成型工具和用于制造用于挤压纤维素成型体的成型工具的方法与流程

1.本发明涉及一种用于从纺丝液中挤压纤维素成型体的成型工具，该成型工具具有用于纺丝液的入口侧和出口侧，具有至少一个喷嘴体，所述喷嘴体具有面状的载体，该载体具有挤压开口，所述挤压开口从入口侧朝向出口侧穿透载体并且在出口侧处具有口部直径，所述纺丝液通过挤压开口挤压成纤维素成型体。
2.此外，本发明涉及一种用于制造成型工具的方法和一种用于通过所述成型工具制造纤维素成型体的方法。


背景技术：

3.开头提到的类型的、用于挤压纤维素成型体的成型工具（也称为“纺丝喷嘴”或者说“纺丝板（spinnerette）”），通常需要满足许多高的质量标准，以便适合用于高粘性的纤维素溶液的纺丝。因此，例如需要满足在挤压开口的质量和尺寸精确度（型材形状、口部直径和定位）方面的高要求，以便获得均匀的成型体束并且以便避免成型体束中的各个成型体粘住。此外，在成型体（所述成型体由经挤压的纺丝液成型在挤压开口的出口侧处）成型时并且为了避免例如通过出口侧处的挤压开口的不规则性或者毛刺而产生的纺丝故障（例如成型体的断裂或者说撕开或者说粘住），挤压开口的内壁的粗糙度以及挤压开口的尖角性和无毛刺性起到了关键的作用。同样地，对成型工具的强度提出了高要求，因为这些成型工具在挤压纺丝液期间暴露在高达150巴的非常高的压力下。
4.由ep 0 430 926 b1和wo 94/28211 a1已知用于从纺丝液中挤压纤维素成型体的成型工具，所述成型工具能够在用于制造纤维素成型体的工艺（例如粘胶纤维工艺或者莱赛尔工艺）中使用。在此，通常通过机械的钻孔或者刺穿将挤压开口引入到载体中。然而，这对载体的材料提出特殊的要求，因为这个材料一方面需要具有足够的可延展性，以便能够利用钻孔工具或者刺穿工具进行处理，另一方面需要持久地承受粘胶纤维工艺或者说莱赛尔工艺中的、高达150巴的、非常高的压力。这些要求例如在ep 0 430 926 b1中通过在由不锈钢制成的载体中使用由较软的、能够容易加工的材料（例如金、银或者钽）制成的小板来实现，在所述小板中引入挤压开口。通过特定的材料组合，挤压开口能够容易引入到成型工具中，并且尽管如此还实现高强度。然而，这种成型工具具有下述缺点：在此使用的材料是非常贵的，并且组装的成型工具承受非常昂贵的制造过程，因为小板需要事后引入到载体中并且与这个载体连接。此外，通过钻孔或者刺穿等机械的加工工艺产生挤压开口处的毛刺，所述毛刺需要在附加的昂贵的再加工步骤中（例如通过抛光）移除。同样地，在这种机械的加工工艺中只能够实现有限的定位精确度和可重复性，这在挤压开口的情况下通常导致高公差。
5.wo 2005/005695 a1示出一种用于制造前述类型的成型工具的方法，其中，挤压开口借助于电子束引入到成型工具的载体中。虽然，这种制造的成型工具克服了材料选择的问题，因为挤压开口能够直接引入到载体中，由此取消挤压开口到小板中的单独的引入和
部件的昂贵的事后组装。此外，这种借助于电子束引入到成型工具中的挤压开口，在小毛刺的情况下，具有有利地减小的粗糙度和高的尖角性。然而，通过电子束引入到载体中的挤压开口在其型材形状方面强烈受限，并且在其口部直径方面具有高的分散性（streuung）或者说公差，因为只能够有限地控制和重复电子束的效果。此外，挤压开口的引入必须通过电子束在高真空中实现，这又需要昂贵的制造工艺。


技术实现要素：

6.因此，本发明的任务在于，提供一种开头提到的类型的成型工具，该成型工具能够更容易且更成本有利地制造并且同时具有优异的强度和压力稳定性，并且挤压开口在口部直径、位置和型材形状方面具有更小的公差。
7.本发明通过下述方式解决所提出的任务：载体的厚度与挤压开口的在出口侧处的口部直径的比例至少是6:1，并且挤压开口通过激光能量的施加已被引入到载体中。
8.如果载体的厚度与挤压开口的在出口侧处的口部直径的比例至少是6:1，则能够提供具有高强度的、特别压力稳定的喷嘴体，该喷嘴体能够确保在高压力的情况下长的使用寿命。这种压力稳定性指的是，喷嘴体的塑性变形在其使用寿命期间在正常运行条件下能够得到避免，然而不能够避免小程度的与载荷有关的弹性变形。当上述比例至少是10:1或者说特别优选地至少是12:1或者至少是15:1时，能够进一步改善这种强度。此外，如果通过激光能量的施加而将挤压开口引入到载体中，则该成型工具的突出之处能够在于非常容易的可制造性。在此，挤压开口能够以非常高的尺寸精确度引入到成型工具的载体中，由此能够提供一种成型工具，该成型工具满足高的质量要求和在口部直径和定位方面的狭窄的尺寸公差。尤其是，通过使用激光辐射能够实现关键参量的小于2%的尺寸公差，所述关键参量例如是挤压开口的口部直径、孔几何形状和孔横截面以及挤压开口之间的间距。通过激光辐射也能够直接提供光滑的且无毛刺的挤压开口，由此能够在成型工具处不发生进一步的再加工步骤。这种再加工步骤（例如磨削或者抛光）引起高的机械载荷并且能够在载体中产生不利的应力效应。因此，能够提供能够特别容易制造的且可靠的、具有低尺寸公差的成型工具。
9.在本发明的框架中，尤其是从挤压开口中排出的长丝被称为成型体，所述长丝随后能够用于制造连续纤维或者短纤维（stapelfaser）。在本发明的框架中，这种长丝或者纤维优选具有大于等于0.7dtex的纤度。
10.一般来说，本发明涉及用于制造再生纤维素成型体的成型工具，所述成型体的在出口侧处的挤压开口的口部直径大于等于40μm、尤其大于等于45μm、优选大于或等于50μm、特别优选在70μm与150μm之间。如果口部直径小于40μm，则成型工具尤其适合用于制造具有小于0.7dtex的纤维纤度的超细纤维。然而，本发明的成型工具用于制造具有通常大于等于0.7dtex的纤度的纤维素纤维，为此，具有大于40μm的口部直径的挤压开口是适合的。
11.如果载体的厚度至少是600μm，则能够提供具有喷嘴体的足够的强度和使用寿命的成型工具，该成型工具通常能够实施得足够大，以便能够实现有利的生产量。尤其是，载体的优选的厚度至少是800μm或者说特别优选是1000μm。如果载体具有在这个范围中的厚度，则能够保证，在常规运行中，在例如在用于制造根据莱赛尔类型的再生纤维素成型体的方法（莱赛尔工艺）中常见的高达100巴的运行压力的情况下，不发生载体的塑性变形。即，
载体的塑性变形不仅能够不利地改变挤压开口的几何形状，还能够负面地影响成型体从成型工具中的排出行为。此外能够保证，载体即使在过压事件的情况下也能够负荷高达150巴的压力，而在此不发生载体的断裂或者载体的不可逆的结构损伤。具有厚度小于600μm的载体的成型工具只有限地适合用于在这种工艺中使用，因为这些成型工具不具有持久地承受高压力所需的强度或者说只能够实现非常有限的产量。
12.如果在出口侧处的挤压开口是无毛刺的，则能够提供一种成型工具，在该成型工具的情况下，能够避免成型体在从挤压开口中排出之后不利地粘住。即，在挤压开口处的毛刺能够不利地导致：经挤压的成型体不是笔直地从挤压开口中排出，而是被毛刺偏转，并且与相邻的成型体接触且粘住，由此产生纺丝故障，所述纺丝故障使得该工艺的中断或者重启（重新接头）变得必要或者导致废品生产。
13.如果喷嘴体构造为环形或者矩形，则能够提供用于不同的用于挤压纤维素成型体的方法的、能够特别灵活地使用的成型工具。此外，成型工具能够具有多个这种喷嘴体。因此，例如可能的是，成型工具具有多个矩形的喷嘴体，所述喷嘴体彼此邻接。这种成型工具能够例如特别容易制造，并且能够是成本有利的。
14.如果成型工具具有至少一个第一桥接片，所述第一桥接片与喷嘴体材料锁合地连接并且沿入口侧的方向从喷嘴体突出，则一方面能够进一步改善载体的稳定性和强度，因为桥接片抵抗喷嘴体的或者说尤其是载体的压力载荷，另一方面能够通过桥接片提供用于纺丝液的引导面，因为这个桥接片能够确保将纺丝液有效地运输至挤压开口。此外，通过桥接片的合适的构型，避免形成死区并且因此改善由此提取的成型体的质量。
15.如果成型工具具有至少一个第二桥接片，其中，喷嘴体在第一桥接片与第二桥接片之间延伸，则能够进一步明显地提高载体的强度。在此，第二桥接片与第一桥接片一样与喷嘴体材料锁合地连接并且沿入口侧的方向从喷嘴体突出。因此，第一和第二桥接片尤其能够用作喷嘴体的边缘侧的支撑部，并且因此能够可靠地消除（abtragen）在挤压期间作用到载体上的压力载荷。此外，第一和第二桥接片能够共同在入口侧处构成用于引导纺丝液的通道。因此，能够提供特别可靠的且抗变形的成型工具。
16.如果桥接片至少局部地基本上垂直于喷嘴体延伸，则成型工具能够尤其是特别有利的。通过基本上垂直于喷嘴体延伸的区段，纺丝液能够强烈地指向挤压开口的方向并且因此维持定向的质量流。
17.如果垂直于喷嘴体的纵向延伸部的、在第一桥接片与第二桥接片之间间距至少小于载体的厚度的100倍，则成型工具能够证明对于通过纺丝液的高压力引起的变形具有突出的稳定性和抵抗力。
18.有利地，第一桥接片能够完全环绕第二桥接片，并且因此能够提供在结构上特别简单的成型工具。这能够例如特别适合用于在具有环形的喷嘴体的成型工具中使用，其中，环形的喷嘴体在此在第一与第二桥接片之间延伸。
19.此外，如果成型工具在入口侧处具有法兰，该法兰具有至少一个法兰臂，其中，法兰臂与桥接片邻接，则能够提供能够容易操作的且能够灵活更换的成型工具，该成型工具能够快速且简单地通过法兰紧固在纺丝机器处。如果法兰臂从成型工具向外伸出，则此外还能够保证：纺丝液能够从入口侧无障碍地自由地流向喷嘴体，并且因此通过成型工具能够实现均匀的挤压。
20.在用于制造根据权利要求1至11中任一项所述的成型工具的方法方面，本发明提出如下任务：提供一种简单且成本有利的方法，但却能够实现高精度。
21.在制造方法方面的任务通过权利要求12的主题解决。
22.如果制造根据权利要求1至11中任一项所述的成型工具，在该成型工具中，通过将激光能量施加到载体上从成型工具的入口侧出发将挤压开口引入到载体中，并且在载体中产生无毛刺的挤压开口，而无需在出口侧处进行再处理，则能够提供用于成型工具的、特别简单的且可重复的制造方法。通过使用激光辐射，也不用对挤压开口进行昂贵的再处理，因为直接引入到载体中的挤压开口都能够满足对成型工具提出的质量标准。这不仅适用于挤压开口的粗糙度和无毛刺性，还适用于定位精确度和开口直径。如果通过脉冲激光辐射将激光能量施加到载体上，则能够在挤压开口的情况下保持特别低的生产公差。在此，已证明是特别适合的是具有在100fs与100ns之间的脉冲持续时间和在1μj与1000μj之间的脉冲能量的激光辐射。在此，脉冲激光辐射能够在储能钻孔工艺（perkussionsbohrverfahren）或者螺旋钻孔工艺（wendelbohrverfahren）中施加到载体上，并且因此产生具有高精度和低生产公差的挤压开口。
23.如果在将载体与桥接片材料锁合地连接之后将挤压开口引入到载体中，则能够提供特别可靠的且可重复的制造方法。载体与桥接片之间的材料锁合的连接的建立，不可避免地导致载体材料的机械载荷并且因此导致挤压开口的不期望的损伤或者说改变。尤其是如果挤压开口的引入作为最终的最后的方法步骤来进行，则通过事后将挤压开口引入到完全组装的或者说完全成型的成型工具中，能够避免挤压开口的这种机械载荷。
24.如果在用于制造再生纤维素成型体的方法中使用根据本发明的根据权利要求1至11中任一项所述的成型工具，在该方法中，通过该成型工具挤压包含纤维素的纺丝液，并且使纺丝液在纺丝槽中沉淀，以便产生成型体，则该成型工具能够是特别突出的。
25.特别优选地，这种方法能够是莱赛尔工艺，其中，纺丝液包含氧化叔胺，纤维素溶解在该氧化叔胺中，并且纺丝槽具有由水和氧化叔胺组成的混合物。
附图说明
26.在下文中，根据绘图描述本发明的实施类型。附图示出：图1对应于第一实施方式的成型工具的沿着根据图2的
ⅰ‑ⅰ
的剖视图，图2根据图1的成型工具的俯视图，图3根据第二实施方式的成型工具的沿着根据图4的
ⅱ‑ⅱ
的不连贯的剖视图，图4根据图3的成型工具的俯视图，以及图5具有根据图1的根据本发明的成型工具的纺丝机器的部分不连贯的剖视图。
具体实施方式
27.在图1中示出根据本发明的第一实施方式的环形的成型工具1，该成型工具在根据图5的纺丝设备100中并且在用于挤压纤维素成型体4的方法中使用。成型工具1具有用于纺丝液2的入口侧6和用于经挤压的纺丝液3的出口侧7（参见图5）。此外，在成型工具1中还设置有具有面状的载体9的喷嘴体8。在此，喷嘴体8能够与成型工具1的其余部分一体地构造（例如通过深冲、铣削等等），或者能够通过别的方式与剩余的成型工具材料锁合地连接（例
如通过焊接等等）。
28.载体9具有挤压开口10，所述挤压开口从入口侧6出发朝向出口侧7穿透这个载体。在出口侧7处，挤压开口10构成具有口部直径12的口部11。在此，口部直径12的大小决定性地影响经挤压的纤维素成型体4的纤度（或者说直径）。此外，通过挤压开口10的横截面形状能够控制挤压行为和成型体4的几何形状。例如，因此能够改变纺丝液2从挤压开口10中排出的排出行为，以便防止经挤压的纺丝液3在沉淀在纺丝槽5中之前粘住。在此，挤压开口10的优选的横截面形状能够具有朝向出口侧7逐渐尖细的走向，如图1所示。然而，该横截面形状能够通过激光辐射任意地变化，因此，例如朝向出口侧7拓宽的、沙漏形的走向是可能的。
29.挤压开口10具有在70μm与150μm之间的口部直径12。在这种口部直径12的情况下能够保证，产生具有大于0.7dtex的纤度的纤维或者说长丝作为经挤压的纤维素成型体4。在本发明的另一种优选的构型方案中，产生在1.0dtex与2.5dtex之间的纤度的再生纤维素纤维。
30.载体9的厚度13与挤压开口10的口部直径12之间的比例至少是6:1，由此确保载体9的足够的抗变形性以抵抗通过纺丝液2产生的高压力。在本发明的另一种优选的构型方案中，选择至少10:1、至少12:1或者至少15:1的比例。
31.载体9的厚度13至少是600μm。因此，载体9能够持久地承受来自入口侧6的高达150巴的压力载荷。在另一种构型方案中，载体9的优选的厚度13至少是800μm或者说优选是1000μm，以便保障载体9的特别高的抗变形性。
32.挤压开口10已通过将激光能量施加且作用到载体9中而被引入到这个载体中。由此，在方法技术方面能够非常容易地制造成型工具1。此外，通过作用到载体9的材料中的激光辐射，在定位、测定时并且在挤压开口10的几何形状方面实现特别高的尺寸精确度。尤其是，挤压开口10彼此之间具有恒定的平均间距14，该恒定的平均间距在50μm与1000μm之间，其中，间距14的标准偏差最大是1%。为了避免纤维在从挤压开口10中排出时粘住，通常使用250μm至800μm的更大的间距14。在此，挤压开口10能够以任意的、有规律的图案（例如径向、网栅形等等）或者不规律地分布在载体9上。同样地，通过激光辐射实现口部直径12的小于2%的标准偏差。此外，通过激光辐射引入到载体9中的挤压开口10在引入之后在出口侧7处已经不具有毛刺，因此不必经受进一步的再加工步骤，例如磨削或者抛光，所述再加工步骤能够不利地影响挤压开口10的几何形状。尤其是，通过无毛刺的且光滑的挤压开口10进一步保证，经挤压的纺丝液3的各个线在纺丝槽5中沉淀为成型体4之前不粘在一起。
33.在图1和图2中示出的、具有环形的喷嘴体8的成型工具1，具有第一桥接片15和第二桥接片16，两个桥接片与环形的喷嘴体8材料锁合地连接。因此，桥接片15、16能够例如与喷嘴体8的载体9一体地构造，其方式例如是，成型工具1作为整体以深冲或者铣削的方式实施，或者例如通过焊接与这个载体材料锁合地连接。在此，环形的喷嘴体8在第一与第二桥接片15、16之间延伸。桥接片15和16沿入口侧6的方向从喷嘴体8突出。由于与喷嘴体8的材料锁合的连接，桥接片15、16用作载体9的边缘侧的支撑部，由此这个载体能够承受通过纺丝液2引起的更高的压力载荷。由于喷嘴体8的环形的构型，第一桥接片15完全环绕第二桥接片16和喷嘴体18。因此，两个桥接片15和16始终彼此平行地伸展，并且保持彼此之间的、横向于喷嘴体8的纵向延伸部18的、沿着载体9的、恒定的法线间距17。在此，法线间距17最高是载体9的厚度13的100倍，以便确保喷嘴体8的最大的稳定性。
34.在成型工具1的内部，桥接片15和16用作用于纺丝液2的引导面19，所述引导面有利地支持高粘性的纺丝液2的流动行为并且防止在成型工具1内形成死区。因此，桥接片15和16从入口侧6来构成用于纺丝液2的引导通道20。如图1所示，桥接片15和16优选垂直于喷嘴体8且因此垂直于载体9。
35.此外，成型工具1具有法兰23，成型工具1能够通过该法兰与纺丝设备100（如图5所示）连接。在此，法兰23具有两个法兰臂21、22，所述法兰臂分别在入口侧6处与桥接片15和16邻接，并且所述法兰臂从桥接片15和16且因此从成型工具1朝向外部伸出。因此，法兰臂21、22不阻碍用于纺丝液2的引导通道20，并且因此可靠地避免对引导通道20中的流动情况（str
ö
mungsverh
ä
ltnisse）的负面影响。
36.在图3和图4中示出对应于第二实施方式的成型工具51，该成型工具具有多个矩形的喷嘴体58a、58b、58c。在此，成型工具51能够与成型工具1一样在根据图5的纺丝设备100中并且在用于挤压纤维素成型体3的方法中使用。与针对第一实施方式所描述的内容等效地，成型工具51具有用于纺丝液2的入口侧56和用于经挤压的纺丝液3的出口侧57（参见图5）。
37.在此，成型工具51具有三个喷嘴体58a、58b和58c，所述喷嘴体分别包括面状的载体59a、59b、59c。一般来说，应该提及的是，如图3和图4所示的成型工具51不必限于三个喷嘴体。同样地，成型工具中的喷嘴体的任何其他的任意的数量和布置都是可能的。
38.在此，喷嘴体58a、58b、58c与成型工具51的其余部分材料锁合地、优选通过焊缝73连接。载体59a、59b、59c分别具有挤压开口60，所述挤压开口从入口侧56出发朝向出口侧57穿透这些载体并且通过激光辐射的作用被引入到这些载体中。挤压开口60在出口侧57处分别构成具有口部直径62的口部61。如针对第一实施方式所描述的内容一样，口部直径62能够变化，以便改变经挤压的纤维素成型体4的纤度。挤压开口60的优选的口部直径62在70μm与150μm之间，以便因此产生具有大于0.7dtex的纤度的纤维素成型体4、尤其是纤维。此外，借助于挤压开口60的通过激光辐射实现的引入，实现口部直径62的小于1%的标准偏差。在此，特别优选地产生具有在1.0dtex与2.5dtex之间的纤度的再生纤维素纤维。同样地，如针对第一实施方式所描述的内容一样，挤压开口60的横截面形状能够改变，以便控制经挤压的纺丝液3的排出行为。
39.喷嘴体58a、58b、58c的载体59a、59b、59c具有至少为600μm的优选的厚度63。在这个实施方式的另外的有利的构型方案中，厚度63至少是800μm或者说至少是1000μm，以便获得特别持久地抗变形的成型工具51，该成型工具承受从入口侧56来起作用的、高达150巴的高压力。在这种情况下，载体59a、59b、59c的厚度63与挤压开口60的口部直径62之间的比例至少是6:1，以便实现必要的抗变形性。在本发明的优选的构型方案中，该比例至少是10:1、至少是12:1或者至少是15:1。
40.通过将激光能量施加到载体59a、59b、59c上将挤压开口60引入到这些载体中，由此，在定位和测定挤压开口60时实现非常高的尺寸精确度。如图4所示，挤压开口60以彼此之间具有恒定的间距64的方式布置，该间距为50μm至1000μm，其中，标准偏差最大是间距64的2%。此外，挤压开口60的通过激光辐射实现的引入能够以基本上无毛刺的方式完成，这使进一步的磨削布置或者抛光步骤变得多余并且因此避免在载体59a、59b、59c中形成应力效应。
41.成型工具51具有第一桥接片65a、65b、65c、65d，所述桥接片在成型工具51处设置在外侧。在成型工具51的内部，设置有第二桥接片66a、66b，所述第二桥接片肋条形地在第一桥接片65c与65d之间延伸并且与这些第一桥接片材料锁合地连接。在此，喷嘴体58a和58c横向于其纵向延伸部68分别在第一桥接片65a、65b与第二桥接片66a、66b之间延伸。喷嘴体58b在第二桥接片6a、66b之间延伸。喷嘴体58a、58b、58c的桥接片65a、65b、65c、65d、66a、66b和载体59a、59b、59c通过焊缝73材料锁合地相互连接。桥接片65a、65b、65c、65d、66a、66b优选共同一体地构造（例如作为铣削的、深冲的、轧制的等部件）并且沿入口侧56的方向从喷嘴体58a、58b、58c突出。
42.桥接片65a、65b、66a、66b彼此平行地伸展，并且保持彼此之间的、沿着载体59a、59b、59c的、恒定的（与纵向延伸部68垂直的）法线间距67。在此，法线间距67最高是载体59a、59b、59c的厚度63的100倍，以便实现喷嘴体58a、58b、58c的最大可能的稳定性。
43.在成型工具51的内部，桥接片65a、65b、65c、65d、66a、66b用作用于纺丝液2的引导面69。因此，通过桥接片65a、65b、65c、65d、66a、66b从入口侧56来提供引导通道70，纺丝液2通过该引导通道被引导至挤压开口60。
44.此外，成型工具51具有法兰73，成型工具51能够通过该法兰与纺丝设备100力锁合地连接。分别与第一桥接片65a、65b、65c、65d邻接的四个法兰臂71a、71b、71c和71d在此构成法兰73，该法兰在入口侧56处朝向外部从成型工具51凸出并且环绕成型工具51。
45.图5示出纺丝设备100，在该纺丝设备中，根据一种用于制造再生纤维素成型体4的方法通过根据本发明的第一实施方式的成型工具1将纺丝液2挤压成纤维素成型体4。为了获得成型体4，在这样一种用于制造再生纤维素成型体4的方法中，将经挤压的纺丝液3在挤压之后通过气隙8引导到纺丝槽5中，在那里，纤维素从经挤压的纺丝液3中沉淀。根据本发明的另一种优选的构型方案，用于制造再生成型体4的方法是莱赛尔工艺，在莱赛尔工艺中，纺丝液2包含由氧化叔胺中的纤维素组成的溶液。在此，用于沉淀经挤压的纺丝液3的纺丝槽5包含由水和氧化叔胺（例如nmmo
‑
n
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甲基吗啡啉
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n
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氧化物）组成的混合物。