Verfahren zum überziehen von Textilfasern, insbesondere Glasfasern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum tÇberzie- hen von Textilfasern, insbesondere Glasfasern.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues und besseres Verfahren anzugeben, nach dem Textilfasern, insbesondere textile Glasfasern, bei deren Herstellung mit verschiedenen Überzügen versehen werden können, und zwar in einer Weise, die bisher erfolglos versucht worden ist, wobei fehlerhafte Stellen des Überzuges vermieden und eine höhere Festkörperkonzentration bei gleichzeitiger Verminderung des Wanderns der Festkörper erzielt werden sollen.
Demgemäss ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Überziehen von Textilfasern, insbesondere Glasfasern, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein Überzagsmaterial, welches einen ein thixotropes Gel erzeugenden Bestandteil enthält, in Lösung bringt und zu einer Abgabevorrichtung fördert, wobei man wenigstens einen Teil des Überzugsmaterials in thixotropen Zustand bringt, die Fasern über die Abgabevorrichtung führt, um sie in Kontakt mit dem Überzugsma terial zu bringen, und anschliessend die überzogenen Fasern zu einer Spule aufwickelt.
Das Verfahren kann man mit Hilfe einer Vorrichtung durchführen, die eine in einem Gestell um ihre Achse drehbare Abgaberolle aufweist, die einerseits mit einer Vorrichtung zur Aufgabe des Überzugsmaterials an die Abgaberolle zusammenwirkt und anderseits einen Bereich zur Abgabe des Überzugsmaterials an die Fasern bildet, wobei nahe der Oberfläche der Abgaberolle eine Scherfläche angeordnet ist, welche eine das auf der Abgaberolle befindliche Überzugsmaterial bei dessen Durchgang wenigstens teilweise in flüssigen Zustand verwandelnde Scherung erzeugt.
Man führt also die Fasern über ein thixotropes Gel, welches vorzugsweise beim Durchgang der Fasern durch das Gel und die dabei erzeugte Scherung in flüssigen Zustand gelangt ist. Sobald die Scherung des
Gels aufhört, kehrt das thixotrope Gel vorzugsweise sofort in den galertartigen Zustand zurück. Es hat sich als zweckmässig herausgestellt, die Fasern derart zu überziehen, dass man sie über eine mit dem thixotropen Gel versehene Oberfläche bewegt, wobei die dabei erzeugte Scherwirkung in der Oelschicht ein vollständiges und gleichmässiges Überziehen der Fasern mit dem Überzugsmaterial gewährleistet. Die mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens erzielte Gleichmässigkeit des Über- zuges war vollständig unerwartet, da bisher Fasern nicht über herkömmliche Gele zwecks Überziehen der Fasern gezogen werden konnten.
Die bisher bekannten Gele liessen sich nicht vom Gelkörper auf die Fasern übertragen und hafteten im allgemeinen nicht auf der Rückseite der Fasern. Jener Teil der bekannten Gele, der tatsächlich von den Fasern aufgenommen wurde, haftete an letzteren mehr durch mechanische Verzahnung als durch Adhäsion. Man hatte nun festgestellt, dass thixotrope Gele mehr als nur die Fläche überziehen, die gerade mit dem Gel in Berührung gebracht wird, sondern dass das thixotrope Material auch auf die Rückseite der Fasern fliesst und dort gleichermassen gut haften bleibt. Überzüge, die durch das Durchziehen der Fasern durch thixotrope Gele erzielt werden, erweisen sich als brauchbar und gleichmässig, und zwar in einem solchen Grade, dass die so überzogenen Fasern bei ihrer weiteren Verarbeitung, wie beispielsweise beim Verzwirnen oder Weben, nicht aneinanderscheuern.
Dies ist beispielsweise von besonderer Bedeutung bei Glasfasern, aber die genannten Vorteile treten auch bei anderen Textilfasern in genau gleicher Weise auf. Es sind eine ganze Reihe von Materialien bekannt, die ein thixotropes Gel erzeugen können. Man hat nun festgestellt, dass alle diese Materialien im vorliegenden Fall verwendet werden können, um aus den bisher bekannten Überzugsmaterialien Gele zu machen. Mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens können nicht nur ausser ordentlich gleichmässige Überzüge erzielt werden, sondern es geht auch kein Gel beim Ablauf des Verfahrens verloren. Dadurch ist das Überziehen der Fasern mit thixotropem Gel ausserordentlich wirksam und ermöglicht es, sogar solche Überzugsmaterialien wirtschaftlich zu verwenden, die vorher als Überzugsmaterialien für Glasfasern als zu kostspielig angesehen wurden.
Man hat überdies festgestellt, dass mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens ein wesentlich höherer Prozentsatz an Festkörpern in die Überzugslösungen, Emulsionen oder Suspensionen eingebracht und dadurch auch auf die Glasfasern aufgebracht werden können. Das vorliegende Verfahren, nach dem Fasern über ein thixotropes Gel geführt werden, um ihre Oberfläche zu überziehen, weist derartig viele Vorteile auf, dass alle bisherigen Verfahren zum Überziehen von Glasfasern nunmehr veraltet sind. Es konnten weder die Verwendung thixotroper Gele zum gleichmässigen Überziehen von Fasern noch die vielen mit diesen neuen Verfahren verbundenen Vorteile vorgesehen werden.
Es sind eine beträchtliche Anzahl von Materialien bekannt, sowohl organische wie anorganische, die alle zur Herstellung thixotroper Gele verwendet werden können und die man als Thixotrope bezeichnet. Die genaue Struktur der Gele im allgemeinen und der thixotropen Gele im besonderen ist nicht genau bekannt, aber man nimmt an, dass sie ein Netz von sekundären Bindungen erzeugen, die andere Materialien, einschliesslich der Lösungsmittel, umgeben und einschliessen. In einigen Beispielen werden die Lösungsmittel, sofern sie polar sind, durch van der Waals'sche Kräfte in das Netzwerk einbezogen, um ein Teilchen des Gelbildners mit einem andern zu verketten.
In anderen Beispielen nimmt man an, dass die Teilchen des Gelbildners durch sekundäre Kräfte ausgerichtet werden, um ein Netzwerk zu bilden. In einem thixotropen Gel zerstören Scherkräfte die sekundären Bindungen und brechen damit die Struktur auseinander und verursachen, dass sich das Gel wie eine Flüssigkeit verhält. Sobald keine Scherkräfte mehr einwirken, richten sich die Materialien von selbst wieder aus und bauen ein Netzwerk auf, das wiederum das Lösungsmittel einschliesst und das Material veranlasst, einen galertartigen Zustand einzunehmen. Wie bereits oben erwähnt, können die thixotropen Gele sowohl in wässrigen wie in organischen Lösungsmitteln erzeugt werden, wodurch man thixotrope Gele leicht unterschiedlicher Strukturen erhält.
Alle Arten der thixotropen Gele können ohne Rücksicht auf ihre Lösungsmittel gleichermassen zum Überziehen von Fasern und insbesondere zum Überziehen von Glasfasern im Zusammenhang mit ihrer Herstellung verwendet werden.
Da alle Arten von Materialien, die thixotrope Gele erzeugen können, Thixotrope genannt werden, und da sich alle Thixotrope für die Herstellung der Gele eignen, welche zum Überziehen von Glasfasern bei deren Herstellung verwendet werden können, werden diese Über- zugsmaterialien nachfolgend einfach als Thixotrope oder thixotrope Mittel bezeichnet.
Zum Aufbringen der thixotropen Gele auf Glasfasern sind die bekannten Abgabevorrichtungen nicht geeignet. Wie bereits oben ausgeführt, war es allerdings bisher nicht bekannt, Glasfasern mittels thixotroper Gele zu beschichten. Normale thixotrope Gele sind solche, die unter Umweltbedingungen und im statischen Zustand Gele sind. Wird auf diese Gele eine Querkraft von ausreichender Grösse zur Einwirkung gebracht, so nehmen sie einen flüssigen Zustand ein. Sobald allerdings die Querkraft wieder verschwunden ist, kehren sie augenblicklich in den gelartigen Zustand zurück. Diese Eigenschaften des thixotropen Gels erklären es, dass mit einem Polster oder einem Docht versehene Auftragevor- richtungen nicht geeignet sind, das thixotrope Gel in jenen Bereich zu fördern, von dem es durch die bewegten Fasern abgenommen werden könnte.
Auch ein endloses Band, das in einen Körper aus Gel eintaucht, dürfte das Gel bestensfalls ungleichmässig in jenen Be reich fördern, von dem es von den Fasern abgenommen werden kann. Auch die herkömmlichen, mit einer Abgaberolle ausgerüsteten Vorrichtungen arbeiten nicht zufriedenstellend. Alle diese Mängel werden von der oben erwähnten Vorrichtung zum Überziehen von Fasern beseitigt.
Die französische Patentschrift Nr. 1125 801 beschreibt ein Verfahren zum Imprägnieren von Geweben, wobei aber nicht alle einzelnen Fasern vom verwendeten Harz überzogen werden. Es war nicht zu erwarten, dass die erfindungsgemäss verwendeten Gele die Fasern völlig umgeben können. Die französische Patentschrift bezieht sich auf eine Schlichte bei der Herstellung der Fasern, erwähnt aber keine Verwendung der thixotropen Gele.
Die deutsche Patentschrift Nr. 1141 788 beschreibt die Vorbehandlung von Glasfasern mit einem Gemisch aus Polyester, Polyvinylalkohol, Dispergiermittel, organischer Siliziumverbindung und Polyvinylpyrrolidon.
Auch diese bilden keine thixotropen Gele.
Der Gegenstand der Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und anhand von Zeichnungen näher erläutert, dabei zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Überziehen von Fasern, im Grundriss,
Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 im Querschnitt längs der Linie II-II,
Fig. 3 eine weitere Vorrichtung zum Überziehen von Fasern, im Grundriss,
Fig. 4 die Vorrichtung nach Fig. 3 im Querschnitt längs der Linie IV-IV und
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Zustandsänderung verschiedener thixotroper Oele einerseits von der Scherung pro Sek. und anderseits von der Scherkraft.
Im folgenden Beispiel ist ein organisches Thixotrop angeführt, das zusammen mit einem organischen Lösungsmittel ein thixotropes Gel bildet, welches als Überzug von Glasfasern bei deren Herstellung geeignet ist.
Beispiel I
Gewichtsteile
Diazetonalkohol 170
Polyvinylazetat 20 Thixcin R 10 Thixcin R ist ein von der Baker Castor Company vertriebenes organisches Thixotrop, welches ein hochschmelzender (bei etwa 850 C) Ester des Rizinus öls, vornehmlich ein Reaktionsprodukt höherer organischer Säuren mit Rizinolein ist.
Dieses Überzugsmaterial wird hergestellt, indem man Polyvinylazetat mit 100 Teilen Diazetonalkohol mischt, bis das Polyvinylazetat gelöst ist, anschliessend gibt man den Rest des Diazetonalkohols dazu. Diese Lösung wird dann in einen Waring-Mischer eingebracht, dem man das Thixcin R bei hoher Geschwindigkeit und bei einer Mischungstemperatur von ungefähr 43,50 C hinzufügt. Das erhaltene Überzugsmaterial ist ein gutes thixotropes Gel, das auf eine gerundete Oberfläche gepumpt werden kann. Die Glasfasern werden dann bei ihrer Herstellung über diese mit Überzugsmaterial versehene Fläche geführt, wonach sie mit einem Film aus thixotropem Gel versehen sind, der die Glasfasern vollständig umgibt. Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels sind die Fasern mit einem Film aus Polyvinylazetat vollständig umgeben.
Das folgende Beispiel zeigt, dass zur Herstellung eines Gels aus Harzen diese und andere Materialien zusammen mit einem Thixotrop verarbeitet werden können.
Beispiel 2
Gewichtsteile
Epoxydharz 1 20
Epoxydharz 2 (70 S Festkörper) 8,6
Verbindungen der Formel (R-C-NH3)+ - (OOCCH3), wobei R= 8 bis 18C ist 1,5 y-Aminopropyltriäthoxysilan 0,7
Diazetonalkohol 159,2 Thixcin R 10
Die Epoxydharze weisen die Formel
EMI3.1
auf, wobei für das Epoxydharz 1 n=0 und für das Epoxydharz 2 n = 3 gilt.
Dieses Überzugsmaterial wird so hergestellt, dass man die Epoxydpolymere mit dem Diazetonalkohol in einem Waring-Mischer mischt und sie dabei in Lösung bringt und anschliessend das Thixcin R dazugibt. Der Mischer läuft dabei mit hoher Geschwindigkeit 5 Minuten lang, wobei die Temperatur der Mischung annähernd 44,50 C beträgt. Das erhaltene Überzugsmaterial ist ein gutes thixotropes Gel, welches die Glasfasern vollständig einschliesst, sobald diese durch das Überzugsmaterial geführt werden. Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels verbleibt ein Epoxydharz-Überzug auf den Glasfasern.
Die folgenden Beispiele stellen dar, wie praktisch jedes harzartige Material in ein thixotropes Gel verwandelt werden kann. Die Materialien werden dabei im wesentlichen in der gleichen Weise behandelt, wie bereits oben beschrieben ist. Die erhaltenen Überzugsma..
terialien überziehen Glasfasern gleichermassen einheitlich und gleichmässig und hinterlassen einen gleichmässigen Harz-Film, der die Fasern vollständig umgibt und überdeckt.
Beispiel 3
Gewichtsteile Äthylenglykolmonobutylätherstearat 190 Thixcin R 10
Beispiel 4
Gewichtsteile Wasserlösliches Epoxydharz 50
EMI3.2
Diazetonalkohol 142 Thixcin R 8
Beispiel 5
Gewichtsteile Stearylamin 15 Isopropanol 100 Thixcin R 12 5 %ige wässrige Polyvinylalkohol-Lösung 100
Beispiel 6
Gewichtsteile Aeroflint 303-X-90 der Firma Archer Daniels 40 (Oxiran modifizierter Ester,
Xylol-Lösung, 6û oig) Acroflint 202-XA1-60 der Firma Archer Daniels 40 (Polyester-Xylol MlBK-Lösung) Weisses Mineralöl, ein hochraffiniertes,
vollständig gesättigtes Petroleumöl 10 Äthylengiykolmonoäthylätherazetat 110 Thixcin R 8
Beispiel 7
Gewichtsteile
Epoxydharz 2 17,22
Epoxydharz 1 7,88 Glycidoxytnmethoxysilan 1,17 Silikon-Schmiermittel 1,06
Diazetonalkohol 100 sThixcin R 3
Beispiel 8
Gewichtsteile
Akrylharz ( Acryloid A10 ,
30 ,; Festkörper, der Firma Rohn & Haas) 10 < :
:Thixcin R 4 Athylenglykolmonoäthylätherazetat 86
Beispiel 9
Gewichtsteile
Epoxydharz 1 30 ,,çAminopropyltriäthoxysilan 1
Athylenglykolmonobutylätherstearat 80,5
Diazetonalkohol 80,5 Thixcin R 8
Das folgende Beispiel zeigt ein anderes organisches Thixorrop, welches in organischen Medien thixotrope Gele bilden kann, und die sich zur Aufbringung auf Glasfasern eignen.
Beispiel 10
Gewichtsteile
Diazetonalkohol 76
EMI4.1
<tb> <SEP> N- <SEP> CH2 <SEP> R1 <SEP> = <SEP> C Ho-OH <SEP> 4
<tb> R2-C-N-CH2 <SEP> R <SEP> = <SEP> C17 <SEP> ungesättigt
<tb> <SEP> Monoazolin
<tb> <SEP> R1
<tb>
Gereinigtes Attapulgit (3 MgO.1.5 AlO:3.8 SiO2.9 H2O)20 H,PO 0,5
Das thixotrope Uberzugsmaterial wird durch Lösen des Monazolin (1 -Hydroxyäthyl-2-alkylimidazol, dessen Alkylrest eine ungesättigte C17-Kette ist) in dem Alkohol (Diazetonalkohol) und dann durch Hin zufügen des Thixotropes hergestellt. Das Gut wird dann in einem Waring-Mischer 5 Minuten lang gemischt. Danach fügt man Phosphorsäure hinzu und vermischt sie innig, wobei das thixotrope Gel entsteht.
Dieses Material kann hindurchgezogene Glasfasern gleichmässig umhüllen.
Das folgende Beispiel zeigt, dass auch Wachse und andere Stoffe in ein thixotropes Gel bei Verwendung des gleichen Thixoaropes eingearbeitet werden können.
Beispiel 11
Gewichtsteile
Epoxydharz 1 7,6
Epoxydharz 2 (702 Festkörper) 3,3 y-Aminopropyltriäthoxysilan 0,3
Diazetonalkohol 64,2
EMI4.2
<tb> <SEP> N <SEP> CH2 <SEP> R1 <SEP> = <SEP> C,H-OH
<tb> R2-C-N-CH2 <SEP> R <SEP> = <SEP> C17 <SEP> (ungesättigt) <SEP> 4
<tb> <SEP> R1
<tb>
Gereinigtes Attapulgit (3 MgO.1.5 Al2O;3.8 SiO2.9 HrO) 20 HiPO4 4
Dieses thixotrope Überzugsmaterial wird in derselben Weise wie oben beschrieben hergestellt und umhüllt ebenso gleichmässig Glasfasern, wobei der Überzug wieder ein Harz oder andere Stoffe enthält.
Nun folgt ein Beispiel eines anorganischen Stoffes, der in wässrigem Medium ein thixotropes Gel bildet.
Auch dieses Gel umgibt Glasfasern beim Hindurchziehen mit einem gleichmässigen Überzug.
Beispiel 12
Gewichtsteile Baymal Alumina 2,8 NHaOH 0,5
Wasser 70
Dieses Überzugsmaterial erhält man durch Dispergieren des Baymal in 50 Teilen Wasser. Zu 20 Teilen Wasser fügt man das Ammoniumhydroxyd hinzu und mischt dann die beiden Materialien im Waring-Mischer 10 Minuten lang. So erhält man ein thixotropes Gel.
Andere Stoffe, wie z. B. kationische oder nichtionische Gleitmittel und Filmbildner, sowie Stärke oder andere Filmbildner können hinzugefügt werden, und man erhält ein thixotropes Gel aus allen Komponenten.
Das folgende Beispiel zeigt nun einen organischen Stoff, der in wässrigem Medium ein thixotropes Gel bildet.
Beispiel 13
Gewichtsteile
Polyvinylalkohol 24
Wasser 800 wasserlösliches Mischpolymerisat aus
Methylvinyläther und Maleinsäure anhydrid 8,5
Das thixotrope Überzugsmaterial erhält man, indem man den Polyvinylalkohol mit dem Wasser bei Raumtemperatur mischt, dann das Mischpolymerisat aus Methylvinyläther und Maleinsäureanhydrid hinzufügt und 5 Minuten lang kräftig mischt. Auch dieses thixotrope Gel bildet einen gleichmässigen Überzug um hindurchgezogene Fasern.
Nun folgt ein Beispiel eines anderen organischen Stoffes, der in wässrigem Medium thixotrope Gele bildet.
Beispiel 14 Ges. %
Polymerisat aus Äthylenoxyd (MW 1 000 000+) 10
Kondensat aus Tetraäthylenpentamin und Stearinsäure 0,2 Kelzan (Polysaccharide) 1,0 Union Carbide L 77 (nichtionisches) siliziumorganisches oberflächen aktives Mittel) 0,01
Wasser 88,79 Kelzan wird von der Kelco Company hergestellt und ist ein Polysaccharidgummi, der durch Fermentation eines Alginates mit dem Bakterium Xanthomonas comphestris hergestellt ist.
Das thixotrope Oberzugsmaterial wird derart hergestellt, dass man zunächst die Polyoxylösung mit dem Polyaminstearinsäurekondens at so lange erhitzt, bis letzteres in Lösung gegangen ist. Danach fügt man das L 77 , dem auch das Kelzan beigemischt ist, hinzu und rührt wieder bis zur Lösung. Das Ergebnis ist eine dicke, cremige Emulsion, in der ein thixotroper Stoff dispergiert ist und so ein thixotropes Gel auf Grund des Kelzans und des Wassers bildet.
Das folgende Beispiel zeigt die Überführung einer Stärke in ein thixotropes Gel.
Beispiel 15
Gewichtsteile
Kationische Maisstärke ( CATO 75 ) 175 Carbopol (thixotropes Agens, herge stellt von B. F. Goodrich Chem. Co.) 10,5
Ammoniumhydroxyd (28 S) 7,9 L 77 0,35
Wasser 3500,0 Carbopol ist eine kreuzweise verkettete Polyacrylsäure, hergestellt nach USA-Patent Nr. 2798 053.
Dieses Überzugs material wird nun hergestellt, indem man die Stärkelösung zum Sieden erhitzt und dann mit kaltem Wasser kühlt. Carbopol wird dabei in 1 Liter Wasser gelöst und zu der abgekochten Stärke hinzugefügt. Das L 77 wird auch in Wasser gelöst und dann dem Gemisch zugefügt. Das Ganze wird sorgfältig durchgerührt und bis zum Entweichen aller Luft stehengelassen. Danach wird das Arnmonium- hydroxyd langsam dazugerührt. Die Mischung ergibt ein thixotropes Gel, das einen sehr einheitlichen Überzug auf hindurchgezogene Fasern bildet.
Beispiel 16
Gewichtsteile
In Wasser dispergierbares Bentonit
Pulver ( Benagua ) 10
Microkristalline Zellulose ( Avicel-C ) 5
Wasser 485 Benagua ist ein äusserst brauchbarer wasserhaltiger Magnesiummontmorillonit, dessen chemische Analyse folgendermassen lautet: etwa 53,5 % SiO2, etwa 24,5 sO MgO und etwa 12 % Glühverlust.
Dieses Überzugsmaterial wird so hergestellt, dass man zunächst die Benagua - und Avicel-C -Pulver vermischt und sie dann in einem auf höchster Geschwindigkeit laufenden Eppenback-Mixer dem Wasser beimischt. Es entsteht ein sehr schweres thixotropes Gel, das auch andere Materialien aufnehmen kann, z. B.
Stärke usw., wenn es in obenerwähnter Weise auf Glasfasern aufgebracht wird.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung zum Über- ziehen von Glasfasern dargestellt. Diese Vorrichtung weist eine Abgaberolle 10 auf, über die die Fasern ge zogen werden. Die Abgaberolle 10 kann jeden beliebigen Durchmesser aufweisen, sie wird jedoch zweckmässig so ausgestaltet, dass ihr mit den Fasern in Berührung kommender Teil ungefähr einen Durchmesser von 12 mm aufweist. Das Überzugsmaterial in Form eines thixotropen Gels wird über einen Zuführkanal 14 zu einem engen Schlitz 16 gefördert, der auf der der Abgabeseite gegenüberliegenden Seite der Abgaberolle mit letzterer zusammenwirkt. Da die Fasern nur immer eine geringe Menge des thxiotropen Gels von der Abgaberolle abnehmen, bleibt das durch den Zuführkanal 14 geförderte thixotrope Gel stets in galertartigem Zustand.
Das thixotrope Gel wird vorzugsweise mittels einer Förderpumpe durch den Zuführkanal 14 gepresst, um eine von dem jeweiligen Widerstand unabhängige Zufuhr zu gewährleisten. Der Zuführkanal 14 hat über seine ganze Länge vorzugsweise einen gleichbleibenden Querschnitt.
Die Abgaberolle 10 weist an ihren Enden jeweils Abschnitte 18 und 20 grösseren Durchmessers auf, die Schultern 22 und 24 bilden und den Abschnitt 12 der Abgaberolle bestimmen, an dem die Fasern vorbeigezogen werden. Die Abgaberolle 10 ist in einem Gehäuse 26 gelagert, welches in beliebiger Weise ausgestaltet sein kann. Wie aus den Figuren hervorgeht, besteht das Gehäuse im ausgeführten Beispiel aus einer Deckplatte 28 und einer Bodenplatte 30, die über eine im wesentlichen U-förmige Dichtung 32 aneinanderliegen. Das offene Ende der U-förmigen Dichtung 32 bildet den Schlitz 16, durch den das Gel zum Abgabebereich 12 der Abgaberolle 10 gefördert wird. Das Gehäuse 26 weist überdies Seitenteile 34 und 36 auf, die jeweils in geeigneter Weise mit den Seiten der Platten 28 und 30 verbunden sind. In den Seitenteilen sind die Endbereiche 18 und 20 der Abgaberolle 10 drehbar gelagert.
An einer Seite der Abgaberolle 10 ist ein axialer Ansatz 38 vorgesehen, der über den Seitenteil 36 hinausragt und eine Zunge 40 besitzt, mittels der die Abgaberolle mit einem Antrieb gekuppelt werden kann.
Als Antrieb ist ein Motor mit Übersetzungsgetriebe 44 vorgesehen, der über einen Schaft 42 mit der Zunge 40 der Abgaberolle gekoppelt werden kann.
Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ragen die in ihrem Durchmesser grösseren Endbereiche 18 und 20 der Abgaberolle 10 jeweils nach innen über die Seitenteile 34 und 36 hinaus. Um ein freies Drehen der Abgaberolle 10 zu ermöglichen, sind die obere Platte 28 und die untere Platte 30 im Bereich der Endbereiche 18 und 20 der Abgaberoile entsprechend ausgefräst, wie dies bei 46 und 48 angedeutet ist. Die Dichtung 32 ist so ausgebildet, dass sie ebenfalls in den ausgefrästen Teilen 46 und 48 angeordnet ist und einen solchen Schlitz bildet, dass das thixotrope Gel gerade im Bereich des Abgabeabschnittes zwischen den zwei Schultern 22 und 24 der Abgaberolle austritt.
Wie das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 zeigt, ist die Rolle 10 zu ihrem grössten Teil in der unteren Platte 30 angeordnet, und zwar derart, dass der oberste Bereich des Abgabebereiches 12 knapp über die obere Fläche der Grundplatte 30 reicht. Die obere Platte 28 ist eben und reicht bis über den oberen Teil der Abgaberolle 10. Zwischen der Abgaberolle 10 und der oberen Platte 28 verbleibt ein Spalt, der durch die Dicke der Dichtung 32 zwischen den beiden Platten 28 und 30 bestimmt wird.
Die untere Platte 30 bildet überdies ein Gehäuseteil, welches die Abgaberolle zu einem Teil umgibt. Ferner weist die untere Platte 30 eine Lippe 50 auf, die dazu dient, das Gel an der Rolle zu halten, sofern sich letzteres nach dem Abheben der Fasern von der Abgaberolle abzulösen gedenkt.
Durch die bewegten Glasfasern wird ein Vorhang warmer Luft von der geheizten Lagerbuchse zur Abgabevorrichtung bewegt. Man hat nun festgestellt, dass dieser Vorhang aus bewegter Luft für den Gel-Film auf der Oberfläche der Abgaberolle schädlich ist und dass die durch den Luftstrom zugeführte Wärme die Gelschicht dermassen ausdünnt, dass kein gleichmässiger Überzug auf den Fasern erzielt werden kann. Diese schädlichen Einflüsse werden beim Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 1 und 2 dadurch vermieden, dass die Frontfläche der oberen Platte 28 nach oben und rückwärts geneigt ist, so dass ein Fangraum entsteht. An der oberen Fläche der oberen Platte 28 ist eine Abweisplatte 54 angeordnet, die aus biegbarem Metall oder federndem Kunststoff bestehen kann.
Die Abweisplatte weist einen nach vorwärts und oben gerichteten Teil auf, der dazu dient, den Luftvorhang von den Fasern abzuweisen. Die Abweisplatte 54 vergrössert darüber hinaus den unmittelbar über der Abgaberolle vorgesehenen toten Raum. Luft, die nicht von den Fasern abgelenkt werden kann, dehnt sich in dem Fangraum aus und verwirbelt in diesem, wodurch die zwischen den bewegten Fasern sich mitbewegende Luft vermindert wird.
Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung zum Überziehen von Fasern weist überdies eine Wasserkühlung 56 auf, die in der oberen Platte 28 angeordnet ist und dazu dient, die Wärme von dem Gel fernzuhalten. Auf der Rückseite der oberen Platte 28 ist die Leitung 56 für die Wasserkühlung mit einem Einlass 58 und einem Auslass 59 versehen. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Überzugsvorrichtungen, die eine Abgaberolle aufweisen, hat man festgestellt, dass die vorliegende Vorrichtung Luftblasen aus dem der Abgaberolle zugeführten Gel entfernt.
Zwischen der Aufgabestelle 16, an der das Gel der Abgaberolle zugeführt wird, und dem Bereich, wo die Fasern das Gel von der Oberfläche der Rolle abnehmen, ist eine Scherfläche 60 in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Abgaberolle vorgesehen. Diese Scherfläche 60 ist vorzugsweise im oberen Bereich der Abgaberolle angeordnet, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Bekanntlich schlägt ein thixotropes Gel unmittelbar dann in eine Lösung um, wenn eine vorbestimmte Scherkraft an ihm angelegt wird. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung ist nun so ausgestaltet, dass diese Scherkraft zwischen der Scherfläche 60 und der oberen Fläche der Rolle erzeugt wird. Sofern das zufliessende Gel noch Luftblasen enthält, fliessen diese beim Anlegen der Scherkraft, d. h. beim Flüssigwerden des Gels, an die Oberfläche, und zwar noch bevor das Gel die Scherfläche 60 verlassen hat, und können aus dem Gel bzw. aus der Lösung austreten. Das auf der Oberfläche der Abgaberolle befindliche nunmehr klare Gel wird daraufhin in den Bereich gebracht, in dem es mit den bewegten Fasern in Berührung gelangen kann.
In Fig. 5 ist die Zustandsänderung thixotroper Gele in Abhängigkeit einerseits von der Scherung pro Sek.
und anderseits von der Scherkraft angegeben. Die radialen Linien 64 geben das Abhängigkeitsverhältnis für verschiedene dynamische Zähigkeiten wieder, wobei
EMI6.1
<tb> dynamische <SEP> Zähigkeit <SEP> ii <SEP> = <SEP> Scherung <SEP> pro <SEP> Sek. <SEP> r <SEP> dyn. <SEP> sec. <SEP> ¯ <SEP> Poise
<tb> <SEP> Scherkraft <SEP> /¯ <SEP> W <SEP> = <SEP> Scherkraft <SEP> |¯ <SEP> cm2
<tb>
In dem zwischen den Kurven 62 und 66 gegebenen Bereich werden die Überzugsmaterialien der Abgaberolle zugeführt, während die Überzugsmaterialien in dem durch den Bereich oberhalb der Kurve 66 gegebenen Zustand den Fasern zugeführt werden.
Wirkt nur eine geringe Scherkraft auf das Gel ein, so wird dieses elastisch verformt, wird dagegen die Scherkraft vergrössert, wo wird das Gel permanent verformt. In dem Bereich des Diagrammes, der durch die schraffierte Fläche angedeutet ist, die zwischen der Kurve 62 und den Koordinaten-Achsen liegt, tritt keine merkbare Verdünnung des Überzugsmaterials ein.
Die wahren Lösungen weisen die durch die radialen Linien definierten Eigenschaften auf. Ab einer bestimmten Querkraftgrösse, die generell durch die Kurve 66 wiedergegeben ist, werden die Gele der verschiedensten Konsistenzen vollständig in Lösungen verwandeln Zwisehen den Kurven 62 und 66 weisen die Materialien eine Mischung zwischen Lösung und Gel auf. Wie sich die Scherkraft auf ein typisches thixotropes Material auswirkt, ist durch die Linien 68 und 70 wiedergegeben. Lässt man auf einen freien thixotropen Körper eine Scherkraft von wachsender Grösse einwirken, so wird er zunächst elastisch deformiert, bis der durch den Punkt 72 angedeutete Grenzbereich erreicht ist.
Daran schliesst sich die bleibende Verformung an, die als Verschiebungsgrösse bezeichnet wird, die mit wachsender Scherkraft grösser wird, wie dies durch die Linie 68 angedeutet ist. Sobald die Scherkraft einen Wert erreicht hat, der innerhalb des durch die Linie 68 und die Linie 66 gegebenen Bereiches liegt, verwandelt sich das thixotrope Material vollständig in eine Lösung, worauf sich das Material wie eine wahre Lösung verhält. Sobald die Scherkraft verringert wird, nimmt auch die Verschiebung in gleichem Masse ab, wie dies bei Lösungen konstanter Viskosität der Fall ist, und einige Teile des Materials beginnen dann bereits ein Netzwerk aus Gel aufzubauen, sofern die Querkraft unterhalb des durch die Linie 66 definierten Bereiches fällt. Das Material verdickt sich während des Fliessens, und es fliesst entsprechend der durch die Linie 70 gegebenen Bedingungen.
Der Abstand zwischen den Linien 68 und 70 kann als eine Art Hysteresiswirkung angesehen werden und ist ein Hinweis für die Menge der vorliegenden Gelstruktur. Wie aus der Kurve ersichtlich ist, verhält sich das thixotrope Material wie eine Lösung, sobald die durch die Scherfläche 60 erzeugte Scherkraft in der Grössenordnung liegt, die durch den oberhalb und rechts der Kurve 66 liegenden Bereich gegeben ist. In diesem Zustand der Lösung kön nen Luftblasen an die Oberfläche des Materials gelangen und aus diesem austreten.
Man hat nun festgestellt, dass Teile der Abgaberolle trocken werden, sobald die Abgaberolle 10 entweder selbst mit hoher Geschwindigkeit angetrieben wird oder durch die mit hoher Geschwindigkeit vorbei- bewegten Fasern in hohe Umdrehungszahlen versetzt wird. Die Abgaberolle 10 des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels wird mit langsamer Ge Fchwindigkeit bewegt, um sicherzustellen, dass an der Stelle 12 der Abgaberolle tatsächlich alle Bereiche mit thixotropem Gel versehen sind.
Man nimmt an, dass die trocknen Stellen auf der Oberfläche der Abgaberolle dadurch entstehen, dass diese mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird und dabei im Bereich der Aufgabe des Materials auf die Rolle eine Scherkraft erzeugt, die ein gleichmässiges Bedecken der Rolle verhindert. Das thixotrope Gel wird durch den Schlitz 16, der natürlich stationär ist, auf die Abgaberolle aufgebracht. Wie aus dem Diagramm der Fig. 5 hervorgeht, wird das thixotrope Material in dem Masse ausgedünnt, wie die Verschiebung anwächst. Da die Grösse der Verschiebung an der Obeifläche der Abgaberolle am höchsten ist, wird auf eben dieser Oberfläche der Abgaberolle ein Schmierfilm aufgebaut, der ausserordentlich dünn it während ein Netzwerk aus galertartigem Gel an der stationären Fläche rund um den Schlitz 16 zurückbleibt und die Rolle nicht berührt.
Wird die Relativgeschwindigkeit zwischen Abgaberolle und stationärer Fläche verringert, so kann das austretende Gel die Oberfläche der Rolle eher erreichen, und es wird eine Übergabe des Gels von der stationären Fläche an die Oberfläche der Abgaberolle bewirkt.
Die frei drehbare Anordnung der Abgaberolle bringt einige Vorteile mit sich. Ein Vorteil ist, dass der Fluss des Gels automatisch innehält, sobald die Fasern nicht mehr über die Oberfläche der Rolle bewegt werden.
In den Fig. 3 und 4 ist ein Beispiel wiedergegeben, das eine Abgaberolle aufweist, die von den Fasern selbst bewegt werden kann, und zwar mit hoher Geschwindigkeit, wobei dennoch das thixotrope Gel gleichmässig auf die Abgaberolle aufgebracht wird, ohne dass auf dieser trockene Stellen entstehen. Jene Teile des Ausführungsbeispiels, das in den Fig. 3 und 4 wiedergegeben ist, die mit entsprechenden Teilen des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 und 2 übereinstimmen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und lediglich durch einen hochgestellten Beistrich unterschieden. Das Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäss den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich prinzipiell von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 dadurch, dass das thixotrope Gel mittels einer Aufgaberolle 80 auf die Abgaberolle 10' aufgebracht wird.
Die Aufgaberolle 80 wird von einem Motor, der nicht dargestellt ist, angetrieben, und zwar mit einer hohen Umfangsgeschwindigkeit, die, am Bereich 12 der Oberfläche der Abgaberolle betrachtet, innerhalb des durch die Kurven 62 und 66 gegebenen Bereiches des in Fig. 5 dargestellten Diagrammes fällt. Durch Veränderung dieser relativen Geschwindigkeit kann die Menge des auf die Abgaberolle 10' aufgebrachten thixotropen Gels gesteuert werden.
Die Aufgaberolle 80 weist eine Breite auf, die schmäler ist als der zwischen den Schultern 22' und 24' gegebene Bereich. Ausserdem erstreckt sich die Aufgaberolle 80 unterhalb des durch die vergrösserten Teile 18' und 20' gegebenen Bereichs. Da die Oberfläche der Übergaberolle 80 schneller bewegt werden kann als die Oberfläche der Abgaberolle 10' (vorausgesetzt, dass die relativen Geschwindigkeiten entsprechend den obigen Angaben ausgelegt sind), kann die Rolle 80 vorzugsweise eine Umfangsgeschwindigkeit aufweisen, die geringer ist als jene der Abgaberolle 10', um somit die Übergabe des Gels von der stationären Fläche auf die Abgabefläche 80 zu ermöglichen. Die Rolle 80 kann ihrerseits wiederum durch eine Reihe von Rollen angetrieben werden, die sich ihrerseits progressiv mit lengsamerer Geschwindigkeit bewegen,
um dadurch eine aufeinanderfolgende Übergabe des Gels zu ermöglichen.
Bei dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Gel von einer Fläche, die unterhalb der Übergaberolle 80 liegt, aufgenommen und gefördert.
Durch die Förderung des Gels aus der unterhalb der Übergaberolle angeordneten Fläche ist das Gelnetz am stärksten an der Oberfläche der Rolle, so dass es an der Oberfläche gehalten wird, selbst wenn die Geschwindigkeit der Abgaberolle relativ zu den umgebenden stationären Flächen hoch ist und innerhalb des oberhalb und rechts von der Kurve 66 gegebenen Bereiches des Diagrammes der Fig. 5 liegt. Das Gel kann in jeder beliebigen geeigneten Weise zur Übergaberolle 80 gefördert werden. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist hierfür eine Zuführung 82 vorgesehen, die koaxial zur Achse der Übergaberolle 80 angeordnet ist und in einen I(anal in der Übergaberolle mündet, der koaxial zur Übergaberolle angeordnet ist.
Von diesem axialen Kanal 84 der Übergaberolle 80 reichen mehrere radial angeordnete Kanäle 86 zur Oberfläche der Über- gaberolle. Die radialen Kanäle 86 sind vorzugsweise versetzt angeordnet, so dass sie die ganze Oberfläche der Übergaberolle mit Gel versorgen können, wobei letzteres nur eine minimale Strecke zurücklegen muss.
Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kanäle 86 jeweils um 1200 gegeneinander versetzt und in Längsrichtung der Übergaberolle mit Abstand voneinander angeordnet.