CH439205A - Verfahren und Einrichtung zum Tränken von strangförmigem Material - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Einrichtung zum Tränken von strangförmigem Material
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tränken von strangförmig vorliegendem Material im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formkörpern, insbesondere zum Einbetten des Fasermaterials in verfestigbares Kunstharz, und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.



   Das Wickeln von Faden- oder Strangmaterial wird bei der Herstellung von faserverstärkten Teilen, wie Rohren, Druckgefässen und Gehäusen von Flugkörpern angewendet. Daraus ergibt sich der Bedarf an einem einfachen und wirksamen Verfahren das gleichmässige, wiederholbare Ergebnisse erbringt und befriedigende chemische und mechanische Eigenschaften des Endproduktes ergibt.



   Eine der Schwierigkeiten bei der Entwicklung eines zufriedenstellenden Verfahrens zum Wickeln von Strangmaterial bestand darin, eine angemessene Durchtränkung der Stränge zu erzielen. Dies ist eine wichtige Voraussetzung, da eine ungenügende Benetzung der Fasern einzelne Stellen hinterlässt, die nur wenig Imprägnierung enthalten, wodurch das fertige Teil die notwendige chemische und mechanische Festigkeit nicht besitzt. Die Schwierigkeit bei der Erzielung einer genügenden Benetzung ergibt sich daraus, dass bei den gegenwärtig verfügbaren Geräten die Fasern in einem Seil-ähnlichen Bündel durchlaufen und das Bindemittel viele Schichten durchdringen muss, um die inneren Fasern zu tränken.



   Eine weitere Schwierigkeit bei den bisher verfügbaren Verfahren ergibt sich daraus, dass der Faserstrang beim Aufbringen des Bindemittels einen hohen Überschuss an Bindemitteln aufnimmt. Dieser   Überschuss    muss vor der Weiterbehandlung des Bindemittels auf physikalischem Wege von den Fasern entfernt werden.



  Die verfügbaren Verfahren zur physikalischen Entfernung dieses Überschusses, wie z.B. das Abstreifen durch eine Streichklinge, verringern die Festigkeit der Fasern und bewirken Unregelmässigkeiten in der Wicklung.



   Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren vor, bei dem die beschriebenen Schwierigkeiten vermieden oder bewältigt werden. Gemäss der Erfindung werden gleichmässig imprägnierte Fasern mit einer bestimmten aufgebrachten Harzmenge dadurch erzielt, dass der Faserstrang unter Spannung zu einem flachen Band ausgebreitet und das Bindemittel auf den so ausgebreiteten Strang aufgebracht wird, vorzugsweise derart, dass aufeinanderfolgende Abschnitte des Stranges nacheinander ausgebreitet und in eine Schicht des Bindemittels hineingedrückt werden. Zur Herstellung der Formkörper können die so getränkten Faserstränge auf eine Form aufgewickelt werden, wo man das Bindemittel verfestigen lässt.



   Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung dieses neuen Verfahrens ist gekennzeichnet durch mindestens eine Walze, welche drehbar gelagert ist und in ein Bad von Bindemittel eintaucht, sowie eine Vorrichtung, welche den Faserstrang unter Spannung an die Walze anpresst und über diese hinwegführt.



   Die Fasern können von feststehenden Hapeln od. dgl. mit einzeln regelbarer Spannung über die Walzen der Imprägniereinrichtung auf eine Wickelform geführt werden. Dadurch, dass die Fasern unter Spannung geführt werden, werden die einzelnen Fasern beim Aufliegen an den Imprägnierwalzen flach ausgebreitet und bilden somit ein auseinandergespreiztes Band seitlich einander berührender Fasern von der Dicke etwa eines Stranges.



  Die Spannung der Fasern in der Berührungszone mit den   Imprägnierwalzen    dient nicht nur dazu, die Fasern in die Form eines flachen Bandes zu bringen, und damit eine grössere Oberfläche der Fasern der Wirkung der Imprägnierwalzen auszusetzen, sondern zieht auch die Fasern in das Harz und verbürgt damit eine bessere Benetzung der Fasern und ein grösstmögliches Eindringen des Harzes in die Faserstränge.



   Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind die Imprägnierwalzen an ihren beiden Enden mit je einem   Umfangswulst ausgestattet. Vorzugsweise sind an diesen Walzen Abstreichblätter angeordnet, die elastisch gegen ihre Umfangswülste gedrückt sind. Die Höhe der Wülste bzw. die Tiefe der dadurch gebildeten Rille bestimmt die Dicke der Schicht in der das Harz auf die Fasern aufgetragen wird.



   Wenn auch die Verwendung einer einzigen Walze schon befriedigende Ergebnisse erbringt, sind oft weitere Walzen vorteilhaft um die Berührung von Faser und Harz zeitlich zu verlängern und damit eine grösstmögliche Benetzung der Faser sicherzustellen. Für den normalen Betrieb hat es sich gezeigt, dass drei Walzen am günstigsten sind. Ausser der Anzahl der Walzen kann auch deren Durchmesser und die Tiefe der Anbringung der selben verändert werden, um verschiedene Zeiten der Berührung zu erzielen. Durch die Verwendung der beschriebenen Walzen ist es möglich die Aufnahme des Harzes zu regulieren.

   Das bedeutet, dass für jedes verwendete Harz dessen Aufnahme durch die Wahl der Rinnentiefe so reguliert werden kann, dass kein   Überschuss    an Harz entsteht, wodurch der Gehalt der Fasern an Harz mechanisch reguliert wird und der Einfluss verschiedener Viskosität und Benetzungsfähigkeit des Harzes ausgeglichen wird. Weiterhin ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemässen Einrichtung die Anwendung von Harzen mit beträchtlich höherer Viskosität als dies bisher möglich war. So können jetzt Harze mit Viskositäten bis zu 10 000 oder   12000    Zentipoise verwendet werden, wogegen bisher verwendete Vorrichtungen eine Anwendung von Harzen mit Viskositäten über 5 000 Zentipoise nicht erlaubten.



   Nach dem Auftragen des Harzes auf die Fasern können diese zusammengefasst und einer Wickelform zugeführt werden. Hierzu kann jede herkömmliche Wikkelform   und -art    zur Anwendung kommen, um eine gewünschte Form zu erhalten. Die Wicklung kann zur Verfestigung des Harzes sofort nachbehandelt werden, oder sie kann abgenommen, gelagert und zu einem späteren Zeitpunkt zur Verfestigung des Harzes nachbehandelt werden.



   Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Glasfasern; es können aber auch andere mineralische Fasern wie Asbest, synthetische Fasern wie Polyamid, Polyester-Fasern wie Dacron, ein verfestigtes Material aus Terephtalsäure und Äthylenglykol, Akrylonitril-Polymere, Rayon, Metalldraht, tierische oder pflanzliche Fasern bearbeitet werden. Das zum Benetzen der Fasern verwendete Harz kann aus jedem herkömmlichen warmverfestigenden Harz bestehen, z.B. aus einem Polyester, Epoxyd, Harnstoff, Melamin, Phenol-Formaldehyd od. dgl.



   Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, die als Beispiel eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung darstellt, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt senkrecht zu den walzenachsen.



   Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.



   Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.



   Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Einrichtung zum Auftragen des Harzes nach der Erfindung besitzt einen Behälter 10 der ein Harz enthält und eine Reihe mit Rillen versehener Walzen 11 und Spannrollen 12. An ihren Enden 13 sind die Walzen 11 in einer Spindel 14 geführt, die die Drehung der Walzen um ihre Längsachse bewirken. Die Walzen 11 sind vermittels einer (nicht dargestellten) Verbindung lösbar an der Spindel 14 befestigt, so dass diese sie antreiben kann. Die Spannrollen 12 sind in ähnlicher Weise an der Seite des Behälters 10 in Schlitzen 15 befestigt, so dass sie in jede Lage entlang diesen Schlitzen 15 eingestellt werden können. Federbelastete Abstreichklingen 16 sind am Behälter 10 angebracht und derart angeordnet, dass sie jeweils an einer Walze 11 deren Rille überdeckend anliegen.



   Die in Fig. 2 dargestellte Walze 11 ist ein zylindrisches Rohr mit einer Stange 17, zweckmässig einer   1/4.,       -    Bohrstange, auf der die Scheiben 18 mit bestimmtem Durchmesser angebracht sind. Der Zwischenraum zwischen den Scheiben 18 wird durch das Rohr 19, das zweckmässig aus rostfreiem Stahl besteht, überbrückt.



  Entlang der äusseren Kanten 20 des Rohres 19 sind Stege 21 befestigt, die damit die Rinne 22 bilden. Das Rohrstück 19 und die Stege 21 können auch aus dem gleichen Rohrstück hergestellt werden, in das die Rinne 22 in der gewünschten Tiefe eingeschnitten wird. Die Stangen 17 sind mittels Buchsen 23 gleitend gelagert, um die Entnahme der Stangen 17 zum Zweck der Reinigung zu erleichtern.



   Die in Fig. 3 dargestellte Spannrolle 12 ist ein zylindrisches Rohr und besteht aus der Stange 30, dem Rohr 31 und der Rolle 32 mit den Kanten 33. Der Stab 30 ist zweckmässig eine   1 Bohrstange    und ist wie in Fig. 2 gleitend gelagert. Das Rohrstück 31 kann ein Rohr aus rostfreiem Stahl von beliebigem Durchmesser sein.



  Die Rolle 32 ist ein broncener Zylinder und ist zur Herstellung der Kanten 33 abgedreht oder rolliert.



   Beim Betrieb der erfindungsgemässen Einrichtung, wie in Fig. 1 dargestellt, werden die Fasern 40 (beispielsweise Glasfasern in Strängen) von einer (nicht dargestellten) Zuführungsvorrichtung unter durch eine (nicht dargestellte) Spannvorrichtung erzeugter Spannung nach dem Behälter 10 geführt.



   Beim Eintritt der Fasern 40 in den Bereich der Aufbringung laufen sie über die erste der Spannrollen 12, die die Fasern ausrichten und den Kontakt der Fasern 40 mit der auftragenden Walze 11 regeln. Darauf werden die Fasern in einem durch die Stellung der Spannrollen 12 in den Schlitzen 15 bestimmten Winkel über die auftragenden Walzen 11 gezogen. Die Auftragewalzen 11 rotieren in Längsrichtung um die Spindel 14 und nehmen aus dem im Tank enthaltenen Harzvorrat 41 Harz auf. Das Harz kann beispielshalter ein flüssiges Harz sein, das durch alkalische Kondensation von Epichlorhydrin und Bis-Phenol A gewonnen wird. Bei ihrer Drehung berühren die Walzen 11 Abstreifklingen 16, die entlang der Kanten 21 der Walzen 11 gleiten und jeglichen Überschuss an Bildemittel von der Rinne 22 entfernen.

   Bei ihrem weiteren Fortschreiten werden die Fasern 40 in den Rinnen 22 über die Walzen 11 gezogen.



  Die durch die Spannvorrichtung bewirkte Spannung breitet die einzelnen Faserstränge aus, wenn diese über die Auftragewalzen laufen und zieht sie in das durch die Rillen 22 aufgenommene Harz. Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung werden die Fasern durch eine Reihe von jeweils drei Spannrollen, Auftragewalzen und Abstreifklingen geführt. Nach der Imprägnierung durch die letzten Walzen werden die einzelnen Fasern zu einer (nicht dargestellten) Bündelvorrichtung geführt, die die einzelnen Fasern in Stränge zusammenfasst, und von dort nach einer (nicht dargestellten) Wickelvorrichtung, die zum Beispiel aus einem vermittels einer drehbaren Welle mit einem auf einer Unterlage wie einem Tisch angebrachten Motor verbundenen Rohr bestehen kann. Der Strang kann durch geeignete Vorrichtungen, die dem   Fachkundigen geläufig sind, auf das Rohr aufgewickelt werden.



   Obgleich die obige Beschreibung nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreibt, wie es in einem besonderen Gerät für die wirksame Durchführung des Wickelprozesses nach der Erfindung gestaltet ist, können daran verschiedene Abänderungen vorgenommen werden, ohne damit die Erfindung zu verlassen. So kann eine grössere oder kleinere Anzahl Walzen verwendet werden. Ebenso kann etwa der Durchmesser der Walzen verändert werden, um eine geänderte   Berührungszeit    der Faser auf der Auftragewalze zu bewirken. Ebenso kann die Stellung der Spannrollen in den Schlitzen verändert werden, um verschiedene Berührungswinkel von Fasern und Walzen zu ergeben.



   Die Werkstoffe, aus denen diese einzelnen Teile der Vorrichtung hergestellt sind, können verändert werden und die verschiedenen Walzen und Spannrollen können hohl oder massiv sein.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zum Tränken von strangförmig vorliegendem Fasermaterial mit einem Bindemittel im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Formkörpern, insbesondere zum Einbetten des Fasermaterials in verfestigbares Kunstharz, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrang unter Spannung zu einem flachen Band ausgebreitet und dass das Bindemittel auf den so ausgebreiteten Strang aufgebracht wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet dass aufeinanderfolgende Abschnitte des Strangs nacheinander flach ausgebreitet und in eine Schicht des Bindemittels hineingedrückt werden.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der getränkte Faserstrang auf eine Form aufgewickelt und auf dieser das Bindemittel verfestigt wird.

   PATENTANSPRUCH II Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspmch I, gekennzeichnet durch mindestens eine Walze (11), welche drehbar gelagert ist und in ein Bad von Bindemittel (41) eintaucht, sowie eine Vorrichtung, welche den Faserstrang unter Spannung an die Walze anpresst über diese hinwegführt.

   UNTERANSPRÜCHE 3. Einrichtung nach Patentanspmch II, dadurch gekennzeichnet, dass Abstreichblätter (16) an den Walzen (11) vorgesehen sind, welche die Dicke der von den Walzen mitgenommenen Bindemittelschicht bestimmen.

   4. Einrichtung nach Unteranspmch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (11) mindestens an einer Seite des zur Aufnahme von Bindemittel bestimmten Bereiches, vorzugsweise an beiden Seiten, einen Umfangswulst (21) tragen, gegen den die Abstreichblätter (16) elastisch angedrückt sind.

   5. Einrichtung nach Patentanspruch IL dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Walzen (11) Spannrollen (12) für den Faserstrang vorgesehen sind, welche diesen gegen die Walzen, den Umschlingungswinkel vergrössernd, andrücken.

   6. Einrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Walzen (11) und Spannrollen (12) parallelachsig sind.

   7. Einrichtung nach Patentanspmch II oder einen der Unteransprüche 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (11) angetrieben sind.