DE2163799C3 - Verfahren zur Herstellung von orientierten Kurzfaservliesen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von orientierten Kurzfaservliesen als Zugfestigkeitskerne in Verbundwerkstoffen aus einer Fasersuspension, wobei die Fasersuspension einem Behälter mil einer rotierenden Siebtrommel zugeführt wird und die Fasern auf dem T>x>mmelmantel abgelagert werden, während die Suspensionsflüssigkeit mittels eines Druckgefälles ins Innere der Siebtrommel gesaugt wird.

Paralleler Verlauf der Verstärkungsfasern in der Matrix gewährleistet den günstigsten Verstärkungseffekt. Gegenüber wahlloser Anordnung von Fasern oder Whiskers wird bei paralleler Einbettung der Verstärkungsfasern in Beanspruchungsrichtung ein erhöhter Verstärkungsgrad, entsprechend dem Faseranteil im Verbundwerkstoff, erzielt.

Die Schwierigkeiten bei der Herstellung von Vliesen mit paralleler und unidirektionaler Ausrichtung von Fasern sind materialbedingt und werden vornehmlich verursacht durch die Kürze der Fasern.

Zum Zwecke der Vereinzelung der feinen Faserpartikel ist es bekannt, die Fasern in einer viskosen Flüssigkeit, z. B. Glyzerin, zu einer Suspension zu verrühren. Die Suspension wird sodann bei einer bekannten Einrichtung durch eine relativ breite hin- und hergefühnp Spaltdüse auf eine mit einer filternden Schicht bedeckte, durchlässige Unterlage aufgetragen. Von der Gegenseite her wirkt ein Unterdruck auf diese durchlässige Unterlage bzw. auf die filternde Schicht, so daß die Suspensionsflüssigkeit abgezogen wird, während die durch die hin- und herbewegte Spaltdüse in der jeweiligen Bewegungsrichtung aufgetragenen Fasern auf der Oberfläche der Filterunterlage haften (eng). Zeitschrift »Composites«, Dezember 1969, S. 98).

Diese bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß die Faserlagen, insbesondere an den Umkehrpunkten der hin- und hergehenden Spaltdüse, nicht parallel und nicht unidirektional liegen, da die Menge der in diesen Bereichen aus der Spaltdüse ausfließenden Suspensionsflüssigkeit nicht rasch genug abgesaugt werden kann, so daß die in der Flüssigkeit enthaltenen Fasern. die infolge ihres spezifischen Gewischts von der Flüssigkeit fast schwerelos getragen werden. Zeit finden, der Bewegung der wandernden Düse teilweise folgend, sich z. B. quer zur Bewegungsrichtung zu legen. Die enge Spaltdüse verstopft sich außerdem leicht durch

ίο zusammengedrängte, kleine Klumpen bildende Faseranschwemmungen. Ungleichmäßige Ausbildung des Vlieses ist dann die unerwünschte Folge. In der Praxis sind an den Umkehrstellen der hin- und hergeführten Düse ungewollte Anhäufungen wahllos gelagerter Fasem nicht zu vermeiden. Dadurch können die Randbereiche eines auf diese Weise erstellten Vlieses wegen ihrer herabgesetzten Festigkeit nicht ohne weiteres verwendet werden. Die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Vliese müssen daher in Längsrichtung in der Regel an beiden Rändern gekürzt werden, wenn gleichmäßige Erhöhung der Festigkeit über die Gesamtlänge des Vlieses gefordert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es. die bisher bekannte Verfahrenstechnik so zu verbessern, daß die gesamte Räche der Vliese in wählbarer Schichtdicke aus gleichmäßig ausgerichteten Verstärkungsfasern gelegt wird.

Die Lösung der Erfindungsaufgabe besteht bei einem Verfahren der eingangs genannten Art darin, 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.

Es ist zwar schon ein Verfahren und eine zu seiner Durchführung geeignete Naßlegemaschine bekannt, bei welcher eine wäßrige Aufschwämmung von verschiedenartigen Teilchen, z. B. von zwei Fasersorten, durch einen die Flüssigkeit durchdringenden Luftstrom gemischt, in einen Behälter mit Innendruck geleitet wird, in welchem eine mit ihrem Mantel teilweise in die Flüssigkeit eintauchende Siebtrommel umläuft. Da im Tronrnelinneren der Überdruck abgeführt wird, reichern sich auf der Trommeloberfläche die vom Wasser mitgeführten Teilchen bzw. Fasern an und werden — noch bevor eine Trommelumdrehung beendet ist — als Vlies mit gegebenenfalls multidirektional abgelagerten Fasern kontinuierlich vom Siebtrommelmantel abgezogen (I JS-PS 3 021 255).

Eine unidirektionale Ausrichtung der Fasern ist aber bei diesem bekannten Naßlegesystem überhaupt nicht durchführbar. Ferner ist bei dem kontinuierlichen Abzug der Vliese stets nur ein einmaliger Auftrag von Fasern oder anderen Teilchen auf die in die Flüssigkeit eintauchende Trommeloberfläche möglich, so daß die Dicke des Vlieses eng begrenzt und im allgemeinen unzureichend ist.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile dagegen sind vor allem darin zu sehen, daß die Optimierung der als Zugfestigkeitskerne verwendbaren Vliese aus Kurzfasern ermöglicht wird, insbesondere daß das Ablegen der Fasern auf den Träger in wählbarer Schichtdicke erfolgen kann.

In der Variierung der Geschwindigkeit und der Ausrichtung der Bewegungen des Trägers sowie auch der

Strömungsgeschwindigkeit der Suspension liegt in vorteilhafter Weise die Möglichkeil, die Ausrichtung der Fasern zu beeinflussen.

Das Anhaften der Kurzfasern auf dem Träger wird, wie an sich bekannt, durch ein Druckgefälle von der die Kurzfasern tragenden Seite des Trägars zur gegenüberliegenden Seite bewirkt Es wird zu diesem Zweck vorgeschlagen, die Haftfähigkeit des Trägers durch Erzeugung eines Vakuums auf der den abgelagerten Fasern gegenüberliegenden Seite der Filterunter'ige zu erhöhen. Die Haftfähigkeit der Kurzfasern auf dem Träger ksnn aber auch z. B. durch magnetische Kräfte od. dgl. bewirkt werden.

Eine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignete Vorrichtung kann beispielsweise dadurch gekennzeichnet sein, daß im Ablaufstrahl eines Rührwerks für die Suspension der die Kurzfasern aufnehmende Träger kontinuierlich bewegt wird. Hierbei hat der Träger zweckmäßigerweise die Gestalt eines endlosen Bandes, z. B. eines rotierenden Zylindermantels bzw. einer Trommel, die auch in die Suspension eintauchen kann.

Weitere, die Erfindung betreffende Merkmale und die dadurch erzielten Vorteile, sind aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung und aus den Figuren ersichtlich.

In der Zeichnung wird das Verfahren gemäß der Erfindung an Hand zweier zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Vorrichtungen erläutert. Es zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung

F i g. 1 im Seitenschnitt ein Rührwerk und einen Trommelfilter, letzteren im Schnitt nach der Linie 1-1 in Fig. 2.

F i g. 2 die Vorderansicht des Trommelfilters mit teilweise aufgebrochenem Trommelmantel,

F i g. 3 in perspektivischer Darstellung eine andere Anordnung der Zuführung der Suspension zum Trommelfilter.

In einem Rührwerk 1 ist die z. B. aus Glyzerin und den Verstärkungsfasern bestehenden Suspension 2 enthalten. Eine Rinne 3 mit Absperrventil 4 verbindet das Rührwerk 1 mit dem Auffanggefäß 7 des Trommelfilters 5. Dieser besteht im wesentlichen aus der Trommel 6, die auf dem Auffanggefäß 7 drehbar gelagert und mittels eines Elektromotors 8 (F i g. 2) mit stufenloser Regelung in Pfeilrichtung 9 antreibbar ut. Die aus dem Rührwerk t über die Rinne 3 zulaufende Suspension 2 läuft in freiem Fall in das Auffanggefäß 7, dessen Boden 23 in Form einer Wanne konzentrisch zur Trommel 6 verläuft. Der Einlauf der Suspension erzeugt in Verbindung mit dem Eintauchen der sich drehenden Trommel 6 eine stete laminare Strömung der Suspension 2. Die Mehrzahl der darin enthaltenen Verstärkungsfasern lagert sich beim Durchgang der rotierenden Trommel 6 durch das Bad 10, das infolge des Zuflusses der Suspension 2 ergänzt wird, auf der Oberfläche der Trommel 6 als gleichmäßige Schicht 11 ab, die bei jeder Umdrehung der Trommel 6 an Stärke zunimmt Die diese Schicht 11 bildenden eircielnen Verstärkungsfasern sind unidirektionaJ und l'egen parallel zu den Trommelrändern 14 und 15 bzw. rechtwinklig zur Trommelachse 16.

Das Anhaften der Fasern auf dem Trommelmantel wird durch ein Druckgefälle der atmosphärischen Luft vom Trommeläußeren zum Trommelinneren bewirkt Zu diesem Zweck besteht der Trommelmantel aus kleinmaschiger Netzstruktur 12, die vor Anlauf der Vorrichtung mit einer durchlässigen Filter-Folie 13 aus Papier, Textil- oder Kunststoff belegt wird. In das Trommelinnere ist mittels einer vakuumdichten Lagerung 17 (F i g. 2) die Vakuumleitung 18 eingeführt Ihr Ende 19 ist nach unten umgelenkt so daß durch die Vakuumwirkung einerseits die in der Wanne 23 befindliche, den Trommelmantel durchdringende Flüssigkeit abgesaugt und andererseits ein luftverdünnter Raum im Trommelinneren geschaffen wird, so daß die von außen auf den Trommelmantel aufgelegten Verstärkungsfasern festhaften. Die Dicke der Schicht U wird durch die Dauer der Beaufschlagung des rotierenden Trommelfilters 5 und die mehr oder minder starke Konzentration der Suspension Z beeinflußt und ist wählbar.

Mittels einer aus dem Brauserohr 21. mit Brauseöffnungen 22 bestehenden Brauseinrichtung wird nach Schließen des Absperrventils 4 die Schicht 11 einer geeigneten Flüssigkeit von anhaftenden Resten des Glycerins (Suspensionsflüssigkeit) gereinigt. Die Brause ist mittels einer Halterung 20 am Gehäuse des Auffanggefäßes höhenverstellbar und lösbar angeklemmt.

Nach dem Waschen des Vlieses, das aus den zwar ausgerichteten, aber noch nicht fixierten, als Schicht 11 auf der Folie 13 aufliegenden Verstärkungsfasern besteht, wird es durch einen Trennschnitt etwa in Richtung der Trommelachse 16 von der Trommel 6 gelöst und getrocknet, wobei die Folie 13 als Träger dient. Anschließend erfolgt die Fixierung der Fasern in üblicher Weise mit einer geeigneten Lösung.

In F i g. 3 ist eine andere Anordnung des Zulaufes der Suspension 2 über eine Rinne 24 dargestellt. Hierbei wird die auf die Rinne 24 geleitete Suspension 2 mittels eines Teilkörpers 25 in mehrere Teilströme getrennt, die gleichmäßig über den Rinnenboden zur Endkante der Rinne 24 fließen. Diese wird von einer flexiblen Lippe 26 gebildet, die leicht auf der Oberfläche 27 der sich in Pfeilrichtung 28 drehenden Trommel 6 aufliegen kann. Die Rinne 24 in F i g. 3 hat die Breite der Trommel 6. Sie kann aber auch schmaler als diese ausgebildet sein und in Abstimmung zur Drehzahl der Trommel 6 hin- und herbewegt werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Suspension 2 etwa im oberen Drittel der Trommel 6 aufgetragen wird. Das Auffanggefäß 7 nat bei diesem Ausführungsbeispiel einen ebenen Boden, da die Trommel 6 nicht in die aufgefangene Suspensionsflüssigkeit eintaucht, sondern die Kurzfasern durch Auffließen der Suspension 2 auf die Trommel 6 aufgebracht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   , 1. Verfahren zur Herstellung von orientierten Kurzfaservliesen als Zugfestigkeitskerne in Verbundwerkstoffen aus einer Fasersuspension, wobei die Fasersuspension einem Behälter mit einer rotierenden Siebtrommel zugeführt wird und die Fasern auf dem Trommelmantel abgelagert werden, während die SuspensionsfiUssigkeit mittels eines Druckgefälles ins Innere der Siebtrommel gesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, da3 die Umfangsgeschwindigkeit des Trommelmantels (12) höher ist als die Zulaufgeschwindigkeit der Suspension (2), daß auf dem Trommelmantel (12) eine durchlässige Folie (13) angeordnet ist auf der die Fasern bei mehrfacher Umdrehung der Trommel (6) abgelegt we· den, worauf die Folie (13) aufgeschnitten wird und das aus unidirektional gerichteten Fasern aufgebaute Vlies (11) mitsamt der Folie (13) von der Trommel (6) abgenommen und in an sich bekannter Weise getrocknet und fixiert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Ablagerung der Fasern auf der Trommel (6) die Faserschicht (11) vor dem Ablösen mittels einer Brause (21,22) gewaschen wird.