DE2013936A1

DE2013936A1 - Verfahren und Vorrichtung zum überziehen von Fasern eines Faservlieses mit Metall

Info

Publication number: DE2013936A1
Application number: DE19702013936
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Alan Newcastle upon Tyne Wilkin (Großbritannien)
Original assignee: International Research & Development Company Ltd., Newcastle upon Tyne (Großbritannien)
Priority date: 1969-03-25
Filing date: 1970-03-24
Publication date: 1970-10-08
Also published as: GB1309252A

Description

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INTERNATIONAL RESEARCH & DEVELOPMENT COMPANY LIMITED Newcastle upon Tyne. 6, England

Verfahren und Vorrichtung zum Überziehen von Fasern eines Faservlieses mit Metall

Die Erfindung betrifft das Überziehen von Fasern mit metallischem Material.

Zur Herstellung von Bürsten für elektrische Maschinen werden bekanntlich Graphitfasern verwendet, und gemäß

dem deutschen Patent (Patentanmeldung P 19 10 906.9

derselben Anmelderin) werden zumindest einige der Fasern einer solchen Bürste einzeln mit einem metallischen Überzug versehen.

Eine der Schwierigkeiten beim Überziehen von Fasern liegt im Trennen der einzelnen Fasern eines Bündels in einem solchen Ausmaß, wie es erforderlich ist, damit das Überzugsmaterial die Fasern im inneren Teil des Bündels erreicht.

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Diese Schwierigkeiten werden durch die vorliegende Erfindung in der V/eise überwunden, daß man die Fasern eines Bündels zum Aufbringen eines metallischen Überzuges auffächert oder aufspreizt, indem man das Bündel an Strahlen aus einem fließfähigen Medium vorbeiführt, die in in Bewegungsrichtung des Bündels aufeinanderfolgenden, quer zur Längsrichtung des Bündels verlaufenden Reihen angeordnet sind, wobei die Zahl der Strahlen in aufeinanderfolgenden Reihen in Richtung der Bündelbewegung zunimmt, so daß die Fasern zunehmend aufgefächert werden.

In den Fällen, in denen das Überziehen durch Elektroplattieren erfolgt, kann das strömungsfähige Medium der in das Elektroplattierungsbad geleitete Elektrolyt sein.

In einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Fasern eines Bündels in einem Elektroplattierungsbad galvanisch überzogen. Bevor man das Bündel zwischen den Plattierungselektroden hindurchführt, leitet man es durch einen divergierenden Abschnitt, dessen Auslaßende breiter als sein Einlaßende ist und dessen eine Begrenzungsfläche in voneinander im Abstand angeordneten Reihen Löcher zur In^izierung eines fließfähigen Mediums, vorzugsweise des Elektrolyten, in das Faserbündel aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, wobei

Fig. 1 eine Elektroplattierungsvorrichtung für ein Faserbündel schematisch zeigt,

Fig. 2 ein Querschnitt einer Faserauffächerungsvorrichtung längs der Linie AA von Fig. 1 ist und

Fig. 3 einen Schnitt längs Linie BB in Fig. 2 daratellt.

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Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Elektroplattieren eines Bündels aus Graphitfasern zur Verwendung als Material für elektrische Bürsten, bestehend aus einem Bad 1, das von einem Elektromotor 4 angetriebene Walzen 2 und 3 enthält. Das faserförmige Graphitmaterial wird durch die Walzen 2 und 3 in das Bad gezogen und anschließend durch eine mit dem Motor 4 angetriebene Vibriervorrichtung 5 geleitet, die dazu dient, das Faserbündel zu lockern, bevor es in eine Auffächervorrichtung 6 gelangt. In dieser Vorrichtung 6 werden die Fasern durch eine durch Düsen injizierte Elektrolytlösung in einer Weise, wie es weiter unten näher im Zusammenhang mit Figuren 2 und 3 beschrieben wird, aufgefächert. Die Elektrolytlösung wird mittels einer nicht gezeigten Pumpenanordnung durch einen Einlaß und einen Auslaß 8 kontinuierlich durch das Bad und die Vorrichtung 6 im Kreis geführt.

Anschließend läuft das Faserbündel über eine Anode 9, und das Plattieren erfolgt, wenn zwischen den Fasern und der Anode, beispielsweise mit Hilfe einer Batterie, ein elektrisches Potential angelegt wird. Anschlüsse 10 und 11 zu dem einen Pol stehen mit dem Bündel in Verbindung, und ein Anschluß 12 zum anderen Pol führt zur Anode. Die Plattierungsvorrichtung kann jede beliebige bekannte Form besitzen und ist selbst nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Typischerweise besteht die Anode aus Silber, und die Elektrolytlösung ist eine Lösung aus Natrium- und SiI-bercyanid in Wasser.

Das Faserbündel wird mittels Walzen 13 und 14, die sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Walzen 2 und 3 drehen, aus dem Bad gezogen, und in dem Gebiet zwischen den Walzen 2 und 3 und den Walzen 13 und 14 wird in dem Faservlies ein hinreichender Durchhang bestehen gelassen,

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damit ein wirksames Spreizen oder Auffächern der Fasern in der Auffächerungsvorrichtung 6 erfolgen kann. Um den erforderlichen Durchhang in dem Faservlies aufrechtzuerhalten, kann es notwendig sein, unabhängige Antriebe vorzusehen, nämlich ein Antrieb für die Walzen 2 und 3 und den anderen für die Walzen 13 und 14, wobei der eine der beiden Antriebe in seiner Geschwindigkeit verändert werden kann. Die Geschwindigkeit des veränderbaren Antriebs kann dann mittels einer Vorrichtung geregelt werden, die auf die Größe des Durchhangs in dem Faservlies anspricht. Beispielsweise kann ein Fotozellenrelais, das auf einen Lichtstrahl anspricht, der durch das Faserbündel unterbrochen wird, wenn es zu stramm wird, dafür verwendet werden, um den veränderbaren Antrieb zu steuern und so den gewünschten Durchhang in dem Fasermaterial wieder herzustellen.

Die Auffächerungsvorrichtung 6 ist In den Figuren 2 und 3 näher erläutert. Sie besteht aus V/änden 15, die zwischen einer Deckplatte 16 und einer Platte 17 angeordnet sind, so daß eine Kammer 18 gebildet wird, in die durch den Einlaß 7 Elektrolytlösung eingeführt wird. Die Platte 17 ist dabei von einer Bodenplatte 19 durch Abstandshalter 20 und 21 entfernt gehalten, so daß ein divergierender, mit V/änden versehener Durchlaß 22 gebildet wird, durch den das Faserbündel geleitet wird. Aus der Kammer 18 fließt in den Durchlaß 22 durch die Öffnungen 23 in der Platte 17 Elektrolyt.

Das Faserbündel tritt in die Vorrichtung durch den engen Teil des divergierenden Durchgangs 22 ein, der durch die Abstandshalter Γ.0 und 21 gebildet wird, und verläßt diese durch seinen breiteren Teil. Die Öffnungen 23 sind, wie in Fig. 3 gezeig:;, xu voneinander einen Abstand aufweisenden Reihen angeordnet, wobei, die Zahl der Öffnungen

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in Jeder Reihe mit der Entfernung von dem schmalen Ende des Durchganges ansteigt. Die Wände der Abstandshalter 20 und 21, die den divergierenden Durchlaß 22 bilden, sind durch die gestrichelten Linien 20a und 21a in Fig. angedeutet. Die Flüssigkeit tritt durch die Öffnungen, die als Düsen dienen, hindurch, wobei Flüssigkeitsstrahlen gebildet werden, die die Fasern in dem Bündel.auffächern oder spreizen, wobei das Ausmaß der Spreizung oder Auffächerung in dem Maße ansteigt, wie sich das .Bündel von Öffnungsreihe zu Öffnungsreihe weiterbewegt.

Während in Fig. 2 die Öffnungen 23 als in einer geraden Linie liegend dargestellt sind, ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß sie in der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einer leicht gekrümmten Linie liegen. Jede der beiden Anordnungen führt zum Ziel, jedoch führt eine Theorie des Betriebs der Auffächerungsvorrichtung 6, die sich auf die Annahmen gründet, daß jeder Strahl ein Faserbündel in zwei kleinere Bündel teilt und daß der Winkel zwischen den beiden Bündeln für jeden Strahl gleich bleibt, zu der Bevorzugung von gekrümmten Öffnungsreihen 23 für den Fall, daß beim Erreichen der letzten Reihe ein optimales Spreizen oder Auffächern der Fasern erzielt werden soll.

Die Öffnungen in der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind in fünf Reihen zu je einer zwei, vier, acht bzw. sechzehn öffnungen angeordnet, wobei der Abstand zwischen den öffnungen in jeder dieser Reihen konstant ist. Die Reihen sind vom Einlaßende weg nach außen zu der Reihe mit der größten Öffnungszahl hin gekrümmt.

Der Winkel, um den die Fasern nach dem Hindurchgehen durch" die Auffächerungsvorrichtung auseinanderlaufen, hängt von der Geschwindigkeit des fließfähigen Mediums und der Größe der öffnungen ab.

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Im allgemeinen trifft das fließfähige Medium rechtwinklig auf die Fasern auf, jedoch kann gewünschtenfalls eine Anordnung getroffen werden, daß es mit anderen Winkeln auftrifft.

Die Erfindung wurde mit besonderer Berücksichtigung .eines Elektroplattierungsverfahrens beschrieben, jedoch kann die Auffächerungsvorrichtung bei jedem beliebigen Verfahren zum überziehen von Fasern verwendet werden.

h Auf einigen Anwendungsgebieten kann es vorkommen, daß die Fasern nicht vor dem Überziehen aufgefächert werden, sondern daß das Auffächern und Überziehen praktisch gleichzeitig erfolgen. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß man bei einer Elektroplattierungsvorrichtung die Anode innerhalb der Vorrichtung 6 anordnet, daß man bei einer chemischen Überziehtechnik die Reagenzien als strömende Medien in den Strahlen verwendet oder daß man bei einer pyrolytisehen Methode als Auffächerungsmedium eine gasförmige organometallische Verbindung verwendet, die sich bei der Berührung mit den Fasern, die vorgeheizt sein können, zersetzt.

f Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das Überziehen von Kohlenstoff- oder Graphitfasern, sondern läßt sich auf beliebige Bündel feiner Fasern anwenden, die nicht übermäßig vertwistet sind. Überzogene Fasern zur Herstellung von verstärkten Verbundstoffen durch Pressen und Sintern können beispielsweise Verbundstoffe von verbesserter Stärke liefern, wenn sie nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung überzogen sind. Derartige Verbundstoffe können beispielsweise für Anwendungsgebiete, bei denen sie hohen oder niedrigen Temperaturen ausgesetzt werden, wie beispielsweise für Korrosionsschutzzwecke, hergestellt werden.

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In dem beschriebenen Verfahren wird das Bündel aus Kohlenstoff asern als langer Materialstreifen bearbeitet, Jedoch ist dies nicht wesentlich. Bei anderen überzugsverfahren können beispielsweise geringere Längen ^>i nach der erforderlichen Endlänge verwendet werden.

Schließlich wird es bei dem beschriebenen Verfahren bevorzugt, das Faserbündel durch die Auffacherungsvorrichtung zu bewegen, Jedoch kann es in bestimmten Anordnungen vorteilhaft sein, die Auffächerungsvorrichtung relativ zu dem Faserbündel zu bewegen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Aufbringen eines metallischen Überzuges auf Fasern eines Bündels,

dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel nacheinander der Einwirkung mehrerer Strahlreihen eines strömungsfähigen Mediums unterworfen wird, wobei sich jede Reihe quer zu der Längsrichtung des Bündels erstreckt, dadurch daß Bündel und Strahlreihen relativ zueinander bewegt werden und die Zahl der Strahlen mit jeder folgenden Reihe anwächst, so daß die * Fasern fortschreitend aufgefächert werden und dadurch das Überziehen der einzelnen Fasern erleichtert wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das strömungsfähige Medium, das die Strahlen bildet, gleichzeitig in dem Überzugsverfahren verwendet wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug durch Elektroplattieren aufgebracht wird und das strömungsfähige Strahlmedium den Elektrolyten bildet.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Fasern Kohlenstoffasem verwendet werden.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel durch einen Durchgang mit Öffnungen in einer Wand geleitet wird, durch die das strömungsfähige, strahlbildende Medium strömt.

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6. Verfahren gemäß Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchgang von der ersten Strahlreihe zur letzten Strahlreihe hin ih einer Ebene senkrecht zu der Strahlrichtung erweitert.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bündel zur Lockerung der Fasern einer Vibration unterwirft.

8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Strahlen in jeder Reihe gleich der doppelten Anzahl der Strahlen der vorhergehenden Reihe ist.

9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlreihen von der Reihe mit der geringsten Strahlzahl weg nach außen zu der.Reihe mit der größten Strahlzahl hin gekrümmt sind.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus einer Anzahl von Reihen von je einen Strahl bildenden Düsen, wobei die Anzahl der ,Düsen mit jeder folgenden Reihe anwächst, Mitteln zur Einleitung eines fließfähigen Mediums in die Düsen zur Bildung von Strahlen aus dem fließfähigen Medium und Mitteln zur Herbeiführung einer Bewegung zwischen den Düsenreihen und einem Faserbündel dergestalt, daß die Längsrichtung des Bündels sich quer zu den Reihen erstreckt und daß das Bündel der Einwirkung einer steigenden Anzahl von Strahlen ausgesetzt wird.

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11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen durch Bohrungen in einer Wand eines Durchganges gebildet werden und die Mittel zur Herbeiführung der Bewegung derart angeordnet sind, daß sie das Bündel durch den Durchgang hindurchziehen.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchgang in der Bewegungsrichtung des Bündels und in einer Ebene parallel zu der durchbohrten Wand erweitert.

13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Vibration des Bündels vor dem Einwirkenlassen der Strahlen aus dem strömungsfähigen Medium auf das Bündel umfaßt.

14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Elektroplattierungsbad umfaßt, in dem die Düsen angeordnet sind, daß das Bad Stromanschlüsse zu den Fasern und eine Elektrode zum Hindurchleiten von Strom durch den Elektrolyten in dem Bad zwischen den Fasern und der Elektrode besitzt.

15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Düsen in Jeder Reihe gleich der doppelten Zahl der Düsen in der vorhergehenden Reihe ist.

16. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen von der Reihe mit der geringsten Düsenzahl aus nach außen auf die Reihe mit der größten Düsenzahl hin gekrümmt sind.

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