DE102018005989A1

DE102018005989A1 - Melt spinning device for extruding the finest polymer particles

Info

Publication number: DE102018005989A1
Application number: DE102018005989.9A
Authority: DE
Inventors: Günter Schütt; Thorsten Wawra
Original assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Current assignee: Oerlikon Textile GmbH and Co KG
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-01-30
Also published as: WO2020020933A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schmelzspinnvorrichtung zum Extrudieren feinster Polymerpartikel mit zumindest einer unteren Düsenplatte, die zumindest einen Durchlass für eine Düseneinrichtung aufweist. Die Düseneinrichtung umfasst eine Kapillare zum Erzeugen eines Extrudats. Der Düseneinrichtung ist ein Luftspalt zur Erzeugung eines heißen Prozessluftstroms zugeordnet, um das Extrudat in feinste Polymerpartikel zu zerteilen. Um das Bilden von Agglomeraten an der Unterseite der Düsenplatte zu verhindern, ist die unter Düsenplatte erfindungsgemäß durch ein Kühlmittel kühlbar ausgeführt.The invention relates to a melt spinning device for extruding finest polymer particles with at least one lower nozzle plate, which has at least one passage for a nozzle device. The nozzle device comprises a capillary for producing an extrudate. An air gap for generating a hot process air flow is assigned to the nozzle device in order to break the extrudate into the finest polymer particles. In order to prevent the formation of agglomerates on the underside of the nozzle plate, the lower nozzle plate is designed according to the invention to be coolable by a coolant.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmelzspinnvorrichtung zum Extrudieren feinster Polymerpartikel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a melt spinning device for extruding very fine polymer particles according to the preamble of claim 1.

Bei der Herstellung und Verarbeitung von Kunststoffen beispielsweise im 3D-Druckverfahren oder dem klassischen Rotationsgussverfahren werden zunehmend feinsten Pulverpartikel in Form von Pulver benötigt. Die Herstellung der Polymerpartikel kann dabei durch ein Vermahlen eines grobkörnigen Granulats oder durch eine direkte Granulierung in einem Extrusionsprozess erfolgen. Bisher waren derartige Mikrogranulierungen nur geeignet, um größere Polymerpartikel für die industrielle Nutzung im Bereich von oberhalb 500 µm herzustellen.The finest powder particles in the form of powder are increasingly required in the manufacture and processing of plastics, for example in the 3D printing process or the classic rotary casting process. The polymer particles can be produced by grinding a coarse-grained granulate or by direct granulation in an extrusion process. Until now, such microgranulations were only suitable for producing larger polymer particles for industrial use in the range of above 500 µm.

Nun besteht aber der Wunsch, Schmelzspinnvorrichtungen bereitzustellen, mit welchen feinste Polymerpartikel kleiner 500 µm direkt durch eine Extrusion einer Polymerschmelze herstellbar sind.However, there is now a desire to provide melt spinning devices with which the finest polymer particles smaller than 500 μm can be produced directly by extrusion of a polymer melt.

Erste Laborversuche, die beispielsweise mit einer bekannten Vorrichtung nach der US 9,321,207 B2 durchgeführt wurden, lassen erkennen, dass eine Mikrogranulierung einer Polymerschmelze durchaus möglich ist. Hierbei wird eine Polymerschmelze unter einem Überdruck durch eine Kapillare mit einer Düsenöffnung gepresst. An der Auslassseite der Düsenöffnung wird eine heiße Prozessluft unmittelbar auf das aus der Düsenöffnung austretende Extrudat gerichtet. Hierbei lässt sich eine Zerteilung des Extrudats in feine Polymerpartikel erzeugen. Aufgrund der hohen Prozesslufttemperaturen ist bei einer Mehrlochdüsenanordnung jedoch zunehmend die Bildung von Agglomeraten an der Unterseite der Schmelzspinnvorrichtung zu beobachten. Diese Agglomeratbildung behindert jedoch die Entstehung gleichmäßiger feinster Partikel beim Extrudieren.First laboratory tests, for example with a known device according to the US 9,321,207 B2 have shown that microgranulation of a polymer melt is quite possible. Here, a polymer melt is pressed under excess pressure through a capillary with a nozzle opening. On the outlet side of the nozzle opening, hot process air is directed directly at the extrudate emerging from the nozzle opening. Here, the extrudate can be broken down into fine polymer particles. Due to the high process air temperatures, however, the formation of agglomerates on the underside of the melt spinning device can increasingly be observed in a multi-hole nozzle arrangement. However, this agglomerate formation hinders the formation of uniform, fine particles during extrusion.

Aus der EP 1920825 A1 ist eine Schmelzspinnvorrichtung bekannt, bei welcher unterhalb der Schmelzspinnvorrichtung eine Umgebungsluft angesaugt wird, die eine Vorkühlung der extrudierten Polymerpartikel ausführt. Damit werden noch zusätzliche Turbulenzen auf der Unterseite der Schmelzspinnvorrichtung erzeugt, die die Bildung von Agglomeraten unterstützt.From the EP 1920825 A1 a melt spinning device is known, in which ambient air is sucked in below the melt spinning device, which performs a pre-cooling of the extruded polymer particles. This creates additional turbulence on the underside of the melt spinning device, which supports the formation of agglomerates.

Somit ist es Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung zum Extrudieren feinster Polymerpartikel für eine industrielle Nutzung derart zu verbessern, dass möglichst eine Bildung von Agglomeraten beim Extrudieren der Polymerpartikel vermieden wird.It is therefore an object of the invention to improve a generic melt spinning device for extruding the finest polymer particles for industrial use in such a way that formation of agglomerates when extruding the polymer particles is avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die untere Düsenplatte durch ein Kühlmittel kühlbar ausgeführt ist.This object is achieved in that the lower nozzle plate is designed to be coolable by a coolant.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale und Merkmalskombinationen der Unteransprüche definiert.Advantageous developments of the invention are defined by the features and combinations of features of the subclaims.

Die Erfindung hat erkannt, dass eine Agglomeratbildung dann vermieden werden kann, wenn die Temperatur der Prozessluft deutlich unterhalb einer Betriebstemperatur der Schmelzspinnvorrichtung liegt. Diese Temperaturdifferenz hat jedoch den Nachteil, dass nur größere Polymerpartikel erzeugbar sind. Um dennoch bei gleichem Niveau der Prozesslufttemperatur und der Betriebstemperatur der Schmelzspinnvorrichtung die Bildung von Agglomeraten zu verhindern, wird erfindungsgemäß eine Unterseite der Schmelzspinnvorrichtung gekühlt. So lässt sich eine Atmosphäre direkt unterhalb der Schmelzspinnvorrichtung erzeugen, die der Bildung von Agglomeraten entgegenwirkt. So wird die untere Düsenplatte durch ein Kühlmittel kühlbar ausgeführt.The invention has recognized that agglomerate formation can be avoided if the temperature of the process air is significantly below an operating temperature of the melt spinning device. However, this temperature difference has the disadvantage that only larger polymer particles can be produced. In order nevertheless to prevent the formation of agglomerates at the same level of the process air temperature and the operating temperature of the melt spinning device, an underside of the melt spinning device is cooled according to the invention. This creates an atmosphere directly below the melt spinning device that counteracts the formation of agglomerates. For example, the lower nozzle plate can be cooled by a coolant.

Als Kühlmittel haben sich hierbei insbesondere eine Kaltluft oder eine Flüssigkeit bewährt, die durch einen Kühlkanal im Inneren der Düsenplatte geführt sind. So lässt sich der Kühlkanal innerhalb der Düsenplatte durch einen Fluideinlass mit einer Kühlmittelquelle verbinden.Cold air or a liquid, which are guided through a cooling channel in the interior of the nozzle plate, have proven particularly suitable as coolants. In this way, the cooling channel within the nozzle plate can be connected to a coolant source through a fluid inlet.

Bei der Verwendung einer Flüssigkeit hat sich die Weiterbildung der Erfindung besonders bewährt, bei welcher der Kühlkanal der Düsenplatte über einen Fluidauslass mit einem Kühlfluidkreislauf verbunden ist. So kann ein regelmäßiger Austausch und ein kontinuierlicher Wärmeabtransport aus der unteren Düsenplatte realisiert werden, ohne dabei die Prozessluft und die Düseneinrichtung thermisch zu beeinflussen. Die Kühlwirkung bleibt in der Düsenplatte konzentriert und lässt sich vorteilhaft der Unterseite der Düsenplatte zuordnen.When using a liquid, the development of the invention has proven particularly useful, in which the cooling channel of the nozzle plate is connected to a cooling fluid circuit via a fluid outlet. In this way, regular exchange and continuous heat removal from the lower nozzle plate can be achieved without thermally influencing the process air and the nozzle device. The cooling effect remains concentrated in the nozzle plate and can advantageously be assigned to the underside of the nozzle plate.

Bei der Verwendung von Kühlluft hat sich die Weiterbildung der Erfindung bewährt, bei welcher der Kühlkanal der Düsenplatte mit einer Mehrzahl von Austrittsbohrungen verbunden ist und bei welcher die Austrittsbohrungen mit Austrittsöffnungen an der Unterseite der Düsenplatte verteilt angeordnet sind. Durch die austretende Kühlluft an der Unterseite der Düsenplatte lassen sich zusätzliche Turbulenzen erzeugen, die ein Anschmelzen der Polymerpartikel an der heißen Oberfläche der Düsenplatte verhindern.When using cooling air, the development of the invention has proven itself, in which the cooling duct of the nozzle plate is connected to a plurality of outlet bores and in which the outlet bores with outlet openings are arranged distributed on the underside of the nozzle plate. The emerging cooling air on the underside of the nozzle plate can generate additional turbulence, which prevents the polymer particles from melting on the hot surface of the nozzle plate.

Für die industrielle Herstellung von feinsten Polymerpartikeln werden üblicherweise Schmelzspinnvorrichtungen eingesetzt, die eine Mehrzahl von Kapillaren aufweist, um gleichzeitig eine Mehrzahl von Extrudaten zu erzeugen. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass die Kapillaren an separaten Düseneinrichtungen oder an einer gemeinsamen Düseneinrichtung ausgebildet sind. Für die Variante mit mehreren Düseneinrichtungen ist die Weiterbildung der Erfindung besonders vorteilhaft, bei welcher die untere Düsenplatte mehrere reihenförmig angeordnete Durchlässe für mehrere reihenförmige Düseneinrichtungen aufweist und bei welcher der Kühlkanal die Düsenplatte parallel zu den Durchlässen durchdringt. So lässt sich die untere Düsenplatte über die gesamte Länge gleichmäßige kühlen. Die reihenförmige Anordnung der Durchlässe ermöglicht somit gleichmäßige Abstände zu der gekühlten Unterseite der Düsenplatte.For the industrial production of the finest polymer particles, melt spinning devices are usually used, which have a plurality of capillaries in order to simultaneously produce a plurality of extrudates. There is a possibility that the capillaries on separate Nozzle devices or on a common nozzle device are formed. For the variant with a plurality of nozzle devices, the development of the invention is particularly advantageous in which the lower nozzle plate has a plurality of passages arranged in a row for a plurality of row-shaped nozzle devices and in which the cooling channel penetrates the nozzle plate parallel to the passages. This allows the lower nozzle plate to be cooled evenly over the entire length. The row-shaped arrangement of the passages thus enables uniform distances from the cooled underside of the nozzle plate.

Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die untere Düsenplatte zur Bildung des Durchlasses zweiteilig ausgebildet ist und dass die Düsenplatten sich spiegelsymmetrisch gegenüber liegen und den Durchlass für die Düseneinrichtung mit mehreren in einer Reihe angeordneten Kapillaren flankieren und bei welcher jedes der Düsenplattenteile einen von mehreren Kühlkanälen aufweist. Bei einer derartig ausgebildeten Düseneinrichtung mit mehreren in einer Reihe angeordneten Kapillaren, kann ebenfalls zu beiden Seiten des Durchlasses eine gleichmäßig gekühlte Unterseite der Düsenplatten realisiert werden.Alternatively, however, there is also the possibility that the lower nozzle plate is formed in two parts to form the passage and that the nozzle plates lie opposite one another in mirror symmetry and flank the passage for the nozzle device with a plurality of capillaries arranged in a row and in which each of the nozzle plate parts has one of a plurality of cooling channels having. In the case of a nozzle device of this type with a plurality of capillaries arranged in a row, a uniformly cooled underside of the nozzle plates can also be realized on both sides of the passage.

Damit es bei der Bildung der Polymerpartikel beim Extrudieren aus den Kapillaren keine gegenseitige Beeinflussungen der Prozessluft gibt, ist die Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, bei welcher die Kapillaren benachbarter Düseneinrichtungen oder benachbarter Kapillaren der Düseneinrichtung einen Mittenabstand von mindestens 4 mm vorzugsweise mindestens 6 mm aufweisen. Damit wird eine gegenseitige Beeinflussung beim Zerteilen des Extrudats durch die Prozessluft vermieden.So that there is no mutual interference of the process air when the polymer particles are formed during extrusion from the capillaries, the further development of the invention is provided in which the capillaries of adjacent nozzle devices or adjacent capillaries of the nozzle device have a center distance of at least 4 mm, preferably at least 6 mm. This prevents mutual interference when the extrudate is divided by the process air.

Der Luftspalt der Düseneinrichtung kann dabei vorteilhaft radial umlaufend zur Kapillare oder spiegelsymmetrisch gegenüberliegend zur Kapillare ausgebildet sein. Bei einem radial umlaufenden Luftspalt lässt sich die Prozessluft radial umspülend auf das Extrudat richten, sodass eine allseitige Beaufschlagung des Extrudats eintritt. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Prozessluft von zwei Längsseiten auf das Extrudat zu richten.The air gap of the nozzle device can advantageously be formed radially circumferentially to the capillary or mirror-symmetrically opposite to the capillary. In the case of a radially circumferential air gap, the process air can be directed radially around the extrudate so that the extrudate is acted upon from all sides. Alternatively, however, it is also possible to direct the process air onto the extrudate from two long sides.

Zur Erzeugung der Prozessluftströmung ist die erfindungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung derart ausgeführt, dass der Luftspalt der Düseneinrichtung sich durch gegenüberliegende Kanalwände begrenzt, die gegenüber einer Mittelachse der Kapillare jeweils einen Strömungswinkel im Bereich von 30° bis 45° bilden. Hierbei besteht die Möglichkeit, einen zylindrischen oder konvergenten Luftspalt zu bilden. Die Spaltöffnung liegt dabei im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm. Bei einer konvergenten Anordnung der Kanalwände lässt sich eine zusätzliche Beschleunigung der Prozessluft erzielen.To generate the process air flow, the melt spinning device according to the invention is designed in such a way that the air gap of the nozzle device is limited by opposite channel walls which each form a flow angle in the range from 30 ° to 45 ° with respect to a central axis of the capillary. It is possible to form a cylindrical or convergent air gap. The gap opening is in the range of 0.5 mm to 3 mm. With a convergent arrangement of the duct walls, an additional acceleration of the process air can be achieved.

Die erfindungsgemäße Schmelzspinnvorrichtung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. The melt spinning device according to the invention is explained in more detail below on the basis of a few exemplary embodiments with reference to the attached figures.

Es stellen dar

1.1 und 1.2 schematisch mehrere Schnittansichten eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung zum Extrudieren feinster Polymerpartikel.
2.1, 2.2 und 2.3 schematisch mehrere Schnittansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung zum Extrudieren feinster Polymerpartikel.
3 schematisch ein vergrößerter Ausschnitt einer Düseneinrichtung der vorgenannten Ausführungsbeispiele nach 1.1 und 2.1

It represent

1 .1 and 1.2 schematically several sectional views of a first embodiment of the melt spinning device according to the invention for extruding the finest polymer particles.
2 .1, 2.2 and 2.3 schematically several sectional views of a further embodiment of the melt spinning device according to the invention for extruding the finest polymer particles.
3 schematically an enlarged section of a nozzle device of the aforementioned embodiments 1 .1 and 2.1

In der 1.1 ist schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung zum Extrudieren feinster Polymerpartikel in einer Querschnittsansicht dargestellt. Hierbei zeigt die 1.1 nur die wesentlichen Bauteile der Schmelzspinnvorrichtung, die zum Extrudieren und Erzeugen der Polymerpartikel wesentlich sind.In the 1 .1 schematically shows a first embodiment of the melt spinning device according to the invention for extruding the finest polymer particles in a cross-sectional view. Here shows the 1 .1 only the essential components of the melt spinning device, which are essential for the extrusion and production of the polymer particles.

Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung ist durch eine Einlassplatte 1, eine Verteilerplatte 2 und eine untere Düsenplatte 3 gebildet. Die Platten 1,2 und 3 sind üblicherweise in einem beheizten Gehäuse gehalten, das hier nicht näher dargestellt ist. Die Einlassplatte 1, die Verteilerplatte 2 und die Düsenplatte 3 sind druckdicht miteinander verbunden.The embodiment of the melt spinning device according to the invention is through an inlet plate 1 , a distribution plate 2 and a lower nozzle plate 3 educated. The plates 1, 2 and 3 are usually held in a heated housing, which is not shown here. The inlet plate 1 who have favourited Manifold Plate 2 and the nozzle plate 3 are connected to each other in a pressure-tight manner.

Die obere Einlassplatte 1 weist einen Schmelzeeinlass 5 auf, durch welchen eine Polymerschmelze unter Druck eingeleitet wird. Der Schmelzeeinlass 5 ist mit einer inneren Verteilkammer 6 verbunden. Die Verteilkammer 6 erstreckt sich zwischen der Einlassplatte 1 und der Verteilplatte 2.The top inlet plate 1 has a melt inlet 5 through which a polymer melt is introduced under pressure. The melt inlet 5 is with an inner distribution chamber 6 connected. The distribution chamber 6 extends between the inlet plate 1 and the distribution plate 2 ,

Die Verteilplatte 2 weist mehrere durchgehende Verteilöffnungen 7 auf. An der Unterseite der Verteilplatte 2 sind mehrere Düseneinrichtungen 4 gehalten. Die Düseneinrichtungen 4 sind hierzu mit einem oberen Ende in den Verteilöffnungen 6 gehalten. Die Verbindung zwischen den Düseneinrichtungen 4 und den Verteilöffnungen 7 kann hierbei durch eine Pressverbindung oder eine Schraubverbindung ausgeführt sein.The distribution plate 2 has several continuous distribution openings 7 on. At the bottom of the distribution plate 2 are several nozzle devices 4 held. The nozzle devices 4 are for this purpose with an upper end in the distribution openings 6 held. The connection between the nozzle devices 4 and the distribution openings 7 can be carried out by a press connection or a screw connection.

An dieser Stelle sei ausdrücklich vermerkt, dass die Anzahl der Düseneinrichtungen 4 und die Anzahl der Verteilöffnungen 7 beispielhaft ist. Grundsätzlich weisen derartige Schmelzspinnvorrichtungen eine größere Anzahl von Düseneinrichtungen auf.At this point it should be expressly noted that the number of nozzle devices 4 and the number of distribution openings 7 is exemplary. Basically, such melt spinning devices have a larger number of nozzle devices.

Die Düseneinrichtungen 4 sind auskragend an der Verteilplatte 2 gehalten und ragen mit einem freien Düsenende jeweils in eine Düsenaufnahmeöffnung 11 der unteren Düsenplatte 3 hinein. Jede der Düsenaufnahmeöffnungen 11 bildet an einer Unterseite 15 jeweils einen Durchlass 22 an der Düsenplatte 3.The nozzle devices 4 are cantilevered on the distribution plate 2 held and with a free nozzle end each protrude into a nozzle receiving opening 11 the lower nozzle plate 3 into it. Each of the nozzle receiving openings 11 forms on a bottom 15 one passage each 22 on the nozzle plate 3 ,

Die Düsenplatte 3 weist unmittelbar unterhalb der Verteilplatte 2 eine Prozessluftkammer 13 auf, die von den Düseneinrichtungen 4 durchdrungen ist. Die Prozessluftkammer 13 erstreckt sich zwischen einer Unterseite der Verteilplatte 2 und den Düsenaufnahmeöffnungen 11 in der Düsenplatte 3 und lässt sich über einen Prozessluftkanal 14 in der Einlassplatte 1 und der Verteilplatte 2 mit einer Prozessluftquelle verbinden. Die Düsenaufnahmeöffnungen 11 weisen einen Öffnungsquerschnitt auf, der größer ist als die hineinragenden Düseneinrichtungen 4. So bildet sich über den Außenumfang der Düseneinrichtung 4 jeweils ein Prozessluftzufuhrkanal 25. Zum Durchlass 22 an der Unterseite 15 der Düsenplatte 3 hin ist die Düsenaufnahmeöffnung 11 derart ausgeführt, dass sich am freien Ende der Düseneinrichtung 4 ein umlaufender Luftspalt 12 einstellt, durch welchen die Prozessluft dem Durchlass 22 zuführbar ist.The nozzle plate 3 points immediately below the distribution plate 2 a process air chamber 13 on that from the nozzle facilities 4 is permeated. The process air chamber 13 extends between an underside of the distribution plate 2 and the nozzle receiving openings 11 in the nozzle plate 3 and can be via a process air duct 14 in the inlet plate 1 and the distribution plate 2 connect to a process air source. The nozzle receiving openings 11 have an opening cross-section that is larger than the protruding nozzle devices 4 , This forms over the outer circumference of the nozzle device 4 one process air supply duct each 25 , For passage 22 on the bottom 15 the nozzle plate 3 is the nozzle receiving opening 11 executed such that at the free end of the nozzle device 4 a circumferential air gap 12 sets the process air through which the passage 22 is feedable.

Die Düseneinrichtungen 4 sind identisch ausgeführten und weisen im oberen Bereich einen Schmelzkanal 8 auf, der jeweils in die Verteilöffnung 7 mündet und darüber mit der Verteilkammer 6 verbunden ist. Am gegenüberliegenden Ende des Schmelzkanals 8 ist eine Kapillare 9 ausgebildet, die die Düseneinrichtung 4 bis zu einer Unterseite durchdringt und eine Düsenöffnung 10 bildet. Die Kapillare 9 ist mit einem mittleren Innendurchmesser im Bereich von 0,15 mm bis 1,5 mm ausgeführt. Die Größe des mittleren Innendurchmessers der Kapillare 9 richtet sich hierbei nach der jeweils zu erzeugenden Partikelgröße der Polymerpartikel. Die Länge der Kapillare 9 wird dabei in Abhängigkeit von dem mittleren Innendurchmesser der Kapillare 9 gewählt. Die Länge der Kapillare 9 liegt im Bereich von 0,8fachen bis zu dem 15-fachen des mittleren Durchmessers der Kapillare.The nozzle devices 4 are identical and have a melting channel in the upper area 8th on, each in the distribution opening 7 flows into the distribution chamber 6 connected is. At the opposite end of the melting channel 8th is a capillary 9 trained the nozzle device 4 penetrates to a bottom and a nozzle opening 10 forms. The capillary 9 is designed with an average inside diameter in the range of 0.15 mm to 1.5 mm. The size of the mean inner diameter of the capillary 9 depends on the particle size of the polymer particles to be generated. The length of the capillary 9 becomes dependent on the average inside diameter of the capillary 9 selected. The length of the capillary 9 is in the range from 0.8 times to 15 times the mean diameter of the capillary.

Am freien Ende der Düseneinrichtung 4 ist der Luftspalt 12 gebildet. Hierzu ist an der Düseneinrichtung 4 eine obere Kanalwand und an der Düsenaufnahmeöffnung 11 der Düsenplatte 3 eine untere Kanalwand gebildet, die den Luftspalt 12 begrenzen und in den Prozesszuluftkanal 25 mündet.At the free end of the nozzle device 4 is the air gap 12 educated. This is at the nozzle device 4 an upper channel wall and at the nozzle receiving opening 11 the nozzle plate 3 a lower duct wall formed the air gap 12 limit and into the process supply air duct 25 empties.

Die den Düseneinrichtungen 4 zugeordneten Durchlässe 22 an der Unterseite 15 der unteren Düsenplatte 3 sind reihenförmig angeordnet.The the nozzle devices 4 assigned passages 22 on the bottom 15 the lower nozzle plate 3 are arranged in rows.

Um das Anhaften und Bilden von Agglomeraten an der Unterseite 15 der Düsenplatte 3 zu verhindern, ist die Düsenplatte 3 durch ein Kühlmittel kühlbar ausgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Düsenplatte 3 zwei Kühlkanäle 16 auf, die seitlich von den Durchlässen 22 im inneren der Düsenplatte 3 angeordnet sind. Zur weiteren Erläuterung der unteren Düsenplatte 3 wird zusätzlich Bezug zu der 1.2 genommen.For the adherence and formation of agglomerates on the underside 15 the nozzle plate 3 to prevent is the nozzle plate 3 executed coolable by a coolant. In this embodiment, the nozzle plate has 3 two cooling channels 16 on the side of the culverts 22 inside the nozzle plate 3 are arranged. For further explanation of the lower nozzle plate 3 becomes additional reference to the 1 .2 taken.

In der 1.2 ist ein Längsschnitt des Ausführungsbeispiels in 1.1 an der Schnittlinie A-A dargestellt. Hieraus ist zu erkennen, dass der Kühlkanal 16 die Düsenplatte 3 in Längsrichtung parallel zu den Düseneinrichtungen 4 komplett durchdringt und an einer Seite mit einem Fluideinlass 17 und auf der gegenüberliegenden Seite mit einem Fluidauslass 18 verbunden ist. Der Fluideinlass 17 und der Fluidauslass 18 an der unteren Düsenplatte 3 sind mit einem Kühlfluidkreislauf 19 verbunden. Der Kühlfluidkreislauf 19 weist einen Wärmetauscher 26 auf, durch welchen das über den Fluideinlass 17 in den Kühlkanal 16 eingelassene Kühlfluid auf eine vorbestimmte Temperatur gehalten wird. Als Kühlfluid sind Flüssigkeiten oder Gase geeignet.In the 1 .2 is a longitudinal section of the embodiment in 1 .1 shown on the section line AA. From this it can be seen that the cooling channel 16 the nozzle plate 3 in the longitudinal direction parallel to the nozzle devices 4 completely penetrated and on one side with a fluid inlet 17 and on the opposite side with a fluid outlet 18 connected is. The fluid inlet 17 and the fluid outlet 18 on the lower nozzle plate 3 are with a cooling fluid circuit 19 connected. The cooling fluid circuit 19 has a heat exchanger 26 through which that is via the fluid inlet 17 in the cooling channel 16 admitted cooling fluid is maintained at a predetermined temperature. Liquids or gases are suitable as the cooling fluid.

Im Betrieb lässt sich so die Unterseite 15 der Düsenplatte 3 abkühlen. So hat sich gezeigt, dass bei einer Betriebstemperatur der Schmelzspinnvorrichtung von 240° C eine Abkühlung der Unterseite der Düsenplatte 3 auf eine Temperatur von ca. 190° C die Bildung der Agglomerate vermieden werden konnte.The bottom can be used during operation 15 the nozzle plate 3 cooling down. It has been shown that, at an operating temperature of the melt spinning device of 240 ° C., the underside of the nozzle plate cools down 3 at a temperature of approx. 190 ° C the formation of the agglomerates could be avoided.

Wie aus der Darstellung in 1.1 hervorgeht, sind die Düseneinrichtungen 4 mit einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet, so dass sich zwischen den Düsenöffnungen 10 und den konzentrisch dazu ausgebildeten Durchlässen 22 an der Unterseite der Düsenplatte 3 ein vorbestimmter Abstand einstellt. In der 1.1 ist der Abstand zwischen benachbarten Düseneinrichtungen 4 mit dem Kleinbuchstaben b gekennzeichnet. Der Abstand b bildet dabei einen Mittenabstand der benachbarten Kapillare 9 der Düseneinrichtungen 4. Um eine gegenseitige Beeinflussung aufgrund der Prozessluftströmung bei der Bildung der Polymerpartikel zu vermeiden, muss ein Mindestmaß an Mittenabstand zwischen benachbarten Kapillaren eingehalten werden. Hierbei ist unter Berücksichtigung der Größenordnung des Luftspaltes 12 der Mittenabstand mindestens 4 vorzugsweise 6 mm ausgeführt.As shown in 1 .1 shows the nozzle devices 4 arranged at a predetermined distance from each other, so that between the nozzle openings 10 and the concentrically formed passages 22 at the bottom of the nozzle plate 3 sets a predetermined distance. In the 1 .1 is the distance between adjacent nozzle devices 4 marked with the lowercase letter b. The distance b forms a center distance of the adjacent capillary 9 of the nozzle devices 4 , In order to avoid mutual interference due to the process air flow during the formation of the polymer particles, a minimum amount of center distance between adjacent capillaries must be observed. Here is taking into account the magnitude of the air gap 12 the center distance is at least 4, preferably 6 mm.

Bei dem in 1.1 dargestellten Ausführungsbeispiel umschließt der Luftspalt 12 den gesamten Umfang der Düseneinrichtung 4, sodass das Extrudat bei Austritt aus der Kapillare 9 komplett von der Prozessluftströmung umspült ist. Somit wirkt die Prozessluftströmung über den gesamten Umfang des Extrudats gleichmäßige ein.At the in 1 .1 illustrated embodiment encloses the air gap 12 the entire circumference of the nozzle device 4 so that the extrudate exits the capillary 9 is completely surrounded by the process air flow. The process air flow thus acts uniformly over the entire circumference of the extrudate.

Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Polymerpartikel mit einer Prozessluftführung zu erhalten, die aus parallel gegenüberliegenden Luftspalten erzeugt wird. Hierzu ist in den 2.1 bis 2.3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schmelzspinnvorrichtung zum Extrudieren feiner Polymerpartikel in mehreren Ansichten dargestellt. Das Ausführungsbeispiel ist in 2.1 und 2.3 in einer Längsschnittansicht und in 2.2 in einer Querschnittsansicht schematisch gezeigt. Auch hierbei sind nur die zum Extrudieren der Polymerschmelze wesentlichen Bauteile dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung gilt für alle Figuren soweit kein ausführlicher Bezug zu einer der Figuren gemacht ist. In principle, however, there is also the possibility of obtaining the polymer particles with a process air flow which is generated from air gaps located opposite one another. For this is in the 2 .1 to 2.3 another embodiment of a melt spinning device according to the invention for extruding fine polymer particles shown in several views. The embodiment is in 2 .1 and 2.3 in a longitudinal sectional view and in 2 .2 shown schematically in a cross-sectional view. Here, too, only the components essential for extruding the polymer melt are shown. The following description applies to all figures unless a detailed reference is made to one of the figures.

Bei dem in 2.1 bis 2.3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls auf die Darstellung eines Gehäuses verzichtet und nur die wesentlichen Bauteile zur Extrusion und Erzeugung der Polymerpartikel gezeigt.At the in 2 .1 to 2.3 illustrated embodiment is also dispensed with the illustration of a housing and only the essential components for extrusion and production of the polymer particles are shown.

So weist das Ausführungsbeispiel eine Einlassplatte 1, eine Verteilplatte 2 und eine zweiteilige Düsenplatte 3.1 und 3.2 auf. Die Verteilplatte 2 weist an einer Unterseite eine konisch aufragende Düseneinrichtung 4 auf, die eine Mehrzahl von Kapillaren 9 enthält. Die Kapillare 9 sind in einer Reihe angeordnet und bilden am freien Ende der Düseneinrichtung 4 jeweils eine Düseneröffnung 10. Jedem der Kapillare 9 ist in der Verteilplatte 2 ein Schmelzkanal 8 zugeordnet, der mit einer oberhalb der Verteilplatte 2 ausgebildeten Verteilkammer 6 verbunden sind. Die Verteilkammer 6 erstreckt sich zwischen der Einlassplatte 1 und der Verteilplatte 2. An Oberseite der Einlassplatte 1 ist ein Schmelzeinlass 5 vorgesehen.So the embodiment has an inlet plate 1 , a distribution plate 2 and a two-piece nozzle plate 3.1 and 3.2 on. The distribution plate 2 has a conically projecting nozzle device on an underside 4 on that have a plurality of capillaries 9 contains. The capillary 9 are arranged in a row and form at the free end of the nozzle device 4 one nozzle opening each 10 , Each of the capillaries 9 is in the distribution plate 2 a melting channel 8th associated with one above the distribution plate 2 trained distribution chamber 6 are connected. The distribution chamber 6 extends between the inlet plate 1 and the distribution plate 2 , At the top of the inlet plate 1 is a melt inlet 5 intended.

Unterhalb der Verteilplatte 2 sind die beiden Düsenplattenteile 3.1 und 3.2 der Düsenplatte spiegelsymmetrisch gegenüberliegend angeordnet und bilden mit dem freien Ende der Düseneinrichtung 4 gemeinsam zwei sich spiegelbildlich gegenüberliegende Luftspalte 12.1 und 12.2. Die zu beiden Längsseiten der Düseneinrichtung 4 ausgebildeten Luftspalte 12.1 und 12.2 erstrecken sich über die Längsseite der Düsenplattenteile 3.1 und 3.2 derart, dass ein jeder durch die Kapillare 9 gebildete Düsenöffnung 10 eine Prozessluft beidseitige zuführbar ist. Die Luftspalte 12.1 und 12.2 sind durch einen Durchlass 22 begrenzt, der sich zwischen den Düsenplattenteilen 3.1 und 3.2 erstreckt.Below the distribution plate 2 are the two nozzle plate parts 3.1 and 3.2 the nozzle plate arranged mirror-symmetrically opposite and form with the free end of the nozzle device 4 together two mirror-inverted air gaps 12.1 and 12.2 , That on both long sides of the nozzle device 4 trained air gaps 12.1 and 12.2 extend over the long side of the nozzle plate parts 3.1 and 3.2 such that everyone through the capillary 9 formed nozzle opening 10 a process air can be supplied from both sides. The air gap 12.1 and 12.2 are through a culvert 22 limited, which is between the nozzle plate parts 3.1 and 3.2 extends.

Wie insbesondere aus der 2.2 hervorgeht, wird die Prozessluft zu beiden Längsseiten durch die Prozessluftkanäle 14.1 und 14.2 zugeführt. Die Prozessluftkanäle 14.1 und 14.2 durchdringen die Einlassplatte 1 und treffen in eine Prozessluftkammer 13.1 beziehungsweise 13.2. Die Luftkammern 13.1 und 13.2 sind zwischen der Verteilerplatte 2 und den Düsenplatten 3.1 und 3.2 ausgebildet. Von den Prozessluftkammern 13.1 und 13.2 wird die Prozessluft den Luftspalten 12.1 und 12.2 zugeführt.As especially from the 2 .2 shows, the process air is on both long sides through the process air channels 14.1 and 14.2 fed. The process air ducts 14.1 and 14.2 penetrate the inlet plate 1 and hit into a process air chamber 13.1 respectively 13.2 , The air chambers 13.1 and 13.2 are between the distributor plate 2 and the nozzle plates 3.1 and 3.2 educated. From the process air chambers 13.1 and 13.2 the process air becomes the air gaps 12.1 and 12.2 fed.

Die geometrischen Parameter der Kapillare 9 sowie der Luftspalte 12.1 und 12.2 sind hierbei identisch zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel, so dass hierzu an dieser Stelle keine weitere Erläuterung erfolgt und ansonsten Bezug zu den vorgenannten Beschreibungen genommen wird.The geometrical parameters of the capillary 9 as well as the air gap 12.1 and 12.2 are identical to the aforementioned exemplary embodiment, so that no further explanation is given here and otherwise reference is made to the aforementioned descriptions.

Wie aus den Darstellungen der 2.1 und 2.3 hervorgeht, sind die unteren Düsenplattenteile 3.1 und 3.2 jeweils kühlbar ausgeführt. In jedem der Düsenplatteneile 3.1 und 3.2 ist ein Kühlkanal 16.1 und 16.2 eingebracht, der an einem Ende geschlossen ausgebildet ist. So geht insbesondere aus der 2.3 hervor, dass der Kühlkanal 16.1 sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Düsenplatte bzw. des Düsenplattenteils 3.1 erstreckt. Dem Kühlkanal 16.1 sind mehrere Austrittsbohrungen 20 zugeordnet, die an der Unterseite 15 des Düsenplattenteils 3.1 jeweils eine Austrittsöffnung 21 bilden. Die Austrittsöffnungen 21 sind über die Länge des Düsenplattenteils 3.1 gleichmäßig verteilt angeordnet.As from the representations of the 2 .1 and 2.3 are the lower nozzle plate parts 3.1 and 3.2 each coolable. In each of the nozzle plate parts 3.1 and 3.2 is a cooling channel 16.1 and 16.2 introduced, which is formed closed at one end. So goes in particular from the 2 .3 shows that the cooling channel 16.1 essentially over the entire length of the nozzle plate or the nozzle plate part 3.1 extends. The cooling channel 16.1 are several exit holes 20 assigned to the bottom 15 of the nozzle plate part 3.1 one outlet each 21 form. The outlet openings 21 are along the length of the nozzle plate part 3.1 evenly distributed.

Der Kühlkanal 16.1 ist über einen Fluideinlass 17 mit einer Kühlmittelquelle 23 verbunden. Die Kühlmittelquelle 23 könnte in diesem Ausführungsbeispiel beispielsweise ein Gebläse sein, um eine Kühlluft in den Kühlkanal 16.1 zu fördern. Im Betrieb wird so über die Austrittsöffnungen 21 an der Unterseite 15 ein gleichmäßiger Kühlstrom erzeugt, der zum einen die Unterseite der Düsenplatte 3 kühlt und darüber hinaus durch Luftturbulenzen ein Anhaften von Polymerpartikeln an der Unterseite 15 der Düsenplatte 3 verhindert.The cooling channel 16.1 is through a fluid inlet 17 with a coolant source 23 connected. The coolant source 23 In this exemplary embodiment, for example, a blower could be used to introduce cooling air into the cooling duct 16.1 to promote. In operation, this is via the outlet openings 21 on the bottom 15 generates a uniform cooling flow, which on the one hand is the underside of the nozzle plate 3 cools and also adheres to the underside of polymer particles due to air turbulence 15 the nozzle plate 3 prevented.

Das Düsenplattenteil 3.2 ist identisch ausgeführt, sodass parallel zu der Düseneinrichtung 4 an jeder Unterseite jeweils ein Kühlluftstrom erzeugt wird.The nozzle plate part 3.2 is identical, so that parallel to the nozzle device 4 A cooling air flow is generated on each underside.

Unabhängig davon, ob die heiße Prozessluft an der Düseneinrichtung 4 ummantelnd oder beidseitig einwirkt, ist ein Strömungswinkel im Bereich von 30° bis 45° einzuhalten, um die heiße Prozessluft auch auf die extrudierte Schmelze zu leiten. Wie aus der Darstellung in 3 hervorgeht, wird dabei bevorzugt eine konvergente Form des Luftspaltes gewählt. Der Luftspalt 12 weist an seiner engsten Stelle eine Spalthöhe auf, die in 3 mit dem Buchstaben s gekennzeichnet ist. Die Spalthöhe s liegt in einem Bereich von 0,5 mm bis 3 mm. Hierbei kann der Luftspalt 12 sich gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1.1 für den gesamten Umfang der Düseneinrichtung oder gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2.1 zu beiden Seiten der Düseneinrichtung erstrecken. Die Kanalwand 24.1, die durch das Ende der Düseneinrichtung 4 gebildet ist, und die Kanalwand 24.2, die durch die Düsenplatte 3 gebildet ist, bestimmen im Wesentlichen Maße die Prozessluftströmung. Die Prozessluft ist hierbei auf eine Temperatur im Bereich von 180° C bis 200° C erwärmt. Demgegenüber lässt sich die Unterseite 15 der Düsenplatte 3 auf eine geringere Temperatur hin abkühlen, die im Bereich von 20° bis 60° unterhalb der Betriebstemperatur der Schmelzspinnvorrichtung liegen kann.Regardless of whether the hot process air at the nozzle device 4 encasing or acting on both sides, a flow angle in the range of 30 ° to 45 ° must be maintained in order to direct the hot process air onto the extruded melt. As shown in 3 a convergent shape of the air gap is preferably selected. The air gap 12 has a gap height at its narrowest point, which in 3 is marked with the letter s. The gap height s is in a range from 0.5 mm to 3 mm. Here, the air gap 12 according to the embodiment 1 .1 for the entire scope of the nozzle device or according to the embodiment 2 .1 extend to both sides of the nozzle device. The canal wall 24.1 through the end of the nozzle device 4 is formed, and the channel wall 24.2 through the nozzle plate 3 essentially determine the process air flow. The process air is heated to a temperature in the range of 180 ° C to 200 ° C. In contrast, the bottom 15 the nozzle plate 3 Cool to a lower temperature, which can be in the range of 20 ° to 60 ° below the operating temperature of the melt spinning device.

An dieser Stelle sei ausdrücklich erwähnt, dass die dargestellten und beschriebenen Kühlmittel beispielhaft sind. So könnte die Unterseite der Düsenplatte auch durch mehrere Kühlrippen oder durch eine Heatpipe-Einrichtung gekühlt werden. Ebenso ist keine der Kühlmittel auf eine bestimmte Ausführung der Schmelzspinnvorrichtung beschränkt. So könnte die Ausführung nach 1.1 durch eine Kühlmittelausführung gemäß 2.3 gekühlt werden.
Wesentlich ist eine Temperaturminderung an der Unterseite der unteren Düsenplatte der Schmelzspinnvorrichtung.At this point it should be expressly mentioned that the coolants shown and described are examples. The underside of the nozzle plate could also be cooled by several cooling fins or by a heat pipe device. Likewise, none of the coolants is restricted to a specific design of the melt spinning device. So could the execution after 1 .1 through a coolant design according to 2 .3 cooled.
What is essential is a temperature reduction on the underside of the lower nozzle plate of the melt spinning device.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 9321207 B2 [0004]
EP 1920825 A1 [0005]

Claims

Melt spinning device for extruding the finest polymer particles with at least one lower nozzle plate (3) which has at least one passage (22) for a nozzle device (4), the nozzle device (4) having at least one capillary (9) for producing an extrudate and one of the capillaries ( 9) associated air gap (12) for generating a hot process air flow, characterized in that the lower nozzle plate (3) is designed to be coolable by a coolant.

Melt spinning device after Claim 1 , characterized in that the coolant is formed by cold air or by a liquid and that the lower nozzle plate (3) has at least one cooling channel (16) which is connected to a fluid inlet (17) and which penetrates the nozzle plate (3).

Melt spinning device after Claim 2 , characterized in that the cooling channel (16) of the nozzle plate (3) is connected to a cooling fluid circuit (19) via a fluid outlet (18).

Melt spinning device after Claim 2 , characterized in that the cooling channel (16) of the nozzle plate (3) is connected to a plurality of outlet bores (20) and that the outlet bores (20) with outlet openings (21) are arranged distributed on the underside (15).

Melt spinning device according to one of the Claims 2 to 4 , characterized in that the lower nozzle plate (3) has a plurality of passages (22) arranged in a row for a plurality of row-shaped nozzle devices (4) and that the cooling channel (16) penetrates the nozzle plate (3) parallel to the passages (22).

Melt spinning device according to one of the Claims 2 to 4 , characterized in that the under nozzle plate (3) is formed in two parts to form the passage, that the nozzle plate parts (3.1, 3.2) are mirror-symmetrically opposite one another and the passage (22) for the nozzle device (4) with several capillaries () arranged in a row 9) and that each of the nozzle plate parts (3.1, 3.2) has one of several cooling channels (16.1, 16.2).

Melt spinning device after Claim 5 or 6 , characterized in that the capillary (9) of adjacent nozzle devices (4) or adjacent capillary (9) of the nozzle device (4) have a center distance of at least 4 mm, preferably at least 6 mm.

Device according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the air gap (12) of the nozzle device (4) is formed radially circumferentially to the capillary (9) or mirror-symmetrically opposite to the capillary (9).

Device after Claim 8 , characterized in that the air gap (12) of the nozzle device (4) has a gap opening (s) in the range from 0.5 mm to 3 mm and that the air gap (12) through opposite channel walls (24.1, 24.2) on the nozzle plate ( 3) and the nozzle device (4), which each form a flow angle in the range from 30 ° to 45 ° with a central axis of the capillary (9).