DE10151761A1 - Verfahren für die Herstellung eines bahnförmigen Halbzeuges aus faserverstärktem thermoplastischen Kunststoff - Google Patents

Verfahren für die Herstellung eines bahnförmigen Halbzeuges aus faserverstärktem thermoplastischen Kunststoff

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem technologischem Aufwand ein Halbzeug herstellen zu können, in welchem lange Verstärkungsfasern stark ausgerichtet vorliegen und die Verstärkungsfasern gut imprägniert sind. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Verfahren realisiert die Zielstellung durch die Herstellung eines bahnförmigen konsolidierten Halbzeuges aus Hybridband mit thermoplastischer Matrix und überwiegend unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern in 5 Verfahrensschritten, deren Hauptmerkmale ein Speicher, eine Führung, eine Legeeinheit, eine Heizstrecke und eine Konsolidierungseinrichtung sind. DOLLAR A Hauptanwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Halbzeug ist die Herstellung hochbelastbarer faserverstärkter Thermoplastbauteile.

Description

  • Stand der Technik
  • Eine Verbesserung der Schmelzimprägnierung, wie sie in DE 198 15 184 C1 vorgeschlagen wird, führt zu einer mechanischen Schädigung der Verstärkungsfaser, was sich in geringen Bauteilfestigkeiten bemerkbar macht.
  • In EP 0937560 A1 wird ein Verfahren zur Dispersionsimprägnierung vorgeschlagen. Das Verfahren beruht auf der Lösungsmittelimprägnierung, nur wird anstatt gelöstem Thermoplast eine Dispersion aus Wasser oder Wasser-Alkohol Gemisch und Thermoplastpartikeln verwendet. Die Nachteile dieses Verfahren liegen, wie bei der Pulverimprägnierung, in der aufwendigen Herstellung der Thermoplastpartikel und dem aufwendigen Trocknen des imprägnierten Faserstranges.
  • In DE 197 11 247 A1 wird die Herstellung von Langfasergranulat beschrieben.
  • Hybridband wird durch Wärme und Verdrehen kompaktiert, dieses kompaktierte Band wird dann granuliert. Eine Weiterverarbeitung dieses Granulates findet in einer, Presse statt, wo unter Druck und Wärmezufuhr das Bauteil hergestellt wird. Nachteil dieser Bauteile ist, dass die Verstärkungsfasern nicht belastungsgerecht im Bauteil vorliegen und dadurch geringe Festigkeiten erreicht werden.
  • Um hochbelastbare faserverstärkte thermoplastische Kunststoffe herzustellen, muss eine belastungsgerechte Ausrichtung der Verstärkungsfasern im Werkstoffverbund gewährleistet sein. Dazu können Hybridgarne für die Herstellung von Geweben benutzt werden, welche dann unter Wärmezufuhr und unter Druck zum Bauteil geformt werden. Nachteilig sind die hohen Kosten zur Herstellung des Gewebes aus Hybridgarnen.
  • Zusammengefaßt kann zum aktuellen Stand der Technik eingeschätzt werden, dass eine Reihe technischer Lösungen zur Herstellung faserverstärkter Thermoplaste bekannt sind.
  • Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Lösung sind aus dem Stand der Technik keine Herstellverfahren für faserverstärkte Kunststoffe bekannt, bei welchen eine gute Imprägnierung der Verstärkungsfasern und die Herstellung eines leicht handhabbaren Halbzeuges, in dem die Verstärkungsfasern eine große Länge aufweisen und gerichtet vorliegen, mit geringem technischen Aufwand realisiert wird.
    • Ziel der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem bei geringem technologischen Aufwand ein bahnförmiges Halbzeug mit thermoplastischer Matrix hergestellt wird, in weichem die Verstärkungsfasern mit großer Faserlänge gerichtet vorliegen und eine gute Verstärkungsfaserimprägnierung erreicht wird.
    • Lösung der technischen Aufgabe
  • Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein unidirektionales bahnförmiges konsolidiertes Halbzeug aus Hybridband, in dem Verstärkungsfasern endlicher Länge und thermoplastische Matrixfasern enthalten sind, hergestellt wird. Die erzielten Vorteile bestehen darin, dass durch das Konsolidieren des Hybridbandes ein leicht zu handhabendes und mit geringem technischen Aufwand herstellbares Halbzeug für die Herstellung von hochbelastbaren Bauteilen zur Verfügung steht, in dem die Verstärkungsfasern sehr stark ausgerichtet sind.
  • Anwendungsgebiet
  • Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Halbzeug sind die Herstellung faserverstärkter Thermoplaste mit Verstärkungsfasern aus Naturfasern, Glasfasern, Kohlefasern und Mischungen dieser Fasern. Die so hergestellten verstärkten Halbzeuge können als Werkstoff für tragende Strukturbauteile oder andere hochbelastete Bauteile, z. B. Rotorblätter für Windkraftanlagen, verwendet werden.
    • Ausführungsbeispiel
  • Ein Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 1 dargestellt und die Herstellung des unidirektionalen bahnförmigen konsolidierten Halbzeuges wird im folgenden näher beschrieben.
  • Die Bereitstellung der Hybridbänder 1 erfolgt durch Kannen als Speicher 2. Die Führung 3 sorgt für ein gleichmäßiges Einlaufen der Bänder in die gesteuerte Legeeinheit 4, in der die Hybridbänder 1 unter einem vorgegebenen Winkel orientiert werden. In der Infrarotstrahlerstrecke der Heizstrecke 5 werden die Bänder aufgeheizt und durch ein Walzwerk als Konsolidierungseinrichtung 6 konsolidiert. Die Abkühlung des unidirektionalen bahnförmigen konsolidierten Halbzeuges 7 erfolgt durch die Kühlwalze 8, danach ziehen Walzen 9 das Halbzeug ab und ein Wickler 10spult es auf, um es für eine Weiterverarbeitung zu einem Strukturbauteil zu speichern. Bezugszeichenliste 1 Hybridband
    2 Speicher
    3 Führung
    4 Legeeinheit
    5 Heizstrecke
    6 Konsolidierungseinrichtung
    7 bahnförmiges konsolidiertes Halbzeug
    8 Kühlwalze
    9 Walzen
    10 Wickler

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung von bahnförmigem Halbzeug mit thermoplastischer Matrix und überwiegend unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern dadurch gekennzeichnet, dass ein Hybridband (1), vorzugsweise ein Kardenband aus thermoplastischen Matrixfasern und Naturfasern, im ersten Verfahrensschritt durch einen Speicher (2), vorzugsweise durch Kannen, bereitgestellt wird, im zweiten Verfahrensschritt durch eine Führung (3) läuft, im dritten Verfahrensschritt eine Legeeinheit (4) durchläuft, im vierten Verfahrensschritt in einer Heizstrecke (5) aufgeheizt und im fünften Verfahrensschritt durch eine Konsolidierungseinrichtung (6) konsolidiert wird, wodurch ein bahnförmiges konsolidiertes Halbzeug (7) hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern Naturfasern und/oder synthetische Stapelfasern sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridband (1) auf Spulen als Speicher (2) bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hybridbänder (1) parallel konsolidiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstrecke (5) des vierten Verfahrensschrittes eine Infrarotstrahlerstrecke ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstrecke (5) des vierten Verfahrensschrittes und die, Konsolidierungseinrichtung (6) des fünften Verfahrensschrittes aus einer Doppelbandpresse besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abkühlung des bahnförmigen konsolidierten Halbzeuges (7) in einem Wasserbad erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridbänder (1) in der Legeeinheit (4) des dritten Verfahrensschrittes unter einem vorgegebenen Winkel orientiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bahnförmige konsolidierte Halbzeug (7) in endlich lange Abschnitte konfektioniert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, da durch gekennzeichnet, dass das Hybridband (1) auf einer Krempelanlage hergestellt ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Hybridband (1) und/oder Faserflor eingesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Führung (3) des zweiten Verfahrensschrittes und/oder in der Legeeinheit (4) des dritten Verfahrensschrittes zusätzliches Halbzeug zugeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem bahnförmigen konsolidierten Halbzeug (7) ein Strukturbauteil hergestellt werden kann.
14. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bahnförmige konsolidierte Halbzeug (7) vorzugsweise durch eine Kühlwalze (8) abgekühlt wird und/oder Walzen (9) das bahnförmige konsolidierte Halbzeug (7) abziehen und/oder ein Wickler (10) das bahnförmige konsolidierte Halbzeug (7) aufspult.
15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Verstärkungsfasern 20 bis 200 mm, in der Regel 40 bis 100 mm beträgt.
16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass des Faservolumenanteil der Verstärkungsfasern bei 10 bis 90%, in der Regel 30 bis 70% liegt.
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