EP0724029B1 - Yarns from melts using cold gas jets - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Fäden endlicher und endloser Länge aus fadenbildenden Schmelzen, vorzugsweise aus Polymeren, mit Hilfe von Gasstrahlen, vornehmlich kalter Luftstrahlen.The invention relates to a method and a device for making threads finite and endless Length from thread-forming melts, preferably from Polymers, mainly with the help of gas jets Air jets.

Es ist bekannt, thermoplastische Polymerschmelzen aus Spinndüsen auszupressen und sie durch heiße Gasstrahlen, meistens Luftstrahlen, auszuziehen, wobei diese Luftstrahlen beiderseits einer Reihe von Schmelzeaustrittsöffnungen ausströmen. Dieses Verfahren wurde erstmals durch A. Van Wente in einer Veröffentlichung des Naval Research Laboratory, Washington D.C., USA in 'Industrial and Engineering Chemistry', 48 (1956), 1342-46, bekannt. Eine große Zahl von nachfolgenden technischen Ausführungen bis in die jüngste Zeit lassen sich im wesentlichen auf das dort gezeigte Prinzip zurückführen, nämlich mit den Kennzeichen, daß es sich um eine Reihe von Schmelzeaustrittsöffnungen handelt und die die Schmelze ausziehenden Luftströme auf mindestens Schmelzetemperatur und meistens darüber aufgeheizt werden müssen. Da die Austrittsschlitze für die Luftströmungen etwa um 1 mm, oft darunter, von den Schmelzebohrungen entfernt sind, ist diese Erwärmung notwendig, um die Schmelze in den Austrittsöffnungen nicht erstarren zu lassen. Diese Blasstrom- oder Blasdüsen-Spinnverfahren (engl. meltblown) sind geschaffen worden, um möglichst dünne Fäden, durchaus auch endlicher Länge, d.h. mit Abrissen herzustellen, wozu eine höhere Lufttemperatur die notwendige Wärmezufuhr zum Verziehen auf möglichst feine Durchmesser gibt.It is known to melt thermoplastic polymers Squeeze out spinnerets and use hot gas jets, mostly air jets to take off, these air jets on both sides of a series of melt outlet openings emanate. This was the first time by A. Van Wente in a Naval publication Research Laboratory, Washington D.C., USA in 'Industrial and Engineering Chemistry ', 48 (1956), 1342-46. A large number of subsequent technical versions up to the most recent times can be essentially lead back to the principle shown there, namely with the marks that it is a series is about melt outlet openings and the melt extracting air flows to at least melt temperature and usually have to be heated over it. Because the outlet slots for the air flows approximately 1 mm, often below, from the melt holes are, this warming is necessary to melt not to solidify in the outlet openings. This blow stream or blow nozzle spinning process. meltblown) have been created to be as thin as possible Threads, also of finite length, i.e. with demolitions to produce, for which a higher air temperature the necessary Heat supply for warping as fine as possible Diameter there.

Diese Verfahren sind energieaufwendig durch die notwendige Aufheizung des Gases einerseits, andererseits liegt die höchste Gasgeschwindigkeit am Austritt der Luft aus den Schlitzen vor und baut sich im Austrittsfreistrahl durch Vermischung mit der Umgebungsluft ständig ab. Auf den Schmelzefaden trifft eine zunehmend geringere Luftgeschwindigkeit und da sich dieser durch die auf ihn wirkenden Schubkräfte des Luftstrahls beschleunigt, wird die wirksame Impulsdifferenz zwischen Luft- und Fadengeschwindigkeit immer geringer.These processes are energy-intensive due to the necessary Heating the gas on the one hand, on the other hand the highest gas velocity at the air outlet out of the slots and builds up in the exit jet by mixing with the ambient air constantly from. An increasingly smaller one hits the melt thread Air speed and since this is due to the accelerates the thrust of the air jet, is the effective difference in momentum between air and Thread speed ever lower.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und dafür geeignete Vorrichtungen zu schaffen, bei denen diese beiden wesentlichen Nachteile vermieden werden. Die Gas-, vorzugsweise Luftströme werden nicht aufgeheizt, da sie nicht mehr direkt neben den Schmelzebohrungen, sondern dicht unterhalb der Austrittsöffnungen auf die Fäden treffen. Diese kalten Luftstrahlen, die beiderseits einer Reihe von Fäden angreifen, beschleunigen sich zunehmend bis der Faden seinen endgültigen Durchmesser erreicht hat. Er ist dann soweit abgekühlt, daß er sich nicht mehr weiter verziehen läßt.The object of the invention is a method and therefore to create suitable devices in which these two main disadvantages can be avoided. The Gas, preferably air flows are not heated, since they are no longer right next to the melt holes, but just below the outlet openings on the Hit threads. These cold air jets on both sides attack a series of threads, accelerate increasing until the thread reaches its final diameter has reached. It has then cooled so far that he can no longer be forgiven.

Da die Luftströme erst in einem bestimmten Abstand unter den Schmelzeaustrittsöffnungen auf die Fäden treffen, können auch mehr als nur eine Reihe von Schmelzeaustrittsbohrungen angeordnet sein, beispielsweise zwei oder drei, wodurch sich der Durchsatz bei gegebener Düsenlänge vergrößert und die Gasstrahlenenergie durch eine höhere Gutbeladung besser ausgenutzt werden kann. Es bedarf zudem keiner teuren Spritzwerkzeuge, sondern nur normaler Spinndüsen und fertigungstechnisch wenig anspruchsvoller Teile für die Gasströmung.Because the air flows only under a certain distance meet the threads at the melt outlet openings, can also do more than just a series of melt outlet holes be arranged, for example two or three, which increases the throughput for a given nozzle length enlarged and the gas jet energy by a higher Good loading can be used better. It requires also no expensive injection molds, just normal ones Spinnerets and less technically demanding Parts for the gas flow.

Beim herkömmlichen Schmelzspinnen wird die Verformung des Fadens vom Austritt aus der Schmelzebohrung bis zu seiner Erstarrung von Zugkräften bewirkt, die mechanisch durch Abzugs- oder Wickelrollen oder beim Spinnvliesverfahren aerodynamisch aufgebracht werden. Die Zugkräfte greifen nach der Erstarrung des Fadens am unteren Ende der Spinnlinie an, vgl. DOS 37 36 418 und 43 12 419. Im oberen Bereich wird der Faden durch besonders eingeführte Kühlluft, meist nach Temperatur, manchmal auch Feuchte geregelt, abgekühlt. Die Kühlluft kann quer oder auch mit einer Komponente in Fadenlaufrichtung eingeblasen werden. Beim Blasspinnen mit aufgeheizter Luft, dem Meltblown-Verfahren, vermischt sich die Heißluft nach ihrem Austritt aus den Schlitzen neben den Schmelzebohrungen mit der kalten Umgebungsluft und es kommt zur Abkühlung und Erstarrung der Fäden.With conventional melt spinning, the deformation of the thread from the exit from the melt hole to to its solidification caused by tensile forces that are mechanical with take-off or winding rolls or with the spunbond process be applied aerodynamically. The After the thread solidifies, tensile forces act on at the lower end of the spinning line, cf. DOS 37 36 418 and 43 12 419. In the upper area, the thread is special introduced cooling air, mostly by temperature, sometimes also controlled humidity, cooled. The cooling air can across or with a component in the direction of the thread be blown in. For blow spinning with heated Air, the meltblown process, mixes the hot air after exiting the slots next to the Melt holes with the cold ambient air and it the threads cool down and solidify.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verformung der Fäden durch Schubkräfte erzeugt, die die seitlich zustömende, nicht besonders aufgeheizte Luft am Fadenmantel erzeugt. Auch die unten am Faden nach seiner Erstarrung angreifenden Schubkräfte wirken sich als Zugkräfte auf den Verformungsbereich aus, meist aber geringer als die Schubkräfte am noch nicht erstarrten Teil. Die Geschwindigkeit dieser Luftströme ist, abgesehen von einem Bereich von wenigen mm direkt unterhalb des Schmelzeaustritts, größer als die Fadengeschwindigkeit. Sie beschleunigen sich stetig zu einer Lavaldüse hin, in derem engsten Querschnitt Schallgeschwindigkeit erreicht werden kann.In the method according to the invention, the deformation of threads created by shear forces that affect the side incoming, not particularly heated air on the thread jacket generated. Even the one down by the thread after his Rigid attacking shear forces act as Tensile forces on the deformation area, but mostly less than the thrust on the not yet solidified Part. The speed of these air flows is, apart from that from a range of a few mm directly below of the melt outlet, greater than the thread speed. They accelerate steadily to a Laval nozzle towards their narrowest cross section the speed of sound can be achieved.

Das Verfahren nach der Erfindung steht also zwischen den bekannten Spinnvliesverfahren mit Abzug unten am erstarrten Faden und den Meltblown-Verfahren mit Heißluftströmen aus der Spinndüse. Ein solches Verfahren ist bisher nicht bekanntgeworden.The method according to the invention is therefore between the known spunbond process with deduction below solidified thread and the meltblown process with hot air streams from the spinneret. Such a process has not yet become known.

Ähnlich dem erfindungsgemäßen Verfahren hat sich ein Verfahren zur Herstellung von Pulvern aus Metall- und Keramikschmelzen bewährt (DE 33 11 343), bei dem in der Regel eine einzelne Ausflußöffnung der Schmelze dicht oberhalb einer rotationssymetrischen Lavaldüse steht und die radial zuströmende Gasmenge sich ständig beschleunigt, auch bis zur Schallgeschwindigkeit und darüber, und damit für das Ausziehen des Schmelzemonofils günstige Verhältnisse durch zunehmende Gasströmung bei zunehmender Monofilgeschwindigkeit aufweist. Bei Metallschmelzen ist in der Regel die Oberflächenspannung so groß, daß im Bereich des geringeren Druckes mit Annäherung an die engste Stelle der Lavaldüse der Faden aufplatzt und sich aus den einzelnen Teilchen durch die Oberflächenspannung Kugeln ergeben, die zu festem Pulver erstarren. In einer weiteren Ausführung, DE 35 33 964, wird das Schmelzemonofil durch Strahlungsheizung länger warm gehalten, um es weiter auszuziehen und damit noch feineres Pulver zu erhalten.Similar to the method according to the invention Process for the preparation of powders from metal and Ceramic melting proven (DE 33 11 343), in which usually a single melt outlet just above a rotationally symmetrical Laval nozzle stands and the radially inflowing amount of gas constantly accelerates, even to the speed of sound and above it, and thus for pulling out the melt monofilament favorable conditions due to increasing gas flow with increasing monofilament speed. At Metal melting is usually the surface tension so large that in the area of lower pressure with approximation the thread at the narrowest point of the Laval nozzle bursts open and from the individual particles the surface tension result in balls that become too solid Freeze powder. In another version, DE 35 33 964, the melt monofilament by radiant heating kept warm longer to pull it out further and get even finer powder.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen möglichst feine Fäden aus fadenbildenden, d.h. höherviskosen Schmelzen hergestellt werden. Anders als bei Metallschmelzen überwiegt hier der Einfluß der Viskosität den der Oberflächenspannung. Das führt zu Fäden und nicht zu Pulvern. Ausschließlich die Herstellung von Fäden endlicher oder endloser Länge werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen kennzeichnenden Vorrichtungen bezweckt. Bei Fäden aus schmelzspinnbaren Polymeren wie Polyamiden, Polyester, Polystyrol, Polyurethan, Polypropylen und anderen schmelzspinnbaren, in Synthesefasern umwandelbaren Polymeren kommt es jedoch nicht darauf an, Fäden bestimmter Dicke und in besonderen Fällen wie Filter, feinkapillare Vliesstoffe, Textilien mit weichem Griff, zum Beispiel besonders feine Fäden zu erzeugen, sondern diese sollen in vielen Fällen auch die höchstmögliche Festigkeit bei geringer Dehnung und bestimmtem, meist möglichst geringem Schrumpf, was wichtig für die spätere Nachbehandlung ist, aufweisen. Dazu ist eine molekulare Orientierung während des Übergangs von der Schmelze zum festen Faden die Grundvoraussetzung. Dieses wird geschafft im vorliegenden Fall überwiegend durch Einwirken von Schubkräften auf das schmelzflüssige Monofil. Die Schwerkraft allgemein und Zugkräfte am erstarrten Fadenteil helfen.The present invention is intended to be as fine as possible Threads from thread-forming, i.e. higher viscosity melts getting produced. Unlike metal melts, it predominates here the influence of the viscosity of the surface tension. This leads to threads and not to powders. Exclusively the production of threads finite or are endless length with the inventive method and its characteristic devices. For threads made of melt-spinnable polymers such as polyamides, Polyester, polystyrene, polyurethane, polypropylene and other melt-spinnable, convertible into synthetic fibers However, polymers are not important, threads certain thickness and in special cases like filters, fine capillary nonwovens, textiles with a soft feel, for example, to produce particularly fine threads, but in many cases, these should also be the highest possible Strength with low elongation and certain, mostly minimum shrinkage, which is important for the later Is after-treatment. This is a molecular one Orientation during the transition from the melt the basic requirement for the thread. This will accomplished in the present case mainly by acting of shear forces on the molten monofilament. Gravity in general and tensile forces froze Help thread section.

Es hat sich gezeigt, daß bei einer raschen Verringerung des Durchmessers mit hohen Schubkräften und demzufolge hohen Gasgeschwindigkeiten sich besonders gute Festigkeitswerte der Fäden mit hohem Anfangsmodul Kraft zu Dehnung erzeugen lassen. In besondersn Fällen wie bei Polyester ist auch der Schrumpf in diesem Fall gering. Die vorliegende Erfindung erfüllt die Voraussetzung auf rasche Verstreckung auf den Enddurchmesser durch die grundsätzlich kurze Verstreckungslänge zwischen Schmelzeaustrittsdüse und Lavaldüse. Verglichen mit den konventionellen Spinnverfahren für endlose Fäden mit mechanischem Abzug und anschließendem Aufwickeln oder den Spinnvliesverfahren mit aerodynamischen Abzug und anschließender Ablage der Fäden zu einem Vlies ist die molekulare Orientierung zwischen Spinndüse und Erstarrungspunkt in der kurzen Verziehstrecke und den damit verbundenen hohen Schergradienten im Faden höher, weil neben den Zugkräften von unten starke Schubspannungen direkt im Verformungsbereich angreifen. Diese greifen zwar auch bei den Meltblown-Spinnverfahren an, aber nur ganz am Anfang, dann immer schwächer wegen der ungünstigen Verhältnisse der abnehmenden Gasgeschwindigkeit zu zunehmender Fadengeschwindigkeit.It has been shown that with a rapid reduction of the diameter with high thrust and consequently high gas velocities have particularly good strength values of threads with a high initial modulus Let stretch be created. In special cases like The shrinkage of polyester is also low in this case. The present invention fulfills the prerequisite for rapid stretching to the final diameter the basically short stretching length between Melt outlet nozzle and Laval nozzle. Compared to the conventional spinning process for endless threads with mechanical trigger and subsequent winding or the spunbonded nonwoven process with aerodynamic deduction and then depositing the threads into a fleece the molecular orientation between the spinneret and the solidification point in the short warpage and with that associated high shear gradients in the thread higher because in addition to the tensile forces from below, strong shear stresses attack directly in the deformation area. These take hold also in the meltblown spinning process, but only at the beginning, then weaker because of the unfavorable Ratios of decreasing gas velocity increasing thread speed.

Zum Vorteil der Energieeinsparung kommen bei Polymerfäden die hohen Fadenqualitäten hinzu. Im Vergleich zu anderen bekanntgewordenen Verfahren zum Spinnen von Fäden aus der Schmelze mit Hilfe aerodynamischer Kräfte kommt hinzu, daß die Vorrichtungen zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens einfacher sind.Polymer threads have the advantage of saving energy the high thread quality. Compared to other known method for spinning threads the melt comes with the help of aerodynamic forces added that the devices for realizing the the inventive method are simpler.

Die Vorrichtung für das vorliegende Verfahren zur Herstellung von Fäden und Fasern mit kalten Blasströmen besteht aus einer Längsdüse, aus der die Schmelze aus Öffnungen austritt in einer oder mehreren Reihen. Unterhalb der Längsdüse befindet sich ein Spalt von einigen mm Breite, dessen Kontur die konvergent-divergente Form einer Lavaldüse hat und der sich über die gesamte Länge der Spinnbohrungsreihe erstreckt. Bei entsprechenden Druckverhältnissen kann im engsten Teil des Spaltes Schallgeschwindigkeit und im erweiterten sogar Überschallgeschwindigkeit erzeugt werden. Der Spalt ist nur wenige mm breit, um mit möglichst geringer Luftmenge auszukommen, aber hinreichend breit, um ein Anschlagen der Fäden an seinen Wandungen zu vermeiden. Bei Verhältnissen zwischen Umgebungsdruck p₀ = 1 bar und Druck im Raum unterhalb der Spinndüse mit Öffnung nach unten durch den als Lavaldüse ausgebildeten Längsspalt von p₁ = 2 bar ergibt sich bereits Schallgeschwindigkeit im engsten Teil des Längsspalts. The device for the present method for producing threads and fibers with cold blowing streams consists of a longitudinal nozzle from which the melt emerges from openings in one or more rows. Below the longitudinal nozzle there is a gap of a few mm in width, the contour of which has the convergent-divergent shape of a Laval nozzle and which extends over the entire length of the row of spinning bores. With appropriate pressure ratios, the speed of sound can be generated in the narrowest part of the gap and even the supersonic speed in the expanded part. The gap is only a few mm wide in order to make do with the smallest possible amount of air, but is sufficiently wide to avoid the threads striking its walls. With ratios between ambient pressure p ₀ = 1 bar and pressure in the space below the spinneret with opening downwards through the longitudinal gap of p ₁ = 2 bar designed as Laval nozzle, the speed of sound already results in the narrowest part of the longitudinal gap.

Der im folgenden als Blasdüse bezeichnete Teil unterhalb der Spinndüse kann als Lavaldüse mit konvergent-divergent verlaufendem Strömungsquerschnitt ausgebildet sein. Bei entsprechendem Druckverhältnis p₁/p₀ größer etwa 1,9 entsteht dahinter Überschall durch Strahlexpansion auf den Umgebungsdruck. Bei einer nicht erweiterten Blasdüse, sog. Borda-Mündung, herrscht am Austritt höchstens Schallgeschwindigkeit.The part below referred to as the blowing nozzle below the spinneret can be designed as a Laval nozzle with a convergent-divergent flow cross-section. With a corresponding pressure ratio p ₁ / p ₀ greater than about 1.9, supersonic is created behind it by jet expansion to the ambient pressure. In the case of a non-expanded blow nozzle, the so-called Borda mouth, there is at most sound velocity at the outlet.

Statt heiße Luft direkt neben den Schmelzebohrungen austreten zu lassen, trifft nicht aufgeheizte Luft in einem bestimmten Abstand von den Schmelzaustrittsöffnungen entfernt und mit ständig zunehmender Geschwindigkeit auf die Fäden, zieht sie aus und kühlt sie gleichzeitig ab. Alles findet auf einer sehr kurzen Verzugsstrecke statt. Die Austrittsbohrung selbst ist nur mit geringer Luftgeschwindigkeit umströmt, kann auch wesentlich von jeglicher Strömung abgeschirmt werden in bekannter Weise dadurch, daß die Austrittsbohrungen in einer Längsnut angeordnet sind und somit etwas zurückgesetzt werden. Zusätzlich kann der Düsenkörper neben der Bohrungsreihe isoliert werden. Durch diese verhältnismäßig einfachen Maßnahmen gelingt es, den Energieaufwand für die Luftstrahlen durch die nicht mehr notwendige Beheizung und die bessere Ausnutzung der Druckenergie zur Beschleunigung der Fäden und damit Ausziehen auf geringere Durchmesser deutlich zu verringern gegenüber den herkömmlichen Meltblown-Verfahren.Instead of hot air right next to the melt holes Letting it escape does not affect heated air a certain distance from the melt outlet openings removed and with ever increasing speed on the threads, pulls them out and cools them at the same time from. Everything takes place on a very short delay line instead of. The exit hole itself is only small Airflow around can also vary significantly any flow are shielded in a known manner in that the outlet bores in a longitudinal groove are arranged and thus reset something. In addition, the nozzle body next to the row of holes be isolated. Through this relatively simple Measures succeed in reducing the energy expenditure for the air jets due to the no longer necessary heating and the better use of pressure energy for acceleration of the threads and thus pulling out to a smaller diameter significantly reduced compared to the conventional Meltblown process.

Die Erfindung wird an den folgenden Zeichnungen erläutert.

Fig. 1

Querschnitt durch eine Spinnvorrichtung mit Laval-Blasspinndüse

Fig. 2

Ausführung mit Gasströmung schräg von oben

Fig. 3

Spinndüse mit zusätzlicher elektrischer Heizung in der Nähe der Schmelzeaustrittsbohrungen

The invention is illustrated by the following drawings.

Fig. 1

Cross section through a spinning device with Laval blow spinneret

Fig. 2

Version with gas flow diagonally from above

Fig. 3

Spinneret with additional electrical heating near the melt outlet holes

In Fig. 1 ist eine Spinnvorrichtung 1 wie sie üblicherweise für polymere Schmelzen eingesetzt wird über einer Blasdüse 2 dargestellt. Die Schmelze gelangt aus einer nicht gezeigten Dosiervorrichtung, beispielsweise eine Zahnradpumpe, über eine Öffnung 3 in die Spinnvorrichtung und verteilt sich über einem Längskanal 4 über die Breite der Düse. Über bekannte Filter 5 zur Herausfiltrierung von Fremdkörpern und zur Widerstandsbildung zwecks gleichmäßiger Schmelzeverteilung über die Düsenlänge hin gelangt die Schmelze über die Vorbohrungen 6 der Düse zu den Schmelzeöffnungen 7 in der Düsenplatte 8. Diese ist in einer aus mehreren Teilen bestehenden Düsenverschraubung 9 mit den zuvor genannten Teilen zusammengefaßt und in einen beheizten Kasten 10 gesetzt, aus dem sie zum Austausch durch Auflösung der Verbindung mit der Schmelzeleitung bei 3 entfernt werden kann.In Fig. 1 is a spinning device 1 as it is usual for polymer melts is used over a Blow nozzle 2 shown. The melt comes from a Dosing device, not shown, for example a Gear pump, through an opening 3 in the spinning device and is distributed across the width via a longitudinal channel 4 the nozzle. Via known filter 5 for filtering out of foreign bodies and for the purpose of forming resistance uniform melt distribution over the nozzle length the melt passes through the pilot holes 6 Nozzle to the melt openings 7 in the nozzle plate 8. This is in a nozzle screw connection consisting of several parts 9 summarized with the aforementioned parts and placed in a heated box 10 from which they exchange for by breaking up the connection can be removed with the melt line at 3.

Die unaufgeheizte Luft längs den Pfeilen 11 über die gesamte Länge der hintereinander in einer oder mehreren Reihen angeordneten Schmelzeaustrittsöffnungen 7 über Widerstände 17 zur Vergleichmäßigung und zweckmäßigerweise auch zur Gleichrichtung, d.h. Wirbelverminderung, aus dem Druckraum 15 dem Lavaldüsenspalt 12 zugeführt. Dieser wird gebildet aus den beiden Platten 13a und 13b, die sich über etwas mehr als die Düsenbohrungsreihe erstrecken. Durch die entsprechende Formgebung an den Enden formen sie einen zunächst zusammenlaufenden, dann auseinanderstrebenden Spalt 12, die Lavaldüse.The unheated air along the arrows 11 over the entire length of one after the other in one or more Rows of melt outlet openings 7 arranged above Resistors 17 for equalization and expediently also for rectification, i.e. Vortex reduction, fed from the pressure chamber 15 to the Laval nozzle gap 12. This is formed from the two plates 13a and 13b, which extends over slightly more than the row of nozzle bores extend. By the appropriate shape to the At the ends they form an initially converging, then diverging gap 12, the Laval nozzle.

Die Luftströmung ist vorzugsweise laminar, um ein ruhiges Verziehen ohne turbulente Schwankungen der Fäden 25 zu gestatten. Eine laminare Strömung erlaubt einen engeren Spalt bei 12 und damit einen geringeren Einsatz von Gas(Luft)-menge. Eine laminare Strömung im Verzugsbereich der Fäden ist auch aus Gründen der Energieersparnis vorteilhaft.The air flow is preferably laminar to keep calm Distortion without turbulent fluctuations in the threads 25 to allow. A laminar flow allows a narrower one Gap at 12 and thus a lower bet of gas (air) amount. A laminar flow in the area of warpage the thread is also for energy saving reasons advantageous.

Im Raum 15 herrscht ein höherer Druck p₁ als unterhalb im mit 16 bezeichneten Raum. Der Raum 16 kann unter Umgebungsdruck p₀ stehen oder, falls noch ein Auffangen der Fäden zu einem Vlies erfolgen soll oder ein Weitertransport der Fäden, kann er auch einen über der Umgebung liegenden Druck haben. Herrscht bei Luft als strömendem Medium im Raum 15 ein Druck gegenüber dem Raum 16 von mindestens dem etwa 1,9-fachen, so stellt sich an der engsten Stelle bei 12 Schallgeschwindigkeit ein.In room 15 there is a higher pressure p ₁ than below in the room labeled 16. The space 16 can be under ambient pressure p ₀ or, if the threads are to be collected into a fleece or the threads are to be transported further, they can also have a pressure above the environment. If air as the flowing medium in room 15 is at least 1.9 times the pressure in room 16, the narrowest point is 12 at the speed of sound.

Je nach Polymer oder sonstiger schmelzspinnbarer Masse werden Temperaturen etwas über dem Schmelzpunkt eingestellt. Um besonders dünne Fäden zu erhalten, kann die Temperatur deutlich über den Schmelzpunkt erhöht werden, was bei höherviskosen Polymeren wie Polypropylen ohnehin vonnöten ist, bei Polyester und Polyamiden reicht eine geringere überhitzung über den Schmelzpunkt. Die Weite des Spaltes 12 wird so eng gewählt, daß gerade ein Anschlagen und damit ein Verstopfen und Aufstauen des faserigen Materials in der Blasdüse 2 verhindert wird. Um den Spalt sowohl in seiner Entfernung zu den Austrittsöffnungen der Schmelze und seiner Weite einstellen zu können, sind die Platten 13a und 13b, die den unteren Abschluß des Druckraumes 15 bilden, beweglich über Drehpunkte 18 und Gleitöffnugnen 19 einstellbar, wobei diese Art der Verstellung nur eine Möglichkeit von anderen darstellen soll. Stirnseitig ist der Druckraum durch Platten 20 verschlossen. Die Dichtung mit den Platten 13a und 13b kann metallisch über eben ausgeführte Flächen und Zusammenpressen erfolgen; auch Dichtelemente in den Platten 13a und 13b sind in bekannter Weise möglich. Die Verspannung zwischen diesen und den Platten der Stirnwand wird zum Anspinnen und Einstellung des Spaltes 12 leicht gelöst. Depending on the polymer or other melt-spinnable mass temperatures are set slightly above the melting point. In order to obtain particularly thin threads, the Temperature can be increased significantly above the melting point, what with higher viscosity polymers like polypropylene anyway is necessary, one is sufficient for polyester and polyamides less overheating above the melting point. The wide the gap 12 is chosen so narrow that just striking and thus clogging and accumulation of the fibrous material in the blow nozzle 2 is prevented. Around the gap both in its distance to the outlet openings adjust the melt and its width plates 13a and 13b, which are the lower ones Form the end of the pressure chamber 15, movable over pivot points 18 and Gleitöffnugnen 19 adjustable, these Type of adjustment only one way from others should represent. The pressure chamber is through at the front Plates 20 closed. The seal with the plates 13a and 13b can be metallic over flat surfaces and pressing together; also sealing elements in the plates 13a and 13b are possible in a known manner. The tension between these and the plates of the The end wall is used for piecing and adjusting the gap 12 easily solved.

In Fig. 2 ist eine ähnliche Vorrichtung bestehend aus Spinnvorrichtung 21 und Blasdüse 22 dargestellt. Die Luftströme 23a und 23b treten mit von vornherein nach unten gerichteter Komponente seitlich von oberhalb der Düsenaustrittsbohrungen 24 auf die Fäden 25. Die Beheizung durch ein in Kammern 26 befindliches Wärmeträgermedium 27, dampfförmiger oder flüssiger Art, ist möglichst dicht an die Spinndüsenplatte 28 herangeführt, um ihre Abkühlung durch die Luftströmung, die in diesem Bereich zwar noch geringe Geschwindigkeit hat, zu vermindern. Anders als in Fig. 1 ist in diesem beispielhaften Fall die Spinndüse von oben ein- und auszubauen.2 is a similar device consisting of Spinning device 21 and blowing nozzle 22 shown. The Air flows 23a and 23b also occur from the outset component directed below from the side from above Nozzle outlet bores 24 on the threads 25. The heating through a heat transfer medium located in chambers 26 27, vapor or liquid type brought as close as possible to the spinneret plate 28, to cool them down by the air flow in this Area still has low speed. Unlike in FIG. 1, this is exemplary Hang the spinneret in and out from above.

In Fig. 3 ist angedeutet, daß eine elektrische, flachstabförmige Heizung 29 für eine Wärmezufuhr an die Spinndüse sorgt und der Abkühlung der Luftströme entgegenwirkt. Isolierende Platten 30 können wie hier und in Fig. 1 gezeigt in gleichem Sinne wirken. Mit Hilfe dieser seitlichen Heizungen kann die Schmelze kurz vor ihrem Austritt stärker überhitzt werden, um feinere Fäden zu erhalten. Wegen der kurzen Einwirkdauer der höheren Temperatur kann die Schädigung des Polymers gering gehalten werden und ein Abfall der mechanischen Gütewerte der Fäden bleibt gering oder ist gar nicht feststellbar.In Fig. 3 it is indicated that an electrical, flat bar-shaped Heater 29 for supplying heat to the spinneret ensures and counteracts the cooling of the air flows. Insulating plates 30 can be as here and in Fig. 1 shown act in the same sense. With the help of this side heaters can melt just before their Discharge to be overheated to produce finer threads to obtain. Because of the short exposure time of the higher Temperature can minimize the damage to the polymer and a drop in the mechanical quality values the thread remains small or is not detectable at all.

Die zum Verspinnen der Schmelze notwendige Luft wird auf Drücke von etwa 0,5 bis etwa 3 bar über dem Druck p₀ der Atmosphäre bzw. dem Druck p₂ im Raum 16 der Blasspinnvorrichtung zugeführt. Liegt im Raum 16 ein Unterdruck vor, z.B. wenn sich eine Fadenablage zu einem Vlies anschließt, so kann der Druck im Raum 15 kleiner sein und es läßt sich dennoch bei 12 Schallgeschwindigkeit erreichen, wenn bei Luft das kritische Druckverhältnis 1,9 erreicht oder überschritten wird.The air required for spinning the melt is fed to the atmosphere or the pressure p ₂ in the space 16 of the blowpinning device at pressures of about 0.5 to about 3 bar above the pressure p ₀ . If there is a negative pressure in room 16, for example if a thread deposit is connected to a fleece, the pressure in room 15 can be lower and it can still be achieved at 12 sonic speeds if the critical pressure ratio 1.9 is reached or exceeded in air .

Es ist zweckmäßig, die durch die Verdichtung der Luft erzeugte Wärme im Gas zu erhalten, die Zuleitungen also kurz zu halten und gut zu isolieren, um diese im übrigen verlorene Energie für das Verspinnen zu nutzen, indem die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Luft und Faden geringer ausfallen kann, wenn der Faden während des Verziehens länger auf einer höheren Temperatur gehalten werden kann. Ein Warmhalten des Fadens auch durch Strahlungsheizung wie in DE 35 33 964 ist auch hier möglich. Eine Aufheizung der gesamten Blasluft ist nicht nötig und könnte auch nur in geringem Maß erfolgen (wenn z.B. billige Wärme zur Verfügung steht und besonders feine Fasern erzeugt werden sollen), da die Fäden sonst nicht genügend rasch zur Abkühlung gebracht werden.It is expedient due to the compression of the air to maintain the heat generated in the gas, i.e. the supply lines to keep it short and to isolate it well to the rest to use lost energy for spinning by the speed difference between air and thread may be less if the thread during the Warped longer at a higher temperature can be. Keeping the thread warm also through radiant heating as in DE 35 33 964 is also possible here. It is not necessary to heat the entire blown air and could only be done to a small extent (if e.g. cheap heat is available and especially fine Fibers should be created), otherwise the threads will not brought to cool down quickly enough.

Bei der Herstellung von Fäden aus synthetischen Polymeren gelingt es durch das erfindungsgemäße Verfahren, Fäden mit der Qualität von Stapelfasern herzustellen, obwohl deren wesentliche Eigenschaften Festigkeit, Dehnung, Schrumpf und natürlich auch der Fadendurchmesser durch die nicht vollständig konstante Zugwirkung der Luftströmung auf die Fäden stärker schwanken als bei der konventionellen Fadenherstellung mit mechnischem Abzug der Fäden aus Spinndüsen. Einige Beispiele sollen das zeigen.In the production of threads from synthetic polymers succeeds through the inventive method, threads with the quality of staple fibers, though whose essential properties are strength, elongation, Shrinkage and of course the thread diameter the not completely constant draft of the air flow on the threads fluctuate more than with the conventional thread production with mechanical deduction of threads from spinnerets. Here are some examples demonstrate.

Beispiel 1example 1

In einem elektrisch beheizten Gefäß von etwa 0,5 1 Inhalt wurde zuvor sorgfältig getrocknetes Granulat von Polyester (Polyethylentherephthalat) aufgeschmolzen. Über dem Schmelzespiegel befand sich eine Stickstoffatmosphäre. Die Schmelzetemperatur lag bei 270 °C. Durch Erhöhung des Stickstoffdrucks wurde die Schmelze zum Ausfluß am Boden aus einer Bohrung mit einem Durchmesser von 2 mm gebracht. Im Abstand von etwa 5 mm unter dieser Austrittsöffnung trat Luft radialsymmetrisch an den austretenden Faden heran und strömte durch eine Lavaldüse von 3 mm Durchmesser parallel mit den Fäden nach unten ab. Der engste Querschnitt der Lavaldüse hatte einen Abstand von eta 8 mm vom Schmelzeaustritt. Die Luft wurde einem industriell üblichen Preßluftnetz entnommen.In an electrically heated container of approx. 0.5 1 content was previously carefully dried granules of Molten polyester (polyethylene terephthalate). There was a nitrogen atmosphere above the melt level. The melt temperature was 270 ° C. By Increasing the nitrogen pressure, the melt became Discharge at the bottom from a hole with a diameter brought by 2 mm. At a distance of about 5 mm below Air entered this outlet opening in a radially symmetrical manner to the emerging thread and flowed through a Laval nozzle of 3 mm in diameter parallel to the threads downwards. The narrowest cross section of the Laval nozzle had a distance of about 8 mm from the melt outlet. The air became an industrial compressed air network taken.

Bei einem Luftdruck in der Zuspeisung von 2,5 bar über Atmosphäre ergaben sich Fäden mit einer Feinheit von 1,1 den, entsprechend 11 µ, und einer Festigkeit von 2,7 g/den, Dehnung von 71 %, Kochschrumpf 9 % - jeweils Mittelwerte aus 10 Messungen. Der Durchsatz betrug 0,9 bis 1 g/min.With an air pressure in the feed of 2.5 bar above Threads with a fineness of 1.1 den, corresponding to 11 µ, and a strength of 2.7 g / den, elongation of 71%, cooking shrinkage 9% - each Average values from 10 measurements. The throughput was 0.9 up to 1 g / min.

Beispiel 2Example 2

Ein Kunststoffgranulatgemisch aus Polyester und Polypropylen im Gewichtsverhältnis 50:50 wurd in einem länglichen Gefäß, ebenfalls mit elektrischer Beheizung und unter Stickstoffatmosphäre, aufgeschmolzen und durch einen Überdruck im Stickstoff zum Ausfluß gebracht aus drei in Reihe angeordneten Austrittsöffnungen mit einem Durchmesser von 0,8 mm. Die Temperatur der Schmelze betrug 285 °C, der Druck der Preßluft 1,8 bar über Atmosphäre und der Durchsatz 0,75g/min pro Loch. Die Lavaldüse hatte rechteckigen Querschnitt mit einer Weite von 3 mm an der engsten Stelle. Ihr Abstand von den Schmelzeaustrittsöffnungen betrug etwa 25 mm. Es ergaben sich seidige Fäden mit den Mittelwerten 0,76 den, 1,60 g/den Festigkeit, 272 % Dehnung, 35 % Kochschrumpf.A mixture of plastic granules made of polyester and polypropylene in a weight ratio of 50:50 in an elongated Vessel, also with electrical heating and under a nitrogen atmosphere, melted and passed through an overpressure in the nitrogen discharged three outlet openings arranged in a row with one Diameter of 0.8 mm. The temperature of the melt was 285 ° C, the pressure of the compressed air 1.8 bar above atmosphere and the throughput 0.75g / min per hole. The Laval nozzle had a rectangular cross-section with a width of 3 mm at the narrowest point. Your distance from the Melt outlet openings were approximately 25 mm. It turned out silky threads with mean values of 0.76 den, 1.60 g / den strength, 272% elongation, 35% cooking shrink.

Die Fäden wurden auf einem unterhalb der Vorrichtung bewegten Siebband aufgefangen, wo sie zu einem etwa 5 cm breiten Vlies abgelegt wurden.The threads were on one below the device moving sieve belt caught where it becomes about a 5 cm wide fleece were deposited.

In der gleichen Vorrichtung wurden verschiedene Kunststoffmischungen und reine Kunststoffe wie Polystyrol, Polyamid, Polyethylen zu feinen Fäden versponnen und es zeigte sich, daß bereits mit diesen einfachen Vorrichtungen erstaunlich hohe Faserwerte in Festigkeit, Dehnung und geringem Schrumpf erzeugt werden konnten, wozu sonst ein höherer Aufwand an apparativen Einrichtungen und besonders an Energie vonnöten ist.Different plastic mixtures were made in the same device and pure plastics like polystyrene, Polyamide, polyethylene spun into fine threads and it turned out that even with these simple devices amazingly high fiber values in strength, Elongation and low shrinkage could be generated why else a higher expenditure on equipment and especially energy is needed.

Die vorliegende Erfindung ist auf alle Stoffe anwendbar, die sich in schmelzförmigem Zustand zu Fäden umwandeln lassen. Der Verzug der Schmelzemonofile soll bei Polymeren rasch und unter Einwirkung von Zug- und Schubspannungen geschehen, um eine möglichst hohe molekulare Orientierung und damit Güte der Fäden zu erhalten. Das gilt auch, wenn die Fäden besonders fein sind und nicht endlos sind, sondern in unregelmäßigen Abständen abreißen und sich dann ein neues Fadenstück bildet. Die Herstellung von Polymerfäden und Vliesen darauf ist eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ohne daß es darauf beschränkt ist.The present invention is applicable to all substances which transform into threads in the melted state to let. The distortion of the melt monofilament is said to be the case with polymers quickly and under the influence of tensile and shear stresses happen to have the highest possible molecular To get orientation and thus the quality of the threads. The also applies if the threads are particularly fine and not are endless, but tear off at irregular intervals and then a new piece of thread forms. The production of polymer threads and nonwovens thereon is a preferred one Application of the method according to the invention without it is limited to that.

Bei der Herstellung von Vliesen erstreckt sich die Einrichtung bestehend aus Spinndüse und Blasteil über eine bestimmte Länge, die die Breite des erzeugten Vlieses vorgibt. Die Fäden - endlos, teilweise endlos oder überwiegend endlicher Länge - werden auf einem Auffangband abgelegt, zu dessen Laufrichtung die Längsachse der Spinndüse mit Blasteil in einem bestimmten Winkel, meistens unter 90° steht. Die Fadenablage kann geschehen, indem zwischen Lavalblasdüse und Auffangband ein offener Raum besteht. Es können aber auch in der Spinnvliestechnologie bekannte Legemethoden zum Hin- und Herschwenken der aus der Lavaldüse austretenden Fadenschar angewendet werden. Auch das Saugverfahren, bei dem der Legeteil von der Umgebung abgetrennt und unter dem Band abgesaugt wird, kann angewendet werden, indem der Raum unterhalb der Lavalblasdüse in bekannter Weise bis zum Auffangband geschlossen ist und die zu einem Vlies gelegten Fäden diesen abgeschlossenen Legeraum über abdichtende Walzen mit dem Siebband verläßt. Vliese aus endlosen Fäden, als Spinnvliese bezeichnet, wenn sie direkt aus der Spinndüse erzeugt werden, können ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung sein. Hier sollen, abgesehen von Sonderfällen, die Fäden in allen Richtungen möglichst gleichmäßig verteilt sein, um isotrope Werkstoffe zu erhalten. Gemäß dem statistischen Charakter der Turbulenz, die sich in der Strömung unterhalb der Lavalblasdüse ausbildet, ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung für die Herstellung derartiger Produkte besonders geeignet.The facility extends to the production of nonwovens consisting of spinneret and blowing part over a certain length, which is the width of the fleece produced pretends. The threads - endless, sometimes endless or predominant finite length - are on a catchment belt filed, to the direction of the longitudinal axis of the Spinneret with blowing part at a certain angle, mostly is below 90 °. The thread deposit can happen by opening an open one between the Laval blowing nozzle and the safety belt Space exists. But it can also be used in spunbond technology known laying methods for swinging back and forth of the thread sheet emerging from the Laval nozzle become. Also the suction process, in which the laying part separated from the environment and vacuumed under the belt can be applied by the space below the Lavalblasdüse in a known manner up to the collecting belt is closed and the laid to a fleece Thread this closed laying space over sealing Leaves with the belt. Fleeces of endless Threads, referred to as spunbonded nonwovens, when made directly of the spinneret can be a preferred one Field of application of the present invention. Here apart from special cases, the threads should be in all Directions should be distributed as evenly as possible to be isotropic To obtain materials. According to the statistical Character of the turbulence found in the flow below the Laval blower nozzle is the use of the inventive method and the associated device especially for the production of such products suitable.

Claims (8)

1. Process for the production of a filament from melt by a gas, wherein the gas flow reaches a velocity higher than the velocity of the melt filaments shortly downstream the melt orifices and the gas stream is furtheron steadily accelerated so that the filaments are attenuated and quenched.
2. Process according to claim 1, wherein said melts are fiber forming polymers.
3. Process according to claim 1, wherein said gas after its compression is directly used for spinning the melt without any heat transfer from or to the gas.
4. Process according to one of the preceding claims, wherein the gas is air.
5. Process according to one of the preceding claims, wherein the gas reaches sonic speed in the region where the filaments solidify, or even supersonic speed.
6. Device for carrying out the process according to claim 1 or one of the following claims, wherein
      the melt exits out of orifices arranged in one or more parallel rows,
      gas, preferably air, enters at both sides of the rows of orifices into a space underneath the spinneret and leaves this space underneath the rows of orifices through a slit in the center line of the orifices, wherein the cross section of this slit is much smaller than the entering cross sections to generate steadily accelerated gas flow from its touching the filaments unto the slit.
7. Device according to claim 6, wherein the slit in flow direction is shaped as a Laval nozzle with convergent/divergent cross section.
8. Device according to claim 6 or 7, wherein a spinneret in order to reduce heat losses to the gas flow is insulated at its bottom area or is additionally heated there.

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