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Verfahren zur Herstellung von Stopfbüchsenpackurigen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stopfbüchsenpackungen, die organische, anorganische oder synthetische Fasern in Form von Fäden und schmierend wirkende Feststoffe enthalten.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Stopfbüchsenpackungen dieser Art in der Weise herzustellen, dass man aus Faserstoffen, z. B. Asbest, Garne herstellt und aus diesem Garn Spulen wickelte, vorzugsweise derart, dass das Garn sich in den einzelnen Windungen der Spulen kreuzte, worauf man diese Spulen mit einem Bindemittel, z. B. natürlichem oder künstlichem Kautschuk, imprägnierte und dann die festen Schmiermittel, z. B. Graphit, aufbrachte.
Ebenso ist bereits vorgeschlagen worden, hülsenartige Stopfbüchsenpackungen aus papierartigen Faserstoff-Folien oder Faserstoff-Vliesen durch Wickeln herzustellen, wobei ebenfalls auf diese Fasern oder Vliese nachträglich feste Schmiermittel, z. B. Graphit, an der Oberfläche aufgebracht wurden, vorzugsweise nach Befeuchtung mit einem Bindemittel.
Die graphitierten Hülsen werden dann in einem Press werkzeug ziehharmonikaförmig zu einer glatten und festen Stopfbüchsenpackung zusammengestaucht. Durch die vorher erfolgte Graphitierung überzieht die gesamte Oberfläche eine dünne Graphitschicht.
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weil sich die dünne, auf der Oberfläche haftende Graphitschicht schnell verbraucht, so dass dann die trockene Faser eine sehr hohe Reibung verursacht.
Ferner sind Stopfbüchsenpackungen bekannt geworden, die aus kunstseideähnlichen Fäden geflochten oder aus derartigen Fäden hergestellten Geweben gewickelt wurden. Die Kunstseidefäden wurden in der Weise hergestellt, dass man in der Viskoselösung oder einer Schmelze des zu verspinnenden Stoffes kolloidalen Graphit verteilte, der bei Herstellung der Einzelfasern mit aus der Spinndüse herausgedrückt wurde. Die aus der Spinndüse in das Fällbad tretenden oder sich durch Erstarrung der Spinnmasse bildenden Fasern und Fäden bestanden aus einem homogenen Gemisch von Kunstseide und in jeder Einzelfaser fein verteiltem Graphit.
Diese graphithaltigen Fasern ergaben als Bestandteile der Stopfbüchsenpackungen nur eine mangelhafte Schmierwirkung, weil die Graphitmenge zu gering ist, der Graphit nicht an der Oberfläche der Fasern sitzt und auch nicht in Form feinster Schüppchen vorliegt.
Schliesslich wurde zur Herstellung von Stopfbüchsenpackungen aus zu Rollen gewickelten vliesartigen Schichten schon vorgeschlagen, in die Zwischenräume der miteinander verschlungenen, das Vlies bildenden Fasern Graphit oder andere feste Schmierstoffe einzubringen.
Die Imprägnierung dieser bekannten Stopfbüchsenpackungen, die aus Garnen und daraus erzeugten Textilgeweben, -gewirken oder -geflechten, oder aus papierartigen Folien gewickelt waren, ergaben keine befriedigende Dauerfestigkeit, weil der Graphit nur an der Oberfläche und nicht im Inneren der Garnfäden oder Folien liegt. Bei Packungen, die aus Vliesen gewickelt wurden, war der Graphit nur in die Zwischenräume der zur Vliesbildung dienenden Fasern eingebracht, ohne die Fasern vollständig zu umhüllen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung schafft Stopfbüchsenpackungen mit einem bohen, bisher nicht erreichten Gehalt an festen Schmierstoffen, insbesondere Graphit, im wesentlichen dadurch, dass man auf den zur Herstellung der Fäden verwendeten Fasern zunächst in an sich bekannter Weise die schmierend wirkenden Feststoffe, vorzugsweise Graphit, z. B. durch Tauchen in eine diese Feststoffe enthaltende Lösung oder Dispersion oder durch Aufsprühen z. B. eines die Feststoffe enthaltenden Bindemittels aufbringt, so dass sie jede einzelne Faser möglichst allseitig umhüllen, worauf man, wie an sich bekannt,
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aus diesen einzelnen Fasern Fäden und aus diesen Fäden die Packungen herstellt.
Der hohe Gehalt an festen Schmierstoffen verleiht den erfindungsgemäss hergestellten Packungen eine wesentlich längere Lebensdauer. Auch halten die Packungen wesentlich höheren Drücken und Temperaturen stand als Packungen, die nach den bisher bekannten Methoden hergestellt wurden. Beim erfindungsgemässen Verfahren kann man sowohl von organischen Fasern, wie Baumwolle, Wolle, Seide, Kunstseide, Fasern aus Polytetrafluoräthylen, Polyamidfasern u. dgl., wie auch von anorganischen Fasern, z. B. Asbest, Glasfasern, Quarzfasern, Schlacken- oder Gesteinswolle usw., ausgehen.
Als schmierender Bestandteil kommt in erster Linie Graphit in Frage ; jedoch sind auch andere pulverige Zusätze mit schmierenden Eigenschaften geeignet, z. B. Glimmer, Talkum, Molybdändisulfid u. dgl., ferner bestimmte Metallpulver, z. B. Blei, Kupfer, Zinn, Aluminium, Zink. Man setzt die schmierend wirkenden Feststoffe, z. B. den Graphit, während der Verarbeitung der Einzelfasern derart zu, dass die Fasern noch vor Erzeugung eines Garnes allseitig von den schmierend wirkenden Bestandteilen umhüllt werden. Praktisch wird man also den Graphit oder die sonstigen festen Zusatzstoffe spätestens auf der Krempel zu den Faserstoffen geben.
Hiebei ist die Mitverwendung eines Bindemittels sehr zweckmässig, das z. B. aus organischen oder auch anorganischen Klebemitteln bestehen kann. Geeignet sind insbesondere natürliche und synthetische Kautschuke, wie Polymere und Mischpolymere des Isobutylen, Äthylens, Styrols und ihrer Homologen ; Polyvinylcaloride, Polyvinyläther, Polyvinylacetate, Polyvinylalkohole, Polyacrylnitrile, Polyacrylester, Polyacrylamide, Polyurethane, Polycaprolaktame, Polymere von Adipinsäuren und ihren Derivaten, Isocyanate, Polyester, Terephthalsäure-Harze, halogenierte Kunststoffe, insbesondere fluorhainge ; Phenol-, Kresol- und andere Kondensationsharze, Silikonharze und-kautschuke ; tierische, pflanzliche und synthetische Leime ; anorganische Bindemittel, wie Wasserglas u. dgl.
Diese Bindemittel können in verschiedenen Formen vorliegen ; als Flüssigkeiten, Schmelzen, Lösungen, Emulsionen, Latices und Suspensionen. In diesen Formen bringt man die Mittel auf die Fasern zusammen mit einem Koagulationsmittel, z. B. einer Säure, einem sauer reagierenden Salz oder einem ändern Elektrolyten auf. Im Falle von Kautschuklatex sind in Gegenwart von Asbest im allgemeinen keine Koagulationsmittel nötig.
Das Aufbringen auf die Fasern geschieht durch Eintauchen der Fasern in eine Lösung oder Dispersion eines Bindemittels ; man rührt oder streut die losen Fasern in eine Dispersion oder Lösung des Bindemittels mit dem schmierend wirkenden festen Zusatz, arbeitet das Ganze gut durch und schlägt dann durch Koagulation des Bindemittels dieses mit dem schmierend wirkenden Zusatz gemeinsam auf der Faser nieder. Die Masse wird dann getrocknet, aufgefasert und in üblicher Weise versponnen. Auch durch Aufstreichen oder Aufsprühen einer solchen Flüssigkeit oder Lösung auf die getrockneten Faserstoffe spätestens auf der Krempel mit anschliessendem Aufbringen der festen Schmiermittel oder auch durch Tau-
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mit den feinverteilten schmierend wirkenden Feststoffen erhält man Vorprodukte für die Herstellung der Garne.
Das Aufbringen der Feststoffe schliesst entweder an das Überziehen der Einzelfasern mit den Bindemitteln an, oder die festen Stoffe und die Bindemittel werden gleichzeitig aufgebracht. Wenn die festen Stoffe nach dem Bindemittel aufgebracht werden, kann man diese entweder aufstäuben oder auf elektrostatischem Wege aufbringen.
Wenn die festen Schmiermittel. auf den Fasern genügend haften, kann man auch auf den Zusatz von Bindemitteln verzichten.
Ein anderer Weg zur Herstellung solcher Garne besteht darin, dass man aus den Einzelfasern und den festen schmierend wirkenden Stoffen sowie vorzugsweise den Bindemitteln nach Art der Papiertechnik einen Brei herstellt und diesen Brei zu papierähnlichen Folien oder Vliesen verarbeitet, die man anschliessend in schmale Streifen zerschneidet, die dann gerillt werden (ähnlich wie bei Papierkordeln), so dass sie garnartige Fäden ergeben, die zu Packungen weiterverarbeitet werden.
Die Weiterverarbeitung erfolgt entweder durch Herstellung von Spulen, deren einzelne Fadenlagen sich kreuzen, wodurch die Spulen eine ausreichende Festigkeit erhalten. Oder man stellt Gewebe, Gewirke oder Geflechte in Form von Bahnen her, deren Breite etwa der axialen Länge der gewünschten Pakkungen entspricht und wickelt diese Bahnen zu den gewünschten Packungen auf.
Statt der Verwendung der Gewebe oder Gewirke kann man zum Aufwickeln der Packungen auch so vorgehen, dass man die Fäden entweder als solche oder nach Verarbeitung zu breiteren Litzen um einen Kern flicht oder klöppelt und das Geflecht so weit aufwickelt, dass die Packung die genügende Dicke erhält.
Noch eine andere Möglichkeit besteht darin, dass man einen langen Garnfaden der oben beschrie-
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benen Art um den von der Packung zu umgebenden Metallkern an der gewünschten Stelle herumwickelt und auf diese Weise die Packung an Ort und Stelle erzeugt.
Die Zeichnung erläutert einige Ausführungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Verfahrens.
Fig. l und 2 zeigen eine aus einzelnen Garnlagen gewickelte Packung in Form einer Spule im Schnitt bzw. in Draufsicht, Fig. 3 zeigt eine durch Aufwickeln eines Gewebes oder Gewirkes hergestellte Pak- kung, Fig. 4 das Umflechten eines Kernes mit Litzen zur Herstellung einer Packung und Fig. 5 das Auf- wickeln eines einzigen langen Fadens auf eine Welle, um eine Packung an Ort und Stelle zu erzeugen.
In Fig. l und 2 ist die Packung 1 aus mehreren Garnlagen 2 aufgewickelt, wobei die Richtungen der
Fäden 3 und 4 einander überkreuzen. In Fig. 3 ist die Packung durch Aufwickeln eines Gewebe- oder Ge- wirkbandes 6 auf einen Kern 15 als Rolle 5 hergestellt. Gemäss Fig. 4 werden ein Faden 8 oder etwas ver- breiterte Litzen zu einem Band geflochten und dieses auf einen Kern 15 aufgewickelt, so dass eine Spu- le 7 entsteht. Fig. 5 zeigt das Aufwickeln eines langen Fadens 9 auf eine Welle 10, deren Durchmesser bei i2. etwas. grösser als bei 13 ist. 11 ist der Absatz, von dem aus man das Aufwickeln des Fadens be- ginnt und so lange fortsetzt, bis der Wickel etwa genau so hoch ist wie der Abschnitt 12.
Während man bei den bisher bekanntgewordenen Verfahren höchstens 30 - 40 Vol. ¯5ta der schmierend wirkenden festen Zusätze in die Packung hineinbringen konnte, ist es nach dem erfindungsgemässen Ver- fahren möglich, bis zu 80 VOl, -0/0 und mehr der Packung derart einzuverleiben, dass sich die schmierend wirkenden Feststoffe über den ganzen Querschnitt der Packung gleichmässig verteilen, so dass die Pak- kung eine grosse Reserve an festen schmierend wirkenden Stoffen enthält, die nicht so leicht herausge- waschen oder herausgerieben werden können. Viele dieser Schmierstoffe haben die Form von Schuppen oder Plättchen, die durch ihr kennzeichnendes Kristallisationsgitter besonders niedrige Reibungskoeffizienten ergeben. Andere Zusätze. z.
B. Blei-, Aluminium- oder Kupferpulver, sind meist so weich, dass sie im Betrieb ebenfalls sehr bald Plättchenform annehmen und dann gleichfalls die Reibung günstig beeinflussen.
Man kann den Packungen auch chemische Mittel zugeben zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen kalte und heisse Medien, wie Kesselspeisewasser, Meerwasser, sowie Säuren, Laugen, Salzlösun - gen ; ferner gegen anorganische und organische Lösungsmittel und deren Gemische, Öle und Gase. Als derartige Mittel eignen sich Silikone und fluorhaltige Kunststoffe in Öl-oder Kautschukform. Allgemein kann man hiefür. sämtliche oben als Bindemittel aufgezählte Stoffe nehmen. Man kann diese Mittel entweder bereits den Fasern einverleiben oder auch den fertigen Packungen, u. zw. in Gestalt von Lösungen, Schmelzen, Emulsionen oder Suspensionen. In gleicher Weise kann man dem Garn oder den Pakkungen Fette zugeben, oder auch die fertigen Packungen in bekannter Weise damit imprägnieren.
Beispiel l : Spinnfasern, aus Asbest oder ändern Fasserrohstoffen werden in einer Menge von etwa 60 % mit 35 % Pudergraphit und 5 % Naturkautschuk-Latex (berechnet auf wasserfreiem Zustand) im Holländer, d. h. unter Zusatz etwa der 10 - 100-fachen, im Mittel etwa der 50-fachen Menge Wasser durchgearbeitet, wobei sich die Fasern mit Graphit umhüllen.
Um die Haftung des Graphits auf den Fasern zu verbessern, kann man den Latex durch Zugabe einer Spur Säure koagulieren. Das Gemisch wird auf der Lang- oder Rundsiebmaschine zu papierartigen Folien verarbeitet, die nach dem Trocknen in einem Reisswolf wieder zerfasert werden. Diese Einzelfasern, von denen jede völlig mit Graphit umhüllt ist, werden nun zu Fäden verarbeitet. Man verspinnt sie zunächst auf der Krempel zu einem Vorgarn, das dann auf einer Spinnmaschine versponnen und auf der Zwirnmaschine gezwirnt wird. Die so erhaltenen, durch und durch graphithaltigen Fäden werden durch Flechten auf der Flecht- oder Klöppelmaschine oder durch Verweben oder Wirken und anschliessende Konfektionierung zu Stopfbüchsenpackungen verarbeitet.
Beispiel 2 : 10 Teile Baumwollfasern werden mit einer Suspension von 87 Teilen Graphit und so viel einer 20 %igen Lösung Acrylsäurenitril in Dimethylformamid vermengt, dass die Menge des trockenen Acrylsäurenitrilanteiles 3 Gew.-Teilen entspricht. Zum Vermengen gibt man die Suspension aus dem Graphit und der Acrylsäurenitrillösung zu den Fasern, während sie sich über beheizte Flächen bewegen. Hiebei verdampft das Lösungsmittel, und man erhält völlig von Graphit umhüllte Einzelfasern, die nach der in Beispiel 1 beschriebenen Textiltechnik weiterverarbeitet werden. Hiebei beträgt das Volumenverhältnis von (Baumwollfasern + Bindemittel) : Graphit etwa 23 : 77.
Beispiel 3 : Man gibt Spinnfasern aus Asbest auf eine Krempel oder Doppelkrempel auf und behandelt den Faserflor nach dem Verlassen von Tambour und Peigneur mit einer Graphitsuspension aus 95 Gew.-Teilen Graphit und 100 Gew.-Teilen eines 5 %igen Neopren-Latex, so dass alle Fasern völlig von dem Graphit umhüllt werden, wofür ein Volumenverhältnis von etwa 80 Teilen Graphit zu 20 Teilen (Asbest + Bindemittel) erforderlich ist. Anschliessend entfernt man das Dispergiermittel durch Erwärmen und verarbeitet den Graphitfaserflor durch Nitscheln auf Vorgarn, das man durch Weben, Wirken, Flech-
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ten oder durch Aufwickeln über einen Dorn zu einer Packung verarbeitet.
Beispiel 4 : Lose Spinnfasern aus Asbest besprüht man mit so viel einer Nitrocelluloselösung in
Amylacetat, dass das Mengenverhältnis von Asbest zu lösungsmittelfreier Nitrocelluloselösung 98 : 2 ist.
Hierauf bringt man nach einem elektrostatischen Beflockungsverfahren ein Gemisch aus etwa gleichen Teilen Talkum und Glimmer in solcher Weise auf, dass jede Einzelfaser völlig umhüllt wird, u. zw. möglichst bald nach dem Aufsprühen der Nitrocelluloselösung, solange noch die Fasermasse klebrig ist.
Man kann auf diese Weise so viel von dem Talkum- und Glimmergemisch aufbringen, dass das Volumen- verhältnis von (Talkum + Glimmer) zu (Faser + Bindemittel) etwa 70 : 30 ist.
Beispiel 5 : 8 Gew.-Teile Zellwoll-Stapelfasern von etwa 80 - 30 mm Länge werden in einem
Holländer in üblicher Weise in Wasser suspendiert, worauf man 90 Gew.-Teile Naturgraphit mit 98-99% C hinzugibt. Die Wassermenge beträgt hiebei etwa das 20- bis 50-fache der Fasermenge. Anschliessend gibt man Naturkautschuklatex in einer Menge zu, die zwei Teilen Trockensubstanz entspricht und zum Schluss ein Koagulationsmittel, z. B. eine schwache Säure oder Alaun. Durch dieses Mittel werden der Kautschuk und der Graphit so auf die Faser niedergeschlagen, dass das Gemisch zu einem homogenen Faservlies weiterverarbeitet werden kann.
Dieses Vlies wird nach Trocknung in einem Reisswolf zerfasert, worauf man die Fasern auf der Krempel zu einem Vorgarn und schliesslich auf der Spinnmaschine zu einem Garn weiterverarbeitet. aus dem man Gewebe oder Gewirke herstellt, die dann die fertige Stopfbüchsenpak- kung ergeben. In den Packungen ist das Volumenverhältnis von (Faser + Bindemittel) zu Graphit etwa 5 : 85.
Beispiel 6 : In einer Lösung von 3 Teilen Polyvinylacetat (bezogen auf Trockensubstanz) in
Amylacetat rührt man nacheinander ein : 10 Teile Molybdändisulfid, 76 Teile feinen Bleistaub und 15 Tei- le Chrysotylasbest-Fasern.
Durch Verdampfung des Lösungsmittels wird die Masse getrocknet. Sich dabei bildende grössere Stük- ke zerfasert man im Reisswolf und verarbeitet das Fasergut gemäss Beispiel 5. Das Volumenverhältnis von (Faser + Bindemittel) zu (Blei + Molybdändisulfid) ist etwa 4 : 46.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Stopfbüchsenpackungen, die organische, anorganische oder syn- thetische Fasern in Form von Fäden und schmierend wirkende Feststoffe enthalten, dadurch gekennzeichr net, dass man auf den zur Herstellung der Fäden verwendeten Fasern zunächst in an sich bekannter Wei- se die schmierend wirkenden Feststoffe, vorzugsweise. Graphit, z. B. durch Tauchen in eine diese Fest- stoffe enthaltende Lösung oder Dispersion oder durch Aufsprühen z. B. eines die Feststoffe enthaltenden
Bindemittels aufbringt, so dass sie jede einzelne Faser möglichst allseitig umhüllen, worauf man, wie an sich bekannt, aus diesen einzelnen Fasern Fäden und aus diesen Fäden die Packungen herstellt.