CH630425A5 - METHOD FOR THE PRODUCTION OF ORIENTED SHORT FIBER FABRICS. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von orientierten Kurzfaservliesen, welche als Zugfestigkeitskerne in Verbundwerkstoffen Verwendung finden, aus einer Fasersuspension, wobei die Fasersuspension einem Behälter mit einer rotierenden Siebtrommel zugeführt wird und die Fasern auf dem Trommelmantel abgelagert werden, während die Suspensionsflüssigkeit mittels eines Druckgefälles ins Innere der Siebtrommel gesaugt wird, nach DE-PS 2163799. The invention relates to a process for the production of oriented short fiber nonwovens, which are used as tensile strength cores in composite materials, from a fiber suspension, the fiber suspension being fed to a container with a rotating sieve drum and the fibers being deposited on the drum shell, while the suspension liquid is deposited by means of a Pressure drop is sucked into the inside of the drum, according to DE-PS 2163799.

Bei diesem Verfahren ist wesentlich, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Trommelmantels höher ist als die Zulaufgeschwindigkeit der Suspension, dass auf dem Trommelmantel eine durchlässige Folie angeordnet ist, auf der die Fasern bei mehrfacher Umdrehung der Trommel abgelegt werden, worauf die Folie aufgeschnitten wird und das aus unidirektional gerichteten Fasern aufgebaute Vlies mitsamt der Folie von der Trommel abgenommen und in an sich bekannter Weise getrocknet und fixiert wird. Bei diesem Verfahren erfolgt die erste Orientierung der Kurzfasern während des Strömungsvorganges in der Rinne. Der wesentliche Ausrichtungseffekt wird jedoch beim Übergang von der Rinne zur Trommel durch die Beschleunigung der Fasersuspension infolge der gegenüber ihrer Zulaufgeschwindigkeit höheren Umfangsgeschwindigkeit des Trommelmantels erzielt. It is essential in this process that the peripheral speed of the drum jacket is higher than the feed speed of the suspension, that a permeable film is arranged on the drum jacket, on which the fibers are deposited with multiple revolutions of the drum, whereupon the film is cut open and this from unidirectional directional fibers built-up fleece together with the film is removed from the drum and dried and fixed in a conventional manner. With this method, the first orientation of the short fibers takes place during the flow process in the channel. However, the essential alignment effect is achieved during the transition from the trough to the drum by the acceleration of the fiber suspension as a result of the higher peripheral speed of the drum shell compared to its feed speed.

Versuche haben ergeben, dass die exakte Ausrichtung der Kurzfasern einen hohen Einfluss auf die Festigkeitseigenschaften der herzustellenden Faservliese aufweisen. In der freifliessenden Strömung der Zulaufrinne nach diesem obge-nannten Verfahren ist jedoch eine Ausrichtung schwer durchzuführen. Nur in den Randbereichen der Rinne, in denen die Strömungsgeschwindigkeit von Null auf die im Hauptteil der Rinne vorhandene Stömungsgeschwindigkeit anwächst, erfolgt durch die Geschwindigkeitsänderung eine wesentliche Orientierung der Kurzfasern. Tests have shown that the precise alignment of the short fibers has a high influence on the strength properties of the nonwovens to be produced. In the free-flowing flow of the feed trough using this method, however, alignment is difficult to carry out. Only in the edge areas of the trough, in which the flow rate increases from zero to the flow rate present in the main part of the trough, does the change in speed result in an essential orientation of the short fibers.

Hier setzt die Erfindung ein, deren Aufgabe darin besteht, bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Gattung die Orientierung der Kurzfasern bereits in der Rinne wesentlich zu erhöhen. This is where the invention comes in, the object of which is to substantially increase the orientation of the short fibers already in the groove in a method of the type mentioned at the outset.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, According to the invention, this object is achieved by

dass die Fasersuspension der rotierenden Siebtrommel über eine mit längsgerichteten Zwischenwänden unterteilte Rinne zugeführt wird. Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht vor allem darin, dass bei genügend kleinem Abstand der Zwischenwände jeder der Einzelrinnen infolge der Wandreibung unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten mit quer zur Strömung gerichteten Geschwindigkeitskomponenten herrschen, die eine Ausrichtung und damit Verdichtung der Kurzfasern bewirken. that the fiber suspension is fed to the rotating screening drum via a trough divided with longitudinal partition walls. The advantage achieved by the invention is, above all, that with a sufficiently small distance between the partition walls of each of the individual channels, due to the wall friction, there are different flow velocities with velocity components directed transversely to the flow, which bring about an alignment and thus compression of the short fibers.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung wird der Zulauf der Fasersuspension in der Rinne vor dem Auffliessen auf die Trommel verengt. Dabei wird der Zulauf der Fasersuspension auf die Trommel entweder auch in der Verengung durch Zwischenwände oder durch zwei die Strömung der Fasersuspension verengende Leitbleche geführt. According to a development of the invention, the inflow of the fiber suspension in the trough is narrowed before it flows onto the drum. The feed of the fiber suspension onto the drum is carried out either in the constriction by partition walls or by two guide plates constricting the flow of the fiber suspension.

Durch die Verengung der Rinne wird die Fasersuspension beschleunigt, wodurch ausser einer maximalen Ausrichtung auch eine erhebliche Verdichtung der Kurzfasern erzielt wird. Versuche haben ergeben, dass bei dem Fertigpressen und Aushärten von Bauteilen aus erfindungsgemäss hergestellten Faservliesen ein wesentlich geringerer Pressdruck notwendig ist, um die gewünschte Dichte und Festigkeit zu erzielen. So ist es möglich geworden, mit diesen Vliesen auch grossflächige Bauteile in Autoklaven, bei denen bekanntlich nur Drücke von etwa maximal 10 bar zulässig sind, zu pressen und auszuhärten, ohne dass Einbussen in der Festigkeit und Steifigkeit durch zu geringe Faseranteile auftreten. Trotz dieses geringen Pressdruckes konnte die Biegefestigkeit um etwa 50% und der Biegemodul um etwa 20% gegenüber dem Verfahren nach der obgenannten DE-OS erhöht werden. Dieses bedeutet, dass damit die Festigkeitseigenschaften bei Bauteilen aus Kurzfaservliesen nahezu die Werte entsprechender Bauteile aus Endlosfasern erreichen. By narrowing the gutter, the fiber suspension is accelerated, which, in addition to maximum alignment, also achieves a considerable compression of the short fibers. Tests have shown that in the final pressing and curing of components from nonwoven fabrics produced according to the invention, a significantly lower pressing pressure is necessary in order to achieve the desired density and strength. It has thus become possible to use these nonwovens to press and cure even large-area components in autoclaves, in which, as is well known, only pressures of around 10 bar are permitted without loss of strength and rigidity due to insufficient fiber content. Despite this low pressing pressure, the bending strength could be increased by about 50% and the bending modulus by about 20% compared to the method according to the above-mentioned DE-OS. This means that the strength properties of components made from short fiber nonwovens almost reach the values of corresponding components made from continuous fibers.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen: Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. Show it:

Fig. 1 ein Strömungsprofil für eine nicht unterteilte Rinne; 1 shows a flow profile for a channel which is not divided;

Fig. 2 ein Strömungsprofil für eine Rinne mit Zwischenwänden; 2 shows a flow profile for a channel with partition walls;

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung der Zulauf der Fasersuspension über die Rinne mit Zwischenwänden auf einen Trommelfilter; 3 shows a perspective view of the feed of the fiber suspension over the trough with partition walls onto a drum filter;

Fig. 4 in der Draufsicht eine Rinne mit Zwischenwänden und Verengung des Zulaufs, bei der Zwischenwände auch in der Verengung vorhanden sind und Fig. 4 in plan view a channel with partitions and narrowing of the inlet, in which partitions are also present in the narrowing and

Fig. 5 eine Rinne entsprechend Fig. 4, bei der die Zwischenwände nur im geringen Teil ausgeführt sind. Fig. 5 shows a gutter corresponding to Fig. 4, in which the partitions are made only in a small part.

Das Geschwindigkeitsprofil in einer Rinne 2 ohne Unterteilung der Suspensionsströmung sieht entsprechend Fig. 1 so aus, dass an den Rändern 3 eine Geschwindigkeit gleich null vorhanden ist, die sich in einer etwa Parabelkurve zu einer über den gesamten Rinnenquerschnitt gleichbleibenden maximalen Geschwindigkeit 4 vergrössert. Dabei übt die Geschwindigkeit durch Vektorwirkung nur innerhalb der Streifen zwischen den Rändern 3 und dem Erreichen der maximalen Geschwindigkeit 4 eine Richtkraft auf die Kurzfasern aus. Diese Richtkraft wird dadurch erzielt, dass die Suspensionsströmung in diesem Geschwindigkeitsstreifen eine horizontale Geschwindigkeitskomponente aufweist. Wird jedoch entsprechend Fig. 2 die Rinne 2 durch Zwischenwände 5 unterteilt, so lässt sich durch die Wahl der Abstände der Zwischenwände 5 erreichen, dass die Maximalgeschwindigkeit 4 in der Mitte zwischen den Zwischenwänden 5 erreicht wird und dadurch auf die Kurzfasern stets eine richtende horizontale Komponente einwirkt und zwar von beiden Rändern 3 her. The speed profile in a channel 2 without subdivision of the suspension flow looks according to FIG. 1 so that at the edges 3 there is a speed equal to zero, which increases in an approximately parabolic curve to a maximum speed 4 that remains constant over the entire channel cross section. In this case, the speed due to the vector effect exerts a directing force on the short fibers only within the stripes between the edges 3 and when the maximum speed 4 is reached. This directional force is achieved in that the suspension flow in this speed strip has a horizontal speed component. However, according to FIG. 2, the trough 2 is divided by partitions 5, it can be achieved by the choice of the spacing of the partitions 5 that the maximum speed 4 is reached in the middle between the partitions 5 and thereby always a directing horizontal component on the short fibers acts from both edges 3 ago.

In einer vereinfacht dargestellten Vorrichtung 1 zur Herstellung von Kurzfaservliesen entsprechend Fig. 3 ist eine In a device 1 for the production of short fiber fleeces according to FIG. 3, shown in simplified form, there is one

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

630425 630425

Rinne 2 mit Zwischenwänden 5, eine Trommel 6 und ein Auffanggefäss 7 gezeigt, wobei sich die Trommel 6 in Pfeilrichtung 8 dreht. Von einem nicht dargestellten Rührwerk wird eine, z.B. aus Glyzerin und Kurzfasern bestehende Suspension 10 auf die Rinne 2 aufgebracht und mittels eines Teilkörpers 11 vollständig zwischen den Rändern 3 der Rille 2 verteilt. Danach wird die Suspension 10 durch die Zwischenwände 5 geleitet, die auf die Kurzfasern die beschriebene Richtwirkung ausüben, so dass sie auf einer Lippe 12 bereits gut vorgerichtet heraustreten. Durch das Auffliessen auf die Oberfläche 13 der mit gleicher oder höherer Umlaufgeschwindigkeit als die Zulaufgeschwindigkeit der Suspension 10 drehende Trommel 6 erfahren die Kurzfasern eine weitere Richtwirkung. Das Fertigen der Kurzfaservliese und ihre Weiterverarbeitung erfolgt entsprechend der in der DE-OS beschriebenen Weise. Channel 2 with partitions 5, a drum 6 and a collecting vessel 7 shown, the drum 6 rotating in the direction of arrow 8. From an agitator, not shown, one, e.g. suspension 10 consisting of glycerine and short fibers is applied to the channel 2 and completely distributed between the edges 3 of the channel 2 by means of a partial body 11. The suspension 10 is then passed through the intermediate walls 5, which exert the directivity described on the short fibers, so that they emerge on a lip 12 in a well-prepared manner. By flowing onto the surface 13 of the drum 6 rotating at the same or a higher circulation speed than the feed speed of the suspension 10, the short fibers experience a further directional effect. The manufacture of the short fiber fleeces and their further processing is carried out in accordance with the manner described in DE-OS.

Zur Verdichtung der Kurzfasern beim Ausfliessen der Fasersuspension 10 von der Rinne 2 über die Lippe 12 auf die 5 Trommel 6 kann der Zulauf am unteren Ende der Rinne 2 durch schräg angeordnete Leitbleche 15 verengt werden. Dabei besteht die Möglichkeit, entsprechend Figur 4 auch die Zwischenwände 5 analog den Leitblechen 15 bis zum unteren Rand der Rinne 2 weiterzuführen. Es dürfte aber entspre-lo chend Figur 5 in den meisten Anwendungsfällen ausreichen, die Zwischenwände 5 nur im laminaren Strömungsteil der Rinne 2 anzuordnen, weil die Kurzfasern im beschleunigten Strömungsteil zwischen den Leitblechen 15 ihre Richtung beibehalten. To compress the short fibers when the fiber suspension 10 flows out of the channel 2 via the lip 12 onto the drum 6, the inlet at the lower end of the channel 2 can be narrowed by diagonally arranged guide plates 15. In this case, there is the possibility, according to FIG. 4, of continuing the intermediate walls 5 analogously to the guide plates 15 up to the lower edge of the channel 2. 5, it should be sufficient in most applications to arrange the partitions 5 only in the laminar flow part of the channel 2 because the short fibers in the accelerated flow part between the guide plates 15 maintain their direction.

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (4)

630 425 PATENTANSPRÜCHE630 425 PATENT CLAIMS 1. Verfahren zur Herstellung von orientierten Kurzfaservliesen, welche als Zugfestigkeitskerne in Verbundwerkstoffen Verwendung finden aus einer Fasersuspension, wobei die Fasersuspension einem Behälter mit einer rotierenden Siebtrommel zugeführt wird und die Fasern auf dem Trommelmantel abgelagert werden, während die Suspensionsflüssigkeit mittels eines Druckgefälles ins Innere der Siebtrommel gesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasersuspension (10) der rotierenden Siebtrommel (6) über eine mit längsgerichteten Zwischenwänden unterteilte Rinne (2) zugeführt wird. 1. Process for the production of oriented short fiber nonwovens, which are used as tensile strength cores in composite materials from a fiber suspension, the fiber suspension being fed to a container with a rotating sieve drum and the fibers being deposited on the drum shell, while the suspension liquid is applied to the interior of the sieve drum by means of a pressure gradient is sucked, characterized in that the fiber suspension (10) is fed to the rotating sieve drum (6) via a channel (2) divided with longitudinal partition walls. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf der Fasersuspension (10) in der Rinne (2) vor dem Auffliessen auf die Trommel (6) verengt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the feed of the fiber suspension (10) in the channel (2) is narrowed before flowing onto the drum (6). 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf der Fasersuspension (10) auf die Trommel (6) auch in der Verengung durch Zwischenwände (5) geführt wird. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the inflow of the fiber suspension (10) on the drum (6) is also performed in the constriction by partition walls (5). 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf der Fasersuspension (10) auf die Trommel (6) durch zwei die Strömung der Fasersuspension verengende Leitbleche (15) geführt wird. 4. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the feed of the fiber suspension (10) to the drum (6) through two the flow of the fiber suspension restricting baffles (15) is performed.