DE10161240C1 - Textiles Halbzeug für faserverstärkte Kunststoffprofile und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein textiles Halbzeug für faserverstärkte Kunststoffprofile sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, das vorzugsweise für die Fertigung von T- oder Doppel-T-Profilen verwendet wird, gekennzeichnet dadurch, daß das textile Halbzeug aus einer Rechts-Rechts-Multiaxialstruktur besteht, die den Steg (2) des Profiles bildet, der mit den Schenkeln (1, 1'; 3, 3'), die aus Rechts-Links-Multiaxialgewirke gebildet sind, verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein textiles Halbzeug für faserverstärkte Kunststoffprofile sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, das vorzugsweise für die Fertigung von T- oder Doppel-T- Profilen verwendet wird, die insbesondere als Bauteile im Automobilbau, Schienen­ fahrzeugbau und in der Luftfahrtindustrie zum Einsatz kommen.

Die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffprofilen ist nach dem Pultrusions- oder Strangziehverfahren bekannt, wie beispielsweise in EP 0281130 A2, EP 0382240 A1 und EP 0514718 A1 beschrieben.

Ferner ist die Pultrusion von Hybridseilen bekannt. Hierbei werden strangförmig gebündelte Fäden aus Glasfilamentgarn und Polypropylen mit einem Mantel aus Verstärkungsfilamenten versehen, die im Winkel zur Längsrichtung angeordnet werden können.

Nach der DE 43 42 575 A1 können auf Spezialwebmaschinen T- oder Doppel-T-förmige Halbzeuge gefertigt werden. Die hier beschriebene Textileinlage zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes ist gekennzeichnet durch mindestens zwei Schichten aus in X- und Y-Richtung verlaufenden miteinander verwebten Fäden, wobei die Schichten mindestens über einen Teilbereich ihres Querschnittes mittels eines Verbindungsfadens miteinander verbunden sind und daß sie ein System von von in X-Richtung verlaufenden Stehfäden enthält. Diese aus Doppelgewebe hergestellten Bänder können je nach Profilform an einer oder zwei Seiten als doppelt liegendes Einfachgewebe ausgebildet sein. Die Profilform entsteht durch Abwinkeln der Einzellagen um 90°. Das Profil besitzt hierdurch eine durchgängige Fadenverbindung von im rechten Winkel kreuzenden Fäden. Das Weben in Z- Richtung und das gleichzeitige Einbinden des Fadensystems in den Schichtverbund ist sehr kompliziert und aufwendig, da es ganz spezielle Maschinen erfordert. Das Einarbeiten von Diagonalfäden ist nicht möglich.

Textile Preforms für die Herstellung von Profilen werden auch durch Konfektionieren von gurtartigen Geweben oder Gelegen erzeugt. Nachteilig ist hier der hohe Konfektions­ aufwand.

Weiterhin sind aus der EP 0 243 105 B1 und EP 0 165 128 A1 textile Halbzeuge für faser­ verstärkte Kunststoffprofile bekannt, die durch Maschenbildung hergestellt sind.

Gemäß EP 0 243 105 B1 ist ein Verbundelement bekannt, das aus einer Kunststoffharzmatrix und einem verstärkenden Strick- oder Gewirkestoff mit mehreren, jeweils als natürliche Faltlinien des Stoffes strukturierte Linearbereiche besteht, wobei der Stoff entlang der Faltlinien jeweils so gefaltet ist, daß die Teile des Stoffes, die im flachen, ungefalteten Zustand des Stoffes jeweils beiderseits der Linearbereiche liegen würden, in der Matrix unter einem Winkel zueinander liegen, wobei diejenigen Linearbereiche, in denen der Winkel der Faltung an der Faltlinie 90° betragen soll, jeweils als eine erste Struktur und diejenigen, in denen der Winkel der Faltung an der Faltlinie 180° betragen soll, als eine breitere Struktur ausgebildet sind. Das Verbundelement ist als reine Maschenstruktur ausgebildet und besitzt keine gestreckten Fäden in Quer-, Längs- und Diagonalrichtung. Verbundstrukturen aus solchen Halbzeugen sind deshalb z. B. als Energieabsorber geeignet. Die für hochbelastbare Verbund­ strukturen erforderlichen multiaxialen Fadenanordnungen fehlen hier.

EP 0 165 128 A1 beschreibt ein dreidimensional gewirktes Verbundprofil aus mit einem Harz imprägnierten Fäden oder Fasern, daß im Querschnitt eine beliebige Form mit einspringenden Ecken und/oder konkaven Seiten oder hohle polygonale sonstige Form aufweist und kontinuierlich in alle drei Dimensionen ohne Begrenzung in Längsrichtung gewirkt ist. Zur Herstellung des Verbundprofils wird eine Mehrzahl paralleler Fasern in Längsrichtung des Profils gemäß der Gesamtkonfiguration gespannt und gehalten, die der Form im geraden Querschnitt des gewünschten Profils entspricht, und die Längsfäden kontinuierlich in Längsrichtung an einem Satz von Wirkköpfen an sich bekannter Art nach zwei Dimensionen vorbeigeführt, wobei dieser Satz Vliese von kontinuierlichen Fäden quer zu den Längsfäden ablegt. Das dreidimensionale Profil besteht aus einer neuartigen dreidimensionalen Maschen­ struktur, die in Längs- und Querrichtung gestreckte Fäden enthält. Die Herstellung der Verbundprofile erfolgt dreidimensional. Hierfür ist der Einsatz einer komplizierten Spezial­ maschine mit mehreren hintereinander angeordneten Nadelbarren erforderlich. Es ist keine multiaxiale Kraftaufnahme möglich, da die hierfür noch erforderlichen Diagonalfäden nicht vorhanden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein textiles Halbzeug für faserverstärkte Kunststoffprofile, vorzugsweise für T- oder Doppel-T-förmige Profile aus einer bandförmigen Textilstruktur konfektionslos herzustellen, die eine hohe Festigkeit in allen Richtungen aufweist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 und 8 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:

Fig. 1 ein textiles Halbzeug für ein T-Profil in schematischer Darstellung,

Fig. 2 die schematische Darstellung einer multiaxialen Kettengewirkestruktur für ein T-Profil nach Fig. 1,

Fig. 3 ein textiles Halbzeug für ein Doppel-T-Profil in schematischer Darstellung.

Fig. 4 die schematische Darstellung einer multiaxialen Kettengewirkestruktur für ein Doppel- T-Profil nach Fig. 3.

Die Fig. 1 zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen textilen Halbzeuges für ein T-Profil mit abgewinkelten Schenkeln 1, 1', die erfindungsgemäß aus einer multiaxialen Kettengewirke­ struktur, z. B. im Lagenaufbau +45°, 0°, -45°, 90° ausgebildet sind. Die Schenkel 1, 1' sind durchgängig mit dem Steg 2 verbunden, der aus einer doppelten Multiaxialstruktur besteht, die in der Mitte noch zusätzlich 0°-Fäden 4 aufweisen kann. Die genannten Fadenlagen vom Steg 2 sind durch hochfeste Fäden 5 in Z-Richtung verbunden, wobei diese vorzugsweise als Rechts-Rechts-Franse verschlungen sind. Der Lagenaufbau vom Steg 2 besitzt folgende Struktur: 90°, +diagonal, 0°, -diagonal, 0°, -diagonal, 0°, +diagonal, 90°. Der Winkel der Diagonalfäden kann je nach Beanspruchung des fertigen Bauelementes gewählt werden (Fig. 2).

Hergestellt wird das erfindungsgemäße textile Halbzeug aus einer doppelten Rechts-Rechts- Multiaxialstruktur, die auf einer Seite im Randbereich in Maschenreihenrichtung fortlaufend unterbrochen wird, wodurch zwei getrennte Rechts-Links-Multiaxialgewirkeabschnitte 6, 7 entstehen, die die Schenkel 1, 1' bzw. 3, 3' der Profile bilden (Fig. 3). Für die Fertigung eines T-förmigen Profiles erfolgt die Unterbrechung einseitig im Randbereich, während für die Herstellung von Doppel-T-förmigen Profilen die Randbereiche auf beiden Seiten der bandartigen Multiaxialstruktur unterbrochen sind.

Hierzu ist es erforderlich, die Rechts-Links-Multiaxialgewirkeabschnitte 6, 7 mit getrennten Grundlegeschienen zu arbeiten, die vorzugsweise Rechts-Links-Franse legen. Im Bereich des Steges 2 wird die gesamte doppelte Multiaxialstruktur mit Rechts-Rechts-Franse durch eine dritte Grundlegeschiene verbunden. Die abgewinkelten Schenkel 1, 1 bzw. 3, 3' werden durch das Ausstülpen der Rechts-Links-Multiaxialgewirkeabschnitte 6, 7 geformt. Die Breite B (Fig. 4) der Gewirkeabschnitte 6, 7 entspricht der auszubildenden Länge L der Schenkel 1, 1' bzw. 3, 3', die abhängig vom Einsatzgebiet des Profiles variierbar ist.

Die Festigkeitseigenschaften des textilen Halbzeuges werden vom Lagenaufbau der multiaxialen Kettengewirkestruktur beeinflußt, die durch die Anzahl der Fadenlagen, deren Anordnung zueinander und der für die einzelnen Fadenlagen eingesetzten Fadenstrukturen und Faserstoffarten bestimmt werden.

Claims (7)

1. Textiles Halbzeug für die Herstellung faserverstärkter Kunststoffprofile in T- oder Doppel- T-Struktur mit aus einer bandförmigen Textilstruktur ausgestülpten Schenkeln, dadurch gekennzeichnet, daß das textile Halbzeug aus einer Rechts-Rechts-Multiaxialstruktur besteht, die den Steg (2) des Profiles bildet, der mit den Schenkeln (1, 1'; 3, 3'), die aus Rechts-Links-Multiaxialgewirke gebildet sind, verbunden ist.

2. Textiles Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmige Textilstruktur zur Herstellung von T-Profilen einseitig unterbrochen ist.

3. Textiles Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmige Textilstruktur zur Herstellung von Doppel-T-Profilen beidseitig unterbrochen ist.

4. Textiles Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der eingesetzten einzelnen Fadenlagen innerhalb der Rechts-Rechts- Multiaxialstruktur variierbar ist.

5. Textiles Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der eingesetzten einzelnen Fadenlagen innerhalb der Rechts-Rechts- Multiaxialstruktur variierbar ist.

6. Textiles Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoffart und Struktur der Fäden in den eingesetzten Fadenlagen der Rechts-Rechts- Multiaxialstruktur variierbar sind.

7. Verfahren zur Herstellung eines textilen Halbzeuges für die Herstellung faserverstärkter Kunststoffprofile in T- oder Doppel-T-Struktur mit aus einer bandförmigen Textilstruktur ausgestülpten Schenkeln nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine doppelte Rechts-Rechts-Multiaxialstruktur mit drei Grundlegeschienen hergestellt wird, wobei eine Legeschiene einen mittleren Bereich belegt, der den Steg eines Profiles aus Rechts-Rechts-Multiaxialgewirke bildet und die zwei anderen Legeschienen im Randbereich Abschnitte belegen, in deren Bereich Rechts-Links-Multiaxialgewirke entstehen, die anschließend ausgestülpt werden und ein T- bzw. -Doppel-T-Profil bilden.