Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fasermatten, insbesondere Glasfasermatten, mit Ausnahme nicht rein mechanischer Herstellungsverfahren innerhalb der Textilveredelungsindustrie Der hier verwendete Begriff Faser soll im allgemeinsten Sinne verstanden werden und alle textilen Faserstoffe erfas sen, unabhängig davon, ob sie praktisch endlose oder längen begrenzte Gebilde sind.
Der steigende Verbrauch und die erweiterte Anwendung von Glasfasermatten machen es erforderlich, die Eigenschaf ten solcher Glasfasermatten für bestimmte Anwendungen genauer festzulegen und bei der Produktion einzuhalten. Bis her hat man Glasfasermatten zur akustischen, elektrischen und thermischen Isolierung ebenso verwendet wie zur Ver stärkung und Filterung. Jede dieser verschiedenen Verbin dungsarten verlangt von den Glasfasermatten bestimmte Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit, Porosität und Geschlos senheit.
Ein Verfahren, nach dem man Glasfäden zur Herstellung von Matten erhalten kann, besteht darin, aus einer Düse oder einer Speisevorrichtung austretende Glasströme mechanisch zu verstrecken. Dabei werden die Glasströme mit Hilfe von Abzugsrollen zu feinen Fasern verstreckt, die dann unter dem Einfluss der Atmosphäre erstarrt. Die erstarrten Fasern wer den an einer Aufgabevorrichtung mit einer Schlichte versehen und anschliessend zu einem Faserstrang, d. h. einem Glasfa den, zusammengerafft und von einer Abzugsvorrichtung zur weiteren Verwendung gefördert.
Gemäss einem anderen bekannten Verfahren werden Glas fasern dadurch hergestellt, dass aus einer Speisevorrichtung austretende Glasströme mittels eines gegen sie gerichteten Gasstromes hoher Geschwindigkeit verstreckt werden und die feinen Fasern in solche verschiedener Längen zerbrochen wer den und sich auf einem Haufen ansammeln.
Während man bisher aus Glasfasern, die nach einem der beiden Verfahren hergestellt worden sind, bereits Vliese und Matten herstellte, ist es schwierig, Matten aus Fasersträngen herzustellen, da die Faserstränge nur beschränkt in der Lage sind, eine integrale Masse zu bilden. Genauer gesagt, die Glas faserstränge sind schwierig zu verteilen, so dass die Formie rung zu einer für die Mattenherstellung notwendigen integra len Masse schwierig ist. Man muss aus diesem Grunde Agen- tien zusetzen, wie beispielsweise eine Überdosis an Bindemit teln oder zusätzlichen Glasfasern kürzerer Länge, um die Geschlossenheit einer Matte zu erzielen. Die Verwendung solcher Zusätze erfordert jedoch zusätzliche Verfahrens schritte, entsprechende Einrichtungen und Kosten.
Zur Her stellung einer integraleren Masse lässt man die Glasfaser stränge auf eine Umlenkfläche aufprallen, um ihnen eine flau mige oder faserige Eigenschaft zu erteilen. Dabei hängt das Ausmass der erzielten Faserigkeit von der Grösse der Auf prallgeschwindigkeit ab. Nur jene Fasern werden gebrochen, die im Faserstrang dispergiert oder abseits vom Hauptstrang liegen, während der Hauptstrang selbst unbeschädigt bleibt.
Zwar erbringen Matten aus solchen Fasern einen höheren Anteil an feiner Porosität, wie er für akustisch elektrische und thermische Isolierung notwendig ist, jedoch bewirkt die Rei bung und die mechanische Beanspruchung des Glasfaserstran ges beim Umlenken desselben mit hoher Geschwindigkeit an einer Fläche, eine Reduzierung der mechanischen Festigkeit des Glasfaserstranges und der Fäden, und es ist schwierig, diese dann gleichmässig in einem vorbestimmten Bereich zu legen. Dadurch wird die Gleichmässigkeit einer Matte wesent lich geringer.
Überdies weisen solche Glasfasermatten den Nachteil auf, dass ihnen eine feine Porosität in weitem Umfang fehlt, da sie die für Isoliermaterial notwendigen kleinen Zwischenräume nur in sehr geringem Masse aufweisen. Solche kleinen Zwischenräume sind insbesondere in feinen oder dünnen Mat ten notwendig, die als Verstärkungsmaterial, wie beispiels weise für Bedachungsmaterial, Verwendung finden. Bei Dach belägen sind solche feinen Zwischenräume notwendig, um geschmolzenes oder plastisches Füll- oder Imprägnierungsma- terial festzuhalten und ein Durchsickern der Materialien durch die Matte zu vermeiden.
Andererseits weisen bekannte Mat ten, die vollständig aus Glasfasersträngen hergestellt worden sind, wegen ihrer ungewöhnlich langen Zwischenräume einen rauhen Charakter auf und besitzen nicht das Aussehen, das für Verstärkungsmaterialien notwendig ist, die mittels Harz mit halbtransparenten Materialien laminiert werden.
Es wäre insbesondere wünschenswert, durchgehende Glas faserstränge in eine Matte einzuarbeiten, da mechanisch ver- streckte Glasfasern solcher Glasfaserstränge wesentlich grös- sere Festigkeit aufweisen als jene Glasfasern, die im Blasver- fahren hergestellt worden sind. Durch solche Massnahmen könnte die Anwendung von Glasfasermatten auch auf solche Gebiete ausgedehnt werden, die den bisherigen Matten ver schlossen sind. Sowohl die Bruch- wie auch die Reissfestigkeit solcher Matten könnten wesentlich gesteigert werden durch die Verwendung von Glasfasersträngen, die Glasfasern hoher Festigkeit enthalten.
Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vor richtung zur Herstellung von Fasermatten, insbesondere Glas fasermatten, mit Ausnahme nicht rein mechanischer Herstel lungsverfahren innerhalb der Textilveredelungsindustrie, anzugeben, denen die obigen Nachteile nicht anhaften und die die oben aufgestellten Forderungen erfüllen.
Demgemäss ist Gegenstand der Erfindung: a) ein Verfahren zur Herstellung von Fasermatten, insbe sondere Glasfasermatten, mit Ausnahme nicht rein mechani scher Herstellungsverfahren innerhalb der Textilveredelungs industrie, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man Faser stränge auf einer Unterlage zu einem nichtgewebten flächigen Gebilde verteilt, man das Gebilde mit einer Flüssigkeit über flutet, um die die Fasern zusammenhaltenden Kräfte zu über winden, man weiter das Gebilde so lange im überfluteten Zustand hält, bis die Fasern der Stränge unter wenigstens ange näherter Beibehaltung ihrer gegenseitigen Ausrichtung auf der Unterlage zu einer Fasermatte verteilt sind, und man schliesslich die Flüssigkeit unter wenigstens angenäherter Bei behaltung der gegenseitigen Ausrichtung der Fasern von der Matte abzieht;
ferner b) eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Einrichtung zum Verteilen von Fasersträngen in Form eines nichtgewebten flä chigen Gebildes auf einer Unterlage aufweist, ferner eine Ein richtung zum Überfluten des auf der Unterlage befindlichen Gebildes mittels einer Flüssigkeit, um die die Fasern zusam menhaltenden Kräfte zu überwinden, sowie weiter eine Ein richtung, um die Gebilde so lange im überfluteten Zustand zu halten, bis die Fasern der Stränge verteilt sind, und schliesslich eine Einrichtung zum Abziehen der Flüssigkeit nach dem Ver teilen der Fasern, wobei die Flüssigkeit quer zur Ebene durch das Gebilde sickert.
Mittels des vorliegenden Verfahrens und der entsprechen den Vorrichtung zur Durchführung desselben kann eine aus gezeichnete Öffnung und Verteilen der Fasern eines Faser stranges erreicht werden, ohne dessen Festigkeitseigenschaf ten zu schwächen. Ein solches faseriges Flächengebilde ermöglicht die Herstellung von sehr geschlossenen Matten. Die verteilten Fasern können sich beispielsweise beim Über lappen oder Kreuzen vermischen oder verhaken.
Aus dem Faserstrang kann somit eine kohäsive Masse hergestellt wer den. Überdies kann das Vermischen und Verketten der Fasern des Faserstranges die Bildung einer Vielzahl von kleinen Fur chen verursachen, die man an vielen Produkten wünscht, und es lässt sich beispielsweise eine feine äussere Aufmachung der Fasermatte erzielen, was häufig dann erwünscht ist, wenn eine solche Fasermatte beispielsweise als Verstärkungseinlage in einem Harzlaminat oder in anderen Gegenständen verwendet wird.
Ein wesentlicher Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt beispielsweise darin, dass beim Verteilen der Fasern die ein mal eingenommene Verteilung oder die Gleichmässigkeit der Verteilung oder die ursprüngliche Orientierung der Faser stränge des Gebildes nicht gestört wird. Es können somit Matten hergestellt werden, die eine grosse Gleichmässigkeit der Verteilung der Fasern, feinste Aufmachung, die kleinsten Furchen und von allen bisher bekannten Matten die beste Gleichmässigkeit aufweisen. Diese Eigenschaften sind bei spielsweise besonders wichtig für die Herstellung von dünnen oder feinen Matten, die sich bezüglich ihrer Gleichmässigkeit und ihres Gewichtes pro Flächeneinheit bekanntlich sehr schwer einstellen lassen.
Obwohl das vorliegende Verfahren und die vorliegende Vorrichtung vorzugsweise der Verarbeitung von Glasfaser strängen dienen, können sie aber auch im Zusammenhang mit der Verarbeitung von Fasersträngen aus anderen Materialien zur Anwendung gelangen. So kann das Verfahren beispiels weise zum Verteilen von Fasersträngen aus Celluloseacetat, künstlicher Seide, Baumwolle, Wolle oder Nylon verwendet werden.
Die Verteilung der Faserstränge auf der Unterlage kann beispielsweise nach den im Schweizer Patent Nr. 507 383 beschriebenen Verfahren und Anlagen erfolgen.
Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zum Verteilen von Fasersträngen auf einer Unterlage, in Vorderansicht und in schematischer Darstellung; Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in Draufsicht; Fig. 3 eine Vorrichtung zum Dispergieren von auf einer Unterlage angehäuften Fasersträngen, in Seitenansicht und im Schnitt; Fig. 4 eine Beaufschlagungsvorrichtung der Vorrichtung nach Fig. 3, im Querschnitt und in grösserem Masstab, und Fig. 5 die Beaufschlagungsvorrichtung nach Fig. 4 in Front ansicht.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist Düsenansätze 21, ?\' auf, die an nicht näher dargestellten Glasschmelzwannen angeordnet sind. Aus den Düsen der Düsenansätze treten kleine Glasschmelzströme aus, die zu fortlaufenden Glasfäden<B>23</B> gezogen werden. Im vorliegenden Beispiel werden Düsenansätze verwendet, die '00 bis :100 Düsen aufweisen. Die Glasfäden werden auf einen durch schnittlichen Durchmesser von 0,013 mm verzogen.
Die Glasfäden durchlaufen nun herkömmliche Schlichte aufbringvorrichtungen'_S, in denen sie mittels Laufbändern oder Zuführtüchern mit einer Schlichte oder einer Schmälze versehen werden. Die Schlichte kann blosses Wasser sein, um die Reibung zwischen den einzelnen Glasfäden zu reduzieren, wenn diese anschliessend zu einem Strang zusammengebracht werden. Falls erwünscht, kann auch eine komplexere Schlichte oder ein Bindemittel verwendet werden, um den Zusammen hang der Glasfäden zu fördern, sobald diese zu Strängen verei nigt sind und um ein Anhaften des Stranges aus den Glasfäden an die Oberflächen der Abzugsrollen zu ermöglichen.
Soll aus dem Glasfaserstrang eine Matte hergestellt werden und soll diese Matte schliesslich bei ihrer späteren Verwendung mit einem plastischen Harz kombiniert werden, so kann es unter Umständen wünschenswert sein, dem Schlichtemittel ein Netzmittel zuzusetzen, welches die Benetzung der Matte mit dem Harz erleichtert.
Sollen die Glasfaserstränge später dispergiert oder wieder geöffnet werden, um ihnen eine wünschenswerte, verbesserte Porosität zu verleihen, so kann die Aufbringung eines geeigne ten Bindemittels im Zuge der Herstellung der Glasfäden aus reichende, aneinanderhaftende Eigenschaften geben, um die Bindung des Glasfaserstranges in einer Matte zu fördern, in die sie auf einer Unterlage geformt werden. Ein solcher Bin der hat eine zweifache Aufgabe, und zwar dient er einerseits dazu, die Glasfäden in den Glasfasersträngen zusammenzuhal. ten und andererseits die Glasfaserstränge zu einem integralen Körper zusammenzubinden.
Sofern die Glasmatten unmittelbar im Zusammenhang mit der Herstellung der Glasfäden gebildet werden, kann ein sonst üblicherweise verwendeter Schmiermittelzusatz zur Schlichte weggelassen werden. Der Zusatz eines solchen Schmiermittels ist dann notwendig, wenn die Glasfaserstränge nachfolgenden Operationen, wie beispielsweise einem Fachen oder Drehen unterworfen werden, um dabei deren Handhabung zu erleich tern.
Die Glasfäden jedes Düsenansatzes werden, nachdem sie mit der Schlichte versehen sind, zu Gruppen zusammenge nommen, im vorliegenden Beispiel sind es 14 Glasfaser stränge, wobei dann jeder einzelne Glasfaserstrang für sich getrennt in einer Nut über den entsprechenden Sammelschuh 27 zum zweiten Sammelschuh 31 läuft.
Von den Schuhen 31 werden die zwei Gruppen aus vonein ander getrennten Glasfasersträngen 29, 30 über Leitrollen 33 zu Abzugsrollen 35 und 36 geführt. Diese Abzugsrollen wei sen den gleichen Aufbau auf, sind jedoch zueinander seiten verkehrt angeordnet und liegen zu beiden Seiten der Mittelli nie des Aufnahmeförderbandes 61.
Die Abzugsrollen 35, 36 werden jeweils von Motoren 37, 38 angetrieben. Die von der Abzugsrolle 35 geförderten Glas faserstränge werden von dieser mittels fortlaufend aus der Oberfläche der Abzugsrolle herausragenden Fingern eines oszillierenden Speichenrades abgestossen. Auf die gleiche Weise erfolgt auch das Abstossen der Glasfaserstränge an der Abzugsrolle 36. Die Glasfaserstränge werden tangential von den Abzugsrollen abgeschleudert, d. h. die mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Abzugsrollen 35, 36 verleihen jedem Strangsegment bei dessen Abstossen von der Abzugs rolle eine kinetische Energie.
Da die Strangsegmente alle tan gential in der gleichen Richtung von der Abzugsrolle abgestos- sen werden, bewegt sich jedes Strangelement und damit der ganze Glasfaserstrang mit einer linearen Geschwindigkeit, die zur einheitlichen Verteilung der Glasfaserstränge ausgenutzt wird.
Die Rückseite jeder Abzugsrolle ist von einer unabhängig angeordneten, oszillierenden rückwärtigen Platte bedeckt, an der das zugehörige Speichenrad angeordnet ist. Die rückwär tige Platte 42 der Abzugsrolle 36 kann mittels eines Armes 43 in eine bogenförmige oszillierende Bewegung versetzt werden. Die ganze Anordnung des Ausstossmechanismus ist auf einer Plattform 50 angeordnet, welche auch die Abzugsrollen 35 und 36 und zugehörigen Hilfseinrichtungen trägt. Die Platt form 50 ist an einer aus Winkeleisen gefertigten Aufhängevor richtung 51 angeordnet. Der Arm 43 kann auf einer bogenför migen Bahn bis in eine Lage bewegt werden, in der die tangen tiale Ausstossbewegung des Glasfaserstranges von der Abzugsrolle 36 beendet ist.
Sofern, wie im vorliegenden Bei spiel, das tangentiale Abstossen der Glasfaserstränge recht winklig nach unten erfolgen soll, so muss der Arm 43 mittels einer Schwinge 52 an der Aufhängevorrichtung 51 befestigt werden, um das Abstossen des Glasfaserstranges in der gewünschten Lage zu ermöglichen.
Die von den Abzugsrollen 35 und 36 abgestossenen Glasfa serstränge werden nach ihrer Ablenkung in Form einer Matte 60 auf einer Unterlage angehäuft. Als Unterlage ist im vorlie genden Fall ein Förderband 61 vorgesehen, das aus einem unlegierten Stahl besteht.
Die sich mit vorbestimmter linearer Geschwindigkeit abwärts bewegenden Gruppen aus Glasfasersträngen 58, 59 werden mittels Ablenkmitteln, im vorliegenden Beispiel sind hierzu Düsen 100, 101 und 102, 103 zum Austritt eines strö menden Mediums vorgesehen, über die Breite der Auffangflä che 61 verteilt.
Aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeit der Abzugs rolle bewegen sich die Glasfaserstränge von dem Punkt an, an dem sie mittels der Finger des Speichenrades vom Umfang der Abzugsrolle abgestossen werden, in genau tangentialer Rich tung. Die Glasfaserstränge bewegen sich dabei genau auf den Bereich zu, an dem sie mit Hilfe von strömenden Medien in eine neue Bewegungsbahn gelenkt werden, so dass sie an einem gewünschten Punkt auf der Sammelfläche auftreffen.
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung zum Dispergieren der auf der Unterlage angehäuften Fasern dargestellt. An einer ersten Flüssigkeits-Beaufschlagungsstation 70 wird eine Flüssigkeit 74 mit Hilfe eines Überfalls 71 gleichmässig über eine Glasfa serstrangmatte 60 verteilt. Mittels einer Zuleitung 72 wird die Flüssigkeit zum Überfall 71 gefördert. Ein Ventil 73 steuert den Flüssigkeitsstrom und damit die auf die Matte aufzubrin gende Flüssigkeitsmenge. Die von dem Überfall abströmende Flüssigkeit 74 wird in einer Wanne 76 aufgefangen und über flutet bei 75 die Matte 60 entweder am Beaufschlagungspunkt oder an einer früheren oder späteren Stelle.
Die Auffangwanne 76 ist an einem Ende mittels einer Wand 77 versehen, während das andere Ende als Abfluss dient und offen ist. Die Wand 77 kann weggelassen werden, sofern die Auffangwanne 76 leicht schräggestellt ist und das Förderband 61 und die Matte 60 mit ausreichend grosser Geschwindigkeit bewegt werden. Seitenwände 78 sind jedoch in jedem Fall erforderlich, um ein Abströmen der Flüssigkeit quer zur Bewegungsrichtung der Matte zu verhindern und den Überflutbereich 75 zu bilden. Durch diese Ausbildung der Auffangwanne 76 wird sichergestellt, dass der Überflutbereich 75 entsprechend der Darstellung in Fig. 3 sich nach rechts fortsetzen wird und die Flüssigkeit schliesslich in eine Auf fangwanne 90 abfliesst.
Das Regulierventil 73 wird vorteilhaf terweise so eingestellt, dass die Fliessgeschwindigkeit im Flut bereich 75 im wesentlichen der Wandergeschwindigkeit der Matte 60 entspricht. Durch diese Massnahmen wird eine vor wärts- oder rückwärtsgerichtete Verschiebung der gleichmäs- sig verteilten oder orientierten Glasfaserstränge der Matte 60 verhindert.
Das Dispergieren der Glasfäden in den Glasfasersträngen der Matte 60 kann durch Verwendung einer zweiten Flüssig- keits-Beaufschlagungsstation 80 wesentlich verbessert wer den. Die zweite Beaufschlagungsstation 80 ist von der ersten Station 70 mit Abstand angeordnet, der von der Geschwindig keit des Förderbandes 61 abhängt. Die zweite Beaufschla gungsstation weist ebenfalls einen Überfall 81 mit einer Zulei tung 82 auf, deren Zufluss von einem Ventil 83 gesteuert wird. Das Steuerventil 83 und die Ablauffläche 85 des Überlaufes 81 wirken derart zusammen, dass man bezüglich der Matte 60 und des Überflutstromes 75 einen genau vorbestimmten Flüs sigkeitsstrom 84 erhält.
Zweckmässigerweise stellt man den Flüssigkeitsstrom 84 so ein, dass seine Geschwindigkeit etwas grösser ist als diejenige des Überflutstromes 75 und der Matte 60, um dadurch eine wirkungsvolle Dispersion zu erzielen.
In Fig. 4 ist die zweite Beaufschlagungsstation in grösserem Masstab dargestellt und man erkennt, dass die Ablauffläche 85 geneigt ist, beispielsweise um 15" gegen die Horizontale, so dass der von dem Ventil 83 gesteuerte Flüssigkeitsstrom 84 in der durch den Pfeil 84a angedeuteten Richtung abströmt. Der Überfall 81 ist so nahe wie möglich an der Fläche des Über flutstromes 75 und der Matte 60 angeordnet, um die Einwir kung der Schwerkraft auf die Richtung des Flüssigkeitsstromes 84 so weit wie möglich auszuschalten. Die Richtung und Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes 84 kann in vektoriel- ler Form durch die Vektoren 84b und 84c dargestellt werden.
Da der horizontale Vektor 84b wesentlich grösser ist als der abwärtsgerichtete vertikale Vektor 84c, ergibt sich ein Flüssig keitsstrom 84, der die Matte 60 und den Oberflutstrom 75 überflutet und die Glasfäden der Glasfaserstränge in der Matte 60 wirkungsvoll dispergiert.
Nach dem Dispergieren kann die überschüssige Flüssigkeit auf zweierlei Arten entfernt werden. Erstens kann die Flüssig keit durch das Förderband 61 in den Auffangbehälter 90 abfliessen, in dem sich der Flüssigkeitsstrom 91 befindet, der sich aus dem aus der Matte austretenden Strom und einem Teil des Überflutstromes 75 zusammensetzt. Durch das verti kale Ablaufen der überschüssigen Flüssigkeit kann diese in Löcher oder Furchen, die noch in der Matte 60 vorhanden sind und noch nicht dispergierte Glasfäden enthalten, eindrin gen. Dadurch werden die Glasfäden weiter dispergiert, und es wird erreicht, dass die Furchen verkleinert werden und die Matte eine grössere Gleichmässigkeit erhält.
Aus dem Auf fangbecken 90 wird die Flüssigkeit 91 über eine Leitung 92 und eine Pumpe 93 abgezogen. Die Leitung 92 und die Pumpe 93 können gegebenenfalls die Flüssigkeit wieder in die Zulei tungen 72, 82 einspeisen. Als zweite Flüssigkeitsabzugsvor richtung kann eine Saugkammer 110 vorgesehen sein, die unterhalb des Förderbandes 61 angeordnet ist und die über eine Öffnung 111 mit einer nicht näher dargestellten Luftab zugsvorrichtung verbunden ist. Da die Luft, die Matte und das Förderband entsprechend den in der Figur 3 dargestellten Pfeilen vertikal durchdringt, werden die Glasfäden während des weiteren Flüssigkeitsabzuges in ihrer dispergierten Lage gehalten.
In Fig. 5 ist die Vorderansicht der Beaufschlagungsstation gemäss Fig. 4 im Ausschnitt dargestellt. Diese Vorrichtung kann auch für die erste Beaufschlagungsstation 70 verwendet werden. An der Überfallvorrichtung 81 der Figur 6 ist eine Zuführungsleitung 82 angeordnet, welche die Flüssigkeit am Boden 87 der Vorrichtung zuströmen lässt. In der Überfall vorrichtung sind eine Reihe von Schaufeln oder Leitflächen innerhalb der Überlaufvorrichtung vorgesehen, um eine seitli che Drift des abfliessenden Mediums und damit ein Verschie ben der gleichmässig verteilten Glasfaserstränge durch die von der Ablauffläche 85 ablaufende Flüssigkeit zu verhindern. Die Leitflächen oder Schaufeln 86 sind mit Abstand vom Boden des Überlaufbehälters angeordnet, so dass mit einer einzigen Zuleitung 82 der ganze Boden des Behälters mit Flüssigkeit bestrichen werden kann.
Das hier beschriebene Verfahren und die entsprechenden Vorrichtungen ermöglichen eine genauere und gleichmässi- gere Verteilung eines Glasfaserstranges, als dies mit den bis her bekannten Verfahren möglich war.
Die obigen Ausführungsbeispiele sind zwar im Zusammen hang mit der Verarbeitung von Glasfasersträngen beschrie ben, es ist aber durchaus möglich, Faserstränge aus anderen Materialien zu verwenden.
Process and device for the production of fiber mats, especially glass fiber mats, with the exception of non-purely mechanical production processes within the textile finishing industry The term fiber used here should be understood in the most general sense and cover all textile fiber materials, regardless of whether they are practically endless or limited in length .
The increasing consumption and the expanded use of fiberglass mats make it necessary to specify the properties of such fiberglass mats for certain applications more precisely and to adhere to them during production. So far, fiberglass mats have been used for acoustic, electrical and thermal insulation as well as for reinforcement and filtering. Each of these different connec tion types requires the glass fiber mats to have certain properties in terms of strength, porosity and closeness.
One method by which glass threads can be obtained for the production of mats is to mechanically stretch glass streams emerging from a nozzle or a feed device. The glass streams are drawn into fine fibers with the help of take-off rollers, which then solidify under the influence of the atmosphere. The solidified fibers who are provided with a size on a feed device and then formed into a fiber strand, d. H. a Glasfa, gathered together and conveyed by an extraction device for further use.
According to another known method, glass fibers are produced in that glass streams emerging from a feed device are stretched by means of a high speed gas stream directed against them and the fine fibers are broken into fibers of various lengths and collect in a pile.
While up to now nonwovens and mats have already been produced from glass fibers which have been produced by one of the two methods, it is difficult to produce mats from fiber strands, since the fiber strands are only able to form an integral mass to a limited extent. More precisely, the glass fiber strands are difficult to distribute, so that formation into an integral mass required for the manufacture of the mat is difficult. For this reason, agents have to be added, such as an overdose of binding agents or additional glass fibers of shorter length, in order to achieve the cohesion of a mat. However, the use of such additives requires additional process steps, corresponding facilities and costs.
To produce a more integral mass, the glass fiber strands are allowed to impact a deflection surface in order to give them a fluffy or fibrous property. The degree of fibrousness achieved depends on the size of the impact speed. Only those fibers are broken that are dispersed in the fiber strand or that lie apart from the main strand, while the main strand itself remains undamaged.
Although mats made of such fibers produce a higher proportion of fine porosity, as is necessary for acoustically, electrical and thermal insulation, the friction and mechanical stress on the glass fiber strands when deflecting the same at high speed on a surface causes a reduction in the mechanical Strength of the glass fiber strand and the threads, and it is difficult to then lay them evenly in a predetermined area. This significantly reduces the evenness of a mat.
In addition, such glass fiber mats have the disadvantage that they lack fine porosity to a large extent, since they only have a very small number of the small spaces required for insulating material. Such small spaces are particularly necessary in fine or thin mats that are used as reinforcement material, such as for roofing material. In the case of roof coverings, such fine gaps are necessary in order to hold molten or plastic filling or impregnation material in place and to prevent the materials from seeping through the mat.
On the other hand, known mats made entirely of fiberglass strands have a rough character because of their unusually long gaps and do not have the appearance necessary for reinforcement materials which are laminated with semi-transparent materials by means of resin.
It would be particularly desirable to incorporate continuous glass fiber strands into a mat, since mechanically drawn glass fibers of such glass fiber strands have significantly greater strength than those glass fibers that have been produced by the blow molding process. By means of such measures, the use of fiberglass mats could also be extended to areas that are closed to the previous mats. Both the breaking strength and the tensile strength of such mats could be increased significantly by using glass fiber strands that contain glass fibers of high strength.
The purpose of the invention is to provide a method and a device for the production of fiber mats, in particular glass fiber mats, with the exception of non-purely mechanical manufacturing processes within the textile finishing industry, which do not adhere to the above disadvantages and which meet the requirements set out above.
Accordingly, the subject matter of the invention is: a) a process for the production of fiber mats, in particular special glass fiber mats, with the exception of non-purely mechanical production processes within the textile finishing industry, which is characterized in that fiber strands are distributed on a base to form a non-woven sheet-like structure, the structure is flooded with a liquid to overcome the forces holding the fibers together; the structure continues to be kept in the flooded state until the fibers of the strands are distributed to form a fiber mat with at least approximate retention of their mutual alignment on the base are, and finally the liquid is withdrawn from the mat while at least approximately maintaining the mutual alignment of the fibers;
furthermore b) a device for carrying out this method. which is characterized in that it has a device for distributing fiber strands in the form of a non-woven flat structure on a base, furthermore a device for flooding the structure on the base by means of a liquid in order to overcome the forces holding the fibers together , as well as a device to keep the structure so long in the flooded state until the fibers of the strands are distributed, and finally a device for drawing off the liquid after the Ver divide the fibers, the liquid transverse to the plane through the structure seeps.
By means of the present method and the corresponding device for carrying out the same, a drawn out opening and distribution of the fibers of a fiber strand can be achieved without weakening its strength properties. Such a fibrous sheet-like structure enables the production of very closed mats. The distributed fibers can, for example, overlap or cross over or intermingle.
A cohesive mass can thus be produced from the fiber strand. In addition, the intermingling and entanglement of the fibers of the fiber strand can cause the formation of a multitude of small furrows, which is desired on many products, and it is possible, for example, to achieve a fine external appearance of the fiber mat, which is often desirable when such a fiber mat for example, is used as a reinforcement insert in a resin laminate or in other objects.
A significant advantage of the present method is, for example, that when the fibers are distributed, the distribution once taken or the uniformity of the distribution or the original orientation of the fiber strands of the structure is not disturbed. It is thus possible to produce mats which have a great uniformity in the distribution of the fibers, the finest appearance, the smallest furrows and the best uniformity of all previously known mats. These properties are particularly important for the production of thin or fine mats, which are known to be very difficult to adjust in terms of their evenness and weight per unit area.
Although the present method and the present device are preferably used for processing glass fiber strands, they can also be used in connection with the processing of fiber strands made from other materials. For example, the method can be used to distribute fiber strands made of cellulose acetate, artificial silk, cotton, wool or nylon.
The fiber strands can be distributed on the substrate, for example, according to the methods and systems described in Swiss Patent No. 507,383.
Embodiments of the subject matter of the invention are described in more detail with reference to the drawings. 1 shows a device for distributing fiber strands on a base, in a front view and in a schematic representation; FIG. 2 shows the device according to FIG. 1 in plan view; 3 shows a device for dispersing fiber strands piled up on a support, in side view and in section; 4 shows a loading device of the device according to FIG. 3, in cross section and on a larger scale, and FIG. 5 shows the loading device according to FIG. 4 in a front view.
The device shown in Figures 1 and 2 has nozzle attachments 21,? \ ', Which are arranged on glass melting tanks, not shown. Small streams of molten glass emerge from the nozzles of the nozzle attachments and are drawn into continuous glass threads <B> 23 </B>. In the present example, nozzle attachments are used that have '00 to: 100 nozzles. The glass threads are drawn to an average diameter of 0.013 mm.
The glass threads now run through conventional sizing devices, in which they are provided with a sizing or a sizing by means of conveyor belts or feed cloths. The size can be just water in order to reduce the friction between the individual glass threads when these are then brought together to form a strand. If desired, a more complex size or a binding agent can also be used to promote the coherence of the glass threads as soon as they are combined into strands and to allow the strand of the glass threads to adhere to the surfaces of the take-off rollers.
If a mat is to be made from the glass fiber strand and this mat is ultimately to be combined with a plastic resin during its later use, it may be desirable under certain circumstances to add a wetting agent to the sizing agent, which facilitates wetting of the mat with the resin.
If the glass fiber strands are to be dispersed or reopened later in order to give them a desirable, improved porosity, the application of a suitable binding agent in the course of the production of the glass strands can provide sufficient, mutually adhering properties to bind the glass fiber strand in a mat promote, in which they are formed on a base. Such a bin has a twofold task, on the one hand it serves to hold the glass threads together in the glass fiber strands. th and on the other hand to tie the glass fiber strands together to form an integral body.
If the glass mats are formed directly in connection with the production of the glass threads, an otherwise commonly used lubricant additive to the size can be omitted. The addition of such a lubricant is necessary when the glass fiber strands are subjected to subsequent operations, such as, for example, plying or twisting, in order to facilitate their handling.
The glass threads of each nozzle attachment are, after they have been provided with the size, taken together in groups, in the present example there are 14 glass fiber strands, each individual glass fiber strand then running separately in a groove over the corresponding collecting shoe 27 to the second collecting shoe 31.
From the shoes 31, the two groups of glass fiber strands 29, 30 separated from each other are guided via guide rollers 33 to take-off rollers 35 and 36. These take-off rollers have the same structure, but are arranged the wrong way round and are never on either side of the center of the receiving conveyor belt 61.
The take-off rollers 35, 36 are driven by motors 37, 38, respectively. The glass fiber strands conveyed by the take-off roller 35 are repelled by this by means of fingers of an oscillating spoked wheel continuously protruding from the surface of the take-off roller. The glass fiber strands are also ejected at the take-off roller 36 in the same way. The glass fiber strands are thrown off tangentially from the take-off rollers, i. H. the high-speed rotating take-off rollers 35, 36 give each strand segment a kinetic energy when it is pushed off the take-off roller.
Since the strand segments are all tangentially pushed off the take-off roller in the same direction, each strand element and thus the entire glass fiber strand moves at a linear speed that is used for the uniform distribution of the glass fiber strands.
The back of each take-off roller is covered by an independently arranged, oscillating rear plate on which the associated spoked wheel is arranged. The Rückwär term plate 42 of the take-off roller 36 can be set in an arcuate oscillating movement by means of an arm 43. The entire assembly of the ejection mechanism is arranged on a platform 50 which also supports the take-off rollers 35 and 36 and associated auxiliary devices. The platform 50 is arranged on a device 51 made of angle iron Aufhangvor. The arm 43 can be moved on a bogenför-shaped path to a position in which the tangential ejection movement of the glass fiber strand from the take-off roller 36 is ended.
If, as in the present case, the tangential pushing off of the glass fiber strands is to take place at right angles downwards, the arm 43 must be attached to the suspension device 51 by means of a rocker 52 in order to enable the glass fiber strand to be pushed off in the desired position.
The strands of glass fibers pushed off by the take-off rollers 35 and 36 are piled up after their deflection in the form of a mat 60 on a base. In the present case, a conveyor belt 61, which consists of an unalloyed steel, is provided as a base.
The groups of glass fiber strands 58, 59 moving downwards at a predetermined linear speed are distributed over the width of the collecting surface 61 by means of deflection means, in the present example nozzles 100, 101 and 102, 103 are provided for the outlet of a flowing medium.
Due to the high circumferential speed of the take-off roll, the glass fiber strands move from the point at which they are pushed off the circumference of the take-off roll by means of the fingers of the spoke wheel, in an exactly tangential direction. The glass fiber strands move precisely towards the area where they are guided into a new movement path with the help of flowing media, so that they hit the desired point on the collecting surface.
In Fig. 3 a device for dispersing the fibers accumulated on the base is shown. At a first liquid application station 70, a liquid 74 is evenly distributed over a glass fiber mat 60 with the aid of an overflow 71. The liquid is conveyed to the overflow 71 by means of a feed line 72. A valve 73 controls the flow of liquid and thus the amount of liquid to be applied to the mat. The liquid 74 flowing off from the overflow is collected in a trough 76 and overflows at 75 the mat 60 either at the point of application or at an earlier or later point.
The drip pan 76 is provided at one end by means of a wall 77, while the other end serves as a drain and is open. The wall 77 can be omitted as long as the collecting trough 76 is slightly inclined and the conveyor belt 61 and the mat 60 are moved at a sufficiently high speed. Side walls 78 are, however, required in any case in order to prevent the liquid from flowing out transversely to the direction of movement of the mat and to form the flood area 75. This design of the collecting trough 76 ensures that the flood area 75 will continue to the right as shown in FIG. 3 and the liquid will ultimately drain into a collecting trough 90.
The regulating valve 73 is advantageously adjusted so that the flow speed in the flood area 75 corresponds essentially to the traveling speed of the mat 60. These measures prevent a forward or backward displacement of the evenly distributed or oriented glass fiber strands of the mat 60.
The dispersion of the glass threads in the glass fiber strands of the mat 60 can be significantly improved by using a second liquid application station 80. The second loading station 80 is arranged at a distance from the first station 70 which depends on the speed of the conveyor belt 61. The second Beaufschla supply station also has an overflow 81 with a feed device 82, the inflow of which is controlled by a valve 83. The control valve 83 and the drainage surface 85 of the overflow 81 interact in such a way that a precisely predetermined liquid flow 84 is obtained with respect to the mat 60 and the flood flow 75.
The liquid flow 84 is expediently adjusted so that its velocity is somewhat greater than that of the flood flow 75 and the mat 60 in order to achieve effective dispersion.
In Fig. 4 the second loading station is shown on a larger scale and it can be seen that the drainage surface 85 is inclined, for example by 15 "to the horizontal, so that the liquid flow 84 controlled by the valve 83 flows off in the direction indicated by the arrow 84a The weir 81 is placed as close as possible to the surface of the overflow stream 75 and the mat 60 in order to eliminate as much as possible the effect of gravity on the direction of the liquid flow 84. The direction and speed of the liquid flow 84 can be vectoriel - Ler shape are represented by the vectors 84b and 84c.
Since the horizontal vector 84b is substantially larger than the downward vertical vector 84c, a liquid stream 84 results which floods the mat 60 and the overflow stream 75 and effectively disperses the glass threads of the glass fiber strands in the mat 60.
After dispersing, the excess liquid can be removed in two ways. First, the liquid can flow through the conveyor belt 61 into the collecting container 90, in which the liquid flow 91 is located, which is composed of the flow emerging from the mat and part of the flood flow 75. As the excess liquid runs off vertically, it can penetrate into holes or furrows that are still present in mat 60 and contain undispersed glass threads. The glass threads are thereby further dispersed and the furrows are reduced in size and the mat becomes more uniform.
From the catch basin 90, the liquid 91 is drawn off via a line 92 and a pump 93. The line 92 and the pump 93 can optionally feed the liquid back into the supply lines 72, 82. As a second liquid extraction device, a suction chamber 110 can be provided, which is arranged below the conveyor belt 61 and which is connected via an opening 111 to an air extraction device not shown in detail. Since the air, the mat and the conveyor belt penetrate vertically according to the arrows shown in FIG. 3, the glass threads are kept in their dispersed position during the further removal of liquid.
In Fig. 5 the front view of the loading station according to FIG. 4 is shown in detail. This device can also be used for the first loading station 70. Arranged on the overflow device 81 in FIG. 6 is a feed line 82 which allows the liquid to flow in at the bottom 87 of the device. In the overflow device, a number of blades or baffles are provided within the overflow device in order to prevent lateral drift of the outflowing medium and thus a displacement of the evenly distributed glass fiber strands through the liquid draining from the drainage surface 85. The guide surfaces or blades 86 are arranged at a distance from the bottom of the overflow container, so that the entire bottom of the container can be coated with liquid with a single feed line 82.
The method described here and the corresponding devices enable a more precise and uniform distribution of a glass fiber strand than was possible with the methods known up to now.
The above embodiments are described ben in connexion with the processing of glass fiber strands, but it is entirely possible to use fiber strands made of other materials.