DE102008049820B4

DE102008049820B4 - Linienförmiges Kunststoffprofil mit strukturierter Oberfläche und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102008049820B4
Application number: DE200810049820
Authority: DE
Inventors: Helmut Zscheile; Rolf Arnold; Reinhard Helbig; Uwe Metzner; Gebhart Böhme; Dietrich Kresse; Detlev Geiss; Helmut Schmieder; Björn HILDEBRANDT
Original assignee: Saechsisches Textilforschungsinstitut STFI eV
Current assignee: Saechsisches Textilforschungsinstitut STFI eV
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2028-09-27
Also published as: DE102008049820A1

Abstract

Linienförmiges Kunststoffprofil mit strukturierter Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffprofil (1) mit einer Maschenstruktur (4) ummantelt ist, bei der die linke Bindungsseite (5) außen liegt und dass die Maschenstruktur (4) durch mindestens zwei Maschenreihen, vorzugsweise vier Maschenreihen (6) gebildet wird, die annähernd parallel zur Längsachse des Profils verlaufen, wobei die Maschenschenkel (7) nahezu im rechten Winkel zur Längsachse angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft linienförmige Kunststoffprofile mit strukturierter Oberfläche und Faserverstärkung, die vorzugsweise in Längsrichtung angeordnet ist sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Anwendungsgebiete sind die Bewehrung mineralisch gebundener Bauelemente z. B. Beton oder Gips sowie die bautechnische Verstärkung.
Stand der Technik
Linienförmige Kunststoffprofile werden bereits seit vielen Jahren als glasfaserverstärkte Kunststoffstäbe z. T. mit sehr glatter Oberfläche durch Pultrusion hergestellt und insbesondere für Sportgeräte eingesetzt. Die Verstärkungsfasern werden durch ein Harzbad geführt, dabei getränkt und anschließend durch ein beheiztes Werkzeug geführt und dabei kalibriert. Bei der Verwendung solcher Stäbe für die Herstellung textiler Zäune nach DE 2111000 A1 werden die glatten Stäbe nachträglich mit Rillen versehen, um die Schiebefestigkeit in der Zaunstruktur zu verbessern. Faserverstärkte Kunststoffprofile für die Betonbewehrung werden mit stark profilierter Oberfläche hergestellt, wobei die Profilierung schraubenförmig verläuft und eingeprägt wird. Eine textile Weiterverarbeitung solcher Stäbe ist nicht möglich.
Bei einem speziellen Pultrusionsverfahren werden Profile erzeugt, bei denen die gestreckten Kernfäden eine gegenläufige Umwindung von textilen Fäden aufweisen. Verfahrensbedingt schnüren sich die Umwindefäden in den harzgetränkten, noch nicht ausgehärteten, Faserstrang ein. Hierdurch entsteht nach dem Aushärten eine leicht profilierte Oberfläche, die allerdings für die Erreichung hoher Auszugskräfte im Beton noch ungenügend ist. Die eingesetzte Umwindetechnik erfordert durch die umlaufenden Spulen einen Maschinenstillstand beim Spulenwechsel. Ähnlich sind die Verhältnisse bei der Flecht-Pultrusion zur Herstellung glasfaserverstärkter Hohlprofile. Der Wechsel der Flechtspulen erfordert wie bei der Umwindetechnik einen Maschinenstillstand (Band- und Flechtindustrie B.38, H.2, S.42–47).
In der DE 44 025 52 C2 wird Verfahren zur Herstellung definierter Außenoberflächen an im Wickel- oder Flechtverfahren hergestellten Faserverbundbauteilen mit thermoplastischer Matrix beschrieben. Dabei wird ein Band mit einer definierten Oberfläche auf das noch nicht erstarrte oder wieder aufgeschmolzene Bauteil gewickelt und nach dem Abkühlen der Matrix wieder abgewickelt wird, wobei es eine definierte Oberfläche auf dem Bauteil hinterlässt.
Die bisher bekannten linienförmigen Kunststoffprofile sind für eine rationelle Weiterverarbeitung auf Textilmaschinen zur Herstellung von Bewehrungsgittern nicht geeignet. Außerdem führt die zu geringe Profilierung zu einem unzureichenden Verbundverhalten im Beton. Da der Spulenwechsel für die Umwindefäden nur bei Maschinenstillstand erfolgen kann, ist die Produktivität eingeschränkt.
Aufgabe
Die Aufgabe besteht deshalb darin, ein linienförmiges Kunststoffprofil mit strukturierter Oberfläche sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben zu schaffen, welches kontinuierlich realisiert werden kann, eine Weiterverarbeitung auf Wirkmaschinen als Durchschuss mit einer schiebefesten Einbindung ermöglicht und als Betonbewehrung hohe Auszugskräfte aufweist.
Lösung
Diese Aufgabe wird mit den im Schutzanspruch 1 und 7 sowie 11 aufgeführten Merkmalen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorteile der Lösung
Das erfindungsgemäße Kunststoffprofil besitzt als Umhüllung eine netzartige Maschenstruktur mit außen liegenden linken Maschenseiten, die zu einer besonders stark strukturierten Oberfläche führen. Die Maschenstäbchen verlaufen annähernd im rechten Winkel zur Längsachse des Kunststoffprofils, wodurch sich hohe Auszugskräfte bei der Bewehrung im Beton sowie hohe Schiebefestigkeiten beim Einsatz als Durchschuss bei der textilen Verarbeitung ergeben. Die Strukturierung kann durch die Verarbeitung dicker Fäden wesentlich verstärkt werden. Die auf das Kunststoffprofil aufgebrachte Maschenstruktur besitzt eine hohe Schnürkraft die zur Verformung der polymergetränkten Faserbündel in radialer Richtung führt, wodurch die Profilierung noch verstärkt wird.
Zum Aufbringen der netzartigen Maschenstruktur wird eine mit Greifern arbeitende Ummantelungsmaschine eingesetzt, die den netzartigen Maschenmantel straff auf den Kern, d. h. auf das polymergetränkte Faserbündel schnürt. Da die Ummantelungsorgane nicht rotieren, kann von stationären Spulen gearbeitet werden, wodurch kein Stillstand beim Spulenwechsel erforderlich ist.
Die nach dem Verfahren erzielbaren hohen Auszugskräfte werden durch Veränderungen der Schubsteifigkeit des imprägnierten Faserstranges an und zwischen den Einschnürungen erreicht.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung 1 zeigt eine Prinzipskizze des linienförmigen Kunststoffprofils mit strukturierter Oberfläche, wobei
Bezugszeichenliste

1: Kunststoffprofil
2: Faserbündel
2': polymergetränktes Faserbündel
3: Längsachse
4: Maschenstruktur
5: Linke Bindungsseite
6: Maschenreihen
7: Maschenschenkel
: bezeichnen

2 zeigt eine Prinzipskizze zur Realisierung des Herstellungsverfahrens wobei
Bezugszeichenliste

8: Spulengatter
9: Rovingspulen
10: Polymerbad
11: Führungsrohr
12: Maschenbildende Ummantelungsmaschine
13: Greifer für Maschenbildung
14: Mantelfäden
15: Stationär angeordnete Spulen
16: Ummantelter, polymergetränkter Strang
17: Heizzone/Kühlzone
18: Warenabzug
19: Konfektionierung
: bezeichnen

Das Kunststoffprofil (1) besteht aus einem Faserbündel (2, 2'). Parallel zur Längsachse (3) werden mit einer maschenbildenden Ummantelungseinrichtung Maschen, die mit der linken Bindungsseite (5) außen liegen, auf der Oberfläche des Profils angeordnet. Die Ummantelung besteht aus 4 Maschenreihen (6), die gleichmäßig am Umfang verteilt sind. Die Maschenschenkel (7) der Maschenstruktur (4) verlaufen nahezu im rechten Winkel zur Längsachse des Profils, wodurch die Profilierung eine günstige Wirkung hinsichtlich Auszugskraft und Schiebefestigkeit hat. Die Maschenstruktur (4) ist auf das mit Polymer, in diesem Fall Harz, getränkte und noch verformbare Faserbündel (2') aufgeschnürt, wodurch nach dem Aushärten ein inniger Verbund vorhanden ist.
Zur Herstellung des Kunststoffprofils ist ein bekanntes Spulengatter (8) vorgesehen, auf dem die Rovingspulen (9) gelagert sind. Durch Abzug der Rovings vom Gatter entsteht das Faserbündel (2), das im Polymerbad (10) getränkt wird. Das Führungsrohr (11) streift überschüssiges Harz ab und zentriert das getränkte Faserbündel (2') am Einlauf der maschenbildenden Ummantelungsmaschine (12). Die Maschenbildung erfolgt mit 4 kreisförmig angeordneten Greifern (13) aus den Mantelfäden (14), die von stationär angeordneten Spulen (15) abgezogen werden.
Die hohen Schnürkräfte der Ummantelungsfäden führen zu einer Kalibrierung des mit Harz getränkten Faserbündels, wodurch das sonst für die Pultrusion erforderliche Werkzeug entfällt. Durch den Einsatz starker Ummantelungsfäden (14) besitzt der ummantelte harzgetränkte Strang (16) eine Maschenstruktur (4), die profiliert ist. Eine besonders starke Profilierung kann erreicht werden, wenn ein etwa 2 mm dicker Zwirn als Mantelfaden (14) bei einem Durchmesser des getränkten Faserbündels (2') von circa 10 mm eingesetzt wird. Zur Herstellung profilierter Stäbe für die Betonbewehrung wird für die Kern- und Mantelfäden AR-Glas eingesetzt.
Im Bereich der Heizzone/Kühlzone (17) erfolgt in bekannter Weise die Aushärtung der Verbundstruktur. Das fertige Kunststoffprofil (1) wird anschließend über den Warenabzug (18) abgezogen und z. B. auf große Trommeln aufgewunden. Es kann auch in einer weiteren Ausführung direkt an dieser Stelle eine Konfektionierung (19) erfolgen.
Der gesamte beschriebene Verfahrensprozess ist auch ausführbar ohne das Polymerbad (10), indem eine linienförmige, noch verformbare Kombination von Faserbündel (2) mit aufgebrachtem Polymerwerkstoff direkt der maschenbildenden Ummantelungsmaschine (12) zugeführt wird. Es wird hier ein polymerummanteltes Hybridgarn direkt zugeführt, das vorher eine Heizzone durchlaufen hat.

Claims

Linienförmiges Kunststoffprofil mit strukturierter Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffprofil (1) mit einer Maschenstruktur (4) ummantelt ist, bei der die linke Bindungsseite (5) außen liegt und dass die Maschenstruktur (4) durch mindestens zwei Maschenreihen, vorzugsweise vier Maschenreihen (6) gebildet wird, die annähernd parallel zur Längsachse des Profils verlaufen, wobei die Maschenschenkel (7) nahezu im rechten Winkel zur Längsachse angeordnet sind.
Linienförmiges Kunststoffprofil mit strukturierter Oberfläche nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenstruktur (4) in die Oberfläche mit einem umhüllenden Polymermaterial eingebunden ist und die Maschenschenkel (7) sowie die linke Bindungsseite (5) Erhebungen bilden.
Linienförmiges Kunststoffprofil mit strukturierter Oberfläche nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Schnürkraft der Maschenstruktur (4) der polymergetränkte, noch verformbare Faserstrang (2) oberflächlich eingeschnürt bzw. eingedrückt ist und somit die Profilierung weiter verstärkt ausgebildet ist.
Linienförmiges Kunststoffprofil mit strukturierter Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass sich durch Einschürung eine gezielt ungleichmäßige Faserverteilung zwischen den Einschnürstellen ausgebildet hat.
Linienförmiges Kunststoffprofil mit strukturierter Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstrang (2) und/oder die Maschenstruktur (4) vorzugsweise aus AR-Glasfilamentgarnen bestehen.
Linienförmiges Kunststoffprofil mit strukturierter Oberfläche nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das umhüllende Polymermaterial aus duroplastischem oder thermoplastischem Material besteht.
Verfahren zur Herstellung eines linienförmigen Kunststoffprofils mit strukturierter Oberfläche nach den Ansprüchen 1 bis 6 unter Verwendung eines Spulengatters (8) zum Abzug der Rovingspulen (9) sowie einem Polymerbad (10), einer Heizzone/Kühlzone (17) mit sich anschließendem Abzug (18) und einer Konfektionierung (19) dadurch gekennzeichnet, dass das von den Rovingspulen (9) abgezogene Faserbündel (2) in dem Polymerbad (10) getränkt und danach das polymergetränkte Faserbündel (2') unter Hilfe eines Führungsrohres (11) in das Zentrum einer maschenbildenden Ummantelungsmaschine (12) geführt und mit Mantelfäden (14), die von stationär angeordneten Spulen (15) abgezogen werden, durch Greifer (13) mit einer Maschenstruktur (4) umschnürt und dabei gleichzeitig kalibriert, anschließend durch die Heizzone/Kühlzone (17) geführt und mittels des Warenabzuges (18) der Konfektionierung (19) zugeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines linienförmigen Kunststoffprofils mit strukturierter Oberfläche nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass als maschenbildende Ummantelungsmaschine (12) eine Vorrichtung verwendet wird, die beim Ummantelungsvorgang durch die radial gerichteten Abschlagskräfte der Maschen der Maschenstruktur (4) eine Kalibrierung des polymergetränkten Faserbündels (2') vornimmt und dass das ummantelte polymergetränkte Faserbündel (2') ohne weitere Einwirkung eines Pultrusionswerkzeuges in der Heizzone/Kühlzone (17) verfestigt, abgezogen und konfektioniert wird.
Verfahren zur Herstellung eines linienförmigen Kunststoffprofils mit strukturierter Oberfläche nach einem der Ansprüche 7 und 8 dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Faserbündels (2) und/oder für die Mantelfäden (14) AR-Glasfilamentgarne eingesetzt werden.
Verfahren zur Herstellung eines linienförmigen Kunststoffprofils mit strukturierter Oberfläche nach einem der Ansprüche 7 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Polymerbad (10) alkalibeständige Materialien enthält.
Verfahren zur Herstellung eines linienförmigen Kunststoffprofils mit strukturierter Oberfläche nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Faserbündel (2') direkt als linienförmige Kombination von Fasern und Polymerwerkstoff, wofür ein polymerummanteltes Hybridgarn verwendet wird, durch das Führungsrohr (11) in das Zentrum einer maschenbildenden Ummantelungsmaschine (12) geführt und mit Mantelfäden (14), die von stationär angeordneten Spulen (15) abgezogen werden durch Greifer (13) mit einer Maschenstruktur (4) umschnürt und dabei gleichzeitig kalibriert wird.
Verfahren zur Herstellung eines linienförmigen Kunststoffprofils mit strukturierter Oberfläche nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass als maschenbildende Ummantelungsmaschine (12) eine Vorrichtung verwendet wird, die beim Ummantelungsvorgang durch die radial gerichteten Abschlagskräfte der Maschen der Maschenstruktur (4) eine Kalibrierung des Faserbündels (2') vornimmt und dass das ummantelte Faserbündel (2') ohne weitere Einwirkung eines Pultrusionswerkzeuges in der Heizzone/Kühlzone (17) verfestigt, abgezogen und konfektioniert wird.