DE68909661T2

DE68909661T2 - Verfahren zum Imprägnieren von Fasern und imprägnierte Faser.

Info

Publication number: DE68909661T2
Application number: DE89104540T
Authority: DE
Inventors: Richard W Calkins
Original assignee: Garlock Inc
Current assignee: Coltec North Carolina Inc
Priority date: 1988-03-21
Filing date: 1989-03-14
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2009-03-15
Also published as: US4994303A; CA1329066C; DE68909661D1; MX164921B; EP0339232A2; JPH026669A; EP0339232B1; EP0339232A3; JP2653697B2; ES2043919T3; AU3148689A; AU613459B2; ATE95583T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Dichtungsmaterialien für Pumpen und dergleichen und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer zum Gebrauch bei Dichtungsmaterialien bestimmten Garnfaser, die gegenüber stark ätzenden Chemikalien widerstandsfähig ist sowie auf eine Faser, die nach diesem Verfahren hergestellt ist.
Damit eine Pumpe korrekt arbeitet, müssen Pumpendichtungsmaterialien eine dynamische Dichtung bilden und darüber hinaus gegenüber den Auswirkungen von Temperatur, Druck, dynamischem oder durch das System ausgelöstem abrasivem Verschleiß und chemischen Angriffen beständig sein. In Industrien wie der Zellstoff- und Papierindustrie benutzte Pumpen erfordern Dichtungsmaterialien, die insbesondere gegenüber einer stark alkalischen Umgebung, in welcher deren Betrieb gefordert wird, bestehen müssen. Ohne daß das Pumpendichtungsmaterial gegenüber diesen stark ätzenden Bedingungen beständig ist, bei welchen der pH-Wert den Wert 14 oft erreicht oder sogar überschreitet, kann die Pumpe ihre Dichtungsfunktion nicht erfüllen und aufrechterhalten. Falls sich das Pumpendichtungsmaterial aufgrund dieser kombinierten chemischen und physikalischen Einflüsse verschlechtert und auf diese Weise seine Integrität verliert, wird eine akzeptable Dichtung nicht gebildet und die Pumpe nicht korrekt arbeiten.
Pumpendichtungsmaterialien, die zum Betrieb unter den obengenannten Bedingungen bestimmt sind, sind aus Asbestfasern und Garnen hergestellt worden, die mit einer Vielzahl von Tetrafluorethylen (im folgenden TFE genannt) Beschichtungs und Dispersionssystemen imprägniert oder beschichtet worden sind. Aus der Kombination von Asbest und TFE ergab sich ein Pumpendichtungsmaterial, welches eine hohe Widerstandsfähigkeit sowohl gegenüber Chemikalien als auch gegenüber ungünstigen, den Pumpenbetrieb betreffenden Einflüssen aufwies. Es waren diese Pumpendichtungsmaterialien ferner wirtschaftlich, und zwar aufgrund der niedrigen Kosten der Asbestfasern, die zu deren Herstellung benutzt wurden. Asbest- und TFE-Pumpendichtungsmaterialien wurden aufgrund ihrer niedrigen Kosten und ihrer Wirksamkeit allgemein für Pumpenanwendungen in der Zellstoff- und Papierindustrie ausgewählt und in sonstigen Fällen, bei denen diese starken Konzentrationen an Ätzmitteln ausgesetzt sind.
In den letzten Jahren sind mögliche Gesundheitsprobleme festgestellt worden, und zwar in Verbindung mit Asbest. Um Asbestfasern aus Dichtungen zu ersetzen oder zu eliminieren haben Dichtungsmittelhersteller und -benutzer mit vielen alternativen Ausführungsformen experimentiert. Es sind andere Fasern wie z.B. Baumwolle, Flachs, Hanf, Kunstseide, Acryl, Glasfaser, KEVLAR und dergleichen in Verbindung mit unterschiedlichen Beschichtungen und Dispersionen angewandt worden, um Garne herzustellen, die das Asbest bei Pumpendichtungen ersetzen könnten. Einige dieser Garne erwiesen sich in bestimmten Anwendungsfällen als gleichwertig oder besser als Asbest. Es war jedoch der Nutzen dieser Asbestersatzstoffe in stark ätzender Umgebung, der Pumpen in der Zellstoff- und Papierindustrie üblicherweise ausgesetzt sind, nur begrenzt.
Da diese Fasern nicht von Natur aus gegenüber Ätzmitteln beständig sind, wird diesen Fasern und Garnen eine Widerstandsfähigkeit gegenüber ätzenden Beanspruchungen dadurch verliehen, daß die Fasern und/oder Garne mit einer schweren TFE-Dispersion beschichtet werden. Aufgrund der vorzüglichen Widerstandsfähigkeit von TFE gegenüber ätzenden Beanspruchungen können asbestfreie, mit TFE beschichtete Fasern und Garne einem durch Ätzmittel ausgelösten Qualitätsverlust bis zu einem PH-Wert von ungefähr 10 bis 12 widerstehen. TFE selbst hat eine nahezu perfekte Widerstandsfähigkeit gegenüber ätzenden Beanspruchungen und solange die TFE-Beschichtung auf dem das Pumpendichtungsmaterial bildenden fasrigen Material verbleibt, so daß das Garn vollständig bedeckt ist, wird das Dichtungsmaterial in der Lage sein, seine Funktion in den pH-Bereichen zu erfüllen, die in der Zellstoff- und Papierverarbeitung und in ähnlichen, durch ätzende Bedingungen gekennzeichneten Anwendungen angetroffen werden. Ein vollständiger Schutz gegenüber ätzenden Beanspruchungen ist jedoch durch die zur Zeit verfügbaren Verfahren der Herstellung von TFE-Fasern und -Garnen nicht gegeben.
Die zur Herstellung von Pumpendichtungen benutzten Fasern werden anfänglich zu Garnen verarbeitet, welche anschließend geflochten, gewoben oder gestrickt werden, um das Dichtungsmaterial zu bilden. Beschichtungen können entweder auf das Garn vor dem Flechtvorgang aufgebracht werden oder auf das fertige Flechtprodukt oder auf beide. Während TFE-Dispersionen in das Garn eindringen und dieses sowie das Faserbündel beschichten können, kann selbst die beste Beschichtungstechnologie keine völlig gleichförmige, perfekte Beschichtung sicherstellen. Beispielsweise können TFE-Partikel daran gehindert sein, das Garn zu erreichen, wenn eingeschlossene Luftlöcher oder Blasen gebildet sind, so daß an diesen Stellen überhaupt keine Beschichtung aufgebracht wird. An anderen Stellen kann die Beschichtung sehr dünn ausfallen. Wird die Pumpendichtung stark ätzenden Konzentrationen ausgesetzt, werden unbeschichtete oder dünnbeschichtete Stellen der Faser zu Brennpunkten eines chemischen Angriffs. Sobald die Faser selbst ätzenden Chemikalien ausgesetzt ist, werden diese entlang der Faser wandern, und zwar aufgrund der natürlichen dochtartigen Wirkung in der Faser, so daß sich entlang der Faser eine durch Ätzung bedingte Qualitätsverschlechterung ergibt. Das Ergebnis ist ein rascher Verlust an Garnintegrität und an Ausfall der Dichtwirkung der Dichtung.
Es ergibt sich ferner gerade aus der Natur der Pumpendichtungsmaterialien, daß diese einem Verschleiß und einer Qualitätsverschlechterung ausgesetzt sind. Im Betrieb der Pumpe ist die Grenzfläche zwischen der Dichtung und dem rotierenden oder hin und her bewegenden Pumpenschaft einer dauernden Abrasion sowie einer höheren Temperatur als der Rest der Dichtung ausgesetzt. Dieser demzufolge durch Temperaturen und das System als solches ausgelöste abrasive Verschleiß kann sogar eine dicke TFE-Beschichtung verschlechtern. Schließlich wird die TFE-Schutzbeschichtung entfernt sein, so daß der darunterliegende Faserkörper freigelegt ist. Die einmal freigelegte Faser wird anschließend durch den Angriff des Atzmittels schnell zerstört, womit ein Verlust an Garnintegrität und ein Ausfall der Dichtungseigenschaften des Dichtungsmaterials einhergeht. Da das Dichtungsmaterial im Betrieb der Pumpe stets einem Verschleiß ausgesetzt ist, breitet sich der verschlissene Bereich rasch über den ganzen Dichtungskörper aus, sobald die TFE-Schutzschicht von einem Teil des Dichtungskörpers entfernt ist. Dies führt dazu, daß bei einem fortgesetzten Betrieb der Pumpe ein größerer prozentueller Anteil des gesamten Materials dem Angriff eines Atzmittels ausgesetzt ist.
Das einzige, von Natur aus gegenüber Atzmitteln beständige Mittel, welches mäßige Kosten verursacht, asbestfasernfrei ist, welches zum Gebrauch für dynamische Pumpendichtungen geeignet ist, sind TFE-Fasern. TFE-Fasern können mit Kohlenstoff und Graphit kombiniert werden oder es können diese Stoffe einzeln zur Bildung eines Garns benutzt werden, welches von Natur aus gegenüber einem durch ätzende Chemikalien bedingten Angriff und einer entsprechenden Qualitätsverschlechterung beständig ist. Die einzige, zur Zeit der Industrie zur Verfügung stehende Lösung zur Herstellung von Pumpendichtungen, die für einen durch hohe Ätzmittelkonzentrationen gekennzeichneten dynamischen Pumpenbetrieb bestimmt sind, besteht in diesen Fasern.
Obgleich Garne, die aus den vorstehend erwähnten Materialien hergestellt worden sind, einen ausgezeichneten Gebrauchswert haben, werden diese kostspielig. Die grundlegenden TFE-Garne, so wie diese durch die Garnhersteller für die Herstellung der fertigen Dichtung bereitgestellt werden, sind kostspieliger, als die alten Asbest/TFE-Fertigprodukte. Die aus Kohlenstoff und/oder Graphit bestehenden Dichtungen erfordern ebenfalls einen hohen Preis. Die Kosten der Herstellung von TFE, Kohlenstoff oder Graphitgarnen sind höher als die Kosten der Herstellung anderer Garnarten. Wenn deshalb die früher für Anwendungen in Verbindung mit Atzmitteln benutzten Asbest-Pumpendichtungsmaterialien durch funktionell gleichwertige TFE-, Kohlenstoff- und/oder Graphitdichtungen ersetzt würden, wäre dies ein wesentlicher Preisnachteil.
Hinzutritt, daß sich weitere Probleme und Kosten aus der Notwendigkeit ergeben, auf der Grundlage der verfügbaren Pumpendichtungsmaterialien umfangreiche Lagerbestände an unterschiedlichen Pumpendichtungen zu führen, die jeweils nur über einen relativ begrenzten pH-Bereich einsetzbar sind. Beispielsweise sind die, zu relativ niedrigen Kosten erhältlichen allgemeinen Pumpenbetriebsdichtungsmaterialien aus oben dargelegten Gründen nicht bei hohen pH-Werten brauchbar. Dies macht zusätzlich eine Lagerhaltung teurer Pumpendichtungsmaterialien für Anwendungen bei hohen pH-Werten notwendig. Eine typische Papierfabrik benutzt sowohl hunderte von Betriebspumpen für Atzmittel als auch eine große Anzahl anderer Pumpen für ihre Betriebsabläufe. Demzufolge muß die Fabrik gegenwärtig im allgemeinen mit wesentlichen Zusatzkosten einen doppelten Lagerbestand an geeigneten Pumpendichtungsmaterialien aufrechterhalten und darüber hinaus zur Handhabung und geeigneten Unterhaltung dieses doppelten Lagerbestandes Instandsetzungspersonal anstellen und ausbilden.
Das in der US 4,459,882 (Case et. al) offenbarte Dichtungsmaterial stellt einen Versuch dar, die oben dargelegten Probleme zu lösen und einen durch niedrige Kosten gekennzeichneten Ersatzstoff für Asbestfaser-Pumpendichtungsmaterialien bereitzustellen, der von Natur aus gegenüber Ätzmitteln beständig ist. Das in diesem Patent beschriebene Dichtungsmaterial wird aus einem Garn hergestellt, welches aus einer Kombination sowohl von anorganischen Fasern wie z.B. Glas und organischen Fasern wie gesintertem Polytetrafluorethylen oder Polypropylen, Kunstseide und dergleichen besteht und kann ein Bindemittel oder eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen umfassen. Während ein Garn mit einer solchen Zusammensetzung einige Vorteile aufweist, leidet es auch an offensichtlichen Nachteilen. Falls Polytetrafluorethylen als Beschichtung oder Bindemittel benutzt wird, werden die oben dargelegten Probleme nicht überwunden, die sich aus einer unvollständigen oder ungleichförmigen Bedeckung dieser Beschichtung ergeben. Falls Polytetrafluorethylen in der Form von Fasern benutzt wird, fallen die Kosten des Garnes sehr hoch aus. Es bringt demzufolge die Kombination anorganischer glasartiger Fasern und organischer, mit Polytetrafluorethylen beschichteter Fasern, wie in diesem Patent beschrieben, nicht die Widerstandsfähigkeit gegenüber starken Konzentrationen an Ätzmitteln mit sich, wie bei vielen Pumpenanwendungsfällen gefordert wird.
In der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 136 727 werden ein aromatisches Polyamidgarn, welches mit Schmiermittelpartikeln imprägniert ist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Garnes und eines Dichtungsmaterials oder eines Seiles offenbart, welches dieses Garn enthält. Das zu behandelnde Garn wird beschrieben als ein 1.000 bis 20.000 Fasern enthaltendes Garn und es werden entweder mehrere solcher Garne nach ihrer Verbindung oder es wird ein einzelnes Garn befeuchtet, und zwar entweder durch eine Befeuchtungsrolle oder indem das Garn durch ein Bad hindurchgeführt wird. Dieses Bad besteht aus einer wässrigen. PTFE und/oder Graphitpartikel, die über die, das Garn bildenden Fasern verteilt sind, enthaltenden Dispersion. Auf diese Weise wird das Garn durch Beschichtung seiner Fasern imprägniert.
Der Stand der Technik hat ein Pumpen- oder Ventildichtungsmaterial nicht offenbaren können, welches zum Gebrauch bei starken ätzenden Konzentrationen geeignet ist, welches durch sowohl niedrige Kosten als auch eine lange, brauchbare Lebensdauer gekennzeichnet ist. Der Stand der Technik hat ferner kein Verfahren bereitstellen können, wodurch asbestfreie, durch niedrige Kosten gekennzeichnete Fasern beständig gegenüber Ätzmitteln gemacht und anschließend zur Herstellung eines gegenüber Ätzmitteln beständigen Pumpendichtungsmaterials benutzt werden konnten.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile des oben dargelegten Standes der Technik zu überwinden und ein Pumpendichtungsmaterial bereitzustellen, welches sowohl durch niedrige Kosten gekennzeichnet ist als auch dazu geeignet ist, in stark ätzender Umgebung eine lange Lebensdauer sicherzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines durch niedrige Kosten gekennzeichneten, gegenüber Ätzmitteln beständigen, faserartigen Materials bereitzustellen, welches zur Verwendung als Dichtungsmaterial für Fluiddichtungssysteme bestimmt ist, die einer ätzenden Umgebung ausgesetzt sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines durch niedrige Kosten gekennzeichneten, in einem hohen Maße ätzmittelbeständigen Dichtungsmaterials bereitzustellen, durch welches asbestfreie Fasern gegenüber Ätzmitteln beständig gemacht werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines ätzmittelbeständigen faserartigen Materials bereitzustellen, durch welches das faserartige Material gegenüber Ätzmitteln beständig gemacht wird, indem die durch niedrige Kosten gekennzeichneten Fasern, die nicht von Natur aus ätzmittelbeständig sind, beschichtet werden, und zwar mit einer Substanz die von Natur aus ätzmittelbeständig ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein wirtschaftliches Dichtungsmaterial zur Verfügung zu stellen, welches Ätzmittelkonzentrationen zu widerstehen vermag, welche während eines dynamischen Pumpenbetriebes einen pH-Wert von 14 erreichen oder überschreiten.
Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, ein wirtschaftliches faserartiges Pumpendichtungsmaterial zur Verfügung zu stellen, welches in allgemeinen und stark ätzmittelbelasteten Pumpenanwendungen gleichermaßen gut einsetzbar ist, so,daß für die jeweiligen Benutzer die Kosten und Probleme doppelter Pumpendichtungslagerhaltungen vermieden werden.
Die obengenannten Aufgaben werden durch ein Verfahren entsprechend dem Anspruch 1 gelöst, wodurch ein Verfahren zur Herstellung eines ätzmittelbeständigen Dichtungsmaterials bereitgestellt wird, gemäß welchem ein Garnbündel unter Spannung gesetzt wird und das Garn einem Spreizmittel unterworfen wird, zwecks Veränderung des Querschnitts des Garns ausgehend von einer fest gebündelten, komprimierten, im Querschnitt runden Gestalt zu einer flachen geradlinigen Faseranordnung, bei welcher sich die Fasern im wesentlichen parallel zueinander erstrecken und die Oberfläche einer jeden individuellen Faser vollständig freigelegt ist. Gleichzeitig wird das Garn in eine stark alkalische Beschichtungslösung eingeführt, welche ein Quellen der einzelnen Faserkörper verursacht. Das Innere der Faser wird hinreichend geöffnet, um eine von Natur aus ätzmittelbeständige Imprägnierungs- und Beschichtungslösung in das Innere des einzelnen Faserkörpers eindringen zu lassen. Das Garn wird anschließend um Beschichtungswalzen gezogen, wobei es weiterhin gespannt bleibt, um die Fasern zu spreizen und zu öffnen, so daß sichergestellt ist, daß die Lösung sämtliche Fasern des Garns imprägniert und beschichtet. Die nassen imprägnierten ummantelten Fasern werden anschließend durch einen Walzspalt geführt, wodurch überschüssige Lösung aus den Fasern gepreßt wird und wobei die geradlinige Faseranordnung weiter geglättet wird. Das sich noch in dieser flachen, streifenartigen Anordnung befindende und unter Spannung stehende Garn wird durch einen Ofen geführt, worin die Faserkörper zu ihrer ursprünglichen Gestalt zurück verdichtet werden und auf diese Weise die Imprägnierungs- und Ummantelungslösung innerhalb des Faserkörpers einschließen. Eine Trocknung wird fortgesetzt, bis das Garn im wesentlichen wasserfrei ist. Das sich ergebende getrocknete und ummantelte Garn wird um herkömmliche Haspeln gewunden und steht auf diese Weise für einen Flechtvorgang zur Verfügung. Das entsprechend dem oben dargelegten Verfahren hergestellte Garn schließt Fasern ein, die nicht nur vollständig auf ihren äußeren Oberflächen mit der von Natur aus ätzmittelbeständigen Imprägnierungs- und Ummantelungslösung beschichtet sind, sondern es sind diese über ihr Inneres vollständig mit der von Natur aus ätzmittelbeständigen Imprägnierungslösung imprägniert, wodurch das Garn als solches ätzmittelbeständig wird.
Andere Aufgabenstellungen und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen deutlich werden.
Fig. 1 ist eine seitliche diagrammartige Ansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Vorrichtung.
Fig. 2 ist eine diagrammartige Draufsicht auf den, auf die Spreizung des Garnes gerichteten Schritt dieses Verfahrens.
Die Dichtungsmittelindustrie hat lange nach wirtschaftlichen, asbestfreien, geflochteten allgemeinen Betriebsdichtmitteln gesucht, die eine hinreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber ätzenden Chemikalien aufweisen, so daß diese eine lange brauchbare Lebensdauer bei den hohen pH-Bereichen haben, die für konzentrierte Ätzmittel charakteristisch sind. Durch die vorliegende Erfindung wird nicht nur ein Produkt bereitgestellt, sondern auch ein Verfahren, nach welchem dieses Produkt hergestellt werden kann. In ihrer grundlegendsten Form umfaßt die Erfindung eine gründliche Imprägnierung und Ummantelung einer durch relativ niedrige Kosten gekennzeichneten, von Natur aus nicht ätzmittelbeständigen Faser unter Verwendung eines bekannten, ätzmittelbeständigen Stoffes, um die Faser vollständig ätzmittelbeständig zu machen. Im Ergebnis kann diese Art Faser zur Herstellung eines Dichtungsmaterials benutzt werden, welches sowohl in allgemeinen Betriebsanwendungen als auch unter stark ätzender Umgebung benutzt werden kann, so daß für den Benutzer dieser Dichtungsmittel die Kosten und Probleme erspart bleiben, die mit der Führung eines Lagerbestandes an umgebungsspezifischen Dichtungsmitteln verbunden sind. Nachdem die, das Dichtungsmittel bildende grundlegende Garnfaser kostenmäßig bedeutend niedriger anzusetzen ist als verfügbare asbestfreie ätzmittelbeständige Materialien, bringt das Produkt der vorliegenden Erfindung dem Verbraucher des Dichtungsmaterials einen wesentlichen Preisvorteil. Es wird diese Wirtschaftlichkeit ferner erreicht, ohne die Wirksamkeit des Dichtungsmaterials aufzugeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird primär mit Hinblick auf die Herstellung eines Pumpendichtungsmaterials beschrieben. Es kann dieses Verfahren jedoch zur Herstellung eines Dichtungsmaterials bestimmt werden, welches generell bei Fluiddichtungssystemen einschließlich Pumpen, Ventilen, Dehnungsfugen, hydraulischen Zylindern und dergleichen eingesetzt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß ein Garn unter Spannung gesetzt wird und einem Spreizverfahren unterzogen wird, durch welches die einzelnen, das Garn bildenden Fasern allmählich getrennt werden, so daß sie sich mit Abstand voneinander und im wesentlichen parallel in einer flachen Faseranordnung erstrecken, wobei das Garn gleichzeitig durch ein TFE-Dispersionsbad geführt wird, welches einen hohen alkalischen pH-Wert aufweist, um die einzelnen Fasern zu öffnen und ein Eindringen der TFE-Dispersion in das Innere der Fasern zu ermöglichen. Die Faseranordnung wird anschließend um ein Paar Beschichtungsrollen geführt, um sicherzustellen, daß das Außere der Fasern mit der Dispersion vollständig beschichtet ist und wird durch einen Walzspalt hindurchgeführt, um überschüssige Flüssigkeit zu entfernen, wobei die Anordnung schließlich durch einen Trocknungsofen hindurchgeführt wird, in welchem die Fasern zu ihrer ursprünglichen Form zurückverdichtet werden und auf diese Weise innerhalb des Faserkörpers das TFE einschließen. Nach dem Trocknungsvorgang kann das imprägnierte und ummantelte Garn zu einem Flechtwerk verarbeitet, gestrickt werden oder dergleichen, um Pumpen- oder Ventildichtungen herzustellen.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei Fig. 1 eine seitliche schematische Ansicht des vorliegenden Verfahrens zeigt. Ein zur Aufnahme einer Vielzahl von Garnkörpern eingerichtetes Rahmengestell 10 dient als Speichermittel für Garn, welches von zeichnerisch nicht dargestellten Garn-Speicherpaketen zugeführt wird und das Zuführgarn für das vorliegende Verfahren bildet. Es ist erkennbar, daß dieses Verfahren kontinuierlich arbeitet; ein nicht kontinuierliches Verfahren wird jedoch ebenfalls als ein solches angesehen, welches innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt. Das Garn 12 wird von dem Rahmengestell 10 über die Rahmengestellausgangsrolle 14 zu einer Beschichtungstankbaugruppe 16 geführt. Das Garn wird unter Spannung gesetzt, nachdem es das Rahmengestell 10 verlassen hat und wird während des gesamten Verfahrens unter Spannung gehalten. Die Beschichtungstankbaugruppe 16 umfaßt einen Tank 18, in welchem eine Faserummantelungs- und Imprägnierungslösung 20 aufgenommen ist, welche ein ätzmittelbeständiges Material enthält. Einzelne Spreizstangen 22, welche im Detail in Fig. 2 gezeigt und beschrieben sind, wandeln das einzelne Garnbündel in eine flache Anordnung getrennter Fasern um, welches bei 36 in Fig. 2 gezeigt ist. Vorzugsweise ist das Garn drallfrei.
Vier Spreizstangen 22 sind in Fig. 1 gezeigt; es kann jedoch ebenfalls eine andere Anzahl dieser Stangen eingesetzt sein, um das Garn in einzelne Faserbündel zu zerlegen, wahrend es unter Spannung gehalten wird. Die Spreizstangen 22 verändern die Querschnittsgestalt des Garnes 12 ausgehend von einer fest gebündelten und komprimierten runden Gestalt zu einer flachen, streifenartigen Anordnung. Die Garnfasern werden über und um die Spreizstangen 22 unter scharfen Winkeln unter Spannung gezogen. Die Spreizstangen können zur Erfüllung dieser Funktion drehend und/oder stationär angeordnet sein. Nachdem das Garn 12 um sämtliche Spreizstangen wie in Fig. 1 gezeigt herumgeführt worden ist, wird das einzelne Garnbündel die in Fig. 2 gezeigte Anordnung 36 annehmen, bei der die Fasern mit Abstand voneinander angeordnet sind. Während des auf die Spreizung der Fasern gerichteten Teils des Verfahrens gelangt das Garn an einem Eintrittspunkt 24 in die Beschichtungs- und Imprägnierungslösung 20, so daß die Fasern vollständig gespreizt und gegenüber der Lösung freigelegt sind. Diese Lösung ist stark alkalisch und wird im Detail im folgenden noch beschrieben werden. Sie verursacht deshalb eine Ballonbildung oder Quellung der einzelnen Faserkörper. Diese Quellung ermöglicht eine Öffnung des Inneren der Faser dahingehend, daß die Beschichtungs- und Imprägnierungslösung und deshalb das ätzmittelbeständige Material in das Innere des Faserkörpers durch Wanderung oder aufgrund dessen Dochtwirkung eintreten kann. Das Garn 12 ist in diese stark alkalische Lösung 20 während des größten Teiles seines Weges durch die Beschichtungstankbaugruppe 16 hindurch eingetaucht.
Das Garn 12, welches sich in der Form einer flachen Anordnung 36 befindet, deren Fasern mit Abstand voneinander verlaufen, wobei sich die Fasern im wesentlichen sich parallel zueinander erstrecken, von der letzten Spreizstange 22 um eine Hauptbeschichtungsrolle 26 herum und von dort um eine Hilfsbeschichtungsrolle 28 geführt. Die Rollen 26, 28 können von jeder herkömmlichen Art einer Beschichtungs und Hilfsbeschichtungsrolle sein, obgleich es bevorzugt wird, daß der Durchmesser der Rolle 26 größer als derjenige der Rolle 28 ist. Durch diesen Schritt ist weiter sichergestellt, daß die Fasern mit der stark alkalischen Lösung vollstandig beschichtet werden.
Die Faseranordnung 36 wird anschließend durch einen Walzspalt 30 geführt, der durch ein Paar Quetschwalzen 32 gebildet wird, so daß überflüssige Lösung 20 aus den Fasern gepreßt wird. Die Faseranordnung 36, welche ganz flach und streifenartig beschaffen ist, nachdem sie den Walzspalt 30 passiert hat, wird in einen Trocknungsofen 34 eingeführt. Die Faseranordnung wird weiterhin unter Spannung gehalten, während sie in den Ofen eingeführt wird. Innerhalb des Ofens 34 wird die Spannung reduziert, so daß die Fasern von einer ausgebreiteten Anordnung paralleller Phasen zu ihrer ursprünglichen nicht ballonartigen Form zurück verdichtet werden, welches dazu führt, daß die Beschichtungs- und Imprägnierungslösung, welche das ätzmittelbeständige Material enthält, innerhalb des Faserkörpers eingeschlossen wird. Der Trocknungsschritt wird fortgesetzt, bis die Faser im wesentlichen trocken ist. Das gewonnene getrocknete, imprägnierte und beschichtete Garn wird von herkömmlichen, nicht gezeigten Haspeln in Ballenform aufgenommen, vorzugsweise in einer zum Flechten fertigen Form.
Von dem Zeitpunkt an, zu dem das Garn 12 in die Lösung 20 eintritt bis es durch den Trocknungsofen 34 hindurchgeführt worden ist, wird das Garn 12 unter Spannung gehalten und gespannt, um die Garnfasern mechanisch zu spreizen, so daß die Beschichtungs- und Imprägnierungslösung, welche das ätzmittelbeständige Material enthält, in jeden der Faserkörper eindringen kann, um auf diese Weise jede Faser so gründlich wie möglich imprägnieren. Die Lösung enthält auch Ammoniumhydroxid, welches diese nicht nur stark alkalisch macht, sondern auch eine Ballonbildung der einzelnen Fasern verursacht sowie eine Öffnung oder eine Porenbildung, wodurch das Eindringen des ätzmittelbeständigen Materials in die Fasern weiter erleichtert wird.
Fig. 2 zeigt diagrammartig die Einwirkung der Spreizstangen 22 auf das Garn 12, um eine Anordnung 36 von mit Abstand zueinander angeordneten im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Fasern zu erreichen. Wie oben erwähnt, können die Spreizstangen 22 drehend oder auch stationär angeordnet sein. Mit jedem Passieren einer der Spreizstangen 22 werden die Fasern des Garnes 12 allmählich von einem runden Bündel zu einem streifenartigen Querschnitt gespreizt wie bei 38 gezeigt und schließlich in eine Faseranordnung wie bei 36 überführt, bei welcher die einzelnen Fasern des ursprünglichen Garnbündels vollständig getrennt sind und mit Abstand entlang der Spreizstange 22 angeordnet sind, so daß die Fasern sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Während das Garn 12 in Förderrichtung über jede der Spreizstangen 22 geführt wird, wird durch die allmähliche Spreizung und Trennung der Fasern sichergestellt, daß die vollständige äußere Oberfläche einer jeden Faser gegenüber der Lösung 20 freigelegt wird. Das Garn verbleibt in der Form einer linearen faserartigen Anordnung 36 während es um die Hauptbeschichtungsrolle 26, die Hilfsbeschichtungsrolle 28, zwischen den Quetschwalzen 32 und in den Trocknungsofen 34 hinein überführt wird. Während der Ofenbehandlung wird die Spannung des Garnes reduziert, so daß die Faserkörper zu ihrer ursprünglichen Form zurück verdichtet werden können.
Das für eine Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugte Garn wird aus Kunstseidefasern hergestellt. Es wird davon ausgegangen, daß andere, mit niedrigen Kosten verbundene, asbestfreie Fasern auf Zellulosebasis ebenfalls in diesem Verfahren verwendet werden können.
Die Beschichtungs- und Imprägnierungslösung 20 ist vorzugsweise aus einer stark alkalischen Suspension aus reinem kolloidalen TFE und einem oberflächenwirksamen Mittel hergestellt. Die Lösung wird durch Hinzufügung von Ammoniumhydroxid (NH&sub4;OH) stark alkalisch eingestellt. Ein Verhältnis NH&sub4;OH: TFE von 1:10,8, durch welches ein pH-Wert von ungefähr 10 geschaffen wird, wird zur Bewirkung eines vollständigen Imprägnierens eines jeden Faserkörpers der Faseranordnung bevorzugt. Es können höhere oder etwas niedrigere NH&sub4;OH-Anteile benutzt werden. Der Anteil an NH&sub4;OH verursacht eine Quellung des Faserkörpers und eine Öffnung oder Ballonbildung oder das Entstehen von Poren, so daß die TFE- Lösung in die Faser eindringen kann, in welcher sie nach dem Trocknungsschritt eingeschlossen ist. Ein oberflächenaktives Mittel ist ein notwendiger Bestandteil bei der Herstellung von TFE-Dispersionen und wirkt dahingehend, daß die Benetzbarkeit des TFE verbessert wird. Ein zur Herstellung der hierin beschriebenen TFE-Dispersionen bevorzugt benutztes oberflächenaktives Mittel ist Triton X-100, welches von Rohm und Haas Co. erhältlich ist. Andere, funktionell gleichwertige oberflächenaktive Stoffe können ebenfalls verwendet werden.
Graphit, der als Feststoff-Schmierfilm wirkt, kann ebenfalls hinzugefügt werden, ebenso wie irgendein anderer aus einer Anzahl von Feststoff-Schmierfilmen. Es wurde festgestellt, daß Graphit jedoch auch als visuelle Hilfe wirkt, und zwar zur Feststellung, daß das Innere des Faserkörpers durch die TFE-Lösung vollständig durchdrungen ist. Die normale Farbe sowohl von TFE-Dispersionen als auch von Kunstseide ist gebrochen weiß, Graphit ist schwarz. Vor der Entdeckung, daß eine stark alkalische TFE-Lösung erforderlich ist, um eine vollständige Durchdringung der Faser durch das TFE sicherzustellen zeigten Garne, die mit einer TFE/Graphitdispersion beschichtet waren und anschließend geschnitten wurden, weiße Flecken an den Stellen, an denen die einzelnen Fasern geschnitten wurden, so daß auf diese Weise angezeigt wurde, daß die TFE/Graphitdispersion nicht in die Fasern eingedrungen war. Wenn im Gegensatz hierzu eine stark alkalische TFE/Graphitsuspension, die erfindungsgemäß zubereitet wurde, als Beschichtungs- und Imprägnierungslösung benutzt wurde, war das Garn - im Querschnitt gesehen - vollständig schwarz, wodurch angezeigt wurde, daß sämtliche Bereiche des Inneren der Faser vollständig von der TFE/Graphitsuspension durchdrungen waren.
Obwohl Graphit ein ausgezeichnetes,zur Verwendung auf Fasern geeignetes Oberflächen-Schmiermittel ist, ist Graphit in der Beschichtungs und Imprägnierungslösung primär als Färbungsmittel aufgenommen. Andere Färbungsmittel wie z.B. Ruß, Glimmer, Wolframdisulfid, Molybdändisulfid und dergleichen können ebenfalls einzeln oder in Kombination als Färbemittel benutzt werden. Das fertig beschichtete und imprägnierte Garn besteht ungefähr zu 40% aus Fasern und zu 60% aus Beschichtungs- und Imprägnierungsstoffen. Wenn die Beschichtungs- und Imprägnierungslösung ein Feststoff-Schmiermittel enthält, weist die Beschichtung ungefähr die folgende Zusammensetzung auf:
70% TFE
30% Füllstoffe (93% Feststoff-Schmierfilm, 5% NH&sub4;OH-Kristalle und 2% oberflächenaktive Mittel).
Wenn der Feststoff-Schmierfilm ausgelassen wird, besteht die Beschichtung zu 93% bis 96% aus TFE.

Beispiel

Die Zubereitung einer Beschichtungs- und Imprägnierungslösung, welche erfolgreich bei Kunstfasern angewandt worden ist, um diese gegenüber Ätzmittelkonzentrationen beständig zu machen, wurde wie folgt bewirkt:
Zwei trommelartige, 113,55 l enthaltende Behälter wurden zur Mischung der folgenden Lösungen benutzt

Trommel Nr. 1

37,99 kg Leitungswasser
6,12 kg NH&sub4;OH
0,34 kg Triton X-100
Die Trommel wurde zunächst mit Leitungswasser gefüllt. Das NH&sub4;OH wurde sorgfältig hinzugefügt, und zwar unter Umrühren und das Triton X-100 wurde anschließend hinzugefügt, wobei die resultierende Lösung gut durchgerührt wurde.

Trommel Nr. 2

16,02 kg. Molybdändisulfid
50% der Lösung der Trommel Nr. 1 wurde dem Molybdändisulfid hinzugefügt und die resultierende Mischung gut umgerührt.
Einer dritten Trommel mit einem Inhalt von 208,20 l (Trommel Nr. 3) wurden 66,0 Kg Polytetrafluorethylen in der Form eines TFE-Suspensuids TD-30, welches über DuPont Company erhältlich ist. Die Lösung der Trommel Nr. 2 wurde in die Trommel Nr. 3 eingerührt und mit dem TFE-Suspensuid gemischt. Der verbleibende Inhalt der Trommel Nr. 1 wurde in die Trommel Nr. 2 gegossen zwecks Spülung und anschließend in die Trommel Nr. 3 eingebracht.
16,02 kg Dixon Air Spun Graphit wurde in die Trommel Nr. 3 eingerührt.
Nach einer gründlichen Durchmischung war die Beschichtungs und Imprägnierungslösung in Trommel Nr. 3 fertig zum Gebrauch. Der pH-Wert der wie oben beschrieben erzeugten Lösung betrug ungefähr 10.
Testversuche mit dynamischen Ätzmittelpumpen bei pH- Werten oberhalb von 14 haben bewiesen,daß ein Pumpendichtmitttelgeflecht, welches aus Kunstseidefasern hergestellt worden ist, die mit einer TFF-Lösung imprägniert und beschichtet waren, welche Lösung gemäß dem obigen Beispiel entsprechend dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt waren, besser funktionieren und nahezu gleichermaßen widerstandsfähig gegenüber stark ätzenden Chemikalien sind wie die im wesentlichen sehr kostspieligeren, dem Stand der Technik zuzuordnenden reinen TFE-Pumpendichtungsmaterialien und TFE/Graphit- Pumpendichtungsmaterialien.
Beschichtete und imprägnierte Fasern, die entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind, werden bei der Herstellung von Dichtungsmaterialien Anwendung finden, die zum Gebrauch in stark ätzender Umgebung bestimmt sind wie sie üblicherweise in der Zellstoff- und Papierindustrie angetroffen wird. Das vorliegende Verfahren kann zur Herstellung von Dichtungsmaterialien für jedes andere Fluiddichtungssystem benutzt werden, welches gleichermaßen in ätzender Umgebung eingesetzt werden soll wie z.B. Ventile, Dehnungsfugen, hydraulische Zylinder oder dergleichen. Das vorliegende Verfahren könnte auch benutzt werden zur Herstellung eines Materials auf Garnbasis, welches zur Verwendung in ätzender Umgebung bestimmt ist. Es könnte das Verfahren der vorliegenden Erfindung weiterhin verwendet werden zur Imprägnierung von Fasern mit Substanzen, die zur Aufrechterhaltung eines alkalischen pH-Wertes Ammoniumhydroxid erfordern, um diese Substanzen in Suspension zu halten. Die bevorzugte, mit TFE beschichtete und imprägnierte Kunstseidefaser der vorliegenden Erfindung ist besonders zweckmäßig zur wirtschaftlichen Herstellung von Dichtungsmaterialien, die über einen weiten Bereich von Umgebungsbedingungen wirksam einsetzbar sind und auf diese Weise die Notwendigkeit der Lagerung umgebungsspezifischer Dichtungsmaterialien eliminieren.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines fasrigen, asbestfreien, gegenüber hohen Konzentrationen ätzender Chemikalien beständigen Dichtungsmaterials, bestehend aus den folgenden Schritten:

a) Es wird ein Vorrat aus gegenüber Ätzmitteln nicht beständigen Garnes in der Form eines einheitlichen kontinuierlichen Bündels bereitgestellt, wobei dieses Bündel aus einer Vielzahl von Faserkörpern gebildet ist;

b) es wird das genannte Garnbündel unter Spannung gesetzt;

c) es wird das genannte gespannte Garnbündel einer Vielzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Spreizmitteln ausgesetzt, wodurch die Gesalt des Bündels ausgehend von einem im wesentlichen runden Bündel allmählich zu einer im wesentlichen flachen linearen Anordnung von mit Abstand zueinander angeordneten Faserkörpern geändert wird;

d) gleichzeitig mit dem Schritt c) werden die gespannten und gespreizten Garnfaserkörper durch eine stark alkalische Lösung eines von Natur aus ätzmittelbeständigen Stoffes geführt, welches eine Quellung eines jeden der Faserkörper verursacht, so daß jeder der Faserkörper mit der genannten Lösung vollständig in Berührung kommt und naß wird;

e) es wird die gespannte nasse Faseranordnung der Einwirkung eines Druckes und anschließend derjenigen von Wärme ausgesetzt, um überschüssige Lösung zu entfernen und die genannte Faseranordnung zu trocknen und

f) es wird die genannte Faseranordnung entspannt und zu der Gestalt des Garnbündels gemäß Schritt a) verdichtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte, gegenüber Ätzmitteln hochbeständige Material Tetrafluorethylen enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das genannte Garn Kunstseide enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Lösung Ammoniumhydroxid enthält und wobei der PH-Wert dieser Lösung ungefähr 10 beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verhältnis von Ammoniumhydroxid zu Tetrafluorethylen in der genannten Lösung ungefähr 1:10,3 beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Lösung ein oberflächenwirksames Mittel enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die genannte Lösung ein Färbemittel enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Färbemittel aus der aus Graphit, Kohlenstoff, Glimmer, Wolframdisulfid und Molybdändisulfid bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, welches ferner den Schritt der Überführung einer Vielzahl der genannten Garne in ein Flechtwerk umfaßt.

10. Fasriges asbestfreies Garn zur Herstellung eines, durch niedrige Kosten gekennzeichneten Materials, welches entsprechend dem Verfahren des Anspruchs 1 hergestellt ist und dazu geeignet ist, starken Konzentrationen an Ätzmitteln zu widerstehen, um eine lange Lebensdauer sicherzustellen, wobei das Garn aus einer Vielzahl von zelluloseartigen Fasern besteht, wobei das Innere einer jeden Faser vollständig mit einem von Natur aus ätzmittelbeständigen Material imprägniert ist und wobei das Äußere einer jeden Faser vollständig mit dem genannten ätzmittelbeständigen Material beschichtet ist.

11. Garn nach Anspruch 10, wobei die genannte Faser Kunstseide enthält.

12. Garn nach Anspruch 11, wobei das genannte, von Natur aus ätzmittelbeständige Material Tetrafluorethylen enthält.

13. Garn nach Anspruch 12, wobei ein aus diesem Garn hergestelltes Material gegenüber Ätzmitteln beständig ist, deren pH-Wert ungefähr 14 beträgt.