Feine Fäden, auch Mikrofäden genannt, meistens aller- dings Mikrofasern endlicher Länge, werden nach einem Heißluft-Blasspinnverfahren, sog. Meltblown- Verfahren, seit vielen Jahren hergestellt, und es gibt heute unterschiedliche Vorrichtungen hierfür.

Gleich ist allen, daß neben einer Reihe von Schmelze- bohrungen-auch mehrere Reihen parallel zueinander sind bekannt geworden-Heißluft austritt, die die Fäden verzieht. Durch Vermischung mit der kälteren Umgebungsluft kommt es zur Abkühlung und Erstarrung dieser Fäden bzw. endlich langen Fasern, denn oft, meistens zwar unerwünscht, reißen die Fäden. Der

Nachteil dieser Meltblown-Verfahren ist der hohe Energieaufwand zur Erwärmung der mit hoher Geschwin- digkeit strömenden Heißluft, ein begrenzter Durchsatz durch die einzelnen Spinnbohrungen (auch wenn diese im Laufe der Zeit zunehmend dichter gesetzt wurden bis zu einem Abstand von unter 0,6 mm bei 0,25 mm im Lochdurchmesser), daß es bei Fadendurchmessern unter 3um zu Abrissen kommt, was zu Perlen und abstehenden Fasern im späteren textilen Verbund führt, und daß die Polymere durch die zur Erzeugung feiner Fäden notwendige hohe Lufttemperatur deutlich über der Schmelzetemperatur thermisch geschädigt werden. Die Spinndüsen, von denen eine große Anzahl vorgeschlagen und auch geschützt worden sind, sind aufwendige Spritzwerkzeuge, die in hoher Präzision gefertigt werden müssen. Sie sind teuer, betrieblich anfällig und in der Reinigung aufwendig.

Derartige Meltblown-Verfahren sind auch für die Bil- dung von endlich langen Fasern aus Lyocellmassen be- kannt geworden, d. h. aus einem Lösungsmittel, mei- stens NMMO (N-Methylmorpholin-N-oxid), gelöster Cel- lulose ersponnen, z. B. W098/26122, W098/07911, W099/47733.

In der französischen Patentschrift 2 735 794 wird ein Verfahren beschrieben, in dem eine cellulosische Mas- se aus einer oder mehreren Spinnbohrungen durch Zer- platzen (éclatement) in einzelne Partikel aufgespal- ten wird und diese durch die Gasströmung zu endlich langen Fasern verzogen werden. Der Vorgang der Faser- bildung geschieht bei turbulenten Strömungsverhält- nissen.

Ein vorherrschendes Problem beim Erspinnen von Lyocellfäden aus Lösungsmassen ist die Spinnsicher-

heit. Ungelöste Teilchen oder ungleich mit Cellulose angereicherte Massen führen zu Fadenabrissen, weswe- gen besondere Sorgfalt auf die Vermeidung dieser bei- den bestimmenden Parameter gelegt werden muß. Das führt zu besonderen Ausführungen der Vorrichtungen.

Anforderungen an die Umgebungsbedingungen und ein in engen Grenzen durchzuführendes, somit empfindliches Spinnverfahren.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, verbesserte. Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von feinen Fäden aus Lösungen von Polyme- ren zu schaffen, die im Wesentlichen endlos sind, nicht durch sie ausziehende Gasströme thermisch ge- schädigt werden, einen geringen Energieaufwand benö- tigen und durch ein in seinem Aufbau einfaches Spinn- werkzeug hergestellt werden können.

In dem deutschen Patent DE 199 29 709 C2 wird ein Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, wonach im Wesentlichen endlose Fäden aus Polymerschmelzen her- gestellt werden. Die schmelzflüssigen Polymerfäden treten aus Spinnbohrungen, die in einer oder mehreren parallelen Reihen oder Ringen angeordnet werden, in eine mit Gas, in der Regel mit Luft gefüllte, von der Umgebung getrennte Kammer bestimmten Druckes ein und gelangen in ein Gebiet rascher Beschleunigung dieses Gases am Austritt aus der Kammer, wobei dieser als Lavaldüse ausgeführt ist.

Die auf dem Wege dorthin auf den jeweiligen Faden durch Schubspannung übertragenen Kräfte nehmen zu, sein Durchmesser verringert sich stark und der Druck in seinem noch flüssigen Inneren steigt umgekehrt proportional zu seinem Radius durch die Wirkung der Oberflächenspannung entsprechend stark an. Durch die

Beschleunigung des Gases sinkt in strömungsmechani- scher Gesetzmäßigkeit dessen Druck. Dabei sind die Bedingungen der Temperatur der Spinnmasse, der Gasströmung und seiner raschen Beschleunigung so auf- einander abgestimmt, daß der Faden vor seiner Erstar- rung einen hydrostatischen Druck in seinem Inneren erreicht, der größer ist als der umgebende Gasdruck, so daß der Faden platzt und sich in eine Vielzahl feiner Fäden nebeneinander aufteilt. Durch einen Spalt unten in der Kammer verlassen Fäden und Luft diese. Das Aufplatzen geschieht im oder nach dem Spalt und unter sonst unveränderten Bedingungen über- raschend stabil ortsfest an einem bestimmten Punkt.

Im Bereich der starken Beschleunigung verlaufen Gas- und Fadenströmung parallel, wobei die Strömungsgrenz- schicht um die Fäden laminar ist. Es gelingt eine fortgesetzte Aufspleißung des ursprünglichen Faden- monofils ohne Perlenbildung und Abrisse. Aus einem Monofil entsteht ein Multifil sehr viel feinerer Fä- den unter Verwendung einer Gasströmung von Umgebung- stemperatur oder etwas darüber liegender Temperatur.

Die Fäden können nach dem Aufspleißpunkt weiter ver- zogen werden bis sie erstarrt sind. Dieses geschieht wegen der plötzlich geschaffenen größeren Fadenfläche sehr rasch. Die Fäden sind endlos. Es kann in unter- geordnetem Maße durch technische Störeinflüsse zu endlich langen Fäden kommen, weit überwiegend sind aber die endlosen feinen Einzelfilamente.

Die verwendeten Spinnmassen in der DE 199 29 709 sind schmelzbare Polymere. Diese gibt es synthetischen oder natürlichen Ursprungs. Unter den auf natürlichen Rohstoffen basierenden Fasern sind besonders die des nachwachsenden Rohstoffes Cellulose von Interesse.

Es hat sich gezeigt, daß man diese Verfahren der Spleißfäden auch auf Lyocell-Spinnmassen anwenden kann, indem Cellulose in N-Methylmorpholin-N-oxid und Wasser gelöst und durch Spinnbohrungen zu Fäden aus- gepreßt wird. Auch andere Lösungsmittel können be- nutzt werden, wobei aber NMMO sich als das bisher ge- eignetste erwiesen hat. Die als Lösung vorliegende Spinnmasse wird, wie oben beschrieben, ausgesponnen und die Fäden durchlaufen den durch die Lavaldüse vorgegebenen, Luftspalt, in dem sie zu dünneren Durch- messern verzogen werden, und gelangen anschließend in ein Wasserbad, in dem die Cellulose zum Faden koagu- liert und das Lösungsmittel in das Wasserbad gelangt, welches wegen der ständigen Anreicherung erneuert und das Lösungsmitel zurückgenommen wird.

Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die begleitende Gas-, in der Regel Luftströ- mung die flüssigen Lösungsmassenfäden kurz nach ihrem Austritt aus der Spinnbohrung begleiten und durch Schubspannung verziehen. Dadurch erhalten sie eine Orientierung und eine Abkühlung, was beides zu zuneh- mender Festigkeit und Verringerung der so schädlichen Abrisse, sogar bis zu ihrer vollkommenen Verhinderung führt. Durch die Vermischung der Gasströmung mit der umgebenden Atmosphäre, meistens auch Luft, verzögert sich zwar die Gasströmung und die Fäden unterliegen nicht mehr der anfänglichen Spannung durch die höhere Geschwindigkeit derselben, bleiben aber endlos und werden selbst bei Abrissen durch die Luftströmung fortgetragen. Noch sind es die Fäden der anfänglichen Lösungsmasse, wenn man nicht bereits durch Einblasung von z. B. Dampf oder Wasser mit dem Ausfällen der Cel- lulose beginnt. Diese Fäden können auf einem Siebband abgelegt und von der begleitenden Gasströmung, wie bei Spinnvliesverfahren bekannt, abgetrennt werden,

wobei das Gas (Luft) das Siebband durchtritt und un- terhalb desselben abgesaugt wird und die Fäden zum Vlies abgelegt nunmehr erst dem Fällbad zugeführt werden. Eine sonst beim Spinnen von Lyocellfäden sehr genaue Einhaltung beginnend mit feinen Kapillardurch- messern für die Spinnbohrung, sich anschließendem Luftspalt und seiner Temperatur und Erneuerung sowie die Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Schmelze möglichst frei von ungelösten Teilen, die nur in we- nigen ppm zugelassen werden, entfällt durch die zwangsweise Führung der Fäden durch die ausziehende Luftströmung. Der Fadenbildungs-und Ablegeraum ist gut zugänglich, weil Abstände von durchaus 1 und 2 m zwischen Düsenaustritt und Auffangband verwirklichbar sind.

Statt die Fäden aus der Lösungsmasse zu einem Vlies abzulegen und sie anschließend in ein Fällbad zu bringen, kann man in gleicher Weise nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren Fäden ausspinnen und trennt sie von der begleitenden Gasströmung, indem man diese seitlich absaugt in Vorrichtung ähnlich wie im Deut- schen Patent 42 36 514 vorgesehen. Die einzelnen Fä- den oder auch mehrere als Garne werden dann zur Koa- gulation der Cellulose Fälleinrichtungen zugeführt und auf Spulen aufgewickelt.

Im Gegensatz zur Herstellung von Feinstfäden aus syn- thetischen Polymeren wie Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyester und anderen ist das Aufspleißen des Lösungsmassenstrahles zur Erzeugung feiner und feinster Fäden nur bedingt erforderlich. Wie zuvor bemerkt, entstehen nach Entfernung des Lösungsmittels durch Koagulation entsprechend des eingesetzten Cel- lulosegehalts in der Lösungsmasse bereits bei gut 10%, also der bei Spinnverfahren für Lyocellfäden

durchaus üblichen Konzentration, Fäden im Bereich von unter 10 um im Durchmesser ohne Aufspleißen, und es zeigte sich, daß nur im untergeordneten Maße, auch wegen dem besonderen, von synthetischen Polymeren sich sehr unterscheidenden Viskositätsverhalten der NMMO-Cellulose-Lösungen das Spleißen zu mehreren Fä- den nebeneinander nur in untergeordnetem Maße und bei tieferen Cellulosegehalten der Spinnmasse möglich ist. Während bei den synthetischen Polymeren eine Temperaturerhöhung ausreicht, damit durch die Wirkung der Oberflächenspannung durch die Erhöhung des Innen- drucks im Faden dieser zerplatzt und in einzelne Fä- den aufspleißt, kommt man bei Lyocell rasch an die Schädigung dieser empfindlichen Massen bei Temperatu- ren deutlich über 100°C und es mangelt den Fäden spä- ter an Festigkeit und sonstigen gewünschten Eigen- schaften.

Dagegen hat sich gezeigt, daß andere natürliche Poly- mere entsprechend dem Verfahren nach DE 199 29 709 und dem hier vorliegenden zu im Wesentlichen endlose Fäden verarbeitet werden können. Sie verhalten sich wie die synthetischen Polymere hinsichtlich des Auf- spleißens oder mehr wie die cellulosischen Massen für Lyocellfäden je nach Typ.

Ein anderes zu Fäden verspinnbares Polymer auf natür- licher Basis ist Polylactid PLA (Polymilchsäure), welches auf der Basis von Stärke, z. B. Getreide-oder Maisstärke, aber auch aus Molke oder Zucker gewonnen wird. Werkstoffe aus PLA haben die besondere Eigen- schaft, daß sie biologisch abbaubar sind, wobei das Abbauen, d. h. das Zerfallen in CO2 und H20 auch für bestimmte zeitliche Dauer eingestellt werden kann, und daß sie körperfreundlich sind. Auch hier gelingt es mit dem Spleißspinnverfahren sehr feine Fäden her-

zustellen, wie sie sonst nur mit den Nachteilen des Melt-blown-Verfahrens-große Luftmengen müssen auf mindestens Schmelzetemperatur erhöht werden, wobei die Polymere meistens geschädigt werden-gewonnen werden können.

Ein weiteres Ziel ist die Steigerung der Wirtschaft- lichkeit in der Herstellung der Fäden durch höheren Spinnmassenurchsatz und geringeren spezifischen Luft- und damit Energieverbrauch. Es hat sich gezeigt, daß fadenbildende Kunststofflösungen natürlichen oder synthetischen Ursprungs sehr unterschiedlicher Art nicht nur zu Fäden verformt werden können, indem sie aus runden oder profilierten Einzelöffnungen ausge- preßt und anschließend Gas-bzw. Luftströmungen ver- zogen werden, sondern daß man Spleißfäden in ganz ähnlicher Weise wie die aus Einzelöffnungen erzeugten Monofile aus Filmen herstellen kann. Dazu wird die Spinnmasse aus einer langgestreckten schlitzförmigen Düse, wie oben erwähnt, in eine von der Umgebung ge- trennte Kammer bestimmten Drucks, der Gas, z. B. Luft, zugeführt wird, ausgepreßt, wobei der Film in ein Ge- biet rascher Beschleunigung des Gases am Austritt aus der Kammer in einen Längsspalt gelangt. Unterhalb der Beschleunigungszone, d. h. in der Entspannungszone spleißt der Film auf und es ergeben sich dann Hauf- werke von im Wesentlichen endlosen Fäden, allerdings im Gegensatz zu den aus Monofilen gespleißten, solche von sehr unterschiedlichem Durchmesser und knötchen- förmigen Verdickungen. Diese entstehen im noch schmelzflüssigen Zustand der Spinnstoffe und können in gewissen Grenzen durch die Hauptverfahrensparame- ter Schmelzetemperatur, Schmelzedurchsatz und auszie- hende Gase-meistens Luftströme-in gewissen Gren- zen eingestellt werden. Einzelfäden, die sich dann auch aufwickeln lassen, können so durch das Spleißen

von Filmen nicht hergestellt werden, wohl aber Vlie- se. Diese Spinnvliese aus regellos abgelegten Einzel- fäden unterschiedlichen Fadendurchmessern können Vor- teile haben und gleichen eher Naturstoffen, bei denen auch ein größeres Spektrum unterschiedlicher, sie zu- sammensetzender einzelner Elemente, hier also Fasern und Fäden, vorkommt wie bei Leder und Holz, deren un- terschiedliche Einzelfasern ihre besonderen und meist vorteilhaften Eigenschaften ausmachen.

Bei beiden Vorgängen, Aufspleißen eines Monofils oder eines Filmes, ist die Temperatur der Spinnmasse von größtem Einfluß, weil sie Viskosität und damit Faden- bildungsvermögen und Oberflächenspannung und damit Druckbildung im Monofil und im Film bestimmen. Eine zu frühe Abkühlung des Fadens ist deshalb nicht er- wünscht, im Gegenteil kann eine Erhöhung der Tempera- tur kurz nach dem Austritt aus der Spinnöffnung von Vorteil sein. Der Mechanismus des Aufspleißens ist beim Monofil und beim Film ähnlich, aber nicht gleich. Bei Monofilen kommt es zum Aufplatzen, wenn der Druck im Inneren größer ist als der in der umge- benden Gasströmung. Das geschieht beim Spleißspinn- verfahren dadurch, daß der Fadendurchmesser neben dem im Allgemeinen geringen Einfluß der Schwerkraft durch eine begleitende Gasströmung abnimmt, wobei diese sich ständig beschleunigt und nach den strömungstech- nischen Gesetzen der Druck im Gas abnimmt. Durch die Oberflächenspannung wird der Druck im flüssigen Mono- fil größer. Es kommt zum Aufspleißen in Einzelfäden durch Zerplatzen des Monofils, wenn die Flüssigkeits- haut den Faden nicht mehr zusammenhalten kann. Beim Ausspinnen von Filmen entstehen über die Filmbreite hinweg unterschiedliche Drücke, und zwar sind sie an den Rändern durch die Oberflächenspannung wegen der Krümmung dort höher. Solche Filme sind grundsätzlich

instabil, selbst wenn die Gasströmung erfindungsgemäß möglichst lange laminar gehalten wird. Es kommt zu Einfurchungen, Riefenbildungen über die Filmbreite hinweg und zu Durchbrüchen mit Bildung von faden- oder bandförmigen Einzelteilen, auch Ligamente ge- nannt.

Das Gebiet der starken Beschleunigung und Druckabsen- kung in der Gasströmung wird nach der Erfindung in Form einer rotationssymmetrischen oder langgestreck- ten Lavaldüse mit konvergenter Kontur zu einem eng- sten Querschnitt hin und dann rascher Erweiterung realisiert, letzteres schon damit die nebeneinander laufenden neu gebildeten Einzelfäden nicht an den Wänden anhaften können. Im engsten Querschnitt kann bei entsprechender Wahl des Druckes in der Kammer (bei Luft etwa doppelt so hoch wie der Umgebungsdruck dahinter) Schallgeschwindigkeit und im erweiterten Teil der Lavaldüse Überschallgeschwindigkeit herr- schen.

Für die Herstellung von Fadenvliesen (Spinnvliesen) werden Spinndüsen mit in Zeilen angeordneten Spinn- bohrungen und in Rechteck-bzw. mit Schlitzform und Lavaldüsen mit Rechteckquerschnitt eingesetzt. Für die Herstellung von Garnen und für besondere Arten der Vliesstoffherstellung können auch Runddüsen mit einer oder mehreren Spinnbohrungen und rotationssym- metrische Lavaldüsen eingesetzt werden.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß auf einfache und sparsame Weise Feinstfäden im Bereich unter 10 um, beispielsweise zwischen 2 und 5 um, erzeugt werden können, was beim reinen Verziehen etwa durch das Meltblown-Verfahren nur mit heißen, über den Schmelzpunkt erhitzten Gas (Luft)-strahlen zu

Wege gebracht wird und damit erheblich mehr Energie bedarf. Außerdem werden die Fäden in ihrer molekula- ren Struktur nicht durch Übertemperaturen geschädigt, was zu verringerter Festigkeit führen würde, wodurch sie sich aus einem textilen Verband dann oft heraus- reiben lassen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Fäden endlos oder quasi endlos sind und aus einem textilen Verband wie einem Vlies nicht herausstehen und sich als Fusseln herauslösen lassen. Die Vorrich- tung zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfah- rens ist einfach. Die Spinnbohrungen der Spinndüse ebenso wie die Schlitzdüse können größer und damit weniger störanfällig sein, der Lavaldüsenquerschnitt benötigt in seiner Genauigkeit nicht die engen Tole- ranzen der seitlichen Luftschlitze des Meltblown- Verfahrens. Bei einem bestimmten Polymer braucht man nur die Lösungstemperatur und den Druck in der Kammer aufeinander abzustimmen und bei gegebenem Durchsatz pro Spinnbohrung und der geometrischen Lage der Spinndüse zur Lavaldüse kommt es zum Aufspleißen. Bei Lyocell verdünnt sich der Lösungsfaden zu dem ge- wünschten Durchmesser, das Aufspleißen tritt nur spo- radisch auf.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist es, den Lösungs- kegel, rund als Monofil oder keilförmig als Film, vor dem Aufspleißen möglichst wenig abzukühlen und dar- über hinaus ihn auf höhere Temperatur zu erwärmen.

Dazu sind gegenüber der Gasströmung abgeschirmte Hei- zungen zu beiden Seiten der Austrittsöffnungen-Boh- rungsreihe oder Schlitz-angebracht. Diese Heizungen führen Wärme zum einen im Bereich der Austrittsöff- nung an die Spinnmasse von außen heran und geben ihr dort, wo sie eine höhere Geschwindigkeit und damit höheren Wärmeübergang gestattet, eine Temperaturerhö- hung, zum anderen sind die Heizungen von der Art, daß

sie durch Strahlung Wärme an den kegel-oder keilför- migen Teil der sich verformenden Spinnmasse übertra- gen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich- nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be- schreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer Vorrichtung zur Herstellung von Fäden nach der Erfindung, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung nach einem Ausfüh- rungsbeispiel mit Zeilendüse und Spinnbohrun- gen zur Herstellung von Lyocell-Vliesen aus Mikrofäden, Fig. 3 ein Foto einer mikroskopischen Aufnahme von PP-Spleißfäden, hergestellt nach Beispiel 3 durch Aufplatzen eines Schmelzefilms, und Fig. 4 ein Foto von PP-Spleißfäden unter Bedingungen entsprechend Fig. 3, hergestellt durch Auf- spleißen von Monofilen.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch den unteren Teil ei- ner Spinndüse 1 und eine zugeordnete Lavaldüse darge- stellt, wobei dieser Schnitt sowohl für eine rota- tinssymmetrische Spinndüse, die einen Faden oder ein Monofil ausspinnt, und eine rotationssymmetrische La- valdüse, als auch für eine schlitz-oder rechteckför- mige Spinndüse, die einen Film ausspinnt, und ent- sprechend rechteckförmiger Lavaldüse gilt. Es kann auch eine Spinndüse mit mehreren in Reihe angeordne- ten Spinnbohrungen mit entsprechender langgestreckter

Lavaldüse vorgesehen sein. Unterhalb der Spinndüse 1 befindet sich eine Platte 11,11'mit einem Spalt 12', der von der Spinndüse aus gesehen konvergent und dann leicht divergent ausgebildet ist und sich am un- teren Rand der Platte 11,11'stark erweitert, wo- durch die Lavaldüse gebildet wird. Die Spinndüse bzw. die Spinnbohrungen der Spinndüsen enden kurz über der Lavaldüse oder in der oberen Ebene der Platte 11, 11', gegebenenfalls kann die Spinndüse 1 auch leicht in die Öffnung 12 hineinragen.

Zwischen Spinndüse 1 und Platte 11,11'liegt ein ab- geschlossener Raum, dem entsprechend den Pfeilen 6, 6'beispielsweise von einem Kompressor Gas zugeführt wird. Das Gas, das Luft sein kann, hat üblicherweise Umgebungstemperatur, kann aber auch aufgrund der Kom- pressionswärme von dem Kompressor eine etwas höhere Temperatur, beispielsweise 70° bis 80° aufweisen. Die Spinndüse 1 ist von einer Isolieranordnung 8,8'um- geben, die zur Abschirmung der auf Spinntemperatur geheizten Spinndüse gegen Wärmeverluste dient, wobei vorteilhaft auch ein Luftspalt 9 zwischen Spinndüse 1 und Isolieranordnung 8,8'vorgesehen ist. Die Spinn- düse 1 weist eine Austrittsöffnung 4 auf, in deren Bereich eine Heizung 10,10'angebracht ist, die im Ausführungsbeispiel als Flachheizband ausgebildet ist und die in vorteilhafter Weise gegen die Isolier- anordnung 8,8'zur Vermeidung von Wärmeverlusten durch Teile 13 und 13'isoliert ist. Der Raum unter- halb der Platte 11,11'weist üblicherweise Umge- bungsdruck, d. h. Atmosphärendruck auf, während das Gas im Raum zwischen Spinndüse 1 und Platte 11,11' unter einem erhöhten Druck steht. Bei direkt an- schließender Weiterverarbeitung zu Vlies, Garnen oder anderen Fadenstrukturen kann der Raum unterhalb der Platte 11,11'einen gegenüber Umgebungsdruck etwas

erhöhten Druck haben, beispielsweise um einige Milli- bar, der für die Weiterverarbeitung, wie Vlieslegung oder anderen Fadensammelvorrichtungen benötigt wird.

Eine Polymerlösung 2, also z.B. Lyocell, strömt längs des eingezeichneten Pfeils 3 der Ausströmöffnung 4 der Düse 1 entgegen. Es bildet sich ein Faden 5 oder ein Film, der sich in seinem weiteren Verlauf auf- grund der Gasströmung, die längs der eingezeichneten Pfeile 6,6'seitlich von oben her kommend zwischen der Kontur der Flächen der Platte 11,11'und der Au- ßenflächen 7,7'der Isolieranordnung 8,8'verläuft, im Durchmesser bzw. in der Breite verringert. Die Heizung 10,10'beheizt von außen die Kapillare der Austrittsöffnung 4 und kann mit ihrem unteren Teil durch entsprechende Verlängerung im Wesentlichen durch Strahlung die an ihr vorbeifließende Spinnmasse aufheizen. Der Faden 5 bzw. der Film gelangt in die durch die Teile 11,11'der Platte gebildete Ein- schnürung 12'des Strömungsquerschnittes für die Gasströmung 6,6'nach Art der Lavaldüse mit dem eng- sten Querschnitt bei 12. Bis dahin nimmt die Strö- mungsgeschwindigkeit des Gases ständig zu und in dem engsten Querschnitt 12 kann Schallgeschwindigkeit herrschen, wenn das kritische Druckverhältnis etwa im Ruhezustand des Gases pi in der Kammer oberhalb der Platte 11,11'zum Druck in der engsten Stelle pe überschritten wird. Durch die Erweiterung der Laval- düse zum Raum mit dem Druck P2 unterhalb der Platte 11,11'hin können bei überkritischen Druckverhält- nissen auch Überschallgeschwindigkeiten entstehen. Im Allgemeinen erweitert sich die Lavaldüse sehr stark gleich nach dem engsten Querschnitt 12 oder kurz da- nach, um ein Anhaften der Fäden durch die in diesem Bereich beginnende Aufspleißung kurz unterhalb der Lavaldüse an der Platte 11,11'zu vermeiden.

Im dargestellten Beispiel platzt der Faden 5 oder spleißt auf, wenn der Fadenmantel den Lösungsfaden gegen den mit der Fadeneinschnürung gewachsenen In- nendruck nicht mehr zusammenhalten kann. Das Monofil teilt sich dann in einzelne Fäden auf, die sich auf- grund der Temperaturdifferenz zwischen Lösung und kaltem Gas bzw. Luft und der plötzlich stark ange-, wachsenen Oberfläche der Einzelfäden, bezogen auf die Fadenmasse, rasch abkühlen. Es ist somit eine be- stimmte Anzahl von sehr feinen, im Wesentlichen end- losen Einzelfäden entstanden. Bei einer Lyocelllösung tritt das Phänomen des Aufspleißens häufig nicht oder nur hier und da auf, d. h. in Fig. 1 würde der sich ausspinnende Faden fortsetzen. Der Faden wird durch die laminare Gasströmung stetig wachsender Geschwin- digkeit verzogen, so daß es schlußendlich zu feinen Fäden wegen des um oder unter 10% liegenden Cellulo- seanteils kommt.

Auch der Lösungsfilm reißt kurz unterhalb der Laval- düse auf, wobei die Druckverhältnisse im Film vor dem Aufspleißen unterschiedlich über die Breite hinweg sind und der Film instabil wird. Kurz vor dem Auf- spleißen kommt es zu Einfurchungen und Riefen über die Filmbreite und dann zu Durchbrüchen von Fäden mit kleinen, aber größeren Durchmessern.

Aus der Natur derartiger Aufplatzvorgänge folgt, daß die Zahl der entstehenden Fäden nach dem Aufspleiß- punkt, der noch in der Lavaldüse oder beispielsweise 5 bis 25 mm unter der engsten Stelle der Lavaldüse liegen kann, nicht gleichbleibend sein kann. Wegen der kurzen Wegstrecke, die Faden bzw. Film und Gas miteinander bis zum Aufspleißpunkt bzw. bis zum end- gültigen Verzug des Fadens zurücklegen, ist die Strö-

mungsgrenzschicht um den Faden laminar. Auch wird die Luft von den Zuleitungen her möglichst laminar an das Gebiet der Aufspleißung herangeführt. Das hat den Vorteil der geringeren Strömungsverluste, aber auch einen zeitlichen gleichmäßigeren Verlauf des Auf- spleißens. Die beschleunigte Strömung, wie sie in dem Querschnitt der Lavaldüse vorliegt, bleibt laminar und kann sich sogar laminarisieren, wenn vorher eine gewisse Turbulenz vorherrschte.

Fig. 2 zeigt die perspektivische Ansicht einer Anlage für das erfindungsgemäße Verfahren, bei der eine Lyocellmasse 130 einer Vorrichtung 30 zugeführt wird und daraus ein Vlies 20 gewonnen wird. Die Vorrich- tung 30 zur Herstellung von im Wesentlichen endlosen Fäden entspricht der Anordnung nach Fig. 1, wobei mehrere Spinndüsen bzw. Spinnbohrungen entsprechend Fig. 1 in Reihe angeordnet sind und die Lavaldüse langgestreckt bzw. in Rechteckform ausgebildet ist.

Aus den einzelnen Spinnbohrungen treten Fadenmonofile aus, verjüngen sich durch die Schubkräfte der Gasströmung und spleißen gegebenenfalls, bei Lyocell jedoch weniger, im unteren Teil des Spaltes der nicht dargestellten Lavaldüse oder etwas darunter zu mehre- ren Fäden auf. Bei Lyocell werden im Wesentlichen Einzelfäden ausgesponnen.

Die sie begleitende Luftströmung führt sie einem Auf- fangband 50 entgegen, wo die Fäden noch im Trockenen abgelegt werden. Das ist bei dem vorliegenden Verfah- ren möglich und hat große Vorteile gegenüber Lyocell- verfahren, in denen die Fäden gleich nach einem kur- zen Luftspalt von wenigen cm in das Fällbad, meist aus Wasser, eingeführt werden. Unterhalb der Ablage- strecke im Trockenen befindet sich eine Absaugung, dargestellt durch den Kasten 60 wie bei Spinnvlies-

verfahren üblich, so daß die begleitende Luft durch nicht gezeigte Absaugeinrichtungen abgeführt wird. Um eine Einführung unterhalb des Spiegels des Fällbades 70, ohne daß sich die Fäden vom Siebband ablösen, durchzuführen, kann hier auch Fällbadflüssigkeit, überwiegend Wasser, an dieser Stelle durch das Sieb- band durchgesaugt werden, im einzelnen nicht gezeigt, oder es ist eine Walze 89 mit oder ohne Berührung der Wasseroberfläche vorhanden, die das Vlies in das Fällbad 70 drückt. Während das Auffangband 50 zurück- geführt wird, läuft das Vlies 20 zu seiner weiteren Bearbeitung beispielsweise durch Kalandrieren, Trock- nen und Weiterem wie Wasserstrahlverfestigung.

Die Luft kann zum Teil bereits vorher längs der Pfei- le 120,120'abgeführt werden, dabei weisen die Kä- sten 110,110'den Fäden zugekehrte, nicht gezeigte luftdurchlässige Flächen auf.

Derartige Absaugungen seitlich zur Fadenschar können in besonderer Weise Anwendung finden, wenn die Fäden nicht zu einem Vlies, sondern zu einem Endlosgarn verarbeitet werden sollen, was auf Rollen gewickelt oder Stapelfasern zerschnitten werden soll, jeweils nachdem vorher Lösungsmittel und Cellulosemasse durch Koagulation voneinander getrennt worden sind.

Es ist eine besondere Eigenart des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die Fäden nach ihrem Austritt aus den Spinnbohrungen und gegebenenfalls nach ihrem Spleißen Schubspannungen durch die im Wesentlichen parallel zu ihnen verlaufende Gas-, meist Luftströmung erfahren.

Damit unterscheidet es sich von den sonst zum Spinnen aufgebrachten Kräften durch Wickel-oder sonstwie ge- artete Abzugsvorrichtungen. Die Spinnlösung aus den Spinnbohrungen hält nur geringe Zugkräfte aus und es

ist mit Verfahren nach dem Stand der Technik deshalb nicht möglich, sehr feine Fäden zu erzeugen, denn nur im Luftspalt zwischen Düsenaustritt und Koagulations- bad läßt sich die Spinnmasse zu einem Faden geringe- ren Durchmessers ausziehen, danach nicht mehr. Nach dem vorliegenden Verfahren sind die zur Verformung nötigen Kräfte Schubspannungskräfte (neben der sehr geringen Wirkung der Schwerkraft), die den Faden nicht als Zugkräfte über den Fadenquerschnitt bean- spruchen, wodurch ein Abreißen kaum vorkommt.

Die Koagulation des gelösten Fadenpolymers, hier Cel- lulose für Lyocellfäden, in einem Lösungsmittel, hier NMMO, kann bereits zwischen Spinnvorrichtung 30 und Ablagefläche 51 eingeleitet wird, indem Wassernebel oder Dampf gegen die Fadenschar seitlich eingeblasen werden, also dort etwa, wo die zuvor beschriebenen Absaugkästen für Luft 110,110'angebracht sind und somit genau in umgekehrter Weise zur abgeführten Luft nun feuchte Luft oder Dampf in die Fadenschar einge- bracht werden. Das bewirkt, daß die Fäden an ihrem Äußeren bereits vor der Anlage im Celluloseanteil an- gereichert sind und eine Bindung untereinander nicht so stark ist, als wenn sie ohne dergleichen zu einem Vlies abgelegt werden. Das Vlies wird dann in ein Fällbad eingeführt, wobei es anschließend nur noch durch Preßwalzen oder zwischen einer Trommel, auch beheizt, und dem Siebband zu einer Selbstbindung kommt. Denn die erzeugten Lyocellfäden sind weich und haften bereits aneinander, wenn man sie unter nur ge- ringem Druck miteinander verbindet. Diese autogene Verbindung ist ein weiterer besonderer Vorteil bei der Herstellung von Vliesen aus Lyocellfäden. Ist die Koagulation bereits eingeleitet, so ist die Bindung nicht so stark und man erhält weichere Vliese mit textilem Griff gegenüber den vorher nicht besprühten,

nur durch das Fällbad gezogenen Vliesen, die kompak- ter sind und einen härteren, papierenen Griff haben.

Es versteht sich, daß sich nach dem in Fig. 2 gezeig- ten Trog noch weitere Stufen der Koagulation bzw.

Auswaschung des Lösungsmittels anschließen können.

Hierzu können auch Siebtrommelwaschmaschinen einge- setzt werden, wie sie in der Textilindustrie genutzt werden, wobei das Vlies die Siebtrommel in einem be- stimmten Umfangssegment umschlingt und das Wasser durch das Vlies und den perforierten Trommelmantel axial entzogen und dem Bad bzw. der Trennung von Was- ser und Lössungsmittel, beispielsweise NMMO, wieder zugeführt werden. Anschließend muß das Vlies getrock- net werden, wozu Siebtrommeltrockner benutzt werden können. Da hier im Allgemeinen ein starkes Schrumpfen der Lyocellfäden auftritt, kann das Vlies zwischen einer von Warmluft durchströmten Saugtrommel und ei- nem diese umschlingendes mit gleicher Geschwindigkeit bewegten Siebband geführt werden.

Beispiel 1 Über eine Schneckenpresse (Extruder) wurde eine Lö- sung von 13% Cellulose in einer wässrigen NMMO-Lösung von 75% und 12% Wasser einer Spinnvorrichtung aus ei- ner Spinndüse mit einem Loch und einer runden Laval- düse zugeführt, wobei die einzelne Spinnbohrung einen Durchmesser von 0,5 mm hatte. Im industriellen Maß- stab wird die Lösung hergestellt und direkt über sie fördernde Pumpen dosierend der Spinnvorrichtung zuge- führt. Die Temperatur der Lyocell-Spinnmasse am Ex- truderaustritt betrug 94°C. Am unteren Teil der koni- schen Düsenspitze war eine elektrische Wider- standsheizung angebracht, zu deren Beheizung mit ei- ner Leistung zwischen 50 und 300 W. Die Fadenauszie-

hung geschah durch Luft mit Raumtemperatur von etwa 22°C, der Druck, gemessen vor der Beschleunigung in der Lavaldüse, wurde zwischen 0,05 und 3 bar über At- mosphärendruck eingestellt. Der Austritt der Lyocell- masse aus der Düsenspitze wurde nur etwas variiert und lag 1 bis 2 mm oberhalb der Ebene, wo die Laval- düse sich einschnürt, bei weiteren Einstellungen ge- nau in dieser Ebene oder auch 1 bis 2 mm darunter, also weiter stromab. Die Lavaldüse hatte eine Weite im engsten Querschnitt von 4 mm und eine Gesamtlänge, gemessen von der Ebene, wo ihre Einschnürung beginnt, bis zur starken Erweiterung kurz nach dem engsten Querschnitt, von 10 mm.

Tabelle 1 zeigt die Einstellungen 1-11. Man erkennt den besonderen Einfluß der Heizung 10 der Düsenspit- ze, wodurch die Spinnmasse kurz vor ihrem Austritt aus der Spinnbohrung eine erhöhte Temperatur erhielt, und zwar deutlich über ihre ursprüngliche Temperatur von 94°C hinaus. Nur zum Teil waren die Fäden ge- spleißt, bei einzelnen Einstellungen, insbesondere mit geringerem Luftdruck und niedrigerer Temperatur im Wesentlichen nicht. Davon überzeugt man sich, in- dem man die Fadengeschwindigkeit, errechnet aus dem gemessenen Durchsatz der Spinnmasse und dem mittleren Endfadendurchmesser, korrigiert um die Durchmesser- verringerung durch die Lösungsmittelentfernung mit der höchsten auftretenden Luftgeschwindigkeit, d. h. der im Lavaldüsenspalt (wenn keine Überschallge- schwindigkeit danach auftritt) vergleicht. Ist diese höher, so können die Fäden gespleißt sein-je mehr sich die Geschwindigkeiten unterscheiden. Ist sie kleiner als diese rechnerische mittlere Fadenge- schwindigkeit, so sind sie in der Mehrheit nicht ge- spleißt, sind beide etwa gleich groß, so sind einige gespleißt, einige nicht, denn alles gilt jeweils im

Mittel. Die Beobachtung ist allgemein, daß Lyocellfä- den weniger zum Spleißen neigen wie eingangs im Ver- gleich zu den synthetischen Polymeren wie Polypropy- len bereits bemerkt.

Selbst bei großen Durchsätzen pro Spinnbohrung über 4 g/min konnten Fäden um und unter 10 um erzeugt wer- den. Ein höherer Luftdruck pl führt in gewissen Gren- zen zu feineren Fäden bis die Düsenspitze durch ver- stärkte Wärmeabgabe an den Luftstrom sich stärker ab- kühlte und auch das Spleißen schwieriger vonstatten ging. Man kann den Einfluß der erhöhten Luftgeschwin- digkeit durch erhöhten Luftdruck vor der Lavaldüse teilweise ausgleichen durch erhöhte Temperatur an der Düsenspitze. Hinzu kommt eine Einflußnahme durch die Stellung der Düsenspitze zur Lavaldüse. Auch hierbei sind die beiden Haupteinflußgrößen Temperatur der Spinnmasse und Scherwirkung der Luftströmung für das Spleißen maßgebend.

Tabelle 1 Nr. Mo pi Ph duo cl g/min mbar W pm % 1 3,4 80 79 26,2 26 2 3, 4 150 97 24,9 20 3 3, 4 150 116 19,0 24 4 3,4 150 130 13,2 29 5 3,4 200 130 12,0 17 6 3,4 100 130 10,1 64 7 11,1 400 370 24,4 47 8 6,65 1000 370 13,4 38 9 3,68 1500 276 11,1 36 10 2,33 1500 280 8,3 33 11 4,57 3000 208 9,1 54

Beispiel 2 In einer Vorrichtung wie der in Beispiel 1 wurde eine Lösung von 8% Cellulose in 78% NMMO und restlichem Wasser von 14% aus Spinnbohrungen mit einem Durchmes- ser von 0,6 mm versponnen. Die Temperatur der Lösung am Extruderaustritt betrug 115°C und im Verteilungs- raum der Lösung zu insgesamt zwanzig Spinnbohrungen 114°C. Die Heizleistung der Heizung beiderseits der Düsenspitze betrug 450 W. Der Durchsatz pro Spinnboh- rung betrug 3,6 g/min.

Es ergaben sich folgende Fadendurchmesser der im We-

sentlichen endlosen Lyocellfäden in Abhängigkeit vom Druck der unaufgewärmten Luft : Tabelle 2 Nr. P1 d50 dEn dmax CV ULI Umso mbar um pm um % m/s m/s 5 160 8,5 2,8 21,1 59 156 67 7 200 8,0 3,7 14, 7 39 173 78 9 250 9,7 2,7 16,3 39 192 52 11 300 9,2 5,1 18,4 43 209 61 Trotz wachsendem Luftdruck pi, gemessen vor der La- valdüse, werden die Fäden ab pi=200 mbar wieder dik- ker, was auf eine raschere Abkühlung durch die höhere Luftströmung zurückzuführen ist.

Aufgeführt sind auch die Geschwindigkeit der Luft im engsten Querschnitt der Lavaldüse use und die Ge- schwindigkeit UF5o, die ein Lyocellfaden vor Eintritt in das Fällbad mit späterem mittleren Durchmesser d50 hätte. Ist diese größer als uLe, so kann ein Auf- spleißen vorliegen. Dazu müßten sich die Werte aber sehr deutlich unterscheiden, da ein feinerer Durch- messer als er rechnerisch der maximalen Luftgeschwin- digkeit während des Spinnvorgangs entspricht, also der im engsten Spalt der Lavaldüse, auch durch seit- liches Abschälen vom Hauptstrom oder verarmter Cellu- losekonzentration an dieser Stelle entstanden sein kann.

Durch eine Erhöhung der Temperatur der Lösung vor Austritt aus der Spinnbohrung läßt sich der Faden- durchmesser weiter verringern, allerdings sind hier- bei der Temperatur Grenzen gesetzt, weil sich die Lö-

sung zersetzt, so daß möglichst kurze Verweilzeiten unter erhöhter Temperatur durch etnsprechende Gestal- tung der Schmelzeräume im unteren Spinndüsenteil ge- wählt werden. Bei einer Temperatur dort von 123°C statt der vorherigen 114°C erhöhte sich der Anteil einzelner Fäden mit uF, uLe in einer Einstellung im üb- rigen etwa wie Nr. 7 in Tabelle 2.

Die Düsenbohrungen dieser Längsdüse (20 Bohrungen in einer Reihe) ragten 2 mm in die Lavaldüse in Strö- mungsrichtung hinein. Es verbleiben 3 mm weiterhin sich einschnürender Strecke bis zum engsten Quer- schnitt der Lavaldüse. Somit bestand beiderseits der Fadenschar ein sich verengender Spalt. Dadurch ent- steht eine stetig beschleunigte Gasströmung auf sehr kurzer Laufstrecke von der Zuströmung bis zum engsten Querschnitt der Lavaldüse. Im Bereich der Fadenbil- dung nach seinem Austritt aus der Spinnbohrung herrscht laminare Strömung. Selbst bei kleinen Stö- rungen bewirkt eine so starke Einschnürung und damit Strömungsbeschleunigung eine Relaminarisierung wie man sie in Düsenströmungen kennt, mit dem Effekt, daß der Faden, langsam aus der Spinnbohrung austretend, unter stetig wachsender Gas- (Luft-) strömung UL verzo- gen wird und ebenfalls in seiner Geschwindigkeit Up stetig zunimmt. Schwankende Strömungsimpulse turbu- lenter Art würden diesen Vorgang stören und es käme wie bei anderen bekannt gewordenen Verfahren zum Auf- trennen des Spinnmassefadens (z. B. aus einer Lyocell- lösung) und die Fäden wären nicht mehr im Wesentli- chen endlos. Die Verformung auf Lauflänge von weni- gen mm bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geschieht zudem bei hohen, bis im engsten Querschnitt zunehmen- den Schubspannungen-ein Grund für im Wesentlichen abrißfreie Fadenbildung, denn die Geschwindigkeit UL (x) hat ihr Maximum = engste Querschnitt Lavaldüse

unterhalb, nicht neben dem Massenaustritt.

Durch Einstellung bestimmter Werte für den Durchsatz der Spinnmasse, ihrer Temperatur und der Luftge- schwindigkeit im ebenen Spalt bei Längsdüsen oder im Ringspalt bei Runddüsen kann man, wie die Beispiele 1 und 2 zeigen, den Durchmesser der im Wesentlichen endlosen Fäden steuern. Der Durchsatz pro Spinnboh- rung ist wie in allen genannten Fällen höher als bei bekannt gewordenen Meltblown-Verfahren für Lyocell.

Der Grund sind die hohen Schubspannungen durch die stark beschleunigte Strömung, nämlich eine Anlauf- strömung, mit sehr dünnen Grenzschichten am Faden.

Beispiel 3 In einer Spinnvorrichtung, ähnlich der in Fig. 1 ge- zeigten, wurde eine Polypropylenschmelze mit einer Temperatur von 355°C aus einem Schlitz von 0,9 mm Breite und 20 mm Länge aus einer unten als Steg en- denden Spinndüse als Film ausgesponnen. Als Verstrek- kungsgas für den Film diente Luft. Bei einem Durch- satz von 11,5 g/min und einem Druck der Luft von Raumtemperatur von 20°C und 250 mbar ergaben sich Fä- den mit mittlerem Durchmesser von 5,2 um mit einer Streuung von s = 1,9 um, entsprechend einem Variati- onskoeffizient von CV = 37%. Dabei wurden die dicken Verknotungsstellen im Vlies nicht mitgemessen. Das erzeugte Vlies ist in Fig. 3 dargestellt, das das Fo- to einer mikroskopischen Aufnahme der PP-Spleißfäden nach Beispiel 2 zeigt. In Fig. 4 sind zum Vergleich Polypropylen-Spleißfäden dargestellt, die unter sonst gleichen Bedingungen aus einer runden Spinnbohrung mit einem Durchmesser von 1 mm bei einem Durchsatz pro Bohrung von 3,6 g/min ausgesponnen wurden. Die Fäden in Fig. 4 hatten einen mittleren Durchmesser

von 8,6 mm, ihr Variationskoeffizient betrug 48%.

Die vorliegende Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Vorrichtungen kann auch auf an- dere lösungsmittelgesponnene Fadenpolymere angewendet werden, beispielsweise auch auf herkömmliche Viskose- oder Rayon-Fäden sowie deren Weiterverarbeitung zu Vliesen oder Garnen. Neben den genannten Besonderhei- ten der Spinnsicherheit ist weiter hervor zu heben, daß die Vorrichtung einfach, der Energieverbrauch verglichen mit Meltblown-Verfahren sehr viel geringer ist und überraschend große Durchmesser für Spinnboh- rungen und Schlitze angewendet werden können durch den hohen Verzug durch die Schubkräfte bei Geschwin- digkeiten bis zu Schallgeschwindigkeiten und auch darüber vermittels ihrer Erzeugung in einer Lavaldü- se. Damit sind Verunreinigungen in der Spinnmasse nicht mehr so kritisch im Hinblick auf Fadenabrisse.

Bei Lyocellfäden können höhere Anteile von Hemicellu- lose zu Fäden verarbeitet werden, und auch der Poly- merisationsgrad der Cellulose (DP) kann geringer sein, womit in der Regel die Rohstoffe billiger wer- den, weil eben keine hohen Zugkräfte auf die Lyocell- fäden in ihrem Entstehungszustand als feine Fäden aus der Lösemasse ausgeübt werden. Daß grundsätzlich nur kalte Luft oder Luft mit Abfallwärme aus der Luftver- düsung verwendet wird, trägt bei Lyocell, besonders aber bei mit höherer Temperatur zu spinnenden Lö- sungspolymeren sehr zur Energieeinsparung des Verfah- rens bei.