DE19756209A1 - Technische Grobgarne sowie Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Technische Grobgarne sowie Verfahren zur Herstellung derselben

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Grobgarn für den technischen Einsatz sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere betrifft die Erfindung ein neuartiges Reibbelagsgarn sowie hochtemperaturbeständige Garne oder Zwirne. Diese Zwirne weisen im Garnverbund keine oder nur sehr begrenzte Drehnung auf. Der Zusammenhalt der Fasern erfolgt nur über den spiralförmig um das Garn gelegten Umwindefaden und der Eigenreibung der Fasern bzw. Komponenten untereinander.
Im Gegensatz zu anderen Spinnverfahren wird der Zusammenhalt nicht durch Garndrehung (Zusammendrehen der Komponenten wie Einzelfasern, Rovings, Garne) erzielt wie beim Openend(OE)-Spinnen, Ringspinnen, Drefverfahren, Zwirnen etc.
Die erfindungsgemäßen Reibbelagsgarne können in jeglicher Zusammensetzung für Reibbelagwerkstoffe hergestellt werden.
Die neuen hochtemperaturbeständigen Garne oder Zwirne sind zum Ersatz von hochtemperaturbeständigen Materialien wie Keramikgarnen gedacht und können z. B. zu Packungen, Schnüren, Seilen, Geweben und Gestricken weiterverarbeitet werden.
Hochtemperaturbeständige Garne oder Zwirne, die als Isolationsmaterial einge­ setzt werden, sind bekannt, z. B. unter der Bezeichnung "Isokeram", hergestellt aus geschleuderten keramischen Stapelfasern mit Prozeßfasern über einen Krempel- und Spinnprozeß und eventuell zusätzliche Zwirnprozesse. Als zusätzli­ che Festigkeitsträger werden Glasfilamente oder Stahldrähte beim Spinnprozeß eingearbeitet. Diese Garne und die daraus hergestellten Textilien haben den Vorzug, ein hohes Volumen zu besitzen und damit gute Isolationseigenschaften aufzuweisen. Ein Nachteil derartiger Keramikfasern ist jedoch, daß diese auch Fasern mit einer Dicke von 3 µm und kleiner enthalten, die toxikologisch ähnlich gesundheitsgefährdend sein können wie Asbestfasern.
In der DE-A 42 21 001 wird ein Verfahren zur Herstellung von hochtemperatur­ beständigen Garnen oder Zwirnen bestehend aus 60 bis 95 Gew.-% Glasfasern und 5 bis 40 Gew.-% organischen Prozeßfasern beschrieben. Bei den dortigen Garnen handelt es sich um Ringgarn oder Open-End-Garn.
Der Nachteil von Produkten aus Rovings und Zwirnen die sowohl untexturiert als auch texturiert zum Einsatz kommen können und vorrangig aus Glas- oder Silikatmaterial hergestellt werden, ist die sehr hohe Packungsdichte, trotz des Texturierprozesses und damit das relativ geringe Isolationsvermögen und die dadurch entstehenden hohen Materialkosten pro laufenden Meter und/oder Flächeneinheit.
Auch Reibbelagsgarne werden heutzutage noch in üblicher Weise durch Krem­ peln oder Kardieren und übliches textiltechnisches Spinnen und Zwirnen zu einem Garn oder Core-Garn versponnen. Nachteilig ist jedoch bei derartig her­ gestellten Reibbelagsgarnen, daß bei ihrer Verwendung zu Reibbelagswerkstoff- Zusammensetzungen das Eindringen von Tränkflüssigkeiten und Reibzement bis zum Kern des Garnverbundes durch die entgegenwirkenden Garndrehnungen behindert wird. Deshalb wird häufig ein Zwirnprozeß für diese Garnkonstruktion gewählt, welcher der Spinndrehung entgegengesetzt gerichtet ist um bessere Tränkaufnahme zu erzielen.
Die Herstellung von Stapelfasergarn nach der Technik des Umwindespinnens ist schon lange bekannt. Ein Verfahren zur Herstellung von Umwindegarn ist bei­ spielsweise in der DE-AS 24 28 483 beschrieben. Andere Patentanmeldungen wie z. B. DE-OS 28 33 326, DE-OS 29 02 404 und DE-OS 29 13 762 befassen sich z. B. mit der Verbesserung des Prozeßablaufs hinsichtlich Garnqualität und Fadenbrüchen.
Aufgabe der Erfindung war es daher, neue Reibbelagsgarne sowie hochtempera­ turbeständige Garne zu entwickeln, die in einem Arbeitsschritt nach dem Krem­ peln hergestellt werden können. Im Falle von Reibbelagsgarnen wird bei ihrer Anwendung durch das Tauchen in Tränkflüssigkeit und Reibzement das Ein­ arbeiten dieser Materialien bis zum Kern des Garnverbundes nicht durch stören­ de, dem Eindringen entgegenwirkende Garndrehungen behindert. Im Falle der hochtemperaturbeständigen Garne bzw. der daraus hergestellten Gewebe, Gestricke, Geflechte und. Seile sollen diese bei ausreichender Temperaturbestän­ digkeit ein höheres Volumen als z. B. texturierte Glasfasergarne aufweisen, keine kritischen Faserdurchmesser im Bereich unter 3 µm enthalten und trotzdem eine sehr hohes Isolationsvermögen aufweisen. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung der vorgenannten Reibbelagsgarne oder hochtemperaturbeständigen Garne angegeben werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das Reibbelagsgarn gemäß Anspruch 1, das erhalten wird durch ein übliches Aufbereiten des Fasermaterials und Krempeln der Fasern, Abziehen eines Faserbandes und Herstellen von Stapelfasergarn nach der Technik des Umwindespinnens. Das hergestellte Parallelgarn besteht aus einem von einem Bindefaden schraubenförmig umwundenen, ungedrehten Spinnfaserbündel. Der von mindestens einer Hohlspindel ablaufende Bindefaden und das aus einem Lieferwalzenpaar austretende Spinnfaserbündel wird durch die mindestens eine Hohlspindel geführt. Dabei wird dem Spinnfaserbündel bzw. den aus dem Lieferzylinderpaar austretenden Materialien zwangsläufig ein Falschdraht erteilt. Das Umwindegarn wird von der mindestens einen Hohlspindel abgezogen und um das Faserbündel gewunden und später als Parallelgarn nach dem Durchlauf des. Abzugswalzenpaares (hier löst sich der Falschdraht auf), aufgewickelt.
Die Aufgabe wird weiterhin durch das hochtemperaturbeständige Garn bzw. den Zwirn gemäß Anspruch 4 gelöst, der ebenfalls erhalten wird durch übliches Aufbereiten, Krempeln der Fasern, Abziehen von einem Faserband, auch Rovings und/oder Garnen, und Herstellen eines Umwinde- bzw. Parallelgarns, das aus einem von einem Bindefaden, der ebenso wie beim Reibbelagsgarn auch ein Metalldraht sein kann, schraubenförmig umwundenen, ungedrehten Spinn­ faserkern oder umwundenem Garn, Drähten, Rovings oder einer Kombination aus diesen besteht.
Diese Garne können in Nachfolgeprozessen beliebig verzwirnt werden.
In Anspruch 8 wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Reibbe­ lagsgarne bzw. der hochtemperaturbeständigen Garne angegeben.
Die Ansprüche 11 bzw. 12 betreffen die Verwendung der Garne in Reibbelags­ werkstoffzusammensetzungen bzw. die Verwendung zur Herstellung von Pac­ kungen, Schnüren, Geweben, Gestricken, Seilen oder gewebten Bändern. In den übrigen Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfin­ dung angegeben.
Es hat sich nun gezeigt, daß erfindungsgemäß der entscheidende Vorzug des Umwindegarns darin liegt, daß die Fasern bzw. Materialien wie z. B. Garne, Zwirne, Rovings, die dem Streckwerk als Krempelband oder Kardenband oder dem Lieferwerk zugeführt werden, im späteren Garnverbund keine oder nur sehr begrenzte zusätzliche oder geringere Drehung aufweisen als die zugeführten Materialien. Der Zusammenhalt der Fasern erfolgt nur über das spiralförmig um das Garn gelegten Umwindematerial, d. h. durch Pressung des Umwindematerials und dessen Eigenreibung. Dies ist besonders bei den erfindungsgemäßen Reibbe­ lagsgarnen wichtig, da hierdurch das Eindringen von Tränkflüssigkeit und Reibze­ ment bis zum Kern des Garnverbundes nicht durch störende, dem Eindringen entgegenwirkende Garndrehung behindert wird. Durch die erfindungsgemäße Auswahl von Faseraufbereitungsanlagen und Einsatz der angegebenen Rohstoffe können durch spezifische Einstellungen der Umwinde-Spinnmaschine Um­ windedrehungen: 25 bis 300 Drehungen/Meter und spezielle, auch negative Anspannverzüge hohe Liefergeschwindigkeiten erreicht werden und ein Reibbe­ lagsgarn oder ein hochtemperaturbeständiges Garn bereits in einem Arbeitsgang hergestellt werden.
Prinzipiell unterscheidet sich das erfindungsgemäß Parallel-Reibbelagsgarn bzw. das hochtemperaturbeständige Garn von Ring- und Rotorgarn dadurch, daß die Stapelfasern oder das über das Lieferwerk zugeführte Material bis auf die Dre­ hungen des Umwindefadens nahezu ungedreht bleiben und dadurch ihren ur­ sprünglichen Charakter (Bauschigkeit, Volumen, und damit Saugfähigkeit) der für die Weiterverarbeitung, auch der Reibbelagsgarne wichtig ist, unverändert beibehalten.
Der parallele Faser-Garnverband wird durch ein Filament oder Draht oder Stapel­ fasergarn zusammengehalten. Mehrere hintereinander geschaltete Hohlspindel­ systeme ermöglichen in einem Maschinendurchlauf die Kombination von ver­ schiedenen Umwindematerialien in beliebiger Umwinde-Drehrichtung. Derartige Spinnsysteme ermöglichen höchste Spindeldrehzahlen. Die Begrenzung der Spindeldrehzahl wird hauptsächlich durch das Kopsgewicht und das Umwinde­ material sowie die zu verstreckende Fasermischung bestimmt. Der Fadenverlauf ist gerade, Einschränkungen durch Ring und Läufer entfallen. Das Umwindemate­ rial bildet einen freien Fadenballon mit geringem Luftwiderstand. Bei dem erfin­ dungsgemäß eingesetzten Parallelspinnverfahren handelt es sich daher um ein äusserst wirtschaftliches, hochproduktives Spinnverfahren.
Erfindungsgemäß können als Prozeßfasern alle textilen Fasern versponnen werden. Hier bieten sich synthetische Fasern wie Polyamid, Polyester, Polyacryl, Polypropylen usw., Cellulosefasern wie Viskose und Naturfasern wie Wolle, Baumwolle, Flachs und Leinen bzw. deren Mischungen an.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Materialien beispielsweise aus Polyamid, Viskose etc. haben Faser-Titer von vorzugsweise 0,8 bis 9 dtex. Glasfasern und Silikatfasern bewegen sich in Durchmesserbereichen von vorzugsweise 6 µ bis 15 µ und Garn/Rovingtitern von 34 tex bis 2400 tex. Kommen geschnittene, gerissene oder natürliche Fasern zum Einsatz, so beträgt die genannte Schnitt­ länge mindestens 20 mm, Ausnahmen bilden hier Recycling-Rohstoffe und ist nach oben hin nur durch das zur Anwendung kommende Kardier/Krempelver­ fahren und das eingesetzte Streckwerk begrenzt. Die Skala der verfügbaren Titer läßt sich besonders nach der groben Seite hin beliebig fortsetzen. Darüberhinaus sind Filamente aus Rayon, Polypropylen, Polyacryl und Polyvinylalkohol erhält­ lich. Filamente sind sowohl in mono- als auch multifiler Ausführung erhältlich. Multifilamente sind bei gleicher Feinheit weniger steif als Monofilamente.
Erfindungsgemäß können als hochtemperaturbeständige Fasern m- und/oder p-Polyaramid-Stapelfasern und/oder Polyaramid-Regeneratfasern versponnen werden. Weiterhin ist es aber auch möglich, hochtemperaturbeständige aramid­ ähnliche Fasern wie Basofil® oder Kynol® zu verspinnen. Es ist aber auch gleich­ wohl möglich Mischungen der vorgenannten Fasern zum Spinnen einzusetzen.
Beispielsweise können die Aramid-Stapelfasern Faserlängen von 63mm und Faserfeinheiten von 1,7 dtex oder 2,2 dtex in ganz besonders bevorzugten Beispielen aufweisen.
Anhand der beigefügten Fig. 1 soll schematisch das erfindungsgemäße Her­ stellungsverfahren näher erläutert werden. Den Bezugsziffern kommt nachfolgen­ de Bedeutung zu:
Bezugszeichenliste
1
Lieferzylinderpaar
2
Fasermaterial
3
Streckwerk
4
Hohlspindel
5
Spule mit umwindendem Garn
6
Abzugszylinderpaar
7
Umwindegarn
8
Umwindegarnspule
9
Friktionstrommel
10
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann man hier C- oder E-Glasfaserbänder oder Metall- oder Glasfäden oder aber auch PTFE-Fasern oder Garne zulaufen lassen und/oder Streckwerk und Beilauffäden kombinieren.
Die Abbildung hat folgende Bedeutung:
Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines Teils einer Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Umwindegarne, wobei auch mehrere Hohlspindeln/Spindel­ systeme hintereinander geschaltet werden können. Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne diese jedoch einzuschrän­ ken.
Beispiel 1
Fasermischung aus: 10% Aramidfasern
20% Polyacrylnitril
30% Viskose
40% Glasfasern wird kardiert/gekrempelt und als Faser­ band (1800 tex) der Umwindespinnmaschine zugeführt.
Beilaufmaterial: 1200 tex texturierter Glasroving, Messingdraht, Durchm. 0,16 mm.
Umwindematerial: Glasfilament, 68 tex.
Daraus resultiert in einem Maschinendurchlauf ein Reibbelagsgarn von 3340 tex Endtiter.
Dieses Beispiel zeigt die mögliche Zusammensetzung eines Reibbelagsgarnes, hergestellt mit der Technologie des Umwindespinnverfahrens, wobei sowohl Fasermischung (Art der eingesetzten Fasern und deren prozentualer Mischungs­ anteil) sowie die Verstärkungs-, Zulauf- und Umwindematerialien und die gewähl­ te Umwindedrehungen sowie die zur Anwendung kommenden Verzüge und der daraus resultierende Reibbelagsgarntiter nach Kundenwunsch und Einsatzzweck innerhalb der technischen und technologischen Grenzen der notwendigen Prozesse frei wählbar ist.
Die oben beschriebenen Fasermaterialien werden vermischt und durch einen Krempel- und Kadierprozeß vollständig geöffnet und parallelisiert. Diese Kon­ struktionen gewährleisten hochmöglichste Grade der Öffnung, Mischung, Reinigung und Faserparallelisierung. Aus Krempel oder Karde wird daher ein parallelisiertes Band geliefert, das zur direkten Vorlage (evtl. wird eine Streckpas­ sage zwischengeschaltet wegen der geforderten Garngleichmäßigkeit) an die Parallelgarnspinnmaschine geht.
Die Garnherstellung erfolgt dann direkt ab Faserband. Das Parallelgarn wird, wie dies in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, hergestellt. An der Stelle 10 werden noch Glasfaserbänder und/oder beliebige Beilauffäden und/oder Metalldrähte zulaufen lassen. Es wird dann ein Reibbelagsgarn erzielt, wie dies beispielsweise in Fig. 2 gezeigt wird.
Beispiel 2
Im folgenden soll die Herstellung eines hochtemperaturbeständigen Garnes beschrieben werden, das zur Herstellung von Packungen, Seilen, Geweben, Gewirken oder gewebten Bändern verwendet werden soll.
Anstatt der Keramikfasern wird als Ausgangsmaterial hitzebeständiges Faserma­ terial (0,9 bis 9 dtex) oder Glasfasern mit 6-15 µm Faserdurchmesser eingesetzt. Ebenso können handelsübliche geschnittene Glasfasern oder nachbehandelte Glasfasern und Silikatfasern eingesetzt werden, um höhere Temperaturbeständig­ keiten zu erzielen.
Die eventuell säurebehandelten Fasern oder Fasermischungen werden in einer Menge von vorzugsweise 85 Gew.-% der Gesamtmenge mit der Prozeßfaser gemischt und gekrempelt, wobei Lunten von bis zu 20.000 tex hergestellt werden.
Von der Krempel/Karde werden dann Bänder abgezogen und mit Hilfe des Parallelspinnverfahrens ein Parallelgarn hergestellt. Selbstverständlich ist auch der Einsatz von Faserbändern (z. B. C-Glasfaserband in unterschiedlichsten Titern, vorrangig jedoch 500 bis 2000 tex) möglich.
Die erfindungsgemäßen Reibbelagsgarne aus Beispiel 1 können in jeglichen Reibbelagswerkstoffzusammensetzungen eingesetzt werden. Die Menge an verwendeter Faser (Volumenmenge) liegt hier vorzugsweise im Bereich von 5 bis 60%. Die Reibbelagswerkstoffzusammensetzung umfaßt also wie gesagt im wesentlichen die Verstärkungsfaser bzw. die Garne, polymeres Bindemittel und aus Partikel bestehende Materialien, bei dem das polymere Bindemittel aus Kautschuk und gegebenenfalls Kunstharz besteht. Dieser Kautschuk ist ein wärmebeständiges Kautschuk-Polymer das zusammengesetzt ist aus Einheiten, die sich von Ethylen und Propylen ableiten. Beispielsweise kann eine Reibbelags­ werkstoff-Formulierung die folgenden unten in der Tabelle gezeigten Bestandteile aufweisen:
Kautschuk (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer) = EPDM
Volumenteile 43
Phenolisches Kunstharz 9 Volumenteile
Härtungsmittel 2 Volumenteile
Reibbelagsgarn 16 Volumenteile
Schleifpulver 6 Volumenteile
Barryt 10 Volumenteile
Ruß 6 Volumenteile
Reibmodifizierungsmittel 8 Volumenteile
Aus dieser Zusammensetzung wurden Testklötze, d. h. Bremsklötze gefertigt. Sie wiesen einen mittleren Reibungskoeffizienten von 0,3 auf, gemessen bei einer Schließkraft von 25 N/cm2 gegen eine gegossene Bremsscheibe aus Eisen unter einem simulierten Abstoppen von 200 Kph und einem Verdichtungsmodus von 1×104 Ib/inch2.

Claims (13)

1. Reibbelagsgarne bestehend aus
  • - 90 bis 10 Gew.-%, insbesondere 80 bis 30 Gew.-, organischer Prozeß­ faser,
  • - 10 bis 90 Gew.-%, insbesondere 20 bis 70 Gew.-%, m- und/oder p-Polyaramid-Stapelfaser und/oder Polyaramid-Regeneratfaser und/oder Glas-/Silikatfasern und/oder hochtemperaturbeständige, polyaramid­ ähnliche Fasern, jeweils bezogen auf die Prozeßfaser, und gegebenen­ falls eine Armierung aus Glasfilament und/oder Draht oder Stapelfasern jeglicher Zusammensetzung, erhalten durch übliches Aufbereiten und Krempeln/Kardieren der Faser, Abziehen eines Faserbandes und Her­ stellen von Garnkonstruktionen nach der Technik des Umwindespin­ nens, wobei das erhaltene Parallelgarn aus einem von einem Bindefaden schraubenförmig umwundenen, ungedrehten Spinnfaserbündel oder anderen beliebigen Garnen oder Rovings besteht.
2. Reibbelagsgarn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeß­ fasern organische Textilfasern, insbesondere synthetische Fasern wie Polyamid-, Polyester-, Polyacryl-, Polypropylen-Fasern, EVA-, EEA-, PBV- oder PIB-Fasern, Naturfasern und/oder deren Mischungen sind.
3. Reibbelagsgarne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Armierung aus Messing, Kupferdraht, Stahl oder Karbon besteht.
4. Hochtemperaturbeständige Garne bestehend aus
  • - 90 bis 10 Gew.-%, insbesondere 80 bis 30 Gew.-%, organischer Prozeßfaser,
  • - 10 bis 90 Gew.-%, insbesondere 20 bis 70 Gew.-% Glasfaser mit einem Mindestfaserdurchmesser von mehr als 3 µm, insbesondere 6 µm bis 13 µm, und
  • - gegebenenfalls einer entsprechenden Armierung aus Glasfilament oder Draht, erhalten durch übliches Aufbereiten und Krempeln/Kardieren der Fasern, Abziehen eines Faserbandes und Herstellen von Garn nach der Technik des Umwindespinnens, wobei das erhaltene Parallelgarn aus einem von einem Bindefaden schraubenförmig umwundenen, ungedreh­ ten Spinnfaserbündel und/oder entsprechenden beliebigen Seelen besteht.
5. Garn nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßfasern synthetische Fasern wie Polyamid-, Polyester-, Polyacryl-, Polypropylen-, Cellulosefasern, Viskosefasern und Naturfasern wie Wolle-, Baumwolle-, Flachs- und Leinenfasern oder deren Mischungen sind.
6. Garn nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glas- oder Silikat­ fasern eine hohe Temperaturbeständigkeit, insbesondere von mehr als 250°C, aufweisen.
7. Garn nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialgehalt aus 80 bis 90 Gew.-% Mineralfasern mit 6 bis 14 µm Faser­ durchmesser und Faserlängen von 20 bis 180 mm, insbesondere 50 bis 150 mm, zusammen mit 10 bis 20 Gew.-% Prozeßfasern mit Faserfeinheiten von 0,8 dtex bis 15 dtex und für organische Stapelfasern mit üblichen Fasernlängen neben evtl. Seelen besteht.
8. Verfahren zur Herstellung von Reibbelags- oder hochtemperaturbeständigen Garnen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasern in üblicher Weise aufbereitet und einem Krempel- und Kardierprozeß unterzieht, ein Faserband abzieht und ein Stapelfasergarn herstellt, welches nach der Technik des Umwinde­ spinnens zu einem Parallelgarn verarbeitet wird, das aus einem von einem Bindefaden schraubenförmig umwundenen, ungedrehten Spinnfaserbündel oder auch C-Glasfaserband besteht, wobei der von mindestens einer Hohl­ spindel ablaufende Bindefaden und das aus einem Lieferwalzenpaar aus­ tretende Faserbündelmaterial durch die mindestens eine Hohlspindel geführt werden, dem Spinnfaserbündel zwangsläufig einen Falschdraht erteilt und das Umwindegarn von der mindestens einen Hohlspindel abgezogen und um das Faserbündel gewunden und später aufgewickelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man 25 bis 300 Umwindungen/m einstellt.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 und 9, gekennzeichnet durch spezielle auch negative Anspannverzüge.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch Liefergeschwindigkeiten von 40 bis 150 m/Min.
12. Verwendung der Garne nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3 zur Her­ stellung von Reibbelagswerkstoffzusammensetzungen.
13. Verwendung der Garne nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 7 zur Her­ stellung von Packungen, Schnüren, Seilen, Geweben, Gestricken oder gewebten Bändern.
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