DE3517730A1

DE3517730A1 - Verfahren zum herstellen von spinnduesenplatten

Info

Publication number: DE3517730A1
Application number: DE19853517730
Authority: DE
Inventors: Erwin Prof. Dr. Becker; Wolfgang Dr. 7500 Karlsruhe Ehrfeld; Peter Dr. 7514 Leopoldshafen Hagmann
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1985-05-17
Filing date: 1985-05-17
Publication date: 1986-11-20
Also published as: AU581987B2; JPH0739061B2; DE3517730C2; CA1293950C; EP0202416A1; JPS61265217A; ATE36260T1; US4705605A; EP0202416B1; AU5755586A

Description

Verfahren zum Herstellen von Spinndüsenplatten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Spinndüsenplatten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei der großtechnischen Herstellung von Fasern aus organischem oder anorganischem Material wird der Ausgangsstoff in fließfähigem Zustand durch Spinndüsenplatten gepreßt, die zahlreiche Spinndüsenkanäle enthalten. Die Spinndüsenkanäle bestehen in den meisten Fällen aus einer Düsenkapillare, durch die das zu verspinnende Material austritt und einem wesentlich weiteren Vorkanal, dem das zu verspinnende Material zugeführt wird. Die im allgemeinen zylindrischen bzw. trichterförmigen Vorkanäle können relativ leicht durch Bohren oder Stechen eingebracht werden, während das Einbringen der in vielen Fällen profilierten, z.B. mit sternförmigem Querschnitt versehenen Düsenkapillaren aufwendigere Techniken, z.B. Drahterodieren oder erosives Senken erfordert.

Spinndüsenplatten sina Verschleißteile. Insbesondere Spinndüsenplatten mit profilierten Düsenkapillaren stellen bei der bisherigen Herstellungsweise einen nicht zu unterschätzenden Kostenfaktor für die zu erzeugenden Faserprodukte dar. Außerdem liegt bei aer bisherigen Herstellungweise für profilierte Düsenkapillaren die mit tragbarem Aufwand erreichbare untere Grenze der kritischen Abmessungen im allgemeinen bei etwa 30 .um. Dadurch ergeben sich Einschränkungen bei der Konstruktion des Filaments.

supermatte Polyester-Filamente in: .Chemiefasern/Textilindustrie, 29/81 (1979) S. 697 - 704). Dadurch ergeben sich Einschränkungen bei der Konstruktion des Filaments.

Ausgehend von diesem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren für die Herstellung von Spinndüsenplatten insbesondere mit profilierten DüsenkapiIlaren zu schaffen, bei dem sich die kritischen Abmessungen der Düsenkapi Hären mit tragbarem Aufwand auf Werte unter die mit den vorbekannten Verfahren erreichbare Grenze absenken lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird.ei η Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Die Ansprüche 2 bis 4 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens der Erfindung.

Das Verfahren wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 11 beispielhaft erläutert, wobei sich die Figuren 1 bis 4 auf Anspruch 1, die Figuren 5 und 6 auf Anspruch 2, die Figuren 7 und 8 auf Anspruch 3 und die Figuren 9 bis 11 auf Anspruch 4 beziehen.

In Fig. 1 bedeutet 12 eine plattenförmige Galvanikelektrode, mit der eine Schicht 11 aus durch energiereiche Strahlung in seinen Eigenschaften veränderbarem Material (Resistmaterial) verbunden ist. Durch partielles Bestrahlen mit energiereicher Strahlung 13 und partielles Entfernen des Resistmaterial unter Ausnutzung der durch die Strahlung erzeugten unterschiedlichen Materialeigenschaften werden Negativformen 21 (Fig. 2) der Düsenkapi Hären erzeugt, die mit.der Galvanikelektrode 12 verbunden sind. In einem Galvanikbad wird auf der Galvanikelektrode 12 eine Galvanikschicht 31 erzeugt (Fig. 3), die die Negativformen 21 der Düsenkapillaren bündig einschließt. Nach Einebnen der Galvanikschicht 31, Entfernen der Negativformen 21 und der Galvanikelektrode 12 verbleibt eine Spinndüsenplatte 41 mit Düsenkapillaren 42 (Fig. 4). . ₅ _

Die Galvanikelektrode 12 läßt sich durch Auflösen entfernen, wenn für ihre Herstellung ein Material verwendet wird, das sich in einem Lösungsmittel auflöst, welches die Galvanikschicht 31 nicht angreift. Das Entfernen der Galvanikelektrode 12 gelingt auch ohne ihre Zerstörung durch vorsichtiges Abziehen der Galvanikschicht 31 von der Galvanikelektrode 12, wenn die Haftfestigkeit der Galvanikschicht 31 in bekannter Weise durch entsprechende Vorbehandlung, z.B, durch Passivierung der Galvanikelektrode 12,vermindert worden ist.

Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform entsprechend Anspruch 2 wird im Verfahrensschritt c) zunächst eine relativ dünne .Galvanikschicht 51 (Fig. 5) aus einem leicht löslichen Material und anschließend eine wesentlich dickere Galvanikschicht 52 aus einem schwer löslichen Material abgeschieden. Die Entfernung der Galvanikelektrode 12 gelingt dann ohne ihre Zerstörung und ohne Gefährdung der als Spinndüsenplatte-vorgesehenen Galvanikschicht 52 durch Auflösen der leicht löslichen Galvanikschicht 51- Ein weiterer-Vorteil dieser · bevorzugten Ausfuhrungsform beruht auf der Tatsache,daß die dünne Galvanikschicht 51 in unmittelbarer Nachbarschaft der Negativformen 21 der DUsenkapillaren schneller als in den Übrigen Bereichen wächst. .Dadurch ergeben sich nach dem Auflösen der Galvanikschicht 51 einseitige Erweiterungen 61 .(Fig. 6) der DUsenkapillaren 42, die als Einlauftrichter für das zu verspinnende Material geeignet sind.

Wenn größere Einlauftrichter oder mit den DUsenkapillaren verbundene Vorkanäle gewünscht werden, lassen sich diese selbstverständlich bei den in Fig. 4 dargestellten SpinndUsenplatten nachträglich, z.B. ..mechanisch oder elektroerosiv einbringen. Dabei kann es zweckmäßig sein, die Reihenfolge von Teilen der Verfahrensschritte c) und d) abzuändern, so daß beispielsv/eise während des mechanischen Einbringens von Vorkanälen dde Düsenkapillaren 42 noch mit den Negativformen 21 gefüllt sind.

Wenn die Spinndüsenplatte im Betrieb größeren Druckkräften ausgesetzt werden soll, kann es zweckmäßig sein, die nach Anspruch 1 oder 2 hergestellte Spinndüsenplatte nachträglich fest mit einer Vorkanäle enthaltenden Platte zu verbinden, wobei die Vorkanäle bezüglich Form und Position so ausgeführt werden, daß sie an die Düsenkapillaren anschließen. Die feste Verbindung kann z.B. durch Löten oder Diffusionsschweißen erreicht werden.

Eine feste Verbindung zwischen einer Düsenkapillaren enthaltenden Galvanikschicht und einer Vorkanäle enthaltenden Metallplatte läßt sich auf besonders einfache und wirtschaftliche Weise dadurch erzielen, da3 die Galvanikelektrode 12 an den für die Düsenkapillaren vorgesehenen Positionen Vorkanäle 71 enthält, die mit einem leicht entfernbaren Füllmaterial 72 bündig verschlossen sind, und daß im Verfahrensschritt d) lediglich das Füllmaterial 72 der Galvanikelektrode 12 entfernt wird. Dazu wird gemäß Fig. 7 eine Metallplatte als Galvanikelektrode 12 verwendet, die an den für die Düsenkapillaren vorgesehenen Positionen Vorkanäle 71 enthält, die mit einem leicht entfernbaren Füllmaterial 72 bündig verschlossen sind. Nach Durchführung der Verfahrensschritte a bis c ' und Entfernen des Füllmaterial 72 liegt eine Spinndüsenplatte 81 (Fig. 8) mit Düsenkapillaren 82 in einer Galvanikschicht 83 und Vorkanälen 71 vor.

Als Füllmaterial 72 kann sowohl ein elektrisch leitender als auch ein elektrisch isolierender Stoff verwendet werden. Mit elektrisch leitendem Füllmaterial ergibt sich ein relativ scharfkantiger übergang zwischen den Düsenkapillaren 82 und den Vorkanälen 71. Mit elektrisch isolierendem Füllmaterial wird ein kontinuierlicherer übergang erzielt, wobei dieser für die praktische Anwendung im allgemeinen günstige Effekt noch dadurch verstärkt werden kann, daß der kleinste Durchmesser der Vorkanäle deutlich größer als der Durchmesser der Düsenkapillaren gewählt wird.

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Spinndüsenplatten, bei denen die Düsenkapillaren mit Vorkanälen verbunden sind, lassen sich in besonders hoher Qualität nach Anspruch herstellen. Gemäß Fig. 9 werden dabei durch partielles Bestrahlen und partielles Entfernen von Resistmaterial zunächst mit der Galvanikelektrode 12 verbundene Resistzylinder 91 erzeugt, deren Durchmesser dem gewünschten Durchmesser der Vorkanäle entspricht. Durch weiteres partielles Bestrahlen mit verminderter Eindringtiefe und partielles Entfernen von Resistmaterial werden aus diesen Zylindern Negativformen 101 (Fig. 10) der Düsenkapillaren herausgearbeitet, die mit der:Galvanikelektrode 12 über Negativformen 102 der Vorkanäle verbunden sind. Es zeigt sich, daß beim Verfahrensschritt c nicht nur die Negativformen 102 der Vorkanäle, sondern auch die damit verbundenen wesentlich dünneren Negativformen 101 der Düsenkapillaren bündig von der Galvanikschicht eingeschlossen werden. Durch Anpassen der Streufähigkeit des Galvartikbades lassen sich dabei für die praktische Anwendung günstige kontinuierliche Obergänge zwischen den Düsenkapillaren 112 und den Vorkanälen 113 erzielen. (Fig. H).

Als ernergiereiche Strahlung kommen sowohl Korpuskularstrahlen als auch elektromagnetische Wellen, insbesondere die von einem. Elektronensynchrotron erzeugte Röntgenstrahlung (Synchrotronstrahlung), in Frage. Während man bei der Verwendung elektromagnetischer Wellen zur Erzeugung der gewünschten Strukturen in bekannter Weise mit Masken arbeitet, kann man bei Verwendung von Korpuskularstrahlen die Struktur auch durch elektromagnetische Steuerung erzeugen.

Bei dem in den Fig. 1-4 dargestellten Verfahren nach Anspruch 1 wird eine Platte aus Edelstahl (Werkstoff Nr. 1.4301) als GaI-vanikelektrode 12 verwendet. Die Resistschicht 11 wird durch Aufgießen eines Gießharzes auf Methacrylat-Basis (Plexit 74, Röhm GmbH, Darmstadt) mit anschließender Härtung hergestellt. Zur Erhöhung der Haftfestigkeit der Resistschicht 11 aus PMMA wird die Oberfläche der Galvanikelektrode 12 vor dem Aufbringen des

Gießharzes durch Sandstrahlen mit Korund mit einer mittleren Körnung von 10 ,um aufgerauht. Die Entwicklung des bestrahlten Resistmaterial erfolgt n'n bekannter Weise mit einem flüssigen Entwickler. Die Galvanikschicht 31 wird durch Abscheiden von Nickel auf der Galvanikelektrode 12 in einem chloridfreien Nickelsulfamatbad hergestellt. Das sich anschließende Einebnen erfolgt durch Polierfräsen. Als Material für die genannte dünne Galvanikschicht 51 v/ird Kupfer verwendet, das in einer alkalischen Ätze selektiv aufgelöst wird.

Zum Ausfüllen der Vorkanäle 71 wird ein nicht vernetzendes Gießharz'auf Methacrylatbasis (Plexit M60, Röhm GmbH, Darmstadt) eingesetzt, das nach Durchführung der Verfahrensschritte a bis c in Dichlormethan aufgelöst wird.

Bei der Bestrahlung mit Synchrotronstrahlung mit einer charakteristischen Wellenlänge von Λ = 0,2 nm wird eine Röntgenmaske verwendet, die aus einem für Röntgenstrahlung weitgehend durchlässigen Maskenträger aus ca. 20 ,um Beryllium und einem für Röntgenstrahlung weitgehend undurchlässigen Absorber aus ca. 15 ,um starkem Gold besteht.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Spinndüsenplatten mit Düsenkapillaren gekennzeichnet durch folgende Verfahrenschritte:

a) Verbinden einer Schicht (11) aus durch energiereiche Strahlung in seinen Eigenschaften veränderbarem Material (Resistmaterial) mit einer Galvanikelektrode (12).

b) Erzeugen von mit der Galvanikelektrode (12) verbundenen Negativformen(21) der DüsenkapiIlaren durch partielles Bestrahlen und partielles Entfernen des Resistmaterial unter Ausnutzung der durch die Bestrahlung erzeugten unterschiedlichen Materialeigenschaften.

c) Erzeugen einer die Negativformen (21) der Düsenkapillaren einschließenden Galvanikschicht (31) auf der Galvanikelektrode (12), Einebnen der Galvanikschicht (31) und Entfernen der Negativformen (21).

d) Vollständiges oder tei!weises Entfernen der Galvanikelektrode (12).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt c) zunächst eine relativ dünne Galvanikschicht (51) aus einem leicht löslichen Material und anschließend eine wesentlich dickere Galvanikschicht (52) aus einem schwer löslichen Material abgeschieden wird, und die Entfernung der Galvanikelektrode

(12) durch Auflösen der leicht löslichen Schicht (51) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die GaI-vanikelektrode (12) an den für die Düsenkapillaren vorgesehenen Positionen Vorkanäle (71) enthält, die mit einem leicht entfernbaren Füllmaterial (72) bündig verschlossen sind, und daß im Verfahrensschritt d) lediglich das Füllmaterial (72) der Galvanikelektrode (12) entfernt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt b) durch wiederholtes partielles Bestrahlen und wiederholtes partielles Entfernen des Resistmaterial Negativformen (101) von Düsenkapi11aren erzeugt werden, die mit der Galvanikelektrode (12) über Negativformen (102) von Vorkanälen verbunden sind.