Verfahren zur Herstellung von Fäden aus Quarz oder anderen hochschmelzenden Oxyden und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung von Fäden aus Quarz oder andern hochschmelzen den Oxyden und Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens.
Die Herstellung von Fäden aus Quarz oder andern hochschmelzenden Oxyden be reitet infolge der Schwerschmelzbarkeit die ser Materialien grosse Schwierigkeiten, und bisher war es nur in einem diskontinuier lichen Verfahren möglich, Quarzfäden von wenigen Metern Länge herzustellen. Bei die sem Verfahren wurde ein unter Zugspannung stehender Quarzstab an einer Stelle bis zum Schmelzen erhitzt. Als Folge hiervon wurde das abgeschmolzene Quarzstück weggeschleu dert, wobei es gleichzeitig einen Quarzfaden von der Schmelzstelle mit sich führte.
Nach der vorliegenden Erfindung kann man zum Beispiel Fäden aus Quarz oder an- dern schwer schmelzbaren Oxyden in prak tisch unbeschränkter Länge erzielen. Erfin dungsgemäss wird hierbei das mindestens bis zur Plastizität erhitzte, also zum Beispiel ge schmolzene oder nur plastifizierte Ausgangs- material mit einer Geschwindigkeit von.min- destens 250 m pro Minute von der Düsen öffnung abgezogen. und der Düsenöffnung mit geringerer Geschwindigkeit nachgehe fert,
wobei der Düsenquerschnitt den Faden querschnitt mindestens um das Fünfzigfache übersteigt.
Für die Durchführung des Verfahrens kommen neben Quarz in durclLsichtigeroder undurchsichtiger Form auch andere hoch schmelzende Oxyde, wie zum Beispiel Zir- konoxyd bezw. Gemische verschiedener hoch schmelzender Oxyde in Betracht. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist es nicht er forderlich, dass die Ausgangsmaterialien bis zur Dünnflüssigkeit erhitzt werden; vielmehr genügt es in vielen Fällen, wenn das Ma terial etwas über den Erweichungspunkt hinaus erhitzt wird, so dass es gerade pla stisch ist.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Herstellung der Fäden nach dem erfindungs gemässen Verfahren besitzt einen Schmelzofen und eine Platte aus elektrisch leitendem feuerfestem Material, welche Düsenöffnungen aufweist.
In der beigefügten Zeichnung ist die Vor richtung in zwei Ausführungsbeispielen dar gestellt, an Hand welcher auch Durchfüh rungsbeispiele des erfindungsgemässen Ver fahrens erläutert werden.
In der Fig. 1 bedeutet 6 einen Hochfre quenzschmelzofen aus hochfeuerfestem Ma terial, in welchem der aus zum Beispiel Graphit oder Kohle bestehende Behälter 7 angeordnet ist; in diesem befindet sich die Quarzschmelze B. In die Schmelze taucht das aus Graphit, Kohle, Thoroxyd und derglei chen bestehende Rohr 9 mit der Bodenplatte 10, die mit Düsenöffnungen 11 versehen ist, ein. Ein Teil des Eigengewichtes des Zylin ders bezw. Rohres 9 ist durch Gegengewichte 12, die über Rollen 13 angreifen, ausgegli chen. Das Restgewicht des Rohres bewirkt, dass sich die Platte 10 in die Schmelze nur bis zu einer gewissen Tiefe einsenkt. Der hydro statische Druck der Schmelze presst dann das geschmolzene oder bis zur Plastizität erhitzte Quarz durch die Öffnungen der Platte 10 in das Innere des Rohres 9.
Zu Beginn des Her stellungsverfahrens wird der Quarzstempel 14, der in einem Metallrohr, das an der Feder 15 aufgehängt ist, befestigt ist, durch Span nen der Feder mit den in das Rohr 9 einquel lenden Strängen in Berührung gebracht; so bald zwischen dem Stempel 14 und der ein strömenden Quarzmasse eine Verbindung her gestellt ist, lässt man die Feder 15 empor schnellen, wobei die aus den Düsen quellen den Stränge zu Fäden ausgezogen werden. Diese Fäden werden dann über die Auf wickelvorrichtung 16 gelegt und von dieser dann aufgehaspelt. Je nach der Geschwindigkeit, mit der die Aufwickelvorrichtung 16 bewegt wird, wer den Fäden verschieden starken Durchmessers erzielt.
Es wurden Aufspulgeschwindigkei ten von 500 m pro Minute bis 3600 m pro Minute und mehr zur Anwendung gebracht, mindestens beträgt sie jedoch 250 m pro Mi nute, wobei der Düsenquerschnitt den Faden querschnitt noch mindestens um das Fünfzig fache übersteigt.
Durch entsprechende Bemessung der Ge wichte 12 wird erreicht, dass in dem Masse, wie Fäden aus der Quarzschmelze heraus gesponnen werden, das Rohr 9 mit der Dü senplatte 10 in die Schmelze nachsinkt, so dass an den Düsenöffnungen ein stets kon stanter hydrostatischer Druck vorhanden ist. Die Geschwindigkeit, mit der das Ausgangs material zu den Düsenöffnungen nachgelie fert wird, ist natürlich erheblich geringer als die Abziehgeschwindigkeit.
Die Durchmesser der Düsen sind um ein Vielfaches grösser als die Stärke der erzeug ten Quarzfäden, beispielsweise 3 mm, wäh rend die erzeugten Fäden einen Durchmesser an 3,11 besitzen. Die Stärke der Fäden ist nicht 'durch die Öffnung der Düsenplatte, sondern durch den Streckvorgang bestimmt. Durch entsprechende Gestaltung der Düsen öffnungen können den abgesponnenen Quarz fäden die verschiedensten Querschnittsformen erteilt und zum Beispiel auch Hohlfäden und Fäden in Bandform erzielt werden.
Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäss Fig. 1 wird gleichzeitig aus der Schmelze eine grössere Anzahl von Fäden entsprechend der Zahl der vorhandenen Dü senöffnungen herausgesponnen.
Die Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungs form einer Streckspinnvorrichtung. Der ge schmolzene Quarz wird unter Druck durch eine Düsenplatte 31, 32 aus Kohle, 'Volfram- ka.rbid oder Graphit oder einem ähnlichen feuerbeständigen, jedoch elektrisch leitenden Material gepresst, wobei die Düsenplatte selbst als Heizkörper benutz': wird und einen Teil des Schmelzbehälters für die. zähflüssige Schmelze bildet. Zu diesem Zweck sind die Stromzuführungen 35 und 36 vorgesehen.
Zwecks guter Wärmeausnutzung wird nur derjenige Teil der zu verspinnenden Quarz masse geschmolzen bezw. durch Hitze plasti- fiziert, der der Düsenplatte zunächst liegt. Dieser Teil der Quarzmasse wird durch Druck, beispielsweise durch den Druck der auf ihr lastenden Quarzmasse, durch die Dü senöffnungen herausgepresst. Die aus den Düsen austretenden plastischen bezw. flüs sigen Teile der Quarzmasse werden mittels einer Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 darge stellt ist, abgezogen und auf die Haspel auf gewickelt. Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Graphitplatte 31 an der Stelle 32 eine wesentlich geringere Dicke aufweist, wodurch die elektrische Heizenergie an dieser Stelle konzentriert wird.
Die Stelle 32 ist mit Boh rungen, die zweckmässig einen Durchmesser von 2 bis 4 mm aufweisen, versehen und bil det die Spinnbrause der Apparatur. Oberhalb von 32, im Raum 33, ist beispielsweise Quarz sand aufgeschichtet, der durch eine Wärme isolation 39 und eine elektrische Isolation 37 geschützt ist. Wird der elektrische Strom kreis geschlossen, so wird die Spinnbrause je nach der angelegten Spannung eine entspre chend hohe Temperatur annehmen und, so fern sie hoch genug gewählt ist, den Quarz sand im Raum 33 knapp oberhalb von 32 nie derschmelzen. Infolge des statischen Druckes, der auf die Schmelze durch die Barüber liegende Quarzsandmenge ausgeübt wird, tritt die Schmelze durch die Düsenöffnungen der Platte 32 in den Raum 41.
In diesem Raum wird durch irgendeine geeignete Vor richtung der durchquellende Quarz erfasst, abgezogen und auf eine Aufhaspelvorrich tung aufgewunden.
Bei einem praktisch ausgeführten Bei spiel wurde eine Düsenplatte mit kreisrunden Offnungen von 3 mm Durchmesser verwen det; die Durchtrittsgeschwindigkeit der Quarzschmelze betrug 1 cm pro Minute, die Aufwickelgeschwindigkeit der Haspel 900 m pro Minute. Das Geschwindigkeitsverhältnis der Zufuhr des Ausgangsmaterials und des Abspinnvorgangeswar demzufolge 1:90000:
dies bedingt eine Durchmesserverkleinerung um
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In Übereinstimmung hiermit betrug der Durchmesser bei dem er zielten Quarzfaden etwa 10 #. Da es ohne weiteres möglich ist, mit noch schneller sich drehenden Aufwickelvorrichtuugen zu arbei ten, kann man auch noch erheblich dünnere Fäden herstellen, beispielsweise sind Fäden mit einem Querschnitt von nur 1/ ,u und weniger erzielt worden.
Mit einer Aufhaspelvorrichtung können gegebenenfalls gleichzeitig mehrere Fäden gesponnen werden, wobei sowohl ein Ofen wie auch mehrere Ofen Verwendung finden können. Besonders zweckmässig ist das mehr- fädige Spinnen dann, wenn man statt der in den Figuren. gezeichneten Aufhaspelvorrich- tung einen Spinntopf des gleichen Systems, wie in der Kunstseidenindustrie üblich, ver wendet.
Dabei lässt man zweckmässig die Fäden vorerst durch eine Schleppwalze för dern und von dieser Walze in den Spinn t op f gelangen, eD wo sie vorgezwirnt und zu einem Spinnkuchen aufgesponnen werden. Die dargestellte Streckspinnvorrichtung ermöglicht unter wirtschaftlich tragbaren Be dingungen die Erzielung einer besonders hohen Abzugsgeschwindigkeit (zum Beispiel 1000 m pro Minute und mehr).
Das Nachfüllen von Quarzsand ist bei die ser Ausführungsform besonders einfach, da er durch geeignete Vorrichtungen von oben in den Raum 33, unter Einhaltung eines mög lichst konstanten Niveaus, eingeschüttet wer den kann.
Um die Abstrahlungsverluste in der Spinnbrause auf der dem zu erhitzenden Aus gangsmaterial abgewandten Seite möglichst zu vermindern, ist es zweckmässig, die Spinn- brause aus zwei oder mehreren Schichten verschieden elektrisch leitender Materialien, beispielsweise Kohle und Graphit, aufzu bauen, und zwar derart, dass die Schicht, die der schmelzenden Masse zugewandt ist, .elek trisch besser als die abgewandte Schicht lei tet. Dadurch wird erreicht, dass durch diese Schicht ein höherer elektrischer.Strom fliesst, und diese heisser als die der schmelzenden hasse entgegengesetzte Seite wird.
Beson ders vorteilhaft ist es, die der schmelzenden blasse entgegengesetzte Seite der Spinnbrause mit einer Schicht eines Wärmeisolators zu versehen, beispielsweise Zirkonsilikat.
Zweckmässig arbeitet man in einer nen- fralen Atmosphäre, indem man beispielsweise in den Raum 33 und 41 Stickstoff einleitet.
Zur Erweichung bezw. zum Sehmelzen des Ausgangsmaterials werden Schmelzöfen verwendet, die eine entsprechend hohe Tem peratur einzustellen und leicht zu regulieren gestatten. Beispielsweise können elektrische Widerstandsöfen, Hochfrecquenzöfen, Kohle griessöfen, Staböfen, Tammanöfen und mit Knallgas- oder Sauerstoffgebläse geheizte Öfen verwendet werden.
Gegebenenfalls kann es zweckmässig sein. insbesondere bei Verwendung von Kohleöfen, zur Schonung der Ofenmaterialien, Stick stoff, Argon und andere inerte Gase durch den Ofen hindurchzuleiten, bezw. die den hohen Temperaturen und der Luft ausgesetz ten Bauteile mit schützenden Materialien zu bedecken oder zu imprägnieren.
Bei gegebenem Düsenquerschnitt und gegebener Düsenlänge ist bei konstantem Druck auf die Schmelze für jede Temperatur der Schmelze eine Abzugsgeschwindigkeit gegeben, die aus der Poiseuilleschen Glei chung errechenbar ist. Stellt man nun diese Abzugsgeschwindigkeit ein, so muss zweelzs einwandfreien Betriebes der Apparatur die Zähigkeit der Schmelze konstant sein, sonst: würde bei steigender Zähigkeit zu wenig Schmelze durch die Düsenöffnung nachflie ssen, die Fäden immer dünner und dünner wer den und schliesslich abreissen.
Aber auch beim Absinken der Zähigkeit (also beim Steigen der Temperatur) würden Störungen auf treten, da in diesem Fall immer mehr Schmelze nachgeliefert wird als bei der festen Abzugsgeschwindigkeit und dem gewünsch- ten Fadendurchmesser notwendig ist.
Es kön nen dabei zwei Fälle eintreten: Entweder wird der Fadendurchmesser dicker, oder es treten - bei plötzlichen starken Änderungen
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der <SEP> Zähigkeit <SEP> -- <SEP> sobenannte <SEP> "Fi^ehe" <SEP> (kurze,
<tb> stark <SEP> verstärkte <SEP> Fadenteile) <SEP> auf.
<SEP> Beides
<tb> führt <SEP> zu <SEP> sehr <SEP> unliebsamen <SEP> Störungen.
<tb> Diese <SEP> Scli\\-ieribkeiten <SEP> können <SEP> dadurch
<tb> vermieden <SEP> -erden, <SEP> dass <SEP> auf <SEP> an <SEP> sich <SEP> bekannte
<tb> jreise <SEP> die <SEP> der <SEP> Schmelze <SEP> zugeführte <SEP> Wärme menge, <SEP> der <SEP> Driiek <SEP> und <SEP> die <SEP> Abzubsgeschwin digkeit <SEP> autoniati?eli <SEP> konstant <SEP> gehalten <SEP> wer den, <SEP> oder <SEP> dass <SEP> bei <SEP> niclil, <SEP> konstant <SEP> gehaltener
<tb> Wäi-memenbe <SEP> die <SEP> Ahzubsgesclnvindigheit <SEP> und
<tb> der <SEP> Druck <SEP> auf <SEP> die <SEP> Schmelze <SEP> in <SEP> solcher <SEP> -'eise
<tb> automatisch <SEP> gerebelt <SEP> -erden,
<SEP> dass <SEP> trotz <SEP> den
<tb> Änderungen <SEP> der <SEP> Viskosität <SEP> der <SEP> Schmelze <SEP> der
<tb> Fadendurchnleser <SEP> honatant <SEP> bleibt. <SEP> Die <SEP> hoch ::chmelzenden <SEP> 0z,vde. <SEP> insbesondere <SEP> Quarz,
<tb> zei-en <SEP> eine <SEP> zum <SEP> Teil <SEP> reelit. <SEP> ungünstige <SEP> Eigen schaft, <SEP> nämlich <SEP> eine <SEP> ausserordentlich <SEP> hohe
<tb> Temperaturempfindlichkeit <SEP> der <SEP> Zähigkeit,
<tb> insbesondere <SEP> in <SEP> dem <SEP> Temperaturintervall. <SEP> in
<tb> dem <SEP> aus <SEP> #\-irt:;
eliaftlichen <SEP> Gründen <SEP> gearbeitet
<tb> ird. <SEP> Spinnversnelie <SEP> zeigen <SEP> dieses <SEP> sehr
<tb> deutlich. <SEP> 11an <SEP> ist <SEP> nun <SEP> immer <SEP> bestrebt, <SEP> mit
<tb> niöblielist <SEP> niedrigen <SEP> Temperaturen <SEP> zu <SEP> arbei ten, <SEP> weil <SEP> neben <SEP> den <SEP> nicht <SEP> unerheblichen <SEP> tech nischen <SEP> Schwierigkeiten <SEP> einer <SEP> selbst <SEP> nur <SEP> um
<tb> I.00 <SEP> C <SEP> höher <SEP> als <SEP> unbedingt <SEP> notwendigen
<tb> Temperatur <SEP> (in <SEP> dem <SEP> an <SEP> .;
ich <SEP> hohen <SEP> Bereich
<tb> von <SEP> etwa <SEP> -?0(l0" <SEP> C <SEP> mid <SEP> darüber) <SEP> die <SEP> Verlust wärme <SEP> sehr <SEP> schnell <SEP> steigt. <SEP> Bei <SEP> den <SEP> tieferen
<tb> Temperaturen, <SEP> bei <SEP> denen <SEP> gerade <SEP> noch <SEP> gespon nen <SEP> werden <SEP> kann, <SEP> sind <SEP> die <SEP> Änderungen <SEP> der
<tb> Zähigkeit <SEP> mit <SEP> der <SEP> Temperatur <SEP> ,jedoch <SEP> grösser,
<tb> so <SEP> dass <SEP> gerade <SEP> beim <SEP> wirtschaftlichen <SEP> Spin nen <SEP> besonderes <SEP> Aubennierh <SEP> auf <SEP> das <SEP> Regeln
<tb> der <SEP> Temperatur <SEP> o@iri- <SEP> der <SEP> Abzugsgeschwindig keit <SEP> gelebt <SEP> -erden <SEP> muss.
<SEP> Dazu <SEP> kommt, <SEP> dass
<tb> auch <SEP> aus <SEP> wirtsuliafllichen <SEP> Gründen <SEP> die <SEP> Dü senkonstanten, <SEP> die <SEP> Viskosität <SEP> (Temperatur),
<tb> der <SEP> Druck <SEP> und <SEP> die <SEP> <B>#</B> <SEP> @ <SEP> bzu-s-esehwindibkeit
<tb> auf <SEP> optimale <SEP> Bedingungen <SEP> eingestellt <SEP> werden
<tb> müssen.
<tb> Es <SEP> können <SEP> verschiedene <SEP> Massnahmen <SEP> be froffen <SEP> werden:
<tb> Da <SEP> im <SEP> allgemeinen <SEP> der <SEP> elektrische <SEP> Wider stand <SEP> des <SEP> bei <SEP> den <SEP> verschiedenen <SEP> Streekspinn=
<tb> vorriehtmigen <SEP> verwendeten <SEP> elektrischen <SEP> Heiz körpers <SEP> mit <SEP> der <SEP> Temperatur <SEP> ständig <SEP> steigt
<tb> ändert <SEP> sich <SEP> auch <SEP> die <SEP> elektrische <SEP> Leistung, falls eine konstante Spannung angelegt ist, entsprechend der Änderung des elektrischen Widerstandes des Heizkörpers. Man kann nun, um die zugeführte Wärmemenge kon stant zu halten, so vorgehen, dass man auf konstanten Strom regelt. Dabei gelangt man infolge der Temperaturabhängigkeit des Wi derstandes nur in erster Annäherung zu einer konstanten Leistung, besser ist daher, man regelt die Leistung selbst.
Im ersten Fall arbeitet man beispielsweise so, dass man ein Amperemeter über ein Relais mit einem Regelmotor derart kuppelt, dass beim Ab sinken des Stromes der Regelmotor einen Hauptregler, der beispielsweise auf einen Stu fentransformator wirkt, zur Einstellung einer höheren Spannung veranlasst und umgekehrt. Im zweiten Fall benutzt man statt eines Am peremeters ein Wattmeter.
Man kann aber auch durch das Ampere- oder Wattmeter über Relais oder sonstige Einrichtungen die Drehzahl der Aufspinn maschine beeinflussen. Das Mass der notwen digen Beeinflussung ist auf der Poiseuille- schen Gleichung zu entnehmen.
Schliesslich kann man auch den Druck, unter dem die Schmelze durch die Düsenöff nungen quillt, regeln. Am einfachsten ist die Regelung derart, dass der Schmelzbehälter zum Beispiel unter dem Gasdruck einer Druckflasche mit Reduzierventil steht. Da praktischerweise bei fast allen Verfahren Stickstoff als Spülgas verwendet wird, ist es zweckmässig, den Schmelzbehälter unter dem Druck einer Stickstoff-Atmosphäre zu hal ten. Man kann dann so vorgehen, dass man mittels des Ampere- oder Wattmeters über Relais das Reduzierventil steuert, und zwar bei fallender elektrischer Leistung den Druck steigert und umgekehrt. Da man aus Festig keitsgründen nicht über einen bestimmten Druck gehen kann, so empfiehlt es sich, von einem gewissen Druck an die bisher noch konstante Abzugsgeschwindigkeit zu regeln.
Es sind natürlich noch andere Regelkom binationen möglich. So kann beispielsweise gleichzeitig auf eine konstante Stromstärke und auf einen bestimmten Gasdruck ein- geregelt werden. Schliesslich kann man auch bis zu einer bestimmten Spannungsgrenze auf eine konstante elektrische Leistung bezw. Wärmemenge .einregem, worauf dann eine Regelung des Druckes bis zu einem Druck grenzwert und anschliessend eine Regelung der Abzugsgeschwindigkeit erfolgt.
Da die erzeugten Fäden häufig eine elek trostatische Aufladung aufweisen, empfiehlt es sich, dieselben vor dem Aufwickeln zu ent laden, was beispielsweise durch Hindurch führung durch ein Elektrolytbad erfolgen kann.
Je nach dem Querschnitt, den das Aus gangsmaterial an der Düsenöffnung aufweist bezw. je nach dem Querschnitt, den man dem geschmolzenen Ausgangsmaterial an dieser Stelle gibt, kann man Fäden mit den ver schiedensten Querschnittformen, insbesondere auch bandförmige Fäden, erhalten, die übri gens besonders gute mechanische Eigenschaf ten aufweisen.
Die erhaltenen Fäden lassen sich, da sie sehr schmiegsam und elastisch sind-und eine beträchtliche Zerreissfestigkeit aufweisen, nach den üblichen textiltechnischen Methoden verzwirnen und durch Verweben oder Ver wirken usw. zu Geweben bezw. Wirkwaren verarbeiten.
Die erhaltenen Fäden sind, wie schon aus geführt, durch eine hohe Elastizität und grosse Zerreissf estigkeit ausgezeichnet. Sie lassen sich ohne Schwierigkeiten nach allen in der Textiltechnik üblichen Verfahren verzwirnen. Fäden mit einem unter 5 ,u liegenden Durch messer zeigen eine beträchtliche Knüpffestig keit.
Da Quarz einen sehr geringen dielektri- sehen Verlust aufweist (tg D etwa 1 X 10-6) eignen sich die hergestellten Quarzfäden in Form von Bändern sehr gut als Umwick- lungsmaterial für Drähte und Kabel und insbesondere zur Isolierung von Stromleitern, die hochfrequente Ströme führen. Auch als Dielektrikum in Kondensatoren sind sie ge eignet. Solche Quarzbänder können mit Leichtigkeit in einem Seitenverhältnis des Querschnittes von 1 : 2 bis 1 : 100 und mehr hergestellt werden.
Den bisher für diesen Zweck verwendeten Materialien, wie Seide, Äthylzellulose, Polystyrol usw., sind sie er heblich überlegen.
Die Quarzfäden bezw. Quarzbänder kön nen, da sie in jeder beliebigen Länge her stellbar und sehr elastisch sind. ohne weiteres auch zu Geweben verarbeitet werden, die zui den verschiedensten Zwecken Anwendung finden können, beispielsweise zu Geweben, hei denen besonderer Wert auf eine grosse Durchlässigkeit für ultraviolette Strahlen be legt wird oder die als Säureschutz oder Feuerschutz dienen sollen.
Process for the production of threads from quartz or other high-melting oxides and device for carrying out the process. The present invention provides a process for the production of filaments from quartz or other high-melting oxides and a device for implementing the process.
The production of threads made of quartz or other high-melting oxides be due to the high fusibility of these materials great difficulties, and so far it has only been possible in a discontinuous process to produce quartz threads a few meters in length. In this process, a quartz rod under tension was heated at one point until it melted. As a result, the melted piece of quartz was thrown away, while at the same time it carried a quartz thread with it from the melting point.
According to the present invention, threads made of quartz or other hard-to-melt oxides, for example, can be obtained in practically unlimited lengths. According to the invention, the starting material heated to at least plasticity, for example melted or only plasticized, is withdrawn from the nozzle opening at a speed of at least 250 m per minute. and follow the nozzle opening at a lower speed,
wherein the nozzle cross section exceeds the thread cross section by at least fifty times.
In addition to quartz in transparent or opaque form, other high-melting oxides such as zirconium oxide or Mixtures of different high-melting oxides into consideration. In the method according to the invention, it is not necessary that the starting materials are heated until they are thin; rather, in many cases it is sufficient if the material is heated slightly above the softening point so that it is just plastic.
The inventive device for producing the threads according to the fiction, contemporary method has a melting furnace and a plate made of electrically conductive refractory material, which has nozzle openings.
In the accompanying drawing, the device is presented in two exemplary embodiments, on the basis of which examples of implementation of the inventive method are also explained.
In Fig. 1, 6 denotes a Hochfre quenzschmelzofen made of highly refractory Ma material, in which the container 7 made of, for example, graphite or carbon is arranged; in this is the quartz melt B. In the melt immersed the graphite, carbon, thoroxide and derglei chen existing pipe 9 with the base plate 10, which is provided with nozzle openings 11, a. Part of the weight of the cylinder respectively. Tube 9 is compensated by counterweights 12, which act on rollers 13. The residual weight of the tube has the effect that the plate 10 sinks into the melt only to a certain depth. The hydrostatic pressure of the melt then presses the melted or heated to plasticity quartz through the openings of the plate 10 into the interior of the tube 9.
At the beginning of the manufacturing process, the quartz stamp 14, which is fixed in a metal tube which is suspended from the spring 15, is brought into contact by clamping the spring with the strands in the tube 9 einquel; As soon as a connection is made between the punch 14 and the flowing quartz mass, the spring 15 is allowed to snap upwards, the strands swelling from the nozzles being pulled out to form threads. These threads are then placed on the winding device 16 and then reeled up by this. Depending on the speed at which the winder 16 is moved, who achieves the threads of different diameters.
There were Aufspulgeschwindigkei th of 500 m per minute to 3600 m per minute and more applied, but at least 250 m per minute, with the nozzle cross-section the thread cross-section at least fifty times greater.
By appropriately dimensioning the Ge weights 12 it is achieved that to the extent that threads are spun out of the quartz melt, the tube 9 with the nozzle plate 10 sinks into the melt, so that a constant hydrostatic pressure is always present at the nozzle openings . The speed at which the starting material is nachgelie fert to the nozzle openings is, of course, considerably lower than the withdrawal speed.
The diameters of the nozzles are many times greater than the thickness of the quartz threads generated, for example 3 mm, while the threads generated have a diameter of 3.11. The strength of the threads is not determined by the opening of the nozzle plate, but by the stretching process. By appropriately designing the nozzle openings, the spun quartz threads can be given a wide variety of cross-sectional shapes and, for example, hollow threads and threads in ribbon form can also be achieved.
In the embodiment of the invention according to FIG. 1, a larger number of threads corresponding to the number of existing nozzle openings is spun out from the melt at the same time.
Fig. 2 shows another embodiment form of a draw spinning device. The melted quartz is pressed under pressure through a nozzle plate 31, 32 made of carbon, 'Volframka.rbid or graphite or a similar fire-resistant, but electrically conductive material, the nozzle plate itself being used as a heating element and part of the melting container for the. viscous melt forms. The power supply lines 35 and 36 are provided for this purpose.
For the purpose of good heat utilization only that part of the quartz mass to be spun is melted respectively. plasticized by heat, which lies next to the nozzle plate. This part of the quartz mass is pressed out through the nozzle openings by pressure, for example by the pressure of the quartz mass bearing on it. The emerging from the nozzles plastic respectively. liquid parts of the quartz mass are drawn off by means of a device as shown in FIG. 1 Darge and wound onto the reel. It can be seen from FIG. 2 that the graphite plate 31 has a significantly smaller thickness at the point 32, as a result of which the electrical heating energy is concentrated at this point.
The point 32 is provided with bores, which advantageously have a diameter of 2 to 4 mm, and bil det the spinneret of the apparatus. Above 32, in space 33, for example quartz sand is piled up, which is protected by heat insulation 39 and electrical insulation 37. If the electrical circuit is closed, the spinneret will assume a correspondingly high temperature depending on the voltage applied and, if it is selected high enough, the quartz sand in room 33 just above 32 never derschmelzen. As a result of the static pressure exerted on the melt by the amount of quartz sand lying above it, the melt passes through the nozzle openings of the plate 32 into the space 41.
In this space, the quartz flowing through is detected by any suitable device, pulled off and wound onto a Aufhaspelvorrich device.
In a practically executed example, a nozzle plate with circular openings of 3 mm diameter was used; the rate of passage of the quartz melt was 1 cm per minute, the winding speed of the reel was 900 m per minute. The speed ratio of the feed of the starting material and the spinning process was accordingly 1: 90000:
this requires a diameter reduction by
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In accordance with this, the diameter at which he aimed quartz thread was about 10 #. Since it is easily possible to work with even faster rotating Aufwickelvorrichtuugen, you can also produce considerably thinner threads, for example threads with a cross section of only 1 /, u and less have been achieved.
With a reeling device, several threads can optionally be spun at the same time, it being possible to use one oven as well as several ovens. Multi-thread spinning is particularly useful when, instead of the one in the figures. drawn winding device uses a spinning pot of the same system as is common in the rayon industry.
It is practical if the threads are initially conveyed through a drag roller and from this roller they pass into the spinning t op f, where they are pre-twisted and spun into a spinning cake. The draw spinning device shown enables the achievement of a particularly high take-off speed (for example 1000 m per minute and more) under economically viable conditions.
The refilling of quartz sand is particularly easy in this embodiment, since it can be poured into the space 33 by suitable devices from above, while maintaining a constant level as possible, who can.
In order to reduce the radiation losses in the spinneret on the side facing away from the starting material to be heated, it is advisable to build the spinneret from two or more layers of different electrically conductive materials, such as carbon and graphite, in such a way that the layer that faces the melting mass is electrically better than the layer facing away from it. This ensures that a higher electrical current flows through this layer and that it becomes hotter than the side opposite the melting hate.
It is particularly advantageous to provide the opposite side of the spinning shower from the pale melting point with a layer of a heat insulator, for example zirconium silicate.
It is advisable to work in a neutral atmosphere, for example by introducing nitrogen into rooms 33 and 41.
To soften resp. Melting furnaces are used to melt the starting material, which set a correspondingly high temperature and allow it to be easily regulated. For example, electrical resistance furnaces, high frequency furnaces, coal grit furnaces, rod furnaces, Tamman furnaces and furnaces heated with oxyhydrogen or oxygen blowers can be used.
If necessary, it can be useful. especially when using coal stoves to protect the furnace materials, stick material, argon and other inert gases to pass through the furnace, respectively. Covering or impregnating components exposed to high temperatures and air with protective materials.
For a given nozzle cross-section and a given nozzle length, with constant pressure on the melt, a withdrawal speed is given for each temperature of the melt, which can be calculated from Poiseuille's equation. If this take-off speed is now set, the viscosity of the melt must be constant in order for the apparatus to operate properly, otherwise: if too little melt would flow through the nozzle opening with increasing viscosity, the threads would become thinner and thinner and finally tear.
But even if the toughness drops (i.e. when the temperature rises), problems would occur, since in this case more and more melt is supplied than is necessary with the fixed take-off speed and the desired thread diameter.
Two cases can arise: Either the thread diameter becomes thicker, or it occurs - if there are sudden, strong changes
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the <SEP> toughness <SEP> - <SEP> so called <SEP> "Fi ^ ehe" <SEP> (short,
<tb> heavily <SEP> reinforced <SEP> thread parts) <SEP>.
<SEP> Both
<tb> leads <SEP> to <SEP> very <SEP> unpleasant <SEP> interferences.
<tb> These <SEP> rules <SEP> can be used by <SEP>
<tb> Avoid <SEP> -grounding, <SEP> that <SEP> on <SEP> <SEP> known itself <SEP>
<tb> jreise <SEP> the <SEP> of the <SEP> melt <SEP> supplied <SEP> amount of heat, <SEP> the <SEP> Driiek <SEP> and <SEP> the <SEP> deceleration speed <SEP> autoniati? eli <SEP> kept constant <SEP> <SEP>, <SEP> or <SEP> that <SEP> with <SEP> niclil, <SEP> kept constant <SEP>
<tb> Wäi-memenbe <SEP> die <SEP> Ahzubsgesclnvindigheit <SEP> and
<tb> the <SEP> pressure <SEP> on <SEP> the <SEP> melt <SEP> in <SEP> such <SEP> -'eise
<tb> automatically <SEP> rubbed <SEP> -earth,
<SEP> that <SEP> despite <SEP> the
<tb> Changes <SEP> the <SEP> viscosity <SEP> the <SEP> melt <SEP> the
<tb> Thread reader <SEP> honorable <SEP> remains. <SEP> The <SEP> high :: melting <SEP> 0z, vde. <SEP> especially <SEP> quartz,
<tb> draw <SEP> a <SEP> to the <SEP> part <SEP> reelit. <SEP> unfavorable <SEP> property, <SEP> namely <SEP> a <SEP> extremely <SEP> high
<tb> temperature sensitivity <SEP> the <SEP> viscosity,
<tb> especially <SEP> in <SEP> the <SEP> temperature interval. <SEP> in
<tb> the <SEP> from <SEP> # \ - irt :;
Everytime <SEP> reasons <SEP> worked
<tb> ird. <SEP> spinning sleeves <SEP> show <SEP> this <SEP> very much
<tb> clearly. <SEP> 11 on <SEP>, <SEP> is now <SEP> always <SEP> striving, <SEP> with
<tb> niöblielist <SEP> low <SEP> temperatures <SEP> for <SEP> work, <SEP> because <SEP> next to <SEP> the <SEP> not <SEP> insignificant <SEP> technical <SEP> Difficulties <SEP> a <SEP> even <SEP> just <SEP> around
<tb> I.00 <SEP> C <SEP> higher <SEP> than <SEP>, <SEP> absolutely necessary
<tb> Temperature <SEP> (in <SEP> the <SEP> to <SEP>.;
i <SEP> high <SEP> range
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<tb> <SEP> changes <SEP> also <SEP> the <SEP> electrical <SEP> power, if a constant voltage is applied, according to the change in the electrical resistance of the radiator. In order to keep the amount of heat supplied constant, one can proceed in such a way that the current is regulated. As a result of the temperature dependence of the resistance, constant performance is only achieved as a first approximation, so it is better to regulate the performance yourself.
In the first case, for example, one works in such a way that an ammeter is coupled to a control motor via a relay in such a way that when the current drops, the control motor causes a main regulator, which acts on a step transformer, for example, to set a higher voltage and vice versa. In the second case, a wattmeter is used instead of an ammeter.
But you can also influence the speed of the spinning machine through the ammeter or wattmeter via relays or other devices. The degree of the necessary influence can be found in the Poiseuille equation.
Finally, the pressure under which the melt swells through the nozzle openings can also be regulated. The simplest way of regulating this is to put the melting vessel under the gas pressure of a pressure bottle with a reducing valve, for example. Since nitrogen is practically used as the purge gas in almost all processes, it is advisable to keep the melting vessel under the pressure of a nitrogen atmosphere. You can then proceed in such a way that the reducing valve is controlled by means of the ammeter or wattmeter via relay, and the pressure increases with decreasing electrical power and vice versa. Since you cannot go above a certain pressure for reasons of strength, it is advisable to regulate the take-off speed, which has been constant up to now, from a certain pressure.
Of course, other rule combinations are also possible. For example, a constant current strength and a certain gas pressure can be used at the same time. Finally, you can bezw up to a certain voltage limit on a constant electrical power. Heat quantity .einregem, whereupon the pressure is regulated up to a pressure limit value and then the withdrawal speed is regulated.
Since the threads produced often have an electrostatic charge, it is advisable to load the same before winding it up, which can be done, for example, by passing through an electrolyte bath.
Depending on the cross section that the starting material has at the nozzle opening BEZW. Depending on the cross-section that is given to the molten starting material at this point, threads with the most varied of cross-sectional shapes, especially ribbon-shaped threads, can be obtained which, by the way, have particularly good mechanical properties.
Since they are very pliable and elastic and have considerable tensile strength, the threads obtained can be twisted by the customary textile-technical methods and act by interweaving or Ver, etc. to form fabrics. Process knitwear.
As already mentioned, the threads obtained are distinguished by high elasticity and high tensile strength. They can be twisted without difficulty by any of the methods customary in textile technology. Threads with a diameter of less than 5 u show considerable knotting strength.
Since quartz has a very low dielectric loss (tg D approx. 1 X 10-6), the quartz threads produced in the form of tapes are very suitable as wrapping material for wires and cables and especially for insulating electrical conductors that carry high-frequency currents . They are also suitable as a dielectric in capacitors. Such quartz ribbons can be produced with ease in an aspect ratio of the cross section of 1: 2 to 1: 100 and more.
They are considerably superior to the materials previously used for this purpose, such as silk, ethyl cellulose, polystyrene, etc.
The quartz threads respectively. Quartz ribbons can, as they can be adjusted to any length and are very elastic. can also be easily processed into fabrics that can be used for a wide variety of purposes, for example fabrics that place particular emphasis on high permeability to ultraviolet rays or that are to serve as acid protection or fire protection.