KMU-innovativ Entwicklung eines Düsenkonzepts zur Effizienz- und Qualitätssteigerung beim Nassspinnen (InnoSpin)

Problemstellung
Technische Fasern auf Polymerbasis finden ihre Anwendung in vielen Bereichen unserer heutigen Gesellschaft. Für die Produktion von Leichtbau-Druckbehältern, wie z. B. in der Luft- und Raumfahrttechnik, ist es wichtig, dass die verarbeiteten Faserbündel eine homogene Qualität aufweisen. Sonst kann es zu Schwachstellen kommen, welche zu einem Bauteilversagen führen können. So wird bereits bei der Herstellung im sogenannten Nassspinnprozess die Qualität der Fasern durch die Form und Art der Spinndüse bestimmt. Bei diesem wird eine Polymerlösung durch die Spinndüsen gepresst und anschließend in einem Flüssigkeitsbad verfestigt. Je dicker das Faserbündel ist, desto schlechter dringt die Flüssigkeit in dieses ein, stört die Verfestigung und verursacht Qualitätseinbußen. Deshalb sind kommerziell erhältliche Spinndüsen für technische Fasern in ihrer Größe bzw. der maximalen Spinnlochzahl und damit in ihrer Produktionsleistung begrenzt.

Ziel
Ziel des KMU-innovativ-Projekts InnoSpin ist es, ein neuartiges Spinndüsenkonzept für technische Fasern zu entwickeln und prototypisch umzusetzen. Die maximal herstellbare Faserzahl soll erhöht und die mechanischen Eigenschaften der erzeugten Faser beibehalten bzw. verbessert werden. Dafür wird ein neuartiges Konzept für die Zuleitung der Verfestigungsflüssigkeit entwickelt sowie eine über den Querschnitt des gesponnenen Faserbündels gleichmäßige Umwandlung der Polymerlösung in feste Fasern sichergestellt. Diese Spinndüsentechnik soll für alle nassgesponnen Faserarten anwendbar sein.

Vorgehensweise
Um die neuartige Spinndüse zu entwickeln, werden Strömungssimulationen durchgeführt und damit die Verteilung der Verfestigungsflüssigkeit und der Polymerlösung ermittelt. Parallel dazu wird die Konstruktion der gesamten Baugruppe unter Einbezug der Simulationsergebnisse erarbeitet und anschließend prototypisch im Labormaßstab realisiert. Hierbei werden verschiedene Strömungsregelungen erprobt und die optimale Düsenkonfiguration herausgearbeitet. Im Ergebnis soll eine verbesserte Spinndüsenkonfiguration entstehen, welche im Vergleich zu kommerziell erhältlichen Düsen bei homogener Faserqualität deutlich produktiver sein wird.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Nach Projektende wird die Düse für den industriellen Einsatz weiterentwickelt, so dass nach ca. einem Jahr die Markteinführung erfolgen kann. Mit dieser Düsentechnologie sollen primär Hersteller von technischen Fasern angesprochen werden, bei welchen ein deutliches Wachstum zu erwarten ist. Darüber hinaus wird die Lösung auch als Nachrüstsystem zur Prozessverbesserung zur Verfügung gestellt.

• Fourné Maschinenbau GmbH
• IANUS Simulation GmbH
• RWTH Aachen
• Sossna GmbH