DE69322545T2

DE69322545T2 - Verfahren zur Herstellung von Endlosfasern durch mechanisches Ziehen

Info

Publication number: DE69322545T2
Application number: DE69322545T
Authority: DE
Inventors: Timothy F-73160 Vimines Johnson; Patrick F-73230 Saint Alban Leysse Moireau
Original assignee: Vetrotex France SA
Current assignee: Saint Gobain Adfors SAS
Priority date: 1992-05-15
Filing date: 1993-05-13
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2013-05-14
Also published as: SK48993A3; AR246988A1; FI932208A; ES2127798T3; FI101314B1; NO931726D0; MX9302794A; HU216873B; FR2691171A1; KR100274705B1; HUT67816A; EP0570283A1; FI101314B; RU2108986C1; JP3255196B2; FR2691171B1; NO931726L; BR9301892A; GR3029656T3; ATE174580T1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines endlosen Fadens, der aus einer Vielzahl endloser Filamente gebildet ist, wovon wenigstens ein Teil mit einem im flüssigen Zustand befindlichen Gemisch überzogen ist, das reagiert, wenn es einer Ultraviolettstrahlung ausgesetzt wird.
Insbesondere ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines endlosen Fadens gerichtet, der wenigstens teilweise aus Filamenten wie Glasfilamenten gebildet ist, die als Verstärkung dienen sollen.
Das Imprägnieren eines Vorgarns oder Gewebes auf der Grundlage von Glasfäden mit einem Gemisch, das reagiert, wenn es einer Ultraviolettstrahlung ausgesetzt wird, ist bekannt. Das trifft insbesondere auf das Herstellungsverfahren zu, welches in der französischen Patentanmeldung FR-A-2 336 776 und ihrer Zusatzanmeldung FR-A-2 382 079 beschrieben ist.
Nach diesen Dokumenten läuft ein von einer Spule abgewickeltes Glasfaservorgarn durch ein Bad aus einem Reaktionsgemisch, bevor es parallel an einem Strahlungsrohr vorbeiläuft, das eine Ultraviolettstrahlung emittiert. Um die Polymerisation und die Vernetzung des Gemischs zu erreichen, mit welchem das Vorgarn imprägniert ist, ist dessen Durchlaufgeschwindigkeit vor dem Strahlungsrohr relativ niedrig.
Dieser Typ eines indirekten Verfahrens ist nur interessant, wenn die Begrenzung der Durchlaufgeschwindigkeit auf weniger als einen Meter pro Sekunde als ein im Vergleich zu den Vorteilen, die es sonst bietet, geringerer Nachteil betrachtet werden kann.
Das trifft allerdings nicht auf ein Direktverfahren zu, worin das Gemisch im Verlaufe des Verfahrens zur Herstellung des Glasfadens selbst aufgebracht wird und das Verfahren eine Durchlaufgeschwindigkeit von mehr als mehreren Metern pro Sekunde verlangt.
Dieser Typ eines Verfahrens wird beispielsweise zur Herstellung optischer Fasern angewendet. Dabei wird die einzelne optische Faser durch mechanisches Ziehen des Endes einer Vorform erhalten, die durch Hitze erweicht worden ist. Nach der Formgebung muß die optische Faser vor Feuchtigkeit und jedem Kontakt geschützt werden, durch welchen auf ihrer Oberfläche Fehler hervorgerufen werden können. Deshalb trägt man derart ein Reaktionsgemisch auf der Faser auf, daß sie vollständig umhüllt wird. Sofort nach dem Aufbringen dieser Beschichtung wird die Faser, bevor man sie aufspult, einer Ultraviolettstrahlung ausgesetzt, die von einem oder mehreren Strahlungsrohren ausgesendet wird, das/die parallel zu ihrem Weg angeordnet ist/sind. Dabei kann die Ziehgeschwindigkeit einer optischen Faser 5 bis 10 Meter pro Sekunde erreichen und muß, da die Schicht aus dem Gemisch, das aufgetragen werden muß, nicht vernachlässigbar ist, die Polymerisationsgeschwindigkeit des aufgebrachten Gemischs hoch sein. Die Zusammensetzung eines solchen Gemischs umfaßt teure Bestandteile, und sein Einsatz erfordert manchmal das Ergreifen von Sicherheitsmaßnahmen. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in dem Patent US-A-4 099 837 beschrieben.
Auf dem Gebiet der Glasfäden, die insbesondere für die Verstärkung organischer Materialien vorgesehen sind, ist es ebenfalls bekannt, ein Gemisch aufzubringen, das unter der Einwirkung einer Ultraviolettstrahlung auf der Oberfläche der Filamente während des Vorgangs der Faserbildung reagiert. Die Filamente, welche durch mechanisches Ziehen von Glasstrahlen erhalten werden, die aus den Öffnungen einer Spinndüse kommen, werden mit einem Reaktionsgemisch überzogen, bevor sie zu einem Faden vereinigt werden, der auf einem Teil seines Wegs einer Ultraviolettstrahlung ausgesetzt wird, bevor man ihn aufspult. Ein solches Verfahren ist im europäischen Patent EP-B1-243 275 beschrieben.
Dieses Verfahren ist, wie alle Direktverfahren, in dem Maße interessant, in welchem es erlaubt, ein Erzeugnis zu erhalten und dabei eine zusätzliche an Zeit, Material und Platz aufwendige Stufe einzusparen. Es unterliegt jedoch einigen Einschränkungen.
Die Ziehgeschwindigkeit, die im allgemeinen viel höher als die für optische Fasern ist, verlangt den Einsatz extrem reaktiver Gemische.
Desweiteren wird/werden die verwendeten Ultraviolettstrahlungsquelle/n derart geregelt, daß die Strahlung auf einen Teil des Weges des Fadens innerhalb eines engen Bereichs fokussiert wird. Die Polymerisation und/oder Vernetzung des den Faden bedeckenden Gemischs ist dann gleichmäßig, wenn er sich nicht von dem Bereich entfernt. Bei hohen Geschwindigkeiten kann jedoch der Faden mit einer Schwingbewegung fortbewegt werden, durch welche er etwas von diesem Bereich abweicht, wodurch der Umwandlungsgrad des Gemischs auf einem Teil des Fadens verändert wird.
Darüber hinaus wird von der Schwingung des Fadens im Bestrahlungsbereich eine vorübergehende lokale Trennung von Filamenten oder Filamentengruppen bewirkt. Die zumindest teilweise Polymerisation und/oder Vernetzung, welche in dieser Trennungsphase stattfindet, erlaubt es nicht, einen Faden zu erhalten, dessen Integrität über die gesamte Länge gleich bleibt.
Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein direktes Verfahren zur Herstellung eines endlosen Fadens bereitzustellen, durch welches die Einschränkungen der bekannten Verfahren beseitigt werden.
Der Erfindung liegt auch als Aufgabe zugrunde, ein direktes Verfahren zur Herstellung eines endlosen Fadens bereitzustellen, der in der Lage ist, mit einem Gemisch überzogen zu werden, dessen Reaktivität geringer als diejenige sein kann, welche üblicherweise bei einem bekannten Direktverfahren gefordert wird.
Der Erfindung liegt weiterhin als Aufgabe zugrunde, ein Direktverfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, einen Faden zu erhalten, dessen Charakteristika über die gesamte Länge gleichmäßig sind.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines endlosen Fadens gelöst, gemäß welchem eine Vielzahl endloser Filamente durch mechanisches Ziehen einer Vielzahl von Strahlen aus geschmolzenem/geschmolzenen thermoplastischem/thermoplastischen Stoffen, die durch die Öffnungen mindestens einer Vorrichtung fließen, gebildet wird und welches darin besteht, auf der Oberfläche von wenigstens einem Teil der Filamente ein Gemisch im flüssigen Zustand aufzubringen, das in der Lage ist, bevor sie zu mindestens einem Faden vereinigt werden, unter Einwirkung einer Ultraviolettstrahlung zu reagieren, den Faden zur Form einer Spule auf einem sich drehenden Träger aufzuwickeln und die Spule während des Aufwickelns einer Ultraviolettstrahlung auszusetzen.
Die Erfindung ist auf Verfahren zur Herstellung eines Verbund- oder Mischfadens gerichtet, der von Filamenten aus unterschiedlichen thermoplastischen Stoffen gebildet wird.
So betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Fadens, der durch die Vereinigung endloser Glasfilamente mit einem thermoplastischen organischen Stoff gebildet ist, wobei erstere durch mechanisches Ziehen von Strahlen aus geschmolzenem Glas, welche durch die Öffnungen einer mittels Joulescher Wärme beheizten Spinndüse fließen, und letztere durch mechanisches Ziehen von Strahlen aus geschmolzenem Material, das durch die Öffnungen eines Spinnkopfes extrudiert wird, erhalten werden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der Patentanmeldung EP-A1-367 661 beschrieben.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Glasfilamente mit einem Gemisch überzogen, das auf Ultraviolettstrahlung reagiert, bevor sie mit den organischen Filamenten vereinigt werden. Der Mischfaden wird auf einem sich drehenden Träger aufgespult und die Spule ab dem Beginn ihrer Bildung einer Ultraviolettstrahlungsquelle ausgesetzt.
Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zur Herstellung eines endlosen Fadens gerichtet, der ausschließlich aus Filamenten eines bestimmten Thermoplasts gebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Glasfadens, der aus einer Vielzahl endloser Glasfilamente gebildet ist.
Die Erfindung bietet, wie der folgende Vergleich zeigt, gegenüber dem herkömmlichen Direktverfahren einen sehr großen Vorteil.
Gemäß dem bekannten Direktverfahren findet die Polymerisation des Gemischs auf dem Faden statt, indem er einer Strahlung ausgesetzt wird, welche von einer oder mehreren Quellen ausgesendet wird, die parallel zu seinem Weg angeordnet ist/sind. Bei einer hohen Ziehgeschwindigkeit - die aber in dem Glasfasern für eine Verstärkung herstellenden Industriezweig üblich ist - von beispielsweise 50 Metern pro Sekunde beträgt der Zeitraum der Bestrahlung des Fadens 0,015 Sekunden, wobei 3 Ultraviolettstrahlungsquellen nacheinander angeordnet sind und jede Strahlungsquelle ein 25 Zentimeter langes Strahlungsrohr enthält.
Bei derselben Ziehgeschwindigkeit beträgt der mittlere Zeitraum für die Bestrahlung des Fadens auf der sich bildenden Spule etwa 0,5 Sekunden, wobei eine einzige Strahlungsquelle eingesetzt wird, die auf die Außenfläche dieser Spule gerichtet ist.
Die sehr beachtliche Verlängerung des Bestrahlungszeitraums für den Faden, die mehrere Sekunden erreichen kann, bietet die Möglichkeit, die Herstellungsbedingungen innerhalb für ein Direktverfahren bisher unerwarteter Grenzen variieren zu können.
So wird es gegenüber dem bekannten Direktverfahren erfindungsgemäß möglich, bei ähnlichen Ziehgeschwindigkeiten ein viel weniger reaktives Gemisch einzusetzen. Durch diese Möglichkeit wird der Bereich der Gemischformulierungen, die im Rahmen eines Direktverfahrens verwendet werden können, beträchtlich erweitert. Damit werden Produkte, deren Reaktivität als unzureichend angesehen wird, um in die Zusammensetzung eines Gemischs eingehen zu können, das in einem herkömmlichen Direktverfahren eingesetzt wird, ab jetzt erfindungsgemäß verwendbar. Dieser Vorteil ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn sich die Erzeugnisse mit den verschiedenen zu verstärkenden Materialien vertragen. Beispielsweise sind die Urethan-Monoacrylat-Monomeren zu nennen, die mit den Polyamid-Materialien kompatibel sind.
In dem Maße, in welchem es erfindungsgemäß möglich wird, weniger reaktive Gemische zu verwenden, können diese Gemische billiger als diejenigen sein, welche bisher in einem Direktverfahren eingesetzt worden sind. Beispielsweise können Photostarter, die sowohl Photoinitiatoren, d. h. Verbindungen, die direkt für die intramolekulare Spaltung verantwortlich sind, als auch Photosensibilisatoren, d. h. Verbindungen, welche die Aktivierung des Moleküls bewirken, umfassen, in Anteilen verwendet werden, die deutlich kleiner als diejenigen der Gemische sind, die man bisher für ein Direktverfahren eingesetzt hat. Diese Verbindungen gehören aber zu den teuersten Bestandteilen dieser reaktiven Gemische.
So enthält ein herkömmliches Gemisch als Photostarter vorzugsweise 8 bis 12 Gew.-% an Photoinitiator, wenn die Ziehgeschwindigkeit und/oder der gewünschte Umwandlungsgrad hoch ist. Bei vergleichbaren Ziehgeschwindigkeiten und Umwandlungsgraden ent halten die erfindungsgemäß verwendeten Gemische nur 3 bis 5% an Photoinitiatoren.
Wie in jedem Polymerisationsverfahren ist es schwierig, einen Umwandlungsgrad von über 75% zu erhalten. Es ist jedoch wichtig, einen hohen Umwandlungsgrad zu erreichen, da es dieser erlaubt, bestimmte Eigenschaften wie die Zugfestigkeit des Fadens zu verbessern.
Wenn weiterhin der Umwandlungsgrad relativ niedrig ist, kann sich das auf dem Faden aufgebrachte Gemisch in Abhängigkeit von den Lagerbedingungen unkontrolliert verändern. Dieses Phänomen trägt dazu bei, die Eigenschaften des Fadens auf unvorhersehbare Weise zu modifizieren.
Insbesondere auf Grund der Verlängerung des Bestrahlungszeitraums wird es erfindungsgemäß möglich, in einem Direktverfahren, in welchem der Faden in Linie bestrahlt wird, sehr hohe Umwandlungsgrade zu erhalten, die sonst schwer zugänglich, wenn nicht sogar unzugänglich sind.
Es ist ebenfalls möglich, ein sehr reaktives Gemisch einzusetzen, das es dann erfindungsgemäß erlaubt, die Ziehgeschwindigkeit des Fadens zu erhöhen. Diese Möglichkeit erlaubt es, innerhalb eines Direktverfahrens Erzeugnisse herzustellen, die bisher wegen der hohen Ziehgeschwindigkeiten, die sie erfordern, nicht produziert werden konnten.
Erfindungsgemäß ist es noch aus einem anderen Grund möglich, höhere Ziehgeschwindigkeiten als diejenigen, die im bekannten Direktverfahren gefahren werden, zu erreichen. Gemäß diesem Verfahren ist bei steigender Ziehgeschwindigkeit die Stabilität des Fadens in der Polymerisierungszone immer schwieriger aufrechtzuerhalten, woraus obengenannte Nachteile entstehen.
Erfindungsgemäß werden die Nachteile, welche aus der Schwingung des Fadens resultieren, dann behoben, wenn seine Bestrahlung durchgeführt wird, während er auf die Spule zum Aufwickeln kommt und der Abstand zwischen der Außenfläche der sich bildenden Spule und der Ultraviolettstrahlungsquelle festgelegt ist. Das erlaubt es, einen integralen Faden zu erhalten, der mit einem Gemisch überzogen ist, dessen Umwandlungsgrad über die gesamte Länge gleich ist.
Erfindungsgemäß wird es auch möglich, die Vorrichtungen zu vereinfachen, welche für die Durchführung eines Direktverfahrens sorgen.
So kann die Polymerisation des Reaktionsgemischs in dem bekannten Direktverfahren ordnungsgemäß durchgeführt werden, indem man die Ultraviolettstrahlungsquellen vervielfacht, was es erlaubt, die Stärke dieser Strahlung zu vergrößern, indem sie auf dieselbe Stelle konzentriert werden oder, indem sie nacheinander angeordnet werden, der Bestrahlungszeitraum verlängert wird. Unter denselben Bedingungen (beispielsweise Charakter des Gemischs und Ziehgeschwindigkeit) ist es erfindungsgemäß möglich, einen gleichwertigen Umwandlungsgrad zu erhalten, wobei eine einzige Ultraviolettstrahlungsquelle eingesetzt wird. Diese Strahlungsquelle ist parallel zur Drehachse des Trägers angeordnet, auf welchem die Spule aufgewickelt wird; sie ist entsprechend der auf der Spulenoberfläche gewünschten Strahlungskonzentration mit einem elliptischen oder Parabolreflektor ausgestattet.
Die Strahlungsquelle kann mit einem Strahlungsrohr versehen sein, dessen Länge man so wählt, daß die Spule ständig über ihre gesamte Höhe bestrahlt wird. Eine solche Strahlungsquelle kann für Spulen mit geraden Seiten verwendet werden.
Die Strahlungsquelle kann auch mit einem Strahlungsrohr versehen sein, dessen Länge kleiner als die Gesamthöhe der Spule ist. Das ist insbesondere bei Spulen mit großer Höhe der Fall, die auf einem sich drehenden Träger gebildet werden, der sich außerdem mit einer zum Faden senkrecht schwingenden Bewegung bewegt. Die Strahlungsquelle wird dann gegenüber der Aufwickelzone der Spule gehalten und bestrahlt die sich bildende Spule periodisch.
Es ist selbstverständlich möglich, mehrere Strahlungsquellen einzusetzen, deren Strahlungsrohre parallel zur Achse des Trägers angeordnet sind, auf welchem die Spule aufgewickelt wird. Die von diesen Quellen ausgesendeten Strahlen können zum selben Oberflächenbereich der Spule oder auf unterschiedliche Bereiche konvergieren. Durch diese Ausführungsform werden die erfindungsgemäß angebotenen Regelungsmöglichkeiten noch vervielfacht.
In manchen Fällen muß die Bestrahlung der Spule in einem Behälter durchgeführt werden, welcher es ermöglicht, sie mit einer Atmosphäre aus einem Inertgas wie Stickstoff zu umgeben oder das in Gegenwart von Luft gebildete Ozon zu entfernen. Die beträchtliche Verlängerung des Bestrahlungszeitraums erlaubt es jedoch, die Strahlungsleistung der Ultraviolettstrahlungsquellen, insbesondere in Gegenwart einer Inertgasatmosphäre, zu verringern.
Schließlich ist es in einer gewissen Anzahl von Fällen möglich, einen ausreichenden Umwandlungsgrad zu erreichen, ohne daß es notwendig wäre, den Faden mit einer Inertgasatmosphäre zu umgeben.
Generell erlaubt bei einem einen relativ niedrigen Gewichtsprozentanteil an Gemisch enthaltenden Faden die einzige Bestrahlung der Spule einen Umwandlungsgrad zu erreichen, der genügt, um ein starkes Kleben des Fadens auf der Spule zu vermeiden. Um einen hohen Prozentanteil an Gemisch am Faden zu erhalten, wird im allgemeinen die Ziehgeschwindigkeit verringert, wobei dann die Schwingungen, denen der Faden ausgesetzt ist, vernachlässigbar sind. Außerdem wird dem Faden durch einen hohen Prozentanteil an Gemisch eine ausgezeichnete Kohäsion verliehen. Unter diesen Bedingungen ist es empfehlenswert, vor dem Aufspulen den Faden der Strahlung mindestens einer Strahlungsquelle auszusetzen, um, bevor der Faden mit der Spule in Berührung kommt, den Beginn der Polymerisation und/oder Vernetzung des Gemischs einzuleiten. Dadurch wird ein Verkleben der Fadenlagen untereinander verhindert, was die Spule unbrauchbar machen würde. Eine viel weitergehende Polymerisation kann dann mittels der Bestrahlung der Spule durchgeführt werden. Im allgemeinen beträgt der Glühverlust, durch den der Gewichtsprozentanteil an Gemisch gemessen wird, höchstens 3%. Oberhalb dieses Wertes ist die Gefahr, daß die Lagen zusammenkleben, nicht mehr zu vernachlässigen.
Anschließend wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand der folgenden speziellen Beschreibung unter Bezugnahme auf die im Anhang befindliche Figur näher erläutert.
Diese Figur zeigt eine schematische Vorderansicht einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung. Sie umfaßt eine Spinndüse 10, die im allgemeinen aus einer Metallegierung besteht und durch Joulesche Wärme beheizt wird. Diese Spinndüse dient dazu, das Glas zu schmelzen oder Glas, das von einer nicht dargestellten Quelle kommt, im geschmolzenen Zustand zu halten.
Der Boden der Spinndüse 10 ist mit einer großen Anzahl Öffnungen durchbohrt, die gegebenenfalls von Röhrchen 11 mit kleinem Durchmesser verlängert werden, woraus Strahlen aus geschmolzenem Glas fließen. Diese Strahlen werden mechanisch gezogen, wobei endlose Filamente 12 entstehen.
Die Filamente 12, welche mindestens eine aufgefächerte Bahn bilden, laufen über eine Beschichtungseinrichtung 13, wo sie mit dem Reaktionsgemisch überzogen werden. Diese dem Fachmann bekannte Einrichtung 13 besteht aus einer Auftragseinrichtung, die mit einem Filz versehen ist, der mittels einer Dosierpumpe mit dem Reaktionsgemisch befeuchtet wird.
Die so mit dem Gemisch überzogenen Filamente 12 werden mit Hilfe eines Mittels wie einer Verbindungsscheibe 15 zu einem Faden 14 vereinigt. Dieser Faden wird anschließend von mindestens einem Führungsmittel, beispielsweise einer kleinen Rolle 16 geführt, bevor er auf einer sich drehenden Spindel 17 aufgewickelt wird. Diese Spindel wird von einem nicht dargestellten in einem Gestell befestigten Motor angetrieben. Der Faden 14 wird von einem Mittel 19 zur Verteilung dieses Fadens wie einer Verkreuzschnecke zu einer Spule 18 aufgewickelt.
Der Faden 14 wird, während er sich mit der Spule 18 in Berührung befindet, der Einwirkung einer Ultraviolettstrahlung mittels der Einrichtung 20 ausgesetzt. Diese Einrichtung umfaßt ein Strahlungsrohr 21, das unter Hoch-, Mittel- oder Niederdruck stehen kann und durch Elektroden oder Mikrowellen angeregt wird. Das Strahlungsrohr kann mit Edelgasen oder Metallhalogeniden gefüllt sein und wird im wesentlichen nach seinem Emissionsspektrum ausgesucht.
Das Emissionsspektrum, wie auch Charakter und Anteil der verschiedenen Verbindungen, die das Reaktionsgemisch bilden, sowie die von der Spule aufgenommene Energiemenge ist einer der Faktoren, deren Auswahl es ermöglicht, den gewünschten Umwandlungsgrad zu erhalten.
Hinter dem Strahlungsrohr 21 ist ein Parabolreflektor 22 angebracht, der die Strahlung auf einen festgelegten Bereich der Spule 18 fokussiert. Die Einheit aus Strahlungsrohr und Reflektor ist in einem Gehäuse 23 untergebracht, das über einen hin- und hergehenden Stab 25 fest mit einem Träger 24 verbunden ist. Dieser Stab ermöglicht es zu Beginn, den Abstand zwischen Strahlungsrohr 21 und Oberfläche der Spindel 17 zu regeln. Wenn der gewünschte Umwandlungsgrad sehr hoch ist, wird dieser Abstand während des gesamten Aufwickelvorgangs konstantgehalten. Liegt demgegenüber der gewünschte Umwandlungsgrad unter etwa 90%, ist es wünschenswert, einen zwischen der Oberfläche der sich bildenden Spule und der Strahlungsquelle konstanten Ab stand aufrechtzuerhalten oder im Laufe der Zeit die von der Spule aufgenommene Energiemenge zu variieren. Im ersten Fall kann die Strahlungsquelle an einem Arm angebracht werden, dessen sich von der Achse der Spindel 17 entfernende Bewegung von einer Regelungseinrichtung gesteuert wird. Im zweiten Fall wird die Energiemenge von einem Blendenschiebersystem geregelt, dessen Schließbefehl durch die Wachstumsgeschwindigkeit der Spule ausgelöst wird. Das Strahlungsrohr 21 wird so ausgewählt, daß die sich bildende Spule der permanenten und gleichmäßigen Einwirkung der Ultraviolettstrahlung ausgesetzt ist, die es auf einen Bereich emittiert, der sich über die gesamte Länge der Spule erstreckt.
Der Zeitraum, während dessen der Faden bestrahlt wird, hängt von der Spulenform und damit in gewisser Weise von dem Mittel, das zum Verteilen des Fadens auf der Spule ausgewählt worden ist, der Aufwickelgeschwindigkeit und der Breite des bestrahlten Bereichs ab.
Dieser Zeitraum kann als Funktion des gewünschten Umwandlungsgrades geregelt werden, welcher von der zukünftigen Verwendung des hergestellten Fadens abhängt. So kann man, wobei alle anderen Bedingungen gleich bleiben, den Zeitraum verlängern oder verkürzen, indem der bestrahlte Bereich mittels eines an der Strahlungsquelle angeordneten Blendenschiebersystems, dessen Öffnungsgrad durch die Breite der emittierten Strahlung gesteuert wird, vergrößert oder verkleinert wird.
Die erfindungsgemäßen Vorteile in bezug auf ein Direktverfahren, in welchem der Faden in Linie bestrahlt wird, werden anhand eines Vergleichsbeispiels verdeutlicht.

Herstellung eines Fadens gemäß dem Stand der Technik

Ausgehend von einer Spinndüse aus einer Platin-Rhodium-Legierung, die durch Joulesche Wärme beheizt wird und mit 408 Öffnungen versehen ist, wird ein Glasfaden hergestellt. Das Glas, mit welchem die Spinndüse versorgt wird, hat eine Zusammensetzung, die im wesentlichen Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Erdalkalioxide wie Calciumoxid und gegebenenfalls Magnesiumoxid und Bortrioxid umfaßt. Diese Glasart ist allgemein unter der Bezeichnung E-Glas bekannt. Das Reaktionsgemisch wird über eine mit einem Filz versehene Auftragseinrichtung während des Ziehvorgangs auf den Filamenten aufgebracht.
Der Faden wird auf seinem Weg zwischen zwei Führungsmitteln sukzessive einer Ultraviolettstrahlung ausgesetzt, die von drei nacheinander angeordneten Strahlungsquellen emittiert wird. Dabei ist jede Strahlungsquelle mit einem 25 Zentimeter langen Quecksilberdampf-Strahlungsrohr ausgestattet, das eine Leistung von 120 Watt pro Längszentimeter des Strahlungsrohrs hat. Die Konvergenz der Strahlung auf den Fadendurchlauf wird von einem elliptischen Reflektor hinter dem Strahlungsrohr sichergestellt.
Der aus 408 Filamenten mit einem mittleren Durchmesser von 9 um bestehende Faden weist einen Titer von 68 tex auf. Das Verteilungsmittel wurde so gewählt, daß eine Spule mit geraden Seiten erhalten wird.

Herstellung eines erfindungsgemäßen Fadens

Der Faden wird ausgehend von einer identischen Spinndüse, die mit dem gleichen Glas versorgt wird, unter denselben Bedingungen hergestellt. Die Spule, welche ebenfalls gerade Seiten aufweist, wird von einer Strahlungsquelle bestrahlt, die mit einem 40 Zentimeter langen Strahlungsrohr versehen ist, das mit Quecksilberdampf gefüllt ist und eine Leistung von 80 Watt pro Längszentimeter des Strahlungsrohrs hat. Hinter dem Strahlungsrohr ist ein Parabolreflektor angeordnet.
Das auf den beiden Fäden aufgebrachte Gemisch hat folgende in Gewichtsprozenten ausgedrückte Zusammensetzung:
- Isobutylstearat 4,25%,
- Siliconacrylat (vertrieben unter der Bezeichnung Ebecryl 1360 von der Gesellschaft Union Chimigue Beige) 14,25%,
- Diacrylatcarbonat (vertrieben unter der Bezeichnung Acticryl CL 993 von der Gesellschaft Harcros) 14,25%,
- N-Vinylpyrrolydon 33,25%,
- ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat (Vertrieben unter der Bezeichnung SR 454 von der Gesellschaft Cray Vallée) 19,00%,
- 1-Hydroxyhexylphenylketon (vertrieben unter der Bezeichnung Irgacure 184 von der Gesellschaft Ciba-Geigy) 10,00%,
- ethoxyliertes Trimethoxysilan (vertrieben unter der Bezeichnung Silane Y 5889 von der Gesellschaft Union Carbide) 5,00.
Der Glühverlust auf den beiden Fäden beträgt etwa 1%.
Die Zugfestigkeit der beiden Fäden wurde an 15 cm langen Probekörpern gemessen, die mit einer Ziehgeschwindigkeit von 400 mm/min beansprucht wurden.
Die mittlere Zugfestigkeit des in Linie bestrahlten Fadens betrug 1237 MPa und die des erfindungsgemäß hergestellten Fadens 1650 MPa.
Der Umwandlungsgrad eines Gemischs wie zuvor betrug für den in Linie bestrahlten Faden 60 bis 75% und für den erfindungsgemäßen Faden mehr als 90%.
Die Eignung der Fäden zum Weben wurde in einer Webmaschine mit Müller-Greifereintrag untersucht; sie ist für in Linie bestrahlte Faden mäßig und für den erfindungsgemäßen Faden gut.
Dieses Beispiel erläutert lediglich die Erfindung. Die Erfindung betrifft ebenfalls Fäden, die aus anderen Gläsern, insbesondere bekannten Gläsern, gebildet sind, um dem Faden ausgezeichnete mechanische, chemische oder dielektrische Eigenschaften zu verleihen. So ist die Erfindung auf Fäden gerichtet, die aus Gläsern gebildet sind, die im wesentlichen Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Calciumoxid und Magnesiumoxid, wie das unter der Bezeichnung R-Glas bekannte Glas, oder im wesentlichen Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid, wie das unter der Bezeichnung S-Glas bekannte Glas, enthalten.
Die Erfindung richtet sich insbesondere auf Fäden, die aus für ihre chemische Beständigkeit im stark basischen Medium bekannten Gläsern gebildet sind. Das trifft speziell auf Fäden zu, die unter der Marke "CEMFIL" vertrieben werden, deren Zusammensetzung im wesentlichen Siliciumdioxid, Zirconiumdioxid und Alkalimetalloxide umfaßt.
Die Erfindung ist auch auf Fäden gerichtet, welche aus Gläsern gebildet sind, die mehr als 90 Gew.-% Siliciumdioxid und Bortrioxid enthalten und für ihre niedrige dielektrische Konstante und niedrigen dielektrischen Verlustfaktor bekannt sind, wie D-Glas.
Die Erfindung ist weiterhin auf Mischfäden gerichtet, die beispielsweise durch Vereinigung von Filamenten aus E-Glas und thermoplastischen organischen Filamenten gebildet sind. Ein solcher Faden läßt sich beispielsweise gemäß dem in der Patentanmeldung EP-A-367 661 beschriebenen Verfahren direkt herstellen. In diesem Fadentyp ist/sind die Anzahl und/oder der Durchmesser der Glasfilamente, die er enthält, so, daß diese im allgemeinen zwischen 10 und 90 Gew.-% des Fadens ausmachen. Der extrudierte und zu Filamenten geformte organische Stoff wird aus Polypropylenen, Polyamiden oder Polyestern ausgewählt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines endlosen Fadens, gemäß welchem eine Vielzahl endloser Filamente durch mechanisches Ziehen einer Vielzahl von Strahlen aus geschmolzenem/- geschmolzenen thermoplastischem/thermoplastischen Stoffen, die durch die Öffnungen mindestens einer Vorrichtung fließen, gebildet wird und welches darin besteht, auf der Oberfläche von wenigstens einem Teil der Filamente ein Gemisch im flüssigen Zustand aufzubringen, das in der Lage ist, bevor sie zu mindestens einem Faden vereinigt werden, unter Einwirkung einer ultravioletten Strahlung zu reagieren, den Faden zur Form einer Spule auf einem sich drehenden Träger aufzuwickeln und die Spule während des Aufwickelns einer ultravioletten Strahlung auszusetzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gemäß welchem eine Vielzahl endloser Filamente durch mechanisches Ziehen einer Vielzahl von Strahlen aus mindestens zwei unterschiedlichen thermoplastischen Stoffen, die durch die Öffnungen mindestens zweier verschiedener Vorrichtungen fließen, gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Filamente aus einem dieser Stoffe ein Gemisch im flüssigen Zustand aufgebracht wird, das in der Lage ist, unter der Einwirkung einer ultravioletten Strahlung zu reagieren, die verschiedenen Filamente vereinigt werden, um einen Mischfaden zu bilden, der Faden auf einem sich drehenden Träger aufgewickelt und die sich bildende Spule einer ultravioletten Strahlung ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gemäß welchem eine Vielzahl endloser Glasfilamente, welche durch mechanisches Ziehen von Strahlen aus geschmolzenem Glas erhalten worden sind, die durch die Öffnungen einer mittels Joulescher Wärme beheizten Spinndüse fließen, und eine Vielzahl endloser Filamente, die durch mechanisches Ziehen von Strahlen aus thermoplastischem organischem Stoff gebildet werden, welche durch die Öffnungen eines Spinnkopfes extrudiert worden sind, zu mindestens einem Faden vereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch auf den Glasfilamenten aufgebracht wird, diese mit den organischen Filamenten vereinigt werden, um einen Mischfaden zu bilden, und die sich aus diesem Faden auf einem sich drehenden Träger bildende Spule der Einwirkung einer ultravioletten Strahlung ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gemäß welchem eine Vielzahl endloser Filamente durch mechanisches Ziehen einer Vielzahl von Strahlen aus geschmolzenem Glas, die durch die Öffnungen mindestens einer mittels Joulescher Wärme beheizten Spinndüse fließen, gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Glasfilamente ein Gemisch aufgebracht wird, das in der Lage ist, bevor sie zu mindestens einem Faden vereinigt werden, unter der Einwirkung einer ultravioletten Strahlung zu reagieren, der Faden auf einem sich drehenden Träger aufgewickelt und die sich bildende Spule einer ultravioletten Strahlung ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich bildende Spule der permanenten und gleichmäßigen Einwirkung der ultravioletten Strahlung in einem Bereich ausgesetzt wird, der sich über die gesamte Länge der sich bildenden Spule erstreckt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule auf einem sich drehenden Träger aufgewickelt, der mit einer in seiner Achse oszillierenden Bewegung angetrieben wird, und der periodischen Einwirkung der ultravioletten Strahlung ausgesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ultravioletten Strahlungsquelle und der Oberfläche der sich bildenden Spule während des gesamten Aufwickelvorgangs konstantgehalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von der bestrahlten Spule aufgenommene Energiemenge in Abhängigkeit von der Zunahmegeschwindigkeit dieser Spule geregelt wird.