Werkstück aus im Spritzspinnverfahren von thermoplastischem Kunststoff gewonnenen
Hohlfäden und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf Werkstücke aus im Spritzspinnverfahren von thermoplastischem Kunststoff gewonnenen Hohlfäden. Derartige Werkstücke können Werkstoff- und: Bauelemente, Halb fertigerzeugnisse und Fertigteile der verschiedensten Art sein. Sie sollen sich dabei durch besonders geringes Raumgewicht und dennoch hohe Festigkeit auszeichnen. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zur Herstellung solcher Werkstücke.
Es sind bereits Werkstoff- und Bauelemente bekannt, die aus zusammengekitteten oder miteinander verklebten dünnen Röhrchen, z. B. Strohhalmen und dergleichen, hergestellt sind. Derartige Werkstoffund Bauelemente haben zwar ein ausserordentlich geringes Raumgewicht, weisen aber nicht die für viele Anwendungszwecke notwendige Festigkeit auf.
Vor allem ist es schwierig und für viele Fälle unmöglich, derartigen Werkstoff- und Bauelementen die erforderliche oder gewünschte Form zu geben.
Man hat deshalb auch bereits Werkstücke, Werkstoff und Bauelemente aus im Spritzspinnverfahren gewonnenen Hohlfäden aus thermoplastischen Stoffen hergestellt, indem diese Fäden gleichgerichtet aneinandergelegt und miteinander verklebt, verkittet oder in ein vorübergehend flüssiges oder plastisches Medium eingebettet wurden, welches später zu einem Stützgerüst erstarrt. Auf diese Weise kann man bisher Blöcke, Platten und ähnliche Gebilde erzeugen, die von feinen Röhrchen durchzogen sind, wobei der Raum zwischen diesen Röhrchen von einer mehr oder weniger festen Masse ausgefüllt ist.
Grundsätzlich haben die im Spritzspinnverfahren aus thermoplastischen Kunststoffen gewonnenen Hohlfäden eine vorteilhafte Eigenschaft gegenüber den früheren röhrchenartigen Strukturbildern, wie Strohhalmen und dergleichen. Bei dem Spritzspinnprozess erfahren die Hohlfäden während des Überganges vom schmelzflüssigen zum festen Zustand eine Verstreckung. Diese bewirkt eine teilweise molekulare Orientierung in Längsrichtung, die im Hohifaden eine Spannung erzeugt, welche nach dem Erstarren des Hohlfadens gewissermassen konserviert ist. Bei nachträglicher Wärmebehandlung einer grösseren Menge zu Blöcken, Platten oder anderen Körpern zusammengefügt er Hohifäden wird diese Spannung vorübergehend freigelassen.
Dadurch erhält der so gebildete körper eine sehr grosse mechanische Festigkeit.
Trotz dieser grundsätzlichen vorteilhaften Möglichkeit der im Spritzspinnverfahren aus thermoplastischen Kunststoffen gewonnenen Hohlfäden haben die bisher bekannten, aus solchen Hohlfäden gebildeten Werkstücke noch eine Reihe wesentlicher Mängel. So wird für die Herstellung solcher Werkstücke eine grosse Menge von Bindemittel benötigt, das die Zwischenräume zwischen den einzelnen Röhrchen anfühlt. Neben der dadurch bedingten wesens lichen Verteuerung der Herstellung der Werkstücke ergibt sich auch der Nachteil, dass derartige Werkstücke oder ein solcher Werkstoff ein verhältnismässig hohes Raumgewicht hat, das ihn für viele Zwecke ungeeignet macht.
Ausserdem macht es das in grosser Menge beigegebene Bindemittel weitgehend unmöglich, die oben erörterten besonderen Eigenschaften der HoMäden voll auszunutzen, da entweder das Bindemittel bei der Wärmebehandlung so fest ist, dass die den einzelnen Hohlfäden innewohnende Spannung auch nicht voriibergehend freigelassen wird, oder das Bindemittel ist bei der WärmebehanS lung derart weich, dass die den Hohlfäden innewohnende Spannung durch gegenseitiges Verschieben der Fäden völlig freigegeben wird, ohne dass eine wesentliche Verspannung des Werkstückes oder Werkstoffes eintritt.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gegenseitige Verbindung der in Spritzspinnverfahren gewonnenen Hohlfäden in derartigen Werkstücken zu schaffen, die einerseits Werkstücke sehr geringen Raumgewichtes und anderseits die volle Ausnutzung der besonderen Eigenschaften der Hohlfäden erreichbar macht.
Dies wird durch die Erfindung dadurch erreicht, d'ass die einzelnen Hohlfäden in der Art einer Wabenstruktur sich eng aneinander schmiegende und sich über die gesamte des Werkstückes erstreckende Zellen bilden, deren benachbarte Wände mindestens zum grossen Teil unmittelbar fest miteinander verschmolzen sind.
Durch die Erfindung wird ausser der unmittelbaren festen Verbindung der Aussenflächen der Hohlfäden auch eine besonders günstige und stabile Struktur des Werkstückes oder Werkstoffes geschaffen.
Die durch die unmittelbare feste Verbindung der benachbarten Wandteile der Hohlfäden gegebene Möglichkeit der vollen Ausnutzung der den Fäden innewohnenden Spannung ergibt zusammen mit der besonders günstigen, durch die Erfindung geschaffenen Struktur ein Werkstück sehr hoher Verspannung und Festigkeit bei sehr geringem Raumgewicht.
Das Werkstück nach der Erfindung lässt sich in allen denkbaren Gebrauchsformen herstellen.
Die Erfindung schafft ausserdem ein neues und vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der in Frage stehenden Werkstücke aus im Spritzspinnverfahren von thermoplastischem Kunststoff gewonnenen Hohlfäden. Das Verfahren nach der Erfindung kennzeichnet sich dabei dadurch, dass die gesponnenen und zugeschnittenen Hohlfäden in einer dem jeweiligen Werkstück entsprechende Form in solcher Menge zumindest schichtweise parallel gerichtet eingebracht werden, dass sie die Form locker ausfüllen, und dass diese Hohlfäden in der Form der gleichzeitigen Einwirkung einer Erhitzung bis zu dem Bereich des Schmelzpunktes ihres Materials und mindestens zum grossen Teil einer Druckerhöhung in den Innenräumen der Fäden gegenüber dem Faden äusseren ausgesetzt und nach dem Einnehmen der Form und Verschmelzen der Fadenwandungen durch Abkühlung verfestigt werden.
Durch das Verfahren nach der Erfindung wird einerseits die Möglichkeit geschaffen, Werkstücke jeder gewünschten Form aus derartigen Hohlfäden herzustellen. Anderseits werden die besonderen Eigenschaften der Hohlfäden besonders weitgehend und günstig bereits während des Formvorganges ausgenutzt. Durch die gleichzeitige Einwirkung von Wärme, durch die die den Fäden innewohnende Spannung freigegeben wird, und des erhöhten Druckes im Innenraum der Fäden wird diese Innenspannung der Fäden aufgefangen und auf die fertige Struktur des Werkstückes übertragen.
Einige Ausführungsformen des Werkstückes und des Verfahrens nach der Erfindung werden im folgen den an Hand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Füllmenge von Hohlfäden zur Herstellung eines einfachen Plattenkörpers vor der Verschmelzung der Hohlfädenoberflächen,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen fertigen Plattenkörper nach der Erfindung,
Fig. 3 einen Schnitt durch einen gemäss der Erfindung nur aus Hohlfäden gebildeten Stab mit teilweisem Querschnittsbild,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine im wesentlichen aus Hohlfäden gebildete Leiste,
Fig. 5 einen Abschnitt und Querschnitt von einem nach der Erfindung hergestellten leichten Mast,
Fig. 6 einen Schnitt durch den Mittelteil eines nach der Erfindung hergestellten Skis,
Fig. 7 einen Gegenstand, dessen Kern aus Hohlfäden und dessen AussenfFäche aus einer vorgeformten Hülle besteht,
Fig.
8 einen Plattenkörper aus Hohlfäden, die in mehreren Schichten mit sich kreuzenden Fadenrich tun, gen liegen, und
Fig. 9 einen Plattenkörper, bei dem in die Hohlfädenmasse ein Drahtgeflecht eingeschmolzen ist.
Wie der Vergleich von Fig. 1 und 2 zeigt, werden nach der Erfindung die im Spritzspinnverfahren von thermoplastischem Kunststoff gewonnenen Hohlfäden zunächst in lockerer Schüttung parallel gerichtet in eine Form eingegeben und in dieser unter gleich- zeitiger Einwirkung von Hitze und eines im Inneren der Fäden aufgebauten Überdruckes so weit gebläht, dass die Zwischenräume zwischen den in lockerer Schüttung eingegebenen Fäden verschwinden und die Wände der benachbarten Fäden fest miteinander verschmelzen. Fig. 2 zeigt deutlich die sich dadurch ergebende Struktur, die im Querschnitt etwa bienenwabenartige Form aufweist.
Im Beispiel der Fig. 3 handelt es sich um einen nach der Erfindung hergestellten Stab, der eine verdichtete Oberfläche 1 sowie von der Oberfläche 1 radial nach innen verlaufende Rippen 2 aufweist, deren Struktur wesentlich dichter als die der übrigen Teile 3 ist. Diese statisch am stärksten beanspruchten Teile des Stabes sind dadurch verdichtet, dass sie von einzelnen oder in Bündeln, Schichten und anderen Gruppierungen zusammenliegenden Hohlfäden durchzogen sind, die seitlich so stark zusammengedrückt sind, dass sie fasb keinen Hohlraum mehr haben, wodurch auf einer verhältnismässig kleinen Querschnittfläche sehr viele Fäden untergebracht sind.
Im Rahmen des später näher erläuterten Verfahrens können diese verdichteten Stellen 1, 2 dadurch erzielt werden, dass man beim Formvorgang die Hohlfäden der zu verdichtenden Teile 1 und 2 offen lässt, oder nach dem Abschneiden der gesamten Formfüllung mit einem Heizdraht wieder öffnet. In diesen verdichteten Partien 1, 2 des Werkstückes werden dadurch die Kunststoffhohlfäden nur der
Wärmewirkung unterworfen, durch die ihre Wandungen erweichen, zusammengedrückt werden und sich an der Aussenfläche fest verbinden. Die feste Flächenverbindung wird dadurch auch zugleich mit den Wandungsteilen der benachbarten aufgeblähten Fäden der Bereiche 3 geschaffen.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Werkstückbereich erhöhter Materialdichte. Der Schnitt verläuft in diesem Beispiel durch eine Stelle, an der ein Beschlag 4 mittels eingedrehter Schrauben 5 auf einer Leiste befestigt ist. Vor dem Formvorgang wird das gesamte Bündel von Hohlfäden im Bereich des Beschlages 4 in eine plastische Masse eingebettet. Bei der gleichzeitigen Einwirkung von Wärme und einem im Inneren der Hohlfäden aufgebauten Überdruck konnten sich im Bereich des Beschlages 4 die Hohlfäden nicht mehr wesentlich ausdehnen, sondern wurden dort unter Beibehaltung ihres kleinen, runden Querschnittes fest in die Einbettungsmasse eingedrückt, während an allen übrigen Teilen des Werkstückes sich die Hohlfäden in gleicher Weise zu einer Struktur verbinden, wie sie in Fig. 2 und in den Bereichen 3 der Fig. 3 gezeigt ist.
Die plastische Masse 6, die beim Erkalten der Formfüllung fest geworden ist, befindet sich nur an den Stellen zwischen den Hohlfäden, an denen Beschläge anzubringen oder andere nachträgliche Bearbeitungen, z. B. Bohrungen, vorzunehmen sind und deshalb grössere Materialdichte erfordern.
Das Beispiel der Fig. 5 zeigt einen Abschnitt und Querschnitt eines leichten Mastes, der sich beispielsweise als Antennenmast oder dergleichen eignet.
Im vorliegenden Beispiel hat dieser Mast eine verdichtete Oberfläche 1, die in gleicher Weise gebildet ist wie im Beispiel der Fig. 3. Der Kanal 7 ist dadurch gebildet, dass ein Kunststoffrohr vor dem Verschmelzen der Hohlfäden in die Hohlfadenmasse eingebettet worden ist. Zur weiteren Versteifung des Mastes können auch in diesem Beispiel radiale Rippen in ähnlicher Form wie im Beispiel der Fig. 3 vorgesehen werden. Es ist auch möglich, mehrere Längskanäle durch einfaches Einlegen mehrerer Kunststoffrohre zu schaffen, deren Oberfläche durch die Wirkung der nach der Erfindung vorgenommenen Erhitzung der Füllung mit den Wandungen der umgebenden Hohlfäden fest verschmolzen ist.
Das Beispiel der Fig. 6 zeigt den Mittelteil eines Skis im Schnitt, der bei grösster Bruchsicherheit ausserordentlich leicht ausgebildet ist. Der eigentliche Skikörper ist aus Hohlfäden 8 gebildet. Das Standblech 9 ist mit Verankerungen 9a versehen, die in die Hohlfädenmasse eingeschmolzen sind. Der ganze Ski ist mit einer Schicht 10 überdeckt, die vorzugsweise aus einem Gemisch von Glasfasern und Kunstharz besteht. Ausserdem kann noch in bekannter Weise auf der Unterseite des Skis eine besondere Laufsohle 11 angeordnet sein.
Die nach der Erfindung hergestellten Gegenstände können auch aus einer Kombination von Hohlfäden und einer Hülle bestehen, die als besonders harte, mit irgendwelchen Ausnehmungen, Ansätzen oder mit anderen Einrichtungen oder Eigenschaften versehene Oberfläche des Gegenstandes dient. Die Hülle ist dann mit Hohlfäden ausgefüllt, deren Oberfläche sich mit der Innenfläche der Hülle unter Einwirkung der Wärme fest verbindet. So zeigt beispielsweise Fig. 7 einen Gegenstand, dessen Kern aus Hohlfäden 12 besteht und dessen Aussenfläche von einer vorgeformten Hülle 13 gebildet wird, die vorzugsweise aus einem anderen Material besteht. Auf diese Weise lassen sich z. B. auch Fensterrahmen, Profile und viele andere Gegenstände herstellen.
Die Erfindung bietet ferner die Möglichkeit einer schichtweisen Querverspannung der Werkstücke.
Hierzu gibt Fig. 8 ein Beispiel für einen Plattenkörper aus Hohlfäden, die in mehreren Schichten mit sich kreuzenden Fadenrichtungen liegen. Dabei können die Hohlfäden schichtweise sowohl aus verschiedenen Kunststoffen bestehen als auch verschiedene Durchmesser oder Wandstärken aufweisen. In der Zeich- nung ist ein Türblatt dargestellt, bei dem auch die Beschläge 14, 15 mit Verankerungen in die Hohlfädenmasse eingeschmolzen sind.
Eine weitere günstige Möglichkeit der Erfindung ergibt sich im Beispiel ; der Fig. 9, die einen Platten- körper zeigt, bei dem in die Hohifädenmasse 16 ein Drahtgeflecht 17 eingeschmolzen ist. Dieses Einschmelzen eignet sich insbesondere für Gegenstände mit Einlagen aus fremdartigen Stoffen zur spezifischen Erhöhung der mechanischen Festigkeit. Das Drahtgeflecht gibt dem Plattenkörper einen grösseren Zusammenhalt in der Plattenebene. So kann auch die Zugbelastbarkeit oder die Biegefestigkeit z. B. durch Draht-oder dergleichen Einlagen in Längsrichtung erhöht werden.
Das Verfahren nach der Erfindung kann in verschiedener Weise durchgeführt werden.
Eine Möglichkeit zur DurchführurLg dieses Ver- fahrens besteht darin, dass man die erforderliche Menge Hohlfäden gleichgerichtet in eine gasdicht verschliessbare und an eine Gasabsaugvorrichtung angeschlossene Form bringt. Vor dem Einbringen der Hohlfäden in die Form oder vor dem Verschliessen der Form werden die Enden der Hohlfäden mit geeigneten Mitteln geschmolzen. Nach dem Schliessen der Form wird die Füllung bei gleichzeitigem Absaugen der zwischen den Zellen befindlichen Luft erhitzt, bis die Aussenflächen der Hohlfäden miteinander verschmelzen. Ist der Verschlmelzungsvor- gang beendet, so lässt man die Füllung nach Öffnung der Hohlfäden, beispielsweise an einer Stirnseite, erstarren.
Eine andere Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens gestattet die Verwendung einer nicht gasdicht verschliessbaren Form, die natürüch auch nicht an eine Gasabsaugvorn.chtung angeschlossen ist. Nach dieser Ausführungsart bringt man ein fach die Füllung unter Parallelrichtung und beidseitigem Zuschmelzen der Hohlfäden in die Form und erwärmt, bis die Verschmelzung der Hohlfäden- oberflächen erfolgt ist. Das in den Hohlfäden eingeschlossene Gas erweitert bei seiner Ausdehnung infolge der Erhitzung die Zelieninnenräume und verdrängt damit die interzellularen Hohlräume. Nach vollständiger Verschmelzung der Hohlfädenaussen wände öffnet man die Zellen an einer Stirnseite und lässt die Füllung erkalten.
Diese Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens ist besonders geeignet für die Verwendung von Thermoplasten mit verhältnismässig hoher Schmelztemperatur, da man hierbei infolge der hohen Temperaturspanne bis zum Schmelzpunkt des Materials eine erhebliche Erweiterung der Zelleninnenräume und damit verbunden eine weitgehende Verdrängung der zwischen den Hohlfäden liegenden Luft erreichen kann.
Eine Abwandlung dieses Verfahrens besteht darin, dass man als Form eine Hülle verwendet, deren Aussenfläche dem gewünschten Gegenstand entspricht. Hinsichtlich der Füllung und Verschmelzung der Hohlfäden verfährt man ebenso wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsart. Jedoch bleibt die Füllung auch nach der Erstarrung in der Form, welch letztere dann zur Oberfläche des Gegenstandes wird.
Eine technische Vervollkommnung des erfindungsgemässen Verfahrens, die sich bei allen beschriebenen Ausführungsarten des Verfahrens ein richten lässt, besteht darin, dass man beliebige Partien eines aus Hohlfäden gebildeten Gegenstandes verstärken kann. Zu diesem Zweck lässt man die diese Partien und deren unmittelbare Nachbarschaft durchziehenden Hohlfäden offen, oder öffnet sie wieder, nachdem man die Fäden in der gesamten Füllung, z. B. durch Abschneiden mit einem glühenden Draht, zugeschmolzen hat. Wenn sich nun beim Erhitzen die geschlossenen Hohlfäden ausdehnen, werden die offenen zugedrückt, so dass an den gewünschten Querschnittsteilen eine gegenüber den übrigen Partien wesentlich grössere Menge von Hohlfäden angeordnet und damit auch eine grössere Festigkeit erzielt werden kann.
Auf diese Weise lässt sich bei kleinem Querschnitt und geringem Raumgewicht eine ausserordentliche Festigkeit erzielen.
Eine weitere technische Vervollkommnung des erfindungsgemässen Verfahrens bezieht sich auf die Herstellung von Gegenständen aus Hohlfäden, an denen Beschläge, z. B. durch Eindrehen von Schrauben, befestigt oder andere Bearbeitungen vorgenommen werden sollen, die eine verhältnismässig grosse Materialdichte erfordern. Hiebei werden die Hohlfäden an solchen Stellen in ein flüssiges oder plastisches Medium eingebettet, welches nach dem Ausformen des Gegenstandes zu einer festen Masse erhärtet. So lässt sich an den erforderlichen Stellen auf ganz einfache Weise ohne Verkleinerung des Querschnittes eine grössere Materialdichte erzielen.
Im Rahmen der Erfindung können auch Plattenkörper hergestellt werden, die nicht nur in ihrer Struktur, sondern auch in ihrem Aussehen holz ähnlich sind. Hierzu wickelt man die aus der Spinn düse kommenden Hohlfäden auf eine Trommel oder einen flachen Rahmen, bis eine der gewünschten Plattenstärke entsprechende Schichtdicke erreicht ist.
Dabei lässt man zur Erzielung des optischen Holzeffektes nacheinander in ihrer Färbung mehr oder weniger verschiedene Hohlfäden auflaufen. Bei der späteren Einformung der Hohifäden mischen sich die verschiedenen Farben geringfügig, so dass ein holzmaserartiger Effekt entsteht. Ausser Plattenkörpern lassen sich auch andere Gegenstände, z. B. Skier, auf diese Weise mit einem optischen Holzeffekt herstellen, sofern beim Abnehmen der Hohlfäden von der Haspel und dem danach folgenden Einformen keine Umgruppierung der Hohlfäden erforderlich ist.
Zur Herstellung von langgestreckten Gegenstän den, deren Querschnittsgrösse sich in Längsrichtung verändert, z. B. nach oben sich verjüngenden Masten, Angelruten, Skiern, Paddeln und anderen Gegenständen, können Hohlfäden verwendet werden, deren Durchmesser sich in gleicher Weise ändert wie die Querschnittsgrösse der fertigen Gegenstände. Diese Veränderung des Hohlfadendurchmessers wird dadurch erreicht, dass man die Geschwindigkeit, mit der die Hohlfäden von der Düse abgezogen werden, in einem der Durchmesserveränderung entsprechenden Rhythmus verändert. Dann werden die Hohlfäden so aufgehaspelt, dass in jeder beliebigen durch die Haspelwicklung gelegten Schnittfläche alle Hohlfäden einen gleichen Durchmesser haben. Zur Herstellung z.
B. eines von einem zum anderen Ende sich verjüngenden Stabes lässt man die Abzugsgeschwindigkeit abwechselnd gleichmässig zum und abnehmen.
Wenn die erforderliche Menge Hohlfäden ausgehaspelt ist, durchschneidet man die Haspelwickiung an der dicksten und der dünnsten Stelle. Analog verfährt man auch zur Herstellung von Gegenständen, deren Querschnittsgrösse sich in anderem Verlauf ändert.
Die Anwendung des Erfindungsgedankens beschränkt sich nicht auf die vorstehend aufgeführten Ausführungsbeispiele. Letztere dienen lediglich dazu, Möglichkeiten zur technischen Vervollkommnung der Erfindung aufzuzeigen. So kann man beispielsweise auch Plattenkörper oder andere Gegenstände ebenso mit einem Gemisch von Glasfaser und Kunstharz überschichten, wie dies für den als Ausführungsbeispiel beschriebenen Skier vorgeschlagen wird.
Dieses Beispiel zeigt, dass die an den Ausführungsbeispielen erklären technischen Einzelheiten der Erfindung auch untereinander vertauscht, miteinander kombiniert und an weiteren in der vorliegenden Beschreibung nicht aufgeführten Gegenständen zur Anwendung gebracht werden können.
Workpiece made from thermoplastic material obtained by injection spinning
Hollow fibers and process for their production
The invention relates to workpieces made of hollow fibers obtained from thermoplastic synthetic material by injection-spinning. Such workpieces can be material and: components, semi-finished products and finished parts of various types. They should be characterized by a particularly low volume weight and yet high strength. The invention also relates to methods for producing such workpieces.
There are already known materials and components that are made of thin tubes cemented or glued together, e.g. B. straws and the like are made. Such materials and components have an extremely low density, but do not have the strength required for many applications.
Above all, it is difficult and, in many cases, impossible to give such material and structural elements the required or desired shape.
Workpieces, materials and components have therefore already been produced from hollow fibers made of thermoplastic materials obtained in the injection spinning process by laying these threads in the same direction and gluing them together, cementing them or embedding them in a temporarily liquid or plastic medium, which later solidifies to form a support structure. In this way one can produce blocks, plates and similar structures, which are traversed by fine tubes, the space between these tubes is filled by a more or less solid mass.
Basically, the hollow filaments obtained from thermoplastics in the injection spinning process have an advantageous property compared to the earlier tubular structures such as straws and the like. In the injection spinning process, the hollow fibers are stretched during the transition from the molten to the solid state. This causes a partial molecular orientation in the longitudinal direction, which creates a tension in the hollow thread, which is to a certain extent conserved after the hollow thread has solidified. If a larger amount is subsequently heat treated to form blocks, plates or other bodies, the hollow threads will temporarily release this tension.
This gives the body so formed a very high mechanical strength.
Despite this fundamentally advantageous possibility of the hollow fibers obtained from thermoplastics in the injection spinning process, the previously known workpieces formed from such hollow fibers still have a number of significant defects. For the production of such workpieces, a large amount of binding agent is required that feels the gaps between the individual tubes. In addition to the essential increase in the cost of manufacturing the workpieces caused by this, there is also the disadvantage that such workpieces or such a material has a relatively high density, which makes it unsuitable for many purposes.
In addition, the large amount of binder added makes it largely impossible to fully utilize the special properties of the HoMäden discussed above, since either the binder is so firm during the heat treatment that the tension inherent in the individual hollow fibers is not temporarily released, or the binder is during the heat treatment so soft that the tension inherent in the hollow fibers is completely released by mutual displacement of the threads without any significant tension of the workpiece or material occurring.
In contrast, the invention is based on the object of creating a mutual connection of the hollow fibers obtained in the injection spinning process in such workpieces, which on the one hand makes workpieces of very low density and on the other hand the full utilization of the special properties of the hollow fibers achievable.
This is achieved by the invention in that the individual hollow fibers in the manner of a honeycomb structure form cells which nestle closely together and extend over the entire workpiece, the adjacent walls of which are at least for the most part directly fused together.
In addition to the direct fixed connection of the outer surfaces of the hollow fibers, the invention also creates a particularly favorable and stable structure of the workpiece or material.
The possibility of full utilization of the tension inherent in the threads, which is given by the direct fixed connection of the adjacent wall parts of the hollow fibers, together with the particularly favorable structure created by the invention, results in a workpiece of very high tension and strength with a very low volume weight.
The workpiece according to the invention can be produced in all conceivable forms of use.
The invention also creates a new and advantageous method for producing the workpieces in question from hollow fibers obtained from thermoplastic material by injection-spinning. The method according to the invention is characterized in that the spun and cut hollow fibers are introduced into a shape corresponding to the respective workpiece in such an amount, at least in layers, parallel to one another that they loosely fill the shape, and that these hollow fibers in the form of simultaneous action a heating up to the range of the melting point of their material and at least for the most part a pressure increase in the inner spaces of the threads compared to the outer thread and solidified by cooling after taking the shape and fusing the thread walls.
The method according to the invention on the one hand creates the possibility of producing workpieces of any desired shape from such hollow fibers. On the other hand, the special properties of the hollow fibers are used particularly extensively and favorably during the forming process. Due to the simultaneous action of heat, which releases the tension inherent in the threads, and the increased pressure in the interior of the threads, this internal tension of the threads is absorbed and transferred to the finished structure of the workpiece.
Some embodiments of the workpiece and the method according to the invention are explained in the following with reference to the drawing.
Show it:
1 shows a section through a filling quantity of hollow fibers for the production of a simple plate body before the hollow fiber surfaces are fused,
2 shows a section through a finished panel body according to the invention,
3 shows a section through a rod formed only from hollow fibers according to the invention with a partial cross-sectional image,
4 shows a cross section through a strip essentially formed from hollow fibers,
5 shows a section and cross-section of a light mast made according to the invention,
6 shows a section through the middle part of a ski manufactured according to the invention,
7 shows an object whose core consists of hollow fibers and whose outer surface consists of a preformed shell,
Fig.
8 a plate body made of hollow fibers that do, lie in several layers with intersecting thread lines, and
9 shows a plate body in which a wire mesh is fused into the hollow fiber mass.
As the comparison of FIGS. 1 and 2 shows, according to the invention, the hollow fibers obtained by injection spinning from thermoplastic material are first introduced into a mold in a loose fill, parallel to one another and built up in this under the simultaneous action of heat and one inside the fibers Overpressure inflated so far that the gaps between the loose fill threads disappear and the walls of the neighboring threads fuse together firmly. FIG. 2 clearly shows the resulting structure, which has an approximately honeycomb-like shape in cross section.
The example in FIG. 3 is a rod produced according to the invention, which has a compacted surface 1 and ribs 2 extending radially inward from the surface 1, the structure of which is significantly denser than that of the other parts 3. These statically most heavily stressed parts of the rod are compacted by the fact that they are traversed by individual hollow fibers or hollow fibers lying together in bundles, layers and other groups, which are compressed so much laterally that they no longer have any hollow space, which results in a relatively small cross-sectional area very many threads are housed.
As part of the method explained in more detail later, these compacted points 1, 2 can be achieved by leaving the hollow fibers of the parts 1 and 2 to be compacted open during the molding process, or reopening them with a heating wire after cutting off the entire mold filling. In these compressed parts 1, 2 of the workpiece, the hollow plastic filaments are only the
Subject to the effects of heat, through which their walls soften, are compressed and firmly bond to the outer surface. The firm surface connection is thereby created at the same time as the wall parts of the adjacent inflated threads of the areas 3.
4 shows a section through a workpiece area of increased material density. In this example, the cut runs through a point at which a fitting 4 is attached to a bar by means of screwed-in screws 5. Before the molding process, the entire bundle of hollow fibers is embedded in a plastic mass in the area of the fitting 4. With the simultaneous action of heat and an overpressure built up inside the hollow fibers, the hollow fibers could no longer expand significantly in the area of the fitting 4, but instead were pressed firmly into the embedding compound while maintaining their small, round cross-section, while on all other parts of the Workpiece, the hollow fibers are connected in the same way to form a structure as shown in FIG. 2 and in areas 3 of FIG.
The plastic mass 6, which has become solid when the mold filling has cooled, is only at the points between the hollow fibers where fittings are to be attached or other subsequent processing, eg. B. holes are to be made and therefore require greater material density.
The example in FIG. 5 shows a section and cross section of a light mast which is suitable, for example, as an antenna mast or the like.
In the present example, this mast has a compacted surface 1, which is formed in the same way as in the example of FIG. 3. The channel 7 is formed in that a plastic tube has been embedded in the hollow fiber mass before the hollow fibers are fused. For further stiffening of the mast, radial ribs in a shape similar to that in the example in FIG. 3 can also be provided in this example. It is also possible to create several longitudinal channels by simply inserting several plastic pipes, the surface of which is firmly fused with the walls of the surrounding hollow fibers by the effect of the heating of the filling made according to the invention.
The example in FIG. 6 shows the middle part of a ski in section, which is extremely light with the greatest possible break resistance. The actual ski body is formed from hollow fibers 8. The standing plate 9 is provided with anchors 9a which are melted into the hollow fiber mass. The entire ski is covered with a layer 10, which preferably consists of a mixture of glass fibers and synthetic resin. In addition, a special outsole 11 can be arranged in a known manner on the underside of the ski.
The objects produced according to the invention can also consist of a combination of hollow fibers and a shell, which serves as a particularly hard surface of the object which is provided with any recesses, attachments or other devices or properties. The shell is then filled with hollow fibers, the surface of which bonds firmly to the inner surface of the shell under the action of heat. For example, FIG. 7 shows an object whose core consists of hollow fibers 12 and whose outer surface is formed by a preformed sheath 13, which is preferably made of a different material. In this way, z. B. also produce window frames, profiles and many other objects.
The invention also offers the possibility of transverse bracing of the workpieces in layers.
To this end, FIG. 8 gives an example of a plate body made of hollow fibers which lie in several layers with intersecting thread directions. The hollow fibers can consist of different plastics in layers and also have different diameters or wall thicknesses. The drawing shows a door leaf in which the fittings 14, 15 are also melted into the hollow fiber mass with anchors.
Another favorable possibility of the invention is shown in the example; 9, which shows a plate body in which a wire mesh 17 is melted into the hollow thread mass 16. This melting down is particularly suitable for objects with inserts made of foreign substances to specifically increase the mechanical strength. The wire mesh gives the panel body greater cohesion in the panel plane. So the tensile strength or the flexural strength z. B. be increased by wire or the like deposits in the longitudinal direction.
The method according to the invention can be carried out in various ways.
One possibility for carrying out this method consists in bringing the required amount of hollow fibers in the same direction into a mold that can be closed in a gas-tight manner and is connected to a gas suction device. Before the hollow fibers are introduced into the mold or before the mold is closed, the ends of the hollow fibers are melted using suitable means. After the mold has been closed, the filling is heated with simultaneous suction of the air located between the cells until the outer surfaces of the hollow fibers fuse with one another. When the fusing process has ended, the filling is allowed to solidify after opening the hollow fibers, for example on one end face.
Another embodiment of the method according to the invention permits the use of a form which cannot be closed in a gas-tight manner and which is of course not connected to a gas suction device. According to this embodiment, the filling is simply brought into the mold with a parallel direction and the hollow fibers melted together on both sides and heated until the hollow fiber surfaces have melted together. The gas trapped in the hollow fibers expands as it expands as a result of the heating, and thus displaces the intercellular cavities. After the outer walls of the hollow fibers have completely fused, the cells on one end face are opened and the filling is allowed to cool.
This embodiment of the method according to the invention is particularly suitable for the use of thermoplastics with a relatively high melting temperature, as the high temperature range up to the melting point of the material allows the cell interiors to be expanded considerably and, as a result, the air lying between the hollow fibers to be largely displaced.
A modification of this process is that a shell is used as the mold, the outer surface of which corresponds to the desired object. With regard to the filling and fusing of the hollow fibers, the procedure is the same as for the embodiment described above. However, even after solidification, the filling remains in its shape, which then becomes the surface of the object.
A technical improvement of the method according to the invention, which can be set up in all of the described types of execution of the method, consists in the fact that any parts of an object formed from hollow fibers can be reinforced. For this purpose, the hollow fibers running through these parts and their immediate vicinity are left open, or they are opened again after the threads have been placed in the entire filling, e.g. B. has melted shut by cutting with a glowing wire. If the closed hollow fibers expand when heated, the open hollow fibers are pressed shut so that a significantly larger amount of hollow fibers can be arranged at the desired cross-sectional parts compared to the other parts and thus greater strength can be achieved.
In this way, extraordinary strength can be achieved with a small cross section and low volume weight.
A further technical improvement of the method according to the invention relates to the production of objects from hollow fibers on which fittings, e.g. B. by screwing in screws, fastened or other operations that require a relatively large material density. The hollow fibers are embedded in such places in a liquid or plastic medium, which hardens to a solid mass after the object has been shaped. In this way, a greater material density can be achieved in the required places in a very simple manner without reducing the cross section.
In the context of the invention, panel bodies can also be produced that are similar to wood not only in their structure but also in their appearance. To do this, the hollow filaments coming from the spinning nozzle are wound onto a drum or flat frame until a layer thickness corresponding to the desired plate thickness is achieved.
In order to achieve the optical wood effect, more or less different hollow fibers are allowed to accumulate one after the other in their coloring. When the hollow threads are formed later, the different colors mix slightly, creating a wood-grain-like effect. In addition to plate bodies, other objects, e.g. B. Skis, produce in this way with an optical wood effect, provided that when removing the hollow fibers from the reel and then subsequent molding, no regrouping of the hollow fibers is required.
For the production of elongated objects whose cross-sectional size changes in the longitudinal direction, for. B. upwardly tapering masts, fishing rods, skis, paddles and other objects, hollow fibers can be used, the diameter of which changes in the same way as the cross-sectional size of the finished objects. This change in the hollow filament diameter is achieved by changing the speed at which the hollow filaments are drawn off the nozzle in a rhythm corresponding to the change in diameter. The hollow fibers are then reeled up in such a way that all hollow fibers have the same diameter in any cut surface laid through the reel winding. To produce z.
B. a rod tapering from one end to the other, the withdrawal speed is allowed to decrease alternately and evenly.
When the required amount of hollow fibers has been unwound, the reel winding is cut at the thickest and thinnest point. The same procedure is used for the manufacture of objects whose cross-sectional size changes in a different course.
The application of the inventive concept is not limited to the exemplary embodiments listed above. The latter only serve to show possibilities for technical improvement of the invention. For example, plate bodies or other objects can also be covered with a mixture of fiberglass and synthetic resin, as is suggested for the skis described as an exemplary embodiment.
This example shows that the technical details of the invention explained in the exemplary embodiments can also be interchanged, combined with one another and applied to other objects not listed in the present description.