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Verfahren zur Desorientierung der Armierungsfasern in Viscoseschwamm-Masse
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Desorientierung der als Armierungsmittel
dienenden Fasern in einer in Form von Blöcken gegossenen Viskoseschwamm-Masse.
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Es ist bekannt, porigen, schwammartigen Stoff aus Zellulose herzustellen.
Dies geschieht in der Weise, daß die Zellulose zuerst in Lösung - sogenannte Viskose
- gebracht wird, und zwar durch Umsetzung mit Schwefelkohlenstoff und Alkalilauge.
Die derart erhaltene Viskose wird danach mit Porenbildnern, gewöhnlich kristallisiertem
Natriumsuhat, gemischt. Das Gemisch, das sehr viskos ist, wird in Formen gewünschten
Formats gegossen, und die Zellulosesubstanz wird danach durch eine Wärmebehandlung
regeneriert.
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Ein auf diese Weise hergestellter und allein aus regenerierter Zellulose
bestehender Schwammkörper hat jedoch eine zu geringe Festigkeit. Um die Festigkeit
zu erhöhen, wird der Schwamm mit Fasern, z. B. aus Baumwolle, Flachs oder Hanf,
armiert. Das Gemisch von Viskose, Porenbildner und Armierungsmittel ist indessen
hochviskos - nahezu plastisch -, was ein ausgesprochenes Bestreben des Armierungsmittels
ergibt, sich in mehr oder weniger parallelen Ebenen zu orientieren. Bei den fertigen
Schwämmen ergibt diese Orientierung eine ungleichmäßige Verteilung der Festigkeit
mit dem Hauptteil der Armierungswirkung in den Orientierungsebenen konzentriert.
Senkrecht zu diesen Ebenen wird die Festigkeit der Schwämme beträchtlich geringer.
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Bei der Herstellung wird der Schwamm sowohl aus praktischen als auch
aus technischen Gründen in größeren Blöcken gegossen, die nach der Regenerierung
der Zellulosesubstanz in gewünschter Weise unterteilt werden. Den fertigen Schwämmen
wird gewöhnlich die Form von Parallelepipeden gegeben, und zur Erreichung der größtmöglichen
Dauerhaftigkeit der Schwämme ist die kleinste Abmessung senkrecht zur Orientierungsebene
des Armierungsmittels gelegt worden. Hierdurch wird zwar eine gute Festigkeit in
den größeren Flächen erreicht, die beim Gebrauch einer Zugbeanspruchung ausgesetzt
werden, aber andererseits verursacht die Orientierung des Armierungsmittels Bruch
ans ätze, und nach einiger Zeit der Verwendung tritt eine Spaltung des Schwammes
ein.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um bei der Herstellung durch
Formgießen von mit Fasern armiertem Zelluloseschwamm eine solche Homogenisierung
der Armierung in der Schwamm-Masse herbeizuführen, daß die die Dauerhaftigkeit des
Schwammes herabsetzende Orientierungen des Armierungsmittels
vermieden werden. Durch
das erfindungsgemäße Verfahren wird es möglich, die Armierung derart zu homogenisieren,
daß der fertige Schwamm im großen und ganzen dieselbe Zugfestigkeit in allen Richtungen
erhält. Mit Rücksicht auf diejenigen Beanspruchungen, denen der Schwamm im praktischen
Gebrauch ausgesetzt wird, ist es zweckmäßig, die Behandlung derart zu lenken, daß
die die Spaltung hervorrufende Orientierung gebrochen wird, aber doch so, daß die
Festigkeit, parallel zu den größten, der stärksten Belastung ausgesetzten Flächen
des Schwammes gemessen, immer noch größer ist als enkrecht dazu.
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Es ist ein Verfahren zur Beeinflussung der Richtung der Armierungsfasern
in einem verhältnismäßig dünnen Schwammtuch, bei dessen Herstellung in endlosen
Bahnen, bekannt, nach dem bei der in einer dünnen Schicht auf einem endlosen Band
aufgebrachten, mit den Armierungsfasern gemischten schwammbildenden Masse zuerst
durch eine Querverschiebung und anschließend eine Längsverschiebung der Oberfläche,
z. B. durch eine Walze, die Fasern in der Schicht sich in einer Ebene in willkürlichen
Richtungen orientieren. Dieses Verfahren ist zwar bei sehr dünnen Schichten anwendbar,
bei
denen die Fasern nur in einer Ebene willkürlich orientiert liegen
sollen, nicht jedoch bei der Herstellung von gegossenen Blöcken mit beträchtlicher
Dicke, bei denen eine Desorientierung im Raum erfolgen muß, wie sie die Aufgabe
der Erfindung ist.
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Es ist weiterhin ein Verfahren zum Verteilen der Fasern in willkürlichen
Richtungen im Raum bekannt, nach dem die Masse zuerst in einem Rohr unter hohem
Druck als Strang ausgebildet wird und daraufhin von diesem Strang abgeschnittene
Stücke in Längsrichtung des Stranges gestaucht werden. Durch dieses Stauchen werden
die zuerst in Längsrichtung des Stranges verlaufenden Armierungsfasern zum Teil
auch in Querrichtung gelegt. Dieses bekannte Verfahren eignet sich nur zur Herstellung
relativ kleiner Schwammkörper, aber nicht zur Desorientierung der Armierungsfasern
in gegossenen Schwammblöcken mit erheblichen Abmessungen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Desorientierung der als Armierung
dienenden Fasern in einer in Form von Blöcken gegossenen Viskoseschwamm-Masse besteht
darin, daß vor der Regenerierung der Viskoseschwamm-Masse eine Anzahl stabförmiger
Bearbeitungsorgane in vertikaler undloder horizontaler Richtung in die Masse hinein,
diese durchdringend und anschließend aus derselben wieder heraus bewegt wird.
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Vorzugsweise werden die die Masse durchdringenden Eingriffe der Bearbeitungsorgane
etwa gleichförmig über die ganze Oberfläche der Masse und damit auch innerhalb der
ganzen Masse etwa gleichförmig verteilt. Nach erfolgtem Eingriff der Bearbeitungsorgane
kann ein wiederholter Eingriff an einer anderen Stelle der Viskoseschwamm-Masse
vorgenommen werden.
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Der Grad der Wirkung hängt von den Abmessungen und der Oberflächenfeinheit
der Organe sowie von der Teilung als auch von der Anzahl der Eintauchoperation ab.
Um nicht neue Orientierungen und damit Bruchansätze zu schaffen, sollen die stabförmigen
Organe nicht mehrmals an genau derselben Stelle auf und ab bewegt werden, sondern
zwischen jeder der Operationen soll, in oben angedeuteterWeise, die Platte mit den
Organen eine Strecke, z. B. eine halbe Teilung, bewegt werden, oder auch soll eine
entsprechende Bewegung der Form vorgenommen werden, damit die Behandlung so gleichförmig
wie möglich verteilt wird. Dadurch, daß die Behandlung auf diese Weise in mehrere
Orientierungsoperationen aufgeteilt wird, wird die durch die vorhergehende Operation
herbeigefiihrte Orientierung gestört, und die bestmögliche Homogenisierung der Armierung
wird erhalten.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausfühfungsbeispiel
näher erläutern.
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Fig. 1 zeigt in Schrägansicht ein Schwammstück, in dem durch die
Orientierung des Armiemngsmfttels verursachte Bruch ansätze durch strichpunktierte
Linien schematisch dargestellt sind; Fig. 2 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 1 und
zeigt die Linie der Bruchansätze bei nicht eben verlaufender Orientierung, Fig.
3 ist eine Seitenansicht eines Teiles einer Platte mit daran befestigten, stabförmigen
Bearbeitungsorganen, und Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil der Gießform
mit darüberliegender Zackenplatte.
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Wie oben ausgeführt, treten durch die Orientierung des Armierungsmittels
im Schwamm Bruchansätze ein, die nach einiger Zeit der Verwendung zu einer Spaltung
des Schwammes führen können. Derartige Bruchlinien sind in strichpunktierten Linien
in Fig. 1 dargestellt. Um die Bruchgefahr zu verringern, wird, wie ebenfalls oben
ausgeführt, der quaderförmige Schwamm so aufgeteilt, daß die Schmalseiten senkrecht
zu den Orientierungsebenen der Armierungsfasern und damit senkrecht zu den Bruchebenen
liegen.
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Die Neigung zum Spalten wird jedoch dadurch noch gesteigert, daß
die Orientierung in vielen Fällen nicht eben verläuft, sondern Bogenform annimmt.
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Dies ist in Fig. 2 in strichpunktierten Linien schematisch dargestellt.
Bei dieser bogenförmigen Ausbildung der Bruchebenen bringt die Anordnung der Schmalseiten
des Quaders, den der fertige Schwamm bildet, nur eine unbedeutende Verminderung
der Gefahr des Einreißens entlang der Bruchebenen.
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Die Orientierung kann in einfacher Weise subjektiv studiert werden,
und zwar durch Zerreißen der Schwämme in verschiedenen Richtungen. Für systematische
Untersuchungen genügt aber ein solches Verfahren nicht, weil dabei quantitative
Maße erwünscht sind. Die einfachste Verfahrensweise besteht darin, übliche Zugfestigkeitsbestimmungen
zu verwenden. Diese müssen aber mit subjektiven Beurteilungen kombiniert werden.
Allein die Zugfestigkeit genügt nämlich nicht, um die Dauerhaftigkeit des Schwammes
aus verwendungstechnischem Gesichtspunkt zu charakterisieren, weil der Schwamm beim
Gebrauch mehr der Schubbeanspruchung und der Erschöpfung als den Zugbeanspruchungen
ausgesetzt wird.
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Die Bestimmung der Zugfestigkeit von Zelluloseschwamm hat sich jedoch
als ein ausgezeichnetes Hilfsmittel beim Studium der Homogenität von Schwämmen bewährt,
die sich bei praktischen Proben für die Dauerhaftigkeit und die Lebensdauer der
Schwämme von großer Bedeutung gezeigt hat. In nachstehender Tabelle 1 werden die
Ergebnisse von Zugfestigkeitsbestimmungen dargestellt, die mit verschiedenen Schwammproben
durchgeführt wurden.
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Die Bestimmungen wurden bei Probestücken mit einem Querschnitt von
50 25 mm und mit der Einspannlänge von 25 mm vorgenommen. Für jede Schwammprobe
wurde teils die Vertikalfestigkeit, die parallel zur kürzesten Kantenlinie gemessen
wurde, teils die Horizontalfestigkeit, die senkrecht zur Vertikalfestigkeit gemessen
wurde, berechnet Jede Zahl der Tabelle bildet den durchschnittlichen Wert von etwa
20 Bestimmungen und bezeichnet die Festigkeit in Kilogramm/SO 25 mm.
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Festigkeitsbestimmungen von Zelluloseschwamm Tabelle 1
Probe |
AIBFCIDIEiFIG |
Vertikalfestigkeit | 6 1 9 | 10 | 6 1 8 { 10 | 10 |
Horizontalfestigkeit 1 27 - 25 | 20 11 14 t 18 1 50 |
Sämtliche untersuchten Prdoen konnten leicht horizontal gespalten werden, was in
guter KorreIation zu der gemessenen Vertikalfestigkeit steht, die durchgehend auf
einem niedrigen Niveau liegt. Der Grund
dieser Spaltungstendenz
ist, daß das Armierungsmittel in der Horizontalebene verteilt ist, weshalb die gemessene
Vertikalfestigkeit hauptsächlich auf die regenerierte Zellulosesubstanz zu beziehen
ist.
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Die Horizontalfestigkeit wies größere Variationen auf, was mit der
Type und der Menge des Armierungsmittels korreliert werden konnte. Feinere Gradierungen
ließen sich analytisch nicht durchführen. Durch Okularinspektion konnte aber festgestellt
werden, daß der Schwamm eine ziemlich geringe Menge Armierungsmittel kurzfaserigen
Typus enthielt, während Schwamm G mit langen Fasern kräftig armiert war.
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Da der Schwamm durch Formgießen der Masse hergestellt wird, werden
die Orientierungsebenen des Schwammes in der Hauptsache parallel zur Öffnung der
Form verlaufen.
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In den Fig. 3 und 4 wird eine Anordnung für die Durchführung des
Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
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In den Figuren bezeichnet 1 die die Bearbeitungsorgane für die Schwamm-Masse
tragende Platte oder den Rahmen, die sogenannte Zackenplatte, wähiend 2 die in der
Platte oder im Rahmen befestigten, stabförmigen Bearbeitungsorgane, die sogenannten
Zacken, bezeichnet. 3 bezeichnet einen Teil der Gießform für die Schwamm-Masse.
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Die Zacken 2 bestehen zweckmäßig aus Rundeisen mit etwa 4 mm Durchmessr.
Sie sind in der Zacken-Platte 1 mit zweckmäßig etwa 30mm Teilung befestigt. Die
Platte ist sowohl nach oben und unten - wie es in Fig. 3 durch Doppelpfeil angedeutet
ist - als auch horizontal nach allen Richtungen hin beweglich, was durch Pfeile
in Fig. 4 angedeutet ist.
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Die Bewegungen der Platte können auf mechanischem und/oder manuellem
Wege bewirkt werden.
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In Fig. 4 ist die Platte 1 in zwei verschiedenen Lagen gezeigt, wobei
ununterbrochene Linien die Lagen der Platte und der Zacken bei einer ersten Zackenoperation
und strichpunktierte Linien die Lagen der Platte und der Zacken bei einer zweiten
Zackenoperation markieren. Vor der zweiten Zackenoperation hat dabei eine Verschiebung
der Platte und der Zacken im Verhältnis zur Lage bei der ersten Zackenoperation,
betragend je eine halbe Teilung in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen,
stattgefunden.
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Beispiel Schwamm-Masse zwei verschiedener Typen wurde in üblicher
Weise aus faserhaltiger Viskose und Natriumsulfatkristallen bereitet und in Formen
der Abmessungen 30 4060 cm (60 cm war das vertikale Maß) gegossen. Ein Teil der
Formen wurde direkt wärmebehandelt, so daß die Zellulosesubstanz der darin befindlichen
Schwamm-Masse regeneriert wurde, während der Inhalt der übrigen Formen vor
der Regenerierung
der vorstehend beschriebenen Behandlung gemäß der Erfindung unterworfen wurde.
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Diese wurde in zwei Operationen in derartiger Weise ausgeführt, daß
die Eingriffe symmetrisch verteilt wurden, wie es in Fig. 4 angedeutet ist. Die
Ergebnisse gehen aus der Tabelle 2 hervor.
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Tabelle 2
Nicht Homogenisierter |
homogenisierter Schwamm |
Schwamm |
Probe |
1 21 1 2 |
Vertikalfestigkeit 11 8 | 19 15 |
Horizontalfestigkeit | 34 | 24 | 24 18 |
Der Tabelle - in der die Festigkeitszahlen in derselben Weise wie in der Tabelle
1 die Festigkeit in Kilogramm/50 25 mm angeben - kann entnommen werden, daß durch
die Homogenisierung die Vertikalfestigkeit annähernd verdoppelt worden ist. Wie
es zu erwarten war, ist dies jedoch auf Kosten der Horizontalfestigkeit gesechen,
und die Summe der beiden Festigkeitswerte ist annähernd dieselbe für homogenisierten
Schwamm wie für nicht homogenisierten Schwamm. Das Wesentliche ist jedoch, daß durch
die Homogenisierung die Bruchansätze eliminiert worden sind, was teils subjektiv
durch Zerreißen, teils durch praktische Dauerhaftigkeitsproben hat festgestellt
werden können.