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Optimierte Kapillarmodifikation zur Erhöhung des Formfaktors profilierter Filamentgarne


Kurzfassung

Eine innovative Optimierung der Düsengeometrie bringt eine erhebliche Zeitersparnis bei der Auslegung neuer Düsen für komplexe Profilfasern. Die Anpassung führt zu einem gedämpften Spannungszustand der Schmelze bei Austritt aus der Düse und begünstigt so einen optimierten Formfaktor.


Hintergrund

Multifilamentgarne, basierend auf synthetischen Werkstoffen, werden industriell mittels Schmelzspinnverfahren hergestellt, bei denen die Polymerschmelze durch Düsen mit sehr feinen Bohrungen extrudiert wird. Die Geometrie dieser Feinbohrungen hat einen entscheidenden Einfluss auf die Qualität profilierter Filamentgarne und insbesondere auf deren Formfaktor.


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Problemstellung

Speziell für sog. Profilfasern ist die Düsenentwicklung heute sehr zeitaufwändig. Durch das  Schwellverhalten (Relaxation) des Materials kann von der gewünschten Filamentgeometrie nicht direkt auf die passende Düsengeometrie geschlossen werden. Daher sind selbst bei fundiertem Know-how zeitintensive „trial-and-error“-Testreihen notwendig.
Um eine langwierige Düsenentwicklung zu umgehen, werden dem Material Additive zugesetzt, die zwar das Schwellverhalten günstig beeinflussen, aber auch unerwünschte Änderungen der Materialeigenschaften bewirken. Alternativ kann auf sog. Bikomponentenfasern zurückgegriffen werden. Deren Herstellung lässt aber keinen kontinuierlichen Prozessablauf zu.
Bis heute kann so das Innovationspotenzial bei der Nutzung von (auch zunehmend recycelten) Polymeren in der Faserherstellung nicht ausgeschöpft werden.


Lösung

Die an der RWTH in Aachen entwickelte Erfindung umfasst eine innovative divergente Düsenöffnung, die durch einen zeitsparenden Optimierungsprozess entwickelt werden konnte. Durch eine Strömungssimulation kann der Einfluss des Schwellverhaltens der Schmelze auf den Faserquerschnitt in Abhängigkeit der Düsengeometrie ermittelt werden. Durch eine rechnergestützte iterative Annäherung an die optimale Geometrie der Kapillare wurde so eine maßgebliche Optimierung erreicht: Durch eine gezielte Aufweitung des Düsenaustritts kann die Relaxation des Materials verringert und in der Folge der gewünschte Formfaktor zuverlässiger erreicht werden.


Vorteile

  • Erhebliche Zeitersparnis bei der Auslegung neuer Düsen für komplexe Faserquerschnittsgeometrien
  • Gedämpfter Spannungszustand und kontrolliertes Schwellverhalten durch angepasste Geometrie
  • Hohe Flexibilität in der Produktion

Anwendungsbereiche

Auf Grundlage der hier vorgestellten Erfindung wird die Entwicklung neuer SpinndüsenGeometrien auch für komplizierte Profilfaserquerschnitte stark vereinfacht. Somit eröffnet sich zukünftig eine Vielzahl neuer Anwendungsbereiche wie bspw. in der Filtration oder bei der Fertigung funktioneller Textilien.


Service

Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwer­tung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.


Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Dr.-Ing. Florian Schwabe
+ 49 721 790 040
fschwabe@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Funktionsnachweis


Patentsituation

  • DE anhängig

Stichworte

Spinndüse, Filament, Polymerfilament, Polymerfäden, Spinnverfahren, Garn, Düse, Schwellverhalten, Düsen-Geometrie, Kapillarmodifikation, Profilfasern

Kontakt | Geschäftsstelle

TechnologieAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr