DE2320642C3

DE2320642C3 - Verfahren zur Behandlung eines Kabels aus Fasermaterial

Info

Publication number: DE2320642C3
Application number: DE2320642A
Authority: DE
Inventors: John Gordon Kidderminster Worcestershire Hardwick (Grossbritannien)
Original assignee: IMI Kynoch Ltd
Current assignee: IMI Kynoch Ltd
Priority date: 1972-04-25
Filing date: 1973-04-24
Publication date: 1978-06-29
Also published as: IT982057B; DE2320642A1; DE2320642B2; FR2181998A1; AU5459173A; NL7305357A; FR2181998B1; BE798702A; JPS5740272B2; JPS4947695A; GB1434926A; CA1033991A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlungeines Kabelsaus Faserniaterial mit einem härtbaren flüssigen Behandlungsmittel, welches vom Fasermaterial adsorbiert werden kann, durch kontinuierliche Bewegung eines Kabelstücks zwischen einem ersten und zweiten Halter relativ zu einer Abgabedüse für das Behandlungsmittel, Aufgeben des Behandlungsmittels aus der Düse auf das Kabelstiick und anschließendes Härten. Das Fasermaterial kann drahtförmig oder fadenähnlich sein und kann aus Glas oder Kohlenstoff bestehen.

Aus der US-PS 2910383 ist ein Verfahren zum Aufbringen eines Bindemittels auf einen Glasfaserstrang bekannt, bei dem das Kabel durch ein Bindemittelbad gezogen wird und überschüssiges Bindemittel durch eine Düse angestreift wird. Bei diesem Verfahren wird jedoch die aufgebrachte Bindemittelmenge nicht gleichmäßig über die gesamte Kabellänge verteilt, da die vom Kabel adsorbierte Bindemittelmenge vom Zustand der Fasern abhängt. Die aufgenommene überschüssige Bindemittelmenge führt zu einer unerwünschten Gewichtserhöhung und vermindert die Festigkeit des Kabels.

Bei Kohlenstoffasern treten insbesondere große Schwierigkeiten bei der Entfernung von überschüssigem Bindemittel auf, bedingt durch die Permeabilität der Faser und den Grad, rrit dem die Faser das Bindemittel absorbiert. Bei den meisten Verfahren zur Entfernung von überschüssigem Behandlungsmittel wird ebenfalls in den Fasern eine Spannung erzeugt, die als solche nicht erwünscht ist und die verhindert, daß bestimme Faserqualitäten zui Herstellung des Kabels verwendet werden, da sie eine solche Spannung nicht aushalten.

Bei der Herstellung von Gegenständen, bei denen Fasermaterialien aufgewickelt oder aufgespult vver-

bO

b¹) den, wird im allgemeinen das Fasermaterial auf den Gegenstand oder auf einen Formblock oder Former in Form eines Kabels aufgewickelt. Der Hauptvorteil eines solchen Verfahrens liegt dai in, daß die zum Aufwickeln des Fasermaterials erforderliche Zeit in fast direktem Verhältnis zu der Anzahl der Fasern, die zusammen als Kabel verwendet werden, vermindert wird. Die Fasern in dem hergestellten Gegenstand werden durch das Behandlungsmittel bzw. Bindemittel zusammengehalten, mit dem das Fasernkabel imprägniert wurde, wobei eine Matrix gebildet wird, die die Fasern zusammenhält und die fähig ist, Kräfte von einer Faser zu einer anderen zu übertragen. Es ist bevorzugt, eine so gering wie mögliche Behandlungsmittelmenge zu verwenden, da eine größere Menge als die zur Bildung der Matrix erforderliche Menge im allgemeinen den Nachteil mit sich bringt, daß zusätzliches Gewicht entsteht, ohne daß eine wesentliche Erhöhung in der Festigkeit auftritt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Behandlung eines Kabels aus Fasermaterial zu schaffen, so daß das Abstreifen der überschüssigen Behandlungsmittelmenge ohne nachteilige Folgen für die gleichmäßige Adsorption vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Behandlung eines Kabels aus Fasermateriai mit einem härtbaren flüssigen Behandlungsmittel, welches vom Fasermaterial adsorbiert werden kann, durch kontinuieriiehe Bewegung eines Kabelstücks zwischen einem ersten und zweiten Halter relativ zu einer Abgabedüse für das Behandlungsmittel, Aufgeben des Behandlungsmittels aus der Düse auf das Kabelstück und anschließenden Härten, dadurch gelöst, daß man das Kabelmaterial mit im wesentlichen parallelen Fasern flachdrückl und anschließend das Behandlungsmittel bis zu der vom Kabel im wesentlichen vollständig aufnehmbaren Imprägniermenge in einer proportional zur Geschwindigkeit und Größe des Kabels regulierten Rate aufgibt.

Bevorzugt wird das Behandlungsmittel, das ein Lösungsmittel als Träger enthält, mindestens teilweise durch Verdampfen des Lösungsmittels nach der Behandlung des Kabels getrocknet, wobei das Kabel, solange das Bindemittel noch biegsam ist, zu einer bandaitigen Gestalt plattgedrückt wird.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beschrieben, wobei in den Fig. 1 und 2 schematische Ansichten von Vorrichtungen dargestellt sind, die man zur Durchführung des erfindungsgemüiit..·' Verfahrens entsprechend einer ersten und einer zwe.ren Ausführungsform verwenden kann.

In Fig. 1 ist eine Spule 1 dargestellt, die eine zylindrische Spule sein kann, auf die ein Kabel aus Fasermaterial, typischerweise 5000 oder 10000 Stränge aus Kohlenstoffasern, aufgewickelt ist. Von dieser Spule 1 wird das Kabel zu einem Walzenpaar 2 geführt, das die Fasern des Kabels im wesentlichen parallel zueinander anordnet, wo das Kabel zu einer streifenartigen Form plattgedrückt wird, wobei die Breite typischerweise das 50fache der Dicke beträgt. Die Walzen 2 sind ungefähr parallel zueinander angeordnet, die eine ist jedoch etwas senkrecht aus der parallelen Ebene her ausgewinkelt, damit das Kabel, wenn es um das Walzenpaar geleitet wird, längs der Walzen in Längsrichtung versetzt wird. In der Zeichnung ist schematisch dargestellt, wie das Kabel einmal um das Walzenpaar 2 läuft. In der Praxis sind jedoch zehn

Durchgänge wünschenswert, um das Kabel in dem gewünschten Ausmaß plattzudrücken. Eine der Walzen 2 ist frei rotierbar und eine wird etwas durch eine Bremseinheit 3gehemmt, um dem Kabel eine gewisse Spannung zu verleihen. Die kleinstmögliche Spannung wird verwendet.

Von diesem Walzenpaar 2 wird das Kabel über eine Führungswalze 4 geleitet und dann unter einer Behandlungsmittelabgabedüse 5 entlanggeleitet.

Das Behandlungsmittel kann in der Düse durch die Schwerkrai'foder durch eine Pumpenvorrichtung, insbesondere durch eine peristaltische Pumpenvorrichtung eingespeist werden.

Einrichtungen sind vorgesehen, um Behandlungsmittel in die Düse in der gewünschten proportionalen Menge einzuführen, wobei die Düse mit einer Leitung 6 über ein Strömungsmesser 7 mit einem Hahn 8 und einem Nadelkontrollventil 9 mit dem Reservoir 10 verbunden ist, das mit beispielsweise Epoxyharz, gelöst in einem geeigneten Lösungsmittel, gefüllt ist. Das Behandlungsmittel kann auch flüssig oder geschmolzen vorliegen.

Das Bindemittel wird, bedingt durch die Schwerkraft, in die Düse 5 in einer kontrollierten Menge eingeführt.

Von unterhalb der Behandlungsmittelabgabedüse 5 wird das KaK I in einen kontinuierlichen Trokkenofen 12 geleitet, worin das Lösungsmiuel verdampft und das sonst feste Behandlungsmittel ausreichend erwärmt wird, so daß es in semi-geschmolzenem Zustand vorliegt und dadurch dem Kabel eine biegsame Natur verleiht. Abhängig von dem Behandlungsmittel kann der Ofen 12 ebenfalls verwendet werden, um das Behandlungsmittel teilweise zu härten, indem beispielsweise die flüchtigen Bestandteile abgetrieben werden.

Wenn das Kabel den Ofen 12 verläßt, wird es wellenförmig durch einen Satz Walzen 13 geleitet, um ihm wieder seine flache streifenartige Form zu verleihen. Eine Imprägnierwirkung des Kabel mit dem Behandlungsmittel ist die, daß die Fasern in dem Kabel zusammengeschlossen werden, insbesondere Fasern, die nicht kontinuierlich sind, so daß das Kabel in den festen Zustand überführt wird. In einem solchen Zustand kann es in sehr großem Ausmaß plattgedrückt werden, so daß es beispielsweise ein Breite-zu-Dicke-Verhältnis von 50 : 1 besitzt. Dies ist, wie später diskutiert wird, eine wichtige praktische Wirkung.

Nach dem Flachdrücken und typischerweise bei der letzten der Walzen 13 wird das Kabel mit einem kühlen Luftstrom aus einer Luftdüse 14 behandelt, um das Behandlungsmittel vollständig zu härten, damit die Form des Kabels danach beibehalten wird. Nach den Walzen 13 wird das Kabel durch angetriebene Beförderungswalzen 15 geleitet, die ähnlich sind wie die Walzen 2 und die mit dem Kabel längs der Düse die kontinuierliche Bewegung mit der erforderlichen Spannung verleihen, um das Kabel durch die Walzen 13 und von den Walzen 2 zu ziehen, wobei die Spannung in der Praxis möglichst eine sehr kleine Spannung ist, so daß die Fasern nicht beschädigt oder überspannt werden. Ein Antrieb 16 für eine der Abspulwalzen 15 ist schematisch dargestellt.

Von den Beförderungswalzen 15 wird das Kabel auf eine Lagerungsspule 17 (oder auf eine Lagerungskreuzspule) aufgewickelt. Wenn das Kabel sehr breit ist, so daß es nicht leicht aufgespult werden kann, kann es auf ein Rad aufgewickelt werden, so daß irgendeine Verzerrung in dem Kabel bei oder während der Lagerung vermieden wird.

Das beschriebene Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung ist dem Fachmann geläufig. Es soll jedoch heu.-nt werden, daß die Behandlungsmittelmenge, die durch die Behandlungsmittelabgabedüse 5 auf das Kabel aufgebracht wird, im Hinblick auf die Größe des Kabels und dessen Geschwindigkeit durch die Vorrichtung reguliert werden muß, damit das Kabel mit dem gewünschten proportionalen Behandlungsmittelanteil imprägniert wird. Die Zufuhr von Behandlungsmittel wird durch das Nadelventil 9 kontrolliert und wird leicht durch visuelle oder elektrisch mechanische Einstellung des Strömungsmessers 7 überwacht.

Wie oben erwähnt, ist es möglich, sehr große Verhältnisse zwischen den Breiten und Dicken des Kabels zu erzielen. Dies besitzt eine wichtige technische Wirkung, denn wird das Kabel gelagert und anschließend zum Bewickeln von Gegenständen mit dem Fasermaterial verwendet, so erfolgt das notwendige Biegen des Kabels aus seinem flachen, planaren Zustand mit vernachlässigbaren Unterschieden in den Spannungen, denen die Fasern auf einer flachen Oberfläche des Kabels, verglichen mit den Fasern einer anderen flachen Oberfläche des Kabels ausgesetzt sind. Dies bedeutet insbesondere, daß beim Bewickeln von Gegenständen alle Fasern ihren erforderlichen SpannungsanK-il sowohl während des Wickeins als auch während der Gegenstand unter Belastung steht, beibehalten, so daß eine minimale Faserverstärkungsmenge verwendet werden kann und der Gegenstand leistungsfähig arbeitet.

Bei der zweiten Ausführungsform von Fig. 2 unterscheidet sich die Vorrichtung von der in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß das Behandlungsmittel in die Abgabedüse 5 mit einer peristaltischen Pumpe 18 und nicht durch die Wirkung der Schwerkraft eingefüllt wird. Die Pumpe ermöglicht eine Strömungskontrolle von kleinen Behandlungsmittelmengen bei niedrigem Druck mit konstanter Abgabemenge. Dies ist besonders zweckdienlich, wenn das Behandlungsmittel in Form einer Dispersion vorliegt. Weiterhin wird die Verunreinigung des Behandlungsmittels minimal gehalten, da das Behandlungsmittel nur in Berührung mit dem Röhrenmaterial der Pumpe kommt.

Hierzu 2 Blau Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung eines Kabels aus Fasermaterial mit einem härtbaren flüssigen Be- ~> handlungsmittel, welches vom Fasermaterial adsorbiert werden kann, durch kontinuierliche Bewegung eines Kabelstücks zwischen einem ersten und zweiten Halter relativ zu einer Abgabedüse für das Behandlungsmittel, Aufgeben des Be- in handlungsmittels aus der Düse auf das Kabelstück und anschließendes Härten, dadurch gekennzeichnet,daß man das Kabelmaterial mit im wesentlichen parallelen Fasern flachdrückt und anschließend das Behandlungsmittel bis zu der vom ι ~> Kabel im wesentlichen vollständig aufnehmbaren Imprägniermenge in einer proportional zur Geschwindigkeit und Größe des Kabels regulierten Rate aufgibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- jii kennzeichnet, daß man das Kabel zur teilweisen Härtung des Behandlungsmaterials erhitzt, wobei man das Kabel unter Bildung einer bandartigen Gestalt flachpreßt, solange sich das teilweise gehärtete Material noch in einem warmen, fiießfähi- :n gen Zustand befindet.