● Universell: Geeignet für verschiedene Materialien (PVDF, PSf, PES), jedoch mitunter mit Kompromissen bei der Präzision (Düsentoleranz, Oberflächenbeschaffenheit).

● Speziell entwickelt: Maßgeschneidert für ein bestimmtes Material – z. B. lösungsmittelbeständige Beschichtungen für PVDF, hochfeste Materialien für PA, Keramikbeschichtungen für CTA, Titan für PA zur Verhinderung von Hydrolyse. Höhere Präzision/Stabilität, erfordert jedoch häufige Produktwechsel in Anlagen mit mehreren Produkten.

● Empfehlung: Bei hohem Durchsatz empfiehlt sich ein Universalgerät, um die Kosten zu senken; bei hohen Präzisionsanforderungen (z. B. Hämodialyse) sollte ein dediziertes Gerät gewählt werden, um die Leistungsfähigkeit zu gewährleisten.

● Basierend auf der Streckgrenze des Materials bei Betriebstemperatur.

● Sicherheitsfaktor:

● Branchenübliche Praxis: 3–4 für kontinuierliche Präzisionschemieanlagen.

● Formel (vereinfacht): Zulässiger Betriebsdruck ≈ Streckgrenze / Sicherheitsfaktor.

● Beispiel: Die Streckgrenze von Edelstahl 304 liegt bei einer Temperatur von ca. 240 MPa; bei einem Sicherheitsfaktor von 4 beträgt die zulässige Spannung ca. 60 MPa. Der tatsächliche Auslegungswert liegt aus Sicherheitsgründen deutlich darunter.

● DLC (diamantähnlicher Kohlenstoff): Sehr hart (HV ≥ 2000), hydrophob, verschleißfest; gut geeignet für hochviskose Gießmassen (z. B. PVDF-Schmelze) oder Systeme mit Neigung zu Verklebungen. Einschränkungen: Geringe Beständigkeit gegenüber starken Säuren/Basen; die Schichtdicke muss 0,5–2 μm betragen – zu dicke Schichten bergen die Gefahr von Abplatzungen und Verunreinigungen.

● Nitrieren (z. B. Ionennitrieren): Erhöht die Oberflächenhärte (HV ≥ 1000) und die Korrosionsbeständigkeit; geeignet für Hochtemperatur-TIPS und chlorierte Medien; gut für PSf/PES-Spülungen. Weniger beständig gegenüber fluorierten Lösungsmitteln; mäßige Hydrophobie; geringere Reduzierung von Hang-ups als bei DLC; kann die Rauheit leicht erhöhen.

● Allgemeines Prinzip: Bei starken Lösungsmitteln (z. B. DMF) ist DLC vorzuziehen; bei hohen Temperaturen/Drücken ist Nitrieren vorzuziehen. Die Verträglichkeit der Beschichtung muss stets geprüft werden, um chemische Schäden zu vermeiden.

● Material zuerst: SUS304/316L bevorzugen; Beschichtungen nur für extreme Bedingungen (hoher Feststoffgehalt/hoher Verschleiß) nach Langzeitvalidierung in Betracht ziehen.

● Vorteile: Geringere Rauheit verringert Reibung, Rückstände und Verstopfungen; Ra ≤ 0,8 μm verbessert die Durchmessergleichmäßigkeit und Oberflächenqualität – insbesondere beim Hochpräzisionsspinnen.

● Nicht unbedingt „je niedriger, desto besser“:

● Abnehmende Erträge unterhalb von Ra ~0,4 μm bei stark steigenden Kosten.

● Ausnahmen: Ultraglatte Wände können das Wandgleiten hochelastischer Schmelzen verändern; Systeme mit hohem Feststoffgehalt (>30 %) können Gleit-Haft-Pulsationen aufweisen. Einige Systeme zeigen ein optimales Rauheitsfenster.

● Übermäßiges Polieren kann die Bildung nützlicher Schmierfilme verringern; bei viskoseartigen geladenen Kolloiden kann die Adsorption die Spinnbarkeit verschlechtern.

● Verschmutzungsrisiko: Eine höhere Rauheit (Ra > 1,6 μm) begünstigt die Anhaftung von Verunreinigungen und das Verstopfen der Düsen.

● Problem: Raue Oberflächen erhöhen die Reibung, wodurch Restflüssigkeit zurückbleibt, die Gele bildet und nachfolgende Läufe verunreinigt.

● Optimierung: Durch Polieren eine geringe Rauheit (Ra ≤ 0,8 μm) anstreben, um Verschmutzungen und Hänger zu vermeiden.

● Undichtigkeit: Kratzer/Eindellungen beeinträchtigen die Planheit und die Dichtlinien; unter Druck tritt das Spannmittel bevorzugt an den Defekten aus.

● Exzentrizität: Beschädigungen können ungleichmäßige Klemmkräfte hervorrufen, wodurch kleine Biegemomente entstehen, die die interne Strömungsausrichtung verzerren und zu exzentrischen Fasern führen.

● Neu vs. alt: Unterschiede in der Düsenöffnung im Mikrometerbereich (±2 μm) verändern den Außendurchmesser/die Wandstärke und beeinflussen so den MWCO und den Fluss.

● Verschleißeffekte: Vergrößerung der Öffnung, Abrundung der Kanten, Mikrorisse verursachen:

● Höherer Durchfluss → dünnere Wände.

● Geringere Scherkräfte → lockerere Haut.

● Höhere Exzentrizität → geringere Festigkeit.

● Chargenvariabilität: Selbst identische Zeichnungen führen zu Mikroabweichungen in Öffnung/Spalt, Konzentrizität und Oberflächenbeschaffenheit – was die Spinndynamik und die Membranleistung (Fluss, Rückhaltung, Festigkeit) verändert.

● Qualitätsmanagement: Hohlfaserspinndüsen sind als kritische Anlagen zu behandeln; die Nutzungshistorie ist mit der Produktleistung abzugleichen; bei Überschreitung der Toleranzgrenzen sind sie auszusortieren/aufzuarbeiten.

● Symptom: Streng periodische „Bambus“- oder Dick-Dünn-Defekte mit Frequenzen, die mit den Harmonischen der Pumpendrehzahl/Verdrängung zusammenhängen.

● Druckmessung: Verwenden Sie Hochgeschwindigkeits-Druckaufnehmer am Einlass der Hohlfaserspinndüse; achten Sie auf pumpensynchrone Welligkeit.

● Korrelationstest: Pumpendrehzahl ändern; folgt die Fehlerperiode, ist eine starke Kopplung angezeigt.

● Pumpenverschleiß ausschließen: Sicherstellen, dass die Wellenbildung nicht ausschließlich auf mechanische Probleme der Pumpe (Zahnradeingriff, Verschleiß) zurückzuführen ist.

● Hauptursache: Die Nachgiebigkeit des Systems (Leitungssteifigkeit/-länge), die Kompressibilität des Spannmittels und die Pumpenwelligkeit bilden eine Resonanz, die die Druckwellen verstärkt.

● Lösungsmittelbeständigkeit: Kritisch für stark polare Lösungsmittel in NIPS (DMF, NMP, DMAC, DMSO).

● Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion: Chloride verursachen Spannungsrisskorrosion in Edelstählen. Bei möglicher Chloridexposition (Rohstoffe, Reinigungswasser) ist 316L vorzuziehen; für extreme Bedingungen empfiehlt sich Hastelloy C-276.

● Grundlage: Wählen Sie Materialien mit nachgewiesener Beständigkeit gegenüber den zu erwartenden Lösungsmitteln, Oxidationsmitteln und der SCC-Umgebung.

● Zu niedrige Temperatur: Die Viskosität steigt; der Transport wird erschwert; es bilden sich raue Oberflächen und Knötchen.

● Zu hohe Temperatur: Thermische Zersetzung; niedrige Viskosität; Brüche im Luftspalt; Risse/Hohlräume im Querschnitt.

● Gleichmäßige Temperaturregelung: Erzeugt dichte, rissfreie Querschnitte; verbessert die Durchmessergleichmäßigkeit und die mechanischen Eigenschaften.

● Viskositätsgradienten: Heißere Zonen → niedrigeres μ → schnellere Strömung → geringere Schwellung; kühlere Zonen → höheres μ → langsamere Strömung → größere Schwellung; führt zu Unterschieden im Lochdurchmesser.

● Phasentrennungskinetik: Die Temperatur beeinflusst direkt den Austausch zwischen Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel; eine ungleichmäßige Temperatur führt zu unterschiedlichen Porengrößen/Porositäten über die gesamte Platte hinweg.

● Lokale Hotspots: Niedrigeres μ → schnellere Strömung → dünnere Wände; gröbere fingerförmige Poren.

● Lokale Kältezonen: Verzögerte Phasentrennung → dickere Haut oder schwammartige Struktur; geringerer Fluss.

● Umfangs-ΔT: Verursacht Ungleichmäßigkeiten der Wandstärke, Exzentrizität und sogar spiralförmige Fasern.

● Axiales ΔT (TIPS): Vorzeitige Erstarrung vor dem Austritt führt zu instabiler Extrusion.