DE102016211899B4

DE102016211899B4 - Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern

Info

Publication number: DE102016211899B4
Application number: DE102016211899.4A
Authority: DE
Inventors: Jan-Christoph Kako; Tassilo Witte
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2023-10-26
Anticipated expiration: 2036-07-01
Also published as: DE102016211899A1

Abstract

Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern, umfassend einen Schritt des Spleißens von vorimprägnierten Verstärkungsfasern, wobeieine Mehrzahl von vorimprägnierten Verstärkungsfasern (10) aneinander geordnet werden, um eine erste Schicht (12) zu bilden,eine Mehrzahl von vorimprägnierten Verstärkungsfasern (10) aneinander geordnet werden, um eine zweite Schicht (14) zu bilden, unddie erste und zweite Schicht gespleißt werden,wobei die vorimprägnierten Verstärkungsfasern der ersten und zweiten Schicht sich überlappen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials, sowie ein Verbundmaterial, das zumindest teilweise aus gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern hergestellt ist.
Bei der Herstellung von Flugzeugen werden vermehrt Verbundmaterialien eingesetzt. Die Flugzeugkomponenten aus Verbundmaterialen werden üblicherweise aus Verbundmaterial-Halbzeugen hergestellt, die häufig aus sogenannten Prepregs, d.h. aus vorimprägnierten Verstärkungsfasern, wie z.B. Kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP), bestehen, welche in mehreren Materiallagen übereinander angeordnet sein können. Die Verstärkungsfasern können als unidirektionale Schicht(en), als Gewebe oder als Gelege vorliegen. Zur Herstellung einer Verbundmaterialkomponente aus einem Verbundmaterial-Halbzeug kann die die Verstärkungsfasern umgebende Matrix unter Temperatur und Druck ausgehärtet werden. Häufig wird das Strangziehverfahren (auch Pultrusionsverfahren oder pultrudieren) eingesetzt, welches ein kontinuierliches Herstellungsverfahren zur Fertigung von faserverstärkten Kunststoffprofilen ist. Die Matrix kann beispielsweise aus einem ungehärteten duroplastischen Polymermaterial bestehen. Die Matrix kann sich jedoch auch in einem teilvernetzten Zustand befinden und pastös bis fest sein. Ferner kann die Matrix aus einem Material bestehen, das durch Erwärmung wieder verflüssigt werden kann.
Das Verbundmaterial-Halbzeug kann aus einem Laminat mit mehreren Schichten oder Materiallagen bestehen. Solche Laminate können durch automatisierte Techniken z.B. automatisiertes Tapelegen, ATL (Automated Tape Laying), automatisierte Faserpositionierung, AFP (Automated Fiber Placement) oder manuelle Laminier-Techniken hergestellt werden.
Die vorimprägnierten Verstärkungsfasern werden häufig schlauchförmig oder bandförmig eingesetzt, wobei die Schläuche oder Bänder auf Spulen aufgewickelt sind. Eine Mehrzahl von Spulen mit vorimprägnierten Verstärkungsfasern können z.B. in Faser-Lay-Up Verfahren (FLU) zu Werkstoffen wie T-Stringern verarbeitet werden, die im Flugzeugbau zum Einsatz kommen. Um Unterbrechungen im Material, sowie unnötige Unterbrechungen und Verzögerungen des Herstellungsprozesses zu verhindern, werden die Spulen ausgetauscht, bevor sie leer sind, d.h. bevor das komplette Spulenmaterial verbraucht wurde. In der Praxis werden z.B. mehrere Spulen in einem FLU-Verfahren eingesetzt und sobald eine Spule leer ist, das Verfahren gestoppt und alle Spulen ausgetauscht. Die ausgetauschten Spulen weisen noch unverbrauchtes Rest-Material auf. Das Rest-Material auf den Spulen, bzw. die Spulenreste sind zu kurz, um weiter verwendet werden zu können und werden daher verworfen.
US 4 428 992 A offenbart ein Verfahren zum Spleißen von Verstärkungsfasern mit einem Polyamid.
DE 10 2015 109 855 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Prepreg-Bandes sowie das derart hergestellte Prepreg-Band. Dieses umfasst mehrere kurze Reststücke von Prepreg-Bändern, deren Enden überlappend verbunden werden. Dabei kann dies - zur Herstellung eines lediglich aus den mehreren kürzeren Reststücken bestehenden längeren Prepreg-Bandes - auf einem zur Herstellung des Prepreg-Bandes dienenden Trägerbandes erfolgen. Alternativ kann dies - zur Herstellung eines dickeren Trägerbandes - auf dem Trägerband so erfolgen, dass die aus den mehreren Reststücken von Prepreg-Bändern gebildete Schicht mit dem Trägerband verbunden wird.
DE 10 2007 042 287 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, bei welchem mehrere jeweils flächige Fasermateriallagen mit einem Zwischenraum und einem in dem Zwischenraum vorhandenen Vliesmaterial zusammengefügt werden.
US 4 789 594 A offenbart eine aus mehreren Schichten Verbundmaterials hergestellte Platte, die in Streifen mit einem dreieckigen Querschnitt geschnitten wird.
Die Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, ein Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern bereitzustellen, so dass z.B. Spulenreste nicht verworfen werden müssen, sondern weiterverarbeitet werden können. Ferner ist die Erfindung auf die Aufgabe gerichtet, ein Verbundmaterial, wie z.B. Zwickelfüller, bereitzustellen, das zumindest teilweise aus Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern hergestellt ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Verbundmaterial gemäß Anspruch 9 gelöst.
Ein Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern umfasst einen Schritt des Spleißens von vorimprägnierten Verstärkungsfasern.
Spleißen wird im Sinne der vorliegenden Erfindung so verstanden, dass die Enden von verschiedenen Laminaten, Fäden, Schläuchen oder Bändern miteinander verbunden werden. Der Begriff „Spleißen““ kann im Sinne dieser Erfindung also auch als „Verbinden““ verstanden werden. Im Gegensatz zu Spleiß-Vorgängen mit trockenem Tauwerk, Seilen oder nicht-imprägnierten Verstärkungsfasern müssen die Enden nicht miteinander verflochten oder verdreht werden, oder sogar mit einem zusätzlichen Verbindungsmaterial beschichtet werden, wie z.B. in US 4 428 992 A beschrieben. Da die Verstärkungsfasern der vorliegenden Erfindung mit einem Material, wie z.B. einem Epoxy-Harz, imprägniert sind, können die Enden durch Übereinanderlegen der Enden und leichtes Anwenden von Druck oder Temperatur miteinander verspleißt werden. Das Imprägnierungsmittel, wie z.B. ein Epoxy-Harz, ist viskos und weist adhäsive Eigenschaften auf. Aufgrund der Viskosität kann das Imprägnierungsmittel fließen und die Enden von imprägnierten Verstärkungsfasern miteinander verbinden. Darüber hinaus unterstützt das Imprägnierungsmittel aufgrund seiner adhäsiven Eigenschaften den Verbindungsschritt.
Bevorzugt umfasst der Schritt des Spleißens von vorimprägnierten Verstärkungsfasern daher einen Schritt des Übereinanderlegens von Enden von vorimprägnierten Verstärkungsfasern sowie einen Schritt des Anlegens von Druck oder Temperatur an die übereinandergelegten Enden von vorimprägnierten Verstärkungsfasern.
Die vorimprägnierten Verstärkungsfasern können in Form von Laminaten, Fäden, Schläuchen oder Bändern vorliegen. Die Laminate, Fäden, Schläuche oder Bänder liegen bevorzugt auf eine Spule aufgewickelt vor. Eine neue Spule mit vorimprägnierten Verstärkungsfasern kann bis zu 500 Meter Material aufweisen. Im Falle von Bändern beträgt die Bandbreite z.B. 12.7 mm und die Materialdicke 268 g/m² (z.B. Material Prepreg M21E). Häufig werden in der Herstellung von Werkstoffen wie T-Stringern mehrere Spulen parallel eingesetzt, um genügend Material für die Herstellung zu liefern. Um eine unterbrechungsfreie Materialzufuhr für die Herstellung zu gewährleisten, werden die jeweiligen Spulen bereits ausgetauscht, bevor das Ende erreicht ist. Die ausgetauschten Spulen weisen etliche Meter, in der Praxis bis zu 10 ± 5m, an Restmaterial auf. Um Werkstoffe wie T-Stringer herzustellen, werden bis zu 90 Spulen-Austausche vorgenommen. Damit liegen bis zu 450-1350 m Restmaterial vor, wobei die jeweiligen 10 ± 5m Reste zu kurz sind, um weiterverarbeitet werden zu können und verworfen werden müssten. Werden diese Spulenreste jedoch verspleißt, können sie in weiteren Verfahren eingesetzt werden.
Bevorzugt ist das Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern ein Verfahren zum Verwerten von Spulenresten. Die vorimprägnierten Verstärkungsfasern liegen besonders bevorzugt als Bänder auf den Spulen vor. In diesem Fall wird, wenn im Folgenden auf vorimprägnierte Verstärkungsfasern verwiesen wird, dies so verstanden, dass Bänder von vorimprägnierten Verstärkungsfasern vorliegen. In diesem Fall entsprechen die „Enden“ der vorimprägnierten Verstärkungsfasern der vorliegenden Erfindung den „Band-Enden““ der Bänder von vorimprägnierten Verstärkungsfasern.
In dem Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern werden eine Mehrzahl von vorimprägnierten Verstärkungsfasern aneinander geordnet, um eine erste Schicht zu bilden, eine Mehrzahl von vorimprägnierten Verstärkungsfasern aneinander geordnet, um eine zweite Schicht zu bilden, und die erste und zweite Schicht gespleißt, wobei die vorimprägnierten Verstärkungsfasern der ersten und zweiten Schicht sich überlappen. Bevorzugt wird die Mehrzahl von vorimprägnierten Verstärkungsfasern längsseitig aneinander geordnet. Bevorzugt sind die vorimprägnierten Verstärkungsfasern der ersten und zweiten Schicht zueinander versetzt, bzw. Offset. Das Verfahren ist nicht auf zwei Schichten beschränkt, sondern es können auch weitere wie oben beschriebene Schichten eingesetzt werden.
Bevorzugt liegen die vorimprägnierten Verstärkungsfasern als Bänder vor und es werden eine Mehrzahl von Bändern aneinander geordnet, um eine erste Schicht zu bilden, eine Mehrzahl von Bändern aneinander geordnet, um eine zweite Schicht zu bilden, und die erste und zweite Schicht werden gespleißt, wobei die Bänder der ersten und zweiten Schicht sich überlappen. Bevorzugt werden die Bänder von vorimprägnierten Verstärkungsfasern längsseitig aneinander geordnet.
In dem Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern können die gespleißten Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern zu einem Verbundmaterial verarbeitet werden. Ein bevorzugt mit dem Verfahren hergestelltes Verbundmaterial sind Zwickelfüller (Englisch: Gusset Filler), welche in der Lücke zweier L-Laminate, die einen T-Stringer zusammensetzen, eingesetzt werden können.
Durch den oben beschriebenen Schichtaufbau wird gewährleistet, dass das entstehende gespleißte Schicht-Material kontinuierlich ist und in der Herstellung von einem Verbundmaterial weiterverwendet werden kann. Durch den Schicht-Aufbau wird gewährleistet, dass, wenn z.B. in der ersten Schicht ein Band zu Ende ist und das nächste Band daran angelegt wird, d.h. wenn die erste Schicht eine Unterbrechung zwischen zwei Bändern aufweist, diese Unterbrechung durch durchgehende Bänder in der zweiten Schicht ausgeglichen wird, so dass das Schicht-Material insgesamt kontinuierlich, bzw. Unterbrechungsfrei ist. Der Stabilitätsverlust wegen Unterbrechungen zwischen zwei Band-Enden wird durch durchgehende Banden in der jeweils anderen Schicht ausgeglichen. Die zusätzliche-Offset Anordnung der Banden unterstützt diesen durchgehenden Aufbau weiter.
Der oben beschriebene Schichtaufbau hat den weiteren Vorteil, dass so viele Bänder einer Schicht nebeneinander angeordnet und so viele Schichten übereinander angeordnet werden können, bis eine gewünschte Materialbreite- und Dicke erreicht wird. Die so verspleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern können wie herkömmliche vorimprägnierte Verstärkungsfasern in weiteren Verfahren, wie z.B. der Herstellung von einem Verbundmaterial, eingesetzt werden, da die Materialmenge auf den jeweiligen Materialbedarf eingestellt werden kann. Durch Anpassen der neben- und übereinander angeordneten Bänder lässt sich durch Verspleißen vieler kleiner Rollen z.B. ein Material erhalten, das dem Material einer großen Rolle mit z.B. einer Bandbreite von 108 mm und einer Materialdicke von 268 g/m² entspricht.
In dem Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern können die Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern auf Spulen vorliegen, die Enden von vorimprägnierten Verstärkungsfasern verschiedener Spulen miteinander verspleißt werden, und die gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern auf eine Umspul-Spule umgespult werden. Die Umspul-Spule kann auch als Sammelspule bezeichnet werden, da mehrere kurze Bänder auf der Spule gesammelt werden. Die Spulenenden können auf einem Spulengatter gesammelt werden und auf eine Umspul-Spule umgespult werden. In einem darauffolgenden Herstellungsverfahren für ein Verbundmaterial können mehrere solcher Umspul-Spulen nebeneinander eingesetzt werden, um die gewünschte Materialmenge einzusetzen.
In dem Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern können die gespleißten Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern zu einem Verbundmaterial verarbeitet werden. Ein bevorzugt mit dem Verfahren hergestelltes Verbundmaterial sind Zwickelfüller (Englisch: Gusset Filler), welche in der Lücke zweier L-Laminate, die einen T-Stringer zusammensetzen, eingesetzt werden können.
In dem Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern kann eine Mehrzahl von Umspul-Spulen parallel bzw. gleichzeitig zu einem Verbundmaterial verarbeitet werden.
Das oben beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass die Umspul-Spulen so viel oder ähnlich viel Material von vorimprägnierten Verstärkungsfasern aufweisen kann, wie eine neue Spule. Daher können diese Umspul-Spulen eingesetzt werden, wie herkömmliche neue Spulen, d.h. das Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials kann ohne zahlreiche Unterbrechungen durchgeführt werden.
In dem Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern können die Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern auf Spulen vorliegen, eine Mehrzahl von Spulenresten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern parallel oder gleichzeitig zum einem Verbundmaterial verarbeitet werden, und sobald das Ende von einem der Mehrzahl von Spulenresten erreicht ist, der Anfang eines anderen Spulenrestes an das Endes des ersten Spulenrestes gespleißt werden. Die Spulenreste können über Führungsspulen in ein darauffolgendes Verfahren eingeführt werden, in welchem die Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern zu einem Verbundmaterial verarbeitet werden. Ein bevorzugt mit dem Verfahren hergestelltes Verbundmaterial sind Zwickelfüller (Englisch: Gusset Filler), welche in der Lücke zweier L-Laminate, die einen T-Stringer zusammensetzen, eingesetzt werden können.
Die Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern werden nicht vorab gespleißt und dann weiterverarbeitet, sondern kontinuierlich während der Herstellung zu einem Verbundmaterial gespleißt. Bevorzugt wird eine Mehrzahl von Spulen parallel eingesetzt und sobald eine der Spulen leer ist, das Ende dieser Spule mit dem Anfang einer neuen Spule verspleißt, um eine kontinuierliche Materialzufuhr zu gewährleisten. Die Anzahl an eingesetzten Spulen kann angepasst werden, um die benötigte Material-Menge für die Herstellung zuzuführen.
Das oben beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass die Anzahl an parallel oder gleichzeitig in ein Verfahren zum Herstellen von Verbundmaterial zugeführten Spulenresten so eingestellt werden kann, dass die gewünschte Materialmenge zugeführt wird.
In allen oben beschriebenen Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern werden die vorimprägnierten Verstärkungsfasern, bzw. vorimprägnierten Verstärkungsfasern auf Spulen bevorzugt durch Druck oder Temperatur miteinander verspleißt. Bevorzugt wird nur Druck eingesetzt. Dies kann z.B. durch Aufeinanderlegen von Enden von zwei vorimprägnierten Verstärkungsfasern und darauffolgendes Zusammendrücken der Enden erfolgen. Wie bereits oben beschrieben, reicht die Viskosität bzw. die adhäsive Eigenschaft des Imprägnierungsmittels, um die vorimprägnierten Verstärkungsfasern miteinander zu verspleißen, bzw. zu verbinden. Es wird demnach kein zusätzlicher Polymerfilm, wie z.B. in US 4 428 992 A benötigt.
Bevorzugt werden in den oben beschriebenen Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern die Spleiß-Positionen so gewählt, dass die Spleiß-Verbindungen von aneinander angeordneten, gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern sich nicht überlappen. Würden die Spleiß-Verbindungen sich überlappen, wäre das Risiko eines Materialbruchs, sowie einer zu großen zugeführten Materialmenge zu groß. Im Falle der Schicht-Materialien wurde oben bereits beschrieben, dass es bevorzugt ist, wenn Unterbrechungen zwischen zwei Bändern einer Schicht, durch durchgehende Bänder in der zweiten Schicht ausgeglichen werden, so dass das Schicht-Material insgesamt kontinuierlich, bzw. Unterbrechungsfrei ist. Auch beim Einsatz von mehreren Umspul-Spulen werden bevorzugt die Positionen der Spleiß-Verbindungen notiert und die mehreren Umspul-Spulen so eingesetzt, dass keine zwei Spleiß-Verbindungen gleichzeitig in der Herstellung eines Verbundmaterial zugeführt werden. Die Spleiß-Positionen von verschiedenen Rollen sollen an unterschiedlichen Stellen vorliegen, um geometrische Toleranz zu gewährleisten.
Ein Verbundmaterial wird bereitgestellt, das zumindest teilweise aus gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern hergestellt ist. Die gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern können wie oben beschrieben vorbereitet werden. Neben den gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern können zusätzlich auch neue vorimprägnierte Verstärkungsfasern eingesetzt werden.
Das Verbundmaterial, wobei eine Mehrzahl von aneinander geordneten, vorimprägnierten Verstärkungsfasern eine erste Schicht bilden, eine Mehrzahl von aneinander geordneten, vorimprägnierten Verstärkungsfasern eine zweite Schicht bilden, und die erste und zweite Schicht gespleißt sind, wobei die vorimprägnierten Verstärkungsfasern der ersten und zweiten Schicht sich überlappen, und das Verbundmaterial aus mindestens diesen zwei verspleißten Schichten hergestellt ist. Die Mehrzahl von aneinander geordneten, vorimprägnierten Verstärkungsfasern kann längsseitig aneinander angeordnet sein, um eine Schicht zu bilden. In den überlappenden Schichten können die vorimprägnierten Verstärkungsfasern der einzelnen Schichten zueinander versetzt sein.
Ein Verbundmaterial, wobei die Enden von vorimprägnierten Verstärkungsfasern miteinander verspleißt sind, und das Verbundmaterial mindestens teilweise aus an den Enden verspleißten, vorimprägnierten Verstärkungsfasern hergestellt ist.
Ein Verbundmaterial, wobei das Verbundmaterial aus parallel bzw. gleichzeitig verarbeiteten, gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern hergestellt ist.
Bevorzugt ist das wie oben beschrieben hergestellte Verbundmaterial ein Zwickelfüller.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, von denen

1 eine schematische Ansicht eines Verfahrens zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern zeigt;
2 eine schematische Ansicht eines weiteren Verfahrens zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern zeigt; und
3 eine schematische Ansicht eines weiteren Verfahrens zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern zeigt.

Ein in 1-3 gezeigtes Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern umfasst einen Schritt des Spleißens von vorimprägnierten Verstärkungsfasern.
In einem in 1 gezeigten Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern können eine Mehrzahl von vorimprägnierten Verstärkungsfasern 10 aneinander geordnet werden, um eine erste Schicht 12 zu bilden, eine Mehrzahl von vorimprägnierten Verstärkungsfasern 10 aneinander geordnet werden, um eine zweite Schicht 14 zu bilden, und die erste und zweite Schicht 12,14 gespleißt werden, wobei die vorimprägnierten Verstärkungsfasern der ersten und zweiten Schicht sich überlappen. Bevorzugt wird die Mehrzahl von vorimprägnierten Verstärkungsfasern längsseitig aneinander geordnet. Bevorzugt sind die vorimprägnierten Verstärkungsfasern der ersten und zweiten Schicht 12,14 zueinander versetzt, bzw. Offset. Das Verfahren ist nicht auf zwei Schichten beschränkt, sondern es können auch weitere wie oben beschriebene Schichten eingesetzt werden.
Bevorzugt liegen die vorimprägnierten Verstärkungsfasern als Bänder 10 vor und es werden eine Mehrzahl von Bändern 10 aneinander geordnet, um eine erste Schicht 12 zu bilden, eine Mehrzahl von Bändern 10 aneinander geordnet, um eine zweite Schicht 14 zu bilden, und die erste und zweite Schicht 12,14 werden gespleißt, wobei die Bänder 10 der ersten und zweiten Schicht 12,14 sich überlappen. Bevorzugt werden die Bänder 10 von vorimprägnierten Verstärkungsfasern längsseitig aneinander geordnet.
In dem Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern können die gespleißten Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern zu einem Verbundmaterial 16 verarbeitet werden. Ein bevorzugt mit dem Verfahren hergestelltes Verbundmaterial sind Zwickelfüller (Englisch: Gusset Filler), welche in der Lücke zweier L-Laminate 18, die einen T-Stringer zusammensetzen, eingesetzt werden können.
Durch den oben beschriebenen Schichtaufbau wird gewährleistet, dass das entstehende gespleißte Schicht-Material kontinuierlich ist und in der Herstellung von einem Verbundmaterial weiterverwendet werden kann. Durch den Schicht-Aufbau wird gewährleistet, dass, wenn z.B. in der ersten Schicht 12 ein Band zu Ende ist und das nächste Band daran angelegt wird, d.h. wenn die erste Schicht eine Unterbrechung 11 zwischen zwei Bändern aufweist, diese Unterbrechung durch durchgehende Bänder in der zweiten Schicht 14 ausgeglichen wird, so dass das Schicht-Material insgesamt kontinuierlich, bzw. Unterbrechungsfrei ist. Der Stabilitätsverlust wegen Unterbrechungen zwischen zwei Band-Enden wird durch durchgehende Banden in der jeweils anderen Schicht ausgeglichen. Die zusätzliche-Offset Anordnung der Banden unterstützt diesen durchgehenden Aufbau weiter.
Der oben beschriebene Schichtaufbau hat den weiteren Vorteil, dass so viele Bänder einer Schicht nebeneinander angeordnet und so viele Schichten übereinander angeordnet werden können, bis eine gewünschte Materialbreite- und Dicke erreicht wird. Die so verspleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern können wie herkömmliche vorimprägnierte Verstärkungsfasern in weiteren Verfahren, wie z.B. der Herstellung von einem Verbundmaterial, eingesetzt werden, da die Materialmenge auf den jeweiligen Materialbedarf eingestellt werden kann. Durch Anpassen der neben- und übereinander angeordneten Bänder lässt sich durch Verspleißen vieler kleiner Rollen z.B. ein Material erhalten, das dem Material einer großen Rolle mit z.B. einer Bandbreite von 108 mm und einer Materialdicke von 268 g/m² entspricht.
In einem in 2 gezeigten Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern können die Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern auf Spulen 20 vorliegen, die Enden von vorimprägnierten Verstärkungsfasern verschiedener Spulen miteinander verspleißt werden, und die gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern auf eine Umspul-Spule 22 umgespult werden. Die Umspul-Spule 22 kann auch als Sammelspule bezeichnet werden, da mehrere kurze Bänder auf der Spule gesammelt werden. Die Spulenenden können auf einem Spulengatter 24 gesammelt werden und auf eine Umspul-Spule 22 umgespult werden. In einem darauffolgenden Herstellungsverfahren für ein Verbundmaterial können mehrere solcher Umspul-Spulen 22 nebeneinander eingesetzt werden, um die gewünschte Materialmenge einzusetzen.
In dem Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern können die gespleißten Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern zu einem Verbundmaterial 26 verarbeitet werden. Ein bevorzugt mit dem Verfahren hergestelltes Verbundmaterial sind Zwickelfüller (Englisch: Gusset Filler), welche in der Lücke zweier L-Laminate 28, die einen T-Stringer zusammensetzen, eingesetzt werden können.
In dem Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern kann eine Mehrzahl von Umspul-Spulen 22 parallel bzw. gleichzeitig zu einem Verbundmaterial 26 verarbeitet werden.
Das oben beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass die Umspul-Spulen 22 so viel oder ähnlich viel Material von vorimprägnierten Verstärkungsfasern aufweisen kann, wie eine neue Spule. Daher können diese Umspul-Spulen eingesetzt werden, wie herkömmliche neue Spulen, d.h. das Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials 26 kann ohne zahlreiche Unterbrechungen durchgeführt werden.
In einem in 3 gezeigten Verfahren von dem Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern können die Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern auf Spulen 30 vorliegen, eine Mehrzahl von Spulenresten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern parallel oder gleichzeitig zum einem Verbundmaterial verarbeitet werden, und sobald das Ende von einem der Mehrzahl von Spulenresten erreicht ist, der Anfang eines anderen Spulenrestes an das Endes des ersten Spulenrestes gespleißt werden. Die Spulenreste können über Führungsspulen 32, 34 in ein darauffolgendes Verfahren eingeführt werden, in welchem die Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern zu einem Verbundmaterial 36 verarbeitet werden. Ein bevorzugt mit dem Verfahren hergestelltes Verbundmaterial sind Zwickelfüller (Englisch: Gusset Filler), welche in der Lücke zweier L-Laminate 38, die einen T-Stringer zusammensetzen, eingesetzt werden können.
Die Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern werden nicht vorab gespleißt und dann weiterverarbeitet, sondern kontinuierlich während der Herstellung zu einem Verbundmaterial gespleißt. Bevorzugt wird eine Mehrzahl von Spulen parallel eingesetzt und sobald eine der Spulen leer ist, das Ende dieser Spule mit dem Anfang einer neuen Spule verspleißt, um eine kontinuierliche Materialzufuhr zu gewährleisten. Die Anzahl an eingesetzten Spulen kann angepasst werden, um die benötigte Material-Menge für die Herstellung zuzuführen.
Das oben beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass die Anzahl an parallel oder gleichzeitig in ein Verfahren zum Herstellen von Verbundmaterial zugeführten Spulenresten so eingestellt werden kann, dass die gewünschte Materialmenge zugeführt wird.
In allen oben beschriebenen Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern werden die vorimprägnierten Verstärkungsfasern 10, bzw. die vorimprägnierten Verstärkungsfasern auf Spulen 20, 30 bevorzugt durch Druck oder Temperatur miteinander verspleißt. Bevorzugt wird nur Druck eingesetzt. Dies kann z.B. durch Aufeinanderlegen von Enden von zwei vorimprägnierten Verstärkungsfasern 10 und darauffolgendes Zusammendrücken der Enden erfolgen. Wie bereits oben beschrieben, reicht die Viskosität bzw. die adhäsive Eigenschaft des Imprägnierungsmittels, um die vorimprägnierten Verstärkungsfasern miteinander zu verspleißen, bzw. zu verbinden. Es wird demnach kein zusätzlicher Polymerfilm, wie z.B. in US 4 428 992 A benötigt.
Bevorzugt werden in den oben beschriebenen Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern 10 die Spleiß-Positionen 11 (in 2 und 3 nicht gezeigt) so gewählt, dass die Spleiß-Verbindungen von aneinander angeordneten, gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern sich nicht überlappen. In 2 kann die Mehrzahl von gleichzeitig zugeführten Umspul-Spulen 22 so ausgewählt werden, dass diese nicht an den gleichen Stellen Spleiß-Positionen aufweisen.
In 3 können die Spulen 30 so ausgewählt werden, dass nicht gleichzeitig Stellen mit Spleiß-Positionen in das Verfahren zugeführt werden.
Würden die Spleiß-Verbindungen sich überlappen, wäre das Risiko eines Materialbruchs, sowie einer zu großen zugeführten Materialmenge zu groß. Im Falle der Schicht-Materialien wurde oben bereits beschrieben, dass es bevorzugt ist, wenn Unterbrechungen zwischen zwei Bändern einer Schicht, durch durchgehende Bänder in der zweiten Schicht ausgeglichen werden, so dass das Schicht-Material insgesamt kontinuierlich, bzw. Unterbrechungsfrei ist. Auch beim Einsatz von mehreren Umspul-Spulen 20 werden bevorzugt die Positionen der Spleiß-Verbindungen notiert und die mehreren Umspul-Spulen so eingesetzt, dass keine zwei Spleiß-Verbindungen gleichzeitig in der Herstellung eines Verbundmaterial zugeführt werden. Die Spleiß-Positionen von verschiedenen Rollen sollen an unterschiedlichen Stellen vorliegen, um geometrische Toleranz zu gewährleisten.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials umfasst einen Schritt des Spleißens von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern, einen Schritt des Verarbeitens von gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern zu einem Verbundmaterial-Halbzeugs und einen Schritt des Verarbeitens des Verbundmaterial-Halbzeugs zu einem Verbundmaterial. Der Schritt des Spleißens von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern kann wie oben beschrieben durchgeführt werden. Der Schritt des Verarbeitens von gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern zu einem Verbundmaterial verläuft wie der normale Schritt des Verarbeitens von vorimprägnierten Verstärkungsfasern zu einem Verbundmaterial und ist dem Fachmann bekannt. Ein Verfahren ist z.B. das Strangziehverfahren (auch Pultrusionsverfahren oder pultrudieren), welches ein kontinuierliches Herstellungsverfahren zur Fertigung von faserverstärkten Kunststoffprofilen ist.
Ein Verbundmaterial 16, 26, 36 wird bereitgestellt, das zumindest teilweise aus gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern hergestellt ist. Die gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern können wie oben beschrieben vorbereitet werden. Neben den gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern können zusätzlich auch neue, d.h. nicht gespleißte, vorimprägnierte Verstärkungsfasern eingesetzt werden.
Ein Verbundmaterial 16, 26, 36, wobei eine Mehrzahl von aneinander geordneten, vorimprägnierten Verstärkungsfasern 10 eine erste Schicht 12 bilden, eine Mehrzahl von aneinander geordneten, vorimprägnierten Verstärkungsfasern 10 eine zweite Schicht 14 bilden, und die erste und zweite Schicht 12, 14 gespleißt sind, wobei die vorimprägnierten Verstärkungsfasern der ersten und zweiten Schicht 12, 14 sich überlappen, und das Verbundmaterial aus mindestens diesen zwei verspleißten Schichten hergestellt ist. Die Mehrzahl von aneinander geordneten, vorimprägnierten Verstärkungsfasern 10 kann längsseitig aneinander angeordnet sein, um eine Schicht zu bilden. In den überlappenden Schichten können die vorimprägnierten Verstärkungsfasern der einzelnen Schichten zueinander versetzt sein.
Ein Verbundmaterial 16, 26, 36, wobei die Enden von vorimprägnierten Verstärkungsfasern miteinander verspleißt sind, und das Verbundmaterial mindestens teilweise aus an den Enden verspleißten, vorimprägnierten Verstärkungsfasern hergestellt ist.
Ein Verbundmaterial 16, 26, 36, wobei das Verbundmaterial aus parallel bzw. gleichzeitig verarbeiteten, gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern hergestellt ist.
Bevorzugt ist das wie oben beschrieben hergestellte Verbundmaterial 16, 26, 36 ein Zwickelfüller.

Claims

Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern, umfassend einen Schritt des Spleißens von vorimprägnierten Verstärkungsfasern, wobei eine Mehrzahl von vorimprägnierten Verstärkungsfasern (10) aneinander geordnet werden, um eine erste Schicht (12) zu bilden, eine Mehrzahl von vorimprägnierten Verstärkungsfasern (10) aneinander geordnet werden, um eine zweite Schicht (14) zu bilden, und die erste und zweite Schicht gespleißt werden, wobei die vorimprägnierten Verstärkungsfasern der ersten und zweiten Schicht sich überlappen.
Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern nach Anspruch 1, wobei die vorimprägnierten Verstärkungsfasern in Form von Laminaten, Fäden, Schläuchen oder Bändern vorliegen.
Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern nach Anspruch 1 bis 2, wobei die Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern auf Spulen (20) vorliegen, die Enden von vorimprägnierten Verstärkungsfasern verschiedener Spulen (20) miteinander verspleißt werden, und die gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern auf eine Umspul-Spule (22) umgespult werden.
Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern nach Anspruch 1-3, wobei die gespleißten Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern zu einem Verbundmaterial verarbeitet werden.
Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern nach Anspruch 3, wobei eine Mehrzahl von Umspul-Spulen (22) parallel bzw. gleichzeitig zu einem Verbundmaterial verarbeitet werden.
Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern nach Anspruch 1-2, wobei die Reste von vorimprägnierten Verstärkungsfasern auf Spulen (30) vorliegen, eine Mehrzahl von Spulenresten (30) von vorimprägnierten Verstärkungsfasern parallel zum einem Verbundmaterial verarbeitet werden, und sobald das Ende von einem der Mehrzahl von Spulenresten erreicht ist, der Anfang eines anderen Spulenrestes an das Endes des ersten Spulenrestes gespleißt wird.
Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern nach Anspruch 1-6, wobei die vorimprägnierten Verstärkungsfasern durch Druck oder Temperatur direkt miteinander verspleißt werden.
Verfahren zum Verwerten von Resten von vorimprägnierten Verstärkungsfasern nach Anspruch 1-7, wobei die Spleiß-Positionen so gewählt sind, dass die Spleiß-Verbindungen von aneinander angeordneten, gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern sich nicht überlappen.
Verbundmaterial (16, 26, 36), das zumindest teilweise aus gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern hergestellt ist, wobei eine Mehrzahl von aneinander angeordneten, vorimprägnierten Verstärkungsfasern (10) eine erste Schicht (12) bilden, eine Mehrzahl von aneinander angeordneten, vorimprägnierten Verstärkungsfasern (10) eine zweite Schicht (14) bilden, und die erste und zweite Schicht gespleißt sind, wobei die vorimprägnierten Verstärkungsfasern der ersten und zweiten Schicht sich überlappen, und das Verbundmaterial (16) aus mindestens diesen zwei verspleißten Schichten hergestellt ist.
Verbundmaterial (16, 26, 36) nach Anspruch 9, wobei die Enden von vorimprägnierten Verstärkungsfasern miteinander verspleißt sind, und das Verbundmaterial mindestens teilweise aus an den Enden verspleißten, vorimprägnierten Verstärkungsfasern hergestellt ist.
Verbundmaterial (16, 26, 36) nach Anspruch 9, wobei das Verbundmaterial aus parallel bzw. gleichzeitig verarbeiteten, gespleißten vorimprägnierten Verstärkungsfasern hergestellt ist.
Verbundmaterial (16, 26, 36) nach einem der Ansprüche 9-11, wobei das Verbundmaterial ein Zwickel-Füller ist.