DE102005018477B4

DE102005018477B4 - Yarn with mineral fibers

Info

Publication number: DE102005018477B4
Application number: DE200510018477
Authority: DE
Inventors: Peter Molnár
Original assignee: Institut fuer Verbundwerkstoffe GmbH
Current assignee: Leibniz Institut Fuer Verbundwerkstoffe De GmbH
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2025-04-22
Also published as: DE102005018477A1

Abstract

Garn mit als Basaltfasern (2) ausgeführten mineralischen Fasern (3) zur Verwendung in einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die als Kurzfasern ausgebildet Fasern (3) mit mindestens einem thermoplastischen Filament (7) umhäkelt oder umstrickt sind.yarn with basalt fibers (2) mineral fibers (3) for use in a fiber-plastic composite, characterized in that the fibers formed as short fibers (3) crocheted with at least one thermoplastic filament (7) or are knit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Garn mit als Basaltfasern ausgeführten mineralischen Fasern zur Verwendung in einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff sowie Verfahren dazu.The The invention relates to a yarn with mineral fibers made as basalt fibers Fibers for use in a fiber-plastic composite as well as procedures.

Die DE 195 38 599 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Mineralfasern, insbesondere endlosen Mineralfasern, aus Gestein, glashaltigen Industrieabfällen und technischen Glasabfällen. Nach einer mechanischen Trennung von nicht glashaltigen und überwiegend glashaltigen Produkten werden die überwiegend glashaltigen Produkte mit einer Teilchengröße von weniger als 80 mm in einer Schmelzwanne aufgeschmolzen, wobei die Schmelzwanne mit einem Speiserkanal derart in Verbindung steht, dass in einem Oberflächenbereich der Schmelze ein Fließen derselben ermöglicht wird, um die Schmelze aus dem Speiserkanal einer Speisereinrichtung und anschließend einer darunter angeordneten Düseneinrichtung zuzuführen, von der ein Faden unter gleichzeitiger Erstarrung abgezogen wird.The DE 195 38 599 A1 discloses a process for the production of mineral fibers, in particular endless mineral fibers, from rock, glass-containing industrial waste and technical glass waste. After a mechanical separation of non-glassy and predominantly glass-containing products, the predominantly glass-containing products are melted with a particle size of less than 80 mm in a melting furnace, wherein the melting tank is in communication with a feeder channel in such a way that in a surface region of the melt flow of the same allows is to supply the melt from the feeder channel of a feeder device and then a nozzle device arranged underneath, from which a thread is withdrawn with simultaneous solidification.

Basaltfasern stellen bei einer hohen mechanischen Belastbarkeit eine kostengünstige Alternative zu anderen mineralischen Fasern für Verstärkungsstrukturen von Faserverbundwerkstoffen dar, da der Rohstoff Basalt billig und nahezu unbeschränkt vorhanden ist. Endlose Basaltfasern werden aus Basaltgestein nach einem Schmelzspinnverfahren hergestellt und zur weiteren Verwendung, beispielsweise in Rovings oder als Hackfasern, mit einem besonderen Schmelzmittel bearbeitet. Die Basaltfasern bestehen aus einem Bündel endlose Fibrillen, die durch Verspinnen aus der Schmelze des anorganischen Minerals Basalt von geeigneter Zusammensetzung entstehen. Endlose Basaltfasern in der Form von technischen Filamentgarnen finden vor allem in der Textilverarbeitung als Garne, Rovings und Korden Einsatz. Als problematisch erweisen sich in der Praxis die hohen Kosten für endlose Basaltfasern zur Verwendung in Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen, die durch deren aufwändigen Herstellungsprozess bedingt sind.basalt fibers provide a low-cost alternative with a high mechanical load capacity to other mineral fibers for reinforcing structures of fiber composites, since The raw material basalt is cheap and almost unlimited. endless Basalt fibers are made of basalt rock by a melt spinning process prepared and for further use, for example in rovings or as hacking fibers, worked with a special flux. The basalt fibers consist of a bundle of endless fibrils, the by spinning from the melt of the inorganic mineral basalt of suitable composition arise. Endless basalt fibers in The form of technical filament yarns find especially in the Textile processing as yarns, rovings and cords use. As problematic In practice, the high costs for endless basalt fibers prove to be Use in fiber-plastic composites by their complex Manufacturing process are conditional.

Darüber hinaus offenbaren die DE 602 00 827 T2 und die US 2004/0148921 A1 jeweils ein Garn, das eine durch Koextrudieren eine Multifilamentes aus Basalt erhaltene Seele und eine Hülle aus einem thermoplastischen Polymer umfasst.In addition, the reveal DE 602 00 827 T2 and the US 2004/0148921 A1 each a yarn comprising a core obtained by coextruding a multifilament of basalt and a shell of a thermoplastic polymer.

Ferner zeigt die US 2002/0145217 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer infiltrierbaren Preform, bei dem Kurzfasern und ein thermoplastischer Binder eingespritzt werden.Furthermore, the shows US 2002/0145217 A1 a process for producing an infiltratable preform which injects short fibers and a thermoplastic binder.

Im Weiteren ist das Junkers-Verfahren zur Herstellung verhältnismäßig kurzer und kostengünstiger Basaltfaser bekannt, die zu einer Preform eines Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils zu verarbeiten sind, in dem ein Binderstaub aus einem thermoplastischen Kunststoff verwendet wird. Alternativ dazu werden die kurzen Basaltfasern im so genannten Nassverfahren mit einer Harzlösung getränkt, wobei die aufgeschnittene Kurzfaser auf die Oberfläche eines formgebenden Werkzeuges aufgestreut wird. Als problematisch erweist sich hierbei die Schadstoffemission des Nassverfahrens bzw. der hohe anlagentechnische Aufwand ("Basalt fiber as a reinforcement of polymer composites, Periodica Polytechnica Ser. Mech. Eng. Vol. 49, No. 1, 22.3-14 (2005)").in the Further, the Junkers method of production is relatively short and cheaper Basalt fiber known to be a preform of a fiber-plastic composite component to process, in which a binder dust from a thermoplastic Plastic is used. Alternatively, the short basalt fibers soaked in a so-called wet process with a resin solution, the cut Short fiber on the surface a shaping tool is scattered. As problematic proves to be the pollutant emission of the wet process or the high plant-technical expenditure ("basalt fiber as a reinforcement of polymer composites, Periodica Polytechnica Ser. Mech. Eng. Vol. 49, no. 1, 22.3-14 (2005) ").

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Garn der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine Kurzfaserpreform für ein Harzinjektionsverfahren kostengünstig zu fertigen ist.It Object of the invention, a yarn of the type mentioned above create a short fiber preform for a resin injection process cost-effective too finished is.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Garn dadurch gelöst, dass die als Kurzfasern ausgebildeten Fasern mit mindestens einem thermoplastischen Filament umhäkelt oder umstrickt sind.According to the invention Task in a yarn achieved in that designed as short fibers Hanging around fibers with at least one thermoplastic filament or are knit.

Das Filament aus thermoplastischem Material bündelt die Fasern zu einem Stapelfasergarn, das bei einer Verwendung von Basaltfasern aufgrund des geringen Materialpreises kostengünstig herstellbar ist. Das thermoplastische Filament bildet eine Hülle um die spröde Faser, ohne diese mechanisch zu schädigen, wonach das Garn zu einer Preform zu verarbeiten ist und das Filament als Binder dient, da es bei der Preformherstellung aufgeschmolzen wird. Durch das Mengenverhältnis der Filamente zu den Fasern ist der Faservolumengehalt des Garnes und damit der Preform verhältnismäßig leicht einstellbar. Die beim Stricken bzw. Häkeln entstehenden Schlaufen des Filamentes bündeln und verstrecken die Fasern in ihrem Inneren. Beim Umhäkeln oder Umstricken der Fasern mit dem Filament, werden diese nicht fixiert. Die Kurzfasern weisen eine Länge von ca. 100 mm auf und sind im Gegensatz zu Endlosba saltfasern, die im Schmelzspinnverfahren gefertigt werden, sehr preisgünstig.The Filament made of thermoplastic material bundles the fibers into a staple fiber yarn, when using basalt fibers due to the low Material price inexpensive can be produced. The thermoplastic filament forms an envelope around the brittle Fiber without damaging it mechanically, after which the yarn becomes one Preform is to process and the filament serves as a binder, as it is melted during preform production. By the ratio of the Filaments to the fibers is the fiber volume content of the yarn and thus the preform relatively easily adjustable. The loops created during knitting or crocheting of the filament bundle and stretch the fibers in their interior. When crocheting or Umknicken the fibers with the filament, these are not fixed. The short fibers have a length of about 100 mm and in contrast to Endlosba saltfasern, which are manufactured in the melt spinning process, very reasonably priced.

Alternativ wird die Aufgabe nach der Erfindung bei einem Garn dadurch gelöst, dass als Kurzfasern ausgebildeten Fasern mit einem Schlauch aus einem thermoplastischen Kunststoff ummantelt sind.alternative The object is achieved according to the invention in a yarn in that fibers formed as short fibers with a tube of one Thermoplastic plastic are sheathed.

Der Schlauch aus thermoplastischem Kunststoff bündelt die Fasern, wobei der eine Hülle um die spröde Faser bildende Schlauch bei der Verwendung von Basaltfasern aufgrund deren geringen Materialpreises kostengünstig zu fertigen ist. Der Schlauch kann beispielsweise durch Extrudieren gefertigt und die Fasern in den Schlauch eingeblasen werden. Selbstverständlich können die Fasern auch bei der Fertigung des Schlauches eingebracht werden. Der mit Fasern gefüllte dünnwandige und flexible Schlauch wird anschließend zu einer Preform verarbeitet und der thermoplastische Kunststoff dient im aufgeschmolzenen Zustand als Binder.The tube made of thermoplastic material bundles the fibers, wherein the one shell to the brittle fiber-forming tube is inexpensive to manufacture when using basalt fibers due to their low material price. The tube can be made for example by extrusion and the fibers are blown into the tube. Of course, the fibers can also be introduced during the production of the tube. The filled with fibers thin-walled and flexible hose is then verar to a preform processed and the thermoplastic material is used in the molten state as a binder.

Um bei einem Einblasen der Fasern in den Schlauch einen Austritt der Blasluft sicherzustellen, weist bevorzugt der Schlauch umfangsseitige Öffnungen auf, die derart bemessen sind, dass sie einen Durchtritt der Fasern verhindern. Alternativ ist der Schlauch aus einem aus thermoplastischen Filamenten bestehenden Gewebe gefertigt.Around with a blowing of the fibers into the hose, an outlet of the To ensure blowing air, preferably the hose has peripheral openings which are dimensioned such that they pass through the fibers prevent. Alternatively, the hose is made of a thermoplastic Filaments made of existing fabric.

Vorzugsweise ist der Schlauch derart bemessen, dass er zur textilen Weiterverarbeitung geeignet ist. Der mit Fasern gefüllte Schlauch lässt sich beispielsweise verweben oder zu einem Geflecht legen.Preferably the hose is dimensioned such that it is used for textile processing suitable is. The filled with fibers Hose leaves for example, interweave or weave into a network.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines zuvor beschriebenen Garns werden nach dem Junkers-Verfahren hergestellte Basaltkurzfasern mit mindestens einem thermoplastischen Filament umwunden und dabei verstreckt.at a method according to the invention for producing a yarn described above are according to the Basalt short fibers prepared by Junkers method with at least one wound around thermoplastic filament and thereby stretched.

In dem dem Fachmann bekannten Junkers-Verfahren werden Basaltkurzfasern für Fasermatten gefertigt. Die Basaltkurzfa sern werden mit einem oder mehreren Filamenten aus thermoplastischem Kunststoff umwunden und dabei derart ausgerichtet, dass sie in dem Garn eine definierte Lage einnehmen.In the Junkers method known to the person skilled in the art becomes basalt short fibers for fiber mats manufactured. The basalt short fibers are made with one or more filaments wrapped in thermoplastic material and thereby aligned, that they occupy a defined position in the yarn.

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer infiltrierbaren Preform für ein Faser-Kunststoffverbund-Bauteil aus einem zuvor erläuterten Garn wird das Garn in einem mit einem Handhabungsgerät verbundenen Schneid- und Streuwerkzeug zerkleinert und in eine die Preform abbildende Form eingestreut.at a method for producing an infiltratable preform for a fiber-plastic composite component from a previously explained Yarn is the yarn in one connected to a handling device Crushed cutting and spreading tool and in a preform imaging Shape interspersed.

Mittels des Schneid- und Streuwerkzeuges lassen sich die zerkleinerten Teile des Garns gezielt in die Form einbringen, weshalb ein bestimmter Faservolumengehalt der Preform einzuhalten ist.through of the cutting and spreading tool can be the crushed parts of the yarn deliberately bring into the mold, which is why a certain Fiber volume content of the preform is observed.

Nach einer Weiterbildung wird die Form zum Schmelzen des thermoplastischen Materials der Filamente oder des Schlauchs temperiert. Alternativ wird das thermoplastische Material der Filamente oder des Schlauchs mittels Heißluft auf Schmelztemperatur erwärmt. Aufgrund des thermoplastischen Materials, insbesondere eines Copolymers, beispielsweise Polyethylen o der Polyamid, kann der Rinderanteil zur Infiltration der Preform deutlich reduziert werden. Zweckmäßigerweise wird das gezielt in die Form gestreute Garn in einem Harzinjektionsverfahren infiltriert. Das injizierte Harz dient zur weitergehenden Verfestigung der Preform.To a further development is the mold for melting the thermoplastic Material of the filaments or the tube tempered. alternative becomes the thermoplastic material of the filaments or hose by means of hot air heated to melting temperature. Due to the thermoplastic material, in particular a copolymer, For example, polyethylene or polyamide, the proportion of bovine to Infiltration of the preform can be significantly reduced. Conveniently, For example, the yarn selectively scattered in the mold is resin-injected infiltrated. The injected resin serves for further solidification the preform.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.It It is understood that the above and below to be explained features not only in the specified combination, but also in other combinations are usable. The scope of the invention is only through the claims Are defined.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be described below with reference to an embodiment with reference on the associated Drawing closer explained. It shows:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Garns und 1 a schematic representation of an apparatus for producing a yarn according to the invention and

2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Fertigung einer Preform unter Verwendung des Garns. 2 a schematic representation of an apparatus for manufacturing a preform using the yarn.

Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung 1 zur Ummantelung, der zentrisch die gerichteten, als Basaltkurzfasern 2 ausgebildeten mineralischen kurzen Fasern 3 von einem nicht dargestellten Streckwerk über einen Leitungskanal 4 zugeführt werden. Die Einrichtung 1 weist eine Scheibe 5 mit koaxial zu ihrem Zentrum ausgerichteten und beweglich in der Scheibe 5 gelagerten Zuführungen 6 für thermoplastische Filamente 7 auf, die aufgrund der Bewegung der Zuführungen 6 die Basaltkurzfasern 2 umschlingen, wodurch ein Garn 8 entsteht, das von der Einrichtung 1 abgezogen wird.The device comprises a device 1 to the casing, which centrically directed, as basalt short fibers 2 formed mineral short fibers 3 from a drafting system, not shown, via a duct 4 be supplied. The device 1 has a disc 5 aligned coaxially with its center and movable in the disk 5 stored feeders 6 for thermoplastic filaments 7 due to the movement of the feeders 6 the basalt short fibers 2 entwine, creating a yarn 8th that arises from the institution 1 is deducted.

Zur Herstellung einer Preform für ein Faser-Kunststoffverbund-Bauteil wird das geflochtene Garn 8 einem Schneid- und Streukopf 9 zugeleitet, der das Garn 8 in kleine Stücke teilt und in eine die Preform abbildende Form 10 einbläst. Zum definierten Befüllen der Form 10 ist der Schneid- und Streukopf 9 an einem steuerbaren Handhabungsgerät 11 befestigt. In der temperierten Form 10 werden die thermoplastische Filamente 7 des Garns 8 geschmolzen, um eine Bindung mit den Basaltkurzfasern 2 herzustellen. Anschließend wird die Preform im Harzinjektionsverfahren infiltriert.To produce a preform for a fiber-plastic composite component, the braided yarn 8 is a cutting and scattering head 9 fed to the yarn 8th into small pieces and into a preforming form 10 blows. For defined filling of the mold 10 is the cutting and spreading head 9 on a controllable handling device 11 attached. In the tempered form 10 become the thermoplastic filaments 7 of the yarn 8th melted to form a bond with the basalt short fibers 2 manufacture. Subsequently, the preform is infiltrated in the resin injection process.

Claims

Yarn with as basalt fibers ( 2 ) mineral fibers ( 3 ) for use in a fiber-plastic composite material, characterized in that the fibers formed as short fibers ( 3 ) with at least one thermoplastic filament ( 7 ) crocheted or embroidered.

Yarn according to the preamble of claim 1, characterized in that the fibers formed as short fibers ( 3 ) are covered with a tube made of a thermoplastic material.

Yarn according to claim 2, characterized in that the tube has circumferential openings which are dimensioned such that they allow passage of the fibers ( 3 ) prevent.

Yarn according to claim 2, characterized in that the hose made of a thermoplastic filaments Fabric is made.

Yarn according to one of Claims 2 to 4, characterized that the hose is dimensioned such that it is suitable for textile processing is.

Process for producing a yarn ( 8th ) according to claim 1, wherein basalt short fibers prepared by the Junkers process ( 2 ) with at least one thermoplastic filament ( 7 ) and be judged.

Process for producing an infiltratable preform for a fiber-plastic composite component from a yarn ( 8th ) according to one of claims 1 to 5, which in one with a handling device ( 11 ) cutting and spreading tool ( 9 ) and into a preforming form ( 10 ) is interspersed.

A method according to claim characterized in that the mold for melting the thermoplastic material of the filaments ( 7 ) or the tube is tempered.

Method according to claim 7, characterized in that the thermoplastic material of the filaments ( 7 ) or the tube is heated by means of hot air to melting temperature.

Method according to claim or characterized in that the targeted in the form ( 10 ) scattered yarn ( 8th ) is infiltrated in a resin injection process.