EP0931026A1

EP0931026A1 - Glasfaserspinnvorrichtung

Info

Publication number: EP0931026A1
Application number: EP97942029A
Authority: EP
Inventors: Carl Breugelmans; Walther Van Raemdonck
Original assignee: Bayer Antwerpen NV
Current assignee: Bayer Antwerpen NV
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1997-09-15
Publication date: 1999-07-28
Also published as: DE19638056C2; DE19638056A1; WO1998012147A1; JP2001500466A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzspinnen von Glasfasern, insbesondere eine Spinndüse mit erhöhter Spinnleistung und einer verbesserten Standzeit.

Description

Glasfascrsninnvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Glasfaserspinnvorπchtung zum Schmelzspinnen von Glasfasern, insbesondere eine verbesserte Spinndüse mit erhöhter Spinnleistung die eine verlängerte Betriebsstandzeit aufweist

Bei der Herstellung von Glasfasern, insbesondere von Glasfasern, die für den Einsatz in glasfaserverstärkten Kunststoffen vorgesehen sind, werden die Ausgangsstoffe für das Glas in einem Ofen aufgeschmolzen, die entstandene Glasschmelze wird verschiedenen Spinnstellen zugeführt, in denen die Glasmasse durch Glas- faserdusen, sogenannte Bushings, austritt Die aus den Düsen austretenden Glasfaden werden abgezogen, abgekühlt, z B durch Luftkühlung oder Besprühen mit Wasser, und zu einem oder mehreren Faserbundeln zusammengeführt Die Faserbundel werden gegebenenfalls mit einer Praparation versehen und anschließend auf Spulen gewickelt oder einer Schneidvorrichtung zugeführt

Dieses Material dient zur weiteren Verarbeitung z B in der Produktion von glasfaserverstärkten Thermoplasten

In der Offen legungsschrift EP 229 648 AI ist eine typische Spinndüse zum Spinnen von Glasfasern wiedergegeben Die Spinndüse weist Reihen von Spitzen in einer Bodenplatten auf, die entlang einer Geraden von Endplatte zu Endplatte der Düse angeordnet sind An den Endplatten befinden sich je zwei separate Stromzufuhrungen Über die Stromzufuhrung wird durch die Spinndüse ein elektrischer Strom geleitet, der die Heizung der Glasschmelze bewirken soll Obwohl diese Geometrie gegenüber älterem Stand der Technik Vorteile hin- sichtlich der Gleichmäßigkeit der Beheizung der Glasschmelze bringen soll zeigt die Praxis der Verwendung solcher Bushings Abweichungen in der Temperaturverteilung und daraus folgend in der Gleichmäßigkeit des Glasfaserdurchmessers

In der Patentschrift JP 1 333 01 1 wird ein Herstellungsverfahren für Glasfaser- spinndusen beschrieben Bei diesem Verfahren werden die Spitzen für die Spinndüse an der Spinndüse dadurch angebracht, daß vorgefertigte konische

Spitzenelemente mit Hilfe einer Platinunterlegscheibe in vorbereitete Bohrungen der Spinndüse eingelotet werden Die Spitzen sind dabei jeweils zu Zweierreihen zusammengefaßt, die quer zur Richtung des Heizstroms durch die Bodenplatte der Spinndüse laufen Die Spinnleistung an den Spinnstellen wird u a durch die Gesamtzahl bzw Anzahl pro Flache der Dusenspitzen, im folgenden kurz als Spitzen bezeichnet, auf der Spinndüse bestimmt Die Anzahl der Spitzen auf einer Spinndüse ist aber begrenzt Die Begrenzung geht auf Unregelmäßigkeiten der Temperaturverteilung auf der Düse bei zu hoher Spitzendichte zurück Als Folge der ungleichmäßigen

T emperaturverteilung tritt verhauft ein Abbruch der Faden und Tropfen der Glasmasse ein, wodurch die Ausbeute an Glasfasern empfindlich herabgesetzt

Ein weiterer Nachteil ist die Temperaturerniedπgung in Teilen der Spinndüse beim Anspinnvorgang, wonach die Anspinnzeit unerwünscht verlängert wird

Die Spinnleistung einer Spinndüse wird auch durch die Geschwindigkeit der Weiterverarbeitung begrenzt, so z B durch die maximale Wickelgeschwindigkeit der Faserwickelmaschinen oder durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit einer angeschlossenen Schneidvorrichtung im Falle der Herstellung von Kurzglasfasern

Aufgabe der Erfindung war es, eine Glasfaserspinnvorrichtung bereitzustellen, die die genannten Nachteile nicht aufweist, eine Spinnleistung von >40 kg/h und Spinndüse bei einem Faserdurchmesser von insbesondere 8 bis 30 μm ermöglicht und eine möglichst homogene Temperaturverteilung im Bereich der Düse zeigt

Die Aufgabe wird erfmdungsgemaß gelost durch eine Spinndüse zur Herstellung von Glasfasern mit einem Schmelzraum, der durch Seitenwande Endplatten mit

Stromanschlussen und eine Bodenplatte gebildet wird, mit einer Zuleitung für die Glasschmelze und Reihen von Spitzen als Austπttsoffnung für die Glasschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei und mehr Reihen, insbesondere 3 bis 5 Reihen von Spitzen eng benachbart in Hauptreihen zusammengefaßt sind, in denen der Abstand benachbarter Spitzen bis zu 2,0 mm betragt Die Hauptreihen der

Spitzen der Spinndüse sind insbesondere parallel zu den Seltenwanden der Spinndüse ausgerichtet

Die Stromanschlusse an den Endplatten der Spinndüse sind insbesondere über je zwei Kontaktflachen mit den Endplatten verbunden und weisen auf ihrer Oberseite und/oder ihrer Unterseite zusatzliche Stromverteilerfahnen vor, die die Strom- fuhrung zu den Kontaktflachen vergleichmaßigen In einer bevorzugten Variante der erfindungsgemaßen Spinndüse ist die Bodenplatte der Spinndüse auf ihrer Oberseite mit zusätzlichen Versteifungsei ementen versehen Die Versteifungsei emente werden bevorzugt aus dem gleichen Material gefertigt wie die Bodenplatte oder die Seitenwande der Spinndüse, üblicherweise eine Platin/Rhodium-Legierung mit einem Rhodiumanteil von 10 bis 35 Gew -%

Als Versteifungsei emente können z B V-, T- oder U-formige Metallprofile verwendet werden, die auf die Bodenplatte aufgeschweißt werden und Durchbruche für die Zuleitung der Glasschmelze an die Spitzen aufweisen Bevorzugt ist eine Anordnung der Versteifungselemente entlang der Hauptreihen von Dusenspitzen Eine besonders hohe Standzeit wird bei der Verwendung von

Profilen, insbesondere V-Profilen erreicht, wenn diese mit der Bodenplatte und beiden Endplatten verschweißt sind Die Versteifungselemente können so angeordnet sein, daß sie in ihrei Breite eine oder mehrere Hauptreihen umfassen Der Einbau der Versteifungselemente bewirkt eine schnelle und homogenere Tem- peraturverteilung auf der Bodenplatte, wodurch ein homogener gleichmäßiger Fadenabzug möglich ist Durch die verbesserte Temperaturverteilung verbessert sich die Standardabweichung des Faserdurchmessers um bis zu 20 % Die Versteifung der Bodenplatte bewirkt außerdem eine Verbesserung der Langzeitstabilitat der Bodenplatte, so daß die Lebensdauer der Spinndüse signifikant erhöht wird

In einer weiteren bevorzugten Variante der erfindungsgemaßen Vorrichtung sind unterhalb der Bodenplatte zwischen den Hauptreihen der Spitzen besondere Kuhlelementc, wie z B Kuhlrohre oder Kuhlfahnen, angebracht, die zur Verbesserung des Warmeaustauschs gegebenenfalls zusätzliche Kuhlfahnen an ihrer Oberseite und/oder Unterseite aufweisen

Die Spitzen der Dusenplatte sind je nach Herstellungsverfahren zylindrisch oder kegelförmig und weisen insbesondere einen Bohrungsdurchmesser von 1 bis 2,5 mm auf Der kleinste Abstand zwischen den Spitzen innerhalb der Spitzen- hauptreihen betragt insbesondere >2,5 mm, bevorzugt von 2,5 bis 6 mm

Die Dicke der Stromanschlusse betragt bevorzugt von 2,5 bis 7 mm und wird in Abhängigkeit von der Dusenbreite gewählt

Die Abzugsgeschwindigkeit der Glasfasern betragt insbesondere etwa 600 bis 3 000 m/mm, bevorzugt von 600 bis I 500 m/mm Die Versteifungselemente haben bevorzugt eine Dicke von 0,5 bis 1 ,6 mm Die Bohrungen in den Versteifungselementen weisen Durchmesser von bevorzugt 5 bis 15 mm auf Die Kontaktflache der Stromanschlusse weisen eine Breite von 20 bis 100 mm auf und schließen eine Aussparung von bevorzugt 15 bis 30 mm zwi- sehen sich ein Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung dei erfindungsgemaßen Spinndüse zur Herstellung von Glasfasern mit einem Durchmesser von insbesondere 8 bis 30 μ, bevorzugt von 9 bis 24 μ

Weitere bevorzugte Ausfuhrungsformen der Erfindung sind den abhangigen Patentansprüchen zu entnehmen

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beispielhaft naher erläutert

In den Figuren zeigen

Fig 1 einen Querschnitt durch das Innenteil einer Spinndüse in perspektivischer Darstellung

Fig 2 den Querschnitt durch eine erfindungsgemaße Düse mit V-formigen aufgeschweißten Versteifungsflachen

Fig 3 a und b die Vorderansicht und Draufsicht eines Stromanschlusses der Spinndüse

Fig 4 die Draufsicht auf eine Spinndüse mit der Lage eines Stromanschlusses

Fig 5 die perspektivische Darstellung des Innenteils einer bekannten Spinndüse

Fig 6 Querschnitt durch eine Düse gemäß Fig 5

Beispiele

In der Bodenplatte 1 einer Spinndüse 10 sind je 3 Reihen 3 von Spitzen 2 zu Hauptreihen 9 auf der Düse zusammengefaßt Die Bohrung der Spitzen 2 der mittleren Reihe in jeder Hauptreihe 9 sind jeweils versetzt zu den symmetrischen Bohrungen der außenliegenden Reihen angebracht V-formige Versteifungsbleche

4 aus Pt Rh Legierung (90/10) sind über die Gesamtlange der Bodenplatte auf der Bodenplatte 1 aufgeschweißt und weisen über die Lange der Bodenplatte etwa 35 Bohrungen 15 auf Unterhalb der Bodenplatte sind zusätzlich zwischen den Hauptreihen Kuhlrohrchen angebracht, um die Abkühlung der sich bildenden Glasfaden unterhalb der Spinndüse zu vergleichmaßigen (siehe Fig 1) In Fig 4 ist die Anordnung der Versteifungsbleche sowie die Anordnung der Bohrungen auf der Bodenplatte 1 in der Draufsicht vereinfacht wiedergegeben, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit die Bohrungsreihen nicht durchgehend gezeichnet wurden Die Stromanschlusse 6 und 6' für die Heizung der Spinndüse ist knapp unterhalb der Mitte der Endplatten 5 bzw 5' über zwei Kontaktflachen mit einer zwischenliegenden Aussparung mit den Endplatten verbunden (siehe Fig 4 bzw Fig 3a und 3b) Mit der veränderten Anordnung der Spinnspitzen an der Spinndüse 10 wird gegenüber der einfachen aus dem Stand der Technik ableitbaren Geometrie der Spinndüse (gemäß Fig 5 bzw Fig 6) im Betrieb eine Verbesserung der Standardabweichung bei der Messung des mittleren Faserdurch- messers von etwa 20 % erreicht Die Standzeit der eingesetzten Spinndüse verlängert sich gegenüber konventionellen Spinndüsen um etwa 40 %

Claims

Patentansprüche

1 Spinndüse (10) zur Herstellung von Glasfasern mit einem Schmelzraum (1 1), der gebildet wird durch Seitenwande ( 12, 12'), Endplatten (5, 5') mit Stromanschlussen (6, 6'), eine Bodenplatte (1 ) und eine Zuleitung (13) für die Glasschmelze (17), dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei und mehr, vorzugsweise 3 bis 5 Reihen (3) von Spitzen (2) eng benachbart in Hauptreihen (9) zusammengefaßt sind, in denen der Abstand benachbarter Spitzen bis zu 2,0 mm betragt

2 Spinndüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptreihen (9) parallel zu den Seltenwanden (12) der Spinndüse (10) ausgerichtet sind

3 Spinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stromanschlusse (6, 6') über je zwei Kontaktflachen ( 14, 14') mit den Endplatten (5) bzw (5') verbunden sind und auf ihrer Ober- und/oder Unterseite mit zusätzlichen Stromverteilerfahnen (7) versehen sind

4 Spinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die

Bodenplatte (1 ) auf ihrer Oberseite mit zusätzlichen Versteifungselementen (4) versehen ist

5 Spinndüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungselemente (4) entlang der Hauptreihen (9) der Bodenplatte (1 ) ausgerichtet

6 Spinndüse gemäß den Ansprüchen 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungselemente (4) als V-, U-, T- oder Doppel-T-formige Profile ausgebildet sind, die Durchbruche (15) für den Durchgang der Glasschmelze (17) aufweisen

7 Spinndüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungselemente (4) mit der Bodenplatte (1) und den Endplatten (5, 5') verbunden

8 Spinndüse nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die

Spitzen in den Reihen (3) ganz oder abschnittsweise gleich beabstandet verteilt sind und/oder daß die Spitzen benachbarter Reihen (3) in Hauptreihen (9) in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind

Spinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese zwischen den Hauptreihen (9) der Spitzen (2) unterhalb der Bodenplatte (1) zusatzliche Kiihlel emente (8) aufweist, die gegebenenfalls zusatzliche Kϋhlfahnen (16) an ihrer Oberseite und/oder ihrer Unterseite tragen

Verwendung der Spinndüse gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 zur Herstellung von schmelzgesponnenen Fasern, insbesondere Glasfasern, mit einem Durchmesser von bevorzugt 8 bis 30 μm, besonders bevorzugt von 9 bis 24 μm