DE3839920A1

DE3839920A1 - Ring fuer spinnmaschinen

Info

Publication number: DE3839920A1
Application number: DE19883839920
Authority: DE
Inventors: Naofumi Kobayashi; Masahide Mouri; Yutaka Kakimoto; Yukio Fujii
Original assignee: Kanai Juyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Kanai Juyo Kogyo Co Ltd
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1988-11-26
Publication date: 1989-06-08
Also published as: JPH01229828A; JPH0643648B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Ring für Spinnmaschinen mit einer hohen Abriebfestigkeit, einer hohen Korrosionsfestigkeit sowie guten Gleitcharakteristika.

Herkömmliche Ringe für Spinnmaschinen bestehen aus Kohlenstoff stahl oder gesintertem Metall und sind einer Aufkohlungsab schreckbehandlung unterzogen. Unter den verschärften Betriebs bedingungen jüngerer Zeit, die in industriellen Anlagen gege ben sind, besitzen jedoch die herkömmlichen Ringe für Spinn maschinen keine hinreichende Abriebfestigkeit im frühen Stadium des Betriebes, was zu einem unstabilen Umlaufen der Läufer führt und "Fadenbruch", "Fadenflusen", "frühes Läufer brennen und -fliegen" sowie "kürzere Lebensdauer des Läufers" verursacht.

Beim Spinnen von flammhemmenden Fasern, wie Polyvinylchlorid fasern, Vinyldichloridfasern, Modacrylfasern und ähnlichem, beginnen die Ringe leicht zu rosten, was zu einer Störung der Spinnbedingungen führt. Um diese Schwierigkeiten wettzumachen, hat man die Ringoberfläche mit Metall plattiert, wobei dieses Verfahren jedoch den Nachteil besitzt, daß die Plattierung aufgrund des Umlaufens des Läufers leicht abblättert und die Ringe nichtsdestoweniger rosten.

Unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit der Spinnmaschinen wird angestrebt, die Spindelgeschwindigkeit weiter zu erhöhen. Herkömmliche Ringe für Spinnmaschinen werden jedoch normaler weise bis zu einer Spindelgeschwindigkeit von 12 000 bis 15 000 U.p.M. eingesetzt und, wenn sie bei einer höheren Spindelgeschwindigkeit gefahren werden, führt dies zu einem Anstieg "der Reibung mit dem Läufer", "einem Brennen des Läufers", "Fadenbruch" und ähnlichem.

Angesichts dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ring für Spinnmaschinen zur Verfügung zu stellen, der eine hohe Abriebfestigkeit besitzt, hohe Korrosionsfestigkeit aufweist und gute Gleitcharakteristika besitzt.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale, wobei hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ringes auf die Merkmale der Unteransprüche verwiesen wird.

Gemäß der Erfindung besteht mindestens der Bereich der Ober fläche, der mit dem Läufer in Kontakt tritt, aus Siliciumcarbid keramik mit spezifischen physikalischen Eigenschaften, die die Hochgeschwindigkeitsgleitcharakteristika des Läufers verbessern und eine höhere Spindelgeschwindigkeit zulassen.

Der Bereich der Oberfläche, der mit dem Läufer in Kontakt tritt, setzt sich bevorzugt aus Siliciumcarbidkeramik zusammen, mit einer Porosität von etwa 0,5 Volumen-% bis etwa 15 Volumen-% und einem durchschnittlichen Porendurchmesser von etwa 0,3 µm bis etwa 3,0 µm. Vorteilhaft enthält die Siliciumcarbidkeramik etwa 0,6 Gew.% bis etwa 5,0 Gew.-% freien Kohlenstoff, der einen Korndurchmesser von etwa 0,3 µm bis etwa 5,0 µm besitzt. Die durchschnittliche Rauhigkeit liegt bevorzugt bei mehr als etwa 0,03 µm und weniger als etwa 0,50 µm an der Mittellinie der Oberfläche, die in Kontakt mit dem Läufer tritt.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merk male ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Er findung, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, die einen Querschnitt durch einen Ring für Spinnmaschinen zeigt, wie er gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eingesetzt wird.

Der Ring für Spinnmaschinen, der mit den erfindungsgemäßen Merkmalen behaftet ist, kann beliebigen Typs sein, solange er sich für Spinnmaschinen eignet, wie etwa einen Ring mit einfachem Flansch, einen Vertikaltypring, einen Ring mit konischer Form und ähnliches. Der Ring für Spinnmaschinen gemäß der Erfindung besteht aus einem Flanschteil, der in Kontakt mit einem Läufer tritt und einem Schienenteil, wobei der erstere aus einem Siliciumcarbidkeramikkörper hergestellt ist und der letztere aus Kohlenstoffstahl, Leichtmetall, Kohlenstoff oder ähnlichem besteht, wobei die beiden Elemente miteinander durch Preßsitz oder Verkleben verbunden sind. In manchen Fällen besteht der gesamte Ring für Spinnmaschinen aus Siliciumcarbidkeramik und ist ge sintert, um ein Abblättern während eines langdauernden kontinuierlichen Einsatzes zu vermeiden.

Die Siliciumcarbidkeramik, die zumindest einen Teil des Ringes ausmacht, der in Kontakt mit dem Läufer tritt, sollte eine Porosität von etwa 0,5 Volumen-% bis etwa 15 Volumen-% und vorzugsweise etwa 1 Volumen-% bis etwa 10 Volumen-% besitzen und einen durchschnittlichen Porendurchmesser von etwa 0,3 µm bis etwa 3,0 µm und vorzugsweise etwa 0,4 µm bis etwa 2,0 µm aufweisen.

Wenn die Porosität geringer ist als etwa 0,5 Volumen-%, ist der Effekt, die Metalladhäsion zu verhindern, nicht zufrieden stellend, und wenn 15 Volumen-% überschritten werden, steigt die sterische Hinderung hinsichtlich des Läufergleitens an, d.h., die Gleitcharakteristika verschlechtern sich. Wenn die Porengröße geringer ist als etwa 0,3 µm, steigt die Adhäsion des Metalls an, mit dem Ergebnis, daß der Reibungskoeffizient ansteigt, und wenn etwa 3,0 µm überschritten werden, wird eine sterische Hinderung bezüglich des Läufergleitens verursacht, mit dem Ergebnis, daß der Reibungskoeffizient ansteigt.

Die für den erfindungsgemäßen Ring für Spinnmaschinen einge setzte Siliciumcarbidkeramik sollte wünschenswerterweise etwa 0,6 Gew.-% bis etwa 5,0 Gew.-% und vorzugsweise etwa 0,6 Gew.-% bis etwa 4,5 Gew.-% freien Kohlenstoff enthalten, mit einer durchschnittlichen Korngröße von etwa 0,3 µm bis etwa 5,0 µm und vorzugsweise etwa 0,4 µm bis etwa 3 µm. Die Oberflächen rauhigkeit an der Mittellinie Ra sollte etwa 0,03 µm bis etwa 0,50 µm und vorzugsweise etwa 0,08 µm bis etwa 0,30 µm betragen.

Wenn die Korngröße des freien Sauerstoffes der Siliciumcarbid keramik außerhalb des obigen Bereiches liegt, neigt der Reibungs koeffizient zum Ansteigen. Wenn der Gehalt an freiem Sauer stoff geringer als der obige Bereich ist, wird der Effekt, die Metalladhäsion zu verhindern, unzufriedenstellend, und wenn der obige Bereich überschritten wird, beobachtet man die Tendenz, daß die sterische Hinderung bezüglich des Läufergleitens groß wird.

Die Oberflächenrauhigkeit des Ringes kann durch Schleifen der Oberfläche des gesinterten Siliciumcarbidkörpers eingestellt werden, bei der Herstellung des Ringes mittels bekannter Ver fahren, wie etwa durch Glanzschleifen, Trommelpolieren und ähnlichem.

Wenn die Oberflächenrauhigkeit des gesinterten Siliciumcarbid körpers, der den Ring bildet, geringer ist als etwa 0,03 µm. steigt die Adhäsion des Metalls an, mit dem Ergebnis des An stieges des Reibungskoeffizienten, und wenn etwa 0,5 µm über schritten werden, wird der physikalische Widerstand hinsichtlich des Gleitens groß.

Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung des gesinterten Siliciumcarbidkörpers gemäß der Erfindung, eignet sich jede Methode, solange eine Siliciumcarbidoberfläche geschaffen werden kann, die den oben erwähnten Oberflächencharakteristika entspricht. Gemäß der Erfindung erhält man einen gesinterten Körper von mehr als 2,9 g/cm³ gebrannter Dichte und weniger als 10 µm Kristallkorngröße, indem man Siliciumcarbid pulver unter Zusatz eines Sinterhilfsmittels, nämlich etwa 0,02 Gew.-% bis etwa 0,3 Gew.-% und vorzugsweise etwa 0,05 Gew.-% bis etwa 0,13 Gew.-% Bor oder Borzusammensetzung (als Borzusatz) und etwa 2 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, und vorzugs weise etwa 4 Gew.-% bis etwa 8 Gew.-% Kohlenstoff oder Kohlen stoffverbindung (als Kohlenstoffzusatz), kompaktiert und diese kompakte Masse unter Normaldruck sintert.

Die durch das obige Verfahren erhaltenen gesinterten Silicium carbidkörper besitzen eine hohe mechanische Festigkeit, eine hohe Korrosionsfestigkeit sowie eine gute thermische Leit fähigkeit.

In Abhängigkeit von dem Materialpulver und dem Sinterzustand der kompaktierten Masse schwanken die gesinterten Siliciumcarbid körper hinsichtlich der Kristallstruktur, nämlich der Equi axialkristallstruktur, der ungleichachsigen Kristallstruktur, der equiaxial und ungleichachsig gemischten Kristallstruktur usw., wobei jedoch jegliche Kristallform hinsichtlich der Er findung einsetzbar ist.

Der Grund, warum der Ring für Spinnmaschinen gemäß der Erfindung, der derart zusammengesetzt ist, daß zumindest der Teil der Ober fläche, der in Kontakt mit dem Läufer tritt, aus Siliciumcarbid keramik mit den speziellen Eigenschaften besteht, derartig ausge zeichente Gleitcharakteristika besitzt, ist nicht vollständig deutlich geworden. Es wird jedoch vermutet, daß die ausge zeichneten Gleitcharakteristika auf den den Siliciumcarbid innewohnenden Eigenschaften beruht, wie etwa die hohe Härte des Siliciumcarbids oder keine Verschlechterung der Oberfläche, eine höhere thermische Gleitfähigkeit als Oxydkeramik und Stick stoffcarbid und spezielle Poren, die an der Oberfläche der Keramik existieren und Kohlenstoff oder Carbid aufnehmen, die durch die Carborisierung der Fasern während des Spinnens ge bildet werden, wodurch das Gleiten eines Läufers und eines Ringes gefördert wird. Man vermutet auch, daß freier Kohlenstoff mit der Kristallstruktur des Graphittyps allgemein in einem starken Ausmaß die Gleitcharakteristika verbessert.

Der zuvor beschriebene Ring für Spinnmaschinen gemäß der Er findung, d.h., der Ring für Spinnmaschinen, der aus Silicium carbidkeramik mit den speziellen Poren zumindest über den Teil der Oberfläche, der in Kontakt mit dem Läufer tritt, besteht, besitzt eine höhere Korrosionsfestigkeit und eine höhere Ab riebfestigkeit als ein aus herkömmlichem Material hergestellter Ring und macht es möglich, in einem außerordentlichen Ausmaß, die Gleitcharakteristika bei einer hohen Geschwindigkeit zu verbessern. Dementsprechend besitzt der erfindungsgemäße Ring einen hohen industriellen Wert.

BEISPIEL

Eine mehr ins einzelne gehende Beschreibung der Erfindung folgt nun unter Bezugnahme auf ein Beispiel. Dieses Beispiel zeigt nur eine Ausführungsform der Erfindung, und es leuchtet ein, daß hierin keine Beschränkung der Erfindung zu sehen ist.

Verfahren zur Herstellung der Proben 1 bis 19:

30 bis 35 g Teerpech (Kohlenstoffgehalt 45%) wurde in 30 g Chinolin gelöst, und dann wurden 0,5 (Gewichtsteile) ionenausge tauschtes Wasser und Polyvinylalkohol (hergestellt von Kuraray Co., Ltd. PVA 205) hinzugegeben, zum Mischen und gleichmäßigen Dispergieren, worauf man 600 g einer Flüssigkeit erhielt, in welcher das Teerpech dispergiert war. 300 g α-Siliciumcarbid pulver (hergestellt von Lonza Ltd, Schweiz) mit einem Gehalt von 97 Gew.-% Siliciumcarbid und 10 m²/g B.E.T. Ober fläche sowie 0,4 g Borcarbid, welcher durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,02 mm (1200 Mesh) hindurchgeht, wurden dieser dispergierten Flüssigkeit zum Mischen beigegeben, worauf man die erhaltene Mischung in ein SiC-Granulat mit einem durch schnittlichen Korngrößendurchmesser von 50 µm durch eine Sprühtrocknungsbehandlung bei 180°C formte.

Dieses Granulat wurde durch eine Trockenpresse mit etwa 1,5 t/cm² in eine Ringform überführt und unter sich ändernden Sintertempera turen im Bereich von 2000°C und 2200°C gesintert, worauf man das Siliciumcarbidkeramikringmaterial erhielt.

Das gemäß der obigen Verfahrensweise erhaltene Material wurde verarbeitet und geschliffen, zur Herstellung eines Ringmaterials (1) für Spinnmaschinen mit den in Tabelle 1 wiedergegebenen phy sikalischen Eigenschaften. Dieses Ringmaterial wurde mit einem Schienenteil (2) verbunden, mittels Epoxidharzes, unter Bildung eines Ringes (3) für Spinnmaschinen.

Die Oberflächenrauhigkeit wurde nach dem Prüfverfahren JISB 0601- 1982 unter den folgenden Bedingungen bestimmt. Oberflächenrauhigkeitsmeßbedingungen:

Meßeinrichtung:
Surfcoder SE-30D (hergestellt von Kosaka Laboratory Ltd.)
Abschnitt:\|0,8 mm
Laufgeschwindigkeit:	0,3 mm/Sec.
Vertikalvergrößerung:	1000fach
Überquerungslänge:	2,5 mm

Herstellungsverfahren für Probe 20:

300 g Aluminiumoxidpulver für Keramik (hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd. AKP-20) wurde 300 g ionenausgetauschtem Wasser beigegeben und vermischt, wobei dem Wasser 0,1 Gew.-% eines Dispergierungsmittels (hergestellt von San Nopuco Ltd. SN-5020) beigegeben war, worauf man einen gleichförmigen Schlamm erhielt.

1,0 Gew.-% Polyvinylchlorid (hergestellt von Kuraray Co., Ltd. PVA 205) wurde diesem Schlamm beigegeben, worauf diese Mischung einer Sprühtrocknungsbehandlung ausgesetzt wurde. Man erhielt ein Aluminiumoxidgranulat mit einem durchschnittlichen Korn größendurchmesser von 50 µm.

Das so erhaltene Granulat wurde mittels einer Trockenpresse in der gleichen Weise wie im Fall der Beispiele 1 bis 19 kompaktiert, worauf man die kompaktierte Masse 2 Stunden lang bei 1600°C in der Luft sinterte, und man erhielt das Aluminiumoxidring material. Dieses Ringmaterial wurde einem Bearbeitungs- und Schleifvorgang unterzogen, worauf man eine Ringprobe für Spinnmaschinen erhielt, mit den physikalischen Eigenschaften, wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind.

Herstellungsverfahren für die Probe 21:

300 g von teilweise stabilisiertem Zirkonerdepulver für Keramik (hergestellt von Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co., Ltd. HSY-3) wurde 240 g ionenausgetauschtem Wasser, dem 0,2 Gew.-% eines Dispergierungsmittels beigegeben war, zum Mischen beigefügt, und man erhielt einen gleichförmigen Schlamm. Es wurden 0,8 Gew.-% Polyvinylalkohol diesem Schlamm beigegeben, worauf die Mischung einer Sprühtrocknungsbehandlung unterzogen wurde, und man erhielt ein Zirkonerdegranulat.

Das so erhaltene Granulat wurde durch eine Trockenpresse in der gleichen Weise kompaktiert, wie dies bei dem Beispiel 20 der Fall war, worauf man die kompaktierte Masse 2 Stunden lang bei 1500°C in Luft sinterte, um das Zirkonerderingmaterial zu erhalten. Dieses Ringmaterial wurde der gleichen Behandlung unterzogen wie die Proben 1 bis 19, worauf man eine Ringprobe für Spinnmaschinen erhielt mit physikalischen Eigenschaften, wie sie in Tabelle 1 wiedergegeben sind.

Herstellungsverfahren für die Probe 22:

Eine Doppelschicht wurde auf der Oberfläche eines Stahlmaterials in Ringform für Spinnmaschinen ausgebildet und zwar nur in dem Bereich, der in Kontakt mit dem Läufer steht, mit Hilfe eines chemischen Depositionsverfahrens (CVD) bei 800°C in einer Gas atmosphäre mit TiCl₄, H₂CH₄, N₂ als Hauptbestandteil, wobei die untere Schicht eine 15 µm dicke Titancarbidnitridschicht und die obere Schicht eine 3 µm dicke Titannitridschicht war. Dieser Ring wurde einer Anlaßbehandlung unterworfen, worauf die Oberfläche geschliffen wurde, und man erhielt einen Ring für Spinnmaschinen mit den physikalischen Eigenschaften, wie sie in Tabelle 1 wiedergegeben sind.

Herstellungsverfahren für die Probe 23:

Eine Siliciumkohlenstoffschicht von 20 µm Dicke wurde auf der Oberfläche des gleichen Stahlringmaterials, wie es für die Her stellung der Probe 22 verwendet wurde, aufgebracht, und zwar nur in dem Bereich, der in Kontakt mit dem Läufer tritt, durch das CTD-Verfahren in einer Gasatmosphäre mit SiCl₄, CH₄ als Hauptbestandteil. Dann wurde dieser Ring einer Anlaßbehandlung ausgesetzt und seine Oberfläche einer Schleifbehandlung unter zogen, worauf man einen Ring für Spinnmaschinen erhielt, dessen physikalischen Eigenschaften in Fig. 1 wiedergegeben sind.

Einsatz der Proben für das Spinnverfahren:

Die Ringproben für Spinnmaschinen, die durch die obigen Verfahren erhalten wurden, setzte man einem Ringspinnvorgang unter den nachfolgenden Betriebsbedingungen aus, wobei die höchste Spindelgeschwindigkeit, bei welcher es keine Schwierigkeiten beim Läuferumlauf gab, wie Abnutzung, Faden bruch, Flusen usw., wurde zu Vergleichszwecken gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Testbedingungen:
Ringinnendurchmesser:\|41 mm
Flanschbreite:	3,2 mm
Läufer:	MS/hf (Chromlegierungsstahl)
Spindelgeschwindigkeit:	15 000 bis 24 000 U.p.M.
Hub:	177,8 mm
Faser und Garn Nr.:	Baumwollkämmer 40′s

Tabelle 1

Das Messen der physikalischen Eigenschaften bei der vor liegenden Ausführungsform wurde nach dem folgenden Verfahren ausgeführt.

Verfahren zur Messung der Quantität des freien Kohlenstoffes (α): Die Quantität des freien Kohlenstoffes erhielt man durch die CO₂ Umsetzung mittels der Verbrennungsanalyse bei 850°C.
Messung der gebrannten Dichte (FD):
Das Ergebnis wurde durch die Archimedes-Methode erhalten.

Berechnung der Porosität:

Porosität (%) = (1-FD×α/2,22-FD×(1-α)/3,21)×100

α: Gewichts-%; FD: g/cm³.

Verfahren zur Berechnung des durchschnittlichen Porendurchmessers und durchschnittlichen Korngrößendurchmessers:

Wenn Sp und Sc die Flächen sind, die von Poren bzw. Kohlenstoff granulat auf der geschliffenen Oberfläche einer vorbestimmten Größe eingenommen werden, und wenn Np und Nc die Menge an Poren bzw. die Anzahl der Kohlenstoffgranulate ist, die auf der ge schliffenen Oberfläche vorliegen, erhält man den durchschnitt lichen Porendurchmesser und den durchschnittlichen Kohlenstoff korngrößendurchmesser durch die folgenden Formeln:

Durchschnittlicher Porendurchmesser = (6/ ×Sp/Np)
Durchschnittlicher Kohlenstoffkorngrößendurchmesser = (6 ×Sc/Nc)

Claims

1. Ring für Spinnmaschinen dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Bereich der Oberfläche, mit dem der Läufer in Kontakt tritt, aus Siliciumcarbidkeramik zusammengesetzt ist, mit einer Porosität von etwa 0,5 Volumen-% bis etwa 15 Volumen-% und einem durch schnittlichen Porendurchmesser von etwa 0,3 µm bis etwa 3,0 µm.

2. Ring für Spinnmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumcarbidkeramik etwa 0,6 Gew.-% bis etwa 5,0 Gew.-% freien Kohlenstoff enthält, der einen Korndurch messer von etwa 0,3 µm bis etwa 5,0 µm besitzt.

3. Ring für Spinnmaschinen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumcarbidkeramik eine durchschnittliche Rauhigkeit von mehr als etwa 0,03 µm und weniger als etwa 0,50 µm an der Mittellinie der Oberfläche, die in Kontakt mit dem Läufer tritt, besitzt.