DE4308010A1

DE4308010A1 - Process for the production of thickness-modified continuous fibres from glass, in particular thickness-modified reinforcing fibres for fibre-reinforced composite materials

Info

Publication number: DE4308010A1
Application number: DE19934308010
Authority: DE
Inventors: Paul Kissl; Hans-Georg Krolla; Wolfgang Dr Pannhorst; Michael Dr Spallek
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1993-03-13
Filing date: 1993-03-13
Publication date: 1994-09-15

Abstract

The invention relates to a process for the production of thickness-modified continuous fibres from glass, in particular thickness-modified reinforcing fibres for fibre-reinforced composite materials, which comprises, in a tube drawing process known per se for the production of glass fibres, charging the interior of the draw bulb (onion) formed in the transition zone between the heated preform end and the drawn-off glass fibres, with particles of a solid through the tubular preform during the drawing in such a way that the particles are drawn successively into the interior of the fibres, and the fibres are drawn sufficiently that the particles surrounded by the fibre material stand out as obvious thickenings at regular intervals along the fibre axis. The novel process can be carried out simply and inexpensively. Fibre geometries can be varied in a simple manner through the geometry of the particles and the process parameters. In particular, the novel process allows the production of fibres whose dimensions correspond to the calculated specifications for thickness-modified reinforcing fibres or fibre-reinforced composite materials.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dickenmodifizierter Endlosfasern aus Glas, insbesondere dickenmodifizierter Verstärkungsfasern für faserverstärkte Verbundwerkstoffe.The invention relates to a method for producing thickness-modified Continuous fibers made of glass, in particular thickness-modified reinforcing fibers for fiber reinforced composites.

Glasfasern werden heute in hohem Maße als Verstärkungskomponenten in glas faserverstärkten Kunststoffen eingesetzt. Dabei verleihen die Glasfasern diesen Werkstoffen einmal aufgrund ihres gegenüber den Kunststoffen deut lich höheren E-Moduls eine höhere Steifigkeit, zum anderen kann die Bruch zähigkeit der Werkstoffe durch eine gezielte Einstellung der Bindung zwi schen Faser und Matrix in weiten Bereichen variiert werden.Today glass fibers are used to a large extent as reinforcing components in glass fiber-reinforced plastics used. The glass fibers lend these materials on the one hand because of their compared to the plastics Lich higher modulus of elasticity a higher rigidity, on the other hand, the fracture toughness of the materials through a targeted adjustment of the bond between The fiber and matrix can be varied over a wide range.

Die Glasfasern, die für glasfaserverstärkte Kunststoffe verwendet werden, werden im industriellen Maßstab in großen Mengen hergestellt. Besondere Bedeutung haben sog. Endlosfasern, die auch als Filamente bezeichnet wer den. Das sind praktisch endlose Fasern, die sich z. B. auf Spultrommeln aufwickeln lassen. Üblicherweise wird eine bestimmt Anzahl (z. B. 204, 408) Endlosfasern zu einem Spinnfaden zusammengefaßt.The glass fibers used for glass fiber reinforced plastics are manufactured in large quantities on an industrial scale. Special So-called continuous fibers, which are also referred to as filaments, are important the. These are practically endless fibers that z. B. on winding drums let it wind up. Usually, a certain number (e.g. 204, 408) Continuous fibers combined to form a spinning thread.

Für die Herstellung der Fasern haben sich im wesentlichen zwei Verfahren durchgesetzt: das Stab- bzw. Rohrziehverfahren und das Düsenziehverfahren. Beide Verfahren sind dem Fachmann wohlbekannt, eine zusammenfassende Be schreibung ist z. B. in Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, 1976, Band 11, Herausgeber: E. Bartholome u. a. zu finden. There are essentially two methods for producing the fibers enforced: the rod or tube drawing process and the nozzle drawing process. Both methods are well known to those skilled in the art, a summarizing description spelling is z. B. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 4. Edition, 1976, volume 11, publisher: E. Bartholome u. a. to find.

Beim Stab-/Rohrziehverfahren wird vom erhitzten Ende eines Glasstabes bzw. -rohres (Preform) eine Faser mit hoher Geschwindigkeit abgezogen und z. B. auf eine Trommel aufgewickelt. Zur Herstellung einer Hohlglasfaser wird als Preform ein Glasrohr verwendet und ggf. während des Ziehens in dem Rohr ein leichter Überdruck aufrechterhalten.In the rod / tube drawing process, the heated end of a glass rod or tube (preform) a fiber is drawn off at high speed and z. B. wound on a drum. To produce a hollow glass fiber a glass tube is used as a preform and, if necessary, during drawing in the Maintain a slight overpressure in the pipe.

Beim Düsenziehverfahren wird die Glasfaser aus der Bodenöffnung einer ge schmolzenes Glas enthaltenden Rinne bzw. eines Tiegels, beispielsweise aus Platin oder Keramik, abgezogen, wobei, abhängig von der Düsengeometrie und den Ziehparametern, ebenfalls Massiv- oder Hohlglasfasern erzeugt werden können.In the nozzle pulling process, the glass fiber is ge from the bottom opening channel or a crucible containing molten glass, for example Platinum or ceramic, subtracted, depending on the nozzle geometry and the drawing parameters, also solid or hollow glass fibers are generated can.

Fertigungsbedingt zeichnen sich die so hergestellten Glasfasern sowohl in ihrer chemischen Zusammensetzung als auch in ihrer Geometrie durch eine hohe Homogenität aus; letzteres besagt, daß insbesondere der Faserdurch messer sowohl längs einer Faser als auch von Faser zu Faser nur sehr wenig schwankt.Due to the manufacturing process, the glass fibers produced in this way are characterized both in their chemical composition as well as their geometry by a high homogeneity; the latter says that the fiber in particular Knife very little both along a fiber and from fiber to fiber fluctuates.

Aus der DE-OS 36 36 202 und der US-PS 4,574,108 ist bekannt, daß durch die Verwendung dickenmodifizierter Fasern, d. h. Fasern, die in regelmäßigen und kurzen Abständen längs der Faserachse markante Verdickungen aufweisen, die Werkstoffeigenschaften von faserverstärkten Verbundwerkstoffen verbes sert werden können. Dies können sowohl Festigkeitsteigerungen wegen einer besseren Lastübertragung als auch Bruchzähigkeitserhöhungen wegen eines anderen Rißverlaufs und anderer Bedingungen beim Pullout sein.From DE-OS 36 36 202 and US-PS 4,574,108 it is known that by Using thickness modified fibers, i. H. Fibers in regular and short distances along the fiber axis have distinctive thickenings, the material properties of fiber reinforced composites verbes can be set. This can be due to both strength increases better load transfer as well as fracture toughness increases due to a different crack pattern and other conditions when pulling out.

In beiden Schriften werden mathematisch ermittelte, bevorzugte Abmessungen für dickenmodifizierte Fasern zum Einsatz in faserverstärkten Verbundwerk stoffen angegeben. Nach beiden Druckschriften soll es insbesondere vor teilhaft sein, wenn die markanten Dickenänderungen, welche längs der Fa serachse auftreten, stetig erfolgen, d. h. die Fasern keine scharfkantigen Konturen aufweisen, da hierdurch die Druckbelastung für die Matrix und die Zugbelastung für die Fasern gering ist. Ferner sollte der Abstand zwischen den Verdickungen gering sein. Eine Umsetzung dieser Überlegungen in die Praxis ist bisher jedoch noch nicht erfolgt, da es für Glas bisher noch kein Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung entsprechender Ver stärkungsfasern gibt.In both documents, preferred dimensions are determined mathematically for thickness-modified fibers for use in fiber-reinforced composites substances specified. According to both documents, it should in particular be partaking if the striking changes in thickness along the company occur, occur continuously, d. H. the fibers are not sharp-edged Have contours, as a result of which the pressure load for the matrix and the The tensile load on the fibers is low. Furthermore, the distance between the thickening should be slight. Implementation of these considerations in the However, practice has not yet taken place, as it has so far been the case for glass no process for the economic production of corresponding ver strengthening fibers there.

Zwar wird in der US-PS 4,574,108 in Anlehnung an die Herstellung dickenmo difizierter Polymerfasern vorgeschlagen, die Dickenänderung längs der Fa serachse durch Variation der Ziehgeschwindigkeit oder der Faserkühlung zu erzielen; diese Vorgehensweise ist jedoch zur Herstellung dickenmodifi zierter Fasern aus Glas gänzlich ungeeignet. Die Variation der Ziehge schwindigkeit führt zwar zu Durchmesseränderungen, jedoch können damit keine Fasern hergestellt werden, deren Verdickung auch nur annähernd den in der Schrift angegebenen Spezifikationen für Verstärkungsfasern entspre chen. Insbesondere können auf diese Art und Weise keine Fasern mit ausrei chend kurzen Abständen zwischen den Verdickungen hergestellt werden.Although in US-PS 4,574,108 is based on the production dickenmo proposed polymer fibers, the change in thickness along the company by varying the pulling speed or fiber cooling achieve; however, this procedure is for the manufacture of thickness decorated glass fibers completely unsuitable. The variation of the pull Speed leads to changes in diameter, but it can no fibers are produced whose thickening is even close to that according to specifications for reinforcing fibers specified in the document chen. In particular, fibers can not be sufficient in this way short distances between the thickenings.

Auch andere zur Herstellung dickenmodifizierter Polymerfasern bekannte Verfahren, z. B. solche, die eine Dickenmodifizierung durch Erzeugen von Druckschwankungen in der Spinlösung bewirken oder durch Kaltverstrecken - auch in Kombination mit Oberflächenätzungen usw., sind aufgrund der unter schiedlichen Materialeigenschaften von Glas und Polymeren nicht auf Glas anwendbar.Also known other known for the production of thickness-modified polymer fibers Process, e.g. B. those that a thickness modification by generating Cause pressure fluctuations in the spin solution or by cold stretching - also in combination with surface etching etc., are due to the under different material properties of glass and polymers not on glass applicable.

Aus der WO 80/00439 (PCT/US 79/00651) ist ein Verfahren bekannt, das auf dem an sich bekannten Zerblasverfahren zur Herstellung von kurzen Fasern basiert. Dieses Verfahren hat im wesentlichen die Herstellung von Hohlku geln zum Ziel, wobei durchaus auch miteinander durch einen hohlen Faden verbundene Hohlkugeln, aber niemals Endlosfasern, hergestellt werden können.A method is known from WO 80/00439 (PCT / US 79/00651) which is based on the known blowing process for the production of short fibers based. This process essentially has the production of hollow rubber gels to the goal, but also with each other by a hollow thread connected hollow spheres, but never endless fibers can.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, welches es ohne hohen apparativen Aufwand gestattet, in einfacher und kostengünstiger Wei se dickenmodifizierte Endlosfasern aus Glas herzustellen, wobei die Faser geometrie in sehr einfacher Weise an den jeweiligen Anwendungsfall anpaß bar sein soll. Insbesondere sollen mit Hilfe des Verfahrens dickenmodifi zierte Endlosfasern aus Glas herstellbar sein, deren Abmessungen den be rechneten Spezifikationen für dickenmodifizierte Fasern für faserver stärkte Verbundwerkstoffe entsprechen.The object of the invention is to provide a method which it without high equipment expenditure allowed, in simple and inexpensive Wei se to manufacture thick-modified continuous fibers made of glass, the fiber Adapt geometry in a very simple way to the respective application should be cash. In particular, with the help of the method, thickness modifi adorned continuous fibers can be produced from glass, the dimensions of which be calculated specifications for thickness-modified fibers for fiber processing reinforced composite materials.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentan spruchs 1 gelöst.This object is achieved with a method with the features of the patent spell 1 solved.

Nach der Erfindung wird bei einem an sich bekannten Rohrziehverfahren zur Herstellung von Glasfasern während des Ziehens das Innere der sich in dem Bereich zwischen dem erhitzten Preformende und der abgezogenen Glasfaser ausbildenden Ziehzwiebel mit Festkörperpartikeln beschickt. Die Festkör perpartikel bleiben an der aus zähflüssigem, aufgeschmolzenen Glas beste henden Innenwand der trichterförmigen Ziehzwiebel haften und werden beim Ausziehen der erhitzten Glasmasse zur Faser im Idealfall sukzessive in das Faserinnere mit hineingezogen. Die Faser wird dabei so weit ausgezogen, daß die von dem Fasermaterial umschlossenen Festkörperpartikel in regel mäßigen und kurzen Abständen längs der Faserachse als markante Verdickun gen hervortreten, wobei die Verdickungen durch Bereiche aus unverdickten Faserabschnitten getrennt sind.According to the invention in a known tube drawing process for Manufacture of glass fibers while pulling the inside of itself Area between the heated preform end and the stripped glass fiber training onion loaded with solid particles. The solids perparticles stay on top of the viscous, melted glass the inner wall of the funnel-shaped onion stick and are at In the ideal case, successively pull out the heated glass mass into the fiber The inside of the fiber is drawn in. The fiber is drawn out so far that the solid particles enclosed by the fiber material usually moderate and short distances along the fiber axis as a distinctive thickening protruding, the thickening through areas of unthickened Fiber sections are separated.

Aus der DE-PS 29 04 705 C2 ist ein Düsenziehverfahren zur Herstellung von Hohlglasfasern für Verbundwerkstoffe bekannt, bei welchem zur Abschottung gegen Wasser u. a. Flüssigkeiten in die Hohlglasfasern Hohlglaskügelchen, deren Abmessungen an den Faserdurchmesser angepaßt sind, eingebracht und mit deren Innenwänden verschmolzen werden. Die Hohlglaskügelchen werden bei diesem bekannten Verfahren während des Ziehens der Faser mit einem Stützgasstrom in das Faserinnere eingeblasen. Der Einsatz eines Stützgas stromes ist nach der Druckschrift zwingend notwendig: die Hohlglaskügel chen müssen aufgrund der hohen Temperaturen bis zum Einbringen in den Ziehzwiebelbereich gekühlt werden, damit sie bis zum Verschmelzen mit der Faserwandung formbeständig bleiben. Eine weitere Aufgabe des Stützgasstro mes ist es, ein Kollabieren der hohlen Abschnitte der Fasern zwischen den Glaskügelchen zu vermeiden.From DE-PS 29 04 705 C2 is a nozzle drawing process for the production of Hollow glass fibers known for composite materials, in which for partitioning against water u. a. Liquids in the hollow glass fibers whose dimensions are adapted to the fiber diameter, introduced and are fused to their inner walls. The hollow glass beads will in this known method during the drawing of the fiber with a Support gas flow is blown into the interior of the fiber. The use of a support gas According to the publication, current is absolutely essential: the hollow glass beads Chen must due to the high temperatures up to the introduction in the Onion area are cooled so that they melt with the The fiber wall remains dimensionally stable. Another task of the support gas company mes is a collapse of the hollow sections of the fibers between the To avoid glass beads.

Es ist nach der Druckschrift vorrangig vorgesehen, mit dem Verfahren Fa sern mit geradliniger Außenkontur herzustellen. In der Druckschrift wird jedoch auch angegeben, daß, falls es gewünscht ist, auch Fasern mit leich ten Ausbuchtungen erzielt werden können. Es lassen sich mit dem bekannten Verfahren jedoch keine Fasern herstellen, deren geometrische Abmessungen auch nur annähernd den berechneten Spezifikationen für Fasern für faser verstärkte Verbundwerkstoffe entsprechen. Die zwingend notwendige Verwen dung eines Stützgasstromes bei dem bekannten Verfahren zum Einbringen der Hohlglaskügelchen in die Faser hat den Nachteil, daß die Einstellung eines definierten, insbesondere kurzen Abstandes zwischen zwei Ausbuchtungen nicht gewährleistet ist, da die turbulente Strömung ein definiertes Ein bringen nicht möglich macht. Die mit diesem Verfahren erzielbaren Abstände zwischen zwei Ausbuchtungen sind unregelmäßig und liegen bestenfalls im cm-Bereich. Weiterhin verhindert der Einsatz des Stützgasstromes die Her stellung einer Massivfaser.According to the publication, it is primarily intended to use the Fa with a straight outer contour. In the publication is however also indicated that, if desired, fibers with light weight th bulges can be achieved. It can be done with the known However, the process does not produce fibers whose geometric dimensions even approximately the calculated specifications for fibers for fiber reinforced composite materials. The absolutely necessary use formation of a support gas flow in the known method for introducing the Hollow glass beads in the fiber has the disadvantage that the setting of a defined, especially short distance between two bulges is not guaranteed because the turbulent flow is a defined one bring does not make possible. The distances that can be achieved with this method between two bulges are irregular and lie at best in the cm range. Furthermore, the use of the support gas flow prevents the Her position of a solid fiber.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich dagegen ohne Schwierigkeiten Fasern mit beliebiger Geometrie, insbesondere auch mit den bei dickenmodifizierten Verstärkungsfasern erforderlichen regelmäßigen, kurzen Abständen zwischen den Verdickungen herstellen.With the help of the method according to the invention, however, without Difficulties Fibers with any geometry, especially with the in the case of thickness-modified reinforcing fibers, regular, create short distances between the thickenings.

Dabei geht das erfindungsgemäße Verfahren nicht den an sich naheliegenden Weg, nämlich das bekannte Düsenziehverfahren so weiterzuentwickeln (bei spielsweise durch Weglassen des Stützgasstromes und demgemäß auch Be schränkung auf Partikelmaterialien, die auch ungekühlt den hohen Tempera turen im Ziehzwiebelbereich standhalten), daß es nicht nur zur Herstellung von abgeschotteten Hohlglasfasern geeignet ist, sondern auch zur Herstel lung von Verstärkungsfasern mit der oben beschriebenen Spezifikation, son dern findet mit der Anwendung eines Rohrziehverfahrens eine völlig neue und überraschende Lösung, die viele Vorteile mit sich bringt:The method according to the invention is not the obvious one Way, namely to further develop the well-known nozzle drawing process (at for example, by omitting the support gas stream and accordingly also Be restriction to particulate materials that are also uncooled the high tempera withstand the onion area) that it is not just for manufacturing of sealed hollow glass fibers is suitable, but also for the manufacture development of reinforcing fibers with the specification described above, son with the use of a tube drawing process, a completely new one is found and surprising solution that has many advantages:

So behält das erfindungsgemäße Verfahren alle Vorteile des an sich bekann ten Rohrziehverfahrens bei, wie z. B. geringer apparativer Aufwand, einfa che Verfahrensführung sowie einfache Automatisierbarkeit. Es können Fasern von großer Reinheit hergestellt werden, da beim Rohrziehverfahren jegli cher Kontakt des heißen Glases mit Tiegel- oder Düsenmaterial entfällt. Aus dem gleichen Grund treten auch keine Probleme mit verstopften Düsen auf. Die bei einem Rohrziehverfahren jeweils aufzuschmelzende Glasmasse ist gering. The method according to the invention thus retains all of the advantages known per se ten pipe drawing process, such as. B. low expenditure on equipment, simple procedure and simple automation. There can be fibers be made of great purity, because in the tube drawing process The hot glass does not come into contact with the crucible or nozzle material. For the same reason, there are no problems with clogged nozzles on. The glass mass to be melted in a tube drawing process is low.

Die Verwendung handelsüblicher Glasrohre zur Herstellung dickenmodifi zierter Fasern macht aufwendige Schmelzanlagen überflüssig; die Formge bung, Partikelbeschickung und Dimensionierung der Fasern sind vom Glas schmelzprozeß getrennt. Dadurch bedingt liegt die Verarbeitungsviskosität bei der Dickenmodifizierung deutlich höher als die Viskosität, die beim Faserziehen und einer Dickenmodifizierung direkt im Anschluß an die Schmelze erforderlich wäre. Durch die Erhöhung der Viskosität und damit die Absenkung der Verarbeitungstemperatur ergeben sich neben der einfache ren Faserdimensionierung noch weitere erhebliche Vorteile, beispielsweise bei der Durchführung des Faserziehprozesses sowie hinsichtlich der Automa tisierbarkeit, insbesondere im Hinblick auf den Betrieb einer Vielfach ziehanlage.The use of commercially available glass tubes for the production of thickness modifi Ornate fibers make complex melting plants superfluous; the shape Exercise, particle loading and dimensioning of the fibers are from the glass melting process separately. The processing viscosity is due to this in the modification of the thickness significantly higher than the viscosity in the Fiber drawing and a thickness modification directly after the Melt would be required. By increasing the viscosity and thus the lowering of the processing temperature results in addition to the simple one Ren fiber dimensioning other significant advantages, for example in the implementation of the fiber drawing process and with regard to automa feasibility, especially with regard to the operation of a multiple drawing system.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also die Herstellung dickenmodi fizierter Fasern außerhalb des Schmelzbetriebes ohne dessen hohen appara tiven Aufwand in einfacher und kostengünstiger Weise, beispielsweise di rekt beim Verarbeiter der Fasern.The method according to the invention thus enables the production of thickness modes fibers from outside the melting shop without its high appara tive effort in a simple and inexpensive manner, for example di right at the processor of the fibers.

Hinsichtlich der Wahl eines geeigneten Materials für die Festkörperparti kel bestehen an sich keinerlei Beschränkungen. Es liegt auf der Hand, daß das Material bis zu den im Bereich der Ziehzwiebel herrschenden Temperatu ren wenigstens für kurze Zeit weitgehend formstabil sein muß. Geeignete Materialien für die Festkörperpartikel sind zum Beispiel Gläser, Glaskera miken, Metalle, Kunststoffe oder Keramiken. Es kann auch vorteilhaft sein, Festkörperpartikel aus den obengenannten Materialien zur Herstellung einer Faser miteinander zu kombinieren.With regard to the choice of a suitable material for the solid parts There are no restrictions per se. It is obvious, that the material up to the temperature prevailing in the area of the onion ren must be largely dimensionally stable at least for a short time. Suitable Materials for the solid particles are, for example, glasses, Glaskera miken, metals, plastics or ceramics. It can also be beneficial Solid particles from the above materials to produce a Combine fiber with each other.

Bevorzugt werden Festkörperpartikel aus einem Material eingesetzt, das ei nen höheren oder wenigstens gleich hohen Schmelz- bzw. Erweichungspunkt wie das Preformmaterial besitzt. Besonders bevorzugt werden wegen ihrer geringen Dichte und im allgemeinen hohen Wärmeformbeständigkeit Festkör perpartikel aus Glas, Glaskeramiken oder Keramiken zur Dickenmodifizierung der Fasern verwendet. Materialien dieser Art haben überdies noch den Vor teil, daß sie kostengünstig und auf dem Weltmarkt stets verfügbar sind. Solid particles made of a material which are egg NEN higher or at least equally high melting or softening point how the preform material has. Are particularly preferred because of their low density and generally high heat resistance perparticles made of glass, glass ceramics or ceramics for thickness modification of fibers used. Materials of this type also have the advantage partly that they are inexpensive and always available on the world market.

Die Anforderungen an die Formstabilität des Materials bei hohen Temperatu ren sind jedoch nicht allzu streng, da einerseits die Temperaturen im Ziehzwiebelbereich beim Rohrziehverfahren noch vergleichsweise niedrig sind und andererseits die Festkörperpartikel aufgrund der üblicherweise sehr hohen Ziehgeschwindigkeiten beim Rohrziehverfahren von 50 m/min bis 1000 m/min nur für eine sehr kurze Zeitspanne den hohen Temperaturen im Ziehzwiebelbereich ausgesetzt sind.The requirements for the dimensional stability of the material at high temperatures However, the temperatures are not too strict, because on the one hand the temperatures in the Onion range in the tube drawing process is still comparatively low are and on the other hand the solid particles due to the usual very high drawing speeds in the tube drawing process from 50 m / min to 1000 m / min only for a very short period of time the high temperatures in the Onion area are exposed.

Die Festkörperpartikel bestehen vorteilhafterweise aus einem Material, das zu dem heißen erweichten Preformmaterial (im folgenden auch Fasermaterial genannt) weitgehend chemisch inert ist. Es sind aber auch durchaus Anwen dungen denkbar, bei denen gerade eine chemische Reaktion zwischen dem Fa ser- und dem Festkörpermaterial wünschenswert sein könnte, um insbesondere die Grenzfläche zwischen Fasermaterial und Festkörper in vorbestimmter Weise zu modifizieren. So könnte beispielsweise ein Festkörpermaterial, das unter Gasbildung mit dem Preformmaterial reagiert und die Faser auf bläht, interessant sein.The solid particles advantageously consist of a material that to the hot softened preform material (hereinafter also fiber material called) is largely chemically inert. But there are also users conceivable where a chemical reaction between the company ser- and the solid material could be desirable, in particular the interface between fiber material and solid in a predetermined Way to modify. For example, a solid material, which reacts with the formation of gas with the preform material and the fiber puffs up, be interesting.

Verstärkungsfasern für glasfaserverstärkte Verbundwerkstoffe werden übli cherweise aus unterschiedlichen Glastypen gefertigt. Der Glastyp wird ent sprechend den Anforderungen an den Verbundwerkstoff gewählt.Reinforcing fibers for glass fiber reinforced composites are becoming common usually made of different types of glass. The glass type is removed selected according to the requirements for the composite material.

Durch Variation der Glaszusammensetzung lassen sich Fasern für ganz be stimmte Anwendungsprofile herstellen (siehe DIN 1259 Blatt 1 und ISO-R 2078). Für besondere chemische Widerstandsfähigkeit wird z. B. Alkali-Kalk- Glas mit erhöhtem Borgehalt (C-Glas) oder für erhöhte dielektrische Anfor derungen sogenanntes D-Glas verwendet.By varying the glass composition, fibers can be used entirely produce appropriate application profiles (see DIN 1259 Sheet 1 and ISO-R 2078). For special chemical resistance z. B. alkali-lime Glass with increased boron content (C-glass) or for increased dielectric requirements so-called D-glass.

Bei der Wahl eines geeigneten Materials für die Festkörperpartikel muß der Glastyp des Preformmaterials berücksichtigt werden.When choosing a suitable material for the solid particles, the Glass type of the preform material are taken into account.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich bei Wahl gleicher Materia lien für die Preform und für die Festkörperpartikel dickenmodifizierte Fa sern herstellen, die vollständig aus ein und demselben Material bestehen. With the method according to the invention, the same materials can be selected lien for the preform and for the solid particles thickness-modified company Manufacture stars that consist entirely of the same material.

Da das Rohrziehverfahren üblicherweise bei tieferen Temperaturen als bei spielsweise das Düsenziehverfahren durchgeführt wird, ist bei dem erfin dungsgemäßen Verfahren auch bei Verwendung des gleichen Materials für die Preform und die Festkörperpartikel mit keinen größeren fertigungstechni schen Schwierigkeiten, wie z. B. das Aufschmelzen der Partikel im Ziehzwie belbereich, zu rechnen. Eine Kühlung der Partikel ist nicht erforderlich.Since the tube drawing process usually takes place at lower temperatures than at for example, the nozzle pulling process is carried out by the inventor inventive method even when using the same material for the Preform and the solid particles with no major manufacturing technology difficulties, such. B. the melting of the particles in the drawing die furniture area to calculate. It is not necessary to cool the particles.

Je nach Anwendung kann es aber auch vorteilhaft sein, für die Fasern und die Festkörperpartikel unterschiedliche Materialien zu verwenden. Durch geeignete Materialkombinationen lassen sich beispielsweise die mechani schen Eigenschaften der dickenmodifizierten Verstärkungsfasern über weite Bereiche variieren. So können beispielsweise Materialien mit unterschied lichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten so miteinander kombiniert wer den, daß sich an den Grenzflächen zwischen Feststoff und Faser bestimmte Spannungszustände und Hafteigenschaften einstellen.Depending on the application, it can also be advantageous for the fibers and the solid particles to use different materials. By Suitable combinations of materials can be mechani properties of the thickness-modified reinforcing fibers over a wide range Ranges vary. For example, materials can differ thermal expansion coefficients combined that that was determined at the interfaces between solid and fiber Set tension states and adhesive properties.

Für das gezielte Einstellen einer vorgegebenen Fasergeometrie, wie sie z. B. gerade im Falle von Verstärkungsfasern für faserverstärkte Verbund werkstoffe wünschenswert ist, ist es vorteilhaft, wenn Festkörperpartikel aus einem rieselfähigen Material verwendet werden, d. h. wenn gewährleistet ist, daß die Festkörperpartikel weder untereinander verkleben, noch an der Preforminnenwand haften bleiben; letzteres mit Ausnahme des Bereiches in nerhalb der Ziehzwiebel, in welchem die Partikel in das Faserinnere hin eingezogen werden. Die Festkörperpartikel können dann in einfacher Weise kontrolliert zugegeben werden.For the targeted setting of a given fiber geometry, such as that e.g. B. especially in the case of reinforcing fibers for fiber-reinforced composite materials is desirable, it is advantageous if solid particles made of a free-flowing material, d. H. if guaranteed is that the solid particles do not stick to each other, nor to the Stick preform inner wall; the latter with the exception of the area in inside of the onion, in which the particles into the fiber interior to be confiscated. The solid particles can then in a simple manner be added in a controlled manner.

Andernfalls könnten sich u. U. durch miteinander verklumpte bzw. an der Preformwand haftende Partikel oder Partikelagglomerate längs der Faser in völlig willkürlichen Abständen Verdickungen mit unterschiedlichen Durch messern bilden.Otherwise, U. by clumped together or on the Preformwand adhering particles or particle agglomerates along the fiber in completely arbitrary intervals thickening with different through form knives.

Die Rieselfähigkeit des Festkörpermaterials kann zum Beispiel durch Zugabe von Stoffen, die die Partikeloberfläche in geeigneter Weise verändern, sog. Rieselhilfen (zum Begriff Rieselhilfen s. z. B. Römpps Chemie-Lexikon, 8. Auflage, Band 5), beispielsweise Aerosole oder Nitride, verbessert wer den. The free-flowing properties of the solid material can be increased, for example, by adding of substances that change the particle surface in a suitable way, so-called trickle aids (for the term trickle aids see e.g. Römpps chemistry lexicon, 8th edition, volume 5), for example aerosols or nitrides, who improved the.

Nur bei besonders wärmeempfindlichen Festkörper-Materialien, z. B. Polyme re, hat sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gekühlte Zuführung der Partikel bis nahe an die Ziehzwiebel als notwendig herausgestellt.Only with particularly heat-sensitive solid materials, e.g. B. Polyme right, has a cooled feed in the method according to the invention the particles up to close to the onion were found to be necessary.

Da das Fasermaterial beim Ausziehen zur Faser nur eine dünne Haut auf den vollständig im Faserinneren eingeschlossenen Festkörperpartikeln bildet, wird die geometrische Gestalt der verdickten Bereiche einer erfindungsge mäß hergestellten dickenmodifizierten Faser im wesentlichen durch die geo metrische Gestalt der eingeschlossenen Partikel bestimmt.Since the fiber material only has a thin skin on it when pulled out to the fiber forms solid particles completely enclosed in the fiber interior, the geometric shape of the thickened areas of a fiction According to the thickness-modified fiber produced essentially by the geo metric shape of the enclosed particles determined.

Hinsichtlich der geometrischen Gestalt der Festkörperpartikel bestehen keine Beschränkungen. Je nach Anwendungsfall können beispielsweise kugel-, plättchen- oder whisker-förmige Partikel bevorzugt sein, oder aber auch Kurzfasern mit beliebiger geometrischer Gestalt oder Langfasern, die mit Partikeln der vorgenannten Geometrien belegt sind.With regard to the geometric shape of the solid particles exist no restrictions. Depending on the application, spherical, platelet-shaped or whisker-shaped particles may be preferred, or else Short fibers with any geometric shape or long fibers with Particles of the aforementioned geometries are occupied.

Da sich für Verstärkungsfasern für faserverstärkte Verbundwerkstoffe ins besondere Fasergeometrien mit abgerundeten, sanften Konturen eignen, wer den für diesen Anwendungsfall annähernd kugelförmige Festkörperpartikel oder wenigstens solche mit abgerundeten Kanten bevorzugt.Since there is a special focus on reinforcing fibers for fiber-reinforced composites Special fiber geometries with rounded, gentle contours are suitable for anyone the approximately spherical solid particles for this application or at least those with rounded edges are preferred.

Obwohl die Geometrie der dickenmodifizierten Fasern in weiten Bereichen eingestellt werden kann, sind aufgrund der bevorzugten Anwendung dieser Fasern in faserverstärkten Kunststoffen die folgenden Geometrien von be sonderem Interesse:Although the geometry of the modified fibers is wide can be adjusted due to the preferred application of these Fibers in fiber reinforced plastics have the following geometries from be special interest:

Der Durchmesser d₁ der unverdickten Faserabschnitte ist bevorzugt kleiner als 100 µm. Dies ist ein für nicht-dickenmodifizierte Verstärkungsfasern üblicher Wert. Dieser Wert ergibt sich aus folgenden Überlegungen: faser verstärkte Kunststoffe zeigen dann besonders gute mechanische Eigenschaf ten, wenn besonders dünne Fasern verwendet werden; daher sollte der Durch messer der unverdickten Faser den Wert von 100 µm auf keinen Fall über steigen, im günstigsten Fall sogar deutlich kleiner sein. Die anderen Ab messungen ergeben sich dann als Folge der in US-PS 4,574,108 und DE-OS 36 36 202 dargelegten Überlegungen, daß zur wirksamen Umlenkung eines Rißver laufs die Verdickungen längs der Faserachse markant hervortreten sollten und insbesondere in regelmäßigen, kurzen Abständen auftreten sollten.The diameter d _{1 of} the unthickened fiber sections is preferably less than 100 μm. This is a common value for non-thickness modified reinforcing fibers. This value results from the following considerations: fiber-reinforced plastics show particularly good mechanical properties when particularly thin fibers are used; Therefore, the diameter of the unthickened fiber should never exceed 100 µm, in the best case it should be significantly smaller. The other measurements then arise as a result of the considerations set out in US Pat. No. 4,574,108 and DE-OS 36 36 202 that for effective deflection of a Rißver course the thickenings should appear prominently along the fiber axis and in particular should occur at regular, short intervals.

Damit die Verdickungen längs der Faserachse möglichst markant hervortre ten, sollte der Durchmesser d₂ einer Verdickung wenigstens größer sein als 1,1×d₁, wobei d₁ den Durchmesser der jeweils an die Verdickung angren zenden unverdickten Faserabschnitte bezeichnet. Des weiteren sollte die Länge einer Verdickung längs der Faserachse I₁ kleiner als 4×d₂ sein.So that the thickenings along the fiber axis stand out as distinctive as possible, the diameter d _{2 of} a thickening should be at least greater than 1.1 × d ₁ , where d ₁ denotes the diameter of the unthickened fiber sections adjacent to the thickening. Furthermore, the length of a thickening along the fiber axis I _{1 should be} less than 4 × d ₂ .

Der Abstand zwischen den Scheitelpunkten zweier aufeinanderfolgender Ver dickungen I₂ sollte kleiner sein als 1000 µm, da kurze Abstände bevorzugt sind. Auch sollten die Verdickungen längs der Faserachse in möglichst re gelmäßigen Abständen auftreten. Deshalb ist weiterhin bevorzugt, daß bei einer Faser für jeden Abstand I₂ zwischen den Scheitelpunkten zweier auf einanderfolgender Verdickungen gilt: I₂ darf um nicht mehr als 50% von dem arithmetischen Mittel ₂ aller Abstände I₂ der Faser abweichen.The distance between the vertices of two successive thickings I ₂ should be less than 1000 µm, since short distances are preferred. The thickenings along the fiber axis should occur at regular intervals. It is therefore further preferred that the following applies to a fiber for every distance I ₂ between the vertices of two successive thickenings: I ₂ must not deviate by more than 50% from the arithmetic mean _{2 of} all distances I _{2 of} the fiber.

Die obigen Angaben sind dabei so zu verstehen, daß die Dickenänderungen längs einer Faser möglichst regelmäßig sein sollen, d. h. d₁, d₂, I₁ und I₂ sollen sich längs einer Faser möglichst periodisch wiederholen. Aus ferti gungstechnischen Gründen sind aber gewisse Schwankungen in diesen Werten längs einer Faser nicht zu vermeiden.The above information is to be understood in such a way that the changes in thickness along a fiber should be as regular as possible, ie d ₁ , d ₂ , I ₁ and I ₂ should be repeated as periodically as possible along a fiber. For manufacturing reasons, however, certain fluctuations in these values along a fiber cannot be avoided.

Die Fasergeometrie wird des weiteren auch durch die geometrische Gestalt der Preform und insbesondere durch das Füllvolumen, die Rohrabmessungen und die Rohrquerschnittsgeometrie bestimmt.The fiber geometry is also determined by the geometric shape the preform and especially the filling volume, the tube dimensions and determined the pipe cross-sectional geometry.

Der Abstand zwischen zwei Verdickungen, d. h. die Länge eines zwischen zwei Verdickungen liegenden Faserabschnitts wird bei dem erfindungsgemäßen Ver fahren bei vorgegebener Ziehgeschwindigkeit bevorzugt über die Wanddicke der Preform eingestellt, wobei für den Innendurchmesser der Preform ein verfahrenstechnisch günstiger Wert gewählt wird.The distance between two thickenings, i.e. H. the length of one between two Thickening lying fiber section is in the Ver at a given drawing speed, preferably travel over the wall thickness of the preform, being a for the inside diameter of the preform procedurally favorable value is selected.

Der Durchmesser der verdickungsfreien Abschnitte der Faser wird in an sich bekannter Weise über die Parameter Ziehofentemperatur, Abzugs- und Nach führungsgeschwindigkeit der Preform, eingestellt. The diameter of the thickening-free sections of the fiber is in itself in a known manner via the parameters drawing die temperature, deduction and after guide speed of the preform.

Die Verfahrensparameter werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im we sentlichen in gleicher Weise wie bei den herkömmlichen Rohrziehverfahren gewählt. Die Zugabe der Festkörperpartikel macht es nicht erforderlich, die an sich bekannte Verfahrensführung signifikant zu ändern.The process parameters are in the method according to the invention in the we noticeably in the same way as with conventional tube drawing processes chosen. The addition of the solid particles does not make it necessary to significantly change the known process management.

So sollte z. B. die Viskosität des Preformglases im Bereich der Ziehzwie bel, wie bei herkömmlichen Rohrziehverfahren üblich, in etwa zwischen 10³- 10⁷ dPa·s, vorzugsweise zwischen 10⁵-10⁶ dPa·s, liegen. Damit ist ge währleistet, daß bei der bevorzugten Ziehgeschwindigkeit die Nachfuhr von Glas ausreichend ist.So z. B. the viscosity of the preform glass in the area of the drawing die, as is customary in conventional tube drawing processes, is approximately between 10 ³ -10 ⁷ dPa · s, preferably between 10 ⁵ -10 ⁶ dPa · s. This ensures that the supply of glass is sufficient at the preferred drawing speed.

Die Ziehgeschwindigkeit sollte zwischen 50 m/min und 1000 m/min, bevorzugt um 500 m/min liegen, damit das Verfahren wirtschaftlich arbeitet.The pulling speed should be between 50 m / min and 1000 m / min, preferred around 500 m / min so that the process works economically.

Die geometrische Gestalt der Fasern im unverdickten Bereich wird durch die geometrische Gestalt der Preform bestimmt. Ausgehend von einer im Quer schnitt kreisförmigen Preform werden Fasern erhalten, deren Querschnitt in den unverdickten Bereichen kreisförmig ist. Verwendet man z. B. im Quer schnitt quadratische Preformen, so werden die unverdickten Bereiche der Fasern in etwa einen quadratischen Querschnitt erhalten.The geometric shape of the fibers in the unthickened area is determined by the geometric shape of the preform. Starting from one in the cross cut circular preform fibers are obtained whose cross section in the unthickened areas is circular. If you use e.g. B. in the cross cut square preforms, so the unthickened areas of the Obtain fibers in approximately a square cross section.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte dickenmodifizierte Fa sern sind nicht nur zur Verwendung als Verstärkungsfasern in Verbundwerk stoffen geeignet. Bei Wahl geeigneter Festkörpermaterialien können bei spielsweise auch gewünschte optische Effekte erzielt werden, oder aber, beispielsweise durch Verwendung von Graphitpartikeln Fasern mit vorbe stimmten dielektrischen Eigenschaften hergestellt werden.Thickness modified company produced by the method according to the invention are not only for use as reinforcing fibers in composite suitable for fabrics. When choosing suitable solid materials, desired optical effects can also be achieved, for example, or for example by using graphite particles certain dielectric properties are produced.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Abbildungen und zwei Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert: The invention based on the figures and two Ausfüh Examples explained in more detail:

Es zeigtIt shows

Abb. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer beidseitig zugeschmolzenen, mit Festkörperpartikeln aufgefüllten Preform; Fig. 1 shows a device for performing the method according to the invention with a preform melted on both sides and filled with solid particles;

Abb. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer nur am unteren Ende zugeschmolzenen Preform und einer Anordnung zum kontinuierlichen Zufüh ren der Festkörperpartikel durch das offene Preform ende; Fig. 2 shows an apparatus for performing the method according to the invention with a preform melted only at the lower end and an arrangement for the continuous feeding of the solid particles through the open preform end;

Abb. 3 eine lichtmikroskopische Aufnahme einer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hergestellten, massiven dickenmodi fizierten Glasfaser, Fig. 3 is a photomicrograph of a massive dickenmodi fied glass fiber produced according to the first embodiment,

Abb. 4 eine lichtmikroskopische Aufnahme von gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hergestellten, teilweise hohlen, dickenmodifizierten Glasfasern. Fig. 4 is a light micrograph of partially hollow, thickness-modified glass fibers produced according to the second embodiment.

In den Abb. 3 und 4 entspricht jeweils der Abstand zwischen den beiden horizontalen Linien in der unteren Bildhälfte einer Strecke von 30 µm Länge.In the Fig. 3 and 4, the distance between the two horizontal lines in the lower half corresponds to a distance of 30 microns in length.

Wie aus den Abb. 1 und 2 ersichtlich ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren sowohl mit einer beidseitig (Abb. 1) als auch einer einseitig (Abb. 2) verschlossenen, z. B. einer oben und/oder unten zugeschmolzenen, Preform (1) durchgeführt werden.As can be seen from Figs. 1 and 2, the method according to the invention can be closed with a seal on both sides ( Fig. 1) as well as one ( Fig. 2), e.g. B. a melted up and / or down, preform ( 1 ) can be performed.

Bei beiden Verfahrensvarianten wird die Preform (1), wie bei Rohrziehver fahren üblich, in lotrechter Anordnung in eine an sich bekannte Ziehvor richtung eingesetzt. Diese besteht aus einem Ziehofen (3) mit dem eine lo kale Erhitzung der Preform (1) an ihrem unteren Ende erreichbar ist.In both process variants, the preform ( 1 ), as is usual with Rohrziehver, is used in a vertical arrangement in a known Ziehvor direction. This consists of a drawing furnace ( 3 ) with which local heating of the preform ( 1 ) can be reached at its lower end.

Damit wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das Glasrohr am unteren Ende bis auf eine Temperatur erhitzt, bei der das Glas erweicht und sich eine Ziehzwiebel (4) ausbildet. Mittels einer Abziehvorrichtung (5), wie sie bei der Herstellung von Glasfasern üblich ist, wird eine Faser (6) von dem Preformende abgezogen. Dabei gelangen die im Inneren der Preform (1) befindlichen Festkörperpartikel (7) ins Innere der ausgezogenen Faser. Die Faser wird erfindungsgemäß so weit ausgezogen, daß die in der Faser einge schlossenen Festkörperpartikel längs der Faser als Verdickungen hervortre ten.In this way, according to the method according to the invention, the glass tube is heated at the lower end to a temperature at which the glass softens and a bulb ( 4 ) forms. A fiber ( 6 ) is pulled from the preform end by means of a pulling device ( 5 ), as is customary in the production of glass fibers. The solid particles ( 7 ) located inside the preform ( 1 ) get into the interior of the drawn fiber. The fiber is drawn out according to the invention so far that the solid particles enclosed in the fiber protrude along the fiber as thickenings.

Die Preform wird bei konstanter Ziehgeschwindigkeit während des Ziehens in an sich bekannter Weise nachgeführt. Details der bekannten Preformhalte rung und die Preformnachführung sind in den Abbildungen nicht gezeigt.The preform is pulled in at a constant drawing speed tracked in a known manner. Details of the well-known preforms tion and preform tracking are not shown in the figures.

Die an sich übliche lotrechte Anordnung der Preform und das Abziehen der Faser vom unteren Ende der Preform haben für das erfindungsgemäße Verfah ren den Vorteil, daß die Festkörperpartikel allein durch ihr eigenes Ge wicht kontinuierlich in den Bereich der Ziehzwiebel nachgeführt werden.The usual vertical arrangement of the preform and the removal of the Have fiber from the lower end of the preform for the inventive method ren the advantage that the solid particles alone by their own Ge weight continuously in the area of the onion.

Wird das Innenvolumen der beidseitig verschlossenen Preform, so wie in Abb. 1 dargestellt, vollständig mit Festkörperpartikeln aufgefüllt und zusätzlich noch evakuiert, sind die Art der Ausrichtung der Preform bzw. die Abziehrichtung für die Faser für das entstehende Produkt weitgehend unerheblich, da sich die Preformwand aufgrund des fehlenden Druckaus gleichs beim Ausziehen der Faser immer eng an die Füllkörper anlegen wird und diese somit beim Ausziehen der Faser auf jeden Fall mitgezogen wer den.If the internal volume of the preform, which is closed on both sides, as shown in Fig. 1, is completely filled with solid particles and additionally evacuated, the type of orientation of the preform and the direction in which the fiber is pulled out are largely irrelevant for the resulting product, since the preform wall is due to the lack of pressure compensation when pulling out the fiber will always apply closely to the filler and this will definitely be pulled along when pulling out the fiber.

Dickenmodifizierte Fasern mit massiven, unverdickten Abschnitten zwischen den Verdickungen werden wegen der Einfachheit des Verfahrens bevorzugt mit einer beidseitig verschlossenen, mit Festkörperpartikeln aufgefüllten und ggf. evakuierten Preform hergestellt. Es ist aber ebensogut möglich, Mas sivfasern durch Anlegen eines Unterdrucks an das offene Ende einer einsei tig offenen Preform herzustellen.Thickness modified fibers with massive, unthickened sections between the thickenings are preferred because of the simplicity of the process a sealed on both sides, filled with solid particles and evacuated preform if necessary. But it is just as possible, Mas siv fibers by applying a vacuum to the open end of a egg manufacturing an open preform.

Dickenmodifizierte Fasern mit hohlen, unverdickten Abschnitten zwischen den Verdickungen werden bevorzugt durch Ausziehen einer einseitig offenen Preform hergestellt. Die Ausbildung einer Hohlfaser kann dabei in an sich bekannter Weise über die Ziehgeschwindigkeit beeinflußt werden. Vorzugs weise wird jedoch zur Stabilisierung der hohlen Abschnitte beim Ausziehen des Preformmaterials zur Faser durch das offene Preformende hindurch noch zusätzlich im Preforminneren, insbesondere im Bereich der Ziehzwiebel, ein Überdruck erzeugt.Thickness modified fibers with hollow, unthickened sections between the thickenings are preferred by pulling out an open on one side Preform made. The formation of a hollow fiber can in itself be influenced in a known manner via the drawing speed. Preferential however, is used to stabilize the hollow sections when pulling out of the preform material to the fiber through the open preform end additionally in the interior of the preform, especially in the area of the onion Overpressure generated.

Fasern mit hohlen Abschnitten zwischen den im Verbundkörper stark belaste ten Stellen erhöhter Dicke sind vorteilhaft, da es zu keiner Schwächung der dickenmodifizierten Faser an den stark belasteten Stellen kommt und trotzdem eine Erniedrigung des spezifischen Gewichts der Faser erreicht wird.Fibers with hollow sections between those heavily loaded in the composite body Thicknesses of increased thickness are advantageous because there is no weakening the thickness-modified fiber comes at the heavily used areas and nevertheless achieved a reduction in the specific weight of the fiber becomes.

Die Verwendung einer halbseitig offenen Preform (1), wie in Abb. 2 gezeigt, hat den Vorteil, daß die Festkörperpartikel (7), sukzessive in kontrollierten Mengen durch das offene Preformende zugeführt werden kön nen. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Festkörperpartikel während des Ausziehens der Faser nicht einzeln zuzugeben, sondern im Zieh zwiebelbereich immer eine gewisse Füllhöhe aufrechtzuerhalten, damit bei den üblicherweise hohen Ziehgeschwindigkeiten immer eine ausreichende Men ge an Material zur Verfügung steht.The use of a half-open preform ( 1 ), as shown in Fig. 2, has the advantage that the solid particles ( 7 ) can be fed successively in controlled amounts through the open preform end. It has proven to be advantageous not to add the solid particles individually while pulling out the fiber, but to always maintain a certain fill level in the onion area so that a sufficient amount of material is always available at the usually high drawing speeds.

Die Zugabe jeweils einzelner Partikel bei gleichzeitiger Erniedrigung der Ziehgeschwindigkeit empfiehlt sich nur dann, wenn Festkörperpartikel, die zum Verkleben neigen und bei denen alle anderen Maßnahmen zur Verbesserung der Rieselfähigkeit nicht greifen, verwendet werden sollen.The addition of individual particles while lowering the Pulling speed is only recommended if solid particles that tend to stick and take all other measures to improve of free-flowing properties should not be used.

Die Zufuhr der Festkörperpartikel erfolgt bevorzugt mittels eines Schwing förderers (8). Dieser erlaubt in einfacher Weise eine exakte Dosierung des zugeführten Materials. Kommt es darauf nicht so sehr an, können auch ande re Fördereinrichtungen, wie z. B. Schneckenförderer, Bandförderer oder pneumatische Förderer usw. verwendet werden.The solid particles are preferably supplied by means of an oscillating conveyor ( 8 ). This allows exact metering of the supplied material in a simple manner. If it is not so important, other funding agencies, such as. B. screw conveyors, belt conveyors or pneumatic conveyors, etc. can be used.

Um einer elektrostatischen Aufladung der Partikel durch die Reibung beim Förderprozeß entgegenzuwirken, kann es zweckmäßig sein, die Teilchen vor Zugabe in die Preform mit einem ionisierten Gasstrom zu behandeln. In order to electrostatically charge the particles due to the friction during To counteract the conveying process, it can be useful to pre-particle Add in the preform to treat with an ionized gas stream.

Bei oxidationsempfindlichen Festkörpermaterialien empfiehlt es sich, in der Preform eine inerte Gasatmosphäre einzustellen.In the case of solid materials that are sensitive to oxidation, it is advisable to: set an inert gas atmosphere to the preform.

Wird über das offene Preformende ein Unterdruck im Glasrohr hergestellt, so erhält man auch bei diesem Verfahren massive dickenmodifizierte Fa sern.If a negative pressure is created in the glass tube via the open preform end, So you get massive thickness-modified Fa ser.

Beide oben beschriebenen Verfahrensvarianten (offene und geschlossene Pre form) sind sehr gut für Vielfachziehanlagen geeignet. Die erhaltenen Fa sern lassen sich nach bekannten Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Verbundwerkstoffe weiterverarbeiten.Both process variants described above (open and closed Pre form) are very well suited for multiple drawing systems. The received Fa can be made by known methods for the production of fiber-reinforced Process composite materials.

Sollten die dicken modifizierten Fasern nicht unmittelbar zur Langfaserver stärkung eingesetzt werden, ist eine Zerkleinerung möglich. Diese erfolgt vorzugsweise so, daß Kurzfasern erhalten werden, die lediglich je eine Verdickung an den Enden der Faser enthalten. Solche Kurzfasern lassen sich z. B. in an sich bekannter Weise mittels der Spritzgußtechnik einfach wei ter verarbeiten.If the thick modified fibers are not immediately used for long fiber ver strengthening, crushing is possible. This is done preferably so that short fibers are obtained, each only one Thickening at the ends of the fiber included. Such short fibers can be e.g. B. simply in a known manner by means of injection molding technology process.

Die vorliegende Erfindung wird im weiteren durch zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention is further illustrated by two exemplary embodiments explained in more detail.

example 1

Die verwendete Preform Typ 1 (Abb. 1) bestand aus einem beidseitig geschlossenen, evakuierten DURAN®-(Borosilicatglas der Schott Glaswerke, Mainz, gekennzeichnet durch die Eigenschaften: Dichte = 2,23 g/cm³; Aus dehnungskoeffizient α_20-300 = 3,25·10⁻⁶/K, E-Modul = 63 GPa, Dielektri zitätskonstante bei 1 MHz = 4,7, Verlustwinkel tan δ bei 1 MHz = 55·10⁻⁴, Glasübergangstemperatur Tg = 530°C, Verarbeitungstemperatur bei 10⁴ dPa·s = 1270°C) Borosilicatglasrohr mit einer Wanddicke von ca. 8 mm und bei einem Außendurchmesser von ca. 30 mm, das vollständig mit Kugeln aus Amperit® (70 Gew-% Al₂O₃, 30 Gew-% SiO₂) der Fa. H.C. Stark Berlin GmbH, Goslar, gefüllt war. Die Korngröße des Pulvers lag zwischen 30 und 50 µm. Zur Ver besserung der Rieselfähigkeit wurde den Amperitkugeln ca. 1 Gew-% Graphit staub zugesetzt.The preform type 1 used ( Fig. 1) consisted of an evacuated DURAN® (borosilicate glass from Schott Glaswerke, Mainz), which was closed on both sides, characterized by the properties: density = 2.23 g / cm ³ ; from _{expansion coefficient} α _20-300 = 3.25 · 10⁻ ⁶ / K, modulus of elasticity = 63 GPa, dielectric constant at 1 MHz = 4.7, loss angle tan δ at 1 MHz = 55 · 10⁻ ⁴ , glass transition temperature Tg = 530 ° C, processing temperature at 10 ⁴ dPa · s = 1270 ° C) Borosilicate glass tube with a wall thickness of approx. 8 mm and an outer diameter of approx. 30 mm, which is completely covered with balls made of Amperit® (70% by weight Al ₂ O ₃ , 30% by weight SiO ₂ ) from HC Stark Berlin GmbH, Goslar, was filled. The grain size of the powder was between 30 and 50 µm. To improve the pourability, about 1% by weight of graphite dust was added to the amperite balls.

Diese Preform wurde derart in einen strahlungsbeheizten Ziehofen einge bracht, daß nur das untere Ende der Preform beheizt wurde. Nach Erreichen der Ziehtemperatur von ca. 830°C wurde eine Faser über eine Ziehvorrich tung abgezogen. Durch ein kontinuierliches Mitziehen der Amperit®-Kugeln aus dem Inneren des Glasrohres wurde eine Dickenmodifizierung der erhalte nen Faser erreicht. Die Ziehgeschwindigkeit betrug ca. 250 m/min. Durch entsprechende Nachführung der Preform mit einer Nachführgeschwindigkeit von 0,25 mm/min wurde bei konstanter Ziehgeschwindigkeit eine Faserdicke im unverdickten Teil (d₁) von 60-80 µm eingestellt. Die so hergestellten massiven, dickenmodifizierten Fasern wiesen Verdickungen mit Durchmessern (d₂) im Bereich von 80-110 µm auf. Der Abstand zwischen den Scheitelpunk ten zweier aufeinanderfolgender Verdickungen (I₂) betrug ca. 350-450 µm, die Ausdehnung der Verdickungen in axialer Richtung (I₁) lag bei etwa 100- 130 µm.This preform was placed in a radiation-heated drawing furnace that only the lower end of the preform was heated. After reaching the drawing temperature of approx. 830 ° C, a fiber was drawn off via a drawing device. By continuously pulling the Amperit® balls out of the interior of the glass tube, the thickness of the fiber obtained was modified. The pulling speed was approx. 250 m / min. Appropriate tracking of the preform with a tracking speed of 0.25 mm / min and a constant drawing speed set a fiber thickness in the unthickened part (d ₁ ) of 60-80 µm. The solid, thickness-modified fibers produced in this way had thickenings with diameters (d ₂ ) in the range from 80-110 μm. The distance between the vertices of two successive thickenings (I ₂ ) was approximately 350-450 µm, the extent of the thickenings in the axial direction (I ₁ ) was approximately 100-130 µm.

Example 2

Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren, jedoch wurde eine nur einseitig ver schlossene Preform verwendet. Die Partikelzufuhr erfolgte mit Hilfe eines Schwingförderers bei Normaldruck.The procedure was as in Example 1, but one was only one-sided closed preform used. The particle was fed in using a Vibratory conveyor at normal pressure.

Die Verfahrensparameter wurden so gesteuert, daß eine dickenmodifizierte Faser erhalten wurde, die zwischen den Verdickungen hohle Ausschnitte be saß. Die Abmessungen dieser Faser waren: d₁ ≈ 50-80 µm, d₂ ≈ 90-120 µm, I₂ ≈ 200-500 µm, I₁ ≈ 80-120 µm.The process parameters were controlled so that a thickness-modified fiber was obtained which had hollow sections between the thickenings. The dimensions of this fiber were: d ₁ ≈ 50-80 µm, d ₂ ≈ 90-120 µm, I ₂ ≈ 200-500 µm, I ₁ ≈ 80-120 µm.

Claims

1. A process for the production of thickness-modified continuous fibers made of glass, in particular thickness-modified reinforcing fibers for fiber reinforced composite materials, characterized in that, in a tube drawing process known per se for the production of glass fibers during the drawing, the interior of the area in the transition between the heated preform end and the drawn off Glass fiber-forming onion is fed through the tubular preform with solid particles, so that the solid particles are successively drawn into the interior of the fiber, and the fiber extends so far that the solid particles enclosed by the fiber material are at regular and short intervals along the fiber axis as distinctive thickenings emerge, the thickenings being separated by areas of unthickened fiber sections.

2. The method according to claim 1, characterized, that the fibers with solid particles of a material that a higher or at least equally high melting or softening point how the preform material has to be expanded.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the fibers with solid particles of a material that to the hot, softened preform material is largely chemically inert, be expanded.

4. The method according to at least one of claims 1-3, characterized, that solid particles made of glass, glass ceramic, ceramic, metal or Plastics are used.

5. The method according to at least one of claims 1-4, characterized, that the flowability of the solid particles with the help of be known trickle aid is improved.

6. The method according to at least one of claims 1-5, characterized, that the length of the unthickened fiber sections for a given draw speed and specified internal diameter of the preform the wall thickness of the preform is set.

7. The method according to at least one of claims 1-6 for production of fibers with hollow unthickened sections, characterized, that the fibers are drawn from a preform that is open on one side, the solid particles being successively drawn by the open preform ends are fed.

8. The method according to claim 7, characterized, that through the open end in the preform in the onion area an overpressure is generated during the drawing.

9. The method according to at least one of claims 1-7 for production of fibers with massive unthickened sections, characterized, that through the open end in the preform in the onion area a negative pressure is generated during the drawing.

10. The method according to at least one of claims 7-9, characterized, that the solid particles are fed by means of an oscillating conveyor become.

11. The method according to at least one of claims 7-10, characterized, that the feed speed of the solid particles to the pull speed is adjusted that in the onion area always one predetermined filling level of solid particles is maintained.

12. The method according to at least one of claims 1-6 for production of fibers with massive unthickened sections, characterized, that the fibers from a closed on both sides, with solid par filled, possibly evacuated preform.

13. The method according to at least one of claims 1-12, characterized, that spherical solid particles or at least those with abge rounded edges can be used.

14. The method according to at least one of claims 1-13, characterized in that the diameter of the unthickened fiber sections d _{1 is set} to <100 microns.

15. The method according to at least one of claims 1-14, characterized in that the diameter of a thickened fiber section d _{2 is set} to a value which is greater than 1.1 × d ₁ , where d _{1 is} the diameter of the respectively adjacent unthickened Is fiber sections, and that the length of the thickening along the fiber axis I _{1 is set} to a value which is less than 4 × d ₂ .

16. The method according to at least one of claims 1-15, characterized in that the distance between the vertices of two successive gender thickenings I _{2 is set} to a value less than 1000 microns.

17. The method according to claim 16, characterized in that for a fiber each distance I ₂ between the vertices of two successive thickenings deviates by no more than 50% from the distance _{2 of} the fiber, _{2 being} the arithmetic mean of all distances I _{2 of} the fiber is.