DE69715089T2

DE69715089T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metallfasern oder Faden aus Metallfasern

Info

Publication number: DE69715089T2
Application number: DE69715089T
Authority: DE
Inventors: Yukio Aoike; Tatsuo Hirayama; Tadashi Takahashi
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2017-05-29
Also published as: EP0810304B1; EP0810304A3; US20020037422A1; US20010001286A1; US5858200A; US6338780B2; EP0810304A2; US6270913B1; DE69715089D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung einer metallischen Faser, welche vorteilhaft verwendet wird als Filter, als elektromagnetisches Schirmelement, als antistatisches Element oder ähnliches, wobei die zusammengedrehten metallischen Fasern in einem Produkt, wie beispielsweise einem Riemen, einem Katalysatorträger oder ähnlichem, verwendet werden.
Allgemein ist als Technologie zur kostengünstigen Herstellung einer metallischen Faser, deren Durchmesser 50 um oder weniger beträgt, weit verbreitet gewesen, dass mehrere Metalldrähte mittels eines metallischen Röhrenelements oder eines metallischen Plattenelements beschichtet wurden und durch Ziehen verlängert wurden, wobei die Metalldrähte durch eine Form hindurchgeführt wurden und ihr Durchmesser gesenkt wurde. Außerdem wurden die mehreren verlängerten Drähte gebunden und wiederbeschichtet mittels des metallischen Röhrenelements oder des metallischen Plattenelements und wieder verlängert. Der Durchmesser des Metalldrahts wurde ausreichend gesenkt, um eine metallische Faser auszubilden. Anschließend wurde ein metallisches Beschichtungselement, d. h. ein Matrixelement, welches mittels des Röhrenelements oder des Plattenelements ausgeformt worden war, durch Säure gelöst und von dem verlängerten Draht entfernt, d. h. von dem zusammenlaufenden verlängerten Draht, welches die metallische Faser umgibt. So wurde die metallische Faser erhalten.
Außerdem wurden, um zusammengedrehte metallische Fasern zu erhalten, die metallischen Fasern gebunden, und die mehreren gebundenen Fasern, die einem ersten Verdrehen unterlagen, wurden zunächst einem zweiten Verdrehen unterworfen.
Herkömmlicherweise ist außerdem eine rostfreie Stahlfaser, weiche extra dünn sein kann, hauptsächlich mit einem leitfähigen Gewebe durchmischt, mit einem brechenden Gewebe, einem Plastik oder ähnlichem, und verwendet für innere Materialien oder industrielle Anwendungen, wie beispielsweise Füllungen, Filter oder Filtriervorrichtungen oder ähnliches, was die Leitfähigkeit oder thermische Leitfähigkeit des Gewebes verbessert. Demzufolge bestanden keine hohen Anforderungen an die Erscheinung der rostfreien Stahlfaser. Die rostfreie Stahlfaser, welche für diese herkömmlichen Anwendungen verwendet wird, wird hergestellt durch zusammenlaufende Erweiterung oder Ausschneidung, so dass ihre Farbe einfach das Silber des rostfreien Stahls ist. Demzufolge ist die Erweiterung der Anwendung, wobei ein gutes Erscheinungsbild des rostfreien Stahls erforderlich ist, momentan behindert.

Beschreibung des Standes der Technik

Bis jetzt ist für einen Fall, in welchem das Matrixelement eines zusammenlaufenden Fasermaterials gelöst wird, um eine metallische Faser zu erhalten, ein Verfahren zum Eintauchen des Matrixelements in eine Lösung, wie beispielsweise salpetrige Säure, bekannt als Verfahren zum Lösen eines Matrixelements. Beispielsweise offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung (JP-A) Nr. 61-137623 (Verfahren zur Herstellung einer rostfreien Faser) ein Verfahren zum Eintauchen eines Matrixelements in eine thermische, salpetrige saure Lösung, und zum anschließenden Lösen und Entfernen des Matrixelements von dem zusammenlaufenden Fasermaterial. Die japanische Patentveröffentlichung (JP-B) Nr. 53-34589 (Verfahren zur Herstellung einer rostfreien Metallfaser) offenbart ein Verfahren zum Eintauchen eines zusammenlaufenden verlängerten Drahts in eine salpetrige saure Lösung, um so ein Matrixelement (ein umhüllendes Material) von dem zusammenlaufenden verlängerten Draht zu lösen und zu entfernen und anschließend sofort den zusammenlaufenden verlängerten Draht in eine gemischte Lösung aus Flusssäure und salpetriger Säure einzutauchen.
Da hochreaktive Chemikalien verwendet werden, erforderten diese chemischen Lösungsverfahren gefährliche Vorgänge. Gleichzeitig bestanden Nachteile hinsichtlich der Umweltverschmutzung aufgrund der Erzeugung von Nox-Gas sowie ein Nachteil, dass zu entsorgende Säure produziert wurde. Außerdem war es schwierig, den Zustand der Lösung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs aufrechtzuerhalten. Andererseits ist auch ein Verfahren zur elektrochemischen Lösung eines Matrixelements bekannt.
Beispielsweise gibt es ein Verfahren zum elektrischen Lösen eines Matrixelements durch direkte Zuführung. In diesem Fall wird das Zuführen eines zusammenlaufenden verlängerten Drahts durchgeführt durch Kontaktieren einer Zuführwalze oder ähnlichem.
Ein herkömmliches Beispiel für das direkte Zuführverfahren verwendet herkömmliche Presswalzen, und eine erläuternde Darstellung des Zuführverfahrens ist in Fig. 1 dargestellt. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird, da ein zusammenlaufender verlängerter Draht 2 gebogen wird und mittels einer Zuführwalze 3 und Presswalzen 4 verklemmt wird, welche vor und hinter der Zuführwalze 3 positioniert sind, ein gewünschter Kontakt zwischen dem zusammenlaufenden verlängerten Draht 2 und der Zuführwalze 3 erzielt. Fig. 1 zeigt einen elektrolytischen Tank 1.
Bei diesem Zuführverfahren unterliegt der zusammenlaufende verlängerte Draht 2, wenn der zusammenlaufende verlängerte Draht 2 zwischen den Presswalzen 4 und der Zuführwalze 3 hindurchtritt, einer Biegung. Demzufolge entsteht Spannung in dem zusammenlaufenden verlängerten Draht. 2.
Spannung, welche erzeugt wird aufgrund der Biegung mittels des Zuführbereichs und welche in Förderrichtung des zusammenlaufenden verlängerten Drahts nach und nach ansteigt, wird größer als die Zugfestigkeit beim Zerbrechen des zusammenlaufenden verlängerten Drahts, welche nach und nach sinkt in einer Stufe, bei welcher das Matrixelement des zusammenlaufenden verlängerten Drahts elektrisch gelöst wird. Als Ergebnis bestand der Nachteil, dass der Draht während der elektrolytischen Bearbeitung zerbrach.
In einer Stufe, bei welcher das Matrixelement des zusammenlaufenden verlängerten Drahts elektrisch gelöst wird, wird, wenn die metallischen Fasern anfangen frei zu liegen, die Zugfestigkeit der metallischen Fasern extrem gering. Eine Reduzierung der bei dem zusammenlaufenden elektrischen Draht erzeugten Spannung während der Beförderung dieses Drahts wird daher besonders wichtig.
Als Mittel zum Reduzieren der Spannung, die bei dem zusammenlaufenden verlängerten Draht während seiner Bewegung erzeugt wird, zeigt Fig. 2 die erläuternde Darstellung einer pendelartigen Zuführmethode. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist ein Aufbau ausgebildet durch ein Lagerelement 5, eine pendelartige Zuführwalze 6, welche drehbar durch das Lagerelement 5 gelagert ist, und Aufnahmewalzen 7. Das Zuführen eines zusammenlaufenden verlängerten Drahts 2 wird durchgeführt durch Kontaktieren der pendelartigen Zuführwalze 6 mit dem oberen Bereich des zusammenlaufenden verlängerten Drahts 2 durch das Gewicht der Zuführwalze 6. Bei diesem Verfahren wird kein übermäßiger Kontaktdruck auf den zusammenlaufenden verlängerten Draht 2 aufgebracht, und die bei ihm erzeugte Spannung ist nicht groß. Es ist jedoch schwierig, Schwingungen des zusammenlaufenden verlängerten Drahts 2 beim Passieren zwischen der Zuführwalze und den Aufnahmewalzen 7 zu verhindern, und aufgrund dieser Schwingungen schwingt auch die pendelartige Zuführwalze 6 in vertikaler Richtung. Demzufolge bestand ein Nachteil darin, dass der Kontaktdruck zwischen dem zusammenlaufenden verlängerten Draht 2 und der pendelartigen Zuführwalze 6 sich verändert und eine stabile Zuführung nicht durchgeführt werden kann.
Fig. 3 zeigt außerdem die erläuternde Darstellung eines Falls, in welchem mehrere zusammenlaufende verlängerte Drähte mittels einer pendelartigen Zuführwalze zugeführt werden. In einem Fall, in welchem mehrere zusammenlaufende verlängerte Drähte mittels einer pendelartigen Zuführwalze 6 zugeführt werden, ist die Spannung jedes zusammenlaufenden verlängerten Drahts 2 unterschiedlich. Demzufolge bestand ein Nachteil darin, dass ein Durchhängen auftrat bei dem zusammenlaufenden verlängerten Draht 2', dessen Spannung gering war, so dass der zusammenlaufende verlängerte Draht 2' die pendelartige Zuführwalze 6 nicht korrekt kontaktierte.
Auf diese Art und Weise ist, da das Verfahren zur elektrischen Lösung durch direkte Zuführung verschiedene Nachteile aufwies, auch ein indirektes Zuführverfahren in Betracht gezogen worden.
Beispielsweise offenbart die EP 0337517B1 ein Verfahren, wobei mehrere elektrolytische Tanks vorgesehen sind, wobei mehrere Elektroden an dem unteren Bereich der Tanks vorgesehen sind, so dass ein zusammenlaufender verlängerter Draht durch die Elektroden hindurchtritt, wobei positive und negative Potentiale abwechselnd an die mehreren Elektroden angelegt werden, die in Passierrichtung des zusammenlaufenden verlängerten Drahts angeordnet sind, so dass das Matrixelement der zusammenlaufenden elektrischen Drähte elektrolytisch durch indirekte Zuführung entfernt wird.
Bei diesem indirekten Zuführverfahren bestand kein Nachteil, der durch den Zuführbereich erzeugt wurde, wie in den vorgenannten direkten Zuführverfahren. Der zusammenlaufende verlängerte Draht wird jedoch während der elektrolytischen Bearbeitung wiederholt abwechselnd eine Kathode und eine Anode, und während der Kathodenbearbeitung wird das Matrixelement nicht gelöst. Das Verfahren war daher ineffizient, und es bestand ein Nachteil darin, dass es schwierig ist, die elektrolytischen Bedingungen der Anode unter der Energiezuführspannung zu steuern.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung löste vorteilhaft die oben genannten Nachteile, und ihr Ziel ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer metallischen Faser zu schaffen, welches bzw. welche das Matrixelement eines zusammenlaufenden verlängerten Drahts in gewünschter Art und Weise durch eine elektrolytische Bearbeitung löst und entfernt, welches Verfahren auf einem direkten Zuführverfahren basiert und kein schädliches Gas erzeugt.
Bezüglich der Herstellung der zusammengedrehten metallischen Fasern ist außerdem bei den herkömmlichen Verfahren die Verlängerung der metallischen Fasern gering, verglichen mit der von organischen Fasern. Als Ergebnis brechen, wenn die Fasern zusammengedreht werden, die Fasern aufgrund der Reibung mit einer Führung, und die Lockerheit des zusammengedrehten Fadens wird erzeugt. Demzufolge verschlechtert sich das Erscheinungsbild der zusammengedrehten Fasern, ihr Durchmesser sinkt, und daher entstehen Nachteile, wenn die zusammengedrehten Fasern zu einem Gewebe verwebt werden. Wenn die zusammengedrehten Fasern durchhängen, tritt aufgrund des Entwickelns der zusammengedrehten Fasern eine Schleife auf und wird zu einem Hindernis bei der nachfolgenden Bearbeitung. Das Problem der Erzeugung von Schleifen aufgrund der Entwicklung ist insbesondere bemerkenswert, wenn der Faden einfach verdreht wird und nicht hauptsächlich verdreht, um eine Lockerheit zu verhindern. In diesem Fall ist es möglich, dass eine nachfolgende Bearbeitung nicht durchgeführt werden kann.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ist im Hinblick auf den oben beschriebenen Stand der Technik entwickelt worden, und sein Ziel ist es, zusammengedrehte metallische Fasern zu schaffen, welche nicht locker sind, welche stark sind und welche sich nicht entwickeln. Außerdem ist das Ziel dieses zweiten Aspekts, Mittel zur Herstellung der zusammengedrehten Fasern mit solchen Merkmalen mittels eines relativ einfachen Verfahrens zu schaffen.
Herkömmlicherweise war es außer in dem Fall, in welchem ein silbermetallischer Glanz verwendet wurde, ungeeignet, dass die zusammengedrehten Fasern gemischt mit getrockneten organischen Fasern versponnen oder verwebt wurden. Außerdem war in einem Fall, in welchem die zusammengedrehten Fasern als Faden zum Binden einer Fliege für das Fliegenfischen und zum Einstellen des Auftriebs verwendet werden, die Farbe Silber nicht geeignet. Außerdem kann ein Plastik verwendet werden als Schränkchen für elektronische Komponenten. Dabei werden unter dem Gesichtspunkt des Verhinderns der Nachteile von elektromagnetischen Wellen metallische Fasern mit dem Plastik gemischt. Aufgrund der unterschiedlichen Farben dieser beiden Bestandteile war das Erscheinungsbild des Schränkchens jedoch nicht besonders schön.
Andererseits ist auch ein Verfahren zum Einfärben des rostfreien Stahls vorgeschlagen worden. Beispielsweise offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung (JP-A) Nr. 2-107798 ein Verfahren zum Einfärben des rostfreien Stahls auf elektrochemische Art und Weise durch Anlegen eines Impulspotentials an den Stahl.
Bei dem oben offenbarten Einfärbeverfahrens ist der einzufärbende rostfreie Stahl jedoch ein Stahlblock. Wenn das oben beschriebene Einfärbeverfahren auf das Bündel aus mehreren rostfreien Stahlfasern mit einem Durchmesser von 4 bis 50 um angewandt wird, brechen die Fasern aufgrund der Reibung mit einer Führungswalze oder einer Eintauchwalze, und das Faserbündel wird lose. Es bestanden Nachteile bezüglich der Reduzierung der Festigkeit der Fasern, der Schlechtigkeit ihres Erscheinungsbilds, etc. In einem Fall, in welchem das Elektrolyt schwierig durch das Innere des Faserbündels hindurchtreten kann, bestand außerdem der Nachteil, dass unregelmäßige Farbgebung auftrat.
Demzufolge ist es ein Ziel des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung, eine eingefärbte rostfreie Stahlfaser zu schaffen, deren Oberfläche zufriedenstellend eingefärbt ist und welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist, und außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer solchen eingefärbten rostfreien Stahlfaser.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft, wie in Anspruch 1 beschrieben, ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Faser, wobei von einem zusammenlaufenden verlängerten Draht, welcher durch eine metallische Faser und ein Matrixelement ausgeformt ist, welches aus einem metallischen Material besteht und dessen Löslichkeit höher ist als die Löslichkeit der metallischen Faser, das Matrixelement kontinuierlich gelöst und entfernt wird mittels einer elektrolytischen Bearbeitung in mehreren elektrolytischen Tanks, welche in Beförderungsrichtung des Drahts angeordnet sind, wobei:
der Draht durch Elektrolyte in den mehreren elektrolytischen Tanks hindurchgeführt wird, welche in Gestalt eines sanften konvexen Bogens angeordnet sind, der an seiner in vertikaler Richtung oberen Seite den Durchgang zur Beförderung des Drahts beinhaltet, wobei der Draht über mehrere Zuführvorrichtungen hinübergeführt wird, welche an den äußeren Seiten der Elektrolyte vorgesehen sind und welche in der gleichen bogenartigen Gestalt angeordnet sind, so dass sie den elektrolytischen Tanks entsprechen, wobei in jedem der mehreren elektrolytischen Tanks die metallische Faser in entweder einem Kathoden-Reduktionsbereich oder einem Passivierungsbereich gehalten wird, oder wobei alternativ ein Anodenstrom bei einem vorbestimmten Potential aufrechterhalten wird, welches näher an 0 liegt, und das Matrixelement anoden-elektrolysiert wird.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem, wie in Anspruch 11 beschrieben, eine Vorrichtung zur Herstellung einer metallischen Faser, welche eine Abwickelmaschine für verlängerten Draht beinhaltet, welche einen zusammenlaufenden verlängerten Draht befördert, welcher durch eine metallische Faser und ein Matrixelement ausgeformt ist, welches aus einem metallischen Material besteht und dessen Löslichkeit höher ist als die Löslichkeit der metallischen Faser, wobei die Vorrichtung weiter mehrere elektrolytische Tanks beinhaltet, welche Gegenelektroden beinhalten und welche in Beförderungsrichtung des zusammenlaufenden verlängerten Drahts angeordnet sind, wobei mehrere Zuführvorrichtungen in der Nähe der Außenseiten der elektrolytischen Tanks vorgesehen sind, sowie eine Aufwickelmaschine für den zusammenlaufenden verlängerten Draht, welche den zusammenlaufenden verlängerten Draht aufwickelt, welcher gefördert worden ist und durch die elektrolytischen Tanks hindurchgeführt worden ist, und wobei dar zusammenlaufende verlängerte Draht kontinuierlich elektrolysiert wird, wobei:
die mehreren elektrolytischen Tanks und mehreren Zuführvorrichtungen in Gestalt eines konvexen Bogens angeordnet sind, der an seiner in vertikaler Richtung oberen Seite den Durchgang für die Beförderung des zusammenlaufenden verlängerten Drahts beinhaltet, und wobei die Zuführung des zusammenlaufenden verlängerten Drahts durchgeführt wird, während dieser zusammenlaufende verlängerte Draht befördert wird, und die oberen Bereiche der mehreren Zuführvorrichtungen kontaktiert.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem, wie in Anspruch 6 beschrieben, ein Verfahren gemäß Anspruch 1, weiter mit dem folgenden Schritt:
Verdrehen des zusammenlaufenden verlängerten Elements in der Einheit von zwei bis vier vor der elektrolytischen Bearbeitung, während das zusammenlaufende verlängerte Element durch eine Formeinrichtung zu einer Spiralgestalt geformt wird, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser eines festverdrehten Garns.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem, wie in Anspruch 7 beschrieben, ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei mehrere zusammenlaufende Elemente aus metallischen Fasern, und zwar in der Einheit von zwei bis vier, welche nicht zuvor verdreht sind, und wobei entweder Metall oder eine Legierung, deren Zusammensetzung anders ist als die Legierung einer metallischen Faser, eine Matrix bildet, einer plastischen Deformation zu einer Spiralgestalt unterworfen wird, die zusammenlaufenden Elemente aus der metallischen Faser verdreht werden und in eine Richtung geformt werden und nicht dazu tendieren, sich zu entwinden.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem, wie in Anspruch 10 beschrieben, ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei:
die metallische Faser eine rostfreie Stahlfaser ist, welcher rostfreie Stahl durch Erhitzen der Faser in einer oxidierten Atmosphäre eingefärbt wird und durch Ausbilden einer Oxidmembran auf der Oberfläche der Faser, wobei die Heiztemperatur der rostfreien Stahlfaser im Bereich von 300 bis 800 Grad liegt und die Heizzeit der rostfreien Stahlfaser im Bereich von 10 bis 600 Sekunden liegt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine erläuternde Darstellung eines Zuführverfahrens, welches herkömmliche Druckwalzen verwendet.
Fig. 2 ist eine erläuternde Darstellung eines pendelartigen Zuführverfahrens.
Fig. 3 ist eine erläuternde Darstellung eines Falls, in welchem mehrere zusammenlaufende verlängerte Drähte mittels einer pendelartigen Zuführwalze zugeführt werden.
Fig. 4A ist eine erläuternde Darstellung, welche den Zustand einer elektrolytischen Bearbeitung zeigt.
Fig. 4B ist ein Graph, welcher die Verteilung von Potentialen in Längsrichtung eines elektrolytischen Tanks zeigt.
Fig. 5 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der für die Elektrolyse bis zum Ende benötigte Zeit und der Länge des elektrolytischen Tanks darstellt.
Fig. 6 ist eine erläuternde Darstellung, welche das Beispiel einer Vorrichtung zeigt, auf welche die vorliegende Erfindung angewandt wird und bei welcher mehrere elektrolytische Tanks und Zuführwalzen in Gestalt eines Bogens angeordnet sind.
Fig. 7 ist eine Fotografie der zusammengedrehten metallischen Fasern mit Bezug auf die vorliegenden Erfindung mit einer Vergrößerung von 1, 2.
Fig. 8 ist eine Fotografie der zusammengedrehten metallischen Fasern mit Bezug auf die vorliegende Erfindung mit einer Vergrößerung von 5.
Fig. 9 ist eine Fotografie der zusammengedrehten metallischen Fasern mit Bezug auf ein herkömmliches Beispiel mit einer Vergrößerung von 1, 2.
Fig. 10 ist eine Fotografie der zusammengedrehten metallischen Fasern mit Bezug auf das herkömmliche Beispiel mit einer Vergrößerung von 5.
Fig. 11 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Vorgang des Einfärbens einer rostfreien Stahlfaser zeigt.
Fig. 12 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen L*, a* und b* einer rostfreien Stahlfaser zeigt, gemessen gemäß JIS L 0804, und einer Heiztemperatur, wobei L*, a* und b* entlang der Ordinate aufgetragen sind und die Heiztemperatur entlang der Abszisse.
Fig. 13 ist ein Graph, welcher die Ergebnisse einer Studie der Tendenz von Farben gemäß der Heiztemperatur zeigt, wobei das a* der oben beschriebenen rostfreien Stahlfaser entlang der Abszisse aufgetragen ist und das b* entlang der Ordinate.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Betriebseffekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Testbeispielen beschrieben. Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, ein zusammenlaufender verlängerter Draht ausgeformt durch eine metallische Faser und ein Matrixelement aus metallischem Material, welches verglichen mit der metallischen Faser sehr lösbar ist. Das Matrixelement wird von dem zusammenlaufenden verlängerten Draht gelöst und entfernt durch Anodenelektrolyse in einem kontinuierlichen elektrolytischen Vorgang, wobei mehrere elektrolytische Tanks verwendet werden und eine Zuführung von außerhalb der Lösungen durchgeführt wird, ohne die metallische Faser zu lösen. So erhält man die metallische Faser. Um die metallische Faser zu erhalten, ist es notwendig, dass die metallische Faser in einem Kathodenreduktionsbereich oder einem Passivierungsbereich gehalten wird oder bei einem vorbestimmten Potential, bei welchem ein Anodenstrom näher an 0 liegt, um eine Lösung der metallischen Faser zu verhindern, und dass das Matrixelement einer Anodenelektrolyse unterliegt.
Bei der kontinuierlichen elektrolytischen Bearbeitung eines solchen zusammenlaufenden verlängerten Drahts durch Zuführen von außerhalb der Lösung sind die Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung, ein Zerbrechen des zusammenlaufenden verlängerten Drahts zu verhindern, die Instabilität des elektrolytischen Potentials zu eliminieren und das elektrolytische Potential leicht zu steuern. In diesen Merkmalen bestanden Nachteile.
Um beispielsweise die Spannung zu senken, welche bei dem zusammenlaufenden verlängerten Draht während einer elektrolytischen Bearbeitung erzeugt wird, und um ein Zerbrechen des zusammenlaufenden verlängerten Drahts zu verhindern, sind nämlich mehrere elektrolytische Tanks und mehrere Zuführwalzen, welche zu den Tanks gehören, in einer geraden Linie in Beförderungsrichtung des zusammenlaufenden verlängerten Drahts angeordnet. Wenn der Kontakt zwischen den Zuführwalzen und dem zusammenlaufenden verlängerten Draht durchgeführt wird einfach durch Bewegen des zusammenlaufenden verlängerten Drahts an den Zuführwalzen und ohne Verwenden von Druckwalzen, ist der Kontaktdruck unzureichend, und der stabile Zustand eines Kontakts wird nicht erhalten aufgrund der Schwankungen des Kontaktdrucks durch die Schwingungen des zusammenlaufenden verlängerten Drahts. Demzufolge kann eine stabile Zuführung nicht durchgeführt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind mehrere elektrolytische Tanks und mehrere zugehörige Zuführwalzen in Gestalt eines extrem sanft verlaufenden konvexen Bogens auf der in vertikaler Richtung oberen Seite angeordnet, welcher den Durchgang des zusammenlaufenden verlängerten Drahts beinhaltet. Während des Kontakts mit den oberen Bereichen der Zuführwalzen passiert der zusammenlaufende verlängerte Draht im. Wesentlichen linear innerhalb der elektrolytischen Tanks.
Auf diese Art und Weise kontaktiert der zusammenlaufende verlängerte Draht die Zuführwalzen mit einem bestimmten Kontaktwinkel (in einem Fall, in welchem die Zuführwalzen in einer geraden Linie angeordnet sind, ist der Kontaktwinkel theoretisch 0), und er läuft über die Zuführwalzen, die in Gestalt eines Bogens angeordnet sind. Demzufolge wirkt die Spannung, in welcher der zusammenlaufende verlängerte Draht bewegt wird, in Richtung der Mitte des Bogens, d. h. sie wirkt als Kontaktkraft, so dass das Problem einer fehlenden Kontaktkraft gelöst ist. Gleichzeitig werden die Schwingungen des zusammenlaufenden verlängerten Drahts während seines Vorbeilaufens gesteuert, die Schwingungen in dem Kontaktdruck werden gesenkt, und eine stabile Zuführung kann durchgeführt werden.
Außerdem tritt selbst wenn mehrere zusammenlaufende verlängerte Drähte durch eine Zuführwalze hindurchgeführt werden, kein schlechter Kontakt aufgrund eines Durchhängens des zusammenlaufenden verlängerten Drahts auf, wie in dem Fall, in welchem das vorgenannte pendelartige Zuführelement verwendet wurde.
Mit Bezug auf die vorgenannten elektrolytischen Tanks wird, um die an dem Draht erzeugte Spannung zu unterdrücken, der Draht linear in den elektrolytischen Tanks hindurchgeführt, ohne eine Führungswalze oder ähnliches vorzusehen, und das Elektrolyt kann überfließen.
Um nun nur das Matrixelement und nicht die metallische Faser des Drahts zu lösen, ist es wichtig, dass das vorgenannte vorbestimmte Potential über die gesamte Länge jedes elektrolytischen Tanks aufrechterhalten wird. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, dass die Länge jedes elektrolytischen Tanks die maximale Länge ist, bei welcher ein vorbestimmtes Potential über seine gesamte Länge aufrechterhalten werden kann. Die Länge des elektrolytischen Tanks kann geeignet bestimmt werden durch den Durchmesser des Drahts, der elektrolytisch bearbeitet werden soll, oder durch elektrischen Widerstand.
Testbeispiele bezüglich der Länge des elektrolytischen Tanks werden nun beschrieben.
Die Verteilung von Potentialen in Längsrichtung der elektrolytischen Tanks wurde gemessen, wenn der Draht elektrolytisch unter den folgenden Bedingungen bearbeitet wurde. Die Ergebnisse der Messung sind in den Fig. 4A und 45 dargestellt, wobei der Durchmesser des Drahts 0,23 mm betrug (metallische Faser: rostfrei, Matrixelement: Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt),
- Elektrolyt: H&sub2;SO&sub4;·50 g/l
- Länge des elektrolytischen Tanks: 50 cm
- Zuführung: Zuführung von beiden Seiten des elektrolytischen Tanks.
Fig. 4A ist eine erläuternde Darstellung, welche den Zustand der elektrolytischen Bearbeitung zeigt, und Fig. 4B ist ein Graph, welcher die Verteilung von Potentialen in Längsrichtung des elektrolytischen Tanks zeigt.
In Fig. 4B ist es, weil der Abstand von dem Zuführbereich bis zum mittleren Bereich des elektrolytischen Tanks länger ist und die Widerstandsfähigkeit des Drahts relativ groß ist, klar, dass das Potential des mittleren Bereichs aufgrund des Anstiegs im Widerstand reduziert ist. Demzufolge ist es wichtig, die maximale Länge des elektrolytischen Tanks zu bestimmen.
In einem Fall, in welchem der Draht, welcher einen Durchmesser von 0,23 mm hat und in welchem 400 rostfreie Fasern mit einem Durchmesser von 8 um zusammengeführt sind durch ein Matrixelement aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, einer Elektrolyse mit konstantem Potential unterworfen wird (200 mV und SCE [Saturated Calomel Electrode] als Referenzelektrode) in dem Elektrolyt (Temperatur: 60ºC) aus H&sub2;SO&sub4;·50 g/l, wurde die Beziehung zwischen der für die Elektrolyse bis zum Ende erforderten Zeit (Lösung und Entfernen des Matrixelements) und der Länge des elektrolytischen Tanks bestimmt. Diese Beziehung ist im Graph in Fig. 5 dargestellt.
Aus Fig. 5 wird deutlich, dass die effektive Länge des elektrolytischen Tanks 20 cm unter diesen Umständen beträgt. Wenn der elektrolytische Tank länger ist als 20 cm, wird die Zeit für die Elektrolyse länger. Wenn der elektrolytische Tank kürzer ist als 20 cm, wird die Zeit für die Elektrolyse nicht so kurz. Daher ist es unter betrieblichen und ökonomischen Gesichtspunkten nicht vorteilhaft, die Länge des elektrolytischen Tanks mehr als nötig zu verkürzen.
In einem Fall, in welchem die mehreren elektrolytischen Tanks verwendet werden und eine elektrolytische Bearbeitung erfolgreich durchgeführt wird, wird das Matrixelement nach und nach gelöst, und der Oberflächenzustand etc. verändert sich. Demzufolge ist es wichtig, eine Energiezuführspannung in jedem der elektrolytischen Tanks zu verändern, so dass sie sich diesen Veränderungen anpassen. Genauer gesagt ist es bevorzugt, die Energiezuführspannung zu senken, wenn die Elektrolyse fortschreitet.
Das Potential, bei welchem das Matrixelement einer Anodenelektrolyse unterliegt und bei welchem sich die metallische Faser nicht löst, verändert sich gemäß der Struktur und dem Durchmesser des Drahts, den Materialien der metallischen Faser und des Matrixelements, der Art des Elektrolyts etc. Demzufolge ist es wichtig, das Potential auf der Basis des Drahts oder des zu verwendenden Elektrolyts zu bestimmen.
Die Steuerung des elektrolytischen Potentials kann durchgeführt werden durch Eintauchen der Referenzelektrode in das Elektrolyt, durch Messen der Potentialdifferenz zwischen der Referenzelektrode und der Zuführwalze, und durch Einstellen der Potentialdifferenz (Einstellen der Energiezuführspannung).
Außerdem kann als Draht rostfreier Stahl, Titan oder Titaniumlegierung oder Nickel oder eine Nickellegierung verwendet werden für die metallische Faser, und ein Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt kann als Matrixelement verwendet werden. Es gibt viele Fälle, in denen der Draht während der Herstellung einer Hitzebehandlung unterliegt. Dabei ist, da Kohlenstoff (C) des Matrixelements in die metallische Faser diffundiert und die Qualität der metallischen Faser senkt, die Menge von C des Matrixelements vorzugsweise 0,12 Gew.-% oder weniger, welches frei von einer solchen Verschlechterung ist.
Außerdem kann Schwefelsäure oder eine gemischte Lösung aus Schwefelsäure und Kupfersulfat als Elektrolyt des Drahts verwendet werden. Durch Verwenden eines solchen Elektrolyts wird kein Nox-Gas erzeugt wie im Fall des herkömmlichen chemischen Lösungsverfahrens, bei welchem salpetrige Säure verwendet wird. Daher ist das Problem der Umweltverschmutzung gelöst, und außerdem kann die Säure leicht entsorgt werden.
Nun wird die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf Grundlage der Zeichnungen erläutert.
Fig. 6 ist eine erläuternde Darstellung, welche das Beispiel einer Vorrichtung zeigt, auf welche die vorliegende Erfindung angewandt wird, und bei welcher mehrere elektrolytische Tanks und Zuführwalzen in Gestalt eines Bogens angeordnet sind.
In Fig. 6 sind mehrere elektrolytische Tanks 1 und mehrere zugehörige Zuführwalzen 3 in Gestalt eines extrem sanft verlaufenden konvexen Bogen in Zuführrichtung des Drahts 2 angeordnet. Während der Draht 2 die oberen Bereiche der Zuführwalzen 3 kontaktiert, bewegt sich der Draht 2 im Wesentlichen linear in überfließenden Elektrolyten innerhalb der elektrolytischen Tanks 1.
Eine Elektrode (Kathode) ist an der Unterseite jedes elektrolytischen Tanks 1 vorgesehen. Eine Gleichstromenergiezuführung 10 ist parallel zu diesen Elektroden 8 und den zugehörigen Zuführwalzen 3 vorgesehen. In Fig. 6 sind die Elektroden 8 in den mehreren elektrolytischen Tanks 1 und die Zuführwalzen 3 in eine erste Halbgruppe und eine zweite Halbgruppe in Zuführrichtung des Drahts 2 aufgeteilt, und zwei Gleichstromenergiezuführungen 10 werden verwendet, um die entsprechenden Elemente der Gruppen zu verbinden. In diesem Fall kann eine Gleichstromenergieversorgung 10 verwendet werden. Wie zuvor beschrieben, kann jedoch, da jede dieser Gleichstromenergiezuführungen vorgesehen ist zum Reduzieren des Effekts von Variationen in einer optimalen Energiezuführungsspannung gemäß dem Fortschritt der Anodenelektrolyse des Drahts, die Anzahl der Gleichstromenergiezuführungen gesteigert werden, wenn dies notwendig ist.
Außerdem wird ein Potentialunterschied zwischen einer Referenzelektrode 9 und der Zuführwalze 3 durch ein Potentiometer 11 gemessen, so dass ein elektrolytisches Potential durch Einstellen des gemessenen Werts gesteuert wird.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist es, um ein Brechen des Drahts 2 zu verhindern und die Zuführung zu stabilisieren, extrem effektiv, eine Antriebsgleitwinde beim Eintritt und Austritt der Vorrichtung oder an einer Stelle dazwischen vorzusehen zum Einstellen der an dem Draht 2 erzeugten Spannung.

Beispiel

Verschiedene zusammenlaufende verlängerte Drähte wurden verwendet. Matrixelemente wurden von den Drähten gelöst und entfernt, und rostfreie Stahlfasern, Titanfasern und Nickelfasern wurden hergestellt.
Ein Beispiel, auf welches die vorliegende Erfindung angewandt wurde, verwendete zwei Sätze von Vorrichtungen, wobei 36 elektrolytische Tanks mit einer Länge von jeweils 20 cm in Gestalt eines Bogens angeordnet sind, wie in Fig. 6 dargestellt. Eine Antriebsgleitwinde war vorne und hinten an jedem Satz angeordnet, und die elektrolytische Bearbeitung eines Drahts wurde in einem Fall durchgeführt, in welchem die Winden verwendet wurden und in einem Fall, in welchem die Winden nicht verwendet wurden. SUS wurde als Referenzelektrode verwendet.
Wenn eine metallische Faser durch Lösen eines Matrixelements hergestellt wird, wurde außerdem ein herkömmliches Beispiel eines chemischen Lösungsverfahrens durchgeführt, wobei ein Draht in eine salpetrige Säure eingetaucht wurde. Außerdem wurden Vergleichsbeispiele durchgeführt, wobei mehrere elektrolytische Tanks, die in einer Reihe auf einer ebenen Oberfläche angeordnet waren, verwendet wurden und elektrolytischer Bearbeitung unterlagen, welche eine indirekte Zuführung, eine pendelartige Zuführung (Fig. 2) und eine Zuführung mit Druckwalzen verwendeten (Fig. 1, im Folgenden wird das Zuführen nur als "druckwalzenartig" bezeichnet).
Während dieser Vorgänge wurden die bei dem Draht erzeugte Spannung, das Zerbrechen des Drahts, die Bearbeitungszeit, die Streuung von bearbeiteten Zuständen der entsprechenden Drähte, und die Betriebsumgebung beobachtet.
Die zehn Drähte wurden so bearbeitet. In einem Fall, in welchem alle zehn Drähte normal bearbeitet wurden, wird angenommen, dass die Streuung gering ist. In einem Fall, in welchem nicht einmal ein Draht normal be arbeitet wurde (d. h. wenn ein ungelöster Bereich des Matrixelements verblieb oder ähnliches) wurde angenommen, dass die Streuung groß ist. In einem Fall, in welchem ein Zerbrechen des Drahts auftrat, kann der Draht nicht bearbeitet werden. Daher kann die Streuung des bearbeiteten Zustands nicht beobachtet werden.
Die Tabellen 1 und 2 zeigen diese Bearbeitungszustände und die Ergebnisse der Studien. Tabelle 1
N.B.: "*" ist außerhalb des begrenzten Bereichs der vorliegenden Erfindung
Ex. = Beispiel Comp. = Vergleichsbeispiel
Conv. = herkömmliches Beispiel Tabelle 2
N.B.: "*" ist außerhalb des begrenzten Bereichs der vorliegenden Erfindung
Ex. = Beispiel Comp. = Vergleichsbeispiel
Aus Tabelle 1 und 2 wird deutlich, dass bei allen Beispielen, auf welche die vorliegende Erfindung angewandt wurde, d. h. bei Beispielen Nr. 1, 2, 3, 6, 7 und 14, die Drähte nicht zerbrachen und die Streuungen der bearbeiteten Zustände gering waren. Anders als im herkömmlichen Beispiel der Probe Nr. 4, bei welcher der Draht nur in die salpetrige Säure eingetaucht wurde, wird kein Nox-Gas erzeugt, und die metallischen Fasern aus rostfreiem Stahl (Probe Nr. 1, 6, 7 und 14) aus Titan (Titanium) (Probe Nr. 2) und aus Nickel (Probe Nr. 3) kann in einer guten Betriebsumgebung erzielt werden. Durch Verwenden der Antriebsgleitwinden, welche vorne und hinten an einer Reihe von elektrolytischen Tanks vorgesehen sind, kann die rostfreie Stahlfaser, deren Durchmesser 8 um (Probe Nr. 1) beträgt, hergestellt werden. Sogar wenn die Winde nicht verwendet wird, kann die rostfreie Stahlfaser hergestellt werden, deren Durchmesser 10 um beträgt (Probe Nr. 6).
Verglichen mit diesen Beispielen kann in dem Vergleichsbeispiel mit den Proben Nr. 8, 9 und 10, wobei eine pendelartige Zuführelektrode verwendet wurde (die Antriebsgleitwinden wurden für alle diese Proben verwendet), die rostfreie Stahlfaser, deren Durchmesser 10 um oder weniger beträgt (Probe Nr. 8 und 9), nicht hergestellt werden aufgrund des Zerbrechens des Drahts. Im Fall der rostfreien Faser, deren Durchmesser 15 um beträgt (Probe Nr. 10), tritt kein Zerbrechen des Drahts auf, die Streuung in dem bearbeiteten Zustand ist jedoch groß, und eine zufriedenstellende Faser kann nicht erhalten werden.
Bei den Vergleichsbeispielen mit den Proben Nr. 11, 12 und 13, wobei die druckwalzenartigen Zuführelektroden verwendet wurden (die Antriebsgleitwinden wurden ebenfalls verwendet), wird die Spannung beim Zeitpunkt der Elektrolyse übermäßig groß. Sogar wenn der Durchmesser des Drahts so groß ist wie 15 um, zerbricht der Draht, so dass der rostfreie Stahl nicht hergestellt werden kann.
Bei den Proben Nr. 14 und 15 sind außerdem die Energiezuführspannungen konstant. Im Beispiel mit der Probe Nr. 14 schmilzt die rostfreie Stahlfaser nicht, weil die Energiezuführspannung so niedrig ist wie 0,5 V, sogar wenn das optimale elektrolytische Potential gemäß dem Fortschritt der elektrolytischen Bearbeitung gesenkt wird. Demzufolge gibt es, obwohl die Bearbeitungszeit ansteigt, kein Zerbrechen des Drahts. Im Gegensatz dazu ist im Vergleichsbeispiel mit der Probe Nr. 15, weil die Energiezuführspannung auf 1,5 V gesetzt wird, das Potential höher als das optimale elektrolytische Potential, welches gemäß dem Fortschritt der elektrolytischen Bearbeitung gesenkt wird, und die rostfreie Stahlfaser schmilzt. Daher tritt ein Zerbrechen des Drahts auf.
Bei den oben beschriebenen Proben mit direkter Zuführung, abgesehen Von den Proben Nr. 14 und 15, werden die Energiezuführspannungen angepasst (reduziert) gemäß dem Fortschritt der elektrolytischen Bearbeitungen, um die elektrolytische Spannung bei einem effizienten Wert zu halten. Demzufolge steigt verglichen mit dem Beispiel mit der Probe Nr. 1, welche den gleichen Bedingungen unterliegt wie Probe Nr. 14, abgesehen von der Einstellung der Energiezuführspannung, die Bearbeitungszeit für die Probe Nr. 14 stark an.
Demzufolge ist es, wenn die elektrolytische Bearbeitung fortschreitet, sehr effektiv, die Energiezuführspannung einzustellen und die elektrolytische Spannung bei einem effizienten Wert zu halten.
Andererseits ist im Vergleichsbeispiel mit der Probe Nr. 5, wobei ein indirektes Zuführverfahren verwendet wurde, obwohl kein Zerbrechen des Drahts auftritt, viel Bearbeitungszeit notwendig, wie oben beschrieben. Verglichen mit dem Beispiel mit der Probe Nr. 1, welche den gleichen Bedingungen unterliegt wie die Probe Nr. 5, abgesehen von dem Zuführverfahren, ist die Bearbeitungszeit für die Probe Nr. 5 dreimal so lang wie die für die Probe Nr. 1.
Wie oben beschrieben, sind gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn das Matrixelement des Drahts elektrisch gelöst wird, um so die metallische Faser herzustellen, die mehreren elektrolytischen Tanks und die mehreren Zuführwalzen, die dazugehören, in Gestalt eines konvexen Bogens angeordnet, der an seiner in vertikaler Richtung oberen Seite den Durchgang des Drahts beinhaltet. Die Drähte werden sukzessive durch die Elektrolyte geführt innerhalb der elektrolytischen Tanks und auf die Zuführwalzen geführt. Die Drähte werden elektrolytisch bearbeitet, um das Matrixelement abzulösen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung tritt unter den guten Betriebsbedingungen kein Zerbrechen des Drahts auf bei der Bearbeitung, das Matrixelement wird effizient in kurzer Zeit gelöst, und die metallische Faser kann so erhalten werden. Die vorliegende Erfindung ist außerdem auch anwendbar auf die Herstellung von verschiedenen Arten von metallischen Fasern und ist in der Industrie sehr nützlich.
Nun wird die Gestalt von zusammengedrehten metallischen Fasern gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben. Wenn die Anzahl der Flusen des Garns gleich oder kleiner ist als zehn pro 10 cm in Längsrichtung des Garns, wird die Festigkeit des Garns nicht gesenkt, sein Erscheinungsbild ist großartig, und das Garn kann sanft verwebt werden. Der Grund für die Begrenzung der Anzahl von Garnen ist außerdem wie folgt. Wenn die Anzahl des Garns geringer ist als 100 malm, wird, wenn eine Führungswalze über das Garn hinüberläuft, der Querschnitt des Garns flach, und seine Lockerheit steigt aufgrund des Kontakts mit der Walze. Demzufolge wird die Festigkeit des Garns scharf reduziert aufgrund der geringeren Anzahl. Außerdem wird, wenn die Anzahl des Garns 500 mal/m überschreitet, die Schrumpfung des Garns groß, und das Gewicht des Garns pro Längeneinheit steigt an. Die Festigkeit des Garns wird dadurch stark reduziert. Im Hinblick auf das vorher Gesagte werden besondere Begrenzungen gegeben und Merkmale klargestellt.
Außerdem wird das Verfahren zur Herstellung des Garns erklärt. Um eine Lockerheit der metallischen Fasern zu verhindern und um ihren verdrehten Zustand aufrechtzuerhalten, werden mehrere zusammenlaufende Elemente verdreht, bevor die Matrix entfernt wird. Um die Matrix in kurzer Zeit zu entfernen, hat das zusammenlaufende Element eine sogenannte offene Struktur, die durch eine Spirale ausgeformt wird, deren Durchmesser größer ist als der des fest zusammengedrehten Garns.

Beispiel

Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung wird nun genau beschrieben.
Zunächst werden die metallischen Fasern hergestellt, wie oben beschrieben. Eine Matrix wurde nämlich ausgeformt durch Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, dessen Anteil an Kohlenstoff 0,08 Gew.-% betrug, und dann wurde das zusammenlaufende Element, bei welchem 1700 rostfreie Stähle (SUS316L) in der Matrix eingebettet waren, aus einer Düse herausgezogen. Der Durchmesser des zusammenlaufenden Elements wurde so auf 0,52 mm reduziert. Dabei war der Durchmesser der rostfreien Stahlfaser 8 um.
In dem Beispiel betrug der Spiraldurchmesser von zwei zusammenlaufenden Elementen, deren Durchmesser reduziert war, 1,31 bis 1,33 mm, und die zusammenlaufenden Elemente wurden in Abständen von 10 mm miteinander verdreht. In dem Vergleichsbeispiel wurden die beiden zusammenlaufenden Elemente, deren Durchmesser reduziert war, fest verdreht mit Abständen von 10 mm ohne eine Spiralbildung. Der Durchmesser der fest verdrehten zusammenlaufenden Elemente im Vergleichsbeispiel betrugt 1,01 bis 1,07 mm.
Während nun die oben beschriebenen verdrehten zusammenlaufenden Elemente im Beispiel und im Vergleichsbeispiel bei konstanter Geschwindigkeit befördert wurden, befanden sich die Elemente in einem elektrolytischen Bad, bei welchem eine salpetrige wässrige Lösung als Elektrolyt dient, und zwar für einen bestimmten Zeitraum, und dann würde die Matrix davon entfernt. Anschließend wurden die Elemente gewaschen und getrocknet.
Bei den metallischen Fasern des Beispiels war die Matrix, welche die metallischen Fasern umgab, vollständig entfernt, und das Auftreten von Rost konnte nicht festgestellt werden bei einem Test zur Rosterzeugung. Im Gegensatz dazu war, wenn die metallischen Fasern des Vergleichsbeispiels unter den gleichen Bedingungen bearbeitet wurden, das Entfernen der Matrix unvollständig, und das Auftreten von Rost wurde festgestellt. Das Merkmal der offenen Struktur wurde insbesondere offensichtlich deutlich.
Wie in der Fotografie in Fig. 7 dargestellt (eine Vergrößerung von 1, 2) und der in Fig. 8 (eine Vergrößerung von 5), hatte das Garn aus metallischen. Fasern gemäß dem Beispiel keine Lockerheit. Ein exzellentes Garn, welches einen Glanz hatte, die einem Metall eigen ist, und welches sich nicht entwickelt hatte, wurde erhalten.
Wie in der Fotografie in Fig. 9 zu sehen ist (Vergrößerung 1, 2) und Fig. 10 (Vergrößerung von 5), wies das Garn gemäß dem Verfahren des Vergleichsbeispiels, wobei das Matrixelement von den zusammenlaufenden verlängerten Elementen entfernt wurde und anschließend die zusammenlaufenden verlängerten Elemente verdreht wurden, eine Lockerheit auf. Aufgrund dieser Lockerheit ging der metallische Glanz verloren. Die Festigkeit des Garns war außerdem stark reduziert, und ein Entwickeln wurde ebenfalls festgestellt. Demzufolge bestand ein Nachteil in der Betriebseffizienz, wenn das Garn weiter bearbeitet wurde, um ein Produkt zu bilden.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Garn aus metallischen Fasern erhalten, welches nicht locker ist, welches stark ist und welches sich nicht entwickelt und welches außerdem in einfachen Schritten hergestellt werden kann. Daher kann die neue Anwendung eines Produkts, welches das Garn aus metallischen Fasern verwendet, entwickelt werden.
Eine farbige rostfreie Stahlfaser gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird hergestellt durch Erhitzen der rostfreien Stahlfaser in einer oxidierten Atmosphäre und durch Erzeugen einer Oxidschicht auf der Oberfläche der Faser. Demzufolge ist es ökonomisch, da indirekte Materialien, wie Farbe oder Pigmente nicht erforderlich sind, und die Oberfläche jeder Faser wird gleichmäßig eingefärbt.
Der Durchmesser der farbigen rostfreien Stahlfaser gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist extra fein und vorzugsweise 4 bis 50 um. Beim herkömmlichen Verfahren der Einfärbung hat die farbige rostfreie Stahlfaser mit einem solchen extra feinen Durchmesser Nachteile im Erscheinungsbild, wobei Fasern geschnitten werden, oder ihre Festigkeit ist reduziert aufgrund der Reibung mit einer Führungswalze, einer Eintauchwalze oder ähnlichem.
Als Material der farbigen rostfreien Stahlfaser gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, einen austenitischen rostfreien Stahl oder einen ferritischen rostfreien Stahl zu verwenden, wobei der Durchmesser einer Faser bis auf einige um verlängert werden kann, und welcher weniger Einschlüsse aufweist.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der farbigen rostfreien Stahlfaser wird die rostfreie Stahlfaser in einer oxidierten Atmosphäre erhitzt. Eine solche Atmosphäre wird oxidiert durch Gas, in welchem Sauerstoff mit inertem Gas gemischt ist. In der Atmosphäre, in welcher die Oxidschicht erzeugt werden kann auf der Oberfläche der rostfreien Stahlfaser, sollten die Zusammensetzung und Dichte der Atmosphäre nicht besonders begrenzt sein. Durch Verändern der Zusammensetzung der Atmosphäre kann der Bereich zur Auswahl der Farbe vergrößert werden.
Außerdem wird eine Heiztemperatur gemäß den gewünschten Farben ausgewählt. Die Heiztemperatur wird aus dem Grad der Farben ausgewählt und vorzugsweise aus dem Bereich von 300 bis 800ºC. Wie genau in dem folgenden Beispiel gezeigt ist, können viele verschiedene Farben innerhalb dieses Temperaturbereichs erhalten werden. Die Erhitzungszeit sollte außerdem nicht besonders spezifiziert werden, und sie kann ausgewählt werden gemäß der Heiztemperatur und der Art des Heizofens. Die Heizzeit beträgt vorzugsweise ungefähr 10 bis 600 Sekunden. Wenn die Kontaktzeit mit der Atmosphäre länger ist, kann das Innere des Faserbündels gleichmäßiger eingefärbt werden. In einem Fall, in welchem die Anzahl von zusammenlaufenden Fasern gering ist, können jedoch, sogar wenn die Kontaktzeit mit der Atmosphäre kurz ist, Unregelmäßigkeiten in der Farbe nicht gesehen werden, sowohl innen und außen am Faserbündel. Ein Röhrenofen, ein Heißluftumwälzofen oder ähnliches kann zum Erhitzen der rostfreien Stahlfasern verwendet werden.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann, weil das Erhitzen in der Atmosphäre durchgeführt wird, die Anzahl der Elemente, welche das Faserbündel kontaktieren, wie beispielsweise eine Führungswalze, gesenkt werden. Demzufolge kann eine Lockerheit des Faserbündels verhindert werden.
Außerdem kann, wenn das Bündel aus länglichen rostfreien Stahlfasern, hergestellt durch zusammenlaufende Erweiterung, als Material verwendet wird, die Oxidschicht kontinuierlich ausgebildet werden. Die Produktivität zur Herstellung der Fasern kann so verbessert werden.
Außerdem ist, wenn das zusammenlaufende erweiternde Verfahren verwendet wird, der Querschnitt der Faser unvermeidbar polygon, d. h., kleine konvexe und konkave Bereiche können auf der Oberfläche der Faser ausgebildet werden. Wenn die Faser als Garn oder gemischtes Garn mit einer organischen Faser verwendet wird, steigt der Reibungskoeffizient aufgrund der konvexen und konkaven Bereiche auf der Oberfläche, und eine Verstrickung kann auftreten, so dass es vorteilhafterweise schwierig ist dass sich die Fasern lösen. Die maximale Dicke solcher konvexen und konkaven Bereiche ist ungefähr 0,5 um.

Beispiel

Die vorliegende Erfindung wird nun auf der Basis eines Beispiels genau beschrieben.
Der Durchmesser eines zusammenlaufenden Elements, bei welchem mehrere rostfreie Stahlfasern entsprechend SUS316L in einer Matrix eingebettet waren, wurde durch Ziehen reduziert, so dass die rostfreie Stahlfaser hergestellt wurde mit einem Durchmesser von 20 um. Anschließend wurden 300 rostfreie Stahlfasern zusammengeführt, und, wie in Fig. 11 gezeigt, ein Bündel aus rostfreien Stahlfasern 2 wurde von einer Abwickelwalze 1 abgewickelt, durch einen Röhrenofen 3 hindurchgeführt und anschließend auf einer Aufnahmewalze 4 aufgenommen.
In dem Beispiel wurde, indem die rostfreie Stahlfaser 2 in dem Röhrenofen 3 kontinuierlich für ungefähr 300 Sekunden bei einer Temperatur von 300 bis 800ºC unter der Atmosphäre erhitzt wurde, die rostfreie Stahlfaser, welche eingefärbt war, wie in der folgenden Tabelle 3 erhalten. Tabelle 3
Die rostfreie Stahlfaser wurde unter der Atmosphäre erhitzt, und die Oxidschicht wurde darauf ausgebildet. Die Farbe der rostfreien Stahlfaser ist in Fig. 12 dargestellt. Gemäß JISL0804 ist Fig. 12 ein Graph, wobei L*, a* und b* entlang der Ordinate und die Heiztemperatur entlang der Abszisse aufgetragen sind. Gemäß dem Graphen zeigt in einem Fall, in welchem kein Erhitzen durchgeführt wird, der Wert bezüglich der Helligkeit L* den hellsten Wert. Wenn die Heiztemperatur steigt, sinkt dieser Wert, und die Farbe der rostfreien Stahlfaser wird dunkler. Wenn die Heiztemperatur oberhalb von 700ºC und mehr liegt, steigt der Wert wieder, und die Farbe der rostfreien Stahlfaser wird heller.
Fig. 13 zeigt außerdem die Ergebnisse einer Studie der Tendenz der Farben gemäß der Heiztemperatur, wobei a* entlang der Abszisse und b* entlang der Ordinate aufgetragen sind. a* zeigt, dass je höher der numerische Wert, desto heller die rote Farbe. b* zeigt, dass je größer der numerische Wert, desto heller die gelbe Farbe. In Fig. 13 bezeichnen die numerischen Werte in Blockbuchstaben die Heiztemperaturen. TABELLE 4
Gemäß dem Graphen wird deutlich, dass die Beziehung zwischen dem Wert a* und dem Wert b* eine kreisförmige Gestalt bei 0 bis 800ºC zeigt. Die Farben verändern sich gemäß den Temperaturen in der Reihenfolge Silber, gelb, gelbbraun, braun, purpurrot, blau, hellblau und Silber.
Tabelle 4 zeigt numerische Werte von Daten, welche präzise aus den Fig. 12 und 13 herausgenommen sind. Tabelle 4 entspricht diesen Zeichnungen.
Gemäß den Fig. 12, 13 und Tabellen 3, 4 wird deutlich, dass rostfreie Stahlfasern mit jeder Farbe hergestellt werden können. Außerdem wird in der vorliegende n Erfindung ein Beispiel eines Falls gegeben, in welchem eine Atmosphäre verwendet wird. Durch Verändern der Komposition der Atmosphäre kann jedoch der Bereich zur Auswahl der Farben gesteigert werden.
Wie oben beschrieben, werden mit der rostfreien farbigen Stahlfaser gemäß der vorliegenden Erfindung und mit dem Verfahren zur Herstellung der farbigen rostfreien Stahlfaser, weil die rostfreie Stahlfaser in einem Zustand eingefärbt wird, in welchem die Leitfähigkeit, Hitzewiderstandskraft, Korrosions-Widerstandskraft und ähnliches, welche die Merkmale der rostfreien Stahlfaser sind, aufrechterhalten werden, die herkömmlichen Nachteile des Erscheinungsbilds der Farbe gelöst. Als Ergebnis kann die farbige rostfreie Stahlfaser gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer leitfähigen Faser, mit einer brechenden Faser, mit einem Plastik oder ähnlichem verwebt werden. Die farbige rostfreie Stahlfaser ist nützlich beim Verbessern der Leistungsfähigkeit von verschiedenen Arten von Produkten für industrielle Anwendungen, wie beispielsweise Füller, Filter oder Filtervorrichtungen oder ähnliches, was die Leitfähigkeit und thermische Leitfähigkeit des Gewebes verbessert, oder für Anwendungen von inneren Materialien.
Weil außerdem die Farbgebung der rostfreien Stahlfaser ausgeführt wird durch Ausbilden der Oxidschicht, hat das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch einen ökonomischen Vorteil.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Faser, wobei von einem zusammenlaufenden verlängerten Draht, welcher durch eine metallische Faser und ein Matrixelement ausgeformt ist, welches aus einem metallischen Material besteht und dessen Löslichkeit höher ist als die Löslichkeit der metallischen Faser, das Matrixelement kontinuierlich gelöst und entfernt wird, und zwar mittels einer elektrolytischen Bearbeitung in mehreren elektrolytischen Tanks, welche in Beförderungsrichtung des Drahts angeordnet sind, wobei: der Draht durch Elektrolyte in den mehreren elektrolytischen Tanks hindurchgeführt wird, welche in Gestalt eines sanften konvexen Bogens angeordnet sind, der an seiner in vertikaler Richtung oberen Seite den Durchgang zur Beförderung des Drahts beinhaltet, wobei der Draht über mehrere Zuführvorrichtungen hinübergeführt wird, welche an den äußeren Seiten der Elektrolyte vorgesehen sind und welche in der gleichen bogenartigen Gestalt angeordnet sind, so dass sie den elektrolytischen Tanks entsprechen, wobei in jedem der mehreren elektrolytischen Tanks die metallische Faser in entweder einem Kathoden-Reduktionsbereich oder einem Passivierungsbereich gehalten wird, oder wobei alternativ ein Anodenstrom bei einem vorbestimmten Potential aufrechterhalten wird, welches näher an 0 liegt, und das Matrixelement anoden-elektrolysiert wird.

2. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Faser gemäß Anspruch 1, wobei Elektrolyte in jedem der mehreren elektrolytischen Tanks überfließen und das Hindurchtreten des Drahts innerhalb der Elektrolyte im Wesentlichen linear erfolgt.

3. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Faser gemäß Anspruch 2, wobei die maximale Länge jedes elektrolytischen Tanks die Länge ist, bei welcher ein vorbestimmtes Potential über die gesamte Länge des Drahts von der Seite, bei welcher der Draht in den elektrolytischen Tank eintritt, bis zu der Seite, bei welcher der Draht aus dem elektrolytischen Tank hinaustritt, aufrechterhalten werden kann.

4. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Faser gemäß Anspruch 3, wobei das Steuern eines vorbestimmten elektrolytischen Potentials durchgeführt wird durch Anpassen eines Potentialunterschieds zwischen der Zuführvorrichtung und einer Referenzelektrode, welche in das Elektrolyt eingetaucht ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Faser gemäß Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung der metallischen Faser rostfreier Stahl, Titan, Titanlegierung oder Nickellegierung ist, und wobei die Zusammensetzung des Matrixelements ein Stahl ist, welcher einen Anteil von 0,12% oder weniger an Kohlenstoff hat und wobei außerdem das Elektrolyt Schwefelsäure oder eine kombinierte Lösung aus Schwefelsäure und Schwefelsäurestahl ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, weiter mit dem folgenden Schritt: Verdrehen des zusammenlaufenden verlängerten Elements in der Einheit von zwei bis vier vor der elektrolytischen Bearbeitung, während das zusammenlaufende verlängerte Element durch eine Formeinrichtung zu einer Spiralgestalt geformt wird, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser eines festverdrehten Garns.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mehrere zusammenlaufende Elemente aus metallischen Fasern, und zwar in der Einheit von zwei bis vier, welche nicht zuvor verdreht sind, und wobei entweder Metall oder eine Legierung, deren Zusammensetzung anders ist als die Legierung einer metallischen Faser, eine Matrix bildet, einer plastischen Deformation zu einer Spiralgestalt unterworfen wird, die zusammenlaufenden Elemente aus der metallischen Faser verdreht werden und in eine Richtung geformt werden und nicht dazu tendieren, sich zu entwinden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Durchmesser der metallischen Faser 2 bis 20 um beträgt und die Anzahl der metallischen Fasern, welche das zusammenlaufende Element bilden, 100 bis 2000 beträgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Anzahl von Flusen des Garns der metallischen Fasern 10 oder weniger pro 10 cm in Längsrichtung der metallischen Fasern beträgt und die Anzahl der konvergierenden Elemente der metallischen Fasern, die verdreht werden, 100 bis 500 malm beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die metallische Faser eine rostfreie Stahlfaser ist, welcher rostfreie Stahl durch Erhitzen der Faser in einer oxidierten Atmosphäre eingefärbt wird und durch Ausbilden einer Oxidmembran auf der Oberfläche der Faser, wobei die Heiztemperatur der rostfreien Stahlfaser im Bereich von 300 bis 800 Grad liegt und die Heizzeit der rostfreien Stahlfaser im Bereich von 10 bis 600 Sekunden liegt.

11. Vorrichtung zur Herstellung einer metallischen Faser, welche eine Abwickelmaschine für verlängerten Draht beinhaltet, welche einen zusammenlaufenden verlängerten Draht befördert, welcher durch eine metallische Faser und ein Matrixelement ausgeformt ist, welches aus einem metallischen Material besteht und dessen Löslichkeit höher ist als die Löslichkeit der metallischen Faser, wobei die Vorrichtung weiter mehrere elektrolytische Tanks beinhaltet, welche Gegenelektroden beinhalten und welche in Beförderungsrichtung des zusammenlaufenden verlängerten Drahts angeordnet sind, wobei mehrere Zuführvorrichtungen in der Nähe der Außenseiten der elektrolytischen Tanks vorgesehen sind, sowie eine Aufwickelmaschine für den zusammenlaufenden verlängerten Draht, welche den zusammenlaufenden verlängerten Draht aufwickelt, welcher gefördert worden ist und durch die elektrolytischen Tanks hindurchgeführt worden ist, und wobei der zusammenlaufende verlängerte Draht kontinuierlich elektrolysiert wird, wobei: die mehreren elektrolytischen Tanks und mehreren Zuführvorrichtungen in Gestalt eines konvexen Bogens angeordnet sind, der an seiner in vertikaler Richtung oberen Seite den Durchgang für die Beförderung des zusammenlaufenden verlängerten Drahts beinhaltet, und wobei die Zuführung des zusammenlaufenden verlängerten Drahts durchgeführt wird, während dieser zusammenlaufende verlängerte Draht befördert wird, und die oberen Bereiche der mehreren Zuführvorrichtungen kontaktiert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine Antriebsgleitwinde an der Eintrittsseite, der Austrittsseite und in der Mitte der mehreren elektrolytischen Tanks vorgesehen ist, welche in Beförderungsrichtung des verlängerten Drahts angeordnet sind.