DE19739331A1 - Verfahren zum Entschlichten und Vereinzeln von Fasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entschlichten und Vereinzeln von Fasern.

Das Verfahren zum Entschlichten und Vereinzeln von Faserbündeln ist als Vorstufe im Herstellungsprozeß von Verbundwerkstoffen anwendbar.

Es ist bekannt, daß bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen mit keramischer Matrix eine besondere Schwierigkeit darin besteht, die Filamentfasern vollständig mit Matrixmaterial zu umhüllen. Bereits im Herstellungsprozeß werden keramische Fasern, z. B. Siliciumcarbid- oder Kohlenstoff-Fasern, zum Schutz gegen mechanische Einwirkung und Schädigung mit einer Schlichte umgeben und zu Rovings zusammengefaßt. Dabei kommt es zu einem leichten Verkleben der einzelnen Filamente. Für das Wiedervereinzeln der Fasern, welches für eine Beschichtung mit Precursoren oder Matrixmaterial erforderlich ist, werden spezielle Entschlichtungsverfahren benötigt.

Zur Entschlichtung von Fasern wurden bereits verschiedene Verfahren entwickelt. Als Stand der Technik sind das mechanische Aufspreizen von Rovings, z. B. durch Kämmen oder mit Hilfe eines Walkprozesses, sowie das thermische Aufspreizen als Folge eines Verbrennungsprozesses bekannt. Beide Methoden haben den Nachteil, daß durch die extreme Beanspruchung eine Faserschädigung eintreten kann.

Chemische Prozesse, bei denen unter anderem auch alkalische Lösungen verwendet werden, sind in der Textilindustrie bekannt geworden. So wird bspw. nach DE 31 24 961 A1 ein Verfahren zum gleichzeitigen Färben mit Reaktivfarbstoffen und enzymatischem Entschlichten von Cellulose beschrieben, bei dem mit pH-Wert <8,5 gearbeitet wird.

Die Nutzung eines elektrischen Feldes zur Herstellung von Vorprodukten mit orientierten Kurzfasern wird in DE 41 03 592 A1 beschrieben. Hiernach werden die Kurzfasern in einem Gleichspannungsfeld in einem flüssigen Medium geringer elektrischer Leitfähigkeit und einer Dichte, die der Dichte der Kurzfasern entspricht, zunächst mittels Ultraschall vereinzelt und anschließend im Gleichspannungsfeld in Feldlinienrichtung orientiert. Die Fasern sind bei diesem Verfahren nicht direkt mit der Spannungsquelle verbunden und fungieren somit auch nicht als Elektrode. Die Nutzung des elektrischen Feldes dient ausschließlich der Faserausrichtung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Rovings, Gewebe und andere Fasergebilde, ohne Schädigung der Fasern, weitgehend von ihrer Schlichte zu befreien und die Filamentflächen so zu vereinzeln, daß eine Beschichtung mit Precursern oder Matrixpartikeln möglich wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem vorzugsweise elektrisch leitfähige Rovings, Gewebe oder andere Fasergebilde durch eine schwach alkalisch reagierende Lösung geführt oder in ihr positioniert werden und dabei gleichzeitig dem Einfluß eines elektrischen Gleichfeldes ausgesetzt werden. Die eine Elektrode, vorzugsweise die Kathode, wird bei dieser Anordnung durch die Fasern gebildet. Die Gegenelektrode, die Anode, wird in einem definierten Abstand von der Kathode so angeordnet, daß ein annähernd homogenes elektrisches Feld im Reaktionsraum entsteht. Beim Zuschalten der elektrischen Spannung vollzieht sich ein elektrochemischer Prozeß, der in Kathodennähe, also an der Faseroberfläche, zu einer Alkalitätsüberhöhung und damit zum Abbau der Schlichte führt. Gleichzeitig mit dem Abbau der Schlichten vollzieht sich das Aufspreizen der Fasern in Folge der gleichnamigen negativen Polung aller Fasern und der damit verbundenen elektrostatischen Abstoßung.

Der Aufspreizvorgang kann durch zusätzliche Ultraschallbehandlung oder eine Walkbeanspruchung, z. B. durch Führen der Fasern über Umlenkrol­ len, beschleunigt werden. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zur Realisierung des elektrischen Feldes Gleichspannung, asymmetrische Wechselspannung oder Impulsspannung verwendet wird.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung werden elektrisch nichtlei­ tende Fasergebilde entschlichtet und aufgespreizt, indem in unmittelbarer Nähe der Fasern Hilfselektroden positioniert werden.

Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehen­ den Beschreibung eines Ausführungsbeispieles.

Für eine elektrophoretische Beschichtung von Faserkörpern mit nanoskaligen Keramikpartikeln ist es erforderlich, die Faserkörper ohne Schädigung der Faseroberfläche von ihrer Schlichte zu befreien und zu vereinzeln. Als Vorstufe vor dem eigentlichen Elektrophoreseprozeß werden die Faserkör­ per zunächst in ein Bad geführt, das eine leicht alkalisch reagierende wäßrige Flüssigkeit enthält. Die alkalisch reagierende Substanz sollte nach Möglichkeit die gleiche Zusammensetzung haben, wie der für die Verflüssigung der keramischen Suspension benötigte Elektrolyt, damit es bei der Überführung der Fasern in das Elektrophoresebad zu keiner Störung des kolloidchemischen Gleichgewichts kommt. Als Elektrolyt könnte bspw. Tetraethylammoniumhydroxid Verwendung finden.

Die Zuführung der Rovings oder Gewebe zum Bad erfolgt kontinuierlich. Über Umlenkrollen werden die Fasergebilde so geführt, daß sie weitgehend parallel zur Behälterinnenwand verlaufen. Das elektrische Gleichfeld wird realisiert, indem die Behälterwand als Anode und die Fasern als Kathode geschaltet werden. Damit ist gewährleistet, daß die Fasern ausreichend lange dem elektrischen Feld ausgesetzt sind. Nachdem die Faserkörper aufgefächert sind, werden sie der Elektrophoresezelle zur Beschichtung mit Keramikpartikeln übergeben.

Claims (5)

1. Verfahren zum Entschlichten und Vereinzeln von Fasern, insbesonders von elektrisch leitfähigen Rovings, Gewebe oder anderen Faserngebilde, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern durch eine schwach alkalisch reagierende Lösung geführt oder in ihr positioniert werden und dabei gleichzeitig dem Einfluß eines elektrischen Feldes ausgesetzt werden, indem eine der das elektrische Feld verursachenden Elektroden durch die Fasern selbst gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern als Kathode geschaltet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß elektrisch nichtleitende Fasergebilde entschlichtet und vereinzelt werden, indem in ihrer unmittelbaren Nähe Hilfselektroden angeordnet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Feldeinwirkung durch Gleich-, Wechsel- oder Impuls­ spannung realisiert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Aufspreizprozesse eine Ultraschallbeaufschla­ gung oder eine Walkbeanspruchung der Fasern erfolgt.