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Verfahren und Vorrichtung zum Verfeinern von Kautschukfäden Die Erfindung
betrifft das Herstellen von elastischen Fäden, feinen Schnüren, Streifen, Röhren
o. dgl. aus Kautschuk in größerer zusammenhängender Länge mit einem über die ganze
Länge gleichmäßigen und geringen Querschnitt.
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Es ist bereits bekannt, Fäden von äußerst feinem Querschnitt aus einem
Faden von größerem Querschnitt durch Strecken herzustellen. Ein derartiges Strecken
-des elastischen Kautschukfadens und eine hierdurch bewirkte dauernde Verringerung
des. Querschnitts wird dadurch ermöglicht, da! der Kautschuk, wenn er in ausgedehntem
Zustand der Kälte oder Wärme ausgesetzt wird; in seinem ausgedehnten Zustand verbleibt.
Nach einem bekannten Verfahren wird ein dickerer Faden aus Rohkautschuk abwechselnd
in die Länge gezogen und dabei erwärmt. Das bekannte Verfahren, bei welchem die
dickeren Kautschukfäden in Stufen gestreckt und erwärmt. werden, soll jedoch den
Nachteil haben, daß die entstehender feineren Kautschukfäden wesentliche Verschiedenheiten
ihres Querschnitts aufweisen, weil die Formveränderung des in sich nicht vollkommen
homogenen Rohkautschuks nicht mit ausreichender Gleichmäßigkeit herbeigeführt werden
kann. Das bekannte Stufenstreckverfahren zur Erzeugung von feineren Kautschukfäden
aus dickeren Rohkautschukfäden soll sich daher im Betriebe nicht eingeführt haben.
Eine Verbesserung des bekannten Stufenstreckverfahrens kann in der Weise erfolgen,
daß vorhandene Spannungen in der gestreckten Lage des unvulkanisierten und vorvulkanisierten
Fadens durch Wärmeeinwirkung aufgehoben werden, während der gestreckte Faden am
Einziehen in der Längsrichtung dadurch gehindert wird, daß der Faden an den Endpunkten
seiner Länge, beispielsweise durch Rollen o. dgl., eingespannt wird. Nimmt man die
Erwärmung des Fadens entweder vor der Streckung oder während der Streckung oder
sowohl vör der Streckung als auch während der Streckung des Fadens vor, so ergeben
sich, wie Versuche gezeigt haben, gewisse Schwierigkeiten insofern, als es nicht
möglich war, die Erwärmung so lange fortzusetzen, bis die inneren Spannungen des
Fadens völlig beseitigt sind. Mit der Erwärmung tritt nämlich zugleich eine Erweichung
des Fadens ein, die leicht dazu führt, daß die Widerstandsfähigkeit des Fadens gegen
Spannungen schneller abnimmt als die Spannung selbst und der Fäden unerwünschten
weiteren Dehnungen unterliegt oder gar reißt, zumal wenn bei der im Betrieb- unvermeidlichen
Ungleichmäßigkeit der Erwärmung die gesamte innere Spannung des Fadens auf die am
stärksten erweichten Punkte des erwärmten Fadenabschnitts zur Wirkung kommt.
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Man ist bisher gezwungen, die Erwärmung abzubrechen, bevor die inneren
Spannungen
des Fadens völlig beseitigt waren, so daß nach Aufhebung
der Endpunkteinspannung noch eine gewisse Zusammenziehung des-Fadens erfolgt. Daraus
ergibt sich weiter die Notwendigkeit, den Faden in dem Streckvorgang auf einen geringeren
als für däs Enderzeugnis verlangten .Querschnitt zu iiberstrecken. Die in dem Faden
zurückgebliebenen Spannungen können hierauf durch Zusammenziehung aufgehoben werden,
wenn der Faden ohne weitere Streckung sich selbst überlassen bleibt.
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Wie sich gezeigt hat, ergeben sich hieraus erhebliche Schwierigkeiten,
von vornherein den endgültigen Fadenquerschnitt vorher zu bestimmen. Werden nämlich
durch, die Erwärmung die inneren Spannungen des gestreckten Fadens nur teilweise
beseitigt, so daß ein Überstrecken des Fadens stattfinden muß, so erfordert es außerordentlich
sorgfältige und genaue Einstellungen der verschiedenen Arbeitsbedingungen, um überhaupt
zu dem gewünschten Querschnitt des Enderzeugnisses zu gelangen, und jede Veränderung
einer, Einzelheit, wie beispielsweise der. Zusammensetzung des Kautschuks, der relativen
Geschwindigkeiten der Förderwalzen, der Erwärmungstemperaturen usw., führt zu einer
völligen Veränderung der Ergebnisse. Selbst bei genauester Berechnung und Einstellung
der Anlage in jedem Einzelfall kann der gewünschte .Endquerschnitt 'nicht zuverlässig
eingehalten werden.
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Ferner sind besondere Einrichtungen, wie Aufnahmewalzen, Förderbänder
o. dgl., erforderlich, die mit geringerer Geschwindigkeit als die vorangehenden
Walzen laufen, um den von der Streckwalze abgehenden Faden aufzunehmen und eine
Zusammenziehung desselben zu ermöglichen. Außerdem müssen die Geschwindigkeiten
der Walzen mit besonderer Rücksicht auf die Wiederzusammenziehung des Fadens eingestellt
werden, wozu verwickelte Einrichtungen erforderlich sind, während leicht vorkommende
Ungenauigkeiten das Enderzeugnis in seinem Wert beeinträchtigen können.
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Es hat sich nun durch Versuche herausgestellt, daß man die Mängel
der, oben beschriebenen Verfahren vermeiden und gleichzeitig ein Erzeugnis von großer
Gleichmäßigkeit hinsichtlich der Form und Größe des Querschnitts erzielen' kann;
wenn man als Ausgangswerkstoff wärmeempfindlich gemachte Kautschukdispersionen erfindungsgemäß
verwendet, die nur nach dem Strecken erwärmt und während ihrer Erwärmung sowohl
durch Einspannung an ihren Endpunkten am Einziehen gehindert als auch auf anderen
zahlreichen - Punkten ihrer Länge gehalten lverden. Es ist bekannt, eine wäßrige
Kautschukdispersion in dem Sinn wärmeempfindlich zu machen, daß sie bei gewöhnlichen
Temperaturen unverändert bleibt, dagegen bei einer vorher bestimmten Temperaturerhöhung
koaguliert, die von dem veränderten Koagulationsmittel und seinem in der Dispersion
enthaltenen mengenmäßigen Anteil abhängt. Die Dispersion wird zur Herstellung des
Fadens durch eine beheizte Düse ausgestoßen, um der Dispersion die für den Koagulierungsvorgang
während des Durchgangs durch die Düse erforderliche Wärme zuzufyhren. Die Verwendung
einer wärmeempfindlich gemachten Dispersion gemäß der Erfindung ist deshalb von
besonderem Vorteil, weil es sich gezeigt hat, daß derartige Dispersionen einen Ausgangsfaden
von großer Gleichmäßigkeit der Form und Größe des Querschnitts zu erzeugen gestatten.
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Durch das beschriebene Verfahren gemäß der Erfindung werden, wie bereits
erwähnt, die Mängel der oben beschriebenen Verfahren behoben, bei denen eine Erwärmung
des Fadens während und vor dem Streckvorgang nicht entbehrt werden konnte. Durch
das Verfahren gemäß der Erfindung wird auf jegliche Erwärmung des Fadens während
des Streckens selbst vollkommen verzichtet, und es werden die mit einer derartigen
Erwärmung verbundenen Nächteile völlig vermieden. Bei einer Erwärmung während des
Streckens war es, wie oben beschrieben wurde, nicht möglich, den Fadenquerschnitt
des Enderzeugnisses mit der für den Handelsverkehr erforderlichen Genauigkeit im
voraus zu berechnen, und ferner war infolge ungleichmäßiger Erwärmung und hierdurch
bewirkter Erweichung des Fadens an einzelnen Stellen ein Bruch nicht zu vermeiden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet es aber ferner, die während einer Streckstufe
im Kautschukfaden erzeugten inneren Spannungen in der zeitlich an die Streckstufe
sich anschließenden Erwärmungsstufe vollkommen und restlos auszugleichen und ebenso
einen bereits vorgestreckten Faden in einer weiteren Streckstufe einer genau vorausberechenbaren
zweiten Streckung zu unterwerfen, nachdem in einer zwischengeschalteten Erwärmungsstufe
die inneren Spannungen des vorgestreckter Fadens wiederum vollkommen und restlos
beseitigt worden sind. Ein Brechen des Fadens in der an die Streckung zeitlich sich
anschließenden Erwärmungsstufe kann auch bei einer schnellen Erwärmung nach dem
Verfahren gemäß der Erfindung aus dem Grunde nicht eintreten, weil der Faden in
dieser Stufe nicht lediglich an seinen Endpunkten, sondern an zahlreichen Punkten
seiner ganzen Länge eingespannt ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung
kann in der Weise durchgeführt werden, daß bei der Durchführung des Stufenstreckverfahrens
vor die zweite und jede folgende sowie hinter die letzte Streckstufe die Erwärmungsstufe
des Fadens zwischengeschaltet wird.
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Zur Ausführung des Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung
verwendet, die mehrere Strecktrommeln sowie eine entsprechende Anzahl von Speichertrommeln
umfaßt, die hinter die aufeinanderfolgenden Strecktrommeln geschaltet sind, wobei
die Strecktrommeln von einer zur nächsten eine fortschreitend steigende Umfangsgeschwindigkeit
haben, während die Speichertrommeln mit der L"mfangsgeschwindigkeit der jeweils
vorhergehenden Strecktrommeln umlaufen und zwischen jeder Strecktrommel und der
ihr folgenden Speise- bzw. Speichertrommel je eine Trommel von größerem Umfang,
aber gleicher Umfangsgeschwindigkeit wie die ihr benachbarten Trommeln vorgesehen
ist, auf der der jeweils der Erwärmung unterliegende Abschnitt des gestreckten Fadens
mit seiner ganzen Länge aufliegt.
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Zur Durchführung der Erwärmungsstufe wird erfindungsgemäß eine Trommel
mit verhältnismäßig großem Umfang verwendet, auf welchem der gestreckte Faden während
der zur Beseitigung der inneren Spannungen dienenden Erwärmung mit der ganzen erwärmten
Länge aufliegt, indem diese Trommel ganz oder teilweise in ein Warmwasserbad eintaucht.
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Durch die beschriebene Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens wird
der Faden nicht an seinen Endpunkten eingespannt, sondrn er wird auf zahlreichen
Punkten seiner Länge gehalten und zur völligen Aufhebung der inneren Spannungen
erwärmt. Der Faden ist ferner von seiner Spannung dadurch weitgehend entlastet,
daß ein Schlüpfen des Fadens auf den Umfang der Trommel durch die hierbei entstehende
Reibung nicht stattfinden kann. Der Faden ist hierdurch sowohl gegen ein Zusammenziehen
als auch gegen ein weiteres Strecken vollkommen gesichert. Es besteht auch keine
Gefahr eines Bruches des Fadens infolge einer durch die Erwärmung des Fadens bewirkten
ungleichmäßigen Erweichung einzelner Querschnitte des Fadens, weshalb die Erwärmung
bis zur vollkommenen Aufhebung der inneren Spannungen des Fadens im Gegensatz zu
den oben beschriebenen Verfahren fortgesetzt werden kann.
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Abgesehen davon, daß durch das Verfahren gLinäß der Erfindung ein
vollkommeneres Erzeugnis in vereinfachter Weise und mit größerer Sicherheit als
nach den bekannten Verfahren erzielt werden kann, sind auch die für die Ausführung
des Verfahrens benutzten Vorrichtungen von größerer Einfachheit. Das Strecken des
Fadens kann nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ferner in kürzerer Zeit durchgeführt
werden, weil der Faden von vornherein nur bis auf seinen endgültigen Querschnitt
gestreckt und nicht überstreckt wird.
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In der Zeichnung sind verschiedene Einrichtungen zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
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Die Fig. i und 2 zeigen in Seitenansicht und im Grundriß die Speisetrommel,
deren Umfang ein dicker Faden 2 zugeführt wird, der durch Ausstoßen einer wärmeempfindlichen
Kautschukdispersion durch eine beheizte Düse hergestellt ist. Nachdem der Faden
2 um die Tromrriel i heruingewunden ist, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, wird
er dem Umfang einer Strecktrommel 3 zugeführt, auf deren Umfang der gestreckte Faden
infolge der Drehung dieser Trommel aufgewickelt wird.
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Die Fig. 3 und .4 der Zeichnung stellen. in Ansicht von der Seite
und im Grundriß eine Einrichtung dar zur stufenweisen Streckung der Kautschukfäden
in einem Arbeitsgang.
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Die Trommeln 1, 3 können beispielsweise aus Eisen oder Aluminium bestehen,
und sie können jeden beliebigen, den Erfordernissen des Verfahrens angepaßten Durchmesser
haben. Vorteilhaft haben beide Trommeln beispielsweise einen Durchmesser von 3 bis
6 cm, und die Strecktrommel 3 dreht sich dreimal so schnell wie die Speisetrommel
i.
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Der dickere Faden 2 wird dem Umfang der Speisetrommel 3 in schlaffem
Zustande zugeführt, damit eine vorherige Streckung vermieden wird. Auch bleibt der
dicke Faden ungestreckt, solange er sich auf dem Umfang der Speisetrommel befindet.
Da sich die Strecktrommel 3 mit einer größeren Umfangsgeschwindiglceit dreht als
die Speisetrommel i, wird der Faden bei seinem Übergang dem Umfang der Trommel zu
dem der Trommel 3 verlängert und dementsprechend in seinem Querschnitt um einen
Betrag, welcher dem Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit beider Trommeln entspricht,
verkleinert. Wenn dieses Verhältnis gleich 3 : i ist, beträgt die Verlängerung des
Fadens 300 %. Dagegen ist die Querschnittsfläche des verlängerten Fadens nur noch
1/3 des unverlängerten Fadens, ohne daß die Ouerschnittsform verändert worden ist.
Wenn beispielsweise der Durchmesser, des ursprünglichen Fadens gleich etwa i mm
ist, ist der Durchmesser des verlängerten Fadens nur noch ungefähr gleich etwa 1/3
mm.
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Die Speise- und Strecktrommeln 1, 3 werden gegebenenfalls außer mit
einem Überzug
aus vulkanisiertem Kautschuk mit einem weiteren Lacküberzug
o. dgl. versehen, der getrocknet ein Gleiten der aufgewickelten Kautschukfäden,
insbesondere in der Nähe der Berührungspunkte, verhindert, an welchen der gestreckte
Faden auf die Trommelumfänge auf und ab läuft. Die Trommeln können zur Erhöhung
der Reibung mit Wasser angefeuchtet werden, oder der Kautschukfaden selbst kann
mit Wasser angefeuchtet werden.
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Wenn der Umfang der Strecktrommel 3 mit dem gestreckten Faden vollgewickelt
ist, so wird sie mit dem auf ihr befindlichen gestreckten Faden für kurze Zeit in
kochendes Wasser eingetaucht, um die Verlängerung des Fadens in der oben beschriebenen
Weise festzulegen. Die Bildung von mehreren übereinandergeschichteten Lagen auf
dem Trommelumfang kann durch besondere Einrichtungen vdrhindert werden.
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Alsdann wird der gestreckte und festgelegte Faden einer neuen oder
einer Mehrzahl weiterer aufeinanderfolgender Streckstufen unterworfen. Auf diese
Weise ist es ohne weiteres möglich, aus einem Faden, dessen Durchmesser etwa i mm
beträgt, einen Faden mit einem Durchmesser von 0,35, 0,205, o, r i 7 mm oder
von einem noch geringeren Durchmesser zu erhalten. Durch Veränderung des Durchmessers
des Ausgangsfadens oder durch Veränderung des Verhältnisses der Umfangsgeschwindigkeiten
der Streck- und Speisetrommeln oder durch Veränderung beider kann man schließlich
jedes gewünschte Endmaß für den Durchmesser erhalten.
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Der voll ausgestreckte Faden kann nunmehr vulkanisiert und zu diesem
Zweck unmittelbar auf die Vulkanisiertrommel aufgewickelt und erhitzt werden.
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Zur fortlaufenden Herstellung feiner Kautschukfäden 'gemäß der Erfindung
wird der dicke Faden 2 (Fig. 3, 4) im flachen, ungestreckten Zustand dem Umfang
einer Speisetrommel i zugeführt, die sich mit einer der Zuführungsgeschwindigkeit
des Fadens gleichen Umfangsgeschwindigkeit dreht. Der einmal um den Umfang der Speisetrommel
herumgewickelte dicke Faden wird dann der ersten Streckstube, dem Umfang der Strecktrommel
5 zugeführt. Die Strecktrommel 5 hat beispielsweise den gleichen Durchmesser wie
die Speisetrommel i- und eine dreimal so hohe Umfangsgeschwindigkeit wie die Trommel
i. Der teilweise gestreckte Kautschukfaden wird dann beispielsweise einmal um den
Umfang der Trommel 5 herumgewickelt und gelangt von dem Berührungspunkt 4 zu dem
Umfang einer größeren Trommel6 von gleicher Umfangsgeschwindigkeit wie die Strecktrommel
5. Die Trommel 6 taucht mit dem aufgewickelten Faden in ein heißes Wasserbad, so
daß die Hitze des Wasserbades die Verlängerung des teilweise gestreckten Fadens
festgelegt. Von dem Berührungspunkt 4 der Trommel 6 gelangt der verlängerte Kautschukfaden
auf eine zur zweiten Streckstufe gehörige Speisetrommel 8 von gleichem Durchmesser
und Umfangsgeschwindigkeit wie die Strecktrommel 5. Von dem Umfang der Speisetrommel
8 wird der teilweise gestreckte Faden zu einer zweiten Strecktrommel 9 gefördert
von gleichem Umfang, aber dreimal höherer Umfangsgeschwindigkeit als die Strecktrommel
5. Der in der zweiten Streckstufe gestreckte Faden gelangt dann auf die zur
zweiten Streckstufe gehörige Heiztrommel io, deren Durchmesser ähnlich dem Durchmesser
der Trommel 6 ist und deren Umfangsgeschwindigkeit gleich der Umfangsgeschwindigkeit
der Strecktrommel 9 ist. Der teilweise gestreckte Faden kann in weiteren Streckstufen
von der Heiztrommel io auf eine Speisetrommel i i von gleicher Umfangsgeschwindigkeit
wie die Strecktrommel 9 laufen. Von dieser gelangt der Faden auf eine dritte Strecktrommel
und eine dritte Heiztrommel. Von letzterer gelangt der Faden entweder auf eine Sammeltrommel
für den vollständig gestreckten Faden oder auf eine zu einer vierten Streckstufe
gehörige Speisetrommel, welche den Faden der vierten und gegebenenfalls noch weiteren
Streckstufen zuführt.
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Die Temperatur und Dauer der Erwärmung zur Festlegung der Verlängerung
des unvulkanisierten Fadens o..dgl. hängt naturgemäß von der Art und Zusammensetzung
der ver-,vendeten Kautschukdispersionen ab.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei im folgenden ein Versuchsbeispiel
wiedergegeben.
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Beispiel Aus einer Kautschukmilchmischung von der folgenden Zusammensetzung:
| Kautschuk (6o % -Latex, |
| 40 0/0 Trockenkautschuk- |
| substanz) . . . . . . . . . . . i 2o Teile, |
| Magnesiumsulfat . . . . . . . . . 3 - |
| Ammoniumsulfat ......... 3 - |
| Beschleuniger ............ 1,2 - |
| Schwefel ................ 7 - |
| Zinkoxyd ................ 0,7 - |
die sich in unvulkanisiertem Zustande befindet und noch fast das ganze ursprüngliche
Dispersionswasser enthält, wurde durch Ausstoßen aus einer beheizten Düse von kreisförmigem
Bohrungsquerschnitt zunächst ein dicker Kautschukfaden erzeugt. Der Ausstoßquerschnitt
der Düse war so gewählt, daß der Faden nach dem Trocknen einen Durchmesser
von
1,5 mm hatte. Der so erzeugte Faden wurde den Stufenstreckverfahren gemäß der Erfindung
unterworfen. Nach den ersten drei Streckstufen ergab sich ein Fadendurchmesser von
o,866 bzw. o,5oo bzw. o,-288 mm. In zwei weiteren Streckstufen wurde der Durchmesser
des Fadens auf o,167 und o,o96 mm verringert, wobei die angegebenen Zahlen für den
getrockneten Kautschukfaden gelten.
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Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die vorliegende Beschreibung,
die Zeichnung sowie das genannte Beispiel lediglich zur Erläuterung der Erfindung
dienen und daß die genannten Größen und Geschwindigkeiten der Trommeln sowie die
angegebenen Maßverhältnisse je nach den Erfordernissen des Einzelfalles in weiten
Grenzen geändert werden können.