DE102007041268B4

DE102007041268B4 - Process for producing a composite material and composite material

Info

Publication number: DE102007041268B4
Application number: DE102007041268A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr.-Ing. Henning; Egon Dr.-Ing. Geissler; Stefan Dr.-Ing. Tröster; Peter Prof. Dr.-Ing. Elsner; Rudi Dr. Emmerich; Mathias Dipl.-Phys. Graf; Mathias Dr. Kaiser
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2027-09-01
Also published as: DE102007041268A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes, durch folgende Schritte:
a) Zugabe mindestens eines Vernetzungsadditivs zu einer thermoplastischen Verstärkungsfaser beim Herstellungsprozess der thermoplastischen Verstärkungsfaser,
b) Orientieren der Moleküle der Verstärkungsfaser durch Recken,
c) Fixierung der molekularen Orientierung der thermoplastischen Verstärkungsfaser durch Vernetzung nach dem Recken, und
d) Einarbeitung der vernetzten thermoplastischen Verstärkungsfaser in eine thermoplastische Matrix oder
e) Wärmezufuhr zu den Fasern unter Bildung eines Faserverbundes.Method for producing a composite material, by the following steps:
a) addition of at least one crosslinking additive to a thermoplastic reinforcing fiber in the manufacturing process of the thermoplastic reinforcing fiber,
b) orienting the molecules of the reinforcing fiber by stretching,
c) fixing the molecular orientation of the thermoplastic reinforcing fiber by crosslinking after stretching, and
d) incorporation of the crosslinked thermoplastic reinforcing fiber in a thermoplastic matrix or
e) heat supply to the fibers to form a fiber composite.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes, bei dem thermoplastische Verstärkungsfasern beim Herstellungsprozess mit Vernetzungsadditiv versehen werden und bei dem dann anschließend eine Orientierung der Moleküle der Verstärkungsfaser durch Recken erfolgt. Die so behandelte Verstärkungsfaser wird dann in eine thermoplastische Matrix eingearbeitet. Die Erfindung betrifft weiterhin den Verbundwerkstoff als solches.The Invention relates to a method for producing a composite material, in the thermoplastic reinforcing fibers be provided with crosslinking additive during the manufacturing process and then afterwards an orientation of the molecules the reinforcing fiber done by stretching. The thus treated reinforcing fiber is then in a incorporated thermoplastic matrix. The invention further relates the composite as such.

Verstärkte Kunststoffe und Verfahren zu deren Herstellung sind im Stand der Technik zahlreich bekannt. So ist eine Eigenverstärkung von Kunststoffen, z. B. von Polyethylen, beschrieben worden, bei denen in der Extrusion durch eine bevorzugte Ausbildung von Strömungen im Düsenwerkzeug, eine Streckung der Makromo leküle erreicht wird (z. B. DE 40 12 851 C2 ). Nachteilig bei derartigen Werkstoffen ist allerdings, dass die Orientierungen beim weiteren Umformen durch thermische Behandlung in nachfolgenden Umformprozessen wieder teilweise verloren gehen. Auch ist eine Herstellung von Halbzeugen nicht möglich.Reinforced plastics and processes for their preparation are well known in the art. So is an intrinsic reinforcement of plastics, eg. B. of polyethylene, described in which in the extrusion by a preferred formation of currents in the nozzle tool, an extension of Makromo molecules is achieved (eg. DE 40 12 851 C2 ). However, it is disadvantageous in the case of such materials that the orientations are partially lost during subsequent forming by thermal treatment in subsequent forming processes. Also, a production of semi-finished products is not possible.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von verstärkten Kunststoffen ist durch das sog. „Strangablegeverfahren” gegeben. Bei einem derartigen Strangablegeverfahren werden die Stränge entsprechend der Spannungsverteilung z. B. mit Hilfe der Finite-Elementemethode berechnet, im Bauteil orientiert und danach stoffschlüssig verbunden bzw. verpresst (z. B. DE 38 15 063 A1 ). Nachteilig bei derartigen eigenverstärkten Polymerwerkstoffen ist, dass die Orientierung in den Verstärkungsfasern durch die thermische Behandlung im Umformprozess ebenfalls verloren geht bzw. deutlich verringert wird.Another possibility for the production of reinforced plastics is given by the so-called "strand deposition method". In such a strand laying method, the strands are in accordance with the stress distribution z. B. calculated using the finite element method, oriented in the component and then materially connected or pressed (eg. DE 38 15 063 A1 ). A disadvantage of such self-reinforced polymer materials is that the orientation in the reinforcing fibers by the thermal treatment in the forming process is also lost or significantly reduced.

Für Bauteile mit hohen Festigkeiten und Steifigkeiten bei geringem Gewicht sind im Stand der Technik auch schon lange faserverstärkte Kunststoffe bekannt. Bei den faserverstärkten Kunststoffen kommen als Verstärkungsfasern vor allem Glas – und Naturfasern zum Einsatz. Typische Matrixmaterialien sind Thermoplaste, wie z. B. Polypropylen oder auch duroplastische Materialien, wie Polyurethan und Epoxidharz. Ein spezielles Verfahren für die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen ist das Hybridfließverfahren, das sich insbesondere bei der Verarbeitung von Naturfaser-verstärkten Kunststoffen als kostengünstiges Verfahren etabliert hat. Für die Hybridfließherstellung im Krempelverfahren sind vor allem Stapelfasern und Filamentgarne gut geeignet. Nachteilig bei einem derartigen Verfahren ist z. B., dass im Falle von Po lypropylen-Verstärkungsfasern diese sich bei der thermischen Umformung in der Matrix teilweise auflösen, sodass der Verstärkungseffekt verloren geht.For components with high strength and stiffness at low weight Also known in the art long ago fiber reinforced plastics. at the fiber reinforced Plastics come as reinforcing fibers especially glass and natural fibers for use. Typical matrix materials are thermoplastics, such as. As polypropylene or thermosetting materials such as polyurethane and epoxy resin. A special process for the production of fiber reinforced plastics is the hybrid flow method, especially in the processing of natural fiber reinforced plastics as cost-effective Established procedure. For the hybrid flow production In the carding process are mainly staple fibers and filament yarns well suited. A disadvantage of such a method is z. B., in the case of polypropylene propylene fibers, these are included Partially dissolve the thermal deformation in the matrix, so that lost the reinforcing effect goes.

Die DE 198 31 124 A1 betrifft z. B. einen fasermattenverstärken Thermoplasten, der als Verstärkungsfasern thermoplastische Fasern, deren Schmelzpunkt mindestens 20°C höher ist als der Schmelzpunkt der Matrix-Thermoplasten und deren Bruchdehnung im Zugversuch mindestens 10% beträgt, allein oder gegebenenfalls in Kombination mit anderen Verstärkungsfasern enthält. Die fasermattenverstärkten Thermoplaste werden bevorzugt zur Herstellung von Pressteilen eingesetzt, die sich durch eine gute Faserverteilung auszeichnen.The DE 198 31 124 A1 concerns z. For example, a fiber mat reinforced thermoplastic containing as reinforcing fibers thermoplastic fibers whose melting point is at least 20 ° C higher than the melting point of the matrix thermoplastics and their elongation at break in the tensile test at least 10%, alone or optionally in combination with other reinforcing fibers. The fiber mat reinforced thermoplastics are preferably used for the production of pressed parts, which are characterized by a good fiber distribution.

Die DE 102 59 883 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes, enthaltend orientierte Thermoplaste und nicht orientierte Thermoplaste oder nur orientierte Thermoplaste und ein damit hergestelltes dreidimensionales Bauteil, bei dem der Verbundwerkstoff auf ein Temperaturniveau oberhalb des spannungsfreien Schmelzpunktes des höher schmelzenden Thermoplastes erwärmt wird. Innerhalb des Verbundwerkstoffes wird eine mechanische Spannung mittels einer Vorrichtung zur Halterung des Verbundwerkstoffes angelegt, um den Schmelzpunkt der orientierten Thermoplaste kurzzeitig während der Umformung zu erhöhen und dadurch die Bauteilqualität zu gewährleisten.The DE 102 59 883 A1 relates to a process for producing a composite comprising oriented thermoplastics and non-oriented thermoplastics or oriented thermoplastics only and a three-dimensional component made therewith, wherein the composite is heated to a temperature level above the stress-free melting point of the higher melting thermoplastic. Within the composite, a mechanical stress is applied by means of a device for holding the composite material in order to increase the melting point of the oriented thermoplastics for a short time during the forming and thereby to ensure the component quality.

Es ist weiterhin bekannt, bei der Herstellung von Synthesefasern die Polymerketten durch Verstreckvorgänge beim Filamentabzug stark auszurichten.It is also known in the manufacture of synthetic fibers the Polymer chains by drawing operations when Filamentabzug strong align.

Nachteilig bei derartigen Herstellungsverfahren ist allerdings, dass hier die Gefahr besteht, des Venus tes der Orientierung in der Verstärkungsfaser bei thermischer Behandlung und damit der mechanischen Eigenschaften.adversely in such manufacturing methods, however, that here the There is danger of the Venus tes orientation in the reinforcing fiber at thermal treatment and thus the mechanical properties.

Es besteht deshalb nach wie vor ein großes Bedürfnis an faserverstärkten Kunststoffen, die einfach herzustellen sind und deren mechanischen Eigenschaften auch höchsten Beanspruchungen Stand halten.It Therefore, there is still a great need for fiber-reinforced plastics, which are easy to manufacture and their mechanical properties also highest Withstand stresses.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes anzugeben, das einfach in der Ausführung, kostengünstig ist und gleichzeitig zu Verbundwerkstoffen führt, die gute mechanische Eigenschaften aufweisen. Der Verbundwerkstoff soll sich weiterhin dadurch auszeichnen, dass er für die Verarbeitung ein möglichst großes Temperaturfenster aufweist, so dass nicht die Gefahr des Verlustes oder der Minimierung der Orientierung und damit der mechanischen Eigenschaften durch die Erwärmung im Verarbeitungsprozess entsteht.outgoing It is an object of the present invention, a novel To provide a method for producing a composite material, the simple in the execution, economical and at the same time leads to composites that have good mechanical properties exhibit. The composite should continue to be characterized by that he is for Processing as possible great Temperature window has, so not the risk of loss or the minimization of the orientation and thus the mechanical Properties due to the heating arises in the processing process.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und in Bezug auf den Verbundwerkstoff durch die Merkmale der Patentansprüche 16 bis 26 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.The object of the present invention is related to the method by the features of Claim 1 and with respect to the composite material by the features of the claims 16 to 26 solved. The dependent claims show advantageous developments.

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, dass bei der Herstellung eines Verbundwerkstoffes in einem ersten Schritt ein Vernetzungsadditiv beim Herstellungsprozess der thermoplastischen Verstärkungsfaser zugegeben wird, anschließend dann eine Orientierung der Moleküle der Verstärkungsfasern durch Recken vorzunehmen und dann letztlich eine Fixierung der mole kularen Orientierung der thermoplastischen Verstärkungsfasern durch Vernetzung durchzuführen. Eine so vorbehandelte Verstärkungsfaser wird dann in eine thermoplastische Matrix eingearbeitet, oder es wird daraus ein Faserverbund durch Energiezufuhr gebildet.Thus, according to the invention suggested that in the manufacture of a composite material in a first step, a crosslinking additive in the manufacturing process the thermoplastic reinforcing fiber is added, then then an orientation of the molecules the reinforcing fibers through Stretching and then finally a fixation of the molecular kularen Orientation of the thermoplastic reinforcing fibers to perform by crosslinking. A pretreated reinforcing fiber is then incorporated into a thermoplastic matrix, or it From this, a fiber composite is formed by supplying energy.

Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass durch das Vernetzen die in der Verstärkungsfaser eingebrachte Orientierung fixiert wird. Dadurch wird das Temperaturfenster für die Verarbeitung vergrößert. So besteht nicht mehr die Gefahr des Verlustes oder Minimierung der Orientierung und damit der mechanischen Eigenschaften durch die Erwärmung im Verarbeitungsprozess. Wesentlich beim erfindungsgemäßen Verfahren ist somit, dass die Fasern vor dem Vernetzen gereckt werden, d. h. in die Faser werden Orientierungen eingebracht. Durch diese Orientierungen wird die Festigkeit der Fasern erhöht. Durch das sich dann anschließende Vernetzen wird die Orientierung fixiert, wodurch sich die Temperaturbeständigkeit und die Festigkeit des Fasermaterials gegenüber der Matrix signifikant erhöhen. Die vorbehandelten Verstärkungsfasern können dann nach an und für sich bekannten Verarbeitungsfasern in die thermoplastische Matrix eingearbeitet oder unter Wärmezufuhr in textilen Formen weiterverarbeitet werden. Da die Fasern bei der Verarbeitung durch deren vernetzte Struktur nicht mehr aufschmelzen können, bleibt die Faserorientierung erhalten, d. h. die Fasern können sich nicht mehr beim Erwärmen im Verarbeitungsprozess reorientieren. Durch eine Reorientierung würde die durch das Recken erzielte Festigkeitssteigerung verloren gehen oder signifikant verringert werden.Of the decisive advantage of the method according to the invention is to see that by crosslinking introduced in the reinforcing fiber orientation is fixed. This will set the temperature window for processing increased. So there is no longer the risk of loss or minimization of the risk Orientation and thus the mechanical properties through the warming in the processing process. Essential in the process according to the invention is thus that the fibers are stretched before crosslinking, i. H. Orientations are introduced into the fiber. Through these orientations becomes increases the strength of the fibers. By then connecting Crosslinking fixes the orientation, which increases the temperature resistance and the strength of the fiber material relative to the matrix is significant increase. The pretreated reinforcing fibers can then after and for known processing fibers in the thermoplastic matrix incorporated or under heat be processed in textile forms. Since the fibers in the Processing by their networked structure no longer melt can, the fiber orientation is retained, i. H. the fibers can become no more when heating Reorient in the manufacturing process. Through a reorientation would the loss of strength gained by stretching is lost or be significantly reduced.

Ein so hergestellter Verbundwerkstoff kann dann direkt oder als Halbzeug eingesetzt werden, da dessen Orientierung durch die hohe Temperaturbeständigkeit des vernetzten Fasermaterials erhalten bleibt. Es tritt auch bei Temperaturbelastungen während der Verarbeitung keine Umorientierung im Fasergefüge auf, wie es bei Eigenverstärkung von Polyethylen in der Extrusion im Stand der Technik der Fall ist. Die so hergestellten Verbundwerkstoffe sind überdies gut zu recyceln und stören die energetische Verwertung nicht.One Composite produced in this way can then be used directly or as a semi-finished product be used, since its orientation by the high temperature resistance the crosslinked fiber material is retained. It also occurs Temperature loads during the processing no reorientation in the fiber structure, as with self-reinforcement of polyethylene in extrusion in the prior art is the case. The composite materials produced in this way are also easy to recycle and to disturb the energetic utilization not.

Vorteilhafterweise wird das mindestens eine Vernetzungsadditiv in einer Konzentration von 1 bis 30 Gew.-% bezüglich der thermoplastischen Verstärkungsfaser zugegebenadvantageously, becomes the at least one crosslinking additive in a concentration from 1 to 30 wt .-% with respect the thermoplastic reinforcing fiber added

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, wenn dabei als Vernetzungsadditiv für die thermoplastische Verstärkungsfaser Triallylisocyanurat eingesetzt wird. Die Erfindung umfasst dabei aber selbstverständlich auch alle anderen gängigen im Stand der Technik bekannten Vernetzungsadditive.At the inventive method it is preferred, if doing so as a crosslinking additive for the thermoplastic reinforcing fiber Triallyl isocyanurate is used. The invention includes but Of course also all other common in the Known prior art crosslinking additives.

Die Vernetzung kann dabei thermisch, radikalisch und/oder photochemisch erfolgen, wobei die radikalische und/oder photochemische Vernetzung bevorzugt durch Bestrahlung mit Strahlen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ionenstrahlen, UV-Strahlen und/oder ionisierenden Strahlen, bevorzugt ist.The Crosslinking can be effected thermally, radically and / or photochemically be carried out, wherein the free-radical and / or photochemical crosslinking preferred by irradiation with rays selected from the group consisting from ion beams, UV rays and / or ionizing radiation, is preferred.

Insbesondere erfolgt die Bestrahlung im Falle von Ionen- oder ionisierender Strahlung mit einer Dosis zwischen 10 kGy und 10 MGy, bevorzugt zwischen 50 kGy und 1 MGy. Wenn die Bestrahlung mit UV-Strahlen erfolgt, ist die Wellenlänge dabei bevorzugt zwischen 400 nm und 100 nm, weiter bevorzugt zwischen 300 nm und 200 nm. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn nach der Vernetzung ein Tempern erfolgt.Especially irradiation takes place in the case of ion or ionizing radiation with a dose between 10 kGy and 10 MGy, preferably between 50 kGy and 1 MGy. If the irradiation is done with UV rays, is the wavelength preferably between 400 nm and 100 nm, more preferably between 300 nm and 200 nm. Furthermore, it is advantageous if after crosslinking a tempering takes place.

Die Erfindung umfasst weiterhin einen Verbundwerkstoff, der aus gereckten und im Anschluss daran vernetzten Fasern, die in einer thermoplastischen Matrix enthalten sind, besteht. Der Verbundwerkstoff kann dabei in eine Matrix eingearbeitet werden oder die vernetzten Fasern werden zu einem Faserverbund vernetzt.The The invention further comprises a composite material that is stretched and subsequently crosslinked fibers that are in a thermoplastic Matrix exists. The composite material can do this be incorporated into a matrix or become the crosslinked fibers crosslinked to a fiber composite.

Der Verbundwerkstoff der Erfindung kann bei der Ausführungsform mit der Matrix dabei so aufgebaut sein, dass die thermoplastische Verstärkungsfaser aus dem gleichen Material besteht wie die Matrix. Diese Ausführungsform ist bevorzugt. Als thermoplastische Materialien kommen alle aus dem Stand der Technik bekannten in Frage. Ein Überblick ist z. B. in Römpp, 9. Auflage, Band 6, Seiten 4570 und 4571 gegeben. Beispiele für derartige Verbundwerkstoffe sind Polyethylen mit Polyethylenfasern, Polypropylen mit Polypropylenfasern oder Polyamid mit Polyamidfasern. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform entsteht somit ein sog. Mono-Verbundwerkstoff, d. h. ein Verbundwerkstoff, dessen Fasern aus demselben Material bestehen wie die Matrix als solche. Die Erfindung umfasst aber ebenfalls Ausführungsformen, bei denen ein gemischter Aufbau vorliegt, d. h. Verbundwerkstoffe, bei denen die Fasern z. B. aus Polyethylen bestehen und die Matrix aus Polypropylen und/oder aus Polyamid.Of the Composite material of the invention may be included in the embodiment with the matrix be constructed so that the thermoplastic reinforcing fiber made of the same material as the matrix. This embodiment is preferred. As thermoplastic materials all come from known in the art. An overview is z. In Römpp, 9. Edition, Volume 6, pages 4570 and 4571 given. Examples of such Composite materials are polyethylene with polyethylene fibers, polypropylene with polypropylene fibers or polyamide with polyamide fibers. At this preferred embodiment Thus arises a so-called mono-composite material, d. H. a composite material, its fibers are made of the same material as the matrix as such. However, the invention also includes embodiments in which a mixed structure is present, d. H. Composite materials in which the Fibers z. B. made of polyethylene and the matrix of polypropylene and / or polyamide.

Der Verbundwerkstoff nach der Erfindung kann auch so aufgebaut sein, dass Mischungen von Mono-Verbundwerkstoff eingesetzt werden, d. h. Mischungen, bei denen jeweils verschiedene Mono-Verbundwerkstoffe unterein ander gemischt sind, d. h. Polyethylen mit Polyethylenfasern, z. B. mit Polypropylen mit Polypropylenfasern.Of the Composite according to the invention may also be constructed that mixtures of mono-composite material are used, d. H. Mixtures, each containing different mono-composites are mixed together, d. H. Polyethylene with polyethylene fibers, z. B. with polypropylene with polypropylene fibers.

Bei der Erfindung ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Schmelzpunktdifferenz zwischen der mindestens einen thermoplastischen Matrix und der mindestens einen vernetzten thermoplastischen Verstärkungsfaser mindestens 26°C, vorzugsweise mindestens 30°C beträgt.at It is furthermore preferred for the invention if the melting point difference between the at least one thermoplastic matrix and the at least a crosslinked thermoplastic reinforcing fiber at least 26 ° C, preferably at least 30 ° C is.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn sowohl die Verstärkungsfaser wie auch die Matrix entweder amorph oder teilkristallin sind.It is further preferred when both the reinforcing fiber and the matrix either amorphous or semi-crystalline.

Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff, der wie vorstehend beschrieben hergestellt wird, kann entweder als Halbzeug vorliegen, d. h. in einem nachfolgenden Schritt zu einem Bauteil verarbeitet werden, oder er kann gleichfalls auch direkt zu einem Formteil in einem Einstufenprozess verarbeitet werden. Sofern der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff als Halbzeug eingesetzt wird, kann dieser in Form von Stäbchengranulaten, Matten-verstärkten Thermoplasten und/oder als Faser gefülltes Plastifikat vorliegen.Of the Composite material according to the invention, the can be prepared as described above, either as a semi-finished present, d. H. in a subsequent step to a component be processed, or he can also directly to a molding be processed in a one-step process. If the composite material according to the invention as Semi-finished product is used, this can be in the form of rod granules, Mat reinforced Thermoplastics and / or fiber-filled plastic.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 4 näher beschrieben.The invention will be described below with reference to 1 to 4 described in more detail.

Es zeigenIt demonstrate

1 ein Verfahrensfließbild zum Einsatz der Vernetzung bei der Herstellung von Mono-Verbundwerkstoffen im Verfahren zur Wärmestabilisierung der Verstärkungsfasern, 1 a process flow diagram for the use of crosslinking in the production of mono-composite materials in the process for heat stabilization of the reinforcing fibers,

2 die Herstellung von Stäbchengranulaten, 2 the production of stick granules,

3 die Herstellung von Matten-verstärkten Thermoplasten und 3 the manufacture of mat-reinforced thermoplastics and

4 ein Anlagenschema zum Direktverfahren. 4 a system diagram for direct procedure.

1 zeigt in Form eines Verfahrensfließbildes die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Faserherstellung und Behandlung 1 gliedert sich demnach in einen ersten Schritt 2 der Faserherstellung, wobei hier gleichzeitig noch die Faser mit dem Additiv, d. h. mit dem Vernetzungsadditiv, versehen wird. In einem zweiten Verfahrensschritt 3 wird dann eine Verstreckung der Fasern vorgenommen, wobei sich das Vernetzungsadditiv in der Faser befindet. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist nun, dass nachfolgend nach dem Verstrecken der Fasern eine Vernetzung der Fasern erfolgt. Die so hergestellten vernetzten Fasern werden dann in das Matrixpolymer eingearbeitet bzw. mit dem Matrixpolymer gemischt und einer thermischen Umformung 5 unterzogen. Hierbei wird in Abhängigkeit des gewählten thermoplastischen Materials ein Erwärmen, d. h. Heizen, erforderlich sein. 1 shows in the form of a process flow diagram the essential steps of the method according to the invention. The fiber production and treatment 1 is therefore divided into a first step 2 fiber production, whereby here at the same time still the fiber with the additive, that is provided with the crosslinking additive. In a second process step 3 Then, a stretching of the fibers is carried out, wherein the crosslinking additive is in the fiber. It is essential for the method according to the invention that subsequent to the stretching of the fibers a cross-linking of the fibers takes place. The crosslinked fibers thus produced are then incorporated into the matrix polymer or mixed with the matrix polymer and subjected to thermal deformation 5 subjected. In this case, depending on the selected thermoplastic material heating, ie heating, may be required.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nun so fortgeführt werden, dass nach dem thermischen Umformen 5 ein Halbzeug, z. B. ein Langfasergranulat, hergestellt wird. In einer zweiten Variante wird das nach dem thermischen Umformen erhaltene Zwischenprodukt, das fasergefüllte Plastikat, in einem Direktverfahren über eine Transfereinheit direkt dem Umform-/Formgebungsprozess zugeführt. Es wird dort direkt zum Bau teil (Endprodukt) umgeformt. So kann z. B. ein Monoverbundwerkstoff hergestellt werden.The inventive method can now be continued so that after the thermal forming 5 a semi-finished, z. B. a long fiber granules, is produced. In a second variant, the intermediate product obtained after the thermal forming, the fiber-filled plasticate, is fed directly to the forming / shaping process in a direct process via a transfer unit. It is there directly to the construction part (final product) transformed. So z. B. a mono-composite can be produced.

2 zeigt nun eine Ausführungsform der Erfindung, bei der Stäbchengranulate 15, d. h. ein Halbzeug, hergestellt wird. Hierzu werden die behandelten Fasern, die, wie bei der Ausführungsform nach 1 beschrieben, hergestellt werden, in ein Imprägnierwerkzeug zugeführt. Gleichzeitig wird aus einem Extruder 11 die Kunststoffschmelze 12 ebenfalls dem Imprägnierwerkzeug zugeführt. Das dann erhaltene Produkt wird über Puller 13 und einen Strang-Granulator zum Stäbchengranulat 15 weiterverarbeitet. 2 now shows an embodiment of the invention, wherein the rod granules 15 , ie a semi-finished product is produced. For this purpose, the treated fibers, which, as in the embodiment according to 1 described, fed into an impregnating tool. At the same time it turns out of an extruder 11 the plastic melt 12 also supplied to the impregnation tool. The product then obtained is pulled over 13 and a strand granulator to the rod granules 15 further processed.

3 zeigt nun die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe in Form von Matten-verstärkten Thermoplasten. Hierzu werden wiederum die wie vorstehend beschrieben behandelten Fasern 10 entweder direkt über Rollen 22 auf ein Transportband 18 geführt und/oder es erfolgt gleichzeitig noch über eine Schneideeinheit 17 ein Zerteilen der behandelten Fasern, die dann ebenfalls auf dem Transportband 18 abgelegt werden. Die Fasern und/oder die zerschnittenen Fasern werden dann über ein Nadelbett 19 geführt und zu einer Matte verbunden und anschließend durch eine Schneideeinheit zu Endlosfasermatten 21 abgetrennt. 3 now shows the preparation of the composite materials according to the invention in the form of mat-reinforced thermoplastics. To this end, again, the fibers treated as described above 10 either directly over roles 22 on a conveyor belt 18 guided and / or it is still done via a cutting unit 17 a cutting of the treated fibers, which then also on the conveyor belt 18 be filed. The fibers and / or the cut fibers are then passed over a needle bed 19 guided and connected to a mat and then through a cutting unit to continuous fiber mats 21 disconnected.

4 zeigt nun letztlich noch eine Ausführungsform, bei der einem Extruder 24 das thermoplastische Material 23 zugeführt und gleichzeitig Glasfasern 26, die erfindungsgemäß behandelt worden sind, mit in den Extruder eingeführt werden. Mit 25 ist dabei die Imprägniervorrichtung bezeichnet, und mit 27 die Düse. Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff wird in diesem Falle in Form eines Plastifikats erhalten, das z. B. durch eine Schneideinrichtung 28 geteilt werden kann. 4 Finally shows an embodiment in which an extruder 24 the thermoplastic material 23 supplied and at the same time glass fibers 26 , which have been treated according to the invention, are introduced into the extruder. With 25 is the impregnating referred to, and with 27 the nozzle. The composite material according to the invention is obtained in this case in the form of a plasticate, the z. B. by a cutter 28 can be shared.

Claims

Method for producing a composite material, through the following steps: a) addition of at least one crosslinking additive to a thermoplastic reinforcing fiber in the manufacturing process of the thermoplastic reinforcing fiber, b) Orient the molecules the reinforcing fiber through stretching, c) fixation of the molecular orientation of the thermoplastic reinforcing fiber by networking after stretching, and d) incorporation of the crosslinked thermoplastic reinforcing fiber in a thermoplastic matrix or e) heat supply to the fibers below Formation of a fiber composite.

Method according to claim 1, characterized in that that the at least one crosslinking additive in a concentration from 1 to 30 wt .-% with respect the thermoplastic reinforcing fiber is added.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that triallyl isocyanurate as a crosslinking additive is added.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the crosslinking thermally, radically and / or photochemically.

Method according to the preceding claim, characterized that the radical and / or photochemical crosslinking by irradiation selected with rays from the group of ion beams, UV rays and ionizing rays he follows.

Method according to claim 5, characterized in that that irradiation with ionizing radiation and / or ion radiation with a dose between 10 kGy and 10 MGy, preferably between 50 kGy and 1 MGy takes place.

Method according to claim 5, characterized in that that the wavelength the UV rays between 400 nm and 100 nm, preferably between 300 and 200 nm.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that annealing takes place after crosslinking.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the cross-linked reinforcing fiber is in a thermoplastic matrix, consisting of the same thermoplastic material, incorporated or mixed with the matrix polymer.

Method according to one of Claims 1 to 8, characterized that the crosslinked reinforcing fiber in a different material from the thermoplastic reinforcing fiber is working or mixed with the matrix polymer.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the crosslinked reinforcing fiber by melt impregnation and / or thermally extruding into the at least one thermoplastic Matrix is incorporated or mixed with the matrix polymer.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that semi-finished products, such as granules or mats, are produced become.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the composite material after the process step d) or e) in a direct process a forming / shaping process is subjected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic materials and / or the reinforcing fiber of polypropylene (PP), polyethylene (PE) and / or polyamide (PA) are selected.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that in step d) or e) a heat supply such that the temperature of the fibers and the thermoplastic matrix between 100 ° C and 350 ° C is.

Composite comprising at least one stretched and thereafter crosslinked by a crosslinking additive thermoplastic Reinforcing fiber, which is contained in a thermoplastic matrix.

Composite material according to claim 16, characterized that he forms a fiber composite.

Composite material according to one of claims 16 to 17, characterized in that the crosslinking additive triallylisocyanurate is.

Composite material according to one of claims 16 to 18, characterized in that the at least one crosslinked thermoplastic reinforcing fiber selected is from the group consisting of PE, PP and / or PA.

Composite material according to one of claims 16 to 19, characterized in that the mindes at least one thermoplastic matrix is selected from the group consisting of PE, PP and / or PA.

Composite material according to one of claims 16 to 20, characterized in that the melting point difference between the at least one thermoplastic matrix and the at least a crosslinked thermoplastic reinforcing fiber at least 26 ° C, preferably at least 30 ° C.

Composite material according to one of claims 16 to 21, characterized in that the at least one thermoplastic reinforcing fiber at least partially crystalline.

Composite material according to one of claims 16 to 22, characterized in that the thermoplastic matrix either amorphous or partially crystalline.

Composite material according to one of claims 16 to 23, characterized in that it as a semi-finished product in the form of granules is present.

Composite material according to one of claims 16 to 23, characterized in that it is present as a mat.

Composite material according to at least one of claims 16 to 23, characterized in that it is present as a molded component.