DE911651C

DE911651C - Verfahren zur Behandlung von Glasfasern oder -faeden oder von aus Glasstapelfasern bestehenden Lunten oder Garnen

Info

Publication number: DE911651C
Application number: DEH1787A
Authority: DE
Inventors: James Franklin Hyde
Original assignee: Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1943-10-11
Filing date: 1950-02-26
Publication date: 1954-05-17
Also published as: NL68751C; CH260520A; ES172756A1; FR925743A; GB583927A; BE464376A; US2390370A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 17. MAI 1954

H X787 IVc j 29b BIBUBTHEK

OES DEUTSCHEN WTEHTAiTtS

Zweck der Erfindung ist, die Glasfasern oder -fäden mit Überzügen zu versehen, welche die Bildung von Garnen aus solchen Produkten erleichtern, deren sofortige Weiterverarbeitung zu Geweben sicherstellen. Es können jedoch auch Garne oder Lunten aus Glasstapelfasern verfahrensgemäß behandelt werden.

Bei der gleichzeitigen Herstellung von mehreren äußerst feinen, gleichmäßigen Fäden in mechanischen Ziehverfahren hat man gefunden, daß die Geschwindigkeit der Querschnittsverengung und damit der Herstellung der Fäden begrenzt war durch die Geschwindigkeit, bei welcher diese zu Garnen zusammengefaßt und auf Wickel aufgewunden werden können, derart, daß man sie später wieder abwickeln und in den üblichen Textilmaschinen weiterverarbeiten kann. Wenn das Fadenbündel aus der aus dem heißen Führungskörper fließenden geschmolzenen Glasmasse herausgezogen wird, wird es gegen ein Kissen gepreßt, das ständig mit einer sogenannten Bindeflüssigkeit durchtränkt ist. Die Fäden nehmen von dieser Bindeflüssigkeit auf, während sie mit sehr hohen Geschwindigkeiten über das Kissen hinweggeführt werden. Die Bindeflüssigkeit muß so beschaffen sein, daß sie die Fäden schmiert, während sie über das Kissen gezogen werden, und zwar so, daß die Fäden nicht brechen, wenn sie beim Zwirnen und Aufwickeln sich aneinander reiben. Das Bindemittel muß außerdem Haftbestandteile enthalten, die alle Einzelfäden, die aus einem Führungskörper kommen (ioobis4oo),zu einem Garn zusammenbinden. Dieses Garn muß sich beimZwirnen wie ein einziger feiner Faden verhalten. Wenn dieses Garn nicht gut gebunden ist, hat es die Neigung, sich in viele kleine Fäden zu zerteilen, so daß es fast unmöglich ist, es später von den Wickelkörpern wieder abzunehmen. Die Bindeflüssigkeit muß so beschaffen sein, daß sie die Fäden zu einem Garn zusammenbindet, ohne daß

sie an dem Anlegekissen festkleben. Der schmierende Bestandteil der Bindeflüssigkeit muß so beschaffen sein, daß die Fäden vor gegenseitigem Abreiben im fertigen Garn geschützt sind, er darf aber andererseits die Klebeeigenschaften der Bindeflüssigkeit nicht vermindern. Ein zuviel geschmiertes Garn kann beim Zwirnen und Aufwickeln nicht ordnungsgemäß von dem Wickelkörper abgenommen werden. Ein fest gebundenes Garn ohne genügende Schmierung bricht to sehr leicht während des Zwirnens und Aufwickeins unter der Einwirkung der Reibung. Das Problem besteht also darin, zwei einander entgegengesetzte Wirkungen auszugleichen: i. das Zusammenkleben der Einzelfäden, und 2. das Schmieren der Einzelfäden gegeneinander und gegen Abrieb durch Fabrikationsmaschinen. Zweck der Erfindung ist, einen Überzug zu schaffen, welcher die Herstellung von Glasfaden bei sehr großen Geschwindigkeiten, z. B. bei 1600 oder sogar 6000 m/min ermöglicht und gleichzeitig gestattet, daß die Fäden zu Garnen zusammengefaßt verarbeitet werden.

Die Erfindung kann auch auf die Behandlung von Stapelfasern angewendet werden. Solche Stapelfasern werden wie üblich beispielsweise so hergestellt, indem auf irgendeine geeignete Weise geschmolzenes Glas in Strahlen fließt und indem Luft- oder Dampf den Strahlen ein- oder entlang geblasen wird, um die Fasern auszuziehen. Diese Fasern werden von dem Blasstrom zu einem Sammler getragen, beispielsweise einem Schirm, wo sie als Schleier niedergelegt werden. Dieser Sehleier wird dann ausgezogen und gestreckt oder unterteilt gezogen, um Lunten zu bilden, die dann in der gleichen Weise behandelt werden wie Baumwoll- und Wollunten.

Eine der wichtigsten Aufgaben des Überzuges ist es, die Einzelfäden bereits vor dem Zwirnen zu einem Garn zu binden, ohne daß sie sich abreiben oder abspreizen. Wenn äußerst feine Einzelfäden, d. h. solche von kleinerem Durchmesser als etwa 0,01 mm und besonders solche von kleinerem Durchmesser als etwa 0,005 mm, einmal zu Garn gezwirnt werden, dann behalten sie ihre Kohärenz und ihre Stärke, ohne sich abzureiben oder abzuspreizen. Die Handhabung der Fäden ohne ein entsprechendes Haftmittel vor dem Zwirnen oder als Garn ist schwer, besonders bei der Verarbeitung in den üblichen Textilmaschinen.

- ■ Die Erfindung sieht einen Überzug für die Glasfasern vor, der diese im Garn zusammenhalt, und ebenso das Verkleben von losen Faserenden, so daß die folgenden Verarbeitungsprozesse, wie Zwirnen und Weben, erleichtert werden. Dabei wird aber eine relative Beweglichkeit der Fasern im Garn aufrechterhalten, um so das Brechen der Fasern beim Zwirnen, Weben oder Flechten des Garns zu vermeiden.

Das Überzugsmaterial hält auch die losen Enden etwa abgebrochener Einzelfäden im Garn zusammen und verhindert, daß sie sich ablösen und einen Flaum bilden. Dies ist besonders wichtig, wenn man versucht, Garn von einer Spule abzuwickeln. Ein loser Faden löst sich beim Abwickeln ständig weiter vom Garn und bildet einen Flaum um die Spule, da sie durch das Abwickeln des Hauptteils des Garns abgebrochen wird. Dadurch werden auch andere Fäden von dem Garn weggebrochen, so daß schließlich die ganze Spule zerstört ist.

Nach der Erfindung werden die Einzelfäden des Garns mit einem Überzug versehen, der eine oder mehrere Verbindungen aus der Klasse der hydrolisierbaren Organosilane, deren hydrolisierbaren Produkten oder deren polymerisierten Hydrolyseprodukten enthält. Diese Verbindungen sind als Überzüge für die einzelnen feinen Glasfasern hervorragend geeignet und ermöglichen die Herstellung und Verarbeitung solcher Fäden bei sehr hohen Geschwindigkeiten.

Unter hydrolisierbaren Organosilanen sind die Derivate von SiH₄ zu verstehen, welche leicht hydrolisierbare Radikale enthalten, wie Halogene, Aminogruppen, Alkoxy-, Aroxy- und Acyloxyradikale usw., sowie organische Radikale, die durch Kohlenstoff atome unmittelbar an die Siliciumatome gebunden sind. Beispiele solcher organischer Radikale sind: aliphatische Radikale, wie Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Amyl-, Hexyl-, Heptyl-, bis Octadecylradikale und höher, alicyclische Radikale, wie Cyclopenthyl, Cyclohexyl usw., Aryl- und Alkarylradikale, wie Phenyl, Mono- und Polyalkylphenyle, wie Tolyl, Xylyl, Mesityl, Mono-, Di- und Triäthylphenyle, Mono-, Di- und Tripropylphenyle usw., Napnthyl, Mono- und PoIyalkylnaphthyle-Reste, wie Methylnaphthyl, Diäthylnaphthyl, Tripropylnaphthyl usw., Tetrahydronaphthyl-, Anthracylradikale usw., Alkenyl-, wie Methallyl-, Allylreste usw., und heterocyclische Radikale. Die obenerwähnten organischen Radikale können gewünschtenfalls auch anorganische Substituenten, wie Halogene, enthalten. .

Die Hydrolyse der oben beschriebenen Silane ergibt die entsprechenden Silanole, welche in bestimmten Fällen rein dargestellt werden können. Jedoch verdichten sich die Silanole in den meisten Fällen besonders unter Anwendung von Hitze- und bilden Polymere, die als Siloxane bekannt sind, welche eine oder mehrere Si-O-Si-Gruppen enthalten. Diese Polymere können ihrerseits durch entsprechende Behandlung, z. B. mit Säure, Alkale oder Luft, zu höheren Polymeren weiterpolymerisiert werden. Gewünschtenfalls kann das Hydrolyseprodukt eines Gemisches von Organosilanen im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Das Hydrolyseprodukt eines solchen Gemisches ist im allgemeinen ein Copolymer, das verschiedene Mengen unterschiedlich substituierter organischer Siliciumeinheiten enthalten kann. Alle diese Verbindungen und deren Mischungen, nämlich die hydrolisierbaren Organosilane, deren Hydrolyseprodukte und deren polymerisierte Hydrolyseprodukte liegen im Rahmen der Erfindung als brauchbare Überzugsstoffe für Fasern.

Die der Erfindung entsprechenden Überzugsmaterialien werden im allgemeinen in Form von Lösungen verwendet, wobei die Art des Lösungsmittels von den besonderen Merkmalen und Eigenschaften der jeweiligen Verbindung oder Verbindungen abhängig ist. Im allgemeinen sind organische Lösungsmittel nötig, jedoch sind die Hydrolyseprodukte gewisser Organosilane in Wasser, wäßrigem Ammonium-Hydroxyd oder wäßriger quaternärer Ammoniumbase löslich. Diese wäßrigen Lösungen haben den Vorteil,

daß sie nicht brennbar sind. Die Konzentration der Lösungen hängt weiterhin von den jeweils verwendeten Verbindungen ab; die günstigste Konzentration kann jedoch ohne weiteres durch vorherige Versuche bestimmt werden. Obwohl einige der der Erfindung entsprechenden Verbindungen nicht in Wasser oder in wäßrigen Alkalien löslich sind, können sie dennoch sehr vorteilhaft als Emulsionen miteinander vermischt und so verwendet werden. Weitere ίο Bestandteile können in kleinen Mengen beigefügt werden, beispielsweise Wachs und pflanzliche Öle, um die Binde- und Schmierwirkung zu erhöhen. Die Uberzugsmaterialien können in jeder geeigneten Weise an den Glasfäden angebracht werden, beispielsweise auf einem Kissen, in einer Nut, auf einer Rolle oder auf sonstige geeignete Weise. Die Glasfäden werden durch das Überzugsmaterial oder durch eine dünne Schicht derselben hindurchgeführt, wobei sie die richtige Menge aufnehmen und ein biegsames, zuao sammenhängendes Garn formen, das ohne weiteres auf eine Spule gewickelt werden kann. Dabei wird das Garn vorzugsweise während des Aufwickeins gedreht, damit es sich einheitlicher und gleichmäßiger aufwickelt und später das Aufwickeln leichter vonstatten »5 geht.

Folgende organische Siliciumverbindungen, entweder in dem als Stoddardlösemittel bekannten farblosen Petroleumdestillationsprodukt mit dem Siedepunkt von etwa 178 bis 210° oder in Toluol in etwa io°/₀iger Lösung, haben sich für die Anwendung der Erfindung als besonders vorteilhaft gezeigt: flüssiges Phenyläthylpolysiloxan, flüssiges Methylpolysiloxan, Dodecylsiliciumtrichlorid und Octadecylsiliciumtrichlorid, ferner Diphenylsilandiol in wäßrigem Ammoniak, eine wäßrige Emulsion von Methylpolysiloxan und eine Mischung von flüssigem Phenyläthylpolysiloxan und Dodecyltrichlorsilan in einem Kohlenwasserstofflösemittel, in welcher Siloxan als Haft- und Bindemittel und das Dodecyltrichlorsilan als Schmiermittel wirkt. Andere Beispiele hydrolisierbarer Organosilane, welche bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden können, sind: Methyltrichlorsilan, Dimethyldichlorsilan, Trimethylchlorsilan, Methyl- ; triäthoxysilan, Dimethylchlorsilan, Äthyltrichlorsilan, Diäthyldiäthoxysilan, Phenylmethyldiäthyloxysilan und Diphenyldichlorsilan. Weitere Beispiele von SiI-oxanen sind: flüssiges Phenylpolysiloxan, flüssiges Phenylmethylpolysiloxan und flüssiges Äthylpolysiloxan.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. ι ist eine Seitenansicht eines Gerätes zur gleichzeitigen Herstellung vieler feiner Glasfäden von im wesentlichen gleichmäßiger Länge, in welchem die Fäden in Garnform zusammengefaßt und gemäß der Erfindung mit einem Überzug versehen werden.

Fig. 2 ist eine perspektivische Teilansicht des in Fig. ι dargestellten Gerätes.

5 zeigt in schematischer Darstellung ein Fadenerzeugungsgerät, in welchem eine Vielzahl einzelner Fäden 6 gleichzeitig und fortlaufend aus einem einzigen Materialspender, z. B. dem Spender 7, oder einem anderen Zuführungsgerät erzeugt und mittels einer umlaufenden Spule oder Trommel 9, auf welcher die Fäden zu einem Wickel 10 aufgewickelt werden, herausgezogen und verdünnt werden. Ein Gebläse 11, das unmittelbar neben dem Spender 7 angebracht sein kann, kühlt das Glas, wenn es aus dem Spender austritt. Die Erfindung ist j edoch nicht auf ein bestimmtes Fadenerzeugungsgerät beschränkt.

Die Fäden 6 werden bei ihrem Austritt aus dem Fadenerzeuger 5 etwa parallel zueinander zusammengefaßt und über ein konkaves Führungsstück 12 gezogen, das die Form einer Nut oder eines Auges aufweist und dazu dient, die Fäden zu binden und sie gleichzeitig zu einem Garn 13 zusammenzufassen. Während die Einzelfäden über das Führungsstück 12 gezogen werden, werden sie, vorzugsweise in einem möglichst stumpfen Winkel, abgebogen, um die von dem Garn auf das Führungsstück ausgeübte Kraft und die daraus entstehende Bruchgefahr auf ein Mindestmaß zu beschränken. Das Garn 13 kann dann mittels einer Führungsöse 14, welche die Bildung des Wickels 10 auf der Trommel oder Spule 9 unterstützt, gedreht werden.

Das der Zusammenfassung und Schmierung dienende Führungsstück 12 besteht vorzugsweise aus sehr leichtem Metall, z. B. Aluminium, damit sein Trägheitsmoment möglichst niedrig ist. Das freie Ende des Führungsstückes ist mit einer Nut 4 (Fig. 2) versehen, welche eine abgerundete Außenfläche besitzt und mit einem Kissen 12 aus porösem Material, wie Filz, Mull, Schwamm, Tuch od. dgl., bedeckt ist. Der obere Teil 15 des Führungsstückes 12 hat die Form eines geneigten Troges, auf welchen die Bindeflüssigkeit aufgebracht und in die Nut 4 durch welche die Fäden gezogen werden, eingeführt werden kann. Das Führungsstück 12 kann mit einer Schraube 17 od. dgl. an dem Tragstück 16 befestigt werden. Das Tragstück 16 ist an j edem seiner Enden mit einem aufrecht stehenden Flansch 18 versehen; die Flansche iS sind an zwei federnden Armen 19 befestigt, welche vorzugsweise die Form biegsamer Metallstreifen aufweisen und beispielsweise aus Federstahl od. dgl. bestehen. Die oberen Enden der Streifen 19 können an einem oberen Tragstück 20 befestigt sein, dessen Länge mit der des unteren Tragstücks 16 übereinstimmt, so daß die Tragstücke 16 und 20 und die Streifen 19 ein Parallelogramm bilden, welches das Führungsstück 12 ungefähr parallel führt, wenn es von dem Garn 13 bewegt wird. Das obere Tragstück 20 kann mit festen Schrauben 51 auf ein Ansatzstück 50 montiert sein. Um das Schwenken der Anlage unter dem Einfluß der Drehbewegung des Garns 13 zu ermöglichen, kann das Ansatzstück 50 um das am Boden eines Bindeflüssigkeitsbehälters 22 befestigte Führungsstück 21 drehbar angebracht sein. Ein Bolzen 53 kann vorgesehen sein, der das Ansatzstück 50 in seiner Lage festhält und ihm eine Schwenkbewegung gegenüber iao dem Behälter 22 gestattet.

Der Behälter 22 ist mit einer Auslaßöffnung 23 versehen, aus welcher die Bindeflüssigkeit ausfließen kann. Mit dem Auslaß 23 ist ein Zuführungsteil 24 verbunden, der die Bindeflüssigkeit infolge der Schwerkraft zu dem Führungsstück 12 befördert. Eine Justiernadel 25,

die in die Öffnung 23 paßt, kann mittels eines Justiergriffes 26 nach Art eines üblichen Tropfölers in jede gewünschte vertikale Lage gebracht werden.

Im unteren Teil des Behälters 22 ist ein Heizkörper 28, vorzugsweise ein Tauchsieder, angebracht, der durch die elektrischen Anschlüsse 29 mit elektrischem Strom gespeist wird.

Der Behälter 22 kann auf einen Winkelarm 30 verstellbar und um den Schraubenbolzen 31 drehbar angelenkt sein. Der Behälter kann mit Hilfe der Schraube 32 und der Flügelmutter 33 in jeder gewünschten Lage gehalten werden.

Das Winkelstück 30 kann seinerseits an einem Ende des Armes 35 montiert sein, welcher am entgegengesetzten Ende mit einem um den vertikal verlaufenden Träger 37 passenden Bund 36 versehen ist. Der Bund 36 kann um den Träger 37 schwingen und mittels Bolzen und Mutter 38 in jeder Stellung festgehalten werden.

ao Von dem Winkelstück 30 hängt ein durch eine einstellbare Verbindung 41 verbundenes System von Stangen 40 herab. Am freien Ende der einen Stange befindet sich das Gefäß 42, welches dem Führungsstück 12 mit Abstand gegenübersteht, um etwa von

as dem Führungsstück 12 herabfallende Tropfen der Bindeflüssigkeit aufzufangen. Wie Fig. 2 zeigt, kann das Gefäß mit einer Öffnung 44 versehen sein, durch welche das Garn 13 hindurchlaufen kann, ohne die Seiten des Gefäßes zu berühren. Wenn die Vorrichtung nicht arbeitet, kann das Gefäß um das Verbindungsstück 41 herum aus dem Weg des Garns 13 herausgeschwenkt werden.

Beim Arbeiten mit dem beschriebenen Gerät werden die organischen Siliciumverbindungen oder deren Mischungen entweder in geschmolzenem Zustand, in Lösung oder als Emulsion in dem Behälter 22 untergebracht, mittels des Heizkörpers 28 auf die gewünschte Temperatur erwärmt und durch die Auslaßöffnung 23 und den Zuführungsteil 24 auf das Führungsstück 12 weitergeleitet. Das Kissen 12⁰, insbesondere die Nut 4, durch die die Fäden gezogen werden, wird mit dem Überzugsmaterial getränkt. Beim Ziehen über das Kissen I2° werden die Fäden von der Bindefiüssigkeit geschmiert und gleichzeitig damit überzogen. Auf dem Weg von dem Führungsstück 12 zu dem Wickel 10 festigt sich die Bindefiüssigkeit so weit, daß nebeneinanderliegende Garnwindungen auf dem Wickel nicht aneinander haftenbleiben. Bei der Verwendung von dünnen Lösungen,

Ölen oder Emulsionen bleibt der Überzug auf dem Wickel im wesentlichen in flüssigem oder leicht klebrigem Zustand, ohne jedoch das spätere Abwickeln des Garns zu stören.

Sollte ein Faden 6 beim Ziehen brechen, so kann eine Bedienungsperson den Fadenlauf emeut anlaufen lassen und den gebrochenen Faden neben den anderen nach vorherigem Ausziehen durch die Nut 4 führen. Während der Faden sich mit Bindeflüssigkeit überzieht, vereinigt er sich mit den anderen Fäden des Garns und wird von selbst in den Wickel weitergeführt.

Es ist darauf zu achten, daß während des Überziehens das Führungsstück 12 mit Hilfe der elastischen Streifen 19 federnd gehalten wird, so daß, wenn auf das Garn 13 irgendwelche, selbst kleinste unvorhergesehene Spannungen oder unregelmäßige Zugkräfte wirken, das Führungsstück 12 nachgibt und dadurch im Garn eine im wesentlichen gleichbleibende Reibung und Spannung aufrechterhalten wird. Überdies kann das Führungsstück 12, während das Garn mittels der Führungsöse 14 geführt wird, den seitlichen Bewegungen dadurch folgen, daß es um die Achse des Bolzens 53 schwingt und dadurch Rückbewegungen, die beim Aufwickeln entstehen, ausgleicht oder abschwächt. Diese Anordnung hat sich als für die wirksame Durchführung des Verklebungsvorganges besonders zweckmäßig erwiesen.

Bei den aus den Garnen gearbeiteten Fertigerzeugnissen, z. B. gewebten, gestrickten, geflochtenen oder auf andere Weise hergestellten Glasgeweben, macht die die Einzelfäden umhüllende Bindeflüssigkeit das Gewebe weich, geschmeidig und glänzend. Die guten elektrischen Eigenschaften der organischen Siliciumverbindungen machen derartige Gewebe außerdem sehr geeignet für die Verwendung als elektrische Isolierstoffe. Ferner machen die wasserabstoßenden Eigenschaften dieser Verbindungen die Gewebe überall dort brauchbar, wo hohe Feuchtigkeit oder andere Feuchtigkeitszustände herrschen.

Für bestimmte industrielle Zwecke hat es sich als überflüssig gezeigt, die nach der Erfindung beschaffenen organischen Siliciumüberzüge zu entfernen. Im Gegenteil fand man das Vorhandensein der organischen Siliciumverbindungen oft wünschenswert. Wenn z. B. Isolierlack auf die Glasfasern aufgebracht werden soll, so besitzt die organische Siliciumverbindung nicht nur elektrische Eigenschaften, die den isolierenden Charakter der Erzeugnisse nicht verschlechtern, sondern sie macht das Glas auch wasserbeständig und dient als Grundierung für die Isolierlacke, indem sie diese viel fester haften läßt, als dies sonst der Fall wäre.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Behandlung von Glasfasern oder -fäden oder von aus Glasstapelfasern bestehenden Lunten oder Garnen mit Binde- bzw. Schmiermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß zu diesem Zweck hydrolisierbare Organosilane, Hydrolyseprodukte derselben oder polymerisierte Hydrolyseprodukte derselben verwendet werden, wobei die organischen Radikale dieser Organosilane durch Kohlenwasserstoffatome an das Silicium gebunden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung der organischenSiliciumverbindungen in einem flüssigen Lösungsmittel verwendet wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Radikale der verwendeten Organosilane Kohlenwasserstoffradi- iao kale, vorzugsweise aus der Klasse der Alkyle, Aryle, Alkaryle oder Aralkyle sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen