DE3878719T2

DE3878719T2 - Vliese aus geschnittenen, orientierten fasern und verfahren und vorrichtung zur herstellung derselben.

Info

Publication number: DE3878719T2
Application number: DE8888106602T
Authority: DE
Inventors: Eugene R Bennett; Clarence L Dieter; David J Henckel; James D Logan; Thomas E Peters
Original assignee: Coe Manufacturing Co
Current assignee: Coe Manufacturing Co
Priority date: 1987-04-27
Filing date: 1988-04-25
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2008-04-26
Also published as: US5017312A; EP0288956A2; JPS6452864A; ATE86179T1; EP0288956B1; EP0288956A3; CA1318780C; DE3878719D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von orientierten, geschnittenen Fasern entsprechend zu den Oberbegriffen der neuen Ansprüche 1 und 24.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren dieser Art ist in der US-A-4284595 beschrieben. Die bekannte Vorrichtung und das bekannte Verfahren ist zur Herstellung von Fasertafeln aus orientierten Holzfasern geeignet. Die Fasern werden in der erwünschten Richtung durch Anlegen eines elektrischen Feldes orientiert. Holzfasern zur Herstellung von Fasertafeln weisen einen natürlichen Feuchtigkeitsgehalt auf und sind per se leitend. Der Feuchtigkeitsgehalt wird überwacht und eine Wasserberieselung wird betätigt, wenn ein sehr niedriger Feuchtigkeitsgehalt durch die besonderen Holzfasern angezeigt wird. Das Berieseln mit Wasser der Fasern oder hinzufügen von Salzen, wie es in einem alternativen Verfahren beschrieben ist, werden keine im wesentlichen gleichmäßige Beschichtung des leitfähigen Materials auf den Fasern bilden. Das Berieseln oder Eintauchen kann für Fasern mit Dochteigenschaften akzeptabel sein. Allerdings ist es nicht ausreichend für nichtleitende Fasern wie Glasfasern oder Kunststoffasern, die keine Dochteigenschaften aufweisen.
In verschiedenen Industriezweigen ist es verbreitete Praxis Kunststoffkomponenten und durch geschnittene, nichtleitende Fasern verstärkte Teile zu verwenden. Diese Industriebereiche umfassen die Automobil-, Marine-, Röhren- und Wohnungs- und Geschäftsbauindustrien. Typischerweise wird eine Matte aus geschnittenen Fasern durch ein Kunststoffharz imprägniert, das vielfach als "Matrix" bezeichnet wird, welches ausgehärtet wird, um die erwünschte faserverstärkte Kunststofffolie zu bilden.
Matten aus geschnittenen Glasfasern, die nicht verwebte Bespannungsmatrizen aus Strängen von Glasfasern sind, die in einer erwünschten Länge geschnitten sind, werden vielfach angewendet. Diese geschnittenen Glasfasern werden zufällig in einer horizontalen Ebene angeordnet und durch passende Klebemittel zusammengehalten. Solche Klebemittel können pulverisierte, schmelzbare Polyester und aufgeweichte Polyvinylacetatemulsionen sein. Die physikalischen Eigenschaften dieser Matten werden durch die Fasergröße und den Typ und die Menge des Klebemittels bestimmt. Aufgrund der zufälligen und nichtausgerichteten Orientierung der verstärkenden, geschnittenen Glasfasern zeigen Strukturbauteile mit solchen Matten eine gleichmäßige, isotrope Biegungsfestigkeit und Druckdehnung.
In vielen Industriebereichen, wie bei der Automobilindustrie, besteht ein Bedarf an glasfaserverstärkten Kunststoffbauteilen, welche gerichtete Stärkecharakteristiken aufzeigen. Dieser Bedarf hat sich zum Teil durch den Wunsch nach leichteren Bauteilen entwickelt. Bisherige Anwendungen von glasfaserverstärkten Kunststoffbauteilen verlangten, daß die Dimensionen und Masse der Bauteile so gewählt wurde, daß den Anforderungen einer gerichteten Stärke erfüllt wurden. Bei den bekannten Glasfaserverbindungen ist von Nachteil, daß diese eine relativ isotrope Stärkecharakteristik aufweisen, was zu einem unnötigen Anwachsen an Gewicht, Stärke und Kosten führt.
Bei alternativen, bekannten Verfahren sind gewirkte und verwebte Glasfasern verwendet worden, um einer Strukturkomponente eine gerichtete Stärkecharakteristik zu geben.
Verfahren sind für die gerichtete Orientierung von Produkten aus wiedergebildeten, holzartigen Zellulosematerialien wie Seile, Späne, Flocken, Partikel, Fasern oder dergleichen bekannt. Die Produktion von gerichtet orientierten Produkten aus holzartigen Zellusolsematerialien durch elektrostatische Orientierung von diskreten Teilchen des holzartigen Zellulosematerials wird in den US-Patentschriften 4284595, 4287140, 4323338 und 4347202 beschrieben. In diesen bekannten Systemen werden die holzartigen Zellulosematerialien bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt zwischen 4,5% bis 10% des Trockengewichtsanteils getrocknet. Das getrocknete Material wird in einen Former eingemessen, der das holzartige Zellulosematerial zwischen voneinander beabstandeten, elektrisch geladenen Platten zur Ausrichtung der Partikel in Richtung des elektrischen Feldes verteilt, während diese durch die Schwerkraft zwischen den geladenen Platten absinken. Diese orientierten Partikel werden dann auf einer mattenaufnehmenden Oberfläche zur späteren Verdichtung unter Wärme und Druck in einer Presse aufgetragen.
Allerdings können diese bekannten Verfahren nicht zur Herstellung von Matten aus orientierten, geschnittenen Fasern verwendet werden, wenn diese Fasern nichtleitend sind. Der Ausdruck "nichtleitend" wird hierbei dahingehend verwendet, um elektrische Leitwerte von weniger als 0,2 Piko Siemens zu erfassen. Beispielsweise weisen typische Glasfasern aus Rovings oder Kuchen, die als Ausgangsmaterial für Matten aus geschnittenen Glasfasern dienen, ungenügende Leitfähigkeit zur Orientierung in einem elektrischen Feld auf.
Die gegenwärtigen Erfinder haben festgestellt, daß die Orientierung von Glasfasern in einem elektrischen Feld möglich ist, wenn der elektrische Leitwert der Glasfasern auf wenigstens 0,2 Piko Siemens angehoben wird. Der Ausdruck "Elektrischer Leitwert" ist hier als rezipoker Wert des elektrischen Widerstandes einer geschnittenen Faser definiert. Dieser Ausdruck betrifft Messungen, die durch ein Paar von vorgespannten, elektrischen Metallkontakten vorgenommen wurden, die in einer Entfernung von ungefähr 25 mm entlang der Hauptachse der langgestreckten, geschnittenen Faser angeordnet sind. Im Falle von Glasfasern wird der elektrische Leitwert durch Anordnung des gesamten Rovings zwischen den Anschlüssen eines Leitfähigkeitsmessers durchgeführt. Ergebnisse für typische Glasfaserrovings sind 413 m/kg (205yd/lb). Ein elektrisches Potential V wird zwischen den Kontakten angelegt und ein elektrischer Strom I fließt von einem Kontakt durch die Faser zum anderen Kontakt und wird gemessen. Der elektrische Leitwert G ergibt sich aus der Formel G = I/V.
Es sei angemerkt, daß die elektrische Leitfähigkeit gemäß der folgenden Formel variiert: Leitfähigkeit = G (L/wh), wobei L die Entfernung zwischen den Kontakten und wh entsprechend die Breite und Dicke der Faser sind. Im Fall von den hier betrachteten Fasern variiert der Ausdruck (L/wh) typischerweise in einem Bereich von 100 bis 1, während der elektrische Leitwert G in einem viel größeren Bereich variiert, der oft 10.000 : 1 übersteigt. Es war daher angemessen, Effekte durch Variationen in der Fasergeometrie, das heißt, in L/wh, zu ignorieren und nur den elektrischen Leitwert zu berichten.
Folglich wäre es von Vorteil, wenn Verfahren und eine Vorrichtung zur vorhersagbaren und gleichmäßigen Verstärkung der elektrischen Leitfähigkeit von nichtleitenden Fasern wie Glasfasern bereitgestellt wurden, um Matten aus orientierten, geschnittenen Fasern zu erzeugen. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe sind in den Ansprüchen 1 und 24 beschrieben. Die hier offenbarten Verfahren und Vorrichtungen sind allgemein für andere nichtleitende synthetische oder natürliche Fasern wie Polypropylen, langgestreckte Polyethylenketten, Aramit, Polyamid, Acronnitril, Nylon, Rayon, Baumwolle, Jute, Sisal, Holz, Bor, Keramik und Asbest anwendbar.
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer nichtgewebten Faser aus einem elektrisch nichtleitenden Faserausgangsmaterial bereitzustellen. Das Verfahren weist die Verfahrensschritte des Anhebens der Leitfähigkeit des Rovingausgangsmaterials in einem Bereich von 0,2 Piko Siemens bis 10 Nano Siemens, das Schneiden des Ausgangsmaterials in Fasern einer vorbestimmten Länge, Fallenlassen der geschnittenen Fasern unter dem Einfluß der Schwerkraft durch ein gerichtetes elektrisches Feld ausreichender Stärke zur im wesentlichen Parallelen Orientierung der Fasern zu einer vorbestimmten Orientierungsachse, und Sammeln der orientierten Faser auf einer Transferoberfläche zur Bildung einer orientierten, nichtgewebten Matte auf.
Ein bevorzugtes Faserausgangsmaterial für ein solches Verfahren ist ein Glasfaserroving. Allerdings sind auch andere nichtleitende Faserausgangsmaterialien verwendbar.
Bei dem bevorzugten Verfahren ztun Anheben der Leitfähigkeit des Ausgangsmaterials wird dieses durch eine temperatur- und feuchtigkeitskontrollierte Kammer geführt. Alternativ kann das Ausgangsmaterial durch eine leitfähigkeitserhöhende Verbindung vorbehandelt werden, die aus der folgenden Gruppe auswählbar ist: Salze von schwachen Säuren, Acetaten, Boraten, Fettsäureamiden, Amoniumsalzen, schwacher Säuren und guateren Amoniumverbindungen mit anorganischen Radikalen. Alternativ kann die Leitfähigkeit durch Einbringen in ein Gas erhöht werden, welches in Wasser ionisierbar ist, wie Schwefeldioxid, Amoniak oder Bor.
Das Verfahren kann zusätzlich den Schritt der Behandlung der Matte mit einem Verbinder, wie spritzbarem Polyester oder Polyvinylacetat, zur angemessenen Aufrechterhaltung der Integrität der Matte umfassen. Alternativ kann die Matte zusammengenäht werden.
Ein zusätzlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine neue Vorrichtung zur Herstellung von Matten aus orientierten, geschnittenen Fasern aus einer Kaskade von geschnittenen, nichtleitenden Faserausgangsmaterial. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zur Erhöhung der Leitfähigkeit des Faserausgangsmaterials, eine elektrisch isolierte Transferoberfläche zur Aufnahme des Faserausgangsmaterials und eine Einrichtung zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines gerichteten, elektrischen Feldes oberhalb der Transferoberfläche zur Orientierung der Fasern der Kaskade. Weiterhin enthält die Vorrichtung eine Einrichtung zum Schneiden von gleichförmigen Faserausgangsmaterial zur Erzeugung der Kaskade der geschnittenen Fasern. Weiterhin kann die Vorrichtung eine mattenaufnehmende Oberfläche benachbart zum Ausgabeende der Transferoberfläche aufweisen, um die auf dieser gebildete, orientierte Matte aufzunehmen. Die bevorzugte Einrichtung zur Steuerung der Leitfähigkeit des Faserausgangsmaterials ist eine Kammer, die zum Durchführen des Ausgangsmaterials geeignet ist und eine Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur und relativen Feuchtigkeit in ihr aufweist. Alternativ können die vorstehend erwähnten Substanzen zur Erhöhung der Leitfähigkeit des Ausgangsmaterials verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine nichtgewebte Matte aus einer Vielzahl von langgestreckten, nichtleitenden Fasern, deren longitudinale Achsen vorherrschend parallel zu einer vorbestimmten Orientierungsachse in der Ebene der Matte liegen. Vorzugsweise sind die Fasern geschnittene Glasfasern. Die Matte kann zusätzlich einen Verbinder zur angemessenen Aufrechterhaltung der Integrität der Matte aufweisen. Solche einen Verbinder enthaltene Matten werden als Matten mit einem Orientierungsindex von ungefähr 2 : 1 bis ungefähr 100 : 1 charakterisiert. Der "Orientierungsindex" ist definiert als Biegungsmodulus der Elastizität entlang der Orientierungsachse geteilt durch den Biegungsmodulus der Elastizität senkrecht zur Orientierungsachse. Matten mit zufällig geschnittenen Fasern haben einen Orientierungsindex von 1 : 1. Dies ergibt sich dadurch, daß die Eigenschaften von zufälligen Matten in der Ebene der Matte isotrop sind.
Es zeigen:
Fig.1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Matten aus orientierten, geschnittenen Fasern;
Fig.2 eine schematische Darstellung einer Leitfähigkeitsverstärkungskammer zur Erhöhung der Leitfähigkeit von gleichförmigem Faserausgangsmaterial;
Fig.3 einen teilweisen Querschnitt entlang III-III aus Figur 2 zur Darstellung der Konstruktion der Konditionierungskammer;
Fig. 4a ein Foto einer bekannten Matte aus geschnittenen Glasfasern; und
Fig. 4b ein Foto einer erfindungsgemäßen Matte aus orientierten, geschnittenen Glasfasern.
Matten aus orientierten, geschnittenen Fasern sind für gerichtete, Verstärkungsteile von Kunststoffstrukturkomponenten wünschenswert. Solche Komponenten zeigen gerichtete Stärkecharakteristiken, die zur Reduzierung des Gewichts der Komponente wünschenswert sind, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer ausreichenden gerichteten Stärke. Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Orientierung geschnittener, nichtleitender Fasern, wie Glasfasern, zur Herstellung einer Matte, welche als Verstärkung in solchen Strukturkomponenten einsetzbar ist.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Einrichtung zur Erhöhung der Leitfähigkeit des nichtleitenden Faserausgangsmaterials, so daß ein solches, eine erhöhte Leitfähigkeit aufweisendes Ausgangsmaterial in einem gerichteten elektrischen Feld orientiert werden kann und in einer orientierten Weise aufgetragen werden kann. Die Schichten von geschnittenen Glassträngen werden in handhabbare Matten durch Anwenden eines Verbinders, von Hitze und Druck und nachfolgendes Einbringen als Verstärkung in Laminaten gebildet.
Alternativ können die Matten zusammengesteckt oder vernäht werden, um deren Integrität vor und während der Imprägnierung mit dem Matrixharz aufrechtzuerhalten. Vernähen ermöglicht das Rollen der Matten als auch die Herstellung irregulärer Formen. Vernähte Matten zeigen verbesserte Konformität zu nichtebenen Gußformen im Vergleich zu Matten mit Klebeverbindern. Vernähte Matten zeigen ebenfalls ein verbessertes Nässen, da die Dochtwirkung von Harz durch die Abwesenheit von Klebeverbindern ermöglicht ist.
Die Vorrichtung zur Erzeugung von Matten aus orientierten, geschnittenen Fasern ist in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellt. Die Vorrichtung 10 ist auf einer Tragrahmenstruktur 20 montiert, die vier vertikale Tafeln 21 stützt, die die Orientierungszelle 22 bilden. Oben und unten ist die Zelle offen und eine Schneidkanone 23 ist oben an der Zelle angeordnet, um eine Kaskade von geschnittenen Fasern 24 aus gleichmäßigen Strängen 41 und 42 zu bilden.
Die geschnittenen Fasern fallen aufgrund der Schwerkraft durch die Orientierungszelle und werden auf dem Transportband oder der Transportoberfläche 25 gesammelt, die sich über ein Förderdeck 26 bewegt.
Das Förderband 25 ist vorzugsweise durchlässig für elektrisches Feld. Vorzugsweise wird ein leicht urethanimprägniertes Polyesterband verwendet, das über einen 9,5 mm (3/8") Durchmesser Nasenträger führbar ist. Das Förderdeck ist isoliert, um sicherzustellen, daß die hochspannungleitenden Stangen 27, 28 und 29 voneinander und gegenüber einer Erdung isoliert sind, um zwischen diesen ein hohes elektrisches Feld aufrechtzuerhalten. Das Transportband transportiert die orientierte Matte 30, die auf ihm gebildet wurde, zu einer Mattenaufnahmeoberfläche oder Polierblech (nicht dargestellt), das vorzugsweise auf Erdpotential liegt und auf einem kontinuierlichen Transportband angeordnet ist, das durch entsprechende Versorgungseinrichtungen betrieben wird (nicht dargestellt). Alternativ kann die Matte durch einen oszillierenden Förderer oder durch Luftsuspension transportiert werden. Eine Vielzahl von parallelen Stangenelektroden 27, 28 und 29 sind unterhalb und benachbart zur Oberfläche des Transportbandes positioniert.
Figur 1 zeigt die leitfähigen Stangen 27, 28 und 29 in einer quer Maschinenrichtung orientiert. Diese Elektroden bilden ein elektrisches Feld, welches sich senkrecht zu den Achsen der Elektroden erstreckt und die Orientierung der Fasern parallel zum elektrischen Feld verursacht. Wie hier verwendet, meint der Ausdruck "Längsrichtung" die Richtung des Mattentransports, die durch die dargestellte Vorrichtung gebildet wird, während "Querrichtung" eine zur Längsrichtung unter einem Winkel von 90º laufende Orientierung bezeichnet.
Jede der Stangen ist auf ein entsprechendes Potential aufgeladen, so daß ein elektrisches Feld zwischen benachbarten Stangen mit ausreichender Intensität gebildet ist, um elektrostatisch die geschnittenen Fasern während ihres Falls durch die Orientierungszelle auszurichten. Die ausgewählte Größe des Spannungsgradienten zwischen den beabstandeten Stangen kann in Abhängigkeit von dem elektrischen Leitwert der Faser, der Fasergeometrie und dem Basisgewicht variieren. Spannungsgradienten im Bereich zwischen 25 V/m (1kV/in) und 305 V/m (12kv/in) sind verwendbar. Gleichstrom ist bevorzugt, obgleich Wechselstrom auch verwendbar ist. Bei Anwendung von Wechselstrom sind Frequenzen von weniger als 60 Hz bevorzugt.
Werden die Achsen der Elektroden gegenüber der Transportrichtung der Matten gedreht, wird die Orientierungsachse der Faser entsprechend gedreht. Werden daher die in Figur 1 dargestellten Elektroden um 90º in der Ebene des Transportdecks 26 gedreht, würde die auf diese Weise erzeugte Orientierung der geschnittenen Fasern als Querrichtung betrachtet. Natürlich kann jeder erwünschte Orientierungswinkel durch einen entsprechenden Winkel der Achsen der Elektroden gegenüber der Längsrichtung der erzeugten Matte erhalten werden.
Elektrodenkontakt mit der Matte in Gegenwart eines Spannungsgradienten zwischen den Elektroden verursacht einen Fluß eines elektrischen Stromes innerhalb der Matte auf dem Transportband oder der Transportoberfläche 25 in einer Richtung parallel zur erwünschten Orientierung und erzeugt ein gerichtetes, gleichmäßiges elektrisches Feld direkt oberhalb der Matte. Während Elektroden 27, 28 und 29 unterhalb des Bandes bevorzugt sind, können drehbare Elektroden oberhalb des Bandes, Entladungsdrähte unterhalb des Bandes oder ionisierende Strahlung als Alternativen zur Ermöglichung eines Stromflusses innerhalb der Matte angewendet werden.
Die Stärke des elektrostatischen Feldes ist durch die Durchbruchsspannung der umgebenden Atmosphäre begrenzt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht optional die Verwendung eines zusätzlichen Paars von entgegengesetzt geladenen Elektroden (nicht dargestellt) welche oberhalb des Transferbandes 25 angeordnet sind und von denen jede die gleiche Polarität wie eine leitfähige Stange unterhalb des Transferbandes aufweist. Vorzugsweise werden diese zusätzlichen Elektroden direkt oberhalb und parallel zu den leitfähigen Stangen 27, 28 und 29 gebildet, wobei jede zusätzliche Elektrode die gleiche Polarität wie eine leitfähige Stange direkt unter ihr aufweist. Diese Anordnung ermöglicht ein Anwachsen der Tiefe des elektrostatischen Feldes, wodurch sich eine zusätzliche Orientierungszeit ergibt. Vorzugsweise sind diese zusätzlichen Elektroden drehende Stangen. Eine Drehung der Stangen verhindert ein Aufstapeln der Fasern, die als Kaskade nach unten fallen. Alternativ sind stationäre Plattenelektroden verwendbar.
Am Ausgabeende des Transportbandes ist ein geerdeter Metallnasenträger (nicht dargestellt) in der Spitze des Transportdecknasenteils eingebettet. Zur Orientierung in Längsrichtung ist die Entfernung zwischen dieser Stange und der vorhergehenden Stange die Hälfte der Entfernung zwischen zwei benachbarten Hochspannungsstangen. Die Metallstange ist geerdet, um die gleiche elektrische Feldstärke aufrechtzuerhalten, die zwischen zwei benachbarten Hochspannungsstangen existiert. Dieses elektrische Feld hält die Ausrichtung der geschnittenen Fasern aufrecht, wenn diese in Richtung des Nasenteils des Transferdecks transportiert werden.
Unterhalb des Ausgabeendes des Transportbandes ist ein Sprühentladungsdraht (nicht dargestellt) angeordnet, der sich über den Förderer in enger Nachbarschaft zur Metallnasenstange erstreckt. Der Sprühentladungsdraht weist einen Wechselstrom mit einer Spannung oberhalb der Einsatzspannung für Sprühentladung des Drahtes auf. Diese liegt im allgemeinen im Bereich von 1000 Volt bis 7500 Volt. Der Zweck des auf diese Weise erzeugten Feldes ist die Neutralisierung der Ladung auf und die Entfernung jeglicher verbleibender, geschnittener Faser von dem Transportband und die Reduzierung oder Eliminierung jeglicher verbleibender Ladung auf dem Band. Diese Anordnung ermöglicht eine saubere Trennung der Matte vom Transportband.
Im Falle von Matten aus geschnittenen Glasfasern ist das bevorzugte Ausgangsmaterial ein Paar von kontinuierlichen Glasfaserrovingsträngen 41 und 42 von einem Glasfaserlieferwerk 40. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Vorrichtung zur Erhöhung des elektrischen Leitwerts der kontinuierlichen Glasfaserstränge. Diese Vorrichtung enthält eine Kammer 44 zur Verstärkung des elektrischen Leitwertes aus einem Paar von vertikal angeordneten, zylindrischen ersten und zweiten Röhren 46 und 48, die an jedem Ende miteinander verbunden sind. Die Temperatur und relative Feuchtigkeit innerhalb der Röhren werden sorgfältig gesteuert.
Ein Propantank 50 stellt Brennstoff für einen Propanbrenner (nicht dargestellt) zur Verfügung, der Wärme für einen isolierten Kocher 51 zur Erzeugung von Dampf bereitstellt. Dampf tritt von dem isolierten Kocher in die zweite Röhre 48 und erzeugt eine Atmosphäre mit hohem Dampfdruck. Ein Umwälzgebläse 54 zirkuliert die Atmosphäre im inneren der ersten und zweiten Röhren. Ein Heißwasserheizer 56 stellt thermostatisch gesteuert heißes Wasser zur Zirkulationdurchführung 52 zur Verfügung, welche an der äußeren Oberfläche der Röhren angeordnet ist. Dieser geschlossene Kreislauf wird durch eine Wasserpumpe 58 und einen Wasservorrat 60 aufrechterhalten.
Die Wassertemperatur des zirkulierenden Wassers wird durch ein Thermostat gesteuert. Das erhitzte Wasser wird durch Wasserpumpe 58 zirkuliert, um die Temperatur der Wände der Röhren 46 und 48 über den Taupunkt anzuheben und zu halten. Das heiße Wasser bildet auch eine Wärmequelle zum Erhöhen der Lufttemperatur innerhalb der Röhren. Jede Kammer ist durch eine Isolation 64 bedeckt, die Wärmeverlust reduziert und eine konstante Oberflächentemperatur aufrechterhält. Die Temperatur innerhalb der Röhren kann zwischen 43ºC (110ºF) und 204ºC (400ºF) liegen. Die relative Feuchtigkeit innerhalb der Röhren ist zwischen 30 % und 100 %.
Im Betrieb zieht ein pneumatischer Antrieb 62, der in Nachbarschaft zur Schneidkanone 43 angeordnet ist, die kontinuierlichen Glasfaserrovingstränge 41 und 42 durch die Leitfähigkeitsverstärkungskammer 44 zum Schneider. Die Rovingzuführraten können zwischen 30 bis 914 m/min (100 bis 3000 Fuß pro Minute) betragen.
Die Zuführrate der kontinuierlichen Fasern, die Temperatur innerhalb der Kammer und die relative Feuchtigkeit innerhalb der Kammer werden alle gesteuert, um sicherzustellen, daß die Leitfähigkeit der Glasfaserstränge über die der nicht behandelten, nicht leitfähigen Stränge angehoben wird. Vorzugsweise wird der elektrische Leitwert der Stränge in einem Bereich von ungefähr 0,2 Picosiemens bis ungefähr 10 Nanosiemens angehoben. Dieses Anwachsen des elektrischen Leitwertes wird durch Auftragen einer dünnen Schicht von Wasser auf der Oberfläche der Stränge durch Kondensation erzielt, wenn die Rovings durch die Verstärkungskammer hindurchtreten. Dies ergibt sich, da die Temperatur der Rovings unterhalb der Taupunkttemperatur der Kammeratmosphäre ist. Die Stränge werden dann sofort der Schneidkanone 23 zugeführt und zu einer Kaskade von relativ gleichmäßig geschnittenen Fasern einer spezifischen Länge reduziert. Bevorzugt beträgt der justierbare Bereich der Faserlänge zwischen ungefähr 1,6 mm (1/16 Inch) bis ungefähr 152 mm (6 Inch). Alternativ können Fasern mit zufälliger Länge verwendet werden.
Nicht leitfähige Fasern sind bei dem vorstehenden Verfahren verwendbar. Beispielsweise Polypropylen, langgestreckte Polyethylenketten, Aramid, Polyamid, Acronitril, Nylon, Rayon, Baumwolle, Jute, Sisal, Holz, Bor, Keramik und Asbest. Diese können Glasfasern ersetzen. Eine entsprechende Justierung der Temperatur und der relativen Feuchtigkeit der Verstärkungskammer und eine Justierung der Zuführrate des Ausgangsmaterials ist für einen Fachmann auf dem Gebiet der Herstellung von geschnittenen Matten einfach durchführbar.
Weiterhin kann ein in Teile geschnittentes Faserausgangsmaterial verwendet werden, so daß die Notwendigkeit für kontinuierliches Faserausgangsmaterial und eine Schneideinrichtung nicht besteht. Zusätzlich können gemäß der Erfindung chemische Substanzen, wie antistatische Verbindungen zur Erhöhung der Leitfähigkeit des kontinuierlichen Faserausgangsmaterials wie auch zu Teilen geschnittenen Fasern verwendet werden.
Substanzen, die verwendet werden können, umfassen eine Vielzahl von chemischen Verbindungen oder Mischungen solcher Verbindungen, welche den elektrischen Leitwert der Fasern verbessern. Solche Verbindungen enthalten Salze von schwachen Säuren, wie Alkali- und alkalische Erdmetallkarbonate, Acetate, Borate, in Wasser ionisierende Gase, wie Chlor, Schwefeldioxid, Ammoniak u. dgl., Ammoniumsalze von schwachen Säuren, wie Ammoniumcarbonat oder Ammoniumacetat und quartäre Ammoniumsalze, wie solche mit der allgemeinen Formel:
wobei: X = Halogen oder CH&sub3;SO&sub4;
R&sub1; and R&sub2; = C8-22 Alkylradikale
R&sub3; und R&sub4; = C1-4 Alkylradikale.
Spezifische quartäre Ammoniumverbindungen, die verwendbar sind, enthalten beispielsweise Di(hydrogeniertes Talg)-Dimethylammoniumchlor (Arquad 2 HT-75); Dioctadecyldimethylammoniumchlorid und Polyethoxylatsterarylmethylammoniumchlorid. Die Substanz oder Substanzen können in verschiedener Form angewendet werden: (1) in geschmolzener oder Emulsionsform, (2) in Lösung in einem entsprechenden Lösungsmittel, oder (3) als Gas (im Fall von Ammoniak).
Eine Behandlung von gasförmigem Ammoniak oder einer anderen gasförmigen Verbindung oder Verbindungen zur Verstärkung des elektrischen Leitwertes ist ideal zur Verstärkung der Orientierungsmöglichkeit von geschnittenen Fasern, da dies schnell, effektiv und preiswert ist. Zusätzlich bleibt kein Rückstand, ist es gegenüber Eisen nicht korodierend (im Fall von Ammoniak) und erhöht nicht den Feuchtigkeitsgehalt der Matte.

Beispiel I

Herstellung von Matten aus orientierten und zufällig geschnittenen Glasfasern und Kombinationen daraus

Matten mit orientierten und zufällig geschnittenen Glasfasern wurden nach dem folgenden Verfahren hergestellt. Ein bestimmtes Teed Nr. 292-207 Roving wurde als Ausgangsmaterial verwendet. Zwei Rovingpakete wurden verwendet. Die beiden Rovings wurden durch die Verstärkungskammer hindurchgeführt, die eine Trockenkolbentemperatur von 93ºC (200ºF) und eine Naßkolbentemperatur von 84ºC (184ºF) aufwies. Die relative Feuchtigkeit wurde auf 65 % gehalten. Eine Glasscraft Modell B-210 Schneidkanone wurde zum Schneiden des Rovings auf eine nominale Stranglänge von 28,6 mm (1 1/8 Inch) verwendet. Der pneumatische Druck der Schneidkanone wurde auf ungefähr 4,5 Bar (64 psi) gehalten. Dies führte zu einer Glasfiberrovinggeschwindigkeit von 235 m/min (772 Fuß pro Minute).
Eine elektrische Feldstärke von 165 V/m (6500 V pro Inch) wurde durch die unterhalb des Transportbandes angeordneten Elektroden aufrechterhalten. Diese Elektroden waren so orientiert, daß selektiv Matten produziert wurden mit: (1) einer Orientierung in Längsrichtung und (2) einer Orientierung in Querrichtung (siehe Fig. 4a). Zusätzlich wurde keine Spannung an die Elektrodenstangen gelegt, um Matten mit zufälligen, geschnittenen Fasern zu erzeugen, die mit denen des Standes der Technik (siehe Fig. 4b) vergleichbar sind.
Alle Matten wurden mit einer Bildungsgeschwindigkeit von ungefähr 5,6 m/min (18 1/2 Fuß pro Minute) erzeugt, was zu einer ungefähren Mattenbreite von 660 mm (26 Inch) und einem Basisgewicht von ungefähr 457 g/m² (1 1/2 Unzen pro Quadratfuß) führte. Die Glasfaserflußrate durch die Vorrichtung betrug ungefähr 1,1 kg/min (2 1/2 Fuß pro Minute).
Die Matten wurden dann auf einen Harzauftragungsförderer gelegt. Die Hälfte des erforderlichen Wassers wurde auf die Oberfläche der Matte aufgesprüht und dann wurde die Hälfte des erforderlichen Harzpuders auf die Oberfläche der Matte über eine vibrierende Harzzuführung aufgetragen. Die Matte wurde umgedreht und die andere Hälfte des erforderlichen Wassers und Harzpuders wurde auf die Unterseite der Matte aus geschnittenen Fasern aufgetragen.
Das Wasser ermöglicht dem Harzpuder ein Anhaften an der Oberfläche der geschnittenen Glasstränge. Die Matten wurden dann in einen geheizten Ofen zum Verdampfen des Wassers und zum Schmelzen des Harzes eingebracht. Atlac 363E, ein schmelzbares Polyesterharz von I.C.I. Ainericas Inc., wurde bei den vorliegenden Beispielen verwendet. Das Gewicht des zu der Matte hinzugefügten Harzes war ungefähr 3 % des Mattengewichts. Wasser wurde der Matte in einer Menge von 269g/m² (26 g pro Quadratfuß) der Mattenoberflächen zugeführt. Der Ofen wies eine Temperatur von 191ºC (375ºF) auf und die Matten wurden in dem Ofen für ungefähr 20 Minuten erhitzt.
Nach dem Entnehmen aus dem Ofen wurden die Matten mit einer kühlen Metallrolle (13,6 kg (30 Pfund)) gerollt, um die Fasern in der Matte zu verdichten und das Harz zu verfestigen. Diese Matten wurden dann geschnitten.
Um den Einfluß der Faseranordnung auf die Eigenschaften von mit geschnittenen Glasfasern verstärkten Kunststoffverbindungen zu bestimmen, wurden Testtafeln durch Druckformtechniken gebildet. Die zum Herstellen dieser Tafeln verwendeten Techniken waren sowohl für die orientierten als auch die zufällig orientierten Tafeln die gleichen. Eine zweiteilige, 457 mm (18 Inch) Quadratdruckform mit einer Hohlraumdicke von 2,5 mm (1/10 Inch) wurde verwendet. Vor ihrer Anwendung wurde die Druckform mit einem Trennmittel versehen, um die Entnahme des Kompositwerkstoffes zu unterstützen. Vier Lagen von Verstärkungsmatten wurden in jedem Fall verwendet. Ungefähr 2 kg/m&sub2; Harz (6,6 Unzen Harz pro Quadratfuß) wurden für jeden Kompositwerkstoff verwendet. Für die Ergebnisse nach Tabelle 1 wurde als Harz Owens-Corning Polyester und für die Ergebnisse nach Tabelle 2 Derakane 411-45 verwendet. Jede der vier Verstärkungsmatten wurde in die Druckform eingelegt und mit ungefähr 1/4 des gesamten Harzes bedeckt. Das Harz wurde mit einer flexiblen, genuteten Rolle zur Verteilung des Harzes über einen so großen Bereich der Mattenfläche, wie notwendig, verrollt. Dieses Verfahren wurde wiederholt, bis alle vier Matten in der Druckform eingelegt waren.
Die Druckform wurde geschlossen und in eine geheizte Presse eingesetzt. Der Druckvorgang wurde durch Erhöhung des Drucks in Stufen vollzogen, um ein Harzverwaschen zu vermeiden. Der Druckvorgang wurde in fünf anwachsenden Stufen von ungefähr 15 bis 20 Sekunden Dauer durchgeführt, bis die verlangte Teildicke erhalten wurde. Der maximal erforderliche Druck betrug ungefähr 0,7 N/mm² (100 psi). Die Druckzeit betrug 1 Stunde und die Drucktafeltemperatur betrug ungefähr 150ºC (300ºF). Der Glasfaserkompositwerkstoff wurde dann aus der Druckform entnommen und in zumindest 24 Stunden abgekühlt, bevor Testproben von den Tafeln abgeschnitten wurden. Testtafeln waren ungefähr 2,5 mm (1/10 Inch dick) und hatten ein spezifisches Gewicht von ungefähr 1,59 für einen 50 % Glasanteil.

Beispiel II

Testen der geschnittenen Glasfaserverstärkten Kompositwerkstoffe

Der MOE-Orientierungsindex der zufallsverteilten und orientierten geschnittenen Glasfasern der Matten wurden nicht destruktiv mit dem Metriguard Modell 239A Stress Wave Timer gemessen, bevor diese in ein Glasfaserkompositwerkstoff eingebracht wurden. Der Orientierungsindex der orientierten Matten betrug ungefähr 19,4:1 bei den Testergebnissen.
Tabelle 1 zeigt die Testergebnisse für den Vergleich von Kompositwerkstoffen mit orientierten Glasfasern und Kompositwerkstoffen mit zufällig verteilten Glasfasern nach dem Stand der Technik. Weiterhin sind Daten dargestellt, die sich durch Testen von Matten mit orientierten, geschnittenen Glasfasern ergaben, wobei benachbarte Verstärkungsmatten unter einem rechten Winkel quasi isotrop orientiert waren.
Die Daten zeigen, daß die Zugeigenschaften sowohl in der Längsrichtung als auch der Querrichtung für die Kompositwerkstoffe aus den Matten mit zufälliger Orientierung die gleichen sind. Im Gegensatz dazu sind die Zugeigenschaften der Kompositwerkstoffe aus den Matten mit orientierten, geschnittenen Fasern größer parallel zur Richtung der Orientierung als senkrecht zu dieser Orientierung. Die Zugstärke parallel zur Orientierungsachse der Verstärkungsmatten war 52 % größer als bei den Matten mit zufällig verteilten, geschnittenen Fasern. Alle Zugstärkenmessungen wurden nach dem ASTM D 638-84 ("Standardtest Method for Tensile Properties of Plastics") durchgeführt.
Kompositwerkstoffe aus alternierenden Schichten von Matten mit orientierten, geschnittenen Fasern, die jeweils im rechten Winkel angeordnet waren, dienten als Kontrolle und zeigten Eigenschaften ähnlich denen der Matten mit zufällig orientierten, geschnittenen Fasern, da die Zugeigenschaften in beiden Richtungen gleich sind. Tabelle 1 Art der Matte aus geschnittenen Glasfasern im Compositewerkst. Testrichtung Zugfestigkeit (psi x 10³) x 7 N/mm² Zugmodul (psi x 10&sup6;) x 700 N/mm² Matte aus zufällig orientierten, geschnittenen Glasfasern Matte aus zufällig orientierten, geschnittenen Glasfasern mit hier alternierenden 0º, 90º Schichten Längsrichtung Querrichtung Beachte: Alle Kompositwerkstoffe enthalten 50 % Glasfasergewichtsanteil.
In Tabelle 2 werden die Zug- und Biegeeigenschaften einer zweiten Gruppe von gemäß der Erfindung hergestellten Kompositwerkstoffen mit Kompositwerkstoffen als kommerziell erhältlichen Matten aus zufällig verteilten Glasfasern verglichen. Alle Biegemessungen wurden nach dem Standard ASTM D 790-84a "Standard Test Methods for Flexurals Properties of Unreinforced and Reinforces Plastics and Electrical Insulating Materials" durchgeführt. Die Zugversuche wurden nach dem Standard ASTM D 638-84 "Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics" durchgeführt. Der Gewichtsanteil der Glasfasern bei diesen Matten variierte zwischen 36 % und 41 %. Die Kompositwerkstoffstärke stieg proportional mit dem Glasfaseranteil an. Der Glasfaseranteil der Kompositwerkstoffe aus Matten mit orientierten, geschnittenen Fasern war größer als der von Matten mit zufällig orientierten, geschnittenen Fasern, da ausgerichtete Glasfaserstränge eine dichtere Packung der Glasfaserverstärkung in einem vorgegebenen Volumen des Kompositwerkstoffes erlauben.
Alle Ergebnisse sind in Längsrichtung. Die Zugfestigkeit der Kompositwerkstoffe der vorliegenden Erfindung sind im Durchschnitt 99 % höher, während die Biegefestigkeit im Durchschnitt 100 % höher als Werte der bekannten Kompositwerkstoffe aus Matten mit zufällig verteilten, geschnittenen Fasern. Tabelle 2 Art der geschnittenen Glasfasern in den Compositewerkst. Anteil der Glasfasern (%) Testrichtung Zugfestigkeit (psi x 10³) x 7 N/mm² Zugmodul (psi x 10&sup6;) x 700 N/mm² Biegefestigkeit (psi x 10³) x 7 N/mm² Biegemodulus (psi x 10&sup6;) x 700 N/mm² Zufällig orientiert orientiert bekanntes Beispiel zufällig orientiert Längrichtung
Während ausgewählte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt, da viele Modifikationen herstellbar sind. Es wird daher festgestellt, daß die vorliegende Erfindung jede und alle solche Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche umfaßt.

Claims

1. Vorrichtung (10) zur Herstellung von Matten (30) aus orientierten, geschnittenen Fasern aus einer Faser-Beschickungsmenge (41, 42), wobei die Matten (30) in der Herstellung von Produkten mit gerichteten Eigenschaften verwendet werden, mit einer Einrichtung (44) zum Erhöhen der Leitfähigkeit einer Kaskade einer Beschickungsmenge geschnittener Fasern (24), einer elektrisch isolierenden Übertragungsfläche (25) mit einem Ausgabeende, wobei die Oberfläche (25) die Kaskade der Fasern (24) aufnimmt, einer Einrichtung (27, 28, 29) zum Erzeugen und Aufrechterhalten eines gerichteten elektrischen Feldes oberhalb der auf der Übertragungsfläche (25) gebildeten Matte (30), um die geschnittenen Fasern (24) der Kaskade zu orientieren, und mit einer Oberfläche zum Aufnehmen der Matte, die in der Nähe des Ausgabeendes der Übertragungsfläche (25) angeordnet ist, um die Matte (30) aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung von Fasermatten (30) aus einer Beschickungsmenge (41, 42) nicht-leitender Fasern die Einrichtung (44) zum Erhöhen der Leitfähigkeit eine Einrichtung zur Kondensation eines elektrisch leitendes Material enthaltenden Gases aufweist, um eine leitende Beschichtung auf den geschnittenen Fasern (24) zu bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leitfähigkeit der geschnittenen Fasern (24) auf einen Wert erhöht ist, der im Bereich von etwa 0,2 picosiemens bis etwa 10 nanosiemens liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fasern (24) aus der Gruppe ausgewählt wurden, die besteht aus Glasfasern, Polypropylän, gestrecktes Ketten-Polyäthylen, Aramid, Polyamid, Acronitril, Nylon, Rayon, Baumwolle, Jute, Sisal, Holz, Bor, Keramik und Asbest.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einrichtung (44) zum Erhöhen der Leitfähigkeit der Faser-Beschickungsmenge (40, 41, 42) eine Kammer (46) aufweist, durch die die Beschickungsmenge (40, 41, 42) hindurchtreten kann, wobei die Kammer (46) eine Einrichtungen zum Kontrollieren der darin herrschenden Temperatur und relativen Luftfeuchtigkeit aufweist, um Feuchtigkeit an der Faser-Beschickungsmenge (40, 41, 42) zu kondensieren.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Temperatur innerhalb der Kammer in einem Bereich von etwa 38ºC (100ºF) bis etwa 205ºC (400ºF) gehalten ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die in der Kammer (46) aufrechterhaltene, relative Feuchtigkeit im Bereich von etwa 30% bis etwa 100% liegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einrichtung (44) zum Erhöhen der Leitfähigkeit der Faser-Beschickungsmenge (40, 41, 42) die Vorbehandlung der Beschickungsmenge mit einem in Wasser ionisierbaren Gas umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Gas aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Ammoniak, Schwefeldioxid und Chlor.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einrichtung (44) zum Erhöhen der Leitfähigkeit der Faser-Beschickungsmenge die Vorbehandlung der Beschickungsmenge mit einem antistatischen Mittel umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das antistatische Mittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Salzen schwacher Säuren, Azetaten, Boraten, Fettsäureamiden, Ammoniumsalzen schwacher Säuren und quartären Ammoniumverbindungen mit anorganischen Radikalen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zusätzlich eine Einrichtung (23) zum Schneiden der Faser-Beschickungsmenge (40, 41, 42) vorgesehen ist, um die Kaskade geschnittener Fasern (24) zu bewirken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Einrichtung (23) zum Schneiden der Faser-Beschickungsmenge (40, 41, 42) einen Schneidapparat aufweist, der einen rotierenden Schneidkopf mit einer Mehrzahl in Umfangsrichtung angeordneter Messer aufweist, um die Faser-Beschickungsmenge zu geschnittenen Fasern vorbestimmter Länge zu schneiden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Länge der geschnittenen Fasern (24) im Bereich von etwa 1,6mm (1/16 Inch) bis etwa 152mm (6 Inch) liegt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Übertragungsfläche (25) für das gerichtete elektrische Feld im wesentlichen durchlässig ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Einrichtung (27, 28, 29) zum Erzeugen und Aufrechterhalten eines gerichteten elektrischen Feldes mindestens zwei im wesentlichen parallele, leitende Stangen (27, 28, 29) aufweist, die in einer Ebene parallel zur und unter der Übertragungsfläche (25) angeordnet sind, wobei benachbarte Stangen (27, 28, 29) eine entgegengesetzte Ladung aufweisen, und wodurch das gerichtete elektrische Feld zwischen ihnen erzeugt wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Winkel der leitenden Stangen (27, 28, 29) relativ zur Richtung der Bewegung der Matte (30) die Orientierung der geschnittenen Fasern (24) innerhalb der Matte (30) bestimmt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei zusätzlich ein Paar von zueinander beabstandeten Elektroden vorgesehen ist, die unter der Übertragungsfläche (25) angeordnet sind, wobei die Elektroden eine zueinander entgegengesetzte Polarität und jede Elektrode eine Polarität aufweist, die gleich ist derjenigen einer zugeordneten, leitenden Stange (27, 28, 29), die direkt unterhalb der zugeordneten Elektrode gleicher Polarität angeordnet ist, wodurch das elektrische Feld ausgedehnt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Elektroden im wesentlichen parallele Plattenelektroden sind, die etwa parallel zu den zugeordneten leitenden Stangen (27, 28, 29) in der Übertragungsfläche (25) angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Elektroden ein Paar paralleler, zweiter, leitender Stangen sind, die parallel zu den ersten, leitenden Stangen (27, 28, 29) angeordnet sind, wobei die zweiten Stangen eine entgegengesetzte Ladung aufweisen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die zweiten leitenden Stangen drehbar sind, um die Ansammlung geschnittener Fasern (24) auf ihnen zu verhindern.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die zweiten leitenden Stangen die Oberfläche der Matte (30) berühren.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das elektrische Feld eine Stärke im Bereich von etwa 1000 V/Inch bis etwa 12000 V/Inch aufweist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Oberfläche (25) zum Aufnehmen der Matte ein durch einen Motor angetriebenes, endloses Band ist.

24. Verfahren zum Herstellen einer nicht-gewebten Matte (30) aus einer Faser-Beschickungsmenge (41, 42) mit den Verfahrensschritten des Erhöhens der Leitfähigkeit der Beschickungsmenge (41, 42), des Schneidens der Beschickungsmenge (41, 42) in Fasern (24) vorbestimmter Länge, des Fallenlassens der geschnittenen Fasern (24) unter Einfluß der Schwerkraft durch ein gerichtetes elektrisches Feld genügender Stärke, um die Fasern (24) im wesentlichen parallel zu einer vorbestimmten Orientierungsachse auszurichten, des Ansammelns der orientierten Fasern (24) auf einer Übertragungsfläche (25) um eine orientierte, nicht-gewebte Matte (30) zu schaffen, und des Verursachens, daß in der Matte (30) auf der Übertragungsfläche (25) ein elektrischer Strom fließt, um ein gerichtetes elektrisches Feld unmittelbar oberhalb der Matte (30) im wesentlichen parallel zur gewünschten Orientierung zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit einer elektrisch nicht-leitenden Faser-Beschickungsmenge (41, 42) durch die Kondensation eines elektrisch-leitendes Material enthaltenen Gases auf der Faser-Beschickungsmenge (41, 42) erhöht wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Leitfähigkeit der Fasern (24) im Bereich von etwa 0,2 picosiemens bis etwa 10 nanosiemens liegt.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, wobei die Fasern (24) ausgewählt wurden aus der Gruppe, die besteht aus Glasfasern, Polypropylen, gestrecktes Kettenpolyäthylen, Aramid, Polyamid, Acronitril, Nylon, Rayon, Baumwolle, Jute, Sisal, Holz, Bor, Keramik und Asbest.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei der Verfahrensschritt des Erhöhens der Leitfähigkeit der Beschickungsmenge (41, 42) die Kondensation von Feuchtigkeit auf der Faser-Beschickungsmenge (41, 42) umfaßt, indem die Beschickungsmenge (41, 42) durch eine Kammer (46) mit kontrollierter Temperatur und Feuchtigkeit hindurchgeführt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Temperatur innerhalb der Kammer (46) in einem Bereich von etwa 38ºC (100ºF) bis etwa 205ºC (400ºF) aufrechterhalten wird.

29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, wobei die in der Kammer (46) aufrechterhaltene, relative Feuchtigkeit im Bereich von etwa 30% bis etwa 100% liegt.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei der Verfahrensschritt des Erhöhens der Leitfähigkeit der Faser-Beschickungsmenge (41, 42) eine Vorbehandlung der Beschickungsmenge (41, 42) mit einem in Wasser ionisierbaren Gas umfaßt.

31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Gas ausgewählt wurde aus der Gruppe, die besteht aus Ammoniak, Schwefeldioxid und Chlor.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei der Verfahrensschritt des Erhöhens der Leitfähigkeit der Faser-Beschickungsmenge (41, 42) eine Vorbehandlung der Beschickungsmenge (41, 42) mit einem antistatischen Mittel umfaßt.

33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das antistatische Mittel ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Salzen schwacher Säuren, Azetaten, Boraten, Fettsäureamiden, Ammoniumsalzen schwacher Säuren und anorganische Radikale enthaltenden, quartären Ammoniumverbindungen.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 33, wobei der Schritt des Schneidens der Beschickungsmenge (41, 42) in Fasern (24) vorbestimmter Länge die Verwendung einer Schneidmaschine (23) umfaßt, die einen rotierenden Schneidkopf mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung angeordneter Messer hat, um die Beschickungsmenge in eine vorbestimmte Länge zu schneiden.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 34, wobei die Länge der Fasern (24) im Bereich von etwa 1,6mm (1/16 Inch) bis etwa 152mm (6 Inch) liegt.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verfahrensschritt des Ansammelns der orientierten Fasern (24) auf einer sich bewegenden Oberfläche (25), um eine nicht gewebte Matte (30) zu bilden, zusätzlich der Verfahrensschritt des Behandelns der Matte (30) init einem Binder zum geeigneten Aufrechterhalten des Zusammenhalts der Matte (30) vorgesehen ist.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 36, wobei die Matte (30) durch anisotrope Elastizitätsmodule bezüglich Spannung und Biegung innerhalb der Ebene der Matte (30) gekennzeichnet ist.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 36, wobei die Matte (30) durch einen Orientierungsindex gekennzeichnet ist, der im Bereich von etwa 2:1 zu etwa 100:1 liegt.

39. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 38, wobei das elektrische Feld eine Stärke aufweist, die im Bereich von etwa 25 V/m (1000V/Inch) bis etwa 305 V/mm (12.000V/Inch) liegt.

40. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 39, wobei die Übertragungsoberfläche (25) ein motorgetriebenes, endloses Band ist.