AT160117B

AT160117B - Verfahren zur Behandlung von Glasfasern mit den Gehalt an Alkali auf der Oberfläche der Fasern beeinflussenden Chemikalien.

Info

Publication number: AT160117B
Authority: AT
Original assignee: Mij Exploitatie Octrooien Nv
Priority date: 1936-11-17
Filing date: 1937-11-13
Publication date: 1941-02-10

Description

Verfahren zur Behandlung von Glasfasern mit den Gehalt an Alkali auf der Oberfläche der Fasern beeinflussenden Chemikalien.

Aus Glas werden heutzutage Fasern hergestellt, die in ihrer Feinheit und Biegsamkeit kaum hinter den wichtigsten Textilien, wie Wolle, Baumwolle, Zellwolle, Seide, zurückstehen.

Seit einiger Zeit werden diese Glasfasern auch bereits zum Verspinnen und Verweben verwendet.

Die Zerreissfestigkeit der daraus hergestellten Fäden, Garne und Gewebe ist infolge der hohen Festigkeit des Glases sehr gut. Auch die Schmiegsamkeit ist ganz wesentlich besser, als man im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften des Glases erwarten sollte. Besonders gute Ergebnisse erzielt man, wenn man möglichst schon beim Herstellen der Glasfasern oder aber bei der Weiterverarbeitung ein Überzugmittel zusetzt, das das Gleiten der Fasern aneinander beeinflusst.

Um den Glasfasern bestimmte Eigenschaften zu verleihen, ist schon vorgeschlagen worden, sie mit den Gehalt an Alkali auf der Faseroberfläche beeinflussenden Chemikalien zu behandeln. Bei dieser Behandlung soll der freie Alkaligehalt auf der Oberfläche der Fasern durch völliges oder teilweises Neutralisieren unschädlich gemacht oder für einen besonderen Fall um ein ganz geringes erhöht werden.

Dabei soll aber ein Ätzen der Glasfasern vermieden werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Glasfasern mit den Gehalt an Alkali auf der Oberfläche der Fasern beeinflussenden Chemikalien, wobei das grundsätzlich Neue darin besteht, dass die Behandlung mit den Chemikalien unter solchen Bedingungen erfolgt, dass sie als Ätzmittel wirken.

In der Glasindustrie ist es bereits bekannt, zwecks Mattierens und Verzierens von kompakten Glasgegenständen, wie Platten, Gefässen u. dgl., diese einer Behandlung mit Säuren oder andern Ätzmitteln und einer nachherige Spülung zu unterwerfen.

Mit der Behandlung von Glasfasern gemäss der Erfindung werden jedoch andere Zwecke verfolgt und erreicht. Je nach dem Zweck wählt man die Zusammensetzung und Konzentration des Ätzmittels sowie die Dauer und Temperatur seiner Einwirkung auf die Fasern. So kann man durch das Atzmittel auf der Oberfläche der Fasern vorhandene Erhebungen u. dgl. wegätzen und die Oberfläche dadurch glätten. Ferner lässt sich durch das Ätzmittel ein Aufrauhen der Faseroberfläche erzielen. Auch lässt sich durch die Einwirkung des Ätzmittels eine planmässige, sehr bedeutende Verringerung des Durchmessers der Fasern erzielen. Schliesslich ist es durch eine entsprechende Behandlung der Fasern mit Ätzmitteln auch möglich, den Fasern die Eigenschaft zu verleihen, dass sie sich leicht in kürzere Stücke brechen oder schneiden lassen.

Durch diese letztgenannte Zerteilung der Fasern lässt sieh eine kurzfaserige Glaswolle bilden, die man beispielsweise benutzt, um Fugen oder sonstige Zwischenräume in Mauerwerken abzudichten, indem man die kurzfaserige Wolle in die betreffenden Zwischenräume hineinbläst oder diese sonstwie mit der Wolle füllt.

Als an sieh bekannte Glasätzmittel können Flusssäure oder Alkalisalze der Flusssäure in saurer Lösung verwendet werden.

Ebenso lassen sich als Ätzmittel Alkalilösungen, wie Kaliumhydroxyd oder Natriumhydroxyd, verwenden.

Nach der Behandlung mit dem Ätzmittel wird nötigenfalls eine Spülung der Fasern vorgenommen, um die Wirkung des Ätzmittels zu unterbrechen und etwaigen schädlichen Nachwirkungen vorzubeugen.

Nach dem Ätzen können die Fasern in an sich bekannter Weise wieder mit einem Sehutzüberzug oder Schmiermittel benetzt werden, welches vorzugsweise aus Öl-, Fett-oder Waehsemulsionen besteht.

Die Behandlung der Fasern kann bei irgendeiner der üblichen Formen der Fasern vorgenommen werden, d. h. die Fasern können als lose Fasermatte oder Faserstrang, als Garn oder auch als Gewebe der Behandlung gemäss der Erfindung unterworfen werden.

Die erfindungsgemäss vorgesehene Behandlung der Fasern mit Ätzmitteln zum Glätten der Fasern hat vor allen Dingen den Zweck, die Zugfestigkeit der Fasern zu erhöhen. Die auf den Fasern etwa befindlichen unregelmässigen groben Vorsprünge und Kerben geben bekanntlich Anlass zu Spannungskonzentrationen an derartigen Unebenheiten und verringern daher die Bruch-und Zugfestigkeit. Durch Entfernung solcher schädlicher Erhebungen oder Vorsprünge und Kerben wird die Faser deshalb bruch-und zugfest. Auch lassen sich auf diese Weise bei Garnen oder Geweben aus Glasfasern etwa vorstehende Enden von Fasern entfernen. Zur Durchführung dieses Glättens werden z. B. die Fasern Y2-2 Minuten bei Raumtemperatur der Einwirkung von verdünnter Flusssäure von 1 bis 5% Flusssäuregehalt mit oder ohne Zusatz der gleichen Menge Schwefelsäure unterworfen.

Von besonderer Bedeutung ist das gemäss der Erfindung vorgesehene Aufrauhen der Fasern.

Der Zweck des Aufrauhen ist die Erzielung einer stärkeren Haftung oder Reibung der einzelnen Fasern aneinander. Durch die Wahl des Ätzmittels, durch seine Konzentration und durch die Dauer der Einwirkung sowie die dabei zur Anwendung gelangende Temperatur kann der Grad der Ätzung und damit die Rauhigkeit der Oberfläche weitgehend beeinflusst werden. Die Oberfläche der Glasfasern ist je nach der Zusammensetzung des Glases und dem angewandten Herstellungsverfahren sehr glatt, infolgedessen lassen sich solche Glasfasern mit glatter Oberfläche nur dann zu Fäden oder Garnen verarbeiten, wenn die einzelnen Fasern sehr lang oder endlos sind oder wenn sie ein Haftmittel enthalten, das die fehlende Haftfähigkeit der einzelnen Fasern aneinander ersetzt. Bei der Verwendung von Glasfasern mit rauher Oberfläche werden diese Schwierigkeiten verringert oder fallen ganz fort.

Das Material lässt sich auch bei kurzer Fäserlänge (Stapellänge) verspinnen. Dies ist z. B. eine wichtige Voraussetzung für die Herstellung von Mischgarnen, die in einem Faden Glasfasern und andere Faserstoffe enthalten.

Auch bei grosser Faserlänge ist die rauhe Oberfläche vorteilhaft, denn wenn in einem Faden aus glatten Fasern in einem kleineren Längenabschnitt ein Teil der Fasern reisst, so geht die Festigkeit des Fadens entsprechend zurück, u. zw. auch wenn die Bruchstellen der einzelnen Fasern nicht genau nebeneinander liegen. Bei Fasern mit rauher Oberfläche geht die Festigkeit in diesem Falle infolge der grösseren Haftung der Fasern aneinander viel weniger zurück. Ferner ist bei Fasern mit rauher Oberfläche die Verwendung von Klebemitteln nicht mehr erforderlich oder aber man kommt mit ganz kleinen Mengen aus. Dieses ist ebenfalls für manche Anwendungen sehr erwünscht, beispielsweise für die Herstellung hochwertiger elektrischer Isolierungen.

Wenn man, um eine grössere Geschmeidigkeit und ein besseres Gleiten zu erzielen, ein Bindemittel nicht ganz fortlassen will, so verwendet man, wie schon erwähnt, zweckmässig solche Mittel, die nur schmieren wirken, wie z. B. Emulsionen von Ölen, Fetten oder Wachsen in Wasser.

Ein wirkungsvolles Aufrauhen der Faseroberfläche lässt sich dadurch erzielen, dass die Fasern 1-5 Minuten bei Raumtemperatur der Einwirkung von sauren Fluoridlösungen, z. B. aus 2% Natriumfluorid, 2% Flusssäure und 2% Schwefelsäure, mit oder ohne Zusatz von Bariumsulfat, Barium-oder Kaliumsilikofluorid od. dgl. unterworfen werden. Die letztgenannten Zusätze haben den Zweck, die Glasoberfläche teilweise abzudecken, so dass eine unregelmässige Anfressung durch das saure Bad erzielt wird.

Zur Ausführung der Ätzung werden zweckmässig die Glasfasern unmittelbar nach dem Herstellen oder zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt etwa in Form eines Faserstranges oder einer Fasermatte durch das Ätzbad, anschliessend durch ein Spülbad und dann durch eine Trockenvorrichtung geführt. Das Ätzmittel kann aber auch auf die Fasern aufgespritzt oder aufgesprüht oder in Nebeloder Dampfform mit den Glasfasern in Berührung gebracht werden. Das Spülbad kann Stoffe enthalten, die die Ätzung schnell unterbrechen, oder man kann ein besonderes Unterbreeherbad zwischen das Ätz-und Spülbad einschalten. Für das Spülbad können beispielsweise verdünnte Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure oder ähnliche Säuren verwendet werden, durch welche das Alkali auf den Fasern wirksam entfernt werden kann.

Anstatt das Schmiermittel, wie mineralisches oder vegetabiles Öl, sulfuriertes Rizinusöl, Wachs, Trikresylphosphat, Harz oder ähnliche Substanzen, in einem besonderen Vorgang auf die Fasern aufzubringen, kann das Schmiermittel auch dem Spülbad zugesetzt werden.

Im Sinne der Erfindung können beispielsweise Glasgewebe oder aus solchem hergestellte Gegenstände in einer Lösung von Natrium-oder Kaliumhydroxyd (mit einer Konzentration von Y2 normal) gekocht werden. Nach einer Kochdauer von etwa 15 Minuten wird der Gegenstand mit einer verdünnten Salzsäurelösung, die als Schmiermittel beispielsweise 2% sulfuriertes Rizinusöl enthält, neutralisiert. Versuche haben ergeben, dass derart behandelte Gewebe hinsichtlich Druck, Zug und Abrieb gleichen,

nicht auf diese Weise behandelten Geweben überlegen sind. Gleichzeitig sind die Gewebe nach der
Behandlung weicher und sozusagen ohne Brüchigkeit.

Das Ätzen der Fasern zur Verringerung ihres Durchmessers lässt sich beispielsweise in folgender Weise durchführen. Die Glasfasern werden in eine 30-40%ige Lösung eines Alkalihydroxyds, beispielsweise Kaliumhydroxyd, gebracht, die nur eine langsame allmähliche Einwirkung auf das Glas hat.
Je nach dem ursprünglichen Durchmesser der Glasfasern, der Zusammensetzung des Glases und der Stärke der verwendeten Lösung werden die Fasern etwa eine Woche unter der Einwirkung der Lösung gelassen. Durch die Anwendung höherer Temperaturen kann die Behandlungsdauer abgekürzt werden. Durch die Behandlung lassen sich Glasfasern mit einem Durchmesser von etwa 0,00075 bis 0,0009 CM auf einen Durchmesser von etwa 0,00037 bis 0, 0005 cm verringern.

Nach der Behandlung werden die Fasern gespült und dann gegebenenfalls, wie bereits erwähnt, mit einem Schmiermittel überzogen. Auch die so behandelten Fasern besitzen eine erhöhte Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Bruch und Abrieb. Sie sind von besonders grosser Feinheit und etwa so weich wie Angorawolle. Wird ein Glasgewebe in dieser Weise behandelt, so wird dasselbe durch die Behandlung durchlässiger, biegsamer und weicher.

Die Verringerung des Faserdurchmessers lässt sich viel schneller und wirksamer durchführen, wenn man die für das Glätten aufgeführten Lösungen für eine längere Dauer oder in stärkerer Konzentration auf die Fasern zur Einwirkung bringt, oder wenn man die für das Aufrauhen benannten Lösungen bei erhöhter Temperatur und unter Bewegung der Fasern auf diese wirken lässt. Die Ergebnisse lassen sich dabei in weiten Grenzen regeln.

Will man das Ätzen so weit durchführen, dass ein Brüchigwerden der Fasern stattfindet, so bringt man die für das Glätten und Aufrauhen der Fasern benannten Lösungen bei noch höheren Temperaturen, für eine längere Dauer und mit stärkeren Konzentrationen zur Einwirkung.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Behandlung von Glasfasern mit den Gehalt an Alkali auf der Oberfläche der Fasern beeinflussenden Chemikalien, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung mit den Chemikalien unter solchen Bedingungen erfolgt, dass sie als Ätzmittel wirken.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit an sich bekannten Glasätzmitteln, wie Flusssäure oder Alkalisalzen der Flusssäure, behandelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit Alkalilösungen, wie Kaliumhydroxyd oder Natriumhydroxyd, behandelt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Glätten der Faseroberfläche durch Wegätzen von Erhebungen und Kerben die Fasern Y2-2 Minuten bei Raumtemperatur der Einwirkung von verdünnter Flusssäure von 1 bis 5 % Flusssäuregehalt mit oder ohne Zusatz der gleichen Menge Schwefelsäure unterworfen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufrauhen der Faseroberfläche die Fasern 1-5 Minuten bei Raumtemperatur der Einwirkung von sauren Fluoridlösungen, z. B. aus EMI3.1 sulfat, Barium-oder Kaliumsilikofluorid od. dgl. unterworfen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung des Faserdurch- messers die Lösungen gemäss Anspruch 4 für eine längere Dauer oder in stärkerer Konzentration auf die Fasern zur Einwirkung gebracht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung des Faserdurchmessers die Lösungen gemäss Anspruch 5 bei erhöhter Temperatur und unter Bewegung der Fasern auf diese zur Einwirkung gebracht werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Brüchigmachen der Fasern die Lösungen gemäss den Ansprüchen 4 oder 5 bei höherer Temperatur, für eine längere Dauer oder mit stärkeren Konzentrationen auf die Fasern zur Einwirkung gebracht werden.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern nach dem Ätzen mit einem Schutzüberzug oder Schmiermittel, vorzugsweise 01-, Fett-oder Wachsemulsionen, benetzt werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel einem nach dem Ätzen angewendeten Spiilbad zugesetzt wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern als fortlaufender Faserstrang oder Fasermatte, als Garnstrang, Gewebeband oder Gewebestrang nacheinander durch ein Ätzbad, ein Spülbad und gegebenenfalls eine Schmiermittelauftragevorrichtung und eine Trockenvomchtung geführt werden.