Verbesserung der Eigenschaften durch Recken und Fixieren von Iinienförmigen

02058 2.5,09 technischen Textilien

[Dipl.-Ing.(FH) Anna-Maria BartI, Dipl.-Ing.(FH) Rolf Arnold, Dipl.-Ing. EveJin Hufnagl Sächsisches Tcxtilforschungsinstitut e.V. Chemnitz

1. Einleitung Für die unterschiedlichsten Einsatz­gebiete in Industrie, Landwirtschaft, Handel, TranspOlt und Sport werden technische Textili en in Form von

, Schnüren, Seilen und Netzen herge­steilt. Durch die vielgestaltigen Bean­spruchungen unter Praxisbedingungen ergeben sich differenzierte Anfor­derungen an die Masse, Struktur, Stärke, Festigkeit, Dehnung sowie an Farbe und Optik. Durch die maschinel­le Fertigung entstehen Spannungs­unterschiede innerhalb der Elementar­flIden im Sehnur- und Seilquerschnitt. Diese führen zu Strukturungleich­mäßigkeiten, die die Optik, Festigkeit und das Gebrauchsverhalten beeinflus­sen, Zur Verbesserung der Eigenschaf­ten können nach der maschineHen Feltigung Nachbehandlungen in Form von Recken und Fixieren beitragen. Nachfolgend sollen einige Versuchser­gebnisse von Labor- und Praxistests aus Forschungsarbeiten fiir den Be­reich Recken und Fixieren von Schnü­ren zur Fischnetzherstellung dargelegt wCI'den, deren Erkenntnisse auf andere Seilereierzeugnisse übertragbar sind.

2. Recken und Fhicrcn 2.1 Allgemeines

• Die Spannungsunterschiede im Zwirn­bzw. Seilquerschnitt haben im We­sentlichen zwei Ursachen. Sie entste­hen: 1. unmittelbar nach dem Spinnvorgang im Filamentgarn beim Zusammen­führen der unterschiedlich gespannten Elementarfaden und 2. beim Zwirnen, Versei len oder flech­ten durch Vereinigen der unterschied­lich gespannten Filamentgarne.

Da es praktisch nicht möglich ist, einen Zwirn mit gleichmäßigen Spannungs­verhältnissen im Querschnitt herzustel­len, müssen diese Ungleichmäßigkei­ten nach der Herstellung ausgeglichen werden. Eine in der Praxis angewandte Methode ist das Recken und Fixieren. Beim Recken sollen durch das Einwir­ken hoher äußerer Zugkräfte möglichst aUe Elementarmden gespannt werden, damit sie festigkeitstragend wirken. Die Elementarmden mit hoher Aus­gangsspannung werden höher gereckt als die mit niedriger Ausgangsspan­nung. Mit der Größe der Ausgangs­spannung wächst beim Reekvorgang das Bestreben der Elementarfllden, durch Wandern in Richtung der Faden­achse eine für diese Beanspruchung günstige Lage einzunehmen. Dieser Effekt fiihrt zu einer Lauflängen­erhöhung und zu einer Durclunesser­verringerung des Zwirnes . Da die Intensität der Wanderung der Elemen­tarfaden wesentlich von den Reibungs­verhältnissen abhängt, muß die Reck­kraft so groß gewählt werden, daß sie neben dem Spannen deI' 'Elementurfti­den auch die Reibungskrilfte zwischen ihnen überwindet. Der Reckvorgang soll mit einer wirksa­men Fixierung verbunden sein. Dabei wird der Zwirn wahrend des Fixierens auf eine Temperatur 3ufgeheizt, die der Elweichungstemperamr des Materials entspricht. Sie muß höh.er als die in vorangegangenen Herstellungsprozes­sen velwendeten Temperaturen sein.

Durch die Wärmeeinwirkung entstehen erzwungene Schwingungen in den Kettenmolekülen, die unter der hohen außeren Belastung zu Aufspaltungen

von Haupt- und Nebenvalenzbindun­gen führen, wodurch ein bestimmter Spannungsausglcieh erzielt wird. Bei der anschließenden Abkühlung wird die neue Anordnung der Makromole­kUle fixiert. Die bei der Wilrmebehand­lung von Zwirnen häufig beobachtete Schrumpfung tritt beim Fixieren unter entsprechend hoher Belastung nicht auf.

2.2 Flxierverfahren Für die Fixie1'l1ng von Zwirnen sind verschiedene Verfahren bekannt. Den technologischen Bedingungen ent­sprechend unterscheidet man Fixier­verfahren mit kontinuierlichem und diskontinuierlichem Warend urchlauf. Durch Variation des Fixiermediums! der Fixiertemperatur und der Velweil­zeit in der Fixierzone können di e Eigenschaften unterschiedlich verbes­sert werden. Als Fixiermedien kamen für Ve r­gleichsuntersuchungen bei der Fixie­rung z. B. feiner geknoteter Netze (Ziel: Verbesserung des Knotensitzes) Heißluft, Heißwasser, Dampf, Kon­takthitze und Infrarotbestrahl1,.11lg zur Anwendung. Diese bekannten Verfahren arbeiten jedoch ohne Anwendung von größeren Reckk.räften, da die Aufbringung der hohen Fadenspannungen (insbesondere bei Zwirnkonstruktionen über 3 mm Durchmcsscr und Seilereierzeugni s­sen) problematisch ist.

In einer abgeschlossenen Forschung­saufgabc wurden Reck- und Fixierver­fahren fur di e Eigenschaftsverbesse­rung vOll Kabelschlagzwirnen mit

EUROSEIL Nr. 3 . Jahrgang

Feinheilen von 500 lex x 3 x 3 bis 840 lex x 2 x 3 f1Ir die Herstellung von Hoc hSCC J1 Clzc n der Fisc herei unter­sucht. Im Vordergrund Ingen Eigenschaftsver­

besserungen hinsichtlich Lauflängener­höhung, Durchmesser Verringerung bei gle ichbl eibender Reißkrafl. Verrin­gerung der vorze itigen Al terung und Unbrnuchbarkci t durch Au frau hung sow ie Verbesserun g der Elastizitül.

In Tabelle I werden die Vcrs lichsfl ill fl­gen (Ei gc nballfln lagcll im Labor­maßstab ) chnrakteri sic l'l :

Fixicl'- Prinzipskizze ver fahren

Dam!'!

[t hCl'mod ynB 111 isc hc U n {crs lieh un gen der TU Dresden] dargestellten Auf­hei zkurven nll' einen Zwirndurchmes­SC I' von 3 111111 ergeben sich fü r Dampf­fIxi erung bei 300 oe, Strah lungsfi xie­I'lillg von 8000 e und Metnllbadfixie­rung bei 200 C sehr differenzierte Verweilzei ten für das Fi xiergut im Fixiermcdiul11 lind untersc hiedliche Temperatur-Abstu fungen über den Zwirnradius. Bedingt dUJ'ch den sc hlecht en WärlllcUbcrga ng bei deI' Fix icrung durch \Väl'lllcstrahlung und Dampf und dei' geringen \Vi\l'I11e l ei t ~

Hihigkc il des Polymllids entsteht von

Bedingungen

Fixicrrohr: 3m LUngc X 100 rum 0

8 ~ Dnmpf:

00-- '-+;- · r~___ 1: _ • 3 bar, 180°C, 3-J8 m/min

r " I l. • 0,3 bnr, 110 oe, 5,4 m/min , "

StrltltlllJlg Rohr: Liinge: 150 mln , Rohnlurchmesser: nufJ cn: 25 Olm, in lien: 12 111m, Fadc ll zuflihl'ung lIber 2 gerillte

Heckwalzen,

-~I l4~ Fi~iertcmpe l'arur: 600-9500 C, bei Still stand: Kaltluftcintrng mit Ventilator

Strahlung Fi~iergeh iiusc:

auf 310 mm Lx 130mm B x 120mm H Se hnlil'~ Rohr0 : 14 Olm, tcilb:u' bei Slilistand lI1:l sehine zur Klihlung

HcizleiSlung: 800W je Ro hrh ii lfle, Einbau eines teilbaren Fi:dcrrohres 3 ~ I2 mimin , im Ausgang der Schnllrrnaschine Fix,TcIIIi>: 600-950oC (N ut zu ng der Vorspannung des 23,5 % H.eck, Zwirnes)

Metallbad FixicrUlcdium: Woodsehe Legierung:

~ (Scbmel7.punkt: C;l. 600 C), , :; ." . , . Fixicrtcmperalur: 160 - 230°C,

"I: ' "~1~

' ~l Reek: 23,5 %, 3,4 rnlmin FadcllzufOhrung übel' 2 gerillic

~' Reckwnlzen .. .;.\. Reckvariationen bis 25 %

Um ci nc optimale Fadenspannung zu cn;: ielen und cinen Rcck zu ennögli ­ehcn, wurde der Zwirn im Ein- lind Ausgang der Fi xief20ne ca. 15 mal um cin Reckwalzenpaar gc führl. Das Wan­dem der Zwil'lliagen auf dcn Reckwal­zen verhindert eine eingcarbeitete hoc hve rgU lctc Rill enform, die dcm DlII'ehmesser des Zwil'llcs angepaßt ist. Da nach dU l"ehHl uft der Zw irn im gcspanntcn Zustand di e bct I'e ffende Fix icrzone.

Tabel le 2

Fixierverfahrcn Lauflünf~~~~·höhung, maximal %

Dampf 3 Verwei lzeit:33.6 s· Slrllhlung 7,0 Laboranlage Vcrwcil zcit:2,6 s· SehnlIrmaschine t2,8 (F"i xienll1g Imlcr Vcrnrbeitul~~u l3.11111111 11)

Metallbad 16,0 Venve ih;eit: 1.8 s'"

Unter Bcrlicksichtigung der in Bi ld I "'Scpamtc FI .~ie rung unter clngc~ lclller verStTCckung

Nr. 3 Mai/Jun i 1998 11 7,

außen nach innen elll stfll'kcl' Temperatlll'gradicilt. dcr ein gleich­müßiges Fixieren des gcsa mtcn Zw irnqucrsehllittcs verhindert . Einc Vergrößerung der KOlltaktzci t, die eine Vcrringcrung des Temperatlll'gradicn­ten bewirkt und cinc niedrigere Fixiel'­temperatur ve rlangt, wUrdc die Ökono­mie dcs Verfahrcns bedeutend ver­sc hlechtern .

On die Würmc(\bcrgangs2ahl zwischen Citlell'! Zw irn, der sich in cngem KOll A

takt mit einer Flüssigkeit befindet. etwa 103 mal größer ist als beim AufllCi7..en durch Wärmcstrahlung, wurdc eine Flüssigke it gesucht, die dcn Zw irn nicht benetzt und bei normalem Lun­druck bei Tempcratmen zwischen 100 und 400 0 nicht wesentlich vCr­dampft. Als gee ignct erwies sich darnr cine niedri g schmclzende Meta llegie­rllng (Woodschcs Metall , Schmel, tem­pcr\ltur etwa 70°C). Die Labonlllinge dcr Stmhlungsfixi e­rllng wurde dahingehend geändert , in dem an Stell e des FixictTohrcs das Mcta ll bad zwi schen die vcrchromten Reckwalzcnsystcme ungeordnet wur­de. Eine Tauchwalze ist am oberen Rand des Matallbadbehül ters gelagen und drcht sich beim Fixicrvorgang mit. An ihr befinden sich zwei Nocken, die dcn Zwirn bei seitlichem An legen an die Ta uchwalze in e ine c ingefrüslc Rille glei lcn lassen. Besondel'e Aufillerk samkeit muß bcim Aufbnu einer so lchen Anlnge der Auswahl der Lager für di e Reckwalzcll gewidmet werdct1. Ihre Belastung bcim Fixicren lInter hohem Reek wUl'de allfca . 4,5 tj e Windung geschützt.

2.3 Fixicl"cl'gcbnisse In Tabelle 2 wel'den die Prli fcrgebnisse dcr Vcrgle ichsul1tcrsllchungcn nn dcm Mehl'stufcnzwi1'll deI' Feinheit 830 tex x I x 2 x 3 (5880 tex) bei den genann­ten Fixicrvcrfa hrcn dargestellt .

Durchmesser-velTingerun~ f%l

Erhöhung der elastischen Dehuuu.;'rii

22,4 5,5

25,6 4,6

t5,6 nicht geprüft

25,6 ~,6

, , , I , I I

I

/l1 ~4 0,6 o,e 1,0 1,2 mm ~4 Zwlmradl".

Allfll.lzkuntn (ur SlrQ!r<lJfjg 11#1 ./~-r

Vm~bun!JJ/fmptNlIut . l1li 8()O'C (J~)

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Aulht!zku(vtl'l riit' K~vtkllDf) /11 Jlrlim.nd'lI

GlJHfl und Dämpffll VDII 100'e (24 )

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AulflfflkUfYtft Ir'jr KWlvttlitlil

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Bild I Auflleizkurven für verschiedene Medien

Beim Vergleich der Naß-Knoten­Höchstzugkraft konnten Erhöhungen festgestellt werden. Die durch Ver­stl'cckung l Spannungsuusgleich und Fixierung deI' neuen Querverbindungen der Kettenmoleküle (Erhöhung der kri­stallinen Bereiche) erreichte Erhöhung wird durch Abwesenheit von Sauer­stoffbei der Metallbadfixierung begün­stigt.

Die Fixieruntersuchungen an Fisch­netzzwirnen wurden mit der Zielstellung durChgeführt, die dmch dynamische Beanspruchung beim See­Einsatz auftretenden Aufrauhungser­scheinungen im Netzmaterial zu redu­zieren . Sie bewirken eine Verdickung der Netzschenkelund damit die vorzei­tige Unbrauchbarkeit. Die Unter­suchungen Zur Aufklärung der Auf­rauhungserschcinungen führten zu einem neuen PrüfverfahreIl , dem Waschmaschinentest, mit dem praxis­nah die Aufrauhung im Labormaßstab an Netzmaterial erzeugt werden konnte. Mit Hilfe dieses Testes konnten die Reck- und Fixierbedingungen während der Bearbeimng optimiert und fixierte Zwirne ohne Aufrau hungsneigung her­gestellt werden.

Die Erprobung unter Pl'Oduktionsbe­dingungen erbrachte folgende Ergeb­nisse: Tabelle 3

2.4 P"aktlscheUmsetzung Die Erkenntnisse der Fixicruntcr­suchul'Igen im Labormaßstab wtll'den für den Bau einer Fadenscharfixier­anlage nach dem Metallbad-Pl'inzip genu tzt, mit dem Ziel eine Naß­schl'llmpfrcduzicrung 7.:U erreichen,

Bild 2

Die Fadenscharflxieranlage (siehe Bild 2) besaß folgendc Grundparameter:

• Fixierung von 24 Zwi1'l1cn und Flechtschnüren (2 bis 6 nUll Durchmesser)

• Durchlaufgeschwindigkeit : I 111 Imin x 24 Füdcll

• Fixierstrecke: 200 mm • Temperatur: 190 - 200 oe • Reck: 3 - 25 %

Tabelle 3 Fixierung mit geringer Verstreckung + +

Verbesserung der Schrumpfbeständigkeit Senkung des Kaltwasserschrumpfes: 60%

Flcxlcrung mit hoher VerstreCkung + +

Lauflängenerhöhung (5%) Durchmesserreduzierung (10%)

117. Jahrgang

3. Zusammenfassung In den Ausführungen werden Beispiele aus verschiedenen Forschungsauf­gaben und kleintechn ischen Unter­suchungen vorgestellI. Es wurden rur die Fixiennedien Dampf, Heißluft und Metallbad Versuchsstände mit kleine­ren Abmessungen gebaut und e!probl. Der Vergleich der verschiedenen Teclmologien wird an Kabelschlags­zwirnen für die Hochseefischerei demonstrie11 und mit dem Ziel durch­geführt, eine optimale Fixie11echno­logie unter möglichst hohen Reck­bedingungen für Schnüre von ca. 3 mm

Aus der Normarbeit

DlN 83 334 Polypropylen-Faserseile aus hoch festen Multiflament liegt als Entwurf vor. Festgelegt wurden nur die Formen A und L. Die Seil-Formen E und H wur­den in DIN 83 307 aufgenommen. Die Sei lkennzeichnung wurde geändert. Bei deI' Form L wurde die Nenn-grös­sen bezeichnung geändert. Die Benennung erfolgt mit dem Begriff "Faserseil", Die Norm wurde nor­mungstechnisch und redaktionell über­arbeitet. Einsprüche bis 31.08. 1998

Zur Vorabstimmung ist der NOll1lentwurf an die Mitglieder ver­teilt worden:

prEN 12927-8 Sicherheitsanforderungen für Seilbah­nen und Schleppaufzüge des Personen­verkehrs - Seile - Teil 8: Zerstörungs­freie Prüfung.

Durchmesser zu erarbeiten, um ellle Durchmesservcrringerung lind Lauflängenerhöhung untcr Beibehallung der Höchstzugkräfte zu erreichen. Die Ergebni sse der Laboruntersuchungen wurden für den Bau einer Fadenscharfixieranlage für 24 Fäden benUlZI. Diese Anlage konn­te unter Prod\lktions~bcdingungel1 zur Verbesserung der Produkteigenschaften beitragen. Aus den Ergebnissen lassen sich Verallgemeinerungen für eine breite Produktpallene ableiten.

Carl Stahl DIREKT Die Ausgabe NI'. 12 von Carl Stahl DlREKTt ist vor kurzem e!'sehienen . Die Auflage beträgt 145 000 Exem­pla!'e. In diesem bekannten Katalog sind wieder viele Anregungen aus dem Kundenkreis verwirklicht worden. Insgesamt sind ca 10000 Produkte aus den zusammenhängenden Bereichen Hebetechnik, Seiltechnik, Sicherheits­technik enthalten.

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