DE3339501C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trockenspinnen von Polymerlösungen zur Bildung von Filamenten, wobei insbesondere eine Strömung erhitzten, inerten Gases quer über die aus einer Spinndüse austretenden Filamente gezogen und die Strömung nach unten in das Hohlzentrum des Filamentbündels gerichtet wird.

Das Trockenspinnen stellt eine gut eingeführte Methode zur Erzeugung von Filamenten aus löslichen Polymeren dar, und Vorrichtungen zum Trockenspinnen sind vertraut. Bei den üblichen Trockenspinntechniken wird eine heiße Polymerlösung durch Spinndüsenöffnungen extrudiert, die in einer Reihe konzentrischer Kreise angeordnet sind, und das Lösungsmittel wird dann rasch verdampft, indem man am Kopf der Spinnzelle eine Hülle heißen, inerten Gases - Absauggas genannt - einführt und nach unten, um die austretenden Filamente herum, richtet.

Ein Verfahren, bei dem ein Teil des Aubsauggases nach oben durch die Mitte der Spinndüse entfernt wird, ist in US-PS 37 37 508 beschrieben. Bei diesem Mitte-Absaug- Verfahren wird ein Teil des in der herkömmlichen Weise eingeführten Absauggases mittels eines Vakuums, das an eine in der Mitte des Spinnkopfes vorgesehene Leitung angelegt wird, nahe der Spinndüsen-Austrittsfläche senkrecht zu den Filamenten über die austretenden Filamente gezogen. Dies führt dazu, daß mit den Filamenten unmittelbar unterhalb der Spinndüse ein frischer Gasstrom in Kontakt kommt, was die Lösungsmittelentfernung in einer kritischen Zone vor dem Erstarren einer Haut auf den Filamentoberflächen steigert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Schmelzspinnverfahren verstärkter Mitteströmung den Mitte-Absaug-Prozeß nach der vorgenannten US-Patentschrift zu ergänzen oder zu ersetzen.

Bei dem mit vestärkter Mitteströmung arbeitenden Verfahren gemäß der Erfindung wird eine Strömungsmitschlepp- oder -mitnahmeeinrichtung des Coanda-Typs eingesetzt, die sich mittig innerhalb des Filamentbündels nahe der Spinndüsenfläche befindet und die mit einem kleinen Strom unter Druck eintretenden Gases gespeist wird. Die Coanda-Einheit nimmt Gas aus dem Bereich in der Mitte des Filamentbündels mit und verstärkt dadurch die Strömung des Gases nach innen durch das Filamentbündel. Anstelle eines Abgezogenwerdens aus der Zelle, wie bei Mitteabsaugung, erfährt die Strömung eine Umlenkung nach unten innerhalb des konvergierenden, laufenden Filamentbündels. Hierdurch ergibt sich eine Zuführung von Gas zu dem hohlen Inneren des laufenden Filamentbündels, das auf Grund von Grenzschichteneffekten rasche Gas nach unten pumpt. Durch die Befriedigung dieser Pumpforderung bzw. -bestrebung wird die Filamentstabilität verbessert.

Das Spinnverfahren gemäß der Erfindung umfaßt die Stufen, in denen man

• 1. eine Polymerlösung durch eine Spinndüse mit in einem Muster entsprechend der Bildung eines Filamenthohlbündels angeordneten Öffnungen extrudiert,
• 2. einen ersten Strom erhitzten, inerten Gases an der Außenseite des Bündels passieren läßt und ihn nach unten und bzw. oder innen zur Behandlung der Filamente richtet,
• 3. einen zweiten Strom inerten Gases längs einer Coanda- Oberfläche einführt, die sich nahe der Spinndüsenfläche in der Mitte des Hohlbündels befindet, und
• 4. hierdurch mit dem zweiten Gasstrom einen Teil des ersten Gasstroms nach unten mitnimmt.

Im Endergebnis erhält man eine verstärkte Gasströmung nach innen durch das Bündel und nach unten innerhalb der Bündelmitte.

Das Verfahren kann auch eine Stufe umfassen, in der man in der Mitte des Filamenthohlbündels benachbart der Spinndüsenfläche ein Vakuum herstellt, um die erste Gasströmung nach innen durch das Bündel zu untertützen.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 zur allgemeinen Erläuterung des Verfahrens gemäß der Erfindung eine schematische Vertikalschnitt-Teilansicht einer Trockenspinnvorrichtung,

Fig. 1A an einer vergrößerten Teilansicht von Fig. 1 die Strömungsmitnahmevorrichtung,

Fig. 2 eine Erläuterung einer Ausführungsform einer Strömungsmitnahmevorrichtung des Coanda-Typs,

Fig. 3 in Schnitt ansicht eine zweite Anordnung einer Strömungsmitnahmevorrichtung des Coanda-Typs und

Fig. 4 in Schnittansicht noch eine weitere Ausführungsform einer Strömungsmitnahmevorrichtung des Coanda-Typs, die sich zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eignet.

Die Erfindung ist nachfolgend näher an Hand der dargestellten Ausführungsformen beschrieben.

Wie in Fig. 1 und 1A gezeigt, wird Polymerlösung ,wie von dem Pfeil 11 angedeutet, von einer nicht eingezeichneten Quelle her in eine Heizeinrichtung 10 eingepreßt. Die erhitzte Polymerlösung wrid dann der Spinndüse 12a zugeteilt, die eine Anzahl Löcher oder Austrittsöffnungen aufweist, die konzentrisch in einem Muster entsprechend der Bildung eines Hohlbündels von Filamenten 14 angeordnet sind. Im allgemeinen ist außen im radialen Abstand vom Spinndüsenaufbau 12 ein zylinderförmiger Mantel oder Schacht 16 vorgesehen, der von einer Höhe oberhalb des Spinndüsenaufbaus bis zu einer Höhe gut unterhalb desselben reicht. Zum Einpressen eines erhitzten, gasförmigen Verdapfungsmediums (des Absauggases) in den Schacht 16 dient der Anschluß 18. Gewöhnlich wird das Medium von einer ringförmigen Sammelkammer 20 durch einen Diffusor 22 oder dergleichen hindurch und nach unten um den Aufbau 12 herum und durch die Ringe der Filamente 14 hindurch (d. h. unter Ausbildung der ersten Strömung des erhitzten Gases) gerichtet. Durch die Heizeinrichtung 10 und den Spinndüsenaufbau 12 erstreckt sich die schematisch eingezeichnete Leitung 24, deren unteres Endteil mit der Hohlmitte des Bündels der Filamente 14 kommuniziert und deren oberes Endteil zur Ausbildung eines Mitte-Absaug-Prozesses der in US-PS 37 37 508 beschriebenen Art mit einem Vakuumsystem in Verbindung steht.

Zur Arbeitsweise gemäß der Erfindung ist hier eine Leitung 26 vorgesehen, deren eines Ende mit einer Druckgasquelle, vorzugsweise Stickstoffquelle - d. h., zur Ausbildung des zweiten Gasstroms, wobei das Gas auf seinem Weg durch die Heizeinrichtung 10 erhitzt wird -, und deren Abgabeende mit einer Strömungsmitnahmevorrichtung 30 des Coanda-Typs verbunden ist, die mittels Stützen 31 auf dem Spinndüsenaufbau 12 befestigt ist. Das unter Anlegung eines in Bewegung befindlichen Fluidstroms an eine Festoberfläche arbeitende Coanda-Prinzip ist vertraut. Die Fig. 2 zeigt eine solche mit diesem Prinzip arbeitende Vorrichtung näher, wobei hier das zugeführte Gas bzw. der zweite Gasstrom aus der Leitung 26 in die Vorrichtung 30 an der Öffnung 32 eintritt und durch den Ringverteiler 34 hindurchgeführt wird und während seines Austritts aus dem letzteren aus der Nut 38 der gekrümmten Oberfläche 36 folgt. Dieser zweite, durch die Pfeile 33 angedeutete Strom ist durch den Torus, der sich durch die Coanda-Anlegung an die gekrümmte Innenfläche 36 der Coanda-Vorrichtung 30 bildet, in einer Richtung orientiert. Der zweite Strom 33 nimmt einen ersten Strom erhitzten Umgebungsgases mit (wie durch die Strömungspfeile 35 angedeutet).

Im Betrieb der Vorrichtung 30 wird Gas in der Mitte des Filamentbündels mitgenommen und eine Strömung quer über die Fläche der Spinndüse 12a bewirkt, wie es auch bei der Mitte-Absaugung der Fall ist. Der Unterschied liegt darin, daß anstatt eines Abgezogenwerdens vom Schacht 16, wie es bei der Mitte-Absaugung nach US-PS 37 37 508 erfolgt, eine Umlenkung der Strömung in das sich nach unten bewegende, konvergierende Filamentbündel eintritt. Dies ergibt eine Gaszuführung zu dem hohlen Inneren des laufenden Filamentbündels, das auf Grund von Grenzschichteffekten Gas rasch nach unten pumpt. Die Befriedigung dieses Pumpbestrebens verbessert die Filamentstabilität.

Das Spinnverfahren gemäß der Erfindung ist auch mit der in Fig. 3 gezeigten Coanda-Vorrichtung 50 durchführbar. Diese spezielle Vorrichtung ist an der die Spinndüse 12a umfassenden Spinnpackung mittels eines Bolzens 51 befestigt, der unter die Unterfläche der Spinndüse reicht. Die Vorrichtung weist eine Zwischenscheibe 55, ein konisch zulaufendes Spitzenstück 53 und eine dieses m Abstand umgebende, konturangepaßte Wand 57 auf. Das Spitzenstück ist auf den Bolzen 51 aufgeschraubt und hält die Zwischenscheibe 55 in ihrer Lage zwischen der Spinndüse 12a und dem Spitzenstück, wobei die Räume 52a und 54a zwischen dem Spitzenstück und der Zwischenscheibe bzw. der Zwischenscheibe und der Spinndüse ausgebildet werden. Im Bolzen 51 verlaufen konzentrische Durchlässe 52, 54, die an ihren anderen Enden mit Druckgas bzw. Vakuum in Verbindung stehen.

Im Betrieb wird Mitte-Absaug-Gas durch den Raum 54a und den Durchlaß 54 abgezogen, während die Gasströmung durch den Durchlaß 52 nach unten zum Raum 52a gerichtet wird und dann längs der Oberfläche 53a des Spitzenstücks 53 erfolgt und nach unten in einer Richtung orientiert ist, wobei auf diese Weise Umgebungsströmung zwischen der Wand 57 und der Oberfläche 53a des Spitzenstücks mitgenommen wird (wie mit den Strömungspfeilen 56 angedeutet).

Bei der weiteren Ausführungsform der Coanda-Vorrichtung nach Fig. 4 wird der Coanda-Körper 60 von einem oberen Abschnitt 61 und einem unteren Abschnitt 62 gebildet, die von Schrauben 63 zusammengehaltn werden. Der obere Abschnitt 61, der einen Hohlraum 61a aufweist, ist auf den von der Spinneinrichtung ausgehenden Bolzen 64 aufgeschraubt. Der Bolzen 64 ist mit einem Mitteldurchlaß 64a versehen, der am einen Ende mit einer Druckgasquelle in Verbindung steht (wie mit dem Pfeil 65 angedeutet) und an seinem anderen Ende mit dem Hohlraum 61a verbunden ist, der seinerseits mit dem zur Außenfläche des Körpers 60 führenden Durchlaß 61b in Verbindung steht.

Im Betrieb wird Gas von niederem Druck durch den Durchlaß 64a zum Hohlraum 61a gerichtet, von dem dieses durch den Durchlaß 61b zur Außenfläche des Coanda- Körpers 60 strömt. Die Strömung folgt der Oberfläche des Körpers 60 und ist nach unten in einer Richtung orientiert, wobei in ähnlicher Weise wie in Fig. 2 gezeigt Umgebungsgas mitgenommen wird.

Für ein optimales Verhalten soll sich die Coanda-Gasdüse in einem Zustand turbulenter Strömung befinden. Die Mitnahme läßt sich auch steigern, indem man den Düsenschlitz 61d so schmal wie möglich ausbildet. Der Strömungsweg des Gases (durch den Kanal 61c) vor seinem Austritt ist entsprechend der Anpassung an jeweils gegebene, mechanische Notwendigkeiten variierbar.

Bei der Anwendung der Erfindung beim Trockenspinnen erhält man eine erhöhte Produktivität ohne jede nachteiligen Auswirkungen.

Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die eine Spinndüse, durch deren in einem Muster zur Bildung eines Filamenthohlbündels angeordnete Öffnungen eine Polymerlösung extrudiert wird, und eine Einrichtung zum Passieren eines ersten Stromes erhitzten, inerten Gases nach unten um das Bündel herum und nach innen durch das Bündel in Richtung zu dessen Hohlmitte zwecks Behandlung der Filamente aufweist und die gekennzeichnet ist durch eine Coanda- Einrichtung, die mit ihrer Coanda-Oberfläche mittig innerhalb des Bündels nahe der Spinndüse angeordnet ist, und eine Einrichtung zur Einführung eines zweiten Stromes inerten Gases längs der Coanda-Oberfläche und hierdurch Mitnahme eines Teils des ersten Gasstroms nach unten mit dem zweiten Gasstrom.

Claims (2)

1. Verfahren zum Spinnen von Filamenten unter Extrudieren einer Polymerlösung durch eine Spinndüse mit in einem Muster zur Bildung eines Filamenthohlbündels angeordneten Öffnungen und Passieren eines ersten Stromes erhitzten, inerten Gases nach unten um das Bündel herum und nach innen durch das Bündel in Richtung zu dessen Hohlmitte zwecks Behandlung der Filamente, dadurch gekennzeichnet, daß man einen zweiten Strom inerten Gases längs einer mittig innerhalb des Bündels nahe der Spinndüse befindlichen Coanda-Oberfläche einführt und hierdurch mit dem zweiten Gasstrom einen Teil des ersten Gasstroms nach unten mitnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Herstellen eines Vakuums in der Mitte des Filamenthohlbündels benachbart der Spinndüsenfläche die Strömung des ersten Gasstroms nach innen durch das Bündel unterstützt.