DE102017220330A1

DE102017220330A1 - Einrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Tow-Prepregs

Info

Publication number: DE102017220330A1
Application number: DE102017220330.7A
Authority: DE
Inventors: Jae Han Chung; Yong Min Park; No Hyun PARK; Yean Jung JEONG
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2018-10-18
Also published as: CN108724769A; JP6619789B2; KR20180115452A; KR102008565B1; US11331691B2; US20180297055A1; CN108724769B; JP2018176709A

Abstract

Eine Einrichtung zum Herstellen eines Tow-Prepregs enthält Folgendes: eine Spreizwalze, die einen Anstellwinkel der zugeführten Faser einstellt; und zwei oder mehr Beschichtungswalzen, die eine erste Walze und eine zweite Walze enthalten, die sich drehen, während dieselben einen Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze aufweisen, wobei die von der Spreizwalze zugeführte Faser durch den Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze geht, um mit Harz beschichtet zu werden. Der Anstellwinkel der Faser, die zum Eintauchenlassen des Harzes zugeführt wird, wird eingestellt, um eine Spannung einzustellen, die an die einer Beschichtungswalze zugeführte Faser angelegt wird, wobei dadurch der Harzgehalt eingestellt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Tow-Prepregs und genauer eine Einrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Tow-Prepregs, das als Material eines Druckbehälters für ein Brennstoffzellenfahrzeug verwendbar ist.
HINTERGRUND
Ein Druckbehälter zum Speichern eines Hochdruckgases erfordert ein Material, das im Grunde stark ist und eine Charakteristik aufweist, dass dasselbe hohem Druck standhält, und zum Verbessern der Brennstoffeffizienz und Leistungsfähigkeit eines Brennstoffzellenfahrzeugs ist insbesondere eine Leichtigkeit der Struktur erforderlich. Eine Anwendung eines leichten und starken Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffes ist eines der effektivsten Verfahren, die einen aus einem Metall ausgebildeten Druckbehälter ersetzen.
Der aus dem Verbundwerkstoff ausgebildete Druckbehälter wird durch ein Filamentwickelverfahren hergestellt. Das Filamentwickelverfahren kann eine Struktur mit einer kreisförmigen Form oder einer Krümmung durch integrale Formgebung leicht herstellen und eine Faser in einer Lastübertragungsrichtung intensiv verstärken und weist dadurch einen Vorteil zum Maximieren der Leistungsfähigkeit des Verbundwerkstoffes auf. Das Filamentwickelverfahren ist ein Verbundwerkstoff-Formgebungsverfahren zum Herstellen einer rotationssymmetrischen Struktur durch Wickeln einer Endlosfaser, die mit Harz imprägniert ist, um eine sich drehende Form (Dorn), die wie ein Zylinder geformt ist, und Aushärten der Endlosfaser. Das Filamentwickelverfahren kann ein Nasswickelverfahren, bei dem eine Imprägnierung eines Filaments während des Durchführens durch ein Harzbad unmittelbar vor dem Wickeln der Faser um die Form herum erfolgt, und ein Trockenwickelverfahren einsetzen, das das Tow-Prepreg verwendet.
Bei dem Nasswickelverfahren, das gegenwärtig auf die meisten Herstellungsprozesse eines Druckbehälters angewandt wird, muss eine Viskosität eines Harzes gemäß einer Charakteristik eines Prozesses sehr gering sein, bei der eine Imprägnierung der verstärkten Faser mit dem Harz und zur gleichen Zeit ein Herumwickeln um die Form erfolgen. Folglich ist es schwierig, verschiedene Harze zu kombinieren und einen Zusatzstoff anzuwenden, so dass es schwierig ist, verschiedene Eigenschaften des Harzes zu implementieren. Aus dem gleichen Grund wird während des Wickelns zudem ein Ereignis des Verrutschens erzeugt, so dass es schwierig ist, ein komplexes Muster zu wickeln. Ferner ist eine Faseranordnung nicht gleichmäßig, so dass eine Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der Faser relativ gering sind, und aufgrund einer Verwendung eines flüssigen Harzes wird ein Arbeitsplatz verunreinigt, wobei dadurch eine schlechte Herstellungsumgebung verursacht wird. Da die Imprägnierung der verstärkten Faser und mit dem Harz an einer Druckbehälter-Produktionsstätte erfolgt, ist es ferner schwierig, ein Volumenverhältnis der verstärkten Faser und des Harzes gleichmäßig einzustellen, und ein Defekt einer Volumenverhältnis-Produktqualität kann einen Defekt des Druckbehälters selbst verursachen.
Indessen verwendet das Trockenwickelverfahren ein Tow-Prepreg derart als Intermediat bzw. Zwischenprodukt (intermediary), dass eine verstärkte Faser mit einem Harz mit einem vorbestimmten Volumenverhältnis im Voraus imprägniert wird. Bei Verwendung des Tow-Prepregs kann ein separater Prozess zum Tränken mit einem Harz bzw. Eintauchenlassen eines Harzes weggelassen werden, so dass es möglich ist, einen Druckbehälter mit einem einfachen und sauberen Prozess herzustellen. Da das Zwischenprodukt mit einem akkuraten Volumenverhältnis im Voraus produziert wird, ist es ferner möglich, das Verursachen eines Defektes eines Volumenverhältnisses des Druckbehälters zu verhindern. Da ein Harz mit einer höheren Viskosität als ein auf den Nasswickelprozess angewandtes Harz angewandt wird, kann eine Oberfläche des Tow-Prepregs eine Adhäsions- bzw. Hafteigenschaft aufweisen und der untere Dom und die Oberfläche des gewickelten Tow-Prepregs können verbunden werden, wobei dadurch ein Verrutschen des Harzes während des Wickelns verhindert wird und der Druckbehälter präzise hergestellt wird, der in verschiedenen Mustern ausgestaltet werden kann. Aufgrund der oben beschriebenen Gründe hat das Tow-Prepreg als Kernmaterial für eine nächste Generation von Composite-Druckbehältern Beachtung gefunden.
Ein Verfahren zum Herstellen des Tow-Prepregs ist in einen Lösemittel-Prozess und ein Heißschmelzprozess bzw. Hot-Melt-Prozess unterteilt.
Der Lösemittel-Prozess ist ein Prozess zum Verleihen von Fluidität dem Harz durch Verdünnen eines Harzes mit einer hohen Viskosität in einem Lösemittel, das ein Harz zum Schmelzen bringen kann, um die verstärkte Faser mit dem Harz zu imprägnieren, zum Eintauchenlassen des verdünnten Harzes in die verstärkte Faser und dann Trocknen und Entfernen des Lösemittels, um das Tow-Prepreg herzustellen, und der Herstellungsprozess desselben ist einfach. Jedoch ist es schwierig, mit dem Lösemittel-Prozess ein Volumenverhältnis des Harzes und der verstärkten Faser des Tow-Prepregs präzise zu steuern, so dass eine vollständige Entfernung eines flüchtigen Stoffes innerhalb des Tow-Prepregs während des Trocknungsprozesses tatsächlich schwierig ist. Der restliche flüchtige Stoff innerhalb des Tow-Prepregs wird während eines Formgebungs-/Aushärtungsprozesses vergast, um einen Hohlraum zu bilden, wobei dadurch darin ein Problem verursacht wird, dass eine Leistungsfähigkeit eines geformten Produktes erheblich herabgesetzt wird, und aus diesem Grund wird das durch den Lösemittel-Prozess hergestellte Tow-Prepreg kaum auf einen Hochleistungs-Verbundwerkstoff, einschließlich eines Hochdruckbehälters, angewandt.
Hingegen ist der Hot-Melt-Prozess ein Verfahren zum Erzeugen von Fluidität durch Erhitzen eines Harzes mit hoher Viskosität und Eintauchenlassen des Harzes in die verstärkte Faser bzw. Tränken derselben mit demselben und daher ist es möglich, ein Tow-Prepreg mit wenigen flüchtigen Stoffen herzustellen. Folglich kann der Hot-Melt-Prozess ein Volumenverhältnis des Harzes und der verstärkten Faser präzise steuern und daher ein Herstellungsprozess sein, der zum Herstellen eines Tow-Prepregs geeignet ist, das auf ein Verbundwerkstoffprodukt anwendbar ist, das eine hohe Reproduzierbarkeit, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit erfordert. Jedoch wurde gegenwärtig kein Standard für die Herstellungstechnologie des Tow-Prepregs geschaffen, worauf der Hot-Melt-Prozess angewandt wird, und eine Forschungs- und Entwicklungstätigkeit ist gering. Ferner ist bekannt, dass eine Produktionseffizienz einer Herstellerfirma gering ist, die ein durch Heißschmelzen hergestelltes Tow-Prepreg bzw. Hot-Melt-Tow-Prepreg kommerzialisiert, und aus diesem Grund ist ein Preis eines Materials sehr hoch, so dass es schwer ist, ein Tow-Prepreg auf die Massenproduktion eines Verbundwerkstoffproduktes ernsthaft anzuwenden. Folglich wird eine Entwicklung einer Einrichtung und eines Prozesses zum präzisen und effizienten Herstellen eines Tow-Prepregs dringend erfordert.
In der verwandten Technik werden zum Herstellen eines Tow-Prepregs unter Verwendung des Hot-Melt-Prozesses ein Prepreg-Längsschneideverfahren und ein Harzfilm-Transferverfahren verwendet, die die bestehenden Hot-Melt-Prepreg-Herstellungsverfahren sind.
Das Prepreg-Längsschneideverfahren ist ein Verfahren zum Herstellen eines Tow-Prepregs durch Schneiden eines zuvor hergestellten Prepregs mit einer langen Breite von 200 bis 1.000 mm in ein Prepreg mit einer erwünschten Breite und dann Wiederaufwickeln des Prepregs und eine zur Herstellung erforderliche Anlage ist kostengünstig und das Herstellungsverfahren desselben ist auch vergleichsweise einfach. Da eine Faser während des Prozesses zum Längsschneiden des Prepregs beschädigt wird, kann jedoch ein Einfachgarn an einer Grenze bzw. einem Rand des hergestellten Tow-Prepregs erzeugt werden, so dass es schwierig ist, eine hohe Leistungsfähigkeit zu erwarten, wenn das Tow-Prepreg auf ein geformtes Produkt angewandt wird.
Das Harz-Transferverfahren weist darin einen Vorteil auf, dass es möglich ist, Harzgehalte präzise zu steuern, aber ein Herstellungsprozess desselben, der viele Schritte aufweist, ist komplex und eine Anlage für den Herstellungsprozess ist kostspielig. Da ein Untermaterial, wie beispielsweise ein Trennpapier und ein Trennfilm, während der Herstellung des Tow-Prepregs verwendet wird, steigen die Produktionskosten eines Produktes, wobei dadurch die preisliche Wettbewerbsfähigkeit eines Verbundwerkstoffes geschwächt wird, der das Tow-Prepreg verwendet.
Aus den oben erwähnten Gründen besteht ein Erfordernis einer Entwicklung eines Prozesses zur Herstellung eines Tow-Prepregs unter Verwendung eines Direktbeschichtungsverfahrens, bei dem eine Beschädigung der Faser minimal ist, die Produktionsanlagen und der Herstellungsprozess einfach sind und kein Untermaterial verwendet wird. Das Direktbeschichtungsverfahren ist ein Prozess zum Herstellen eines Tow-Prepregs, bei dem eine verstärkte Faser direkt auf ein heißgeschmolzenes Harz trifft und mit dem Harz imprägniert wird, ohne einen separaten Prozess zum Versehen mit einem Film bzw. Befilmungsprozess oder Prepreg-Herstellungsprozess, und eine Beschichtungstechnologie, die zum Minimieren eines Einfachgarns der verstärkten Faser innerhalb einer kurzen Zeit fähig ist, ist ein Kern bzw. Herzstück des Prozesses.
Beispielsweise erfolgt bei der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2012-0251823 (nachstehend Patent 823) eine Imprägnierung mit dem Harz zwischen Kohlenstofffasersträngen durch Steuern der auf die Kohlenstofffaser aufgetragenen Harzmenge durch Einstellen eines Spaltes zwischen zwei Beschichtungswalzen, die zum Erhitzen eines einer Beschichtungszone zugeführten Harzes fähig sind und aus einem Metallmaterial gebildet sind, und dann Verleihen von Fluidität dem Harz durch Anwenden von Wärme mit einer hohen Temperatur für eine kurze Zeit, für die das Harz durch eine Eintauchzone bzw. Tauchzone geht. Dann wird eine Breite der Kohlenstofffaser, die mit Harz imprägniert ist, unter Verwendung einer Kühlwalze in einer Kühlzone gesteuert und eine angemessene Viskosität verliehen, um das Tow-Prepreg zu vollenden und herzustellen.
Um den Harzgehalt des Tow-Prepregs einzustellen, schlägt das Patent 823 das Verfahren zum Steuern des Spaltes zwischen den zwei Beschichtungswalzen vor, aber eine präzise Einstellung des Harzgehaltes nur mit den zwei Beschichtungswalzen ist schwierig. Insbesondere wenn ein Tow-Prepreg mit einer geringen Harzmenge hergestellt wird, muss ferner ein Spalt zwischen den zwei Beschichtungswalzen erheblich verkleinert werden, und in diesem Fall wird ein übermäßiger Druck an die zwischen den Metallwalzen positionierte Kohlenstofffaser angelegt, so dass die Kohlenstofffaser gebrochen und getrennt wird. Wenn ein Tow-Prepreg mit der geringen Menge an Harz hergestellt wird, ist ferner ein Spalt zwischen den Beschichtungswalzen klein und folglich ist die Menge des Harzes, das durch die Beschichtungswalze geht, gering, so dass das Harz nicht ausreichend in den Spalt zwischen den Strängen der Kohlenstofffaser einziehen kann. Folglich ist es erforderlich, das Eintauchenlassen des Harzes durch Erhöhen einer Temperatur einer Harztauchzone oder Verlängern einer Länge eines Abschnitts zu fördern. Jedoch wird ein Härter in das Harz für das Tow-Prepreg gemischt, so dass bei einer übermäßig hohen Temperatur und einer Verlängerung der Zeit der Exposition gegenüber der hohen Temperatur darin ein Problem besteht, dass das Aushärten beginnt.
Die oben erwähnten Informationen, die in diesem Abschnitt Hintergrund offenbart sind, dienen lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der jemandem mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Technik hierzulande bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung erfolgte in einem Bestreben, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, die mit dem Stand der Technik assoziiert werden, und eine Einrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Tow-Prepregs zu liefern, die einen Steuerfaktor zum Steuern des Harzgehaltes eines Tow-Prepregs festlegen und den Steuerfaktor variieren und dadurch den jeweiligen Harzgehalt des Tow-Prepregs präzise steuern und eine Beschädigung, wie beispielsweise Einfachgarn und thermischer Schaden, an einem Produkt verhindern.
In einem Aspekt liefert die vorliegende Offenbarung eine Einrichtung zum Herstellen eines Tow-Prepregs, wobei die Einrichtung Folgendes enthält: eine Spreizwalze, die einen Anstellwinkel einer zugeführten Faser einstellt; und zwei oder mehr Beschichtungswalzen, die eine erste Walze und eine zweite Walze enthalten, die sich drehen, während dieselben einen Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze aufweisen, wobei die von der Spreizwalze zugeführte Faser durch den Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze hindurch geht, um mit einem Harz beschichtet zu werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Spreizwalze ausgebildet werden, um derart verstellbar zu sein, dass eine Montageposition der Spreizwalze verändert wird.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die Spreizwalze zwischen einer ersten Position, in der die Faser dem Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze vertikal zugeführt wird, und einer zweiten Position verstellbar sein, in der ein vorbestimmter maximaler Anstellwinkel gebildet wird, und in einer verstellten Position fixiert werden.
Bei noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die Spreizwalze einen Anstellwinkel der Faser von 0° bis 30° einstellen.
Bei wieder einer anderen bevorzugten Ausführungsform können die erste Walze und die zweite Walze aus unterschiedlichen Materialien gebildet werden und entweder die erste Walze oder die zweite Walze kann eine Oberfläche aufweisen, die aus einem elastischen Material gebildet ist.
Bei noch einer wieder anderen bevorzugten Ausführungsform kann entweder die erste Walze oder die zweite Walze mit Ausnahme der Walze, die eine aus einem elastischen Material gebildete Oberfläche aufweist, eine Oberfläche aufweisen, die aus einem nichtelastischen Material gebildet ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Einrichtung ferner eine dritte Walze enthalten, die einen Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze bildet, wobei die Faser durch den Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze hindurch geht, und die dritte Walze kann eine Oberfläche aufweisen, die aus einem gleichen Material wie ein Material der Oberfläche der ersten Walze gebildet ist.
Bei einer anderen weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Material der Oberflächen der ersten Walze und der dritten Walze Kautschuk bzw. Gummi sein und das Material der Oberfläche der zweiten Walze Metall sein.
Bei noch einer anderen weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Material der Oberflächen der ersten Walze und der dritten Walze Metall sein und das Material der Oberfläche der zweiten Walze Gummi sein.
Bei wieder einer anderen weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze größer als der Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze sein.
Bei noch einer wieder anderen weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Einrichtung ferner Folgendes enthalten: eine Transfervorrichtung, die die Spreizwalze versetzt; und eine Steuerung, die eine Position der Spreizwalze durch Steuern der Transfervorrichtung einstellt, wobei die Steuerung eine Datentabelle aufweisen kann, die zeigt, dass ein Anstellwinkel der Faser mit dem Gehalt des Harzes in Übereinstimmung gebracht ist, und der Anstellwinkel der Faser durch die Datentabelle bestimmt oder direkt in die Datentabelle eingegeben werden kann.
Bei noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Einrichtung ferner Folgendes enthalten: ein Gatter bzw. Spulengatter, um das die Faser derart gewickelt wird, dass die Faser der Spreizwalze zugeführt wird; und eine Führungswalze, die zwischen dem Spulengatter und der Spreizwalze installiert ist, um die Zufuhr der Faser zu führen.
Bei einer wieder noch weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Einrichtung ferner Folgendes enthalten: eine Heizeinrichtung, die die durch die zwei oder mehr Beschichtungswalzen gehende Faser erhitzt; eine Kühlwalze, die die durch die Heizeinrichtung gehende Faser kühlt; und eine Wickeleinrichtung, die die durch die Kühlwalze gehende Faser wickelt.
In einem anderen Aspekt liefert die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen eines Tow-Prepregs, wobei das Verfahren Folgendes enthält: einen Schritt A zum Festlegen eines Anstellwinkels der Faser, die von einer Spreizwalze zu zwei oder mehr Beschichtungswalzen zugeführt wird, die eine erste Walze und eine zweite Walze enthalten; einen Schritt B zum Verstellen der Spreizwalze gemäß dem festgelegten Anstellwinkel; und einen Schritt C zum Zuführen der Faser zu den zwei oder mehr Beschichtungswalzen, um die zugeführte Faser mit Harz kontinuierlich zu beschichten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Anstellwinkel der Faser von 0° bis 30° festgelegt werden.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der Schritt A zum Festlegen eines Anstellwinkels der Faser das Eingeben von Daten des Harzgehaltes in eine Steuerung enthalten und die Steuerung kann den Anstellwinkel der Faser gemäß der Datentabelle bestimmen, die zeigt, dass der Anstellwinkel der Faser mit dem Harzgehalt in Übereinstimmung gebracht ist.
Bei noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der Schritt C zum Zuführen der Faser zu den zwei oder mehr Beschichtungswalzen und kontinuierlichen Beschichten der zugeführten Faser mit einem Harz das Zuführen des Harzes zu einem Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind, und Beschichten der durch den Spalt gehenden Faser mit dem Harz enthalten.
Bei wieder einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Entfernen eines Anteils des aufgetragenen Harzes, um den Harzgehalt zu verringern, durch Hindurchführen des beschichteten Harzes durch einen Spalt zwischen der zweiten Walze und einer dritten Walze enthalten, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind.
Bei noch einer wieder anderen bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Erhitzen des aufgetragenen Harzes enthalten.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Kühlen und Wickeln des aufgetragenen Harzes enthalten.
Die Einrichtung und das Verfahren zum Herstellen eines Tow-Prepregs nach den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weisen die nachstehend beschriebenen Effekte auf.
Erstens ist der Spalt zwischen der ersten und zweiten Walze von dem Spalt zwischen der zweiten und dritten Walze unabhängig, so dass, selbst wenn ein Tow-Prepreg mit der geringen Harzmenge hergestellt wird, die ausreichende Harzmenge erst zwischen den Strängen der Kohlenstofffaser durch Vergrößern des Spaltes zwischen der ersten und zweiten Walze aufgetragen wird und dann das Harz, wobei die erwünschte Harzmenge abgesondert wird, durch die zweite und dritte Beschichtungswalze zusammengedrückt wird, wobei dadurch ein Tow-Prepreg mit dem hohen Tauch- bzw. Tränkungsgrad (degree of immersion) mit der geringen Harzmenge hergestellt wird.
Zweitens ist ein gleichmäßiges Auftragen des Harzes und Imprägnieren mit demselben durch die Beschichtungswalzen sowie ein Verkürzen einer zusätzlichen Wärmebehandlungszeit durch die Heizeinrichtung möglich, wobei dadurch ein thermischer Schaden an dem Harz des Tow-Prepregs minimiert und eine Lagerfähigkeit und Leistungsfähigkeit eines Produktes verbessert wird.
Drittens wird im Falle der Gummi- und Metall-Beschichtungswalzen selbst dann kein Einfachgarn erzeugt, wenn ein Spalt zwischen den Beschichtungswalzen 0 ist, so dass es möglich ist, ein Tow-Prepreg mit dem geringen Harzgehalt (20 bis 25%) herzustellen.
Viertens ist es möglich, den Grad des Spreizens der Kohlenstofffaser, die der Beschichtungswalze zugeführt wird, durch Einstellen einer Position und eines Winkels der Spreizwalze einzustellen, wobei dadurch ein Tow-Prepreg mit einem hohen Tränkungsgrad und geringfügigen Einfachgarnen kontinuierlich hergestellt wird.
Fünftens ist es möglich, den Harzgehalt des Tow-Prepregs durch Einstellen eines Spaltes zwischen den zwei benachbarten Beschichtungswalzen und Einstellen der aufgetragenen Harzmenge durch Einstellen einer Position der Spreizwalze einzustellen, wobei dadurch die Harzmenge des Tow-Prepregs präziser gesteuert wird.
Andere Aspekte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unten erörtert.
Es ist klar, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, der hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen enthält, wie beispielsweise Personenkraftwagen, die Geländefahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Geschäftswagen enthalten, Wasserfahrzeuge, die eine Vielzahl von Booten und Schiffen enthalten, Luftfahrzeuge und Ähnliches, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge mit anderen alternativen Brennstoffen enthält (z.B. Brennstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl gewonnen werden). Wie hierin bezeichnet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, wie beispielsweise sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
Die oben erwähnten und andere Merkmale der Erfindung werden unten erörtert.
Figurenliste
Die oben erwähnten und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden nun in Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben detailliert beschrieben werden, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, die nachstehend nur zur Veranschaulichung aufgeführt sind und die vorliegende Offenbarung folglich nicht beschränken und in denen:

1 eine Darstellung ist, die eine Einrichtung zum Herstellen eines Tow-Prepregs nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
2 eine Darstellung ist, die lediglich Konfigurationen eines Spreizabschnitts und eines Beschichtungsabschnitts veranschaulicht, die aus 1 entnommen sind;
3A eine Darstellung ist, die eine Konfiguration einer Beschichtungswalze nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3B eine Darstellung ist, die eine Konfiguration einer Beschichtungswalze nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
4 eine Darstellung ist, die ein Verfahren zum Herstellen eines Tow-Prepregs nach der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

Es sollte klar sein, dass die beiliegenden Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale aufzeigen, die für die grundlegenden Prinzipien der Erfindung veranschaulichend sind. Die spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, die hierin offenbart sind und beispielsweise bestimmte Maße, Orientierungen, Plätze und Formen enthalten, werden zum Teil durch die bestimmte vorgesehene Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt werden.
In den Figuren beziehen sich die Bezugsnummern überall in den verschiedenen Figuren der Zeichnung auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird nun auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung detailliert Bezug genommen werden, deren Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht und unten beschrieben sind. Zwar wird die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden, aber es wird klar sein, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Im Gegenteil soll die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen decken, die innerhalb des Wesens und Bereiches der Erfindung enthalten sein können, die durch die beiliegenden Ansprüche definiert sind.
Die vorliegende Offenbarung legt eine Einrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Tow-Prepregs dar, bei denen ein Anstellwinkel einer Faser, die zum Eintauchenlassen eines Harzes zugeführt wird, eingestellt wird, um eine Spannung einzustellen, die an die einer Beschichtungswalze zugeführte Faser angelegt wird, wobei dadurch der Harzgehalt eingestellt wird. Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist, ein Tow-Prepreg herzustellen, und die vorliegende Offenbarung ist auf der Basis aufgeführt, dass eine Carbonfaser mit Harz imprägniert wird. Innerhalb eines Bereiches, ohne von dem Prinzip der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, kann die vorliegende Offenbarung jedoch auf den Fall erweitert werden, in dem eine andere Faser mit einem Harz imprägniert wird.
Ein in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschriebenes Beispiel ist eine beispielhafte Ausführungsform und eine Konfiguration der Herstellungseinrichtung ist nicht auf das dargelegte Beispiel beschränkt. Folglich ist die in den Ansprüchen beschriebene Erfindung nicht auf die dargelegte beispielhafte Ausführungsform beschränkt und jemand mit Fähigkeiten in der Technik kann verstehen, dass dies dahingehend auszulegen ist, dass die in den Ansprüchen beschriebene Erfindung Beispiele enthält, bei denen die Anzahl und Anordnung der Walzen und eine Anordnung von Prozessen und dergleichen angemessen verändert werden.
Nachstehend werden eine Einrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Tow-Prepregs nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben werden.
Wie in 1 veranschaulicht, ist eine Einrichtung zum Herstellen eines Tow-Prepregs nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in einen Faserzufuhrabschnitt zum Zuführen eines Harzes, einen Harztauchabschnitt zum Eintauchenlassen des Harzes in die zugeführte Faser, einen Kühlabschnitt zum Kühlen der Faser, die mit dem Harz imprägniert ist, und Vollenden einer Form der Faser, und einen Wickelabschnitt zum Vollenden des gewickelten Tow-Prepregs unterteilt.
In dem Faserzufuhrabschnitt wird eine Faser, wie beispielsweise eine Carbonfaser, gewickelt und ein Spulengatter 101, das die Faser in eine Anlage zum Eintauchenlassen eines Harzes in die Faser zuführt, und eine Spreizwalze 103 zum Einstellen eines Anstellwinkels der zugeführten Faser sind enthalten. Wie in 1 veranschaulicht, kann ferner eine Vielzahl von Führungswalzen 102a und 102b zum Führen der zugeführten Faser zwischen dem Spulengatter 101 und der Spreizwalze 103 installiert sein.
Die Spreizwalze 103 kann an einem gerade vorderen Ende einer Beschichtungswalze 104 installiert sein und derart konfiguriert sein, dass ein Anstellwinkel der Faser, die der Beschichtungswalze 104 zugeführt wird, gemäß einer Positionsänderung einer Position der Spreizwalze 103 verändert wird.
Indessen sind in dem Harztauchabschnitt zumindest zwei Beschichtungswalzen 104 vorgesehen, die eine erste Walze 104a und eine zweite Walze 104b enthalten, die sich drehen, während dieselben einen Spalt zwischen denselben aufweisen, durch den die von der Spreizwalze zugeführte Faser geht. Wie in 1 veranschaulicht, ist der Spalt zwischen der ersten Walze 104a und der zweiten Walze 104b gebildet und das Harz wird einer oberen Seite des Spaltes zugeführt. Wenn die Faser dem Spalt zwischen der ersten Walze 104a und der zweiten Walze 104b durch die Spreizwalze 103 zugeführt wird, wird folglich ein Hot-Melt-Harz vorzugsweise einem Raum zugeführt, der durch die erste Walze 104a und die zweite Walze 104b in einem oberen Bereich des Spaltes, das heißt einem oberen Abschnitt des Spaltes, gebildet ist.
Folglich wird das Hot-Melt-Harz vorzugsweise durch eine Harzzufuhreinheit (nicht veranschaulicht) zugeführt, bevor die Faser der Beschichtungswalze 104 zugeführt wird, so dass die Faser, die durch die Beschichtungswalze 104 geht, mit dem Harz beschichtet werden kann. Ferner enthält die vorliegende Offenbarung in dem Harztauchabschnitt zum zusätzlichen Imprägnieren mit dem Harz ferner eine Heizeinrichtung 106 zum Versorgen der Faser mit Wärme.
Die durch den Harztauchabschnitt hindurch gehende Faser wird gekühlt, während dieselbe durch die Kühlwalze 107 des Kühlabschnitts geht, um eine vollendete Form aufzuweisen. Dann wird die gekühlte Faser um ein Rohr herum durch eine Wickeleinrichtung 108 durch eine Führungswalze 102c an einem hinteren Ende der Anlage gewickelt, um das Tow-Prepreg zu vollenden.
Indessen veranschaulicht 2 eine vergrößerte Ansicht eines benachbarten Bereiches der Spreizwalze 103 und der Beschichtungswalze 104 in dem Faserzufuhrabschnitt und dem Harztauchabschnitt bei der beispielhaften Ausführungsform der 1
Wenn die von dem Spulengatter 101 abgewickelte Kohlenstofffaser direkt in den Harztauchabschnitt zum Beschichten mit dem Harz und Eintauchenlassen desselben ohne Spreizen gelangt, kann das Harz leicht nur auf eine Oberfläche der Kohlenstofffaser aufgetragen werden. Dies kann einen Tauch- bzw. Tränkungsdefekt des Tow-Prepregs verursachen, so dass die Stränge der der Beschichtungswalze 104 zugeführten Carbonfaser im Voraus gespreizt werden können. Bei der verwandten Technik wird zum Spreizen der Carbonfaser ein Verfahren zum Bewirken, dass die Carbonfaser abwechselnd durch die Vielzahl von konkaven oder konvexen Walzen hindurch geht, oder ein Verfahren zum mechanischen Schütteln der Carbonfaser verwendet, aber eine Krümmung wird bei jeder Walze in dem Verfahren unter Verwendung der Walze festgelegt, so dass es schwierig ist, auf eine Änderung einer Produktionsbedingung zu reagieren, und die Carbonfaser wird aufgrund der Reibung in dem Verfahren zum mechanischen Schütteln der Carbonfaser beschädigt, so dass eine Eigenschaft des Tow-Prepregs herabgesetzt werden kann.
Indessen ist die vorliegende Offenbarung dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizwalze 103 beweglich ausgelegt ist und eine Position der Spreizwalze 103 verändert wird. Wie in 2 veranschaulicht, kann einen Anstellwinkel der Kohlenstofffaser gemäß einer Verstellung der Spreizwalze 103 eingestellt werden, wobei dadurch eine an die Kohlenstofffaser angelegte Spannung eingestellt wird.
Bei der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält die vorliegende Offenbarung ferner eine Transfervorrichtung 105 zum Verstellen der Spreizwalze 103 und eine Steuerung 109, die ein elektrischer Schaltkreis ist, der Anweisungen einer Software ausführt, die dadurch verschiedene Funktionen zum Einstellen einer Position der Spreizwalze 103 durch Steuern der Transfervorrichtung 105 durchführt. In diesem Fall weist die Steuerung 109 eine Datentabelle auf, die zeigt, dass ein Anstellwinkel der Faser mit dem Harzgehalt in Übereinstimmung gebracht ist, und der Anstellwinkel der Faser kann durch die Datentabelle bestimmt werden oder eine Bedienperson kann den Anstellwinkel der Faser direkt eingeben.
Folglich gibt die Bedienperson den Anstellwinkel oder den Harzgehalt der Faser derart ein, dass der Spreizgrad der Kohlenstofffaser, die in die Beschichtungswalze 104 eingeführt wird, kontinuierlich gesteuert werden kann.
Insbesondere wird ein Prinzip zum Einstellen des Spreizgrads nachstehend beschrieben. Wenn davon ausgegangen wird, dass eine Spannung, die an die Kohlenstofffaser (das heißt die Faser, die durch die an einer Position P₁ angeordnete Spreizwalze geht und in 2 mit einer gepunkteten Linie angegeben ist) angelegt wird, die vertikal durch den Spalt zwischen den zwei Beschichtungswalzen (die erste Walze und die zweite Walze) geht, die durch ein vorbestimmtes Drehmoment betätigt werden, F₁ ist, weist eine Spannung F₂, die an die Kohlenstofffaser (das heißt die Faser, die durch die bei P₂ angeordnete Spreizwalze geht und mit einer durchgezogenen Linie in 2 angegeben ist) angelegt wird, wenn ein Anstellwinkel durch α eingestellt wird, ein nachstehend beschriebenes Verhältnis auf. $F_{2} = F_{1} / sin α (0 \leq α < 90 °)$
Folglich kann die an die Faser angelegte Spannung gemäß der Einstellung des Anstellwinkels α eingestellt werden und die Menge des Harzes, mit der eine Imprägnierung erfolgt, gemäß der an die Faser angelegten Spannung eingestellt werden. Wenn die an die Faser angelegte Spannung gering ist, wird insbesondere die Kohlenstofffaser zusammen mit dem Harz leicht gepresst und gespreizt, wenn dieselbe durch den Spalt zwischen den zwei Beschichtungswalzen geht, wobei dadurch ein gleichmäßiges Eintauchenlassen des Harzes zwischen den Fasern erfolgt. Wenn die an die Kohlenstofffaser angelegte Spannung indessen hoch ist, wird die Faser nicht leicht gespreizt und die Menge des auf die Faser aufgetragenen Harzes verringert, wobei dadurch ein Produkt mit dem geringen Harzgehalt produziert wird.
Die Spreizwalze 103 ist zwischen der ersten Position P₁, an der die Faser dem Spalt zwischen der ersten Walze 104a und der zweiten Walze 104b vertikal zugeführt wird, und der zweiten Position P₂ verstellbar, an der die Faser einen vorbestimmten maximalen Anstellwinkel bilden kann, und kann an einer verstellten Position fixiert werden.
In diesem Fall ist ein bevorzugter Anstellwinkel der Faser 0≤α<30°, und wenn der Anstellwinkel 30° oder mehr beträgt, wird die Faser durch eine hohe Spannung gezogen und dick gesammelt bzw. aufgenommen, so dass die Faser, wenn dieselbe durch den schmalen Spalt zwischen den Beschichtungswalzen geht, beschädigt werden kann.
Indessen geht die durch die Spreizwalze 103 gespreizte Kohlenstofffaser durch die zwei oder mehr Beschichtungswalzen 104, die die erste Walze 104a und die zweite Walze 104b enthalten, die an einem hinteren Ende der Anlage positioniert sind.
Die erste Walze 104a und die zweite Walze 104b sind aus unterschiedlichen Materialien gebildet und eine Oberfläche der ersten Walze 104a oder der zweiten Walze 104b ist aus einem elastischen Material gebildet. Hierin ist der Grund, warum die erste Walze 104a oder die zweite Walze 104b ausgebildet ist, um eine elastische Oberfläche aufzuweisen, einen Spalt zwischen der ersten Walze 104a und der zweiten Walze 104b zu verkleinern. Wenn die Kohlenstofffaser beispielsweise durch den Spalt zwischen den Beschichtungswalzen geht, die aus einem nichtelastischen Metall ausgebildet sind, kann die Kohlenstofffaser durch die harte Beschichtungswalze gebrochen werden und ein Einfachgarn erzeugt werden. Im Falle der Walze, deren Oberfläche aus dem elastischen Material gebildet ist, wird jedoch selbst dann, wenn ein Spalt zwischen den zwei Beschichtungswalzen festgelegt ist, sehr klein zu sein, kaum ein Einfachgarn erzeugt, wenn die Kohlenstofffaser durch den Spalt geht, so dass es möglich ist, ein Tow-Prepreg mit dem geringen Harzgehalt verglichen zu dem der Metall-Metall-Walzen herzustellen.
In diesem Fall kann das Material der Oberfläche der Beschichtungswalze 104 derart festgelegt werden, dass Gummi und Metall abwechselnd angeordnet sind. Beispielsweise kann die Anordnung der Beschichtungswalzen, wie in den 3A und 3B gezeigt, die Metall-Gummi-Metall-Beschichtungswalzen oder die Gummi-Metall-Gummi-Beschichtungswalzen sein und unter Berücksichtigung einer Produktivität können zum Verkürzen einer Erwärmungszeit die Metall-Gummi-Metall-Walzen bevorzugter sein.
Die erste Walze 104a und die zweite Walze 104b, die die zwei vorderen Walzen unter der Vielzahl von Beschichtungswalzen sind, führen das Harz ausreichend zu und das Harz wird von den hinteren Walzen, das heißt der zweiten Walze 104b und der dritten Walze 104c, zusammengedrückt, so dass es selbst bei der Herstellung eines Tow-Prepregs mit dem geringen Harzgehalt möglich ist, die ausreichende Harzmenge zwischen den Fasersträngen in einer Anfangsstufe zuzuführen. Jedoch kann die Faser durch eine Reibung zwischen der Walze und der Faser während des Durchgehens durch die Spalte zwischen der Vielzahl von Walzen beschädigt werden, so dass die Verwendung von drei oder weniger Walzen bevorzugt wird.
Ein Spalt d₁ zwischen der ersten Walze 104a und der zweiten Walze 104b kann festgelegt sein, größer als ein Spalt d₂ zwischen der zweiten Walze 104b und der dritten Walze 104c zu sein. Das aufgetragene Harz, das durch den ersten Spalt zwischen der ersten Walze 104a und der zweiten Walze 104b geht, geht durch einen schmäleren Spalt, der zwischen der zweiten Walze 104b und der dritten Walze 104c gebildet ist, so dass das aufgetragene Harz zusammengedrückt wird, um den Harzgehalt zu verringern.
Der Spalt zwischen der ersten Walze 104a und der zweiten Walze 104b und der Spalt, der zwischen der zweiten Walze 104b und der dritten Walze 104c ausgebildet ist, können durch eine Bedienperson nach Bedarf eingestellt werden. Zu diesem Zweck kann die vorliegende Offenbarung eine Antriebseinheit enthalten, die zum Verändern einer Position der Walze fähig ist, um die Spalte zwischen den jeweiligen Walzen oder die Spalte von zumindest einigen Walzen einzustellen. Folglich ist es möglich, den Harzgehalt durch Einstellen der Spalte zwischen den jeweiligen Walzen durch die Antriebseinheit zusammen mit dem Steuern des Anstellwinkels durch die Spreizwalze 103 einzustellen. In diesem Fall können hinsichtlich der in der Steuerung 109 enthaltenen Datentabelle die Vielzahl von Datentabellen gemäß dem Spalt zwischen den Walzen enthalten sein.
Die nachstehende Tabelle 1 sind Daten, basierend auf welchen erkannt werden kann, dass der Harzgehalt des Tow-Prepregs gemäß einer Einstellung eines Anstellwinkels in Bezug auf die Kohlenstofffaser verändert wird. [Tabelle 1]

Anstellwinkel (α) Harzgehalt

1 0° 32,3%

2 10° 31,8%

3 15° 31,1%

4 20° 30,1%

5 25° 28,9%

6 30° 27,2%

(Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze: 0,2 mm, Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze: 0,135 mm, β=220 mm) [Tabelle 2]

Spalt zwischen der zweiten Walze und dritten Walze Harzgehalt

1 0,135 mm 30,1%

2 0 23,4%

(Anstellwinkel (α): 20°, Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze: 0,2 mm)
Indessen ist 4 eine Darstellung, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Tow-Prepregs nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Wie in 4 veranschaulicht, enthält das Verfahren zum Herstellen eines Tow-Prepregs nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Folgendes: Einstellen eines Anstellwinkels der Faser (S501), Injizieren der Faser in Beschichtungswalzen (S502), Beschichten der Faser mit Harz und Eintauchenlassen des Harzes (S503), Weiterleiten der Faser zu einer Kühlwalze und Fixieren einer Form der Faser (S504) und Wickeln der Faser, die mit dem Harz imprägniert ist, und schließlich Vollenden des Tow-Prepregs (S505).
Das Einstellen des Anstellwinkels der Faser (S501) kann insbesondere das Festlegen eines Anstellwinkels der Faser, die den Beschichtungswalzen von der Spreizwalze 103 zugeführt wird, und Verstellen der Spreizwalze gemäß dem festgelegten Anstellwinkel enthalten. Nachdem der Anstellwinkel eingestellt wurde, wie oben beschrieben wurde, wird die Faser den Beschichtungswalzen zugeführt und die zugeführte Faser mit dem Harz kontinuierlich beschichtet.
In diesem Fall enthält das Festlegen des Anstellwinkels der Faser das Eingeben von Daten des Harzgehaltes in die Steuerung 109 und die Steuerung 109 kann den Anstellwinkel der Faser gemäß der Datentabelle bestimmen, die zeigt, dass der Anstellwinkel der Faser mit dem Harzgehalt in Übereinstimmung gebracht ist.
Beim Auftragen des Harzes wird das Harz dem Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze zugeführt, so dass die durch den Spalt gehende Faser zuerst mit dem Harz beschichtet wird, und das aufgetragene Harz geht durch den Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze, so dass ein Teil des aufgetragenen Harzes entfernt wird und der Harzgehalt verringert wird.
Zwar wird es nicht in 4 veranschaulicht, aber, wie oben beschrieben wurde, kann das Verfahren indessen ferner ein zusätzliches Eintauchenlassen des Harzes in einem kontaktlosen Verfahren durch Erhitzen des aufgetragenen Harzes enthalten.
[Beispiel 1]
Eine Carbonfaser wurde in dem Spulengatter 101 montiert, die Faser wurde abgewickelt und die Faser ging durch die Walzen in dem Faserzuführabschnitt, in dem die Walzen auf 80°C erwärmt wurden, um die Carbonfaser zu erhitzen und zu spreizen.
Um ein Tow-Prepreg herzustellen, das im Allgemeinen verwendet wird und einen Harzgehalt von 30% aufweist, wurde eine Breite der durch die Spreizwalze gehenden Faser derart gesteuert, dass α 20° ist.
Die Faser geht durch einen Spalt zwischen einer ersten Walze (Metall) und einer zweiten Walze (Gummi), die auf 80°C erhitzt sind. In diesem Fall wurde ein Spalt zwischen den zwei Beschichtungswalzen auf 0,2 mm festgelegt, so dass das Harz zwischen den Strängen der Kohlenstofffaser ausreichend aufgetragen wird. Als Nächstes wurde ein Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze, die auf 80°C erhitzt sind, auf 0,135 mm festgelegt, und in diesem Fall wurde unter Berücksichtigung eines Einflusses durch einen Harzfluss der Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze derart eingestellt, dass eine Breite der durch den Spalt zwischen der zweiten und der dritten Walze gehenden Faser mit 1,5 mm beibehalten wird. Ein zusätzliches Eintauchenlassen verwendete eine Heizeinrichtung, die von der Faser um 50 mm beabstandet ist, unter Verwendung eines kontaktlosen Verfahrens. In diesem Fall war eine Temperatur einer Wärmequelle 130°C und eine Länge der Wärmequelle wurde mit 500 mm (unter Berücksichtigung einer Produktionsgeschwindigkeit von 10 mm pro Minute) festgelegt. Um die Form zu vollenden, ging die Kohlenstofffaser, die mit dem Harz imprägniert ist, durch den Spalt zwischen den Kühlwalzen, die auf 10°C festgelegt sind, der Spalt zwischen den Kühlwalzen wurde eingestellt, um eine erwünschte Breite durch eine Einstellung der an die Faser angelegten Spannung festzulegen, und die Faser wurde durch eine Wickelvorrichtung um ein Rohr herum gewickelt, um das Tow-Prepreg zu vollenden.
Die Erfindung wurde in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen derselben detailliert beschrieben. Jemand mit Fähigkeiten in der Technik wird jedoch einsehen, dass an diesen Ausführungsformen Änderungen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Wesen der Erfindung abzuweichen, deren Bereich in den beiliegenden Ansprüchen und Äquivalenten derselben definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20120251823 [0013]

Claims

Einrichtung zum Herstellen eines Tow-Prepregs, wobei die Einrichtung Folgendes aufweist: eine Spreizwalze, die einen Anstellwinkel der zugeführten Faser einstellt; und zwei oder mehr Beschichtungswalzen, die eine erste Walze und eine zweite Walze enthalten, die sich drehen, während dieselben einen Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze aufweisen, wobei die von der Spreizwalze zugeführte Faser durch den Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze geht, um mit einem Harz beschichtet zu werden.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spreizwalze ausgebildet ist, um verstellbar zu sein, so dass eine Montageposition der Spreizwalze verändert wird.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei die Spreizwalze zwischen einer ersten Position, in der die Faser dem Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze vertikal zugeführt wird, und einer zweiten Position, in der ein vorbestimmter maximaler Anstellwinkel gebildet wird, verstellbar ist und in einer verstellten Position fixiert ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spreizwalze einen Anstellwinkel der Faser von 0° bis 30° einstellt.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Walze und die zweite Walze aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind und entweder die erste Walze oder die zweite Walze eine Oberfläche aufweist, die aus einem elastischen Material gebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, wobei entweder die erste Walze oder die zweite Walze mit Ausnahme der Walze, die eine aus einem elastischen Material gebildete Oberfläche aufweist, eine Oberfläche aufweist, die aus einem nichtelastischen Material gebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, ferner aufweisend: eine dritte Walze, die einen Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze bildet, wobei die Faser durch den Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze geht, wobei die dritte Walze eine Oberfläche aufweist, die aus einem gleichen Material wie ein Material der Oberfläche der ersten Walze gebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, wobei das Material der Oberflächen der ersten Walze und der dritten Walze Gummi ist und das Material der Oberfläche der zweiten Walze Metall ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, wobei das Material der Oberflächen der ersten Walze und der dritten Walze Metall ist und das Material der Oberfläche der zweiten Walze Gummi ist.
Einrichtung nach Anspruch 7, wobei der Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze größer als der Spalt zwischen der zweiten Walze und der dritten Walze ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Transfervorrichtung, die die Spreizwalze versetzt; und eine Steuerung, die eine Position der Spreizwalze durch Steuern der Transfervorrichtung einstellt, wobei die Steuerung eine Datentabelle aufweist, die zeigt, dass ein Anstellwinkel der Faser mit dem Harzgehalt in Übereinstimmung gebracht ist, und der Anstellwinkel der Faser durch die Datentabelle bestimmt oder direkt in die Datentabelle eingegeben wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Spulengatter, um das die Faser derart gewickelt wird, dass die Faser der Spreizwalze zugeführt wird; und eine Führungswalze, die zwischen dem Spulengatter und der Spreizwalze installiert ist, um die Zufuhr der Faser zu führen.
Einrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Heizeinrichtung, die die Faser erhitzt, die durch die zwei oder mehr Beschichtungswalzen geht; eine Kühlwalze, die die durch die Heizeinrichtung gehende Faser kühlt; und eine Wickeleinrichtung, die die durch die Kühlwalze gehende Faser wickelt.
Verfahren zum Herstellen eines Tow-Prepregs, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: einen Schritt A zum Festlegen eines Anstellwinkels der Faser, die von einer Spreizwalze zu zwei oder mehr Beschichtungswalzen zugeführt wird, die eine erste Walze und eine zweite Walze enthalten; einen Schritt B zum Verstellen der Spreizwalze gemäß dem festgelegten Anstellwinkel; und einen Schritt C zum Zuführen der Faser zu den zwei oder mehr Beschichtungswalzen und kontinuierlichen Beschichten der zugeführten Faser mit einem Harz.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Anstellwinkel der Faser von 0° bis 30° festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt A zum Festlegen eines Anstellwinkels der Faser das Eingeben von Daten des Harzgehaltes in eine Steuerung enthält und die Steuerung den Anstellwinkel der Faser gemäß einer Datentabelle bestimmt, die zeigt, dass der Anstellwinkel der Faser mit dem Harzgehalt in Übereinstimmung gebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt C zum Zuführen der Faser zu den zwei oder mehr Beschichtungswalzen und kontinuierlichen Beschichten der zugeführten Faser mit einem Harz das Zuführen des Harzes zu einem Spalt zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind, und Beschichten der Faser, die durch den Spalt geht, mit dem Harz enthält.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner aufweisend: Entfernen eines Anteils des aufgetragenen Harzes, um den Harzgehalt zu verringern, durch Hindurchführen des aufgetragenen Harzes durch einen Spalt zwischen der zweiten Walze und einer dritten Walze, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner aufweisend: Erhitzen des aufgetragenen Harzes.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner aufweisend: Kühlen und Wickeln des aufgetragenen Harzes.