Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hitzebeständigen Garns.
Siliziumdioxid (SiO2) ist ein geeigneter Faserwerkstoff. Er zeichnet sich durch eine Temperaturfestigkeit bis 1200° C aus und ist im Dauerbetrieb bei Temperaturen bis 1100° C einsetzbar. Er besitzt eine geringe Wärmeleitfähigkeit, einen hohen elektrischen Widerstand und ist chemisch beständig. Bei Übertemperaturen entstehen keine schädlichen Zersetzungsprodukte.
Hitzebeständige Garne, die ausschließlich aus SiO2-Filamenten bestehen, sind bekannt. Für zahlreiche Anwendungen ist nachteilig, daß die ausschließlich aus SiO2-Filamenten bestehenden Garne eine große Dichte sowie eine glatte Oberfläche besitzen. Versuche, durch Texturiereinrichtungen voluminösere Garne aus SiO2-Filamenten herzustellen, führten nicht zum gewünschten Erfolg.
Verfahren zur Herstellung von Friktionsgarnen, die einen Kern aus Filamenten und einen Mantel aus Stapelfasern aufweisen, sind seit langem bekannt (Firmendruckschriften "DREF - die zeitgemäße Spinntechnologie" 9/79 und "Zweikomponenten-Garne mit Gewinn. DREF3" der Firma Textilmaschinenfabrik Dr. Ernst Fehrer AG, A - 4021 Linz). Bei dem bekannten Verfahren werden Filamente sowie unverfestigte Lunten aus Stapelfasern einem Spinnaggregat zugeführt, welches zwei perforierte, gleichsinnig rotierend und mit Saugeinsätzen ausgerüstete Spinntrommeln sowie eine Kardentrommel aufweist. Die von den Lunten abgelösten Fasern, werden von einem Luftstrom unterstützt, im Zwickelbereich zwischen den Spinntrommel abgelegt sowie durch einen Abwälzvorgang an der Oberfläche der mit gleicher Drehrichtung umlaufenden Spinntrommel eingedreht. Dabei umwinden sie die Filamente, die dem Spinnaggregat in Achsrichtung der Spinntrommeln zulaufen. Als Stapelfasern sind Baumwollfasern und zahlreiche Synthesefasern, zum Beispiel Polyester-, Polyamid-, Polypropylen- und Viskosefasern, einsetzbar. Ferner sollen einige Spezialfasern, wie Fasern aus Kevlar, Nomex, Kohlenstoffasern und keramische (AL2o3) Fasern, einsetzbar sein.
Versuche, die nicht zum Stand der Technik gehören, haben gezeigt, daß Fasern aus Siliziumdioxid (SiO2-Fasern) nach dem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Friktionsgarnes nicht verarbeitet werden können. Siliziumdioxid ist ein glattes, sehr brüchiges Material. Aufgrund dieser Materialeigenschaften ist die Zuführung der Stapelfasern in Form einer unverfestigten Lunte schwierig und verursacht überdies erhebliche Störungen im Spinnaggregat. Vor allem im Arbeitsbereich der Kardentrommel, der an die Kardentrommel anschließende und begrenzende Prallflächen und Leitwände umfaßt, wurden erhebliche, auf Faserbruch zurückzuführende Ablagerungen aus staubförmigem Fasermaterial festgestellt, welche die weitere Zuführung der Stapelfasern zu den Spinntrommeln blockierten oder zumindest stark störten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, um ein Garn aus SiO2-Fasern herzustellen, das sich bei ausreichender Zugfestigkeit durch eine geringe Materialdichte auszeichnet. Das Garn soll voluminös sein und eine flauschigere Oberfläche als SiO2-Filamentgarne aufweisen.
Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung eines hitzebeständigen Garns, wobei
- aus SiO2-Stapelfasern durch Krempeln und mechanische Verfestigung ein Vliesstoff hergestellt wird,
- der Vliesstoff und SiO2-Filamente einem Spinnaggregat zugeführt werden, welches zwei perforierte, gleichsinnig rotierende und mit Saugeinsätzen ausgerüstete Spinntrommeln sowie eine Kardentrommel aufweist,
- der mechanisch verfestigte Vliesstoff mittels der Kardentrommel wieder in Fasern aufgelöst wird und
- die abgelösten Fasern von einem Luftstrom unterstützt im Zwickelbereich zwischen den Spinntrommel abgelegt sowie durch einen Abwälzvorgang an der Oberfläche der mit gleicher Drehrichtung umlaufenden Spinntrommeln eingedreht werden und dabei die SiO2-Filamente, die dem Spinnaggregat in Achsrichtung der Spinntrommeln zulaufen, umwinden.
Die Verfestigung des SiO2-Faservlieses unter Bildung des Vliesstoffes erfolgt vorzugsweise durch Vernadeln. Die zu dem Vliesstoff verarbeiteten SiO2-Stapelfasern weisen bevorzugt eine Faserdicke von 5 bis 10 Mikrometern und eine Faserlänge von mehr als 10 Millimetern auf.
Die Erfindung setzt ein mit der Überlegung, ein Friktionsgarn herzustellen, das ausschließlich oder zumindest im wesentlichen aus Siliziumdioxid besteht und einen zugfesten Kern aus SiO2-Filamenten sowie einen voluminösen Mantel aus SiO2-Stapelfasern aufweist. Die eingangs beschriebenen technischen Probleme bei der Verarbeitung von SiO2-Stapelfasern zu einem Friktionsgarn, die der Fachmann aufgrund der Materialeigenschaften von Siliziumdioxid erwarten mußte, treten überraschenderweise nicht auf, wenn die SiO2-Stapelfasern in Form eines mechanisch verfestigten Vliesstoffes dem Spinnaggregat zugeführt werden. Dies ist um so überraschender, als eine mechanische Verfestigung eines Faserflores eine zusätzliche Beanspruchung der Fasern darstellt, bei der eine Schädigung der Fasern hätte erwartet werden können.
Für die weitere Verarbeitung des erfindungsgemäßen Garns im Zuge der Herstellung von Geweben, Gewirken, Gestricken und Gelegen wird eine hohe Abriebsfestigkeit des Garns gewünscht. Zur Verbesserung der Abriebsfestigkeit lehrt die Erfindung in weiterer Ausgestaltung, daß der Vliesstoff einem in Durchlaufrichtung der Filamente vorderen Abschnitte der Kardentrommel zugeführt wird und daß eine Faserlunte aus einem abriebfesteren, schwer entflammbaren Fasermaterial einem hinteren Abschnitt der Kardentrommel zugeführt wird, dessen Fasern die SiO2-Fasern als Schutzumhüllung umwinden. Vorzugsweise besteht die Schutzumhüllung aus Polyesterfasern, schwer entflammbaren Cellulose-Chemiefasern, hochtemperaturbeständigen organischen Fasern oder einer Mischung dieser Fasern. Zu den hochtemperaturbeständigen organischen Fasern gehören insbesondere Fasern aus vollaromatischen Polyamiden, vorzugsweise Aramid-Fasern. Die genannten Materialien zeichnen sich durch eine gute Zugfestigkeit und ausreichende Elastizität aus und sind in einem aerodynamisch-mechanischen Friktionsspinnverfahren gut verarbeitbar. Zur Bildung einer Schutzumhüllung, welche die Abriebsfestigkeit des SiO2-Friktionsgarns verbessert, ist eine Fasermenge ausreichend, die im Vergleich zu der insgesamt verarbeiteten Fasermenge verhältnismäßig klein ist. Vorzugsweise beträgt der Anteil der Schutzumhüllung bezogen auf den SiO2-Anteil des Garns weniger als 10 Gewichtsprozent. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die abriebsfeste Schutzumhüllung im Spinnaggregat erfolgt und eine zusätzliche Beschichtungsstation nicht erforderlich ist. Der anlagentechnische Aufwand ist gering.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Die einzige Figur zeigt das Verfahrensschema sowie ein Spinnaggregat zur Herstellung eines hitzebeständigen Garns, welches einen Kern aus SiO2-Filamenten, einen Mantel aus SiO2-Stapelfasern und eine Schutzumhüllung aus einem abriebfesten, schwer entflammbaren Fasermaterial aufweist.
Das Spinnaggregat weist zwei perforierte, gleichsinnig rotierende und mit Saugeinsätzen 1 ausgerüstete Spinntrommeln 2 sowie eine Kardentrommel 3 auf. Die SiO2-Filamente 4 laufen dem Spinnaggregat in Achsrichtung der Spinntrommeln 2 zu. Ein durch Krempeln und mechanische Verfestigung gebildeter Vliesstoff 5 aus SiO2-Stapelfasern wird einem in Durchlaufrichtung der Filamente 4 vorderen Abschnitt der Kardentrommel 3 zugeführt. Die mechanische Verfestigung des Vliesstoffes 5 besteht vorzugsweise in einer Vernadelung. Die SiO2-Stapelfasern des Vliesstoffes 5 haben zweckmäßig eine Faserdicke von 5 bis 10 Mikrometern und besitzen eine Faserlänge von mehr als 10 Millimetern. Der mechanisch verfestigte Vliesstoff 5 wird mittels der Kardentrommel 3 wieder in Fasern 6 aufgelöst, wobei die abgelösten Fasern 6 von einem Luftstrom unterstützt im Zwickelbereich zwischen den Spinntrommeln 2 abgelegt sowie durch einen Abwälzvorgang an der Oberfläche der mit gleicher Drehrichtung umlaufenden Spinntrommeln 2 eingedreht werden. Dabei umwinden die Stapelfasern 6 die dem Spinnaggregat in Achsrichtung der Spinntrommeln 2 zulaufenden SiO2-Filamente 4 und bilden einen voluminösen Mantel aus SiO2-Stapelfasern.
An einem in Durchlaufrichtung der Filamente hinteren Abschnitt der Kardentrommel 3 wird eine unverfestigte Faserlunte 7 aus einem abriebfesteren Fasermaterial zugeführt, dessen Fasern mittels der Kardentrommel 3 abgelöst werden und den aus SiO2-Stapelfasern gebildeten Mantel als Schutzumhüllung umwinden. Die Lunte stellt einen losen, auf einer Karde hergestellten Faserverbund dar. Als Fasermaterialien kommen Polyesterfasern, schwer entflammbare Cellulose-Chemiefasern sowie hochtemperaturbeständige organische Fasern, insbesondere Aramid-Fasern, in Betracht. Diese können allein oder in einer Mischung eingesetzt werden. Die Fasermenge der Lunte 7 ist so bemessen, daß der Anteil der Schutzumhüllung bezogen auf den SiO2-Anteil des Garns weniger als 10 Gewichtsprozent beträgt.