DE1510095A1

DE1510095A1 - Seilgebilde aus Glasfaserstraengen

Info

Publication number: DE1510095A1
Application number: DE19661510095
Authority: DE
Inventors: Costello Robert Bassett; Graham Gilbert Beattie
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1965-04-02
Filing date: 1966-03-31
Publication date: 1971-05-27
Also published as: GB1127822A; DE1510095B2; US3371476A; US3496717A; FR1472882A

Description

DR. MULLER-BOF^ DlPL.-lNG. GRALFS DR. MANITZ PATENTANWÄLTE

Braunschweig, 30. März 1966 nser Zeichen= P/Na - G 1546

"""AJi

Dr. Expl.«

GMERiIL MOTORS CORPORATION
Detroit, Michigan / USA

Seilgebilde aus Glasfasersträngen Priorität: USA Nr. 445 160 vom 2. April 1965

Die Erfindung bezieht sich auf Gebilde wie Seile und Kabel, die nus ülnsfnsersträngen gebildet sind.

^tijngenrjrtige Gebilde, die aus Glasfasern bestehen und mit einem synthetischen Harz gebunden nind, sind bekannt. Sie sind jedoch verhältnismässig starr und können nicht in grossen Längen hergestellt werden. Verschiedene sei I .nr t;ige Gebilde aus BIa κ fasern mit nun verschiedenen synthetischen Harzen,

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sind ebenfalls beschrieben worden, aber diese Gebilde sind nicht genügend stark und halbbar, um als Ersatz für Drahtseile zu dienen.

Glasfasergarne oder -fäden haben gegenüber anderen Garnen oder Fäden einige Vorteile dort, wo Zugfestigkeit verlangt wird, aber es hat den schwerwiegenden

sie
Nachteil, dass ss verhältnismässig unbiegsam und spröde

isix sind.

Ziel der Erfindung ist ein Seil oder Kabel, das aus einer Vielzahl von fortlaufenden Glasfasern besteht, die mit synthetischen Harzen behandelt hohe Biegsamkeit und hohe Zugfestigkeit aufweisen.

Dieses Ziel wird gemäss der Erfindung durch ein Verfahren erreicht, bei dem eine Vielzahl von Glasfasergespinsten mit einem spröden, wärmehärtenden Kunstharz überzogen wird, welches dann so weit erhitzt wird, dans das Kunstharz schmilzt, und dass dann das Gespinst durch ein Gesenk geführt wird, um die Stränge zu verdichten und sie zusammenzuschmelzen, so dass ä sie einen einzigen Strang bilden. Dieser Strang wird dann gekühlt, um das endgültige Aushärten zu verhindern und daraufhin mit einem temperaturbeständigen Schmiermittel überzogen. Darauf

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wird eine Mehrzahl solcher Stüige erhitzt, um das Kunstharz genügend weich zu machen, damit die Stränge biegsam werden.

Die Stränge werden dann miteinander verseilt, so dass sie zu einem kabel- oder seilförmigen Gebilde werden. Das Kabel oder Seil wird dann erhitzt, um das Kunstharz auszuhärten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben und dargestellt.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Apparatur, in der die Glas«faserstränge mit einem wärmehärtenden Kunstharz überzogen werden,

Pig. 2 ist eine schematische Darstellung der Apparatur, um Gespinste in Stränge zu überführen und sie mit einem Schmiermittel zu überziehen,

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, um die Stränge zu Kabeln oder Seilen zu verseilen und den Kunstharzüberzug auszuhärten,

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Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der in Fig. dargestellten Gesenke in vergrössertem Massstabe, und die

Fig. 5»6 und 7 sind Querschnitte verschiedener Formen von Kabeln oder Seilen, die aus Glasxfasern nach der vorliegenden Erfindung hergestellt sind.

Die Grundstoffe zur Ausführung der vorliegenden Erfindung sind folgende:

Das Grundmaterial sind Glasfasern, von denen eine Vielzahl zu Strähnen vereinigt sind, um entweder Kammzüge mit im wesentlichen parallel laufenden Fasern oder Gespinste zu erzeugen, bei denen die Fasern miteinander verschlungen sind. Um die Beschreibung zu vereinfachen, soll der im folgenden verwendete Begriff "Vorgespinst" diese beiden Alternativen umfassen.

Ein "Stufe B Kunstharz" wird verwendet,und dieser Ausdruck bezieht sich auf die Ubergangsform eines wärmehärtenden Kunstharzes, welche thermoplastisch ist, die aber bei weiterer Erhitzung ein "Stufe C Kunstharz" wird, das im wesentlichen unschmelzbar ist. Z.B. wird ein

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Novolak verwendet, wenn Phenol- und Polyepoxydtyp Harze gewählt werden. Verwendet man Novolak, so kann ein Katalysator wie Hexamethylen-Tetramin zugesetzt werden.

Vorzugsweise ist das "Stufe B" Kunstharz ein Polyepoxyd Kunstharz wie das Reaktionsprodukt von Bisphenol A und Epichlorhydrin, das als ein Diglizidyl-Äther von Bis-Phenol A oder Bis-(4-Hydroxy Phenyl)-Dimethyläthan beschrieben werden kann. Dieses Kunstharz hat eine Viskosität von 135 - 195 Poise bei 26°C (77⁰P)₁ ein Epoxyd Äquivalent von 185 - 205 und ein durchschnittliches Molekulargewicht von 350 - 400.

Ein anderes verwendbares Polyepoxyd Kunstharz ist ein polyfunkfcionales (mehrfach reagierendes) Epoxyd-Novolak auf Phenol Basis und hat ein Epoxyd Äquivalent von 176 181.

Verschiedene Härte- oder Vernetzungsmittol bekannter Art können verwendet werden. Beispiele sind Säureanhydride wie Hexahydrophtalsäure Anhydrid, Pyromellitsäure DL.-mh.ydrid und das Addukt von methylisierter Maleinsäure mit Phtaisäureonhydrid· Verschiedene Härter vom

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Aminotyp uⁿd besonders Koroniumtrifluorid Monoäthylamin können wahlweise verwendet werden. Wie aus der folgenden Beschreibung des Verfahrens im einzelnen hervorgeht, wird das besondere "Stufe B" Kunstharz und der Härter vorzugsweise so gewählt, dass seine Härtegeschwindigkeit bei Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt relativ klein ist. In anderen Worten, der Schmelzpunkt sollte bei einer Temperatur liegen, die deutlich unterhalb der Temperatur liegt, bei der die Vernetzung oder Härtung mit bemerkenswerter Geschwindigkeit eintritt.

In der in Fig. 1 dargestellten Apparatur wird ein Glasfaservorgespinst von der Spule 12 abgewickelt und über Rollen 14 und 16 geleitet und von dort in eine L sung 18 des "Stufe B" wärmehärtenden Kunstharzes, das sich in dem Tank 20 befindet, eingeführt. In dem besonderen, hier beschriebenen Beispiel ist das Kunstharz das oben beschriebene Polyepoxyd Kunstharz in einem Methyläthyl Keton Lösungsmittel zusammen mit dem Methylnadiksnhydrid Härtemittel. Es können auch andere Lösungsmittel, wie Diazetonalkohol verwendet werden. Das Vorgespinst 10 wird unter der Rolle 22 hindurchgeführt und von dort durch einen Trockenofen 24 über die Rollen 26 und 27.

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Der Trockenofen wird vorzugsweise auf einer Temperatur von ungefähr 650⁰C (1200⁰F) gehalten. Die Vorschubgeschwindigkeit beträgt ungefähr 15 bis 23 m/Min, was ausreicht, um das Lösungsmitte] durch Verdampfen zu entfernen und das Kunstharz teilweise zu härten, so dass es trocken und spröde ist.

Ein Kunstharzanteil in dem trockenen Gespinst von ungefähr 17 bis 22 Gewichtsprozent ist brauchbar. Das getrocknete, imprägnierte Vorgespinst wird dann unter der Rolle 25 hindurchgeführt und auf der Spule 28 aufgespult.

Als nächstes wtrd-e» eine Mehrzahl siolcher Spulen J6, wie in Fig. 2 dargestellt, montiert. Die Vorgespinste von diesen Spulen werden dann zusammengebracht und durch eine trichterförmige Düse 52 eines erhitzten Ziehgesenkes 3^ geleitet, das sie verdichtet. Das Gesenk hat eine Temperatur, die ausreicht, um das Kunstharz zu schmelzen und die Gespinste zusammenzuschweissen, so dass sie einen einzigen Strang bilden. Temperaturen zwischen 90 und 200°C sind brauchbar. Anstatt ein erhitztes Gesenk zu verwenden, kann auch das Vorgespinst vor dem Durchgang durch das Gesenk dadurch erhitzt werden, dass man es einem hei ssen Luft-

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strom aussetzt.

Der Strang wird dann durch ein Kühlgesenk 36 hindurchgeführt, um ein weiteres Aushärten des Kunstharzes bis zur Unschmelzbarkeitstufe zu verhindern. In anderen Worten, das Aushärten des Kunstharzes wird unterbrochen und das Kunstharz veranlasst, in seinen im wesentlichen spröden, ungehärteten Zustand zurückzukehren. Durch die richtige Auswahl von Kunstharz und Härter, sowie der Geschwindigkeit und Temperatur des das Gesenk 34 verlassenden Kunstharzes kann die Härterate gesteuert werden, so dass die Abkühlung einfach dadurch geschehen kann, dass man es Raumtemperatur aussetzt.

Der Strang wird dann in einem Gesenk 38 mit einem hitzebeständigen Schmiermittelüberzug 37 versehen. Das Schmiermittel wird durch eine Zuleitung 40, wie dargestellt, an die konische Kammer geliefert, durch die der Strang hindurchläuft, so dass sich auf dem Strang ein Schmiermittelüberzug bildet. Vorzugsweise wird eine Silikonflüssigkeit, wie Dimethylsilioxan verwendet. Es können auch andere hitzebeständige Materialien verwendet werden, die sowohl hitzebeständig sind wie auch Schmiereigenschaften haben, wie Polytetrafluorethylen und Polyurethan Kunstharze, die ein Reaktions-

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produkt von organischen Diisocyanaten, einem Wasserstoff haltigem Alkohol und einem Polyalkylen Glykol sind.

Die imprägnierten und mit Schmiermittel überzogenen Stränge werden nun miteinander verdreht, um dein Seil oder ein Kabel zu bilden. Fig. 3 veranschaulicht eine übliche Planetengetriebe-Seilwinde, die die einzelnen Stränge zusammenwindet, ohne die Stränge selbst zu verdrehen.

Die mit Schmiermittel überzogenen Stränge auf den Spillen 40 werden auf Wellen 44 montiert, die sich in gleichen Abständen auf einem Drehtisch 42 befinden, der von einem nicht dargestellten Mechanismus gedreht wird. Ein einzelner Strong -^0 auf einer Spule 48 laufb um eine Rolle 52 und durch eine in der Mitte des Tisches 42 befindliche öffnung und bildet eine Seele.

Die Stränge 46,^0 werden durch die Rolle 56 von den Spulen 40 und 48 abgerollt, durch einen Heissluft- oder ent .sprechenden Erhitzer 51 geführt, so drir.s sie verhältnismässig weich und biegsam werden, und gehen donn durch ein erhitztes Sch Liessgesenk ^4. Bei der Drehung der; 'Pineneπ 42 werden die Stränge 46 schrauben-

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förmig und eng um den Seelenstrang 50 herum gewunden. Das Gesenk 54- wird mindestens auf die Erweichungstemperatur des Kunstharzes erhitzt, so dass die Stränge verformt und um den Seelenstrang 50 herumgevmriden werden. Das so erhaltene Kabel wird dann vorzugsweise sn der Luft gekühlt, ehe die Härtung des Kunstharzes die Au s1i|hrtungs stufe erreicht hat. Es wird dann über eine Leerlaufspule 59 auf einer Aufnahmespule 60 aufgewickelt.

Im Anschluss daran wird das Kabel durch einen Ofen (Fig. geschickt, der ähnlich dem Ofen 2Λ ist, und der auf eine Temperatur über 260⁰C (500°F) erhitzt ist, und darin so lange gelassen wird, bis da: Kunstharz die Aushärtungsstufe oder unschmelzbare Stufe "C" erreicht hat.

.Vährend des Verseilens und Srhitzens in dem Gesenk 5^ nehmen die einzelnen Vorgespinste eine bleibende Wicke 1- oder Schraubenform an, sind aber infolge des hitzebeständigen Schmiermittelüberzuges nicht miteinander verschweisst. Wenn daher das Kabel oder das Seil gebogen wird, gleiten die einzelnen Gespinste relativ zueinander und verleihen dem Seil einen hohen Grad von Flexibilität, ohne jedoch die Zugfestigkeit des ganzen

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Kabels oder Seiles zu "beeinträchtigen.

Fig. 5 der Zeichnung veranschaulicht die Struktur des Kabels im Querschnitt. Das in der Mitte liegende Gespinst 50 behält seine allgemein zylindrische Form, während die schraubenförmigen Gespinste 46 beim Durchgang durch das Formierung sge senk verformt werden, so dass sie im Querschnitt als Kreisring um das Seelengespinst 50 beschrieben werden können. Zwischen den einzelnen Gespinsten und den Schmiermittelüberzüg57, die zur Veranschaulichung in übertriebener Stärke dargestellt sind, entstehen keine nennenswerten Zwischenräume .

Wenn die Öffnung des Formierungsgesenkes 54 zylindrische Form hat, wird das Kabel oder Seil selbst zylindrische Form haben, wie in Fig. 5 veranschaulicht. Das Kabel oder Seil kann aber auch ein^ seilförmiges Aussehen erhalten, in/dem man ein schwimmendes Gesenk 58 zwischen dem Formierungsgesenk 54- und der Rolle 56 verwendet, in dem Windungen eingearbeitet sind, wie es in der Einzeldarstellung in Fig. 4 angedeutet ist. Die äusieren Flächen 62 der Gespinste 46 sind dann, wie in Fig. veranschaulicht, abgerundet.

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Wenn es gewünscht wird, kann eine Hülle 64- aus elastischem Material, wie in Fig. 7 veranschaulicht, um dos Seil gelegt werden. Das kann durch eine Pressformmatritze geschehen, die ähnlich der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung 58 ist, . Die elastische Hülle kann aus jedem bekannten elastischen Material, wie Naturgummi, Butadien-Styren-Copolymeren, Butadien-Acrylnitril-Copolymeren, Butylgummi, Polychloropren, Mischungen aus diesen Materialien, Polyurethan Kunstharzen elastischer Type, verschiedener Vinyl Kunstharze, und ähnlichen elastischen Verbindungen bestehen. Das elastische Material wird in unvulkanisiertem Zustand auf das Kabel oder Seil aufgebracht und danach erhitzt, um die Vulkanisierung zu bewirken.

Ein Kabel oder Seil nach der vorliegenden Erfindung kann so hergestellt werden, dass es ein spezifisches Gewicht von 2,0 bis 2,? hat. Das ist besonders für Schiffahrtzwecke geeignet, da die Dichten von 7,5 bir 7,'·' verschiedener Stahlkabel, die zur Zeit in Gebrauch sind, die Tiefen, in dehnen Schiffe oder ,"■nder·!· ;:'-hwi?Tim«ndp Gegenstände sicher verankert worden k:'^:-nn^:-η, borj'^nzen. Ausserdein machen die elektrischen Kip^nrlr !'·■■?·, ■}( ■· r K.'ibeir odor Seilen os besonders für

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Antennenführungsdrähte geeignet ohne Verwendung komplizierter und kostspieliger Isolatoren, die erforderlich sind, wenn Metalldraht^ verwendet werden. Da sill der Mitte liegende Vorgespinst 50 kann durch elektrische Leiter oder dergleichen ersetzt werden, so dass ein Kabel oder Seil nach der vorliegenden Erfindung auch als isoliertes Kabel verwendet werden kann, besonders, wenn es, wie in Fig. 7 veranschaulicht, mit einer elastischen Hülle versehen ist.

Wird ein schwereres, oder stärkeres KabeL gewünscht;, kann eine zweite Lage gewundener Gespinste, in entgegengesetzter Richtung verseilt, aufgebracht werden, Wenn pjewünscht, kann die Seele 50 fortgelassen werden, und die übrigen Vorgespinste 46 können verseilt und, wie oben beschrieben, ausgehärtet werden, um ein brauchbarer; Kabel odor Γ.ο i. 1 zu erzeugen. Solche und ähnliche Änderungen liegen im Schutzumfang der Erfindung.

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung seil- oder kabelartiger

Kunstharz /
Gebilde aus mit/überzogenen Glasfasern,gekennzeichnet

durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Imprägnieren eines Glasfasergespinstes (10) mit einem wärmehärtenden Kuns4tharz (18),

b) Erhitzen (?4) und Verdichten (YP.) einer Mehrzahl r.oLcher Gespinste (?0), um das Kunstharz genügend zu schmelzen, damit die Glasfasergespinste zu einem

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einzigen Stong zusammenschmelzen,

c.) Abkühlen den no gebildeten Stranges (50'), um das Kunstharz in seinen relativ spröden, ungehärteten Zustand zurückzuführen,

d) überziehen des sich ergebenden Stranges mit einem hitzebeständigen Schmiermittel (⁷?7),

e) Krhitzen (51) einer Anzahl solcher, mit Schmiermittel überzogener Stränge (46), damit das Kunstharz genügend weich wird, so dass die Stränge biegsam werden,

f) Verseilen einer Anzahl solcher Stränge zur Bildung eines Kabels (Fig. 3), und

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g) Erhitzen des verseilten Kabels, um das Kunstharz vollständig auszuhärten, wobei die Stränge eine verseilte Form für dauernd annehmen, und das Schmiermittel verhindert, dass die Stränge während des Verseilens und der endgültigen Aushärtung miteinander verschwel ssen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verseilen der Stränge (58) (Fig. ⁷O eine Mehrzahl der Stränge (46) schraubenförmig um eine zylindrische Seele (50) gedreht werden.

^x. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmehärtende Kunststoff ein Polyepoxydharz ist.

^li . Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3i dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Schmiermittel ein Silicon-material ist.

^i: . Seil oder Kabel aus Glasfasern, dadurch gekennzeichnet, d^ss es ⁿ'Un einer Mehrzahl miteinander verseilter Stränge (46) mit einer zwischen ihnen licrenden Schicht von Schmiermittel (57) besteht, wobei ?>->:*,or <ipr Stränge aus einer Anzahl von GIa sf a r^erv^ rre '--·:· ι η rf ^n

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(10,50) besteht, die miteinander durch eine Matrix aus wärmehärtendem Kunststoff verbunden sind, so dass die Stränge eine dauernde Verdrehung (Fig. 5 bis 7) haben, aber nicht miteinander verschweisst sind, sondern sich relativ zueinander bewegen können, wenn das Seil oder Kabel gebogen wird.

6. Seil oder Kabel nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge (4-6) schraubenförmig um eine zylindrische Seele (50) gewunden sind.

7. Seil oder Kabel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch

gekennzeichnet, dass es von einer Hülle (64,Fig.7) aus elastischem Material umgeben ist.

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