DE19756209C2

DE19756209C2 - Technische Grobgarne und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE19756209C2
Application number: DE1997156209
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Grosmann; Reiner Schrei
Original assignee: Frenzelit Werke GmbH
Current assignee: Frenzelit Werke GmbH
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: DE19756209A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Grobgarn für den technischen Einsatz sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Insbesondere betrifft die Erfindung ein neuartiges Reibbelagsgarn sowie ein hochtemperaturbeständiges Garn. Dieses Garn weist im Garnverbund keine oder nur sehr begrenzte Drehung auf. Der Zusammenhalt dar Fasern erfolgt nur über den spiralförmig um das Garn gelegten Umwindefaden und der Eigenreibung der Fasern bzw. Komponenten untereinander.

Im Gegensatz zu anderen Spinnverfahren wird der Zusammenhalt nicht durch Garndrehung (Zusammendrehen der Komponenten wie Einzelfasern, Rovings, Garne) erzielt wie beim Openend(OE)-Spinnen, Ringspinnen, Drefverfahren, Zwirnen etc.

Die erfindungsgemäßen Reibbelagsgarne können in jeglicher Zusammensetzung für Reibbelagwerkstoffe hergestellt werden.

Die neuen hochtemperaturbeständigen Garne sind zum Ersatz von hochtemperaturbeständigen Materialien wie Keramikgarnen gedacht und können z. B. zu Packungen, Schnüren, Seilen, Geweben und Gestricken weiterverarbeitet werden.

Hochtemperaturbeständige Garne, die als Isolationsmaterial eingesetzt werden, sind bekannt, z. B. unter der Bezeichnung "Isokeram", hergestellt aus geschleuderten, keramischen Stapelfasern mit Prozeßfasern über einen Krempel- und Spinnprozeß und eventuell zusätzliche Zwirnprozesse. Als zusätzliche Festigkeitsträger werden Glasfilamente oder Stahldrähte beim Spinnprozeß eingearbeitet. Diese Garne und die daraus hergestellten Textilien haben den Vorzug, ein hohes Volumen zu besitzen und damit gute Isolationseigenschaften aufzuweisen. Ein Nachteil derartiger Keramikfasern ist jedoch, daß diese auch Fasern mit einer Dicke vom 3 µm und kleiner enthalten, die toxikologisch ähnlich gesundheitsgefährdend sein können wie Asbestfasern.

In der DE 42 21 001 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von hochtemperaturbeständigen Garnen oder Zwirnen, bestehend aus 60 bis 95 Gew.-% Glasfasern und 5 bis 40 Gew.-% organischen Prozeßfasern, beschrieben. Bei den dortigen Garnen handelt es sich um Ringgarn oder Open-End-Garn.

Der Nachteil von Produkten aus Rovings und Zwirnen, die sowohl untexturiert als auch texturiert zum Einsatz kommen können und vorrangig aus Glas- oder Silikatmaterial hergestellt werden, ist die sehr hohe Packungsdichte, trotz des Texturierprozesses, und damit das relativ geringe Isolationsvermögen und die dadurch entstehenden hohen Materialkosten pro laufenden Meter und/oder Flächeneinheit.

Auch Reibbelagsgarne werden heutzutage noch in üblicher Weise durch Krempeln oder Kardieren und übliches textiltechnisches Spinnen und Zwirnen zu einem Garn oder Core-Garn versponnen. Nachteilig ist jedoch bei derartig hergestellten Reibbelagsgarnen, daß bei ihrer Verwendung zu Reibbelagswerkstoff-Zusammensetzungen das Eindringen von Tränkflüssigkeiten und Reibzement bis zum Kern des Garnverbundes durch die entgegenwirkenden Garndrehungen behindert wird. Deshalb wird häufig ein Zwirnprozeß für diese Garnkonstruktion gewählt, welcher der Spinndrehung entgegengesetzt gerichtet ist, um bessere Tränkaufnahme zu erzielen.

Die Herstellung von Stapelfasergarn nach der Technik des Umwindespinnens ist schon lange bekannt. Ein Verfahren zur Herstellung von Umwindegarn ist beispielsweise in der DE 24 28 483 B2 beschrieben. Andere Patentanmeldungen wie z. B. DE 28 33 326 A1, DE 29 02 404 A1 und DE 29 13 762 A1 befassen sich unter anderem mit der Verbesserung des Prozeßablaufs hinsichtlich Garnqualität und Fadenbrüchen.

Aufgabe der Erfindung war es daher, hochtemperaturbeständige Grobgarne zu entwickeln, die in einem Arbeitsschritt nach dem Krempeln hergestellt werden können. Im Fall von Reibbelagsgarnen wird bei ihrer Anwendung durch das Tauchen in Tränkflüssigkeit und Reibzement das Einarbeiten dieser Materialien bis zum Kern des Garnverbundes nicht durch störende, dem Eindringen entgegenwirkende Garndrehungen behindert. Im Falle der hochtemperaturbeständigen Garne bzw. der daraus hergestellten Gewebe, Gestricke, Geflechte und Seile sollen diese bei ausreichender Temperaturbeständigkeit ein höheres Volumen als z. B. texturiertes Glasfasergarn aufweisen, keine kritischen Faserdurchmesser im Bereich unter 3 µm enthalten und trotzdem eine sehr hohes Isolationsvermögen aufweisen. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung der vorgenannten hochtemperaturbeständigen Grobgarne angegeben werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Grobgarn gemäß Anspruch 1, das erhalten wird durch ein übliches Aufbereiten des Fasermaterials und Krempeln der Fasern, Abziehen eines Faserbandes und Herstellen von Stapelfasergarn nach der Technik des Umwindespinnens. Das hergestellte Grobgarn besteht aus einem von einem Umwindefaden aus Metall schraubenförmig umwundenen, ungedrehten Spinnfaserbündel. Der von der Spule einer Hohlspindel ablaufende Umwindefaden und das aus einem Lieferwalzenpaar austretende Spinnfaserbündel werden durch die Hohlspindel geführt. Dabei wird dem Spinnfaserbündel bzw. den aus dem Lieferzylinderpaar austretenden Materialien zwangsläufig ein Falschdraht erteilt. Der Umwindefaden wird von der Hohlspindel abgezogen und um das Faserbündel gewunden und das Ganze später als Parallelgarn nach dem Durchlauf des Abzugswalzenpaares (hier löst sich der Falschdraht auf) aufgewickelt.

In Anspruch 7 wird ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen hochtemperaturbeständigen Grobgarns angeben.

Die erfindungsgemäßen Garne können in Reibbelagswerkstoffzusammensetzungen bzw. zur Herstellung von Packungen, Schnüren, Geweben, Gestricken, Seilen oder gewebten Bändern verwendet werden.

In den übrigen Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung angegeben.

Es hat sich gezeigt, daß der entscheidende Vorzug des erfindungsgemäßen Grobgarns darin liegt, daß die Fasern bzw. Materialien wie z. B. Garne, Zwirne, Rovings, die dem Streckwerk als Krempelband oder Kardenband oder dem Lieferwerk zugeführt werden, im späteren Garnverbund keine oder nur sehr begrenzte zusätzliche oder geringere Drehung aufweisen. Der Zusammenhalt der Fasern erfolgt nur über den spiralförmig um das Garn gelegten Umwindefaden, d. h. durch Pressung des Umwindefaden und dessen Eigenreibung. Dies ist besonders bei den erfindungsgemäßen Reibbelagsgarnen wichtig, da hierdurch das Eindringen von Tränkflüssigkeit und Reibzement bis zum Kern des Garnverbundes nicht durch störende, dem Eindringen entgegenwirkende Garndrehung behindert wird. Durch die erfindungsgemäße Auswahl von Faseraufbereitungsanlagen und Einsatz der angegebenen Rohstoffe können durch spezifische Einstellungen der Umwinde-Spinnmaschine (Umwindedrehungen: 25 bis 300 Drehungen/Meter) und spezielle, auch negative Anspannverzüge hohe Liefergeschwindigkeiten erreicht werden und ein Reibbelagsgarn oder ein hochtemperaturbeständiges Garn bereits in einem Arbeitsgang hergestellt werden.

Prinzipiell unterscheidet sich das erfindungsgemäße hochtemperaturbeständige Grobgarn von Ring- und Rotorgarn dadurch, daß die Stapelfasern oder das über das Lieferwerk zugeführte Material bis auf die Drehungen des Umwindefadens nahezu ungedreht bleiben und dadurch ihren ursprünglichen Charakter (Bauschigkeit, Volumen, und somit Saugfähigkeit), der für die Weiterverarbeitung auch der Reibbelagsgarne wichtig ist, unverändert beibehalten.

Der parallele Faserverband wird durch einen Metallfaden zusammengehalten. Die Begrenzung der Spindeldrehzahl wird hauptsächlich durch das Kopsgewicht und den Umwindefaden sowie die zu verstreckende Fasermischung bestimmt. Der Fadenverlauf ist gerade, Einschränkungen durch Ring und Läufer entfallen. Der Umwindefaden bildet einen freien Fadenballon mit geringem Luftwiderstand. Bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Parallelspinnverfahren handelt es sich daher um ein äußerst wirtschaftliches, hochproduktives Spinnverfahren.

Erfindungsgemäß können als Prozeßfasern alle textilen Fasern versponnen werden. Hier bieten sich synthetische Fasern wie Polyamid, Polyester, Polyacryl, Polypropylen usw., Celluluosefasern wir Viskose und Naturfasern wie Wolle, Baumwolle, Flachs und Leinen bzw. deren Mischungen an.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Materialien beispielsweise aus Polyamid, Viskose etc. haben Faser-Titer von vorzugsweise 0,8 bis 9 dtex. Glasfasern und Silikatfasern bewegen sich in Durchmesserbereichen von vorzugsweise 6 µ bis 15 µ und Garn/Rovingtitern von 34 tex bis 2400 tex. Kommen geschnittene, gerissene oder natürliche Fasern zum Einsatz, so beträgt die genannte Schnittlänge mindestens 20 mm, Ausnahmen bilden hier Recycling-Rohstoffe und sie ist nach oben hin durch das zur Anwendung kommende Kardier/Krempelverfahren und das eingesetzte Streckwerk begrenzt. Die Skala der verfügbaren Titer läßt sich besonders nach der groben Seite hin beliebig fortsetzen. Darüber hinaus sind Filamente aus Rayon, Polypopylen, Polyacryl und Polyvinylalkohol verwendbar. Filamente sind sowohl in mono- als auch multifiler Ausführung einsetzbar. Multifilamente sind bei gleicher Feinheit weniger steif als Monofilamente.

Erfindungsgemäß können als hochtemperaturbeständige Fasern m- und/oder p-Polyaramid- Stapelfasern und/oder Polyaramid-Regeneratfasern versponnen werden. Weiterhin ist es aber auch möglich, hochtemperaturbeständige aramidähnliche Fasern wie Basofil® oder Kynol® zu verspinnen. Es ist aber auch gleichwohl möglich, Mischungen der vorgenannten Fasern zum Spinnen einzusetzen.

Beispielsweise können die Aramid-Stapelfasern Faserlängen von 63 mm und Faserfeinheiten von 1,7 dtex oder 2,2 dtex in ganz besonders bevorzugten Beispielen aufweisen.

Die beigefügte Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zu Herstellung des erfindungsgemäßen Grobgarns. Den Bezugsziffern kommt folgende Bedeutung zu:

Bezugszeichenliste

1

Lieferzylinderpaar

2

Fasermaterial

3

Streckwerk

4

Hohlspindel

5

Spule mit umwindendem Metallfaden

6

Abzugszylinderpaar

7

Grobgarn

8

Grobgarnspule

8

Friktionstrommel

10

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann man hier C- oder E-Glasfaserbänder oder Metall- oder Glasfäden oder aber auch PTFE- Fasern oder Garne zulaufen lassen und/oder Streckwerk und Beilauffäden kombinieren.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.

Die Garnherstellung erfolgt dann direkt ab Faserband. Das Parallelgarn wird, wie dies in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, hergestellt. An der Stelle 10 werden noch Glasfaserbänder und/oder beliebige Beilauffäden, z. B. aus Metall, zulaufen lassen.

Beispiel

Im folgenden soll die Herstellung eines hochtemperaturbeständigen Grobgarnes beschrieben werden, das zur Herstellung von Packungen, Seilen, Geweben, Gewirken oder gewebten Bändern verwendet werden soll.

Als Ausgangsmaterial wird hitzebeständiges Fasermaterial (0,9 bis 9 dtex) oder Glasfasern mit 6-15 µm Faserdurchmesser eingesetzt. Ebenso können handelsübliche geschnittene Glasfasern oder nachbehandelte Glasfasern und Silikatfasern eingesetzt werden, um höhere Temperatur beständigkeiten zu erzielen.

Die eventuell säurebehandelten Fasern oder Fasermischungen werden in einer Menge von vorzugsweise 85 Gew.-% der Gesamtmenge mit der Prozeßfaser gemischt und gekrempelt, wobei Lunten von bis zu 20.000 tex hergestellt werden. Von der Krempel/Karde werden dann Bänder abgezogen und mit Hilfe des Parallelspinnverfahrens ein Parallelgarn hergestellt. Selbstverständlich ist auch der Einsatz von Faserbändern (z. B. C-Glasfaserband in unterschiedlichsten Titern, vorrangig jedoch 500 bis 2000 tex) möglich.

An Stelle 10 laufen noch Metalldrähte als Beifaden zu.

Das Parallelgarn bzw. die Faserbänder wird bzw. werden beim Durchgang durch eine Hohlspindel von einem von einer Spule der Hohlspindel ablaufenden Umwindefaden aus Metall umwunden.

Die erfindungsgemäßen Reibbelagsgarne aus dem Beispiel können in jeglichen Reibbelags werkstoffzusammensetzungen eingesetzt werden. Die Menge an verwendeter Faser (Volumenmenge) liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 60%. Die Reibbelags werkstoffzusammensetzung umfaßt also, wie gesagt, im wesentlichen die Verstärkungsfaser bzw. die Garne, polymeres Bindemittel und aus Partikel bestehende Materialien, bei dem das polymere Bindemittel aus Kautschuk und gegebenenfalls Kunstharz besteht. Dieser Kautschuk ist ein wärmebeständiges Kautschuk-Polymer das zusammengesetzt ist aus Einheiten, die sich von Ethylen und Propylen ableiten. Beispielsweise kann eine Reibbelagswerkstoff-Formulierung die folgenden unten in der Tabelle gezeigten Bestandteile aufweisen:

Kautschuk (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer) = EPDM

Volumenteile	43
Phenolisches Kunstharz	9 Volumenteile
Härtungsmittel	2 Volumenteile
Reibbelagsgarn	16 Volumenteile
Schleifpulver	6 Volumenteile
Barryt	10 Volumenteile
Ruß	6 Volumenteile
Reibmodifizierungsmittel	8 Volumenteile

Aus dieser Zusammensetzung wurden Testklötze, d. h. Bremsklötze gefertigt. Sie wiesen einen mittleren Reibungkoeffizienten von 0,3 auf, gemessen bei eine Schließkraft von 25 N/cm² gegen eine gegossene Bremsscheibe aus Eisen unter einem simulierten Abstoppen von 200 kg/Stunde und einem Verdichtungsmodus von 6,8 × 10⁷ Pa.

Claims

1. Hochtemperaturbeständiges Grobgarn für technische Zwecke, bestehend aus einem Parallelgarn mit den Komponenten

a) 90 bis 10 Gew.-%, insbesondere 80 bis 30 Gew.-%, organische Prozeßfaser,
b) 10 bis 90 Gew.-%, insbesondere 20 bis 70 Gew.-%, m- und/oder p-Polyaramid- Stapelfaser und/oder Polyaramid-Regeneratfaser und/oder Glas-/Silikatfasern und/oder hochtemperaturbeständige, polyaramidähnliche Fasern, jeweils bezo gen auf die Prozeßfaser, und
c) gegebenenfalls ein Beifaden als Verstärkung aus Glasfilament und/oder Draht oder Stapelfasern,

dadurch gekennzeichnet, daß das Parallelgarn von einem Umwindefaden aus Metall schraubenförmig umwunden ist.

2. Grobgarn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßfasern (a) organi sche Textilfasern, insbesondere synthetische Fasern, wie Polyamid-, Polyester-, Po lyacryl-, Polypropylen-Fasern, Cellulosefasern, Viskosefasern, EVA-, EEA-, PBV- oder PIB-Fasern, Naturfasern und/oder deren Gemische sind.

3. Grobgarn nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beifaden aus Messing, Kupferdraht, Stahl oder Kohlefasern besteht.

4. Grobgarn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente (b) aus 10 bis 90 Gew.-%, insbesondere 20 bis 70 Gew.-%, Glas- oder Silikatfasern mit einem Min destfaserdurchmesser von mehr als 3 µm, insbesondere 6 µm bis 13 µm, besteht.

5. Grobgarn nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glas- oder Silikatfasern eine hohe Temperaturbeständigkeit, insbesondere von mehr als 250°C, aufweisen.

6. Grobgarn nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Material gehalt aus 80 bis 90 Gew.-% Mineralfasern mit 6 bis 14 µm Faserdurchmesser und Fa serlängen von 20 bis 180 mm, insbesondere 50 bis 150 m, zusammen mit 10 bis 20 Gew.-% Prozeßfasern mit Faserfeinheiten von 0,8 dtex bis 15 dtex und für organische Stapelfasern mit üblichen Fasernlängen neben ggfs. Seelen besteht.

7. Verfahren zur Herstellung von hochtemperaturbeständigem Grobgarn, insbesondere von Grobgarn nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß man die Fasern in üblicher Weise aufbereitet und einem Krempel- und Kardierprozeß unterzieht, ein Faserband abzieht und ein Stapelfasergarn herstellt, welches nach der Technik des Umwindespinnens zu einem Parallelgarn ver arbeitet wird, das aus einem von einem Umwindefaden aus Metall schraubenförmig umwundenen, ungedrehten Spinnfaserbündel oder C-Glasfaserband besteht, wobei der von der Spule mindestens einer Hohlspindel ablaufende Umwindefaden und das aus einem Lieferwalzenpaar austretende Faserbündelmaterial durch die Hohlspindel ge führt werden, dem Spinnfaserbündel zwangsläufig einen Falschdraht erteilt und der Umwindefaden um das Faserbündel gewunden und später aufgewickelt wird, wobei man Umwindedrehungen von 25 bis 300 Drehungen/m und negative Anspannverzüge einstellt, so daß Liefergeschwindigkeiten von 40 bis 150 m/min erreicht werden.