DE1939339A1 - Process for the production of sheathed or sheathed fibers - Google Patents
Process for the production of sheathed or sheathed fibersInfo
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Description
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DR. Tl NO H Al BACH ™^mZ2™7" ^™* DR. Tl NO H Al BACH ™ ^ mZ2 ™ 7 "^ ™ *
12169 - H/We12169 - H / We
ROLIS-ROYCE LIMITED, Derby / EnglandROLIS-ROYCE LIMITED, Derby / England
Verfahren zur Herstellung von umhüllten bzw. ummantelten FasernProcess for the production of coated or coated fibers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von umhüllten bzw. ummantelten Pasern sowie zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs hieraus.The invention relates to a method for producing wrapped or coated pasers as well as for the production of a Composite material from this.
In den letzten Jahren wurden erhebliche Anstrengungen auf die Entwicklung von faserverstärkten Matrix-Werkstoffen verwandt; besonderes Interesse besteht an dor Verwendung von Werkstoffen mit Metall als Matrixmaterial, die bei Verwendung in Verbindung mit einem hochtemperaturfesten Verstärkungsfasermaterial, wie beispielsweise Aluminiumoxydr, Silizlumcarbid-r, Bor- oder Kohlenstoffasern einen Betrieb bei verhältnismäßig hohen Temperaturen aushalten. Ein Hauptproblem bei der Herstellung eines derartigen Verbundwerkstoffs bildete die Schaffung von Verfahren zur Einbettung der Verstärküngsfasern in das Uatrixmetall, ,ohne hierbei die Verstärkungs fas er hoheniremperaturen oder mechanischen Spannungen auszusetzen, welche ihre EigenschaftenIn recent years, significant efforts have been made on the Development of fiber-reinforced matrix materials related; There is particular interest in the use of materials with metal as matrix material, which when used in conjunction with a high temperature-resistant reinforcing fiber material such as for example aluminum oxide, silicon carbide, boron or Carbon fibers operate at relatively high temperatures endure. A major problem in the manufacture of such a composite material was the creation of methods for embedding the reinforcing fibers in the matrix metal, , without the reinforcement fiber high temperatures or to expose mechanical stresses, which are their properties
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zerstören konnten. Dies gilt insbesondere für den Fall Von KohlenstOffasern, die aufgrund ihrer Feinheit und Vielzahl in einem Wergtau besonders empfindlich für eine derartige Beeinträchtigung sind.could destroy. This is especially true in the case of Von Carbon fibers, due to their fineness and variety particularly sensitive to such in a tow rope Are impairment.
Durch .die vorliegende Erfindung soll ein-Verfahren zur 'Herstellung einer überzogenen bzw. umhüllten Faser geschaffen -. .-werden, wodurch die Anwendung eines bei ■verhältnismäßig niedriger Temperatur durchführbaren Prozesses-mit- hohemThe present invention is intended to provide a method for producing a coated or sheathed fiber created -. .-will, whereby the application of one at ■ proportionate low temperature feasible process-with-high
- ■ I.- ■ I.
Streuvermögen ermöglicht wird.Scattering power is made possible.
W Zu diesem Zweck ist bei einem Verfahren zxxr Herstellung einer überzogenen bzw» umhüllten oder ummantelten Faser gemäß der Erfindung vorgesehen,, daß man die Faser erhitzt und sodann einen geeigneten zersetsbaren metallhaltigen Dampf in Berührung mit der Faseroberfläehe bringt, wobei die Temperatur der Faser so gewählt ist/ daß der Dampf sich an ihrer Oberfläche unter Bildung einer Metal!abscheidung zarsetzt. W To this end, in a method zxxr preparation of a coated or »the invention coated or clad fiber provided according to the ,, by heating the fiber, and then a suitable zersetsbaren metal-containing vapor in contact with the Faseroberfläehe brings the temperature of the fiber is selected so is / that the vapor decomposes on its surface with the formation of a metal deposit.
Vorzugsweise wird ein Dampf einer organo-metallischen Verbindung verwendet; eine bevorzugte Aüsführungsform der Erfindung sieht die Abscheidung von-Aluminium- aus einem Dampf einer organo-metallischen Verbindung^ wiebeispielsweise y Triisobutyl-Aluminium (TIBA) vor.Preferably a vapor of an organometallic compound is used; a preferred Aüsführungsform the invention provides for the deposition of aluminum-front of a vapor of an organo-metallic compound wiebeispielsweise ^ y triisobutyl aluminum (TIBA).
in diesem Fall erfolgt die Heizung der Faser bevorzugt in der Weise, daß man Strahlungswärme auf "das Fasermaterial richtet.in this case, the heating of the fiber takes place preferably in the way that you get radiant heat on "the fiber material directs.
Die Erwärmung bzw. Erhitzung erfolgt vorzugsweise In einem geschlossenen Ofen, in welchem eine Atmosphäre atifredisrhalten wird, welche den organo-met allischen Dampf in einem inerten Trägergas enthält* ; ';; '■ -'■ · ·::-~-- The warming or heating is preferably carried out in a closed oven in which an atmosphere is kept atifredisr, which contains the organometallic vapor in an inert carrier gas * ; ';;'■-' ■ ·: - ~ -
Vorzugsweisö Äahridie Zersetzürig toid Abscheidung In kontinu- ^ "Preference is given to the decomposing toid separation in continuous ^ "
ierlieher Weise erfolgen;..so wird beispielsweise eine Paser oder ein.Strang von Fasern durch den Ofen geleitet, in welchem die Abscheidungszersetzungstattfindet*in any other way; .. for example, a paser or a strand of fibers passed through the furnace in which the deposit decomposition takes place *
Falls die Herstellung eines aus dem fadenförmigen Fasermaterial .gewickelten Gebildes gewünscht ist, ist es vorzuziehen, wenn das Aufwickeln in der Abscheidungskammer stattfindet, derart, daß die Abscheidung und das Aufwickeln" gleichzeitig vor sich gehen, unter Erzeugung eines zusammenhängenden Matrixkörpers, in welchem die aufgewickelte Verstärkungsfaser eingebettet ist ο -In case the production of one from the thread-like fiber material .wound structure is desired, it is preferable if the winding takes place in the deposition chamber in such a way that that the deposition and the winding up "simultaneously in front of you go, creating a coherent matrix body, in which the wound reinforcement fiber is embedded ο -
Vorzugsweise, dient als Matrixwerkstoff Aluminium, das aus Triisobutylaluminium- (nachfolgend als TIBA bezeichnet) abgeschieden ist, und als Verstärkungsfaser eine Kohlenstoffaser,Preferably, aluminum is used as the matrix material Triisobutylaluminum (hereinafter referred to as TIBA) deposited is, and as reinforcement fiber a carbon fiber,
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben! in dieser zeigen;In the following, exemplary embodiments of the invention are described with reference to the drawing! in this show;
Fig. 1 in schemafcischer Ansicht eine-Apparatur zur Herstellung von umhüllter bzw. überzogener Faser gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in absatzweisem oder Chargenbetrieb; - . '. 1 shows a schematic view of an apparatus for production of coated fiber according to one embodiment of the invention in batch or batch operations; -. '.
Fig. 2 in schematischer Ansicht nach Art der Fig. 1 eine Apparatur zur kontinuierlichen Umhüllung bzw. Ummantelung, der Faser; - ."'--■■FIG. 2 shows, in a schematic view of the type of FIG. 1, an apparatus for continuous wrapping or sheathing, the fiber; -. "'- ■■
Fig. 3 in Seitenansicht eine Reaktionskammer zum Aufwickeln eines Fadens bzw. einer Faser mit gleichzeitigem Überziehen bzw. Umhüllen der Faser; 3 shows a side view of a reaction chamber for winding a thread or a fiber with simultaneous covering or sheathing of the fiber;
Fig. 4 eine Vorderansicht der Apparatur aus Fig. 3.FIG. 4 is a front view of the apparatus of FIG. 3.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung weist ein Reaktionsgefäß 10 auf,The arrangement shown in Fig. 1 has a reaction vessel 10,
009808/166 0009808/166 0
.■■■..■■" ..■■■ - . - 4 - ■■. ■■,■ :. ■■■ .. ■■ ".. ■■■ -. - 4 - ■■. ■■, ■:
das in diesem Pall aus einem von Heizwicklungen 11 beheizten Kupferrohr-Ofen besteht. Im Betrieb ist der Ofen 10 mit Kohlenstoffasern beschickt; die Fasern werden dabei nicht direkt erwärmt, sondern vielmehr durch Wärmeübertragung von den Wänden der Kammer 10, derart, daß wenigstens die äußeren Teile des Faserbündels ausreichend erhitzt werden. Zur Erzeugung einer Umhüllung bzw. eines Überzugs auf den so erhitzten Fasern wird dem Ofen Triisobutyl-Aluminium zugeführt. Die Zufuhr erfolgt aus einer dicht verschlossenen Flasche 12, welohe TIBA in flüssiger Form enthält. Die Flüssigkeit ist hochgefährlich, da sie bei Berührung mit der Haut, brennt] zur Vermeidung einer manuellen Handhabung der Flüssigkeit ist daher ein Druckfördersystem für das TIBA vorgesehen. Zu diesem Zweck ist ein Argon-Zylinder 13 mit einem Druckreduzierventil Ik und einem Strömungsregler 15 zur Zufuhr von Argon über eine Leitung 16 in die Flasche 12 vorgesehen. Hierdurch wird der Flascheninhalt unter Druck gesetzt und das TIBA durch eine weitere Leitung 17 in eine Schwimmerkammer 18 gedrückt, in welcher eine konstante Flüssigkeitssäule aufrechterhalten wird.which in this pall consists of a copper tube furnace heated by heating windings 11. In operation, the furnace 10 is loaded with carbon fibers; the fibers are not heated directly, but rather by heat transfer from the walls of the chamber 10 in such a way that at least the outer parts of the fiber bundle are sufficiently heated. Triisobutyl aluminum is fed to the furnace to produce a sheath or a coating on the fibers heated in this way. It is supplied from a tightly closed bottle 12 which contains TIBA in liquid form. The liquid is extremely dangerous because it burns when it comes into contact with the skin] To avoid manual handling of the liquid, a pressure delivery system is provided for the TIBA. For this purpose, an argon cylinder 13 with a pressure reducing valve Ik and a flow regulator 15 for supplying argon via a line 16 into the bottle 12 is provided. As a result, the contents of the bottle are pressurized and the TIBA is pressed through a further line 17 into a float chamber 18 in which a constant column of liquid is maintained.
Aus der Schwimmerkammer 18 tropft die Flüssigkeit durch eine Leitung 19 und ein Regelventil 12 in eine Verdampferkaramer IJ>, in welcher sie auf eine elektrisch geheizte Heißstelle fällt und daher verdampft. Als Träger für das TIBA und zur Erzielung einer gewissen Kontrolle des Abscheidungsprozesses wird ein Strom von vorgeheiztem Argon und Isobutylen in die Verdampfungskammer 13 zugeführt. Das Isobutylen, welches eines der Nebenprodukte der Abscheidungsreaktion darstellt, bewirkt eine Verlangsamung der Reaktion, derart, daß durch Einstellung seiner Konzentration die Reaktionsgeschwindigkeit kontrollierbar ist.The liquid drips from the float chamber 18 through a line 19 and a control valve 12 into an evaporator chamber IJ>, in which it falls onto an electrically heated hot spot and therefore evaporates. A stream of preheated argon and isobutylene is fed into the evaporation chamber 13 as a carrier for the TIBA and to achieve some control of the deposition process. The isobutylene, which is one of the by-products of the deposition reaction, slows down the reaction in such a way that the rate of the reaction can be controlled by adjusting its concentration.
Die Zufuhr dieses Gasgemisches erfolgt aus einem Argonzylinder ■■-■■"■■'■."; ■ ■■■ V-:-, :■■;■■ : .■■-_■■-■ - ■'■■■■., - - ./.This gas mixture is supplied from an argon cylinder ■■ - ■■ "■■ '■."; ■ ■■■ V -: -,: ■■; ■■ :. ■■ -_ ■■ - ■ - ■ '■■■■., - - ./.
Ö098Ö8/1660Ö098Ö8 / 1660
BADORiGlNALBADORiGlNAL
und einem Isobutylen-Zylinder 21 über Druokreduzierventile 22, Strömungsregler 23 und Strömungsmeßgeräte 2*»-. Bei der speziell beschriebenen Ausführung der Apparatur war in der Argon-Zufuhr leitung ein Argon-Sauerstoffabscheider vorgesehen, für den Fall, daß der Argonvorrat Fremdsauerstoff enthält. Dieser Sauerstoffabscheider besteht aus einem Ofen, in welchem Titan-Späne erhitzt wurden, derart, daß jeglicher vorhandener Sauerstoff sich mit dem Titan verbindet. Bei früheren Versuchen hat sich ergeben, daß dies praktisch nicht wesentlich ist.and an isobutylene cylinder 21 via pressure reducing valves 22, flow regulators 23 and flow measuring devices 2 * »-. In the special The described design of the apparatus was provided in the argon supply line for the argon-oxygen separator Case that the argon supply contains external oxygen. This oxygen separator consists of a furnace in which titanium chips were heated such that any oxygen present combines with the titanium. Previous attempts have shown that this is practically not essential is.
Das zugeführte Isobutylen und Argon werden in einer Leitung oh vereinigt und strömen durch einen Vorwärmofen 27 in Gestalt ejnes langgestreckten Ofens, in welchem das Gasgemisch bis fast auf ditt zur Abscheidung des TIBA erforderliche Temperatur erhitist wird., um die in der Reaktionskammer 10 noch erforder-Vlohe Aufheizung zu verringern.The supplied isobutylene and argon are combined in a line O and pass through a preheating furnace 27, in the form ejnes elongate furnace in which the gas mixture to near ditt required for deposition of the TIBA temperature is erhitist., Nor required to in the reaction chamber 10 To reduce excessive heating.
vorgewärmtepreheated
Aus dem Vorwärmofen 27 strömt das/Gasgemisch über eine um-The gas mixture flows out of the preheating furnace 27 via a
ffia:r;ejie Äotu.lei üung 28 in die Verdampfungskammer \J>S wo es sich r:iit aem verdampften TIBA mischt und über eine weitere eite leitung 29 in die Reaktionskammer 10 strömt.ffia: r; ejie Äotu.lei üung 28 into the vaporization chamber \ J> S where it mixes with a vaporized TIBA and flows through a further side line 29 into the reaction chamber 10.
In 4er Reakf.ionslcammer werden die dicht an der Wandung der Kammer gehauenen Fasern auf eine Temperatur von annähernd 2bO° ■'"; erhitzt. Bei dieser Temperatur zersetzt sich das TIBA unter Bildung, von gasförmigem Isobutylen zusammen mit Wasserstoff und einer Alüminiumabscheidung, welche sich auf den heißen Oberflächen der Fasern niederschlägt. Die zugrundeliegende chemische Reaktion ist wie folgt: . In a 4-way reaction chamber, the close to the wall of the Chamber hewn fibers to a temperature of approximately 2bO ° ■ '"; heated. At this temperature the TIBA decomposes forming, together with hydrogen, gaseous isobutylene and an aluminum deposit which is deposited on the hot surfaces of the fibers. The underlying chemical reaction is as follows:.
(Gas) Al (G4 H9J5 26°° C Al (fest ) + H2 (Gas) +C4H8 (Gas) Al (G 4 H 9 J 5 26 °° C Al (solid) + H 2 (gas) + C 4 H 8
Auf den Fasern wird daher ein Überzug aus Aluminium abgeschieden. A coating of aluminum is therefore deposited on the fibers.
009808/ 166:0,-·; ■ '/ ' ^: ■ 009808/166: 0, - ·; ■ '/' ^: ■
Die Abfallprodukte werden aus dem Reaktionsgefäß 10 über eine Leitung 30 in einen kryogenen Kondensor 31 und von da in eine ölfalle 32 abgeführt. Der Kondensor und die ölfalle sind zur Bereitung und ggf. Rückgewinnung von Abfallprodukten vor dem "' Austritt des verbleibenden Abgases in die Atmosphäre vorgesehen. ' The waste products are from the reaction vessel 10 via a Line 30 into a cryogenic condenser 31 and from there into one oil trap 32 discharged. The condenser and the oil trap are for Preparation and, if necessary, recovery of waste products before the "' The remaining exhaust gas is intended to be released into the atmosphere. '
Es hat sich ergeben, daß nach dem vorstehend beschriebenen-Verfahren Kohlensfcoffasern ohne weiteres absatz- bzw. chargenweise überzogen werden können} jedoch hat diese Ausführungsform des Verfahrens den hauptsächlichen Nachteil, daß nur die der Oberfläche des Ofens 10 benachbarten oder mit ihr in Berührung stehenden Pasern überzogen werden, da nur diese Pasern ausreichend erhitzt sind. Gemäß einer verbesserten Ausführungaform der Erfindung ist daher vorgesehen, in der Apparatur das Reaktionsgefäß 10 aus einem strahlungsdurchlässigen Material herzustellen und das Fasermaterial durch Strahlungswärme von außerhalb des Reaktionsgefäßes her zu erhitzen. Pig. 2 veranschaulicht diese Abwandlung in Anwendung auf ein Verfahren zum kontinuierlichen überziehen bsw. Ummanteln einer Faser bzw. eines Faserbündels.It has been found that, according to the above-described process, carbon fiber can readily be used in batches or batches can be coated} however has this embodiment the main disadvantage of the method that only those adjacent to the surface of the furnace 10 or with it in Contact standing lines are covered, as only these lines are sufficiently heated. According to an improved embodiment the invention is therefore provided in the apparatus the reaction vessel 10 made of a radiation-permeable material manufacture and the fiber material by radiant heat from to be heated outside the reaction vessel. Pig. 2 illustrates this modification in application to a process for continuous coating bsw. Sheathing a Fiber or a fiber bundle.
Bai der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung wird genau das gleiche System wie in Fig. 1 zur Zuführ des TIBA mit dem vorgewärmten Trägergas aus der Verdampfungskammer 13 über die ummantelte Rohrleitung 29 verwendet; dieser Teil der Vorrichtung wird daher nicht im einzelnen beschrieben. Das Reaktionsgefäß ist jedoch wesentlich verschieden ausgebildet, In diesem Falle besteht das Reaktionsgefäß aus einem Glasrohr 35 mit einem röhrenförmigen Eintrittsende 36 und einem röhrenförmigen Austrittsende 37· Zur Zurückhaltung des Gases in dem Gefäß sind in der Zuführröhre 36 und in der Austrittsröhre 37 Gasdicht ang.en vorgesehen» So ist die Zufuhrröhre 36 mit einer seitlichen Za^ fuhrleitung 38 versehen, die mit vorgewärmtem Argen aus einemIn the device shown in FIG. 2, exactly the same system is used as in FIG. 1 for supplying the TIBA with the preheated carrier gas from the evaporation chamber 13 via the jacketed pipe 29; this part of the device is therefore not described in detail. The reaction vessel, however, has a significantly different design. In this case, the reaction vessel consists of a glass tube 35 with a tubular inlet end 36 and a tubular outlet end 37.To hold back the gas in the vessel, the supply tube 36 and the outlet tube 37 are gas-tight "Thus, the feed tube is provided driving circuit with a lateral Za ^ 36 provided 38 a with preheated from Argentine
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(nicht gezeigten) Ofen gespeist wird, sowie eine zweite seitliche Austrittsleitung 39, durch welche sowohl das vorgewärmte Argon aus der Röhre 38 als auch die Abgase aus dem Ofen 35 selbst austreten. Die Austrittsleitung 39 ist mit Auslaßfallen von gleicher Art, wie bei 31 und 32 in Fig. l gezeigt, verbunden.(not shown) furnace is fed, as well as a second lateral outlet line 39, through which both the preheated Argon from tube 38 as well as the exhaust gases from furnace 35 exit yourself. The outlet line 39 is with outlet traps of the same type as shown at 31 and 32 in Fig. 1, tied together.
Eine entsprechende Gasdichtung ist In der Austrittsleitung 37 vorgesehen, die gleichzeitig auch als Eintritts» oder Zufuhrleitung für die Gase aus der Verdampfungskammer 13 dient. Die Gasdichtung weist eine seitliche Zweigleitung 40 auf, die wiederum mit vorgewärmten Argon aus dem (nicht dargestellten) Ofen gespeist wird« Dieses Gas strömt einfach durch das offene Ende der Röhre 37 in die Atmosphäre. Man erkennt, daß die beschriebenen Gasdichtungen in der Eintritts- und. der Auslaß leitung eine- Gasströmung bewirken, die Jeder Leckströmung aus dem Reaktionsgefäß 35 entgegengerichtet iat, und daher jegliches Leckmaterial aus dem Reaktionsgefäß herausträgt* ·A corresponding gas seal is in the outlet line 37 provided, which also serves as an inlet or supply line for the gases from the evaporation chamber 13. the Gas seal has a side branch line 40 which is again fed with preheated argon from the furnace (not shown) «This gas simply flows through the open End of tube 37 to the atmosphere. It can be seen that the gas seals described in the inlet and. the outlet pipe cause a gas flow that opposes any leakage flow from the reaction vessel 35, and therefore carries any leakage out of the reaction vessel *
1Da die Röhren 36 und 37 an ihren ünden offen sind, icann Kohlenstoffaser kontinuierlich in das Reaktionsgefäß 35 ein- und aus ihm heraus geführt werden, in dem gezeigten speziellen Beispiel ist auf einer Zufuhrtrommel 4i ein Strangbündel aus Kohlenstoffasern aufgewickelt; diese werden über die Eintrittsröhre 36 und über eine Spreissstange 42 zum Ausbreiten der Pasern zugeführt» Derartige Spreiz- b2w. Verteilerstangen sind in der Textiltechnik bekannt und bestehen^normalerweise aus einer quer zur Faserlaufrichtung liegenden Stange, die von oben gesehen konvex gebogen ist. Auf diese Weise wird das Fasermaterial beim Durchwandern des Glas-Reaktionsgefäßes zu einer dünnen Folienbahn ausgebreitet, wie bei 4? angedeutet. Zur Erwärmung der Fasern während ihrer Verweildauer in dem Reatcfelonsgefäß 35 sind Wärniestrahlungsquellen 44 vorgesehen. Hierfür fcönnen zweckmäßig Infrarotstrahlef in soldier 1 Since the tubes 36 and 37 are open at their ends, carbon fiber can be continuously fed into and out of the reaction vessel 35, in the specific example shown, a strand bundle of carbon fibers is wound on a feed drum 4i; these are fed in via the inlet tube 36 and via a spreader bar 42 for spreading out the fibers. Such spreader b2w. Distribution rods are known in textile technology and normally consist of a rod lying transversely to the direction of the grain and curved convexly when viewed from above. In this way, the fiber material is spread out into a thin sheet of film as it travels through the glass reaction vessel, as in 4? indicated. Heat radiation sources 44 are provided for heating the fibers during their residence time in the Reatcfelonsgefäß 35. For this purpose, infrared rays can be used
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Ausrichtung verwendet werden, daß ihre Strahlungsenergie auf die Fasernbahn 47 fällt und deren Temperatur erhöht. Zur weiteren Fokusierung der Wärmestrahlung auf die Faeern können Reflektoren von elliptischem Querschnitt vorgesehen aän.Alignment are used that its radiant energy falls on the fiber web 47 and increases its temperature. To the can further focus the heat radiation on the faeern Reflectors of elliptical cross-section provided aän.
Die Strahlungsheizvorrichtungen sind so gewählt, daß sie* eine Temperatur von etwa 260° C in der Kohlenstoffasernbahn erzeugen* Man erkennt, daß durch die Gegenstrombewegung des Gasstroms und der ,Fasernbahn und die hohe Temperatur der Fasern das Gas zur Zersetzung und zur Bildung einer Aluminiumschicht auf den Fasern veranlaßt wird.The radiant heating devices are chosen so that they * a temperature of about 260 ° C in the carbon fiber web generate * One recognizes that by the countercurrent movement of the gas flow and the, fiber web and the high temperature of the Fibers the gas to decompose and form an aluminum layer is caused on the fibers.
Das überzogene bzw. umhüllte Fasermaterial gelangt schließlich, noch in Bahnform, an das Ende des Reaktionsgefäßes 35» wo es durch eine Vorrichtung 4^ zu einem Bündel zusammengefaßt wird. Dieses Bündel aus überzogenen Fasern verläuft sodann durch die Austritteröhre yj und wird auf einer Aufwickeltrommel 44 aufgewickelt. Auf diese Weise erhält man eine kontinuierliche Zufuhr von überzogener bzw. umhüllter Faser.The coated or enveloped fiber material finally arrives, still in web form, at the end of the reaction vessel 35 "where it is combined into a bundle by a device 4". This bundle of coated fibers then passes through the outlet tube yj and is wound up on a winding drum 44. In this way, a continuous supply of coated or sheathed fiber is obtained.
Die Figg. 3 und 4 zeigen verschiedene Ansichten ein- und
derselben Apparatur zur Herstellung eines aus faden- bzw.
faserförmigeiij Material gewickelten Gegen3tands^|dessen Matrixmaterial gleichzeitig nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
aufgebracht wird. Die Einzelheiten der TIBA-Gaserzeugungsanlage
sind nicht gezeigt, da diese, wie in den Figg. 1 und 2,
ausgebildet ist..' Jedoch wird bei dieser Ausfuhrungsform das
als Produkt der Gaserzeugungsanlage erhaltene vorgewärmte Argon-TIBA-Gemisch
über eine Düse 45 in eine Reaktionskammer 46
eingeführt. Von einer Trommel 48 kann Fasermaterial über eine Eingangsleitung, 47 durch die Kammer geführt werden; die V
Leitung 47 weist bei 49 einen Gasverschluß auf, deij wie bei
dem zuvor beschriebenen Beispiel, mit vorgewärmtem Argon gespeist wird.
■ : :-, -:"■. ■ ■■: : .-■.-· . ./.The Figg. 3 and 4 show different views of one and the same apparatus for producing an object wound from thread-like or fibrous material, the matrix material of which is simultaneously applied according to the method according to the invention. The details of the TIBA gas generating system are not shown since, as shown in FIGS. 1 and 2. However, in this embodiment, the preheated argon-TIBA mixture obtained as a product of the gas generation system is introduced into a reaction chamber 46 via a nozzle 45. Fiber material can be fed from a drum 48 through the chamber via an input line 47; The V line 47 has a gas seal at 49 which, as in the example described above, is fed with preheated argon.
■: -, -. "■ ■ ■■: .- ■ .- ./ ·..
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Im Innern der Reaktionskammer 46 ist ein Ziehdorn 50. in Gestalt eines Formblocks aus einem guten Leitermaterial, wie beispielsweise Kupfer, vorgesehen. Der Dorn 50 ist mittels einer Spindel 51 drehbar angeordnet, welche durch eine öffnung in der Seitenwandung der Kammer 46 über eine Gleit- und Drehdichtung 52 eingeführt ist. Die Spindel 51 wird von außerhalb der Kammer 46 durch einen Motor 53 angetrieben und ist ferner auch mittels nicht gezeigter Vorrichtungen im Sinne einer Axialverschiebung des Dorns betätjjgbar.In the interior of the reaction chamber 46, a mandrel 50 is in the form a molding block made of a good conductor material such as Copper, provided. The mandrel 50 is by means of a spindle 51 rotatably arranged, which through an opening in the side wall the chamber 46 via a sliding and rotating seal 52 is introduced. The spindle 51 is from outside the chamber 46 driven by a motor 53 and is also by means of Devices not shown in the sense of an axial displacement of the mandrel actuatable.
Innerhalb des Dorns 50 ist ein HeizicLderstand 54 angeordnet. Die Heizvorrichtung 54 ist an einer Abdichtung 55, beispielsweise einer PTFE (= Teflon)-Plandichtung angebracht, die ihrer-seits an der Wandung der kammer befestigt ist, wobei die Befestigung der Dichtung die elektrischen Zuleitungen für den Heizwiderstand 54 aufnimmt.A heating element stand 54 is arranged within the mandrel 50. The heating device 54 is attached to a seal 55, for example a PTFE (= Teflon) flat seal, which in turn is attached to the wall of the chamber, the attachment the seal the electrical leads for the Heating resistor 54 picks up.
Im Betrieb arbeitet dieses System wie. folgt;" Zunächst wird das Fasermaterial auf den Ziehdorn 50 aufgewickelt, sodann wird die Gaszufuhr durch die Düse 45 geöffnet und der Ziehdorn 50 gedreht. Gleichzeitig wird der Ziehdorn 50 durch die Heizvorrichtung 54 auf eine Temperatur von etwa 260° C erwärmt. Man erkennt, daß auf diese Weise das Fasermaterial auf den Dorn 50 aufgewickelt wird und gleichzeitig der oben beschriebene Abscheidungsprozess an dem gewickelten Fasermaterial stattfindet.0 Durch eine Querbewegung des Dorns 50 in axialer Richtung können in bekannter Weise Wicklungslagen des Fasermaterials hergestellt werden.In operation, this system works like. follows: "First the fiber material is wound onto the mandrel 50, then the gas supply is opened through the nozzle 45 and the mandrel 50 is rotated. At the same time, the mandrel 50 is heated by the heating device 54 to a temperature of about 260 ° C. It can be seen that that the fiber material is wound on the mandrel 50 in this way and at the same time is taking place, the deposition process described above to the wound fiber material. 0 by a transverse movement of the mandrel 50 in the axial direction of winding layers can be of the fiber material be prepared in a known manner.
Indem man die Widerstandsheizvorriohfcung 54 im Inneren des Dorns 50 anordnet, erhält man eineVßrmeströmüng in der bestmöglichen Richtung für den Absoheidungsprozess; die Abscheidung beginnt hierbei an der Oberfläche des Dorns und setzt sich naoh außen durch die Fasern fort.By having the resistance heating device 54 inside the mandrel 50, the best possible flow is obtained Direction for the separation process; the deposition begins here on the surface of the thorn and sits near the outside through the fibers.
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Des weiteren wird die Wärmekapazität des Dorne so groß gewählt, daß Temperafcurschwankungen an den Pasern so klein wie möglich gehalten werden.Furthermore, the heat capacity of the mandrel is chosen to be so large that that temperature fluctuations at the pasers are as small as possible being held.
Alternativ zu der gezeigten Anordnung kann auch die Zufuhrröhre 47, durch welche das Fasermaterial zugeführt wird, in Querrichtung hin- und herverschiebbar angeordnet werden. As an alternative to the arrangement shown, the feed tube 47, through which the fiber material is fed, can be arranged so that they can be pushed back and forth in the transverse direction.
Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht die Herstellung von aus Verbundwerkstoff bestehenden gewickelten Gegenständen, bei welchen die einstückige Matrix gleichzeitig mit dam Wickel-P Vorgang hergestellt wird.The device described enables the production of wound articles made of composite material, in which the one-piece matrix is simultaneously used with the winding-P Process is established.
Die Erfindung wurde vorstehend mit Bezug auf bestimmte Werkstoffe beschrieben; selbstverständlich eignet sie sich jedoch auch zur Anwendung in Verbindung mit anderen Fasermaterialien und anderen Matrixwerkstoffen. So können beispielsweise Nickel, Kobalt, Eisen und Titan sämtlich aus einem organo-metallischen Dampf oder sonstigen geeigneten Dampf in ähnlicher Weise, wie vorstehend beschrieben,, zur Umhüllung abgeschieden werden, wenngleich hierbei in manchen Fällen wesentlich höhere Temperaturen benötigt werden. The invention has been described above with reference to certain materials described; of course, however, it is also suitable for use in conjunction with other fiber materials and other matrix materials. For example, nickel, cobalt, iron and titanium can all be made from an organometallic Steam or other suitable steam in a similar manner to how described above ,, are deposited for cladding, although in some cases significantly higher temperatures are required.
Die anhand der Figg. 5 und 4 beschriebene Apparatur könnte auch zur kontinuierlichen Behandlung von Fasermaterial verwendet werden; so könnte beispielsweise vorgesehen sein, daß die Faser einmal um den Dorn herumgeführt, sodann entnommen und aufgewickelt wird. ■"..-■.The based on Fig. 5 and 4 described apparatus could can also be used for the continuous treatment of fiber material; for example, it could be provided that the fiber passed once around the mandrel, then removed and is wound up. ■ "..- ■.
Ebenso können offensichtlich andere Arten der Heizung für das Fasermaterial verwendet werden; so könnte beispielsweise eine Widerstandsheizung mittels durch die Faser geleiteten Strom vorgesehen werden, oder die Faser könnte durch Mikrowellen geheizt werden. ~ · _ Obviously, other types of heating for the fiber material can also be used; for example, resistance heating could be provided by means of current conducted through the fiber, or the fiber could be heated by microwaves. ~ · _
- Patentanspruch* 009808/1880 - Claim * 009808/1880
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Claims (10)
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1969
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