SE446542B - Kiselsyrafibrer samt sett for framstellning och anvendning derav - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 446 542 2 terligare förfarande för framställning av oorganiska fibrer genom torrspinning av silikat ur vattenlösningar.

En nackdel vid det där beskrivna förfarandet är att de där använda silikaten innehåller ytterligare andra metallogider, vilka vid den senare bearbetningen kan verka störande. Dessutom sätter spinnhastigheten enligt förfarandet i US patentskriften 2 969 272 förhållandevis låga gränser. Även om en rad hänvisningar för framställning av vattenglasfibrer enligt torrspinnprocessen redan kan hämtas ur litteraturen, består dock fortfarande behovet av förbättrade framställningsförfaranden, vilka är störningskänsliga i ringa mått och leder till fibrer med förbättrade egenskaper. Ändamålet med uppfinningen är därför att åstadkomma ett förfarande, vilket är mindre störningskänsligt än de hittills kända förfarandena och tillåter en större spinnhastighet. Ändamålet med uppfinningen är vidare att möjliggöra framställning av kiselsyrafibrer, vid vilket vattenhaltiga spinnlösningar kan användas som är fria från icke-alkalimetallföreningar, såsom aluminium, bor-, magnesium-, zink-, kalciumföreningar osv, och vid vilket förfarande det inte är nödvändigt att använda sådana föreningar som används i US patentskriften 2 969 272 för att uppnå en spinnbarhet hos spinnmassan.

Vid uppfinningen ástadkommes vattenhaltiga vatten- glasfibrer, vilka har goda mekaniska egenskaper, såsom hög draghållfasthet och en lämplig elasticitetsmodul, vilka utan problem kan vidarebearbetas till mycket rena kiselsyrafibrer och vilka lämpar sig till förstärknings- inläggningar för olika material. Vid uppfinningen åstad- kommes dessutom vattenglasfibrer, vilka lätt låter sig uppspolas efter spinnprocessen och vilka utan vidare kan behandlas med olika preparationer, vilka är erforderliga för vidarebearbetningen.

Med kiselsyrafibrer menas inom ramen för förelig- gande uppfinning fibrer på basis av kiseldioxid resp 10 is 20 25 30 35 446 542 3 kiselsyra, vilka förutom kisel, syre och en mindre mängd vatten praktiskt taget inte innehåller några ytterligare beståndsdelar, såsom metallföreningar.

Kiselsyra resp kiseldioxidfibrer är redan sedan länge kända. De kan t ex framställas genom spinning av en SiO2-haltig smälta. Eftersom det för ett sådant förfarande krävs temperaturer av ca 2000-2l00°C, är särskilda högtemperaturbeständiga apparater nödvändiga och dessutom är den tekniska förbrukningen stor, var- för priset på dessa fibrer är relativt högt._ Man kan även urlaka glasfiber, såsom beskrivs i DE-OS 2 609 419, med syror. Detta förfarande är mycket omständligt och arbetsintensivt, dessutom för- sämras de mekaniska egenskaperna hos fibrerna genom de långa urlakningstiderna, och vidare är det svårt att kvantitativt avlägsna oönskade katjoniska bestånds- delar.

Man har redan spunnit lösningar, t ex cellulosa- xantogenatlösningar, i vilka natriumsilikat är löst, såsom framgår av den franska patentskriften 1 364 238, eller hydrolyserade tetraalkoxisilikoner i närvaro av polyetenoxid, såsom beskrivs i DE-0S'2 041 321, till trådar. En nackdel vid förfaranden enligt denna typ är bl a att de arbetar med ett organiskt hjälpämne, vilket går förlorat under ett omständigt pyrolysför- farande och vilket därmed leder till en väsentlig höj- ning av produktionskostnaderna.

I brittiska patentskriften 352 681 anges hur vat- tenglas eller andra lösliga silikat spinns torra och efterbehandlas i olika bad, vilka kan innehålla aceton, salter eller syror. Konkreta förfarandeföreskrifter, särskilt hur efterbearbetbara först vattenglasfibrer och därefter rena S102-fibrer skall kunna erhållas, saknas visserligen.

Det kvarstår därmed fortfarande ett behov av för- faranden, enligt vilka rena kiselsyrafibrer med värde- fulla egenskaper kan framställæsur vattenglas på enkla fördelaktiga satt.- 10 -15 20 25 30 35 446 542 4 Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför vidare att åstadkomma ett förfarande, med vilket kisel- syrafibrer kan framställas på enkelt sätt ur vatten- glasfibrer, vilka kan utvinnas under användning av i handeln vanligt vattenglas, vilka kiselsyrafibrer upp- visar goda mekaniska egenskaper och är huvudsakligen fria från icke alkalimetallföreningar och vilka är mångsidigt användbara. Ändamålet med uppfinningen är vidare att åstadkomma ett förfarande, vid vilket de ovan vidare nämnda nackdelarna inte uppträder.

Friktionsbeläggningar av de i början av beskriv- ningen nämnda slagen skall uppvisa en hel rad av egenskaper. Det är sålunda t ex nödvändigt att frik- tionsbeläggningen är så värmebeständig som möjligt, eftersom den vid användningen som bromsbeläggning måste uppta bromsenergi och därvid kan temperaturer av upp till llOO°C uppträda. Den skall om möjligt vara avdrag- ningsbeständig så att friktionsbeläggningarnas livs- längd blir hög.

Friktionsbeläggningen måste vidare vara lätt be- arbetbar så att man utan svårigheter kan bringa dem i en önskad form. Slutligen är det ofta dessutom önsk- värt_att man kan upprugga dem på en eller flera sidor för att eventuellt kunna fästa materialet medelst ett klister på ett underlag, såsom t ex en metallbärare.

En lång rad friktionsbeläggningar är redan kända, vilka till en del uppvisar de önskade egenskaperna i mer eller mindre tillfredsställande omfattning. Trots det kvarstår fortfarande behovet av förbättrade frik- tionsbeläggningar, vilka kan framställas på enkelt sätt och är mångsidigt användbara.

Hos de flesta kända friktionsbeläggningarna används som fiberkomponent asbest, mot vars användning stora betänkligheter på senare tid framförts av miljöskydds- skäl. Asbest anses vara hälsovådligt, särskilt cancer- framkallande eller cancerfrämjande. Man räknar därför med åtgärder från lagstiftarna, vilka skall ha som mål att inom överskådlig tid antingen fullständigt förbjuda 10 15 20 25 30 35 446 542 ' 5 eller i stor utsträckning utesluta användningen av asbest. Helt oberoende därav är asbest även ett råma- terial, vilket inte stâr till förfogande i obegränsade mängder.

Det föreligger därmed ytterligare ett krav på friktionsbeläggningar, i vilka ingen asbest längre är närvarande som fiberkomponent.

Vid uppfinningen ástadkommes därför vidare en friktionsbeläggning som är uppbyggd utan de hittills vanligen använda asbestfibrerna och som kan bearbetas på enkelt sätt och uppvisa goda bruksegenskaper. Vid föreliggande uppfinning åstadkommes vidare en friktions- beläggning, vilken uppvisar en god värmebeständighet och i vilken de använda förstärkningsfibrerna uppvisar en god bindning till fyllnadsmaterialet, och vilken friktionsbeläggning vidare har hög avdragningshållfast- het, utmärkes av en särskilt homogen uppbyggnad, har en läng livslängd och särskilt vid användningen som bromsbeläggning inte förorsakar de vanliga gníssel- oljuden. Vid uppfinningen ástadkommes vidare en broms- beläggning, vilken är mångsidigt användbar och har en ringa aggressivitet gentemot det använda motmaterialet och har ett högt draghállfasthetsvärde och har dynamiska och statiska dragkoefficienter, vilka står i ett gynnsamt förhållande till varandra. Ändamålet med uppfinningen är således att åstad- komma ett förfarande för framställning av kiselsyra- fibrer, varvid vattenhaltiga vattenglasfibrer framställes genom torrspínning av vattenhaltiga vattenglaslösningar och vattenglasfibrerna omvandlas till kiselsyrafibrer genom behandling med syror eller saltlösningar, vilket förfarande kännetecknas av att man torrspinner natrone vattenglas till vattenhaltiga fibrer, vilka i huvudsak är fria från icke alkalimetallföreningar och uppvisar ett molförhållande mellan Na2O och Si02 av ca 1:3 - l:l,9, och för omvandling av natriumsilikatet till kiselsyra behandlar med vattenhaltiga, vätejonhaltiga syra- eller 10 15 20 25 30 35 446 542 6 saltlösningar, tvättar och torkar liksom eventuellt termiskt efterbehandlar de så erhållna kiselsyra- fibrerna.

De motsvarande vattenglasfibrerna framställs före- trädesvis enligt ett förfarande för framställning av vattenhaltiga vattenglasfibrer genom torrspinning av vattenhaltiga natronvattenglaslösningar under sträck- ning, vilket kännetecknas av att man som spinnmassa extruderar vattenhaltiga natronvattenglaslösningar, vilka är huvudsakligen fria från icke-alkalimetall- föreningar, uppvisar ett molförhållande Na2O/SiO2 av ca 1:3 - ca l:l,9 och en viskositet av ca 10-700 Pa.s, mätt vid 30°C, vid ca 10-50°C i ett torrspinnschakt, i vilket råder en temperatur av över l00°C, genom mun- stycksöppningar med en utloppshastighet V1 av minst 5 m/min och avdrar de erhållna trådarna med en avdrag- ningshastighet V2, så att sträckningen V2:Vl uppgår till minst 6. Spinnmassan har företrädesvis en tempera- tur av 20-35°C. Det är gynnsamt om spínnmassan uppvisar en viskositet av ca 100-400 Pa.s. Lämpligen uppgår av- dragningshastigheten till minst 60 m/min, företrädesvis minst 350 m/min.

Andelen natriumoxid i den vattenhaltiga vattenglas- lösningen kan utbytas mot kaliumoxid upp till ca 30 mol%.

Vattenglasfibrerna har en vattenhalt av ca 15-30, företrädesvis ca 20-25 vikt%. Deras draghàllfasthet uppgår till ca 5-30 CN/tex, företrädesvis 15-25 cN/tex.

De uppvisar ett förhållande Na2O-SiO2 av ca 1:3 - l:l,9.

De är amorfa och har en täthet av ca 2,2 g/cm3.

Vattenglas är en högteknisk produkt, med vilken man betecknar ur smältflödet stelnade, glasartade, vat- tenlösliga kalium- och natriumsilikat resp vattenhaltiga lösningar därav och vilka innehåller 2-4 mol SiO2 per l mol alkalioxid.

Det var särskilt överraskande, att man med förfar- andet enligt uppfinningen kan bearbeta i handeln van- 10 15 20 25 30 35 446 542 ' 7 liga vattenglaslösningar till fibrer, varvid den enda förutsättningen är att de ovan nämnda betingelserna upp- rätthålls. Vid vattenglaslösningar, vars Na2O-halt är för låg, är det genom enkel tillsats av NaOH lätt möj- ligt att inställa molförhållande Na20: SiO2 i motsva- rande grad. Den erforderliga viskositeten kan på mot- svarande sätt inställas, exempelvis genom enkel in- dunstning av lösningen, t ex genom förångning av överskott av vatten. Viskositeten kan bestämmas med en vanlig rotationsviskosimeter vid 30°C.

Det är vidare viktigt att spinnmassans temperatur inte ligger väsentligt över 50°C, eftersom annars en fullgod spinning inte alltid erhålles. _ Framställningen av spinnlösningen skall genomföras i så C02-fri atmosfär som möjligt. D Spinnschaktets längd kan variera inom förhållande- vis vidsträckta områden. Användbara längder är t ex 1,5 eller 8 m.

Temperaturen i spinnschaktet skall uppgå till minst l00°C och företrädesvis ligga över l20°C.

Betingelserna i spinnschaktet, såsom längd, tem- peratur och luftgenomförsel, kan justeras på motsva- rande sätt. Det är möjligt att tillföra ytterligare bärargas, såsom varmluft eller inerta gaser, i schak- tet för torkning av trådarna. Härvid skall man dock beakta, att vattenhalten i de vattenglasfibrer som lämnar spinnschaktet skall ligga mellan ca 15 och so vikten Spinnmassans utloppshastighet ur munstycket skall uppgå till minst 5 m/min. Den kan naturligtvis höjas i skälig mån. Det är viktigt att sträckningen, dvs förhållandet mellan avdragningshastigheten och ut- loppshastigheten, uppgår till minst 6. Man har funnit att med stigande sträckning tilltar de erhållna vatten- glasfibrernas hâllfasthet. Sålunda uppnås vid en sträck- ning av 13,3 (avdragshastighet 200'm/min) en hållfast- het av 7,5 cN/tex vid en enkeltiter av 9,3 dtex. Vid en sträckning av 49,0 (avdragshastighet 500 m/min) upp- 10 15 20 25 30 35 446 542 8 går draghâllfastheten till 19,0 cN/tex.

Som spinnschakt kan anordningar, vilka är vanliga vid de kända torrspinnförfarandena, användas.

Munstyckshálens diameter kan variera inom vanliga gränser. Lämpliga diametrar är t ex 125 pm, 160 pm och 250 um. Även större diametrar är lämpliga.

De nyspunna vattenglasfibrerna kan lätt uppspolas utan anbringande av ett preparationsmedel.

För avspolningen kan det vara erforderligt att páföra en lämplig preparation för framställning av en lämplig trådavslutning. Det var överraskande att man därvid kunde använda vattenhaltiga preparationer, t ex katjonaktiva tensider, såsom vattenlösliga ytaktiva ammoniumföreningar, vilka underlättar den textila vidarebearbetningen av tråden.

Vattenglasfibrerna kan särskilt lätt omvandlas till kiselsyrafibrer genom behandling med utspädda mineral- syror. Vid användningen av vattenglasfibrer med en titer av under 5 dtex räcker det om fibrerna behandlas vid 25°C i l min med n HCl. Fibrerna tvättas vattenjonfria efter syrabehandlingen och torkas.

Detta framställningsförfarande uppvisar gentemot utvínningen av kiselsyrafibrer ur glasfibrer den stora fördelen med en kortare behandlingstid.

Såväl vattenglasfibrerna som de genom lämplig an- vändning av vattenglasfibrerna erhållna kiselsyrafib- rerna kan lätt bearbetas till ytformationer.

Det är gynnsamt om man till behandlingen som syra använder ca 0,5 -5 n vattenhaltig saltsyra av rumstem- peratur. Man kan som syra även använda n saltsyra med en temperatur av ca 20 - 90°C. Mycket lämpliga för behand- lingen är även vattenhaltiga saltlösningar, vilka är inställda pá ett pH-värde av l-8 och innehåller ammo- niumklorid och beträffande kloridjonhalten är minst l-normala.

Mycket lämpliga för den termiska efterbehandlingen är temperaturer av 200-lOOO°C, varvid området ca 500-lO0O°C v09 lO 15 20 25 30 35 446 542 9 föredrages. Ett särskilt lämpligt område ligger mellan 600 och 9oo°c.

Kiselsyrafibrerna enligt uppfinningen kan utan vidare uppvisa draghållfastheter av 200-800 N/mmz eller mer och en E-modul av 10-103 - 80-103 N/mmz.

Fibrerna enligt uppfinningen är särskilt lämpliga för framställning av korta fibrer ("Faserkurzschnitt").

De kan sålunda lätt bearbetas till våtflor.

Fibrer enligt uppfinningen kan även-mycket väl an- vändas för framställning av filtermaterial och som förstärkningsmaterial.

De enligt torrspinnförfarandet erhållna vatten- glasfibrerna kan omedelbart efter avdraget ur spinnschaktet direkt föras till behandlingsbadet,genom vilket de kan ledas kontinuerligt. Det är även möjligt att först upplinda vattenglasfibrerna och först därefter behandla dem med syra- eller saltlösning.

För behandlingen kan vanliga oorganiska eller orga- niska syror användas. Så kan vattenhaltig saltsyra, utspädd svavelsyra, utspädd fosforsyra osv användas.

De utspädda syrorna används företrädesvis i det mel- lersta koncentrationsomrâdet. I det högre koncentra- tionsomrâdet, vid saltsyra t ex från ca 10 n, kan det förekomma att vattenglasfibrerna faller sönder, så att det inte längre blir någon bildning av en sammanhäng- ande kiselsyrafiberstruktur.

Att komma fram till lämpliga koncentrationer vid de enskilda syrorna är ett rent hantverksmässigt för- farande och kan utan uppfinningsverksamhet av en genom- snittsfackman uppnås genom några få försök med olika koncentrationer.

För omvandling av vattenglastråden till en kisel- syratråd är även vattenhaltiga saltlösningar, vilka innehåller vätejoner, lämpliga. Särskilt föredragna är salterna av ammoniak, såsom ammoniumklorid eller ammo- niumsulfat, varvid ammoniumklorid föredrages. Man kan använda vattenhaltiga lösningar som endast innehåller ammonïumklorid och reagerar svagt surt. Man kan även 10 15 20 25 30 35 446 54.2 r 10 använda lösningar som innehåller ytterligare saltsyra och exempelvis är inställda pâ ett pH-värde av 1. Lös- ningarna kan även lnställas på ett pH-värde av upp till ca 8 genom tillsats av ammoniak.

Trådarna tvättas efter behandlingen, varvid före- trädesvis används destillerat eller fullständigt av- saltat vatten, varvid man lämpligen tvättar så länge att tvättvattnet blir jonfritt, varefter trådarna tor- kas vid rumstemperatur eller förhöjd temperatur.

Den torkade tråden har fortfarande en restvatten- halt av ca l0 %. Tråden är användbar som sådan.

Efter torkningen kan trådarna underkastas ytter- ligare en termisk efterbehandling, varigenom särskilt hållfastheten överraskande väsentligt förbättras, Till en del lyckas det att tre- eller flerdubbla hållfast- heten. Denna efterbehandling kan genomföras i vanliga glödgningsugnar, vilket kan ske kontinuerligt.

Under detta förfarande uppträder en viss krympning av trådarna.

Temperaturen skall i allmänhet uppgå till minst 200°C, företrädesvis minst 500- ca lOOO°C, varvid ett särskilt lämpligt område ligger mellan 600 och 900°CÄ Behandlingen kan genomföras i luft eller under inertgas- atmosfär. ' ' De enligt uppfinningen framställda fibrerna kan mycket väl användas för framställning av så kallade korta fibrer. Dessa kan mycket lätt utvinnas genom exempelvis förfarandet med vâtmalning. Därvid suspenderas exempel- vis nyutfällda, med vatten tvättade trâdbitar, även kallade tussar, i vatten och bringas till en fiberlängd av i medeltal 2-4 mm medelst en roterande knivkrans.

Dessa korta fibrer kan lätt dispergeras i vatten och bearbetas till ett jämnt flor.

Fiberna enligt uppfinningen är mycket lämpliga för framställning av vanligt filtermaterial. De är även 'mycket användbara som förstärkningsmaterial, t ex som förstärkningsfíbrer i fiberkompoundmaterial. 10 15 20 25 30 35 446 542 ll Det var särskilt överraskande att kiselsyrafibrer med så utmärkta mekaniska egenskaper kan framställas enligt förfarandet enligt uppfinningen på ett så enkelt sätt. Behandlingstiden med syra eller saltlösning är mycket kort och fibrer med utmärkt renhet erhålles.

Den höga draghâllfastheten, den höga temperaturbestän- digheten och de goda isoleringsegenskaperna skall fram- hållas. Fibrerna har vidare intressanta ytegenskaper.

Genom den vanliga BET-metoden kan således stora ytor, t ex 380 m2/g, bestämmas.

Förfarandet gör det möjligt att utvinna en värde- full fiber ur det billiga, glaset. Förfarandet enligt uppfinningen arbetar mycket rikligt förekommande vatten- miljövänligt. Organiska hjälpmaterial, såsom cellulosa eller polyetylenoxid, vilka går förlorade, behöver inte användas. De erhållna fibrerna är mångsidigt användbara.

Föremål för föreliggande uppfinning är vidare använd- ning av kiselsyrafíbrerna för framställningaveaufriktions- beläggníng, vilken huvudsakligen är uppbyggd av ett fiber- material, en polymer bindemedelsmassa, fyllmedel liksom even- tuellt ytterligare tillsatser, varvidfibermaterialetbestår helt eller delvis av kiselsyrafibrerna. Kiselsyrafibrerna, vilka-enligt uppfinningen används i friktionsbeläggningen, erhålles företrädesvis genom torrspinning av natronvat- tenglas och behandling av natronvattenglasfibrerna för omvandling av natriumsilikatet till kiselsyra med vattenhaltiga, vätejonhaltiga syra- eller saltlösningar.

Kiselsyrafibrerna kan uppvisa en draghâllfasthet av ca zoo- aoo N/mmz och en E-:waii av 1o x 103 - mo x 103 N/mmz.

Företrädesvis används kiselsyrafibrerna kortskurna och har en fiberlängd av ca l-40 mm, varvid kiselsyrafibrer med en utgångsfiberlängd av 5-15 mm är särskilt lämpliga.

Andelen kiselsyrafibrer i friktionsbeläggningen kan upp- gå till t ex 5-70 vikt%.

Det är lämpligt att fibermaterialet förutom kisel- syrafibrer innehåller ytterligare fibrer, vare sig det är i form av en fiberblandning eller på det sättet att fibermaterialet framställts av två eller flera garnsorter 10 15 20 25 30 35 446 542 12 av respektive olika fibrer. Följande kombinationer av fibrer är mycket lämpliga: kiselsyrafibrer och poly- akrylnitrilfibrer, kiselsyrafibrer och viskosfibrer, kiselsyrafibrer och kolfibrer, särskilt även kiselsyra- fibrer och fibrer av helaromatiska polyamider och kiselsyrafibrer och metallfibrer, särskilt stålull.

Metallfibrer är även fördelaktiga när det förutom kiselsyrafibrer redan föreligger en ytterligare fiber- komponent av ovan nämnda slag. I en särskilt fördel- aktig utföringsform av uppfinningen erhålles friktions- beläggningar genom formpressning av kiselsyrahaltiga massor av små stavar ("Stäbchenmassen").

Friktionsmaterialet används företrädesvis som frik- tionsbeläggning vid skiv- och trumbromsar, som friktions- beläggning av kopplingar liksom lamellmaterial vid fler- lamellskopplingar.

Med kiselsyrafibrer inom ramen för föreliggande uppfinning avses fibrer, vilka som huvudbestândsdel innehåller SiO2 eller polymera kiselsyror, såsom de formellt sett erhålles genom kondensation av orto- kiselsyra. Övergången mellan högkondenserad kiselsyra och ren SiO2 är flytande. _ Företrädesvis har kiselsyrafibrerna enligt före- liggande uppfinning i avvattnat tillstånd en SiO2-halt av över 95 vikt%, särskilt över 98 eller t o m 99,5 vikt% eller mer.

Man kan använda vatteninnehâllande och SiOH-grupp- uppvisande fibrer, vilka t ex erhålles ur natronvatten- glasfibrer efter behandling med utspädd saltsyra och torkning vid temperaturer av ca l20°C. Föredragna är dock vid temperaturer över 800°C tempererade, praktiskt taget vattenfria och SiOH-gruppfattiga kiselsyrafibrer.

Fibrerna är företrädesvis praktiskt taget fria från andra oxider, såsom Al2O3, MgO osv.

Framställningen av kiselsyrafibrer, vilka finner användning i friktionsbeläggningar, kan eventuellt även ske genom urlakning av glasfibrer med syror. Företrä- desvis används inom ramen för uppfinningen dock kisel- 10 15 20 25 30 35 446 542 13 syrafibrer, vilka är erhållna genom torrspinning av natronvattenglas till vattenglasfibrer och genom efterföljande behandling av vattenglasfibrerna med sura föreningar.

Med fibermaterial menas inom ramen för uppfinningen fibrer som sådana, dvs fibrer med begränsade längder, dvs stapelfibrer, och fibrer med praktiskt taget änd- lösa längder, dvs fílament. Vidare avses fibrer i form av mattor, flor, filt, knippen eller buntar, garn, trå- dar, linor, band, vävnader och liknande.

Kiselsyrafibrer kan inom ramen för uppfinningen användas i de mest olika former. Det är således möjligt att använda fibrerna som korta fibrer av samma eller olika stapellängd. Lämpliga fiberlängder är 3, 6, 12 och 24 mm. Fiberbuntar av korta fibrer används framför- allt vid bromsbeläggningar.

Fibrerna kan även användas som filament, som garn, som linor osv. Även användningen som vävnader eller flor är möjliga. Garn hör framförallt till vid framställningen av kopplingsbeläggningar, flor framförallt vid frik- tionsbeläggningar, vilka används vid automatväxlar.

Massor omfattande små stavar ("Stäbchenmassen"L vilka innehåller kiselsyrafibrer, kan erhållas idet attimanför- sätter kíselsyrafilamentmedhándemedel,fyllmedel,lösnings- medel och eventuellt andra tillsatser, extruderar bland- ningen genom ett kalibreringsmunstycke och skär resp granulerar extrudatet efter avlägsnande av lösningsmed- let. De erhållna små stavarna, blad- eller granulatformiga partiklarna, kan därefter på enkelt sätt formas till friktionsbeläggningar genom pressning vid lämpliga tem- peraturer.

Kiselsyrafibrerna kan användas ensama eller under samtidig användning av en annan eller flera av de ovan nämnda ytterligare fibersorterna. Tillsatser av metall- fibrer eller -trådar är lämpliga när även andra fibrer förutom kiselsyrafibrerna är närvarande.

Vid användning av flera fiberarter kan man inom ramen för uppfinningen utgå från en fiberblandning, 10 15 20 25 30 35 446 S42 14 vilken erhålles genom enkel blandning av kiselsyra- fibrer och andra fibrer. Det är emellertid även möjligt att bearbeta olika fibrer utan föregående blandning, t ex i det att man först framställer ett garn av kisel- syrafibrer och därefter framställer ett ytterligare garn, exempelvis av fibrer av helaromatiska polyamider, och bearbetar dessa båda olika garn tillsammans exempel- vis till en tråd. Det är även möjligt att lägga samman garn av kiselsyrafibrer och exempelvis helaromatiska polyamider och därefter skära dem tillsammans för att få en god genomblandning. Det har visat sig att den samtidiga användningen av stâlull är mycket gynnsam för bromsbeläggningar. I friktionsbeläggningar, vilka används i kopplingar, är mässingstrådar mycket lämpliga som tillsats. På detta sätt kan värmeledningsförmågan och ävenfriktionsvärdetpâverkas på ett fördelaktigt sätt.

Med helaromatiska polyamider avses så kallade - aramider, vilka erhålles ur aromatiska dikarbonsyror och aromatiska diaminer resp aromatiska aminokarbon- syror.

Som bindemedel eller matris, i vilket fibermate- rialet är inbäddat och vilket tjänar som förstärkning, kan vanliga polymera föreningar användas. Kända är hart- ser på basis av fenoler, vilka exempelvis erhålles genom kondensation av fenol och aldehyder, såsom formaldehyd eller akrolein. Det är även möjligt att som bindemedel använda melaminharts och liknande. Man kan ta vanliga lösningsmedel. Friktionsbeläggningarna enligt uppfin- ningen kan innehålla vanliga fyllmedel, såsom sot, metalloxider, kaolin osv, och inarbetandet av vanliga tillsatser är möjligt. Även användning av polytetra- fluoreten som bindemedel är möjlig.

Formningen till friktionsbeläggningar av vanlig, t ex ring-, platt-, parallellepiped- eller kägelformig utformning, såsom skivor, ringar, block och liknande, kan åstadkommas på i och för sig känt sätt. Även den ytterligare mekaniska bearbetningen, t ex åstadkomman- det av fördjupningar eller öppningar, kan göras pâ 10 15 20 25 30 35 446 542 15 vanligt sätt.

Vanliga bindemedel, fyllmaterial, tillsatser liksom lämpliga framställningsförfaranden beskrivs på många ställen i litteraturen. I detta sammanhang hänvisas till den i tidskriften “Gummi, Asbest, Kunst- stoffe", årgångarna 1975 och 1974, offentliggjorda artikelserien "Entwicklungen von Reibbelägen für Kupplungen und Bremsen" av H. Bohmhammel, i vilken detaljer om framställningen av friktionsbeläggningar anges. p Kiselsyrafibrerna kan användas i friktionsmate- rialet utan särskild beredning. Det är emellertid även möjligt att förse fibrerna, innan de inbäddas, med en speciell beredning. Till beredningar som harvisat sig pålitliga inom ramen för uppfinningen hör polyuretan, epoxidhartser, latexer liksom fenol- hartser på basis av fenol och formaldehyd. Det räcker i allmänhet om de använda fibrerna är försedda med l-7 vikt% av beredningen.

Bearbetningen kan därefter ske på i och för sig känt sätt. Sålunda är det möjligt att under användning av kiselsyrafibrer, eventuellt under samtidig använd- ning-av ytterligare fibrer, framställa ett garn, en lina, en matta, ett flor, en vävnad eller liknande artiklar, impregnera dessa med bindemedelsmaterial och ur denna massa därefter bilda en lämplig formkropp, t ex en skiva eller en kloss, t ex genom pressning, varvid eventuellt ännu kvarvarande lösningsmedel måste avlägsnas. Bearbetningen av kiselsyrainnehâllande massor av små stavar genm pressning är särskilt fördelaktig.

Skivorna kan användas som sådana resp efter det att de har bringats på ett underlag.

Det är särskilt överraskande att friktionsbelägg- ningarna kunde användas så fördelaktigt, särskilt såsom friktionsbeläggningar i bromsar och kopplingar. De är vidare mycket väl lämpade till lameller vid så kallade flerlamellskopplingar. 10 15 20 25 30 446 542 16 Friktionsmaterialen kan lätt bearbetas med meka- niska medel. Det är således utan vidare möjligt att överföra dem till lämplig form genom slipning, borr- ning, fräsning osv. Gradning, inbringande av kilspår eller spiralformiga fördjupningar är utan svårigheter möjligt.

En av bromsbeläggningen framställd skiva kan mycket lätt uppruggas, så att den med sin uppruggade sida under användning av ett klister pà ett fullgott sätt kan för- bindas med ett underlag, som à sin sida åter kan vara uppruggat. Vidhäftningen mellan underlaget och friktions- materialet är utmärkt.

Friktionsmaterialen är mycket beständiga gentemot påverkan av värme, uppvisar en ringa nötning och därmed en lång livslängd vid användning som kopplings- och broms- beläggningar. Materialet har hög elasticitet liksom högt friktionsvärde såväl vid statisk som vid dynamisk belast- ning. Vid bromsar, vilka innehåller bromsbeläggningar av friktionsmaterialet, uppträder inte längre det ofta vanliga gnisslet.

Friktionsbeläggningen är inte aggressiv gentemot motstående material, såsom t ex stål eller gjutgods.

På grund av de gynnsamma ytegenskaperna och deras goda tvärbindningsförmâga är vidhäftningen mellan kiselsyra- fibrer och bindemedel utmärkt, vilket är märkbart genom en god homogenitet för friktionsbeläggningen. Pâ grund av friktionsförhâllandet kan mycket korta växlingstider uppnås vid synkroniserade växlar. Även kiselsyrafibrernas blandbarhet med övriga använda material är mycket till- fredsställande.

Friktionsbeläggningarna har ett bra sprickförhål- lande och har hög sprickhållfasthet, vilket framförallt fodras för kopplingsbeläggningar.

Uppfinningen belyses närmare genom följande exempel. 10 15 20 25 30 35 446 542 17 EXEMPEL 1-3 Framställning av spinnlösningen sker i praktiskt taget coz-fri atmosfär. I ett 2-liters blandningskärl av rostfritt stål, utrustat med tempereringsmantel, pâfyllnadsstuts, ankaromrörare och avloppskran i botten, indunstas en lösning av 2200 g natronvattenglas 39° Bë, molförhâllande Na2O/Si02 = l/3,38, och 85,5 g Na0H vid 70°C och 200 mbar, tills en viskositet av 240 Pa.s, mätt vid 30°C, har uppnåtts. Genom natronluttillsats höjs molförhâllandet Na2O/SiO2 till 1/2,48. Massan är efter filtrering genom en batistduk lämplig att spinnas.

Man förbinder blandningskärlet med en spinnapparat, vilken huvudsakligen består av en kugghjulspump, en munstycksplatta med 24 cirkelrunda urborrningar, dia- meter 125 pm, och ett 8 m långt torrspinnskakt.

Munstycksplattans fäste och tilloppsledningen har likaså en tempereringsmantel. Spinnlösningens tempera- tur skall uppgå till 30°C vid spinningen. De ur mun- stycket utkommande trådarna dras i lodrätt anordnade. torrspinnschakt Som bärargas för torkningen tjänar luft, som sti- ger upp i motström och är uppvärmd till l50°C.

.De i exemplen l-3 vid olika avdragningshastigheter framställda vattenglasgarnen har nedan angivna drag- hållfasthet: Exem- Utloppshastighet Avdragnings- Sträck- Draghâll- pel ur munstycket hastighet ning fasthet nr m/min m/min cN/tex 1 l5,0 200 13,3 7,5 15,0 350 23,3 11,1 3 ' 1o,2 soo 49,o 19,0 Vattenglastrâdarna i exempel 3 har en vattenhalt av 21,5 vikt% och en densitet av ca 2,2 g/cm3. Enkel- titern uppgår till 2,3 dtex, diametern till ca 10-16 pm och E-modulen till 1800 cN/tex. 10 15 20 25 30 35 446 542' 18 EXEMPEL 4 _ _ Exempel 4 beskriver utfyllnad medelst ett prepara- tionsmedel. Natronvattenglas spinns enligt beskriv- ningen i exempel 2, varvid sträckningen uppgår till 23,3.

Under användning av en preparationsgalett prepa- reras vattenglastrådarna med en 10 % vattenlösning av ett i handeln tillgängligt gränsyteaktivt ammoniumsalt (G 3634 A från firma Atlas Chemie). Vid en prepara- tionsutfyllnad av ca 0,8 % kandetav 24 enkeltrâdar bestående vattenglasgarnet problemfritt lindas upp och t ex bearbetas kontinuerligt till kiselsyratrådar.

EXEMPEL 5 _ Exempel 5 beskriver framställningen av kiselsyra- trådar av vattenglastrâdar. I Ett av 24 enkeltrâdar bestående vattenglasgarn, framställt enligt exempel 3 med en avdragshastighet av 500 m/min, doppas i l min vid 25°C i n HCl. Man tvät- tar trâdarna med destillerat vatten tills tvättvattnet är fritt från Cl-joner och låter dem torka i luften.

Materialet innehåller mindre än o,o1 e; Na.

Vid en enkeltiter av 1,6 dtex ligger garnets draghâllfasthet vid 5,8 cN/tex. Draghâllfastheten upp- går till 1,8 % och trâddiametern till ca 8-15 pm.

EXEMPEL 6 ' Framställning av kiselsyrafibrer Utgångsmaterialet är ett vattenhaltigt vattenglas- garn med 60 enkeltrâdar, vilket framställts enligt exempel 1. _ Avvikande härifrån är att den använda munstycks- plattan har 60 urborrningar. Vid en sträckning (= av- dragshastighet/munstycksutloppshastighet) av 28,7 upp- lindas trådarna med en hastighet av 350 m/min.

Från spolen avtagna, l m långa garnändar doppas i l min i n HCl med en temperatur av 25°C, tvättas med destillerat vatten tills tvättvattnet blir Cl-jonfritt och torkas i luft. Na-halten i de så framställda kisel- syratrâdarna ligger under 0,01 %. Diametern uppgår till 10 15' 20 25 30 35 o 4Ä6 542 19 12,7-19,9 pm. Hållfasthetsprovningen på enkeltrâdar ger följande data: ' Maximal töjning: D 2,0 % Draghållfasthet: 215 N/mmz _E-modul: 11000 N/mmz EXEMPELw7 Enligt exempel 6 framställda kiselsyratrådar ut- sättes i en glödgningsugn i 20 min för en temperatur av 750°C, varvid vattenhalten avtar från ca 10 till under l %. Bestämningen av de mekaniska egenskaperna hos enkeltrådarna gav följande data: Maximal töjning: 1 % nraghå11fastnet= Gao N/m2 E-modul: 76000 N/mmz EXEMPEL 8 Exempel 8 beskriver omvandlingen av vattenglas- fibrer till kiselsyrafibrer med en saltlösning vid för- höjt pH-värde.

Man använder vattenhaltiga vattenglastrâdar, vilka beskrivs i exempel 6. , För omvandling till kiselsyratrådar används en med 25 % ammoniak till på 8 inställd n saltsyra. Trå- darnàs uppehâllstid i behandlingsbadet uppgår till 15 min. Vid användning av ett stort överskott av salt- lösning är en efterreglering av pH-värdet, t ex genom tillsats av n HCl, ej erforderlig.

De så framställda kiselsyratrådarna tvättas neutra- la med vatten och torkas i luft. Enkeltrâdarna har följande mekaniska egenskaper: Maximal töjning: 1,9 % Draghâllfasthet: 290 N/mmz E-modul: 11000 N/mmz EXEMPEL 9 Framställning av en kopplingsfriktionsbeläggning Av ett garn av kiselsyrafibrer och ett garn av en helaromatisk polyamidfiber i volymförhållandet 1:1 framställs en blandtråd med en totaltiter av 12000 dtex.

Garnsnodden är 120 vridningar per meter, trådsnodden är 10 15 20 25 446 542 20 150 vridningar per meter. Fyra av dessa trådar samman- föres till ett band och leds genom ett nedsänkningsbad, vilket innehåller en vanlig impregneringsblandning.

Denna blandning består huvudsakligen av fenolharts, natur- och synteslatexar (50 viktdelar), liksom sot och grafit (20 viktdelar), kaolin (15 viktdelar), zinkoxid (5 viktdelar) och svavel (10 viktdelarf och etylmetylketon som lösningsmedel.

Efter impregneringen torkas banden till klibb- frihet, därefter lindas de till en skivformig förform med en tjocklek av ca 6 mm och pressas slutligen, vilken pressning sker vid ett tryck av 120 bar och en tempe- ratur av l80°C. Skivans ändtjocklek uppgår till ca 3 mm.

EXEMPEL 10 Framställning av en bromsbeläggning Ett kiselsyrafilamentgarn och ett filamentgarn av helaromatisk polyamid i ett volymförhållande av 2:1 uppläggs och skärs därefter medelst en vanlig skäran- ordning till korta fibrer med en stapellängd av 6 mm. 30 volymdelar av denna blandning av korta fibrer blandas med 70 volymdelar av en bindemedelsblandning och bearbetas på vanligt sätt till en bromsbeläggning.

Bindemedelsblandningen innehåller (alla siffer- angivelser är volymdelar) fenol-kresolharts (30), syntetiskt kautschuk (10), baryt (5), skiffermjöljkaolin- blandning (10), grafit (5), molybdensulfid (51: järn- filspân/kopparpulverblandning 3:1 (5).

Claims (36)

10 15 20 25 30 446 542 21 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av kiselsyrafibrer, varvid vattenhaltiga vattenglasfibrer framställes genom torrspinning av vattenhaltiga vattenglaslösningar och vattenglasfibrerna omvandlas till kiselsyrafibrer genom behandling med syror eller saltlösningar, k ä n n e- t e c k n a t av att man torrspinner natronvattenglas till vattenhaltiga fibrer, vilka är huvudsakligen fria från icke alkalimetallföreningar och har ett molför- hållande Na2O/Si02 av ca 1:3-l:l,9 och för omvandling av natriumsilikatet till kiselsyra behandlar med vatten- haltiga, vätejonhaltiga syra- eller saltlösningar, tvättar de så erhållna kiselsyrafibrerna och torkar liksom eventuellt genomför üamusk efterbehandling.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k- n a t av att man som spinnmassa extruderar vattenhaltiga natronvattenglaslösningar, vilka i huvudsak är fria från icke-alkalimetallföreningar, har ett molförhàllande Na2O/SiO2 av ca 1:3-l:l,9 och har en viskositet av ca 10-700 Pans, mätt vid 3o°c, vid ca 1o-so°c i ett torr- spinnschakt, i vilket råder en temperatur av över l00°C, genom munstycksöppningar med en utloppshastighet av V1 = minst 5 m/min och avdrar de erhållna trådarna med en avdragningshastighet V2, så att sträckningen V2 : V1 uppgår till minst 6.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k- n a t av att man extruderar spinnmassan vid 20-35°C.

4. Förfarande enligt något av kraven 2 och 3, k ä n n e t e c k n a t av att man använder spinn- massor med en viskositet av 100-400 Pa.s, mätt vid 30°C.

5. Förfarande enligt ett eller flera av kraven 2-4, k ä n n e t e c k n a t av att avdragshastig- heten uppgår till minst 60 m/min. 10 15 20 25 30 35 446 542 22

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k - n a t av att avdragshastigheten uppgår till minst 350 m/min.

7. Förfarande enligt ett eller flera av kraven l-6, k ä n n e t e c k n a t av att andelen natrium- oxid i den vattenhaltiga vattenglaslösningen är ersatt med kaliumoxid upp till ca 30.mo1%.

8. Förfarande enligt ett eller flera av kraven l-6, k ä n n e t e c k n a t av att vattenglasfib- rerna uppvisar en vattenhalt av ca 15-30 vikt% och ett molförhâllande Na2O : SiO2 av 1:3 - l:l,9.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k - n a t av att vattenhalten uppgår till 20-25 vikt%.

10. Förfarande enligt ett eller flera av kraven l-9, k ä n n e t e c k n a t av att vattenglas- fibrerna uppvisar en draghâllfasthet av 5-30 cN/tex.

11. ll. Förfarande enligt krav l0, k ä n n e t e c k - n a t av att vattenglasfibrernas draghållfasthet upp- går till 15-25 cN/tex.

12. Förfarande enligt ett eller flera av kraven l-ll, k ä n n e t e c k n a t av att man som syra använder ca 0,5-5 n vattenhaltig saltsyra av rumstem- peratur.

13. Förfarande enligt ett eller flera av kraven l-ll, k ä n n e t e c k n a t av att man som syra använder n saltsyra med en temperatur av 20-90°C.

14. Förfarande enligt ett eller flera av kraven l-ll, k ä n n e t e c k n a t av att man som vatten- haltiga saltlösningar använder på ett pH-värde av l- 8 instäüfla ammoniumkloridhaltiga lösningar, vilka beträf- fande kloridjonhalten är minst l-normala.

15. Förfarande enligt ett eller flera av kraven 1-14, k ä n n e t e c k n a t av att man genomför den termiska efterbehandlingen vid temperaturer av zoo - 1ooo°c. 10 15 20 25 30 446 542 23

16. Förfarande enligt krav 15, k ä n n e t e c k - n a t av att man genomför den termiska efterbehand- lingen vid temperaturer av 500-100000.

17. Förfarande enligt krav 16, n a t fav att man genomför den termiska efterbehand- lingen vid temperaturer av 600-900°C.

18. Kiselsyrafibrer framställda enligt ett eller flera av kraven l-17, k ä n n e t e c k n a d e av att de har en draghâllfasthet av 200-800 N/mmz och en E-modul av 10- 103 - 80' 103 N/m2.

19. Användning av kiselsyrafibrerna som framställts k ä n n e t e c k - enligt ett eller flera av kraven 1-17 och kiselsyra- fibrerna enligt krav 18 för framställning av korta fibrer eller en friktionsbeläggning.

20. Användning enligt krav 19 av fibrerna för fram- ställning av vátflor.

21. Användning enligt kraven 19 eller 20 av fibrerna för framställning av filtermaterial.

22. Användning enligt ett eller flera av kraven 19-21 av fibrerna som förstärkningsmaterial.

23. Användning enligt krav 19 av fibrerna för fram- ställning av en friktionsbeläggning, vilken i huvudsak är uppbyggd av ett fibermaterial, en polymer bindemedels- massa, fyllmedel liksom eventuellt ytterligare tillsatser, varvid fibermaterialet i friktionsbeläggningen helt eller delvis består av kiselsyrafibrerna.

24. Användning enligt krav 23, varvid kiselsyra- fibrerna är korta och uppvisar en stapellängd av 1-40 mm.

25. Användning enligt krav 24, varvid kiselsyra- fibrerna har en stapellängd av 5-15 mm.

26. Användning enligt ett eller flera av kraven 23-25, varvid friktionsbeläggningen har en andel kisel- syrafibrer av 5-70 vikt%. 10 15 20 25 30 446 542 24

27. Användning enligt ett eller flera av kraven 23-26, varvid friktionsbeläggningen omfattar ett fiber- material av kiselsyrafibrer och polyakrylnitrilfibrer. _

28. Användning enligt ett eller flera av kraven 23-26, varvid friktionsbeläggningen omfattar ett fiber- material av kiselsyrafibrer och viskosfibrer.

29. Användning enligt ett eller flera av kraven 23-26, varvid friktionsbeläggningen omfattar ett fiber- material av kiselsyrafibrer och kolfibrer.

30. Användning enligt ett eller flera av kraven 23-26, varvid friktionsbeläggningen omfattar ett fiber- material av kiselsyrafibrer och fibrer av helaromatiska polyamider.

31. Användning enligt ett eller flera av kraven 23-30, varvid fibermaterialet innehåller metallfibrer som ytterligare fiberbestàndsdel.

32. Användning enligt krav 31, varvid metallfibrerna är stålull.

33. Användning enligt ett eller flera av kraven 23-32, varvid friktionsbeläggningen erhållits genom pressning av kiselsyrafiberinnehállande massor av små stavar.

34. Användning enligt ett eller flera av kraven 23-33, varvid friktionsbeläggningen är en friktions- beläggning i skiv- och trumbromsar.

35. Användning enligt ett eller flera av kraven 23-33, varvid friktionsbeläggningen är en friktions- beläggning i kopplingar.

36. Användning enligt ett eller flera av kraven 23-33, varvid friktionsbeläggningen är lamellmaterial vid flerlamellskopplingar.