-
Diese Erfindung betrifft ein Geflecht
der Art, die typischerweise aus Monofil- oder Multifilgarnen besteht,
die miteinander verflochten wurden, um Hülsen für Schutzzwecke, typischerweise
für eine
elektrische Verdrahtung oder Rohrleitung in Kraftfahrzeugen oder
Flugzeugen, zu bilden, um deren Abrieb zu verhindern oder zu verzögern. Ein
Beispiel für
eine derartige Hülse
wird im
EP 0249333 A vorgelegt.
-
Ein Geflecht der vorangehend erwähnten Art
wird im allgemeinen aus einzelnen Strängen oder Ansammlungen von
Strängen
hergestellt, die mit angrenzenden Strängen oder Reihen von Strängen überflochten
und aus Polymeren von hoher Qualität hergestellt werden, wie beispielsweise
Nylon. Für
Anwendungen mit hoher Leistungsfähigkeit,
wo insbesondere der Durchmesser des Monofils klein sein muß, wie beispielsweise
im Durchmesserbereich von 0,07 mm bis 0,80 mm, um spezifischen Kriterien
des Geflechtes hinsichtlich Deckfähigkeit und Leistung zu entsprechen,
wird typischerweise ein Polyaryletherketon, wie beispielsweise Polyetheretherketon
(bekannt als „PEEK"), typischerweise
entweder allein oder in Kombination mit anderen Monofilen verwendet,
die aus weniger kostspieligen Polymeren hergestellt werden. Eine
bekannte Eigenschaft des PEEK ist seine bessere Abriebfestigkeit,
und das ist der Grund, weshalb es ein bevorzugtes Material bei sicherheitskritischen
Anwendungen ist, wie beispielsweise in Kraftfahrzeugen und im Flugzeug.
Die Kosten der PEEK-Monofile tendierten jedoch immer dazu, daß man im
Sinn hatte, daß das
Material nur verwendet wird, wenn kein anderes billigeres Material
die erforderliche Leistungscharakteristik erfüllen kann, insbesondere mit Bezugnahme
auf die Abriebfestigkeit und ein leichtes Gewicht relativ zum Grad
der Deckfähigkeit,
der vom Geflecht gebracht wird, wenn sich das Monofil innerhalb
des vorangehend angezeigten Durchmesserbereiches befindet.
-
Von den weniger kostspieligen, bei
hoher Temperatur in der Schmelze verspinnbaren faserbildenden Thermoplasten,
die ebenfalls für
eine Verwendung bei der Herstellung von Geflechten geeignet sind,
werden Polyphenylensulfid (als „PPS" bekannt), Polybutylenterephthalat (als „PBT" bekannt) und Polyethylennaphthalat
(als „PEN" bekannt) ebenso
wie Polyimide (als „PEI" bekannt) und aliphatische
Polyketone (als „PK" bekannt) genannt,
die alle zu vollen Monofilen verarbeitet werden können, aus
denen ein geflochtener Gegenstand, wie beispielsweise eine schlauchartige
Hülse,
konstruiert werden kann.
-
Eine geflochtene, schlauchartige
Hülse kann
leicht aufgeweitet werden, indem sie längs der Länge des Schlauches zusammengedrückt wird,
so daß sie
leicht über
eine Verdrahtung oder ein zu schützendes
Rohr paßt,
und danach kann die Hülse
längs ihrer
Länge gezogen
werden, so daß ihr
Durchmesser verringert wird, um eng anliegend um die Verdrahtung
oder das Rohr zu passen. Obgleich die Zugfestigkeit im Geflecht
darin von Bedeutung ist, daß es
ausreichend fest sein muß,
um der normalen Abnutzung zu widerstehen, ist dennoch, vorausgesetzt,
daß die
Zugfestigkeit ausreichend ist, um die einzelnen Elementarfadenstränge für die Zwecke
des Wirkens als ein Geflecht, wie es erforderlich ist, im wesentlichen
regenerierbar zu machen, die sehr hohe Zugfestigkeit, die von vollen
Monofilen aus Thermoplasten gewährt
wird, in großem
Umfang nicht erforderlich.
-
Im U.S. Patent 4251588, ausgestellt
an Goetmann und Mitarbeiter, werden hohle Polymermonofile beschrieben,
die in Papierherstellungsbändern
verwendet werden, um eine verbesserte Dimensionsstabilität und Flexibilität zu liefern.
Es wird beschrieben, daß die
Elementarfäden
entsprechend den üblichen
Verfahren für die
Herstellung von hohlen Monofilen hergestellt werden, wobei das geschmolzene
thermoplastische Polymer durch eine belüftete Düse in ein Abschreckmedium extrudiert
wird, wonach es orientiert wird, indem es um etwa das 3,4- bis 6,0-fache
der ursprünglichen
Länge gestreckt
wird, was zu Monofilen führt,
die im allgemeinen einen Hohlaumgehalt von etwa 3% bis 15% ihrer
Querschnittsfläche
aufweist. Es wird dargelegt, daß bei einem
Hohlraumgehalt von weniger als etwa 3% ein kleiner Vorteil gegenüber dem
vollen Monofil realisiert wird, und daß bei einem Hohlraumgehalt
von über
15% das Monofil dazu neigt, seine im wesentlichen kreisförmige Querschnittskonfiguration
zu leicht zu verlieren und zu einem im wesentlichen hohlraumfreien
Elementarfaden abflacht.
-
Diese Ermittlungen werden im U.S.
Patent 5597450, das an Baker und Mitarbeiter ausgestellt wurde, bestätigt, worin
in einem thermofixierten Gewebe für eine Verwendung in einer
Papierherstellungsmaschine und einer ähnlichen Maschine mindestens
ein Teil der Schußstränge hohle
thermoplastische Polymermonofile mit einer Solidität in ihrer
nicht verformten Querschnittsfläche
von etwa 50% bis etwa 80% sind. Der Umfang der hohlen Elementarfäden ist
größer als
der oder gleich dem Umfang der Schußdurchgänge, die sie im Stoff nach
dem Thermofixieren einnehmen sollen, wobei der dargelegte Vorteil
der ist, daß gesichert
wird, daß die Luftdurchlässigkeit
sowohl niedrig als auch gleichmäßig konstant
durchgehend im Gewebe ist. Ein weiterer dargelegter Vorteil ist,
daß, weil
einige der Monofile hohl sind, sie eine geringere Masse aufweisen
als vergleichbar bemessene volle Monofile, so daß ihre Trägheit niedriger ist, wodurch
die Probleme in Verbindung mit der Beschleunigung und Verlangsamung
von Monofilen mit großem
Durchmesser auf Hochleistungswebmaschinen verringert werden.
-
Die vorliegende Erfindung wird aus
der überraschenden
Realisierung abgeleitet, daß hohle
Monofile aus Thermoplasten ebenfalls vorteilhafterweise beim Flechten
eingesetzt werden können,
um die Abriebfestigkeit pro Masseeinheit zu erhöhen, wobei das die Haupteigenschaft
ist, die vom Geflecht gefordert wird.
-
Entsprechend der Erfindung wird ein
leichtes, abriebfestes Geflecht bereitgestellt, das Monofile aus verspinnbaren
Thermoplasten aufweist oder einschließt, wobei jedes Monofil im
wesentlichen bis zu etwa 80 Vol.-% hohl ist, und wobei sich die
Außendurchmesser
im Bereich von 0,07 bis 0,80 mm bewegen. Wo die Hohlraumanteile
zwischen 10% und 40% der Querschnittsfläche des Monofils liegen, wurde
ermittelt, daß die Abriebfestigkeitsleistung
zumindestens so gut, und in einigen Fällen viel besser ist als die
Abriebfestigkeitsleistung der vollen Stränge des Monofils. Vorzugsweise
wird das hohle Monofil aus PEEK oder irgendeinem anderen in geeigneter
Weise verspinnbaren faserbildenden Thermoplastmaterial hergestellt,
das PPS, PBT und PEN einschließt.
-
Mit Hohlraumanteilen von zwischen
20 bis 80% der Querschnittsfläche
des hohlen Monofils kann eine verbesserte Deckfähigkeit des Geflechtes erhalten
werden, dadurch, daß die
Monofile beim endgültigen
Flechten abgeflacht werden, um eine verbesserte Deckfähigkeit
bei wahlfreien Nachflechtbehandlungen zu liefern, um die abgeflachten
Profile in ein Geflecht mit dauerhafter hoher Deckfähigkeit
mit einer guten Oberflächenabriebfestigkeit
mittels Wärme
zu fixieren.
-
Die Erfindung liefert daher ein neuartiges
Geflecht bei Verwendung von Polymeren mit hohen Kosten, wie beispielsweise
PEEK, die Eigenschaften aufweisen, die zumindestens so gut, aber
oftmals bedeutend besser sind als beim Geflecht, das aus vollen
Monofilen hergestellt wird, und das bei einer folgenden Einsparung an
Kosten und Gewicht.
-
Hohle Monofile aus PFEK wurden bei
Anwendung eines konventionellen Faserschmelzspinnverfahrens bei
Benutzung – einer
ringförmigen
Düse hergestellt,
gefolgt vom Abschrecken, dem Strecken der Fasern über erwärmten Walzen
und der Heizplattenrelaxation vor dem Aufwickeln auf eine Spule.
PEEK mit einer Grundviskosität
von etwa 1,0, gemessen bei 25°C
in einer Lösung
von 0,1 g des Polymers in 100 ml konzentrierter Schwefelsäure, wurde
in einem Einschneckenextruder bei 380°C geschmolzen und mit zwischen
2 bis 15 g/min. durch eine Spinnbaugruppe extrudiert, die mehrere
Schichten von Metallmaschenfiltergaze und eine ringförmige Düse mit einem
Außendurchmesser
von 4,4 mm und einem Innendurchmesser von 2,2 mm enthält, wobei
die mittlere Düse
in die Atmosphäre
entlüftet
wird. Der hohle Elementarfaden wurde extrudiert und danach mit zwischen
dem 2,5- und 3-fachen der ursprünglichen
Länge gestreckt,
bevor er erneut auf 310°C bis
340°C erwärmt wurde,
um ein Relaxationsverhältnis
von bis zu 15% der maximalen gestreckten Länge zu liefern, bevor er auf
eine Spule aufgewickelt wird.
-
Monofile aus PEEK, die unter diesen
Bedingungen hergestellt wurden, waren kreisförmig mit einer guten Abmessungs-
und Formgleichmäßigkeit
und lieferten Durchmesser zwischen 0,20 nun und 0,55 mm mit einem
Hohlraumgehalt von etwa 25% des Querschnittes des Monofils. Das
Gewicht pro Länge
der hohlen Monofile war proportional niedriger als für volle
Monofile mit äquivalenten
Durchmessern.
-
Scheuerversuche wurden an sowohl
hohlen als auch vollen Monofilen bei Anwendung eines Hin- und Herbewegungsverfahrens
durchgeführt,
wobei einzelne Stränge
des Monofils wiederholt über
einen Aluminiumoxid-Keramikstift mit einem Durchmesser von 3,12
mm unter einem Winkel von 90° unter
einer Zugspannung von 3 Newton bei annähernd 0,7 Hz gezogen wurden.
Der Hub der Hin- und Herbewegung betrug annähernd 30 mm, und die Umgebungstemperatur
lag im Bereich von 25°C
+ 3°C. In
jedem Fall wurde die Anzahl der Zyklen bis zum Bruch durch Zerreißen des
Elemantarfadens festgehalten.
-
Beispielsweise wurde ein hohles PEEK-Monofil
nach dem vorangehend beschriebenen Verfahren hergestellt, wobei
ein Polymerausstoß von
5,4 g/min. und eine Aufwickelgeschwindigkeit von 30 m/min. angewandt
wurden, wobei danach mittels heißer Walzen gestreckt und schließlich wieder
erwärmt
und um etwa 15% der maximalen ausgedehnten Länge des Elementarfadens entspannt
wurde. Verschiedene Eigenschaften des hohlen Monofils wurden danach
gemessen und mit entsprechenden Eigenschaften eines konventionellen
industriellen vollen PEEK-Monofils mit einem Durchmesser von 0,35
mm verglichen, bekannt als und unter Bezugnahme auf Typ Z1110, hergestellt
von der Zyex Limited, speziell für
Weben und Flechten.
-
Wie beim ersten Beispiel wurde das
hohle PEEK-Monofil nach dem vorangehend beschriebenen Verfahren
hergestellt, wobei ein Polymerausstoß von 4,0 g/min., eine Aufwickelgeschwindigkeit
von 30,0 m/min. und eine Relaxation von 10% zur Anwendung kamen.
Dieses wurde mit einem konventionellen industriellen vollen PEEK-Monofil
mit einem Durchmesser von 0,28 mm verglichen, bekannt als und unter
Bezugnahme auf Typ Z1220, hergestellt von der Zyex Limited, speziell
für Weben
und Flechten.
-
Die Ergebnisse des Vergleichs werden
in der nachfolgenden Tabelle gezeigt, in der man sehen wird, daß, obgleich
das volle Monofil in bedeutendem Maß das hohle Monofil hinsichtlich
der Leistung bei der Festigkeit, Bruchdehnung und dem Zugfaktor übertraf,
das Umgekehrte der Fall war, wenn die Abriebfestigkeit gemessen
wurde, wobei ein annähernd
4-facher Vorteil gegenüber
dem konventionellen vollen Monofil erzielt wurde.
-
-
Man glaubt, daß dieses überraschende Ergebnis auf die
Fähigkeit
der äußeren Oberfläche des
hohlen Monofils, sich nach innen zu biegen, wenn ein mechanischer
Druck angewandt wird, im Ergebnis des Vorhandensein des Hohlraumes
angewandt wird, zurückzuführen ist,
so daß die
Oberfläche,
die abgescheuert wird, dadurch vergrößert wird, und daß als eine
Folge die mechanische Belastung, die durch das Scheuem hervorgerufen
wird, über
eine breitere Oberfläche
verteilt wird.
-
Das kann im Gegensatz zu der Situation
sein, wenn ein volles Monofil gescheuert wird, wo infolge seiner
unelastischen Beschaffenheit und Solidität das Scheuem auf einen relativ
kleinen und nicht nachgebenden Teil des Monofils konzentriert wird,
der dadurch abgescheuert und viel heftiger beschädigt wird, als das hohle Monofil,
das in der Lage ist, unter dem Druck des Scheuem nachzugeben.
-
Das hohle Monofil aus Beispiel 2
wurde zu einer schlauchartigen geflochtenen Hülse mit 16 Strängen mit
3 Enden pro Strang unter einem Spiralwinkel von 30° zur Achse
verarbeitet. Das resultierende Geflecht zeigte eine lineare Dichte
von 3,3 g/m. In einer gleichen Weise wurde ein volles ZYEX-Monofilgeflecht basierend
auf 0,28 nun Z1220 zu einer identischen Konstruktion verarbeitet.
Das resultierende Geflecht zeigte eine lineare Dichte von 4,4 g/m.
-
Die Abriebfestigkeit dieser Geflechte
wurde bei Verwendung der gleichen Hin- und Herbewegungsvorrichtung
verglichen, wie sie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben wird.
-
In bestimmten Fällen wurde die absolute Last,
in anderen Fällen
der Winkel über
dem Stift und in weiteren noch die Stiftoberfläche verändert. Außerdem wurde das Geflecht getestet,
sowohl indem es über
einem elektrischen Kabel eng angepaßt wurde als auch ohne eine
Anpassung, um die reellen Bedingungen der Benutzung und der Abnutzung
genau zu simulieren.
-
Sowohl Geflechte aus vollen als auch
hohlen Monofilen wurden in genau der gleichen Weise behandelt und
identisch belastet.
-
Überraschenderweise
gab es keine bedeutenden Unterschiede bei den Zyklen bis zum Bruch,
die für vergleichbare
Fälle aufgezeichnet
wurden. Das zeigt, daß effektiv
ein 25%iger Vorteil in Form des Schutzes beim verwendeten Material
zu verzeichnen ist, das durch das hohle Geflecht geliefert wird.
-
Das ist überraschend darin, daß die Prüfung einzelner
Monofilproben auf ein Potential für viel größere Verbesserungen hinweisen
würde.
-
Die viel größeren Freiheitsgrade, die durch
die geflochtene Konstruktion gewährt
werden, bewirken vermutlich eine bessere relative Lastverteilung
als sie erhalten werden kann, wenn einzelne Monofile in einer vollständig kontrollierten
Weise geprüft
werden.
-
Eine Untersuchung der Art und Weise
des Bruches von Geflechten aus sowohl hohlen als auch vollen Monofilen
während
einer zerstörenden
Prüfung
zeigt ebenfalls, daß die
Art und Weise des Bruches für
jedes sehr unterschiedlich ist. Volle Monofile zeigen eine gleichmäßige Oberflächenabnutzung
an hohen Stellen, dem oftmals spezifische seitliche Risse relativ
zur Hauptachse des Monofils folgen, die dann schnell zu einem spröden vollständigen Bruch
des Elementarfadens führen.
-
Im Fall der hohlen Monofile wird
ein geringeres Niveau der Oberflächenabnutzung
nachgewiesen, dem Längsrisse
relativ zur Hauptachse des Monofils folgen, was zu einem Netz von
unregelmäßig feinen
Fasern führt,
das ein sichtbares „filzartiges" Aussehen bewirkt
und danach eine wesentliche zusätzliche
Zeit bis zum vollständigen
Bruch in Anspruch nimmt.
-
Daher wird erkannt werden, daß das hohle
Monofil der Erfindung weiterhin als ein Geflecht funktioniert, selbst
nach einem teilweisen Bruch infolge der Abnutzung. Ein zusätzlicher
Vorteil, der sich daraus gegenüber vollen
PEEK-Monofilen ergibt, ist, daß letztere
dazu neigen, geringe oder keine Anzeichen einer Abnutzung vor dem
vollständigen
Bruch zu zeigen, wohingegen ersterer einen leicht sichtbaren Hinweis
auf eine Abnutzung vorlegt, während
die Abnutzung fortschreitet, und zwar infolge des Auftretens von
Längsrissen,
die in bestimmten Fällen
tatsächlich
das Niveau der Deckfähigkeit
des Geflechtes vergrößern, während die
Abnutzung fortschreitet. Als solche ist die Abnutzung des Geflechtes
viel leichter nachzuweisen und zu korrigieren, so daß bei sicherheitskritischen
Anwendungen eine visuelle Kontrolle ein zuverlässiger Indikator dafür sein kann,
ob eine Auswechselung des Geflechtes erforderlich ist oder nicht.
-
Die Erfindung stellt ebenfalls ein
Geflecht zur Verfügung,
das im wesentlichen mehr Deckfähigkeit
als die eines Geflechtes aufweist, das volle Thermoplastmonofile
verwendet, dadurch, daß,
wo das Geflecht eine enge Passung über einem zu schützenden
Teil aufweist, wie beispielsweise einer Rohrleitung, die einzelnen Elementarfäden dazu
neigen, einen elliptischen Querschnitt anzunehmen, und diese Eigenschaft
kann dem Geflecht während
dessen Herstellung mittels einer Wärmebehandlung sogar dauerhaft
verliehen werden.
-
Die Erfindung bringt daher eine überraschende
und neuartige Verwendung des hohlen PEEK-Monofils bei einer speziellen Anwendung
mit sich, wo die Abriebfestigkeit die geforderte Eigenschaft ist,
wobei diese Eigenschaft in starkem Maß verbessert wird, selbst wenn
es auf Kosten einiger weniger wichtiger mechanischer Eigenschaften
sein kann.
