WO2003078510A1 - Verfahren zur erzeugung von hochbelastbaren fadenprepregs - Google Patents

Verfahren zur erzeugung von hochbelastbaren fadenprepregs Download PDF

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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
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    • C08J2327/12—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08J2327/18—Homopolymers or copolymers of tetrafluoroethylene

Definitions

  • the invention relates to a method for producing heavy-duty thread prepregs made of glass or aramid or carbon fibers with a thread size of 110 to 4080 dtex, in which the fibers are soaked in a PTFE dispersion, then passed through a nozzle and thereby pressure-impregnated, whereby the air still located between the individual filaments of the fibers is pressed out and the individual filaments are completely covered with PTFE and then dried.
  • the object of the present invention is to achieve a further increase in the strength of the threads and the textile elements subsequently obtained in a method of the type mentioned at the outset (PCT / DE 00/00833).
  • the narrowest cross section of the nozzle is 15 to 170% larger than the sum of the cross sections of the individual filaments of the thread and that the PTFE encasing the individual filaments is sintered out before the thread is wound up ,
  • an outlet attachment can be connected to the outlet end of the nozzle, which adjoins the outlet end of the nozzle in a straight line and forms a guide channel whose profile corresponds to that at the outlet end of the nozzle.
  • the invention makes use of the technical effect known per se, that the addition of an outlet attachment to the outlet end of a nozzle can increase the overall effect of the nozzle, that is to say, the addition of such an outlet attachment to a nozzle achieves the effect of a nozzle with a smaller outlet cross section can.
  • This effect is particularly significant when very small outlet cross-sections are required for nozzles, which require a high manufacturing effort and are highly subject to wear.
  • Even small manufacturing tolerances have a high impact on the material passed through the nozzles.
  • the use of an exit lug simplifies production and reduces wear. The manufacturing tolerances become smaller and have less impact.
  • the invention further provides that the length of the outlet approach is determined approximately according to the Hagen-Poiseuille law, according to which the following applies: ⁇ • ⁇ p ⁇ t • D 4
  • V means volume flowing through
  • ⁇ p pressure difference between the inlet and outlet of the nozzle
  • Liquid can flow through. This means, for example,
  • the method can be carried out in such a way that the nozzle and the guide channel of the outlet attachment are covered on the one hand by a plate-shaped support and on the other hand are formed by a round or square profile, so that a guide channel is formed between the plate-shaped support and the round or square profile.
  • the overlay can be removed to insert a thread. This makes the manufacture of finer thread thicknesses considerably easier, if not practicable at all.
  • the thread emerging from the nozzle - with or without an outlet attachment - the individual filaments of which are coated with PTFE and the interstices are closed is sintered before winding, so that the thread shows high strength properties, in particular excellent abrasion resistance, when it is subsequently used , so that due to the complete covering of the individual filaments, such threads lying on one another in a fabric does not lead to destruction.
  • the narrowest cross section of the nozzle is only 50 to 100% larger than the sum of the cross sections of the individual filaments of the thread to be passed through the nozzle.
  • the invention when using a nozzle without a cylindrical outlet attachment and a concentration of the dispersion during the impregnation of 35 up to 45% by weight of the cross section of the nozzle should be 50 to 95% larger than the sum of the cross sections of the individual filaments of the thread. If one works with a concentration of the dispersion between 55 and 65% by weight, the invention recommends dimensioning the cross section of the nozzle by 20 to 40% larger than the sum of the cross sections of the individual filaments of the thread.
  • a cross section of the nozzle is recommended which is 90 to 170% larger than the sum of the cross sections of the individual filaments of the thread.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a in the inventive
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of one in the invention
  • Fig. 3 is a sectional view transverse to the direction of transport through several profiles for the nozzle and outlet approach.
  • the arrow marks a thread 1 of a nozzle 2 running to the right, which tapers to the right towards its outlet end 3.
  • the nozzle is covered on its top 4 like a plate. The cover can be removed to insert the thread.
  • Figure 2 differs from that of Figure 1 only in that an outlet extension 5 is attached to the nozzle 1, which connects in a straight line to the outlet end of the nozzle 2 and is marked here with L.
  • This outlet extension runs in a straight line and with the same profile as the outlet end 3 of the nozzle 2.
  • the nozzle 2 and the outlet extension 5 can be formed in one piece or consist of sections which adjoin one another in alignment.
  • FIG. 3 shows sectional views according to the section information in FIG. 2 of four nozzle cross sections. This is just a selection of many conceivable profiles.
  • the four columns on the far right relate the ratio of the nozzle cross-section to the sum of the filament cross-sections as a function of the length of the cylindrical outlet attachment.
  • the leftmost column assumes a length of the exit neck of zero, while the columns following to the right indicate the corresponding ratio for a length of the exit neck of 6 mm, 31 mm and 55 mm.
  • This comparison shows that the sum of the filament cross-sections remains the same, and the ratio between the nozzle cross-section and the sum of the filaments increases.
  • the nozzle cross-section can be enlarged with increasing length of the outlet attachment. that is, it is possible to work with a nozzle that is generally less subject to wear as the cross section increases.
  • the threads are sintered after passing through the nozzle, whether work has been carried out with or without an outlet attachment, and are wound up in this state.
  • the finished structure is particularly suitable for tarpaulins, transport tracks or for protection against heat and flames.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Erzeugung von hochbelastbaren Fadenprepregs aus Glasoder Aramid- oder Kohlefasern, bei dem die Fasern in einer PTFE-Dispersion getränkt werden, dann durch eine Düse hindurchgeführt und dabei druckimprägniert werden, wobei die zwischen den einzelnen Filamenten der Fasern noch befindliche Luft ausgepresst und die Einzelfilamente vollständig mit PTFE ummantelt und dann getrocknet werden, soll eine weitere Erhöhung der Festigkeit, insbesondere der Abriebfestigkeit, erzielt werden. Hierzu ist vorgesehen, dass bei Verwendung einer Düse der engste Querschnitt der Düse um bis 170 % grösser ist als die Summe der Querschnitte der Einzelfilamente des Fadens und dass das die Einzelfilamente umhüllende PTFE vor dem Aufwickeln des Fadens ausgesintert wird. Vorteilhafter Weise kann dem Austrittsende der Düse ein Austrittsansatz verbunden sein, der sich an das Austrittsende der Düse geradlinig anschliesst und einen Führungskanal bildet, dessen Profil demjenigen am Austrittsende der Düse entspricht.

Description

Verfahren zur Erzeugung von hochbelastbaren Fadenprepregs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von hochbelastbaren Fadenprepregs aus Glas- oder Aramid- oder Kohlefasern bei einer Fadenstärke von 110 bis 4080 dtex, bei dem die Fasern in einer PTFE-Dispersion getränkt werden, dann durch eine Düse hindurchgeführt und dabei druckimprägniert werden, wobei die zwischen den einzelnen Filamenten der Fasern noch befindliche Luft ausgepresst und die Einzelfilamente vollständig mit PTFE ummantelt und dann getrocknet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art (PCT/DE 00/00833) eine weitere Steigerung der Festigkeit der Fäden sowie der daraus anschließend gewonnenen textilen Elemente zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei Verwendung einer Düse ohne zylindrischen Austrittsansatz der engste Querschnitt der Düse um 15 bis 170 % größer ist als die Summe der Querschnitte der Einzelfilamente des Fadens und dass das die Einzelfilamente umhüllende PTFE vor dem Aufwickeln des Fadens ausgesintert wird.
Bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen geringen Verhältnis zwischen Düsenquerschnitt einerseits und der Summe der Querschnitte der verwendeten Filamente kommt es zu Fäden, bei denen die einzelnen Filamente sowie die dazwischen liegenden Räume zuverlässig mit PTFE umschlossen bzw. ausgefüllt und Luftblasen ausgepresst sind. Es bleibt demnach kein Raum für ein unerwünschtes Eindringen von Feuchtigkeit in Kapillarräume des Fadens.
Erfindungsgemäß kann mit dem Austrittsende der Düse ein Austrittsansatz verbunden sein, der sich an das Austrittsende der Düse geradlinig anschließt und einen Führungskanal bildet, dessen Profil demjenigen am Austrittsende der Düse entspricht. Hier macht sich die Erfindung den an sich bekannten technischen Effekt zu Nutze, dass durch die Anfügung eines Austrittsansatzes an das Austrittsende einer Düse die Düsenwirkung insgesamt erhöht werden kann, dass also durch Anfügung eines solchen Austrittsansatzes an eine Düse die Wirkung einer Düse geringeren Austrittsquerschnitts erreicht werden kann. Dieser Effekt ist dann besonders bedeutsam, wenn bei Düsen sehr geringe Austrittsquerschnitte gefordert werden, die einen hohen Fertigungsaufwand erfordern und hochgradig verschleißbehaftet sind. Bei solchen Düsen ist zudem zu beachten, dass auch kleine Fertigungstoleranzen eine hohe Auswirkung auf das durch die Düsen geführte Material haben. Die Verwendung eines Austrittsansatzes führt demgegenüber zu Vereinfachungen bei der Herstellung und reduziert den Verschleiß. Die Fertigungstoleranzen werden kleiner und haben geringere Auswirkungen.
Die Erfindung sieht ferner vor, dass die Länge des Austrittsansatzes näherungsweise nach dem Gesetz von Hagen-Poiseuille bestimmt wird, wonach gilt: π • Δp ■ t • D4
V=
128 • η ■ L
D" entsprechend bei annähernd konstanten übrigen Faktoren V .
L
In der Formel bedeutet V : durchströmendes Volumen
Δp: Druckdifferenz zwischen Ein- und Auslauf der Düse
D : hydraulischer Durchmesser der Düse
L : Länge des Austrittsansatzes η : Viskosität der Flüssigkeit t : Zeit
Die genannte Formel gilt näherungsweise auch für Tränkdüsen, wobei zu beachten ist, dass nicht nur Flüssigkeit, sondern auch Filamente durch die Düse strömen. Die bestimmenden geometrischen Faktoren in dieser Formel sind D = hydraulischer Durchmesser und L = Länge. Wenn die übrigen Faktoren konstant bleiben, dann ist das durchströmende Volumen in etwa proportional zum Verhältnis D4
V
L Das bedeutet, dass theoretisch unter sonst gleichen Bedingungen durch eine Düse mit dem doppelten Durchmesser, jedoch mit 16-facher Länge, die gleiche Menge
Flüssigkeit hindurchströmen kann. Dies bedeutet beispielsweise,
D4 14 24 — = — = = o,1
L 10 160
Dies bedeutet für die Praxis, dass es besonders bei sehr kleinen Düsen für feine Fäden vorteilhaft sein kann, sie mit einem Austrittsansatz zu versehen, also mit Düsen größeren Durchmessers arbeiten zu können, die dann unter anderem auch das Einlegen von Fäden in die Düsen erleichtern.
Das Verfahren kann so geführt werden, dass die Düse sowie der Führungskanal des Austrittsansatzes einerseits durch eine plattenförmige Auflage abgedeckt und andererseits durch ein rundes oder eckiges Profil gebildet sind, so dass zwischen plattenförmiger Auflage und dem runden oder eckigen Profil ein Führungskanal gebildet wird. Die Auflage kann zum Einlegen eines Fadens abgenommen werden. Dadurch wird die Herstellung bei feineren Fadenstärken erheblich vereinfacht wenn nicht überhaupt erst praktisch ausführbar.
Der aus der Düse - mit oder ohne Austrittsansatz - austretende Faden, dessen Einzelfilamente mit PTFE umhüllt sind und dessen Zwischenräume geschlossen sind, wird vor dem Aufwickeln ausgesintert, so dass der Faden bei seiner anschließenden Weiterverwendung hohe Festigkeitseigenschaften, insbesondere eine hervorragende Abriebfes- tigkeit, ausweist, so dass aufgrund der vollständigen Umhüllung der Einzelfilamente ein Aufeinanderliegen solcher Fäden in einem Gewebe nicht zu Zerstörungen führt.
Es hat sich als zweckmäßig gezeigt, dass erfindungsgemäß bei Verwendung einer Düse ohne zylindrischen Austrittsansatz der engste Querschnitt der Düse nur um 50 bis 100% größer ist als die Summe der Querschnitte der durch die Düse hindurchzuführenden Einzelfilamente des Fadens.
Weiter wurde gefunden, dass erfindungsgemäß bei Verwendung einer Düse ohne zylindrischen Austrittsansatz und einer Konzentration der Dispersion beim Tränken von 35 bis 45 Gew.-% der Querschnitt der Düse um 50 bis 95 % größer sein sollte als die Summe der Querschnitte der Einzelfilamente des Fadens. Arbeitet man mit einer Konzentration der Dispersion zwischen 55 und 65 Gew.-% so empfiehlt die Erfindung den Querschnitt der Düse um 20 bis 40% größer als die Summe der Querschnitte der Ein- zelfilamente des Fadens zu bemessen. Arbeitet man mit einer Konzentration der Dispersion beim Tränken von 25 bis 35 Gew.-% so wird erfindungsgemäß ein Querschnitt der Düse empfohlen, der 90 bis 170 % größer ist als die Summe der Querschnitte der Einzelfilamente des Fadens.
Nachfolgend werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendbaren Düse,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendbaren Düse mit Austrittsansatz und
Fig. 3 eine Schnittansicht quer zur Transportrichtung durch mehrere Profile für Düse und Austrittsansatz.
In Figur 1 markiert der Pfeil einen nach rechts laufenden Faden 1 einer Düse 2, die sich nach rechts zu ihrem Austrittsende 3 hin verjüngt. Die Düse ist auf ihrer Oberseite 4 plattenartig abgedeckt. Die Abdeckung kann zum Einlegen des Fadens abgenommen werden.
Figur 2 weicht von derjenigen nach Figur 1 allein dadurch ab, dass an die Düse 1 ein Austrittsansatz 5 angefügt ist, der sich geradlinig an das Austrittsende der Düse 2 anschließt und hier mit L gekennzeichnet ist. Dieser Austrittsansatz verläuft geradlinig und mit dem gleichen Profil wie das Austrittsende 3 der Düse 2. Düse 2 und Austrittsansatz 5 können einstückig ausgebildet sein oder aus Teilstücken bestehend, die fluchtend unmittelbar aneinander anschließen. Figur 3 zeigt Schnittansichten nach der Schnittangabe in Figur 2 von vier Düsenquerschnitten. Dabei handelt es sich lediglich um eine Auswahl von vielen denkbaren Profilen.
In der beiliegenden Tabelle sind drei Beispiele zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils für Glas-, Aramid- und Kohlefasern aufgeführt, wobei die drei Ausführungsbeispiele sich in der Konzentration der Dispersion beim Tränken und darüber hinaus hinsichtlich des PTFE-Anteils des ausgesinterten Fadens unterscheiden. So ist in allen drei Beispielen mit einem Titer von 110 dtex (Glas 1), 220 dtex (Glas 2), 1.360 dtex (Glas 3), 800 dtex (Kohlefaser) und 110 dtex (Aramid) gearbeitet worden. Entsprechend stimmen die Summen der Filamentquerschnitte in den drei Beispielen für die jeweiligen Werkstoffe überein.
Es hat sich gezeigt, dass die Titer und die Summe der Filamentquerschnitte in starker Abhängigkeit von der jeweiligen Konzentration der Dispersion beim Tränken für die einzelnen Fasermaterialien deutlich abweichende Düsenquerschnitte erfordern.
Unter „Düsenquerschnitt > Summe der Filamentquerschnitte" ist in der Tabelle angegeben, um wie viel Prozent der Düsenquerschnitt jeweils größer ist als die Summe der Filamentquerschnitte. Diese Zahlenkolonnen machen deutlich, dass im Verhältnis zur Summe der Filamentquerschnitte der Düsenquerschnitt umso größer sein muss je geringer die Konzentration der Dispersion beim Tränken der Filamente ist.
Die vier am weitesten rechts liegenden Zahlenkolonnen betreffen das Verhältnis von Düsenquerschnitt zu der Summe der Filamentquerschnitte in Abhängigkeit von der Länge des zylindrischen Austrittsansatzes. Die am weitesten links liegende Kolonne geht von einer Länge des Austrittsansatzes von Null aus, während die dann nach rechts folgenden Kolonnen das entsprechende Verhältnis bei einer Länge des Austrittsansatzes von 6 mm, 31 mm und 55 mm angeben. Aus dieser Gegenüberstellung wird deut- lieh, dass bei gleich bleibender Summe der Filamentquerschnitte eine Vergrößerung des Verhältnisses zwischen Düsenquerschnitt und Summe der Filamente eintritt. Mit steigender Länge des Austrittsansatzes kann also der Düsenquerschnitt vergrößert wer- den, also es kann mit einer bei steigendem Querschnitt grundsätzlich weniger verschleißbelasteten Düse gearbeitet werden.
Die Fäden werden nach Passieren der Düse, ob mit oder ohne Austrittsansatz gear- beitet wurde, ausgesintert und in diesem Zustand aufgewickelt.
Die Weiterverwendung erfolgt durch Weben, Wirken, Legen, Klöppeln oder Flechten der so gebildeten Fadenprepregs. Nach einer solchen Verarbeitung kann das dann entstandene textile Gebilde kalandriert werden. Das Fertiggebilde eignet sich in besonde- rer Weise für Zeltplanen, Transportbahnen oder zum Schutz gegen Hitze und Flammen.
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung von hochbelastbaren Fadenprepregs aus Glas oder Aramid- oder Kohlefasern bei einer Fadenstärke von 110 bis 4080 dtex, bei dem die Fasern in einer PTFE-Dispersion getränkt werden, dann durch eine Düse hindurchgeführt und dabei druckimprägniert werden, wobei die zwischen den einzelnen Filamenten der Fasern noch befindliche Luft ausgepresst und die Einzelfilamente vollständig mit PTFE ummantelt und dann getrocknet werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Düse verwendet wird, die an ihrem Austrittsende ihren kleinsten Durchmesser hat, der um 15 bis 170 % größer ist als die Summe der Querschnitte der Einzelfilamente des Fadens und dass die Einzelfilamente umhüllende PTFE vor dem Aufwickeln des Fadens ausgesintert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Austrittsende der Düse ein Austrittsansatz verbunden ist, der sich an das Austrittsende der Düse geradlinig anschließt und einen Führungskanal bildet, dessen Profil demjenigen am Austrittsende der Düse entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Austrittsansatzes näherungsweise nach dem Gesetz von Hagen-Poiseuille bestimmt wird, wonach gilt: π ■ Δp ■ t ■ D4 V=
128 - η - L D4 entsprechend bei annähernd konstanten übrigen Faktoren V .
L
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse sowie der Führungskanal des Austrittsansatzes einerseits durch eine plattenformige Auflage abgedeckt und andererseits durch ein rundes oder eckiges Profil gebildet sind, so dass zwischen plattenförmiger Auflage und dem runden oder eckigen Profil ein Führungskanal gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer Düse ohne zylindrischen Austrittsansatz der engste Querschnitt der Düse um 50 bis 100 % größer ist als die Summe der Querschnitte der Einzelfilamente des Fadens.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer Düse ohne zylindrischen Austrittsansatz und einer Konzentration der Dispersion beim Tränken von 35 bis 45 Gew.-% der Querschnitt der Düse um 50 bis 95 % größer ist als die Summe der Querschnitte der Einzelfilamente des Fadens.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung ei- ner Düse ohne zylindrischen Austrittsansatz und einer Konzentration der Dispersion beim Tränken von 55 bis 65 Gew.-% der Querschnitt der Düse um 20 bis 40 % größer ist als die Summe der Querschnitte der Einzelfilamente des Fadens.
8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung ei- ner Düse ohne zylindrischen Austrittsansatz und einer Konzentration der Dispersion beim Tränken von 25 bis 35 Gew.-% der Querschnitt der Düse um maximal 90 - 170 % größer ist als die Summe der Querschnitte der Einzelfilamente des Fadens.
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