DE726122C

DE726122C - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Faeden aus anorganischen, in der Hitze plastischen Massen, insbesondere Glas

Info

Publication number: DE726122C
Application number: DEN49757D
Authority: DE
Inventors: Games Slayter; Carl G Staelin; John Henry Thomas
Original assignee: Mij Exploitatie Octrooien NV
Current assignee: Mij Exploitatie Octrooien NV
Priority date: 1936-05-28
Filing date: 1937-05-27
Publication date: 1942-10-07
Also published as: NL48179C; GB482090A; CH226880A; BE421808A; FR822336A; DE746157C; US2225667A; GB482085A

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM

7. OKTOBER 1942

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVr 726122 KLASSE 32 a GRUPPE "25

X 49757

sind als Erfinder genannt worden.

in Den Haag, Niederlande

Patentiert im Deutschen Reich vom 28. Mai 1937 an Patenterteilung bekanntgemacht am 20. August 1942

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf diejenigen Verfahren zum Erzeugen von Fäden aus anorganischen, in der Hitze plastischen Massen, insbesondere von Fäden aus Glas, bei welchen die Fäden durch kleine Austrittsöffnungen eines Behälters aus einer in diesem enthaltenen geschmolzenen Masse mechanisch ausgezogen werden.

Die nach den bisher bekannten, mit mechanischem Ausziehen arbeitenden Verfahren hergestellten Glasfäden sind verhältnismäßig brüchig, grob und rauh. Außerdem rissen die Fäden leicht, so daß sich nur verhältnismäßig kurze Fadenlängen ergaben und die Fäden sich nur schwer parallel in Form eines '5 fortlaufenden Fadenbündels zusammenfassen ließen. Dabei war es auch schwierig, 'Fäden von auf ihrer ganzen Länge gleichmäßiger Dicke herzustellen. Die Schwierigkeiten in der Herstellung einwandfreier feiner Fäden waren durch verschiedene Ursachen bedingt. Hierzu gehörte vor allem der große Unterschied zwischen dem Durchmesser des Fadens beim Abziehen aus der Schmelze und seinem endgültigen Durchmesser. Bemühungen, die Fäden sehr fein auszuziehen, scheiterten daran, daß sie vor allen Dingen an der eigentlichen Ziehstelle abrissen. Es war des-

halb nur ein beschränktes Ausziehen, d. h. Dünnermachen der Fäden möglich. Ein weiterer Nachteil war das Ausziehen der Fäden auf einer verhältnismäßig langen Strecke und bei verhältnismäßig niedrigerer Temperatur. Bei diesem Ausziehen über lange Strecken ergaben sich in den Fäden innere Spannungen und dadurch Schwächungen.

Durch das vorliegende mechanische Zieh ίο verfahren sollen diese Nachteile und Schwierigkeiten behoben werden.

Erfindungsgemäß wird die Schmelze η dem Behälter so hoch erhitzt, daß sie wenigstens an den Austrittsöffnungen in einem '5 hochflüssigen Zustande sich befindet, und die aus den Öffnungen austretenden dünnen Ströme der Schmelze werden unmittelbar nach dem Verlassen der Austrittsöffnungen so stark und so schnell künstlich gekühlt, daß ^a° sie mittels mechanischer Vorrichtungen zu feinsten Fäden ausgezogen werden können. Das Abschrecken der Fäden unmittelbar nach Verlassen des die Schmelze enthaltenden Behälters kann dadurch erfolgen, daß ein künstlicher Kühlstrom, Luft, Dampf, Gas, auf die Fäden gerichtet wird. Dabei kann der Blasstrom etwa in der Ziehrichtung der Fäden geleitet werden und mit solchem Druck zur Anwendung kommen, daß er die Ziehwirkung der mechanischen Ziehmittel unterstützt. Der durch ein Gebläse in einem gewissen Abstand von den Austrittsöffnungen des Behälters erzeugte Blasstrom saugt in dem Raum zwischen dem Gebläse und den öffnungen atmosphärische Luft an, welche die aus den Austrittsöffnungen kommenden dünnen Ströme und die daraus sich bildenden Fäden bestreicht und kühlt.

Durch die hohe Temperatur der Schmelze an der Ziehstelle und die sofortige Abkühlung findet die Bildung der Fäden zu ihrer endgültigen Feinheit auf einer ganz kurzen Strecke statt, welche gewöhnlich weniger als 2,5 cm von den Austrittsöffnungen weg Hegt. Hierdurch bilden sich Fäden, die glatt sind, nicht weiter ausgezogen werden und eine hohe Zugfestigkeit besitzen.

Auf die Fäden kann in an sich bekannter Weise zwischen der Erzeugungsstelle und der Zieh- und Wickelvorrichtung Überzugmasse, wie zum Beispiel öl, Wachs, Cellulosederivate, Gummi, Harze, Stärke, Fette, Fettsäuren oder andere geeignete Substanzen, aufgebracht werden, um Unebenheiten, kleine Kratzen und scharfe Stellen, die zum Auftreten von Spannungen und zu Brüchen Anlaß geben, in weitem Maße auszugleichen und eine Erhöhung der Zugfestigkeit der Fäden herbeizuführen sowie schädliche Reibungen zwischen benachbarten Fäden zu vermeiden oder zu verringern.

Das Aufbringen; der Überzugmasse kann in verschiedener Weise erfolgen, z. B. in an sich bekannter Weise durch Aufsprühen. Jedoch ist dieses weniger zu empfehlen, weil sich beim Sprühen kleine Tröpfchen bilden, die im Durchmesser wesentlich größer sind als der Durchmesser der Fäden und die sich nur schwer gleichmäßig auf die Fäden verteilen lassen. Deshalb werden andere Arten der Aufbringung der Überzugmasse für zweckmäßiger gehalten. So können die Fäden über ein gleichfalls bekanntes, mit der Überzugmasse getränktes Kissen o. dgl. geführt werden, oder sie werden an Öffnungen eines Behälters vorbeigeführt, aus denen beständig flüssige Überzugmasse austritt.

Damit die Fäden, die eine Überzugmasse besitzen, auf der Wickeltrommel nicht aneinanderkleben und von dieser wieder abgewickelt werden können, werden die Fäden erfindungsgemäß, bevor sie auf die Wickeltrommel gelangen, durch einen Blasstrom oder durch Heizen getrocknet.

Um einen hemmungsfreien Austritt der Fasern aus "dem Schmelzbehälter zu ermöglichen und die Ausflußdüsen in sehr kleinen Abmessungen halten zu können, wählt man für den Behälter oder wenigstens für die Düsen ein durch die flüssige Masse netzbares hochwertiges Metall, wie Platin-Rhodium, Platin, Tantal, Molybdän o. dgl., welche Metalle Temperaturen bis zu 1900⁰ C aushalten können.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich kilometerlange, also praktisch endlose Fäden mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikron herstellen. Diese besitzen eine Zugfestigkeit von 105 000 kg/cm² und mehr. Ebenso lassen sich Bündel oder Garne aus solchen Fäden herstellen, in denen die Fäden parallel liegen und das Bündel oder Garn auf seiner ganzen Länge eine vollständig gleichmäßige Dicke besitzt. Diese Bündel oder Garne besitzen eine entsprechend hohe Zugfestigkeit und brauchen nicht wie sonstige Textilvorgarne gedreht zu werden.

In der Zeichnung sind einige zur Ausübung des Verfahrens geeignete Vorrichtungen dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι eine Seitenansicht einer solchen Vorrichtung, zum Teil im Schnitt,

Abb. 2 eine Vorderansicht derselben, ebenfalls teilweise im Schnitt,

Abb. 3 eine schematische Seitenansicht, 115 teilweise im Schnitt, einer weiteren Ausführung einer solchen Vorrichtung,

Abb. 4 eine Vorderansicht einer anderen etwas geänderten Vorrichtung,

Abb. 5 einen Schnitt durch ein Auslaß- 120 mundstück und die Kühlmittel, die Bildung der Fäden darstellend,

Abb. 6 eine Unteransicht eines Auslaßmundstückes mit besonders angeordneten Austrittsöffnungen,

Abb. 7 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Auftragen einer Überzugmasse und Abb. 8 eine Vorderansicht der letzteren. In den Abb. ι und 2 bezeichnet io einen Schmelzbehälter und 11 die in diesem enthaltene geschmolzene Glasmasse. Im Boden des Behälters io befindet sich ein Auslaßmundstück 12 aus Metall, welches mit einer Anzahl von Auslaßnippeln 13 versehen ist. Das Auslaßmundstück 12 besteht zweckmäßig aus einer Platin-Rhodium-Legierung von 90 °/o Platin und io °/o Rhodium. Jedoch können, wie eingangs erwähnt, auch andere hochwertige Metalle oder Metallegierungen Verwendung finden, die durch geschmolzenes Glas netzbar sind und über der Entglasungstemao peratur liegende Temperaturen aushalten können. Das Auslaßmundstück ist von einer feuerfesten Buchse 14 umgeben. Die Nippel 13 stehen zweckmäßig nach unten etwas über das Mundstück 12 und die Buchse 14 vor. Die Nippel 13 sind zweckmäßig in der aus Abb. 6 ersichtlichen Weise, wie bekannt, in mehreren Reihen und versetzt zueinander angeordnet. Hierdurch ergibt sich auf engem Raum eine große Anzahl von dicht nebeneinander liegenden Austrittsöffnungen, die leicht auf gleicher Temperatur gehalten werden können. Auch wird dadurch die mit einem Mundstück mögliche Produktion beträchtlich erhöht. Außerdem ist es hierdurch möglich, · aus einem Mundstück Bündel oder Garne zu bilden, die eine größere Anzahl von Fäden enthalten.

In einem kurzen Abstand unter den Nippeln befindet sich ein Gebläse 15. Der Raum zwischen diesem und der Buchse 14 ist zweckmäßig offen gelassen, so daß in diesem Raum durch den Strom des Gebläses atmosphärische Luft über das Gebläse und in den zwischen seinen beiden Hälften liegenden Durchgang 17 gesaugt werden kann.

Kurz unter dem Gebläse befindet sich eine Sprühvorrichtung 18 zum Auftragen einer Überzugmasse auf die Fäden in Form von Flüssigkeit oder Dampf. An Stelle dieser Sprühvorrichtung können andere geeignetere Auftragvorrichtungen verwendet werden, die nachstehend noch näher beschrieben werden. An den entgegengesetzten Enden des Mundstückes 12 wird durch die Leitungen 20 elektrischer Strom zum regelbaren Heizen und Schmelzen des Glases zugeführt. Das Schmelzen kann auch in dem Mundstück 12 allein erfolgen und der keramische Ofen 10 in Fortfall kommen. In diesem Falle werden zweckmäßig vorgeformtes Glas oder Glasscherben πι das Mundstück eingeführt. Das Gebläse 15 ist an eine Leitung 21 angeschlossen, durch welche Luft oder sonstiges Gas unter Druck zugeführt wird. Die aus dem Gebläse tretenden Ströme 22 sind auf die Fäden gerichtet und kühlen diese, regeln also ihre Temperatur, während sie in der Bildung begriffen sind. Außerdem saugt der Blasstrom atmosphärische Luft oberhalb des Gebläses gegen die Fäden und zieht sie mit den Fäden in Berührung durch den Schlitz 17 nach unten. Diese angesaugte Luft kühlt nicht nur die Fäden selbst, sondern auch die Spitzen der Nippel 13 und das aus diesen austretende Glas. Der Druck des Gebläsestromes kann so gewählt werden, daß dieser die mechanische Ziehwirkung unterstützt.

Unterhalb des Gebläses befindet sich ein Fadenführer 25, in welchem die aus dem Mundstück 12 kommenden Fäden zusammengeführt werden. Als Ziehmittel zum mechanischen Ausziehen der Fäden dient hier eine zylindrische Trommel 26, auf welche der entstehende Faden aufgewickelt wird. Die Trommel wird zwangsläufig angetrieben. Um den Faden gleichmäßig auf der Trommel zu verteilen, wird diese oder der Fadenführer während des Aufwickeins axial hin und her bewegt. Hierzu können in der Textilindustrie bekannte Mittel zur Anwendung gelangen.

Bei der Ausführung nach Abb. 3 ist oberhalb des Fadenführers 25 eine Vorrichtung 35 zum Auftragen einer Überzugmasse auf die einzelnen Fasern vorgesehen. Diese besteht ^9S aus einem Kissen 36, über welches die einzelnen Fäden gezogen werden. Dem Kissen 36 wird aus einem Behälter 37 ständig Überzugmasse, wie zum Beispiel Öl, Wachs, Emulsion oder eine sonstige Substanz, zugeführt. Ist die Masse thermoplastisch, so wird der Behälter 37 durch einen Brenner 37_a geheizt, um die Masse in dem gewünschten Flüssigkeitsgrad zu halten.

In beiden beschriebenen Ausführungsformen sitzen die Wickeltrommeln oder Spulen 26 auf der angetriebenen Welle 30. Bei der Ausführung nach Abb. 3 erfolgt die Verteilung des Fadens beim Aufwickeln auf der Trommel 26 dadurch, daß ein besonderes Füh- ¹ rungsauge 27_a parallel zur Achse der Wickeltrommel hin und her bewegt wird.

Um die Überzugmasse zu trocknen und überschüssige Masse von den Fäden zu entfernen, bevor diese auf die Wickeltrommel ¹¹S gelangen, können gegen den Faden 27 Blasströme 38 gerichtet werden. Dem gleichen Zweck kann ein Brenner $8_a dienen. Wenn nämlich die Überzugmasse nicht genügend trocken ist, bevor sie auf die Wickeltrommel gelangt, so verklebt sie sich auf dieser mit der Überzugmasse des dort bereits befind-

lichen Fadens, so daß es schwierig, wenn nicht gar unmöglich wird, den Faden von der Trommel wieder abzuwickeln.

Aus Abb. 5 ist ersichtlich, daß der Faden 40 fertiggeformt und erstarrt ist, wenn er in die Ebene des Gebläses 15 kommt. Es kann dieses eine sehr kurze Strecke, etwa 2,5 cm oder noch weniger sein. Es findet also ein schnelles Ausziehen der Fäden auf kurzer Strecke statt. Hierdurch ist es möglich, Fäden von sehr großer Feinheit zu erzeugen. Je nach der Zusammensetzung des Glases, der Ziehgeschwindigkeit, der Größe der Austrittsöffnungen und der Temperaturregelung las- sen sich endlose Fäden mit einem Durchmesser von weniger als 1 Mikron erzeugen. Jedoch kann man selbstverständlich auch Fäden mit größerem Durchmesser herstellen.

Die Ausführungsform nach Abb. 4 unterscheidet sich von den anderen dadurch, daß die Fäden nicht zu einem Bündel oder Garn zusammengeführt, sondern in paralleler Lage unmittelbar auf die Spule 20_a aufgewickelt werden. Es ergeben sich hierbei Fäden von besonders schönem Glanz.

Die in den Abb. 7 und 8 dargestellte Vorrichtung zum Auftragen einer Überzugmasse auf die Fäden besteht aus einem Behälter 55, der am Boden eine kleine Öffnung 56 aufweist. Der Behälter ist mit einer Heizung 57 versehen, die aus einem Heißluftkasten 58 und einem elektrischen Heizelement 59 besteht. Beiderseits der Öffnung 56 befinden sich Vorsprünge 61, die eine Führung 60 für die Fäden 63 bilden. Die zusammengeführten Fäden 63 werden durch die Führung 60 hindurchgeleitet und bilden das Bündel oder Garn 64, das in üblicher Weise aufgewickelt wird. In der Führung 60 gehen die Fäden über die Öffnung 56 und werden hier mit der flüssigen oder viskosen Überzugmasse aus dem Behälter 53 versehen. Die überschüssige Masse fließt über die Vorsprünge 61 der Führung 60 und tropft in einen Auffangbehälter 62.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zum Erzeugen von Fäden aus anorganischen, in der Hitze plastischen Massen, insbesondere von Fäden aus Glas, bei welchen diese Fäden durch kleine Austrittsöffnungen eines Behälters aus einer in diesem enthaltenen geschmolzenen Masse mechanisch ausgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze in dem Behälter so hoch erhitzt wird, daß sie wenigstens an den Austrittsöffnungen in einem hochflüssigen Zustande sich befindet, und die aus den Öffnungen austretenden dünnen Ströme der Schmelze unmittelbar nach dem Verlassen der Austrittsöffnungen so stark und so schnell künstlich gekühlt werden, daß sie mittels mechanischer Vorrichtungen zu feinsten Fäden ausgezogen werden können.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Fäden unmittelbar nach Verlassen des Behälters ein künstlicher Kühlstrom (Luft, Dampf, Gas) 7» gerichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Blasstrom etwa in der-Ziehrichtung der Fäden gerichtet wird und einen solchen Druck hat, daß er die Ziehwirkung der mechanischen Ziehmittel unterstützt.
4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Austrittsöffnungen (13) des Behälters (10) ein Gebläse (15) zur Erzeugung des Blasstromes vorgesehen und dieses mit solchem Abstand von den Austrittsöffnungen angeordnet ist, daß der Gebläsestrom atmosphärische Luft in den durch den Abstand bedingten Zwischenraum hinein gegen die entstehenden Glasfäden saugt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, bei dem auf die Fäden zwischen der Erzeugungsstelle und der Zieh- und Wickelvorrichtung eine die Fäden umhüllende Überzugmasse, vorzugsweise Wachs, aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden über ein mit der Überzugmasse getränktes Kissen o. dgl. geführt oder an Öffnungen eines Behälters vorbeigeführt werden, aus denen beständig flüssige Überzugmasse austritt, worauf die auf die Fäden aufgebrachte Überzugmasse vor dem Aufwickeln der Fäden getrocknet wird, indem ein Strom von Luft, Gas ο. dgl. gegen die Fäden geblasen oder ein Beheizen der Fäden vorgenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen