
Authority: WO
Inventors: Lüder GERKING
Original assignee: Gerking Lueder
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2011-11-10
Also published as: US9388511B2; BR112012028050A2; EP2567005A1; CN102959143B; CN102959143A; DE102010019910A1; RU2554733C2; KR101540445B1; US20130217290A1; CA2798078A1; KR20130086946A; RU2012146912A

Abstract

Es wird eine Spinndüse zum Spinnen von Fäden aus einer Spinnmasse - als Schmelze oder Lösung, natürlichen oder synthetischen Ursprungs - mit einem rotationssymmetrischen Düseninnenteil, das in seiner Längsrichtung einen Kanal für die Zuführung von Spinnmasse an ein Düsenspitzenteil mit mindestens einer Austrittsbohrung aufweist, vorgeschlagen. Das rotationssymmetrische Düseninnenteil ist zumindest teilweise von einem rotationssymmetrischen Außenteil umgeben, wobei zwischen Düseninnenteil und Außenteil in Längsrichtung eine Isolierkammer ausgebildet ist, in der ein Gas, vorzugsweise Luft, zur Bildung einer isolierenden Gasschicht aufgenommen ist. Weiterhin wird eine Spinnvorrichtung zum Spinnen von Fäden aus einer Spinnmasse mit einem Spinndüsenteil und einem im Abstand zum Spinndüsenteil angeordneten Gasdüsenteil vorgeschlagen, wobei in das Spinndüsenteil eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Spinndüsen eingesetzt ist, die aus dem Spinndüsenteil, dem Gasdüsenteil zugewandt, herausragen und wobei das Gasdüsenteil eine Mehrzahl von den Spinndüsen zugeordneten Gasdüsen aufweist, die als Beschleunigungsdüsen einer durch die jeweilige Gasdüse geleiteten und die Monofile umfassenden Gasströmung ausgebildet sind. In einem Verfahren zur Herstellung von Spinnvliesen oder Garnen aus Polymeren natürlichen oder synthetischen Ursprungs werden diese Spinndüsen eingesetzt, um sie aus möglichst feinen Fäden mittleren Fadendurchmessers unter 1 μm aufzubauen. Die Fäden aus den einzelnen Düsen können mit üblichen Wickelvorrichtungen auch zu Garnen auf Spulen aufgefangen werden.

Description

Spinndüse zum Spinnen von Fäden, Spinnvorrichtung zum Spinnen von Fäden und Verfahren zum Spinnen von Fäden

Die Erfindung betrifft eine Spinndüse zum Spinnen von Fäden aus einer Spinnmasse, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs, eine Spinnvorrichtung, die eine Vielzahl von Spinndüsen aufweist und ein Verfahren zum Spinnen von Fäden, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs.

Das Spinnen von Fäden geschieht im Allgemeinen durch Längsziehen einer fadenbildenden Masse aus einer Spinndüse, wobei das Längsziehen mechanisch durch an den Fäden angreifende Kräfte mittels Vorrichtungen, wie Wickler, oder aerodynamisch durch begleitende Gasströme, meistens Luftströme, wie bei den Spinnvliesverfahren, zu denen auch das Blasspinnen (Melt- blown) gehört, durchgeführt wird. Aus einer Spinnöffnung entsteht dabei ein Faden von geringerem Durchmesser als dem der Spinnöffnung, -bohrung oder -loch. Anders ist es beim Spleißspinnen, bei dem aus einer Spinnöffnung mehrere Fäden durch Aufspleißen des flüssigen, fadenbildenden Stroms aus Spinnmasse ent- stehen, seien es Schmelzen oder Lösungen, wie in der

EP 1 192 301 oder der EP 1 358 369 beschrieben. Dieses Verfahren, inzwischen häufig auch Nanoval-Ver- fahren genannt, zeichnet sich dadurch aus, dass bei einfacher apparativer Ausstattung mehr Durchsatz pro Spinnbohrung gemessen, z.B. in g/min, insbesondere bei feineren Fäden geschafft wird, da durchaus 20, 50 bis zu ein paar hundert Fäden pro Loch erzeugt werden können. Die Fäden sind im Wesentlichen endlos und haben je nach Fahrweise eine bestimmte Größenverteilung der Fadendurchmesser.

Die das Spleißen der austretenden Spinnmasse bewirkenden Luftströme nach dem "Nanoval-Effekt" treten dicht an die Spinnöffnungen heran. Diese befinden sich in kegelig endenden nippeiförmigen Spinndüsen, die aus einer Spinndüsenplatte herausragen, wie in der EP 1 902 164 AI beschrieben, und kühlen diese ab, da die Luft im Allgemeinen eine tiefere Temperatur als die der in den Spinndüsen, hier auch Spinnnippel genannt, strömenden Spinnmasse hat. Das ist besonders bei kleinen Durchsätzen zur Erzeugung feinerer Fäden durch Aufspleißen in möglichst viele feine Fäden nachteilig. Dieser Nachteil kann zumindest teilweise durch Aufheizen der an die Spinndüsen gelangenden Luft behoben werden, was aber einen höheren Energieaufwand mit sich bringt. Auch können die einzelnen Spinndüsen bzw. -nippel beheizt werden, wobei auch hier der apparative Aufwand erhöht wird.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Spinndüse für die Verwendung des bekannten Spleißspinnverfahrens und eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Spinnen von Fäden zu schaffen, mit denen es möglich ist, feinere Fäden in Bezug auf den Stand der Technik bei gleichzeitig größerem Durchsatz und einfachem Aufbau der Spinndüse zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spinndüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Vorrichtung unter Verwendung einer Mehrzahl von solchen Spinndüsen und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.

Dadurch, dass das rotationssymetrische Düseninnenteil mit Zufuhrkanal der Spinndüse zumindest teilweise von einem rotationssymetrischen Außenteil umgeben ist und zwischen Düseninnenteil und -außenteil in Längsrichtung der Spinndüse mindestens eine Isolierkammer ausgebildet ist, in der ein Gas, vorzugsweise Luft, zur Bildung einer isolierenden Gasschicht aufgenommen ist, ist der Wärmeverlust der im Zufuhrkanal strömenden Spinnmasse an die den Spinnnippel zumindest teilweise umströmenden Luft geringer. Wenn die mindestens eine Isolierkammer so gestaltet ist, dass sie nach außen gasdicht verschlossen ist, kann in ihr auch ein Vakuum statt Gas ausgebildet sein. Das bedeutet, dass die Spinnmasse in dem Zufuhrkanal länger eine höhere Temperatur hält und an der Austrittsbohrung mit einer höheren Temperatur ankommt, was sich auf die Viskosität der in der Austrittsbohrung strömenden Spinnmasse positiv auswirkt, d.h. die Viskosität ist geringer als bei einer Spinndüse mit gleichen Abmessungen ohne Isolierkammer. Kleinere Viskositäten führen vorteil- haft zu feineren Fäden und zu einem größeren Durchsatz. Dadurch, dass die Spinnmasse in dem isolierten Zufuhrkanal länger ihre Temperatur hält und heißer an der mindestens einen Austrittsbohrung ankommt, kann die Austrittsbohrung mit kleinerem Durchmesser versehen werden, was grundsätzlich feinere Fäden ermöglicht. Das Düseninnenteil und das Außenteil können jeweils zumindest teilweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein, wobei jedoch auch andere Formen denkbar sind. Als Spinnmasse können Polymere und Lösungen synthetischen und natürlichen Ursprungs verwendet werden. Gegenüber den Spinndüsen, die mit Heizungen versehen sind, ergibt sich der Vorteil des geringeren konstruktiven Aufwands. Erfindungsgemäß können somit feine Fäden mittleren Fadendurchmessers unter 1 μτη erzeugt werden.

In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist in dem Düsenspitzenteil eine Mehrzahl von Austrittsbohrungen angeordnet, die mit dem Zufuhrkanal verbunden sind und aus denen jeweils ein Monofil aus- spinnbar ist. Durch Vorsehen von mehreren Austrittsbohrungen kann der Durchsatz an Spinnmasse erhöht werden, was wiederum zur Erhöhung der Temperatur an dem Übergangspunkt zwischen Zufuhrbohrung und Aus- trittsbohrungen führt. Dadurch kann pro Austrittsbohrung ein dünneres Monofil ausgesponnen werden, das in feinere Fäden aufspleißt. Die Austrittsbohrungen oder -Öffnungen können von gleicher Form und Querschnitt sein, sie müssen es aber nicht, sondern können unterschiedliche Formen und Querschnitte aufweisen.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das Düsenspitzenteil in seiner Umfangsfläche eingearbeitete Richtungselemente auf, die zur Heranführung von die Monofile umströmendem Gas dienen. Dabei können sie als über dem Umfang angeordnete abgeflachte Flächenelemente und/oder als zur Spitze zulaufende rinnen-, riefen- oder grabenförmige Vertiefungen ausgebildet sein. Dadurch können die Luftströme gleichmä- ßiger und im Wesentlichen laminar an alle aus der

Spinndüse ausgesponnene Monofile herangeführt werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel liegt darin, dass die Austrittsbohrungen gegen die Mittellinie des Spinnnippels im spitzen Winkel nach außen gerichtet sind, wodurch vermieden wird, dass die flüssigen, aus den Austrittsbohrungen ausgesponnenen Monofile nicht zusammenlaufen. Die Austrittsbohrungen können aber auch gekrümmt nach außen verlaufen. Die Bezeichnung "Austrittsbohrung" beinhaltet nicht, dass sie immer einen runden Querschnitt haben muss . Sie kann auch z.B. einen ovalen oder mehreckigen, wie rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Die Isolierkammer der Spinndüse kann in einfacher

Weise dadurch hergestellt werden, dass das rotationssymmetrische Düseninnenteil einen Ansatz aufweist, mit dem das rotationssymmetrische, hülsenförmige Außenteil unter Bildung der ebenfalls rotationssymmet- rischen, lang gestreckten Isolierkammer an einem Ende in Eingriff treten kann, wenn die Spinndüse mit ihrem am Außenteil vorgesehenen Gewinde in eine Halterung, z.B. eine Spinndüsenplatte einsetzbar ist. Vorzugsweise können an der Spinndüsenspitze Richtungselemente vorgesehen werden, die derart ausgebildet sind, dass der Querschnitt des Düsenspitzenteils mehreckig, kreuzförmig, kleeblattförmig oder sternförmig ausgebildet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Spinnvorrichtung sind eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Spinndüsen in einem Spinndüsenteil eingesetzt, wobei ein Gasdüsenteil mit Abstand zu dem Spinndüsenteil angeordnet ist und eine Mehrzahl von den Spinndüsen zugeordneten Gasdüsen aufweist, die als Beschleunigungsdüsen einer durch die jeweilige Gasdüse geleiteten und die Monofile umfassenden Gasströmung ausgebildet sind. Mit einer derartigen Spinnvorrichtung kann eine Vielzahl von dünnen Fäden, die durch Spleißen einer Vielzahl von Monofilen erzeugt werden, hergestellt werden, wobei durch Erhöhen der Austrittsbohrungen der Spinndüsen sowohl die Anzahl von Fäden als auch die Feinheit der Fäden erhöht werden kann. Die Gasdüsen sind vorzugsweise rotationssymmetrisch und sind jeweils einer Spinndüse zugeordnet, wodurch die Gasströmung gleichmäßig um die ausgesponnenen Monofile herum strömen kann, es können jedoch auch schlitzförmige Gasdüsen bzw. Lavaldüsen vorgesehen werden, insbesondere dann, wenn die Austrittsbohrungen im Düsenspitzenteil in einer Reihe angeordnet sind .

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Spinndüsenteil eine Mehrzahl von Reihen von Spinndüsen auf und besonders bevorzugt sind die Spinndüsen einer Reihe zu den Spinndüsen einer benachbarten Reihe versetzt. Dadurch können Spinnvliese größerer Gleichmäßigkeit hergestellt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform in ihrem Innern gegen Wärmeverluste isolierter Spinndüsen und ihrer Stellung zu den in Strömungsrichtung dahinter liegenden Beschleunigungsdüsen, z.B. in Lavaldüsen- form, ist die starre Verbindung und damit definierte Positionierung der Spinndüsenmitte zur Beschleuni- gungsdüsenmitte . Das hat den Vorteil, dass die austretenden flüssigen Spinnstoffstrahlen gleichmäßig am Umfang von den Gas-, meistens Luftstrahlen erfasst werden, da im Allgemeinen die sonst hervorgerufenen Ungleichheiten über den Fadenquerschnitt nicht erwünscht sind. So lässt sich auch über größere Aus- spinnbreiten in einer Spinnvorrichtung, oft auch als Spinnbalken bezeichnet, die unterschiedliche Ausdehnung zwischen dem wärmeren Spinndüsenteil und dem danach kommenden Gasdüsenteil ausgleichen, so dass die Mitten der Spinnlinien der beiden, den "Nanoval- Effekt" erzeugenden Teile, immer fluchten: Bei mehreren Ausflussöffnungen in der Spinndüse wird deren Mitte in der Spinndüsenspitze als Beginn der Spinnlinie genommen, wenn nicht besondere Effekte wie ein Drall zur Garnbildung in der Beschleunigungsdüese hervorgerufen werden sollen, was bei Vliesstoffen in der Regel vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren zum Spinnen von Fäden aus einer Spinnmasse durch Spleißen aus mindestens einer Spinndüse ein Monofil ausgesponnen, das von einer umgebenden Gasströmung bis zum Spleißen beschleunigt wird, wobei die Spinnmasse zum Ausspinnen über einen Zufuhrkanal geleitet wird, der durch ein ihn umgebendes Gaspolster gegen Wärmeverluste isoliert wird. Die Vorteile gegenüber dem Verfahren nach dem Stand der Technik ohne Isolierung entsprechen denen, die in Zusammenhang mit der Spinndüse beschrieben wurden.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die in dem Zufuhrkanal geförderte Spinnmasse in mehrere voneinander getrennte Teilströme aufgeteilt die jeweils als Monofil ausgesponnen werden und mittels der beschleunigten Gasströmung in eine Viel- zahl von im Wesentlichen endlosen Fäden gespleißt werden .

Um besonders feine Fäden aus synthetischen und natür- liehen Polymeren, wie Polypropylen, Polyester und anderen fadenbildenden Spinnstoffen, wie cellulosische Lösungen oder solche aus PAN oder Aramiden, zu erzeugen, muss die strömende Spinnmasse pro Austrittsöffnung verringert werden, damit die notwendige Formän- derungsarbeit am flüssigen Monofil gesteigert wird.

Das bedeutet aber die Gefahr der höheren Abkühlung, besonders im freiliegenden Bereich der Spinndüsen, die dem Aufspleißen oder Aufplatzen in eine höhere Anzahl von Einzelfäden entgegensteht. Dadurch, dass mehrere Austrittsbohrungen an der Spinndüse vorgesehen werden, d.h. die Spinnmasse in der Düsenspitze in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, kann die strömende Spinnmasse pro Austrittsbohrung verringert werden und es besteht dennoch nicht die Gefahr, dass in dem Zufuhrkanal die Spinnmasse zu stark abgekühlt wird, da der Durchsatz in ihm erhöht wird und damit die Temperatur an den Austrittsbohrungen höher ist und die Menge an Spinnmasse in dem Zufuhrkanal nicht mehr von der Größe der Austrittsbohrung allein abhängt, sondern von der Anzahl der Austrittsbohrungen und ihrer Größe .

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be- Schreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße

Spinndüse , Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Spinndüsen gemäß dem Ausführungsbei- spiel nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine Spinndüse gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und einer Aufsicht auf die Düsenspitze von unten, eine schematische vereinfachte Ansicht auf eine Spinndüse gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Ansichten auf unterschiedliche Ausführungs- formen des Düsenspitzenteils und erfindungsgemäße Spinndüsen, einen Teilschnitt auf den unteren Düsenbereich einer erfindungsgemäßen Spinndüse mit schlitzförmiger Lavaldüse und einen Teilschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spinnvorrichtung gemäß Fig. 2, bei dem Spinndüse und Beschleunigungsdüse miteinander verbunden sind.

In Fig. 1 ist eine Spinndüse 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Spinndüse urafasst ein rotationssymmetrisches Düseninnenteil 2 und ein rotationssymmetrisches Außenteil 3, wobei das Außenteil 3 hülsenartig ausgebildet ist und an dem einen Ende ein Außengewinde 6 aufweist und am anderen Ende, d.h. dem Düsenspitzenbereich, konusförmig ist. Das Innenteil 2 umfasst einen stiftartigen Bereich 2¹ mit einem konusförmigen Ende, der am anderen Ende in einen gestuften Ansatz 2" mit größerem Durchmesser als der stiftartige Bereich 2' übergeht. Das rotati- onssymmetrische Innenteil 2 wird in Längsrichtung, d.h. in axialer Richtung von einem Zufuhrkanal 5 durchgriffen, der im Düsenspitzenbereich mit einer oder mehreren Austrittsbohrungen 7 verbunden ist. Das rotationssymmetrische Außenteil 3 kann mit seinem Außengewinde zusammen mit dem Innenteil in eine Halterung (wird weiter unten beschrieben) geschraubt werden, wobei der gestufte Ansatz als Anschlag dient. Dabei sind die Abmessungen von Innenteil 2 und Außen- teil 3 so bemessen, dass zwischen beiden sich eine als Hohlraum ausgebildete, lang gestreckte Isolierkammer 4 ausformt, die mit Gas, im allgemeinen Luft gefüllt ist. Das Außenteil 3, d.h. das Ende seines Konus, liegt im Düsenspitzenbereich in abgedichteter Weise am Innenteil 2 an, wobei der Konus des Außenteils 3 sich mit dem konusförmigen Ende des stiftartigen Bereichs des Innenteils 2 fortsetzt und beide den Düsenspitzenbereich bilden. In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, bei der eine Vielzahl von in sich isolierten Spinndüsen 1 oder Spinnnippeln zu einer Spinndüsenanordnung in ein Spinndüsenteil 9 bzw. eine Spinndüsenplatte eingesetzt ist, wobei die Spinndüsen 1 mittels des Gewindes 6 an dem Außenteil 3 in das Spinndüsenteil 9 eingeschraubt sind und über schräge Flächen 10 am Ansatz 2" jeder Spinndüse 1 in den Aufnahmebohrun- gen des Spinndüsenteils 9 zur Spinnstoffzufuhr durch die Spinnnippel 11 abgedichtet sind, da die schrägen Flächen 10 beim Einschrauben gegen das Spinndüsenteil

9 gepresst werden

Die Zufuhrkanäle 5 jeder Spinndüse 1 sind mit entsprechenden Zufuhrkanälen 11 verbunden, die in dem Spinndüsenteil 9 und einem darüber liegenden Teil 8 ausgebildet sind und die mit einer nicht dargestell- ten Verteilkammer verbunden sind, in die Spinnmasse eingebracht wird. Unterhalb des Spinndüsenteils 9 mit einem einen Raum 13 bildenden Abstand ist eine Gasdüsenplatte 15 angeordnet, die eine Vielzahl von Be- schleunigungsdüsen 14, die als Lavaldüsen, d.h. mit einem sich verengenden Bereich und einem abrupt oder kontinuierlich sich erweiternden Bereich ausgebildet sein können, aufweist. Die Düsenplatte 15 ist dabei so in Bezug auf die Spinndüsen 1 angeordnet, dass die Spitzen der Spinndüsen 1 leicht in die Beschleunigungsdüsen 14 eintauchen oder etwas oberhalb der Beschleunigungsdüsen 14 liegen. Vorzugsweise sind mehrere Reihen von Spinndüsen 1 in dem Spinndüsenteil 9 vorgesehen, wobei benachbarte Reihen zueinander ver- setzt sein können. Zur Herstellung eines Spinnvlieses werden vorzugsweise mehrere Reihen von Spinndüsen 1 einer solchen Spinndüsenanordnung quer zur Fahrtrichtung eines Ablegebandes oder einer Ablegetrommel entsprechend der gewünschten Vliesbreite angeordnet.

Der Raum 13 zwischen Spinndüsenteil 9 und Gasdüsenplatte 15 dient zur Zuführung eines Gases, vorzugsweise Luft, das durch die Beschleunigungsdüsen 14 entsprechend den Pfeilen 12 strömt. Aus den Aus- trittsbohrungen 7 der Spinndüsen wird jeweils ein

Monofil 16 ausgesponnen und nach dem Nanoval- Verfahren umströmt die Luft diese Monofile 16 bzw. den unteren Bereich der Spinndüsen 1 gemäß den Pfeilen 12 im Raum 13 mit zunehmender Geschwindigkeit auf die Beschleunigungsdüsen 14 zu, durch die sie den

Raum 13 verlässt . Die Öffnungen der Beschleunigungs- düsen 14 sind im Allgemeinen rund, können aber auch schlitzförmig ausgebildet sein. Sie sind in Strömungsrichtung konvergent und können in ihren Quer- schnitten in Form einer konvergent-divergent verlaufenden Lavaldüse ausgebildet sein, wobei auch abrupte Übergänge möglich sind. Die Beschleunigungsdüsen 14 stimmen in ihrer Längsachse mit der Längsachse der Spinnnippel 1 überein. Wie zu erkennen ist, spleißt das Monofil 16 aufgrund der Druckverhältnisse inner- halb und außerhalb des Monofils in eine Vielzahl von

Fäden 17 auf, die bei der Vliesherstellung auf einem Auffangband oder einer Auffangtrommel abgelegt oder als Garne mit üblichen Wickelvorrichtungen auf Spulen aufgefangen werden können.

Besonders im unteren Teil des Spinnnippels 1 bzw. der Spinnnippel nimmt die Kühlwirkung der Luft durch die z.B. rotationssymmetrisch auf die Öffnung der Beschleunigungsdüsen 14 gerichteten Strömung mit zuneh- mender Luftgeschwindigkeit zu. Die Luft soll in einer sich beschleunigenden Strömung möglichst bald, im Wesentlichen parallel das flüssige Monofil umfassen und deutlich größer als die Fadengeschwindigkeit sein. Daraus folgt zugleich, dass der Abkühlung, insbeson- dere der Nippelspitze, große Aufmerks mkeit zu schenken ist, denn bei dem angewandten Verfahren ist die Fadenfeinheit in erster Linie von der Temperatur der Spinnmasse abhängig und erst danach von der angreifenden Luftgeschwindigkeit, die das Spleißen durch die Erzeugung von Schubspannungen auf den Flüssigkeitsstrom bewirkt. Die Abkühlung wird durch die den Zufuhrkanal 5 mit der strömenden faserbildenden

Spinnmasse umgebenden Luftschichten der Isolierkammer 4 verringert. Da der Wärmeverlust der Spinnmasse nach außen hin und somit die Temperaturdifferenz zwischen dem oberen Bereich des Zufuhrkanals 5 und der Aus- trittsbohrung geringer ist, kommt sie mit einer höheren Temperatur an den Austrittsbohrungen 7 der jeweiligen Spinndüse 1 an. Da die Temperatur höher ist, ist die Viskosität bei den meisten Spinnmassen geringer und es kann jeweils mehr Spinnmasse durch die Zu- fuhrkanäle 5 und Austrittsbohrungen 7 strömen.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spinndüse dargestellt, die eben- falls in einer Vorrichtung nach Fig. 2 verwendet werden kann. Diese Spinndüse 1 nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 darin, dass drei Austrittsbohrungen 7 zum Ausspinnen von drei Monofilen vorgesehen sind und mit dem Zufuhrkanal 5 verbunden sind. Die Anordnung dieser Austrittsbohrungen 7 ist in der

Aufsicht auf die Düsenspitze von unten in Fig. 3 rechts zu erkennen. Die Anordnung von drei Austritts - bohrungen 7 ist hier nur beispielhaft genannt, es können auch mehr Austrittsbohrungen, auch Kapillaren genannt, oder auch nur zwei vorgesehen werden. Durch

Anordnung von mehreren Austrittsbohrungen 7 in der Düsenspitze kann der Durchsatz erhöht werden.

Beispielhaft können folgende Abmessungen für die Nippelspitze angegeben werden, wie sie sich für Fäden um und unter 1 μπι Durchmesser als günstig erwiesen haben: dl = Durchmesser des Zufuhrkanals = 1,5 mm bis 2mm, d2 = Durchmesser der Kapillare = 0,2 mm bis 0,6 mm. Die Länge der Austrittsbohrung bzw. der Kapillare ist dabei beispielsweise 1 mm bis 2,4 mm. Die Länge der Spinndüse liegt in der Größenordnung von 30 mm. Alle diese Angaben sind nur beispielhaft, abhängig von den Vorgaben können andere Abmessungen verwendet werden

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, können die Austrittsbohrungen 7 im Gegensatz zu Fig. 3, in der sie parallel zueinander angeordnet sind, im spitzen Winkel zur Mittelachse der Düse 1 nach außen gerichtet sein. Da- durch wird die Gefahr, dass die aus den Austrittsboh- rungen 7 ausgesponnenen Monofile und nach Spleißen die Multifile zusammenlaufen, vermieden.

Die Außenflächen der Düsenspitze zwischen den Bohrungen 7 können zum besseren Heranführen der Luft mit dem Ziel der gleichmäßigen Umfassung der austretenden

Monofile in Form von auf die Spitze zulaufenden Abflachungen oder rinnenförmigen Ausnehmungen ausgebildet sein. Dazu wird aus dem runden Querschnitt der Spitze etwas "Fleisch" abgetragen.

In Fig. 5 ist die Ansicht der Düsenspitze von unten in drei verschiedenen Ausführungsformen dargestellt, wobei Fig. 5a eine im Wesentlichen dreieckige Form mit Abflachungen aufweist, in Fig. 5b ist ein Kreuz mit vier Austrittsbohrungen dargestellt, wobei zwischen den Schenkeln des Kreuzes die rinnenförmige Ausnehmung zu erkennen ist. Fig. 5c zeigt drei Aus- trittsbohrungen 7, die in einer Reihe nebeneinander bzw. hintereinander liegen.

Für diese Ausführung nach Fig. 5c ist in Fig. 6 eine Zuordnung der Düsenspitze einer Spinndüse 1 zu einer schlitzförmigen Lavaldüse 14 in zwei Seitenansichten dargestellt .

Beispiel :

Bei einer Anordnung nach Fig. 2 mit mehreren Spinndüsen 1 in Nippelform wurde eine Ausbildung nach Fig. 3 mit drei Öffnungen des Durchmessers 0,25 mm verwendet. Bei einem Durchsatz von Polypropylen von 1,5 g/min pro Öffnung bzw. Austrittsbohrung mit einer Schmelzflussrate MFI (Melt Flow Index, auch MFR genannt) von 28 und 1200, gemessen in einem nach ISO 1133 genormten Gerät welches angibt, wie viel Gramm eines erhitzten thermoplastischen Polymers in 10 min unter Wirkung einer festgelegten Kraft durch eine Düse gepresst wird, hier für Polypropylen bei 230 °C und 2,16 kg, ergaben sich nach dem Spleißen mittlere Fadendurchmesser, gemessen aus 20 Einzelfäden im Mik- roskop: 1 Kapillare von 0,25 mm Durchmesser lieferte bei 1,5 g/min und MFI 28 einen mittleren Fadendurchmesser von 1,1 pm bei kleinstem gemessenen Durchmesser von 0,8 pm, bei MFI 1200 einen mittleren Fadendurchmesser 0,95 pm, kleinsten 0,4 pm. Bei drei Kapillaren mit 0,25 mm Durchmesser ergaben sich Fadendurchmesser von 0,8 pm bei MFI 28 und 0,7 pm bei MFI 1200 bei einem Durchsatz von 3 x 1,5 g/min, d.h. 4,5 g/min pro Spinndüse . In Fig. 7 ist eine Spinndüse 1 in Nippelform, die eine Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 3 bis 6 haben kann, dargestellt, die mit einer Beschleunigungsdüse 20, z.B. Lavaldüse, entsprechen den Beschleunigungsdüsen 14 in Fig. 2 und Fig. 6 vereinigt ist. Wie in Fig. 1 ist die Spinndüse 1 im Wesentlichen rotationssymmetrisch und hat in ihrer Mitte im Innern den Zufuhrkanal 5 für den Spinnstoff, der mit der Ausflussöffnung bzw. Austrittsbohrung 7 der Kapillare, endet. Mittig unter ihr liegt die Beschleu- nigungs- oder Lavaldüse 20, die in Strömungsrichtung des Beschleunigungsgases nach einer Einschnürung auf einen engsten Querschnitt endet, d.h. sich abrupt erweitern oder kontinuierlich erweitern kann. Die

Lavaldüse 20 ist Bestandteil einer Hülse 21, die die Spinndüse 1 umgreift und auf dieser in einer Passung entsprechend dem Bezugszeichen 22 gleiten kann. Dies dient dazu, dass beim Ausspinnen und Reinigen der Abstand zwischen Kapillaraustritt und unterer

Lavaldüsenfläche verändert werden kann (s.a. EP 1 902 164 AI) . Die Hülse 21 kann, wenn hierauf verzichtet wird, fest mit der Spinndüse 1 verbunden sein, z.B. über ein Gewinde. Weiterhin kann, die Hülse 21 kann aus fertigungstechnischen Gründen aus einem oberen und einem unteren Teil bestehen, die bei dem Bezugszeichen 23 miteinander verbunden sind.

Gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung ist auch zwischen der Hülse 21 und der Spinndüse 1 ein Hohlraum 24 zur Isolierung mittels Gas bzw. Luft vorgesehen. Es können weiterhin Isolierkammern 4 wie in Fi- gur 1 gezeigt im Spinnnippel vorgesehen werden. Im unteren Bereich der Hülse 21 über der Lavaldüse 20 sind Gasöffnungen 25 eingearbeitet, z.B. an vier Stellen, wie im Schnitt A-A in Fig. 7 gezeigt ist. Durch diese Gasöffnungen kann das Gas bzw. die Luft zur Beschleunigungsdüse strömen und in dem Spinnstoff-Monofil den Nanoval-Effekt , d.h. das

Aufspleißen des Spinnstoff -Monofils , erzeugen. Bei einer Spinnvorrichtung gemäß Fig. 2 liegt der untere Teil der Hülse 21 auf einer Platte 26 mit Öffnungen zur Aufnahme der im unteren Teil der Hülse 21 vorgesehenen Beschleunigungsdüsen 20 auf. Die Platte 26 bildet zusammen mit den Lavaldüsen 20 die Gasdüsenplatte 15 nach Fig. 2, bzw. einen Gasdüsenteil, der gehoben und gesenkt werden kann, wobei sich die Hülse 21 auf der Spinndüse 1 entsprechend verschiebt. Zur

Vermeidung von Kriechströmungen des Beschleunigungs - gases aus dem Raum 13 entsprechend Fig. 2 zwischen Spinndüsenteil (9 in Fig. 2) und Gasdüsenteil 26, 20 durch Ringspalte 27 zwischen Beschleunigungsdüsen 20 und der sie aufnehmenden Platte 26 hindurch aufgrund des höheren Drucks im Raum 13 in die Umgebung der Spinnvorrichtung hinein, kann jeweils eine Dichtung 28 im Ringspalt 27 vorgesehen sein, die die Kriechströmung verhindert. Die Beschleunigungs- oder

Lavaldüsen 20 bzw. der untere Teil der Hülsen 21 können sich jeweils - in der Zeichnung horizontal - in den Ringspalten 27 bewegen.

Claims

Patentansprüche

Spinndüse zum Spinnen von Fäden aus einer Spinnmasse mit einem rotationssymmetrischen Düsenin- nenteil, das in seiner Längsrichtung einen Kanal für die Zuführung von Spinnmasse an ein Düsen- spitzenteil mit mindestens einer Austrittsbohrung aufweist,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das rotationssymmetrische Düseninnenteil (2) zumindest teilweise von einem rotationssymmetrischen Außenteil (3) umgeben ist, wobei zwischen Düseninnenteil (2) und Außenteil (3) in Längsrichtung mindestens eine Isolierkammer (4) ausgebildet ist, in der ein Gas, vorzugsweise Luft, zur Bildung einer isolierenden Gasschicht aufgenommen ist oder in der ein isolierendes Vakuum vorgesehen ist.

Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Düsenspitzenteil eine Mehrzahl von Austrittsbohrungen (7) angeordnet ist, die mit dem Zufuhrkanal (5) verbunden sind und aus denen jeweils ein Monofil (16) ausspinnbar ist.

Spinndüse nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umfangsfläche des spitz zulaufenden Düsenspitzenteils für die Heranführung von die Monofile (16) umströmendem Gas Richtungselemente eingearbeitet sind.

4. Spinndüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungselemente als über den Um- fang angeordnete abgeflachte Flächeneleraente und/oder als zur Spitze zulaufende rinnen-, riefen- oder grabenförmige Vertiefungen ausgebildet sind.

Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der Austrittsbohrungen (7) zu der Längsachse des Zufuhrkanals (5) nach außen geneigt sind.

Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das rotationssymmetrische Düseninnenteil (2) einen stiftartigen Bereich (2') aufweist, an den sich ein Ansatz

(2^{1 1}) anschließt, wobei das rotationssymmetrischen hülsenartige Außenteil (3) unter Bildung der ebenfalls rotationssymmetrischen mindestens einen Isolierkammer (4) den stiftartigen Bereich

(2') umgibt und an dem Ansatz (2'') abstützt.

Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Düsenspitzenteils mehreckig, kreuzförmig, kleeblattförmig oder sternförmig ausgebildet ist.

Spinndüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers des Zufuhrkanals (5) zu dem Durchmesser der Austrittsbohrungen (7) zwischen 2 und 12 liegt.

Spinnvorrichtung zum Spinnen von Fäden aus einer Spinnmasse mit einem Spinndüsenteil (9) und einem im Abstand zum Spinndüsenteil angeordneten Gasdüsenteil (15; 26, 20), wobei in das Spinndüsenteil (9) eine Mehrzahl von Spinndüsen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingesetzt ist, die aus dem Spinndüsenteil (9), dem Gasdüsenteil (15; 26, 20) zugewandt, herausragen und wobei das Gasdüsenteil eine Mehrzahl von den Spinndüsen (1) zugeordneten Gasdüsen (14, 20) aufweist, die als Beschleunigungsdüsen einer durch die jeweilige Gasdüse geleiteten und die Monofile (16) umfassenden Gasströmung ausgebildet sind.

Spinnvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüsen (14, 20) rotationssymmetrisch oder schlitzförmig ausgebildet sind.

Spinnvorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch

10, dadurch gekennzeichnet, dass das Spinndüsenteil (9) eine Mehrzahl von Reihen von Spinndüsen aufweist, wobei vorzugsweise die Spinndüsen (1) einer Reihe zu denen der benachbarten Reihe versetzt sind.

Spinnvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis

11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüsen (20) und die Spinndüsen (1) miteinander verbunden sind, vorzugsweise mittels einer die Spinndüsen jeweils umgebenden Hülse, die die Gasdüse trägt .

Verfahren zum Spinnen von Fäden aus einer Spinnmasse durch Spleißen eines aus mindestens einer Spinndüse (1) ausgesponnenen Monofils, das von einer das Monofil umgebenden beschleunigten Gas- strömung bis zum Spleißen beschleunigt in eine Vielzahl von im Wesentlichen endlosen Fäden gespleißt wird, wobei die Spinnmasse zum Ausspinnen über einen Zufuhrkanal (5) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufuhrkanal (5) der Spinndüse (1) durch ein den Zufuhrkanal um- gebendes Gaspolster oder Vakuum gegen Wärmeverluste isoliert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Zufuhrkanal (5) geförderte Spinnmasse in mindestens zwei voneinander getrennte Teilströme aufgeteilt wird, die jeweils als Monofil ausgesponnen werden und mittels der beschleunigten Gasströmung in eine Vielzahl von im Wesentlichen endlosen Fäden gespleißt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Monofile mit einen spitzen Winkel zu der Längsachse jeder Spinndüse einschließenden Richtungskomponente ausgesponnen werden .

16. Spinnvlies oder Garn hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15.