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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Vorteile der TW-Patentanmeldung mit der Ser.-Nr.
107206585 , eingereicht am 18. Mai 2018, auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen wird.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien.
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STAND DER TECHNIK
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Kohlefaserprodukte werden aus Kohlefaserverbundwerkstoffen wie Kohlefasern, Polymeren, Metallen und Keramiken hergestellt und ihre Nutzung ist in den Luftfahrt-, Militär- und Elektronikindustrien weit verbreitet. Der Verbund aus Kohlenstofffasern und Polymeren bietet als Vorteile niedrigere Kosten, hohe Festigkeit sowie geringes Gewicht und wird üblicherweise von der Haushaltindustrie bei der Herstellung von Fahrrädern, Tennisschlägern oder Badmintonschlägern verwendet.
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DE 600 13 018 T2 beschreibt eine faserverstärkte Verbundstruktur mit einem auf einen leichten Kern geklebten Laminat, wobei das Laminat aus mindestens einem gegen das Zusammendrücken des Kerns beständigen Prepreg gebildet ist, wobei der Prepreg ein Gewebe, das im Wesentlichen aus Kohlenfaserwergsträngen besteht, die mit einer härtbaren polymeren Harzzusammensetzung imprägniert sind, wobei das Gewebe ein Flächengewicht von 150 bis 400 Gramm pro Quadratmeter hat, wobei die Harzzusammensetzung eine durchschnittliche Epoxyfunktionalität von größer 2,0 und einen tan δ zwischen 1,0 und 2,0 bei 70 °C, zwischen 0,7 und 2,0 bei 100 °C und zwischen 0,5 und 2,0 bei 140 °C beziehungsweise der höchsten Temperatur mit minimaler Harzviskosität hat, umfasst, und wobei der Prepreg ein durchschnittliches Faserwerg-Seitenverhältnis von weniger als 15,5, eine Prepregdicke von mindestens 0,295 mm und eine Prepregoffenheit von 1,0% bis 10% hat.
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WO 2015/168360 A1 betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Verstärkungsfasern, bei dem (a) ein Vorläufergas umfassend ein Trägergas und ein oxidatives Gas, das bis zu 25 Vol.-% des Vorläufergases ausmacht, zu einer atmosphärischen Plasma erzeugenden Entladung innerhalb eines atmosphärischen Plasmagenerators transportiert wird, um einen Strom reaktiver Spezies zu erzeugen, wobei der Strom an reaktiven Spezies reaktive sauerstoffhaltige Spezies umfasst, die aus dem oxidativen Gas erzeugt werden, und (b) eine unbehandelte Verstärkerfaser dem Strom reaktiver Spezies für einen Zeitraum ausgesetzt wird, die reicht um die Verstärkerfaser mit Sauerstoff zu funktionalisieren, so dass wenigstens die Verbundmatrix-Grenzflächenhaftung oder die Verbundmatrix-Grenzfestigkeit der behandelten Verstärkerfaser zunimmt.
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Aus
US 2013/0048485 A1 ist ein Verfahren zur Behandlung von Kohlenstofffasern bekannt, bei ein Kabel aus Kohlstofffasern zu einer ersten Elektrode vorgespannt wird, eine sauerstoffhaltige Flüssigkeit direkt auf eine freiliegende Fläche wenigstens einer Kohlenstofffaser aufgebracht wird, bevor die mindestens eine Kohlenstofffaser einer nicht-filamentären Plasmaentladung ausgesetzt wird, die nichtfilamentäre Plasmaentladung zwischen der ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode ausgebildet wird und die sauerstoffhaltige Flüssigkeit auf der freiliegenden Oberfläche der wenigstens einen Kohlenstofffaser der nicht-filamentären Plasmaentladung ausgesetzt wird, wobei die sauerstoffhaltige Flüssigkeit unter Freisetzung weingstens einer oxidativen Spezies dissoziert, die die Oberflächenenergie der wengistens einen Kohlenstofffaser derart modifiziert, dass sie eine größere chemische Affinität zu polymerbasierten Matrizen aufweist.
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K. Ma et al beschreiben in ihrem Artikel: „A study of the effect of oxygen plasma treatment on the interfacial properties of carbon fiber/epoxy composites", erschienen in Journal of Applied Polymer Science, Vol. 118, 2010, No. 3, S. 1606-1614, die Einflüsse von Grenzflächenmodifikationen auf mit Kohlenstofffaser verstärkte Epoxy-Verbundwerkstoffe.
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Ein bekannter Verbundstoff aus Kohlenstofffasern und Polymeren wird auf verschiedene Arten hergestellt, wobei wärmeaushärtende Harze wie Epoxidharze oder thermoplastische Harze auf eine Kohlenstofffaserschicht aufgebracht werden, um dann die Kohlenstofffaserschicht verfestigend in den Verbundstoff zu einzubringen. Die Arten des Aufbringens der wärmehärtbaren oder thermoplastischen Harze werden hauptsächlich als Nassimprägnieren und Trockenpressen klassifiziert. Bei der Nassimprägnierung kommt es häufig zu einer unzureichenden Imprägnierung der Kohlefaser im Harz, was viele Hohlräume im verfestigten Verbundstoff erzeugt und daher die Festigkeit des gesamten Verbundstoffes verringert. Einige Personen haben versucht, die Imprägnierdauer zu verlängern, um dieses Problem auf Kosten erhöhter Ausgaben und geringerre Ausbeute zu vermeiden, wie beispielsweise in
US 2010/0098906 A1 beschrieben. Angesichts dieser Problematik ist eine verbesserte Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien erforderlich.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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In Anbetracht der obigen Probleme stellt die vorliegende Offenbarung eine Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien bereit, um ein Kohlefaser-Prepreg-Material mit einem Porositätsverhältnis von weniger als 1% nach dem Verfestigen herzustellen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien eine Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung (101) mit einer Kohlefaser-Einzeldraht-Entnahmeeinheit (1012), einer ersten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit (1013), die entfernt von der Kohlefaser-Einzeldraht-Entnahmeeinheit (1012) angeordnet ist, und eine Kohlefaser-Einzeldraht-Trenneinheit (1014), die zwischen der Kohlefaser-Einzeldraht-Entnahmeeinheit (1012) und der ersten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit (1013) angeordnet ist, wobei die Kohlefaser-Einzeldraht-Entnahmeeinheit (1012) mit mindestens zwei ersten Walzen (20), die in einem bestimmten Abstand entfernt voneinander angeordnet sind und die jeweils mit einer Kohlefaserdrahtwalze (200) ummantelt sind, ausgestattet ist, wobei die erste Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit (1013) mit einer zweiten Walze (30) ausgestattet ist, die Kohlefaser-Einzeldraht-Trenneinheit (1014) eine Säule (1011e), die an einer ersten Arbeitsplattform angeordnet ist, mit mehreren von voneinander beabstandeten Löchern (1014a, 1014b, 1014c) aufweist, wobei wenigstens zwei Kohlefaser-Einzeldrähte (201) von den Kohlefaserdrahtwalzen (200), die auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, durch die Löcher (1014a, 1014b, 1014c) hindurchgeführt und nach außen gestreckt, von der zweiten Walze (30) aufgenommen, gesammelt und zu einem Kohlefaserbündel (202) geformt und dann weitergegeben werden;
eine Gasplasmaemissionsvorrichtung (102), die neben der ersten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit (1013) angeordnet ist, einschließlich einer Düse (1022) und einer mit der Düse (1022) verbundenen Plasmaerzeugungseinheit (1023), wobei die Plasmaerzeugungseinheit (1023) zur Erzeugung eines Gasplasmas und dessen Abgabe an die Düse (1022) vorgesehen ist, wobei die Düse (1022) dazu dient, das Gasplasma auf das Kohlefaserbündel (202) zu emittieren; und
eine neben der Gasplasmaemissionsvorrichtung (102) angeordnete Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung (103, 104), einschließlich einer Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit (1032, 1042), einer zweiten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit (1033, 1043) und einer Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit (1034, 1044), wobei die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit (1032, 1042) zwischen der zweiten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit (1033, 1043) und der Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit (1034, 1044) angeordnet ist, und wobei die zweite Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit (1033, 1043) mit einer dritten Walze (40) ausgestattet ist, um das der Gasplasma-Emission unterzogene Kohlefaserbündel (202) an die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit (1032, 1042) weiterzugeben, wobei die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit (1032, 1042) dazu dient, das Kohlefaserbündel (202) von der dritten Walze (40) aufzunehmen, um das Imprägnieren des Kohlefaserbündels (202) in einer Polymerflüssigkeit (1032a, 10422a) zu ermöglichen, wobei die Kohlefaser- Prepreg-Sammeleinheit (1034, 1044) dazu dient, ein Trennpapier (501, 401) einzusammeln, das mit dem mit der Polymerflüssigkeit (1032a, 10422a) imprägnierten Kohlefaserbündel (202) zu einer Rolle verbunden ist,
wobei ein Längsrichtungs-Abschnitt des sich in der Nähe der Düse (1022) erstreckenden Kohlefaserbündels (202) im Wesentlichen senkrecht zu einer Abstrahlrichtung des von der Düse (1022) emittierten Gasplasmas liegt, wobei ein kürzester Abstand zwischen der Düse (1022) und dem Kohlefaserbündel (202) 1 cm bis 2 cm beträgt.
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. Das Faser-Prepreg-Material hat dann nach dem Verfestigen ein Porositätsverhältnis von weniger als 1%.
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In einer Ausführungsform beträgt der kürzeste Abstand zwischen der Düse und dem Kohlefaser-Einzeldraht 1,5 Zentimeter.
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In einer Ausführungsform wird das Gasplasma aus einer Gruppe ausgewählt, die aus einem Luftplasma, einem Sauerstoffplasma, einem Wasserstoffplasma, einem Argonplasma, einem Heliumplasma und einem Nitrogenplasma besteht.
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In einer Ausführungsform umfasst die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit ein Polymerflüssigkeits-Imprägnierbad, das die Polymerflüssigkeit enthält und mit mehreren Rollstangen ausgestattet ist, die an einer inneren Seitenwand des Polymerflüssigkeit-Imprägnierbads vorstehend angeordnet sind, auf die der in die Polymerflüssigkeit imprägnierte Kohlefaser-Einzeldraht aufgelehnt werden kann.
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In einer Ausführungsform umfasst die Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit eine vierte Walze, die mit einer Trennpapier-Rolle ummantelt ist, die das mit einem Haftgel aufgebrachte Trennpapier bereitstellt, und die vierte Walze dient dazu, um den mit der Polymerflüssigkeit imprägnierten Kohlefaser-Einzeldraht auf dem Trennpapier einzusammeln und zu einer Rolle zu formen.
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In einer Ausführungsform ist ein Abstand zwischen benachbarten zwei der Rollstangen, die entfernt von der vierten Walze angeordnet sind, größer als ein Abstand zwischen zwei benachbarten Rollstangen, die nahe bei der vierten Walze angeordnet sind.
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In einer Ausführungsform umfasst die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit eine erste Heißpresswalze und eine zweite Heißpress-Walze, die nebeneinander angeordnet sind, wobei eine zentrale Position der ersten Heißpresswalze höher ist als eine zentrale Position der zweiten Heißpress-Walze und die erste Heißpresswalze und die zweite Heißpress-Walze sind so angeordnet, dass sie das mit dem Gasplasma emittierte Kohlefaserbündel, das Trennpapier und das mit der Polymerflüssigkeit beschichtete weitere Trennpapier heißpressen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit eine fünfte Walze, die so angeordnet ist, dass sie das Heißpress-verarbeitete Kohlefaserbündel und das Heißpress-verarbeitete Trennpapier in einer Rolle sammeln kann.
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In einer Ausführungsform umfasst die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit ferner eine erste Trennpapier-Freisetzungswalze, einen Polymer-Verteiler, eine unterstützende Walze, eine zweite Trennpapier-Freisetzungswalze und eine Trennpapier-Wiedergewinnungswalze; ein gewisser Abstand besteht zwischen der ersten Trennpapier-Freisetzungswalze und der unterstützenden Walze, ein gewisser Abstand existiert auch zwischen der unterstützenden Walze und der ersten Heißpresswalze und ein bestimmter Abstand existiert ebenfalls zwischen der ersten Heißpresswalze und der Trennpapier-Wiedergewinnungswalze; eine zentrale Position der ersten Trennpapier-Freisetzungswalze ist höher als eine zentrale Position der unterstützenden Walze, wobei eine zentrale Position der unterstützenden Walze höher ist als eine zentrale Position der ersten Heißpresswalze; die erste Trennpapier-Freisetzungswalze ist so angeordnet, dass sie das weitere Trennpapier freigibt, damit das weitere Trennpapier die unterstützende Walze und die erste Heißpresswalze der Reihe nach passieren und mit diesen in Kontakt treten kann und schließlich von der Trennpapier-Wiedergewinnungswalze aufgerollt werden kann; und der Polymer-Verteiler ist so angeordnet, dass er das zwischen der unterstützenden Walze und der ersten Trennpapier-Freisetzungswalze angeordnete weitere Trennpapier kontaktiert und die Polymerflüssigkeit auf das weitere Trennpapier abgibt.
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Zusammenfassend verwendet die Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien gemäß der vorliegenden Offenbarung die Gasplasmaemissionsvorrichtung, um ein Verfahren zur Gasplasma-Emission auf den Kohlefaserdraht einzusetzen, der zu einem Kohlefaser-Prepreg geformt werden soll, und dadurch aktiviert sie die Oberfläche der Kohlefasern und verbessert so die Oberflächenhaftung der Aktivkohlefasern. Auf diese Weise kann, wenn die einer Gasplasma-Emission unterzogenen Kohlenstofffasern anschließend in der Polymerflüssigkeit durch ein Imprägnierverfahren vom Nasstyp oder ein Polymerflüssigkeit-Imprägnierverfahren vom Trockentyp imprägniert werden, die Gleichmäßigkeit der Imprägnierung erheblich verbessert werden, wodurch eine optimale Polymerflüssigkeit-Imprägnierung erhalten wird. Infolgedessen hat das folglich erstarrte Kohlefaser-Prepreg-Material wenige Hohlräume oder sogar gar keine Hohlräume, und die Festigkeit des gesamten Kohlefaser-Prepreg-Materials wird verbessert. Basierend auf den experimentellen Daten wurde gezeigt, dass das so erhaltene verfestigte Kohlefaser-Prepreg-Material ein Porositätsverhältnis von weniger als 1% aufweist.
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Figurenliste
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Die Beschreibung der Zeichnungen zusammen mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wird nachstehend gegeben, um ein möglichst gutes Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Damit ist jedoch nicht beabsichtigt, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
- 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen der vorliegenden Offenbarung werden verwendet, um die technischen Hauptmerkmale der offenbarten Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien zu veranschaulichen. Die dargestellten Ausführungsformen sollen den Schutzumfang der offenbarten Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien nicht einschränken, und die relevanten Prinzipien sind einem Fachmann leicht verständlich und werden daher nicht noch einmal im Detail dargestellt.
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Wie offenbart wendet eine Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien ein Verfahren zur Gasplasma-Emission auf einen Kohlefaserdraht an, um die Oberflächen der im Kohlefaserdraht eingebetteten Kohlefasern zu aktivieren. Ferner wird anschließend eine Polymerflüssigkeits-Imprägnierprozedur angewendet, um sicherzustellen, dass eine Polymerflüssigkeit sofort und vollständig in die Hohlräume zwischen allen im Kohlefaserdraht eingebetteten Kohlefasern imprägniert wird.
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Unter Bezugnahme auf 1 oder 2 umfasst eine Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien 10 oder 10a: Eine Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101, eine Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 und eine Nass-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 103. Bei diesen Ausführungsformen ist die Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101 oder 101a fest auf einer ersten Arbeitsplattform 1011 angeordnet, die Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 oder 102a ist fest auf einer zweiten Arbeitsplattform 1021 angeordnet und die Nass-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 103 ist fest auf einer dritten Arbeitsplattform 1031 angeordnet. Mit anderen Worten sind die Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101, die Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 und die Nass-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 103 fest auf verschiedenen Arbeitsplattformen bzw. unterschiedlichen Arbeitsrahmen angeordnet. Es ist anzumerken, dass die Art und Weise der festen Anordnung der Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101, der Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 und der Nass-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 103 in der vorliegenden Offenbarung nicht eingeschränkt ist, solange die Vorrichtungen 101, 102 und 103 koordiniert miteinander zusammenarbeiten können. Es kann praktikabel sein und im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorkommen, dass die Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101, die Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 und die Nass-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 103 alle auf derselben Arbeitsplattform oder auf demselben Arbeitsrahmen angeordnet sind.
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Bezugnehmend auf 3 umfasst in einer anderen Ausführungsform eine Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien 10b eine Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101, eine Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 und eine Trocken-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 104. Dabei ist die Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101 auf einer ersten Arbeitsplattform 1011 fest angeordnet und die Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 ist fest auf einer zweiten Arbeitsplattform 1021 angeordnet und die Trocken-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 104 ist fest auf einer vierten Arbeitsplattform 1041 angeordnet. Mit anderen Worten ist es so, dass die Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101, die Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 und die Trocken-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 104 fest auf verschiedenen Arbeitsplattformen bzw. unterschiedlichen Arbeitsrahmen angeordnet sind. Es ist anmerkenswert, dass die Art und Weise der Anordnung der Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101, der Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 und der Trocken-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 104 in der vorliegenden Offenbarung nicht eingeschränkt ist, solange die Vorrichtungen 101, 102 und 104 in Abstimmung miteinander funktionieren können. Es kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung praktikabel sein, dass die Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101, die Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 und die Trocken-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 104 alle auf derselben Arbeitsplattform oder auf demselben Arbeitsrahmen angeordnet sind.
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Wie in 1 gezeigt, ist in einer Ausführungsform die Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101 fest an einer ersten Arbeitsplattform 1011 angeordnet und umfasst eine Kohlefaser-Einzeldraht-Entnahmeeinheit 1012 und eine erste Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1013. Die erste Arbeitsplattform 1011 ist mit mehr als zwei, also beispielsweise drei, ersten Säulen 1011 a, 1011b und 1011c und mindestens einer zweiten Säule 1011d konzipiert. Die ersten Säulen 1011a, 1011b und 1011c sind in einem bestimmten Abstand zueinander ausgerichtet, während die zweite Säule 1011d von diesen ersten Säulen 1011a, 1011b und 1011c entfernt angeordnet ist. Die Kohlefaser-Einzeldraht-Entnahmeeinheit 1012 umfasst mehrere, beispielsweise neun, erste Walzen 20, die in einem bestimmten Abstand zueinander ausgerichtet sind. Diese ersten Walzen 20 sind auf verschiedenen ersten Säulen 1011 a, 1011b oder 1011c angeordnet. Die Anzahl der ersten Walzen 20, die an jeder der ersten Säulen 1011a, 1011b oder 1011c angeordnet sind, sind gleich. Jeder der ersten Walzen 20 ist mit einer Kohlefaserdrahtwalze 200 ummantelt. Die erste Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1013 weist eine zweite Walze 30 auf, die an der zweiten Säule 1011d angeordnet ist. Die zweite Walze 30 dient dazu, um jeden einzelnen Kohlefaser-Einzeldraht 201, der von jeder Kohlefaserdrahtwalze 200 nach außen gestreckt wird, aufzunehmen und dann weiterzugeben. Insbesondere das Abrollen der ersten Walzen 20 und der zweiten Walze 30 ermöglicht, dass jeder einzelne Kohlefaser-Einzeldraht 201 von jeder der jeweiligen Kohlefaserdrahtwalzen 200 gleichzeitig gleichmäßig nach außen gedehnt wird und anschließend von der zweiten Walze 30 eingesammelt wird. Auf diese Weise kann die zweite Walze 30 entweder einen einzigen Kohlefaser-Einzeldraht 201 oder ein Kohlefaserbündel 202, bestehend aus zahlreichen Kohlefaser-Einzeldrähten 201, weitergeben. Dementsprechend kann ein Kohlefaserbündels 202 mit unterschiedlichen Breiten erhalten werden, wenn der Kohlefaser-Einzeldraht 201 nach Bedarf festgelegt wird. Die erste Arbeitsplattform 1011 kann eine beliebige Form haben und beispielsweise rechteckig sein. Die Form der ersten Arbeitsplattform 1011 ist in der vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt, solange die Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101 fest an der ersten Arbeitsplattform 1011 angeordnet werden kann. Darüber hinaus können die Formen der ersten Walze 20 und der zweiten Walze 30 aber auch nicht auf Zylinder beschränkt sein. Es ist anzumerken, dass die Anzahl und die Formen der ersten Walzen 20 und der zweiten Walze 30 in der vorliegenden Offenbarung nicht eingeschränkt sind. Darüber hinaus kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung praktikabel sein, dass die ersten Walzen 20 nicht fluchtend angeordnet sind. Und es kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung praktikabel sein, dass die Anzahl der ersten Walzen 20, die an jeder der ersten Säulen 1011a, 1011b oder 1011c angeordnet sind, unterschiedlich ist. Die Art der Anordnung der ersten Walzen 20 ist in der vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt, solange jeder der einzelnen Kohlefaser-Einzeldrähte 201 von jeder der Kohlefaserdrahtwalzen 200 gleichmäßig nach außen gedehnt werden kann und der erhaltene Kohlefaser-Einzeldraht 201 oder ein Kohlefaserbündel 202 bestehend aus zahlreichen Kohlefaser-Einzeldraht 201 zusammen aufgenommen und dann von der zweiten Walze 30 übertragen werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101 ferner eine Kohlefaser-Einzeldraht-Trenneinheit 1014. Die Kohlefaser-Einzeldraht-Trenneinheit 1014 umfasst eine dritte Säule 1011e, die an der ersten Arbeitsplattform 1011 angeordnet ist, und mehrere, beispielsweise drei, Löcher 1014a, 1014b und 1014c hat, wobei diese an der dritten Säule 1011e ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform kann der Kohlefaser-Einzeldraht 201, der von den jeweiligen auf unterschiedlichen Höhen befindlichen Kohlefaserdrahtwalzen 200 nach außen gestreckt wird, zuerst durch diese Löcher 1014a, 1014b und 1014c hindurchgeführt und anschließend durch die zweiten Rollen 30 übertragen werden. Auf diese Weise werden die Kohlefaser-Einzeldrähte 201, die auf verschiedenen Höhen gestreckt werden, daran gehindert, sich beim Zusammenkommen miteinander zu verwickeln. Darüber hinaus ist so sichergestellt, dass die Kohlefaser-Einzeldrähte 201 in einem bestimmten Abstand voneinander getrennt werden, wenn der Kohlefaser-Einzeldraht 201 von den zweiten Rollen 30 eingesammelt wird. Es ist anzumerken, dass die Anzahl und die Höhe der ersten Säulen 1011a, 1011b und 1011c und der zweiten Säule 1011d und der dritten Säule 1011e sowie die Anzahl und die Höhe der Löcher 1014a, 1014b und 1014c in der vorliegenden Offenbarung nicht eingeschränkt sind, und andere praktikable Modifikationen und Variationen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung implementiert werden können.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist in einer Ausführungsform die Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 fest an einer zweiten Arbeitsplattform 1021 angeordnet und umfasst eine Düse 1022 und eine Plasmaerzeugungseinheit 1023, wobei die Plasmaerzeugungseinheit 1023 mit der Düse 1022 verbunden ist. Die zweite Arbeitsplattform 1021 ist entfernt von der Kohlefaser-Einzeldraht-Entnahmeeinheit 1012 angeordnet, ist jedoch neben der ersten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1013 angeordnet, und zwar derart, dass jeder der Kohlefaser-Einzeldrähte 201 oder das Kohlefaserbündel 202, die von der zweiten Walze 30 gesammelt werden, weiter oben durch die Düse 1022 passieren kann und dann von einer zweiten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1033 der Nass-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 103 gesammelt werden kann (weitere Einzelheiten hierzu werden später beschrieben). Die Düse 1022 dient dazu, um das Gasplasma auf jeden der Kohlefaser-Einzeldraht 201 oder den Kohlefaserbündel 202 zu emittieren, die von der zweiten Walze 30 gesammelt werden, um die Oberflächen jedes Kohlefaser-Einzeldrahtes 201 zu aktivieren und dadurch die Oberflächenhaftung jedes der Kohlefaser-Einzeldrähte 201 zu verbessern. Die Plasmaerzeugungseinheit 1023 dient dazu, um ein Gasplasma zu erzeugen und damit an die Düse 1022 abzugeben. Das Gasplasma umfasst, wie erwähnt, Gas, das durch ein Ionisationsverfahren verarbeitet wird. Die Gasplasmen können ein Luftplasma, ein Sauerstoffplasma, ein Wasserstoffplasma, ein Argonplasma, ein Heliumplasma oder ein Nitrogenplasma umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Vorzugsweise wird ein Luftplasma oder ein Stickstoffplasma verwendet. Die Prinzipien zur Herstellung der Gasplasmen sind einem jeden Fachmann gut bekannt und sollen hier nicht überflüssigerweise erläutert werden. Die zweite Arbeitsplattform 1021 kann in beliebiger Form ausgebildet sein, beispielsweise rechteckig. Die Form der zweiten Arbeitsplattform 1021 ist in der vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt, solange die Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 fest an der zweiten Arbeitsplattform 1021 angeordnet werden kann. Außerdem kann die Anzahl der Düsen 1022 größer als eins sein, etwa zwei, ist jedoch nicht begrenzt darauf. Wenn die Anzahl der Düse 1022 zwei beträgt, kann eine der beiden Düsen 1022 von unten nach oben emittieren, während die andere der beiden Düsen 1022 von oben nach unten emittieren kann. Infolgedessen können die oberen Oberflächen und die unteren Oberflächen des gesamten Kohlefaser-Einzeldrahtes 201 oder des Kohlefaserbündels 202 von der Gasplasma-Emission erreicht werden. Die Art der Anordnung der Düsen 1022 und die Anzahl der Düsen 1022 sind in der vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt.
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Unter Bezugnahme ist in einer Ausführungsform die Nass-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung auf 1 103 fest an einer dritten Arbeitsplattform 1031 angeordnet und umfasst eine Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit 1032, eine zweite Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1033 und eine Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit 1034. Die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit 1032 ist zwischen der zweiten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1033 und der Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit 1034 angeordnet. Die dritte Arbeitsplattform 1031 ist neben der zweiten Arbeitsplattform 1021 angeordnet. Mit anderen Worten ist Nass-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 103 neben der Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 angeordnet. Die dritte Arbeitsplattform 1031 ist mit mindestens den vierten Säulen 1031a und 1031b zur Unterstützung der Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit 1032 versehen. Die zweite Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1033 umfasst eine fünfte Säule 1031c und eine dritte Walze 40 ist fest an der fünften Säule 1031c vorgesehen. Die dritte Walze 40 dient dazu, um jeweils den mit der Gasplasma-Emission behandelten Kohlefaser-Einzeldraht 201 oder das Kohlefaserbündel 202 zu sammeln und dann den Kohlefaser-Einzeldraht 201 oder das Kohlefaserbündel 202 an die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit 1032 weiterzugeben. Die Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit 1034 umfasst eine sechste Säule 1031d und eine vierte Walze 50, die fest an der sechsten Säule 1031d angeordnet ist. Die vierte Walze 50 ist mit einer Trennpapier-Rolle 500 versehen, die das Trennpapier 501 bereitstellt. Auf dem Trennpapier 501 ist ein Haftgel aufgebracht. Die vierte Walze 50 dient dazu, um jeweils den Kohlefaser-Einzeldraht 201 oder das Kohlefaserbündel 202, welche mit der Polymerflüssigkeit 1032a imprägniert sind, auf dem Trennpapier 501 zu sammeln, um eine Rolle zu bilden. Es ist anzumerken, dass die Höhen der vierten Säulen 1031a und 1031b, der fünften Säule 1031c und der sechsten Säule 1031d in der vorliegenden Offenbarung nicht eingeschränkt sind.
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In einer Ausführungsform umfasst die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit 1032 ein Polymerflüssigkeits-Imprägnierbad 1032b, das die Polymerflüssigkeit 1032a enthält. Das Polymerflüssigkeits-Imprägnierbad 1032b ist fest auf den vierten Säulen 1031a und 1031b angeordnet, um jeweils den jeweiligen Kohlefaser-Einzeldraht 201 oder das Kohlefaserbündel 202 aufzunehmen, auf die Gasplasma emittiert worden ist, und die von der zweiten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1033 aufgefangen werden, wodurch jeder Kohlefaser-Einzeldraht 201 oder Kohlefaserbündel 202 im Polymerflüssigkeits-Imprägnierbad 1032b mit der Polymerflüssigkeit 1032a imprägniert werden. Die Polymerflüssigkeit 1032a kann abhängig von den tatsächlichen Konstruktionsanforderungen ein wärmehärtbares Harz oder ein thermoplastisches Harz sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Andere Modifikationen und Variationen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung können praktikabel sein. Ein Ausnehmungsabschnitt kann innerhalb des Polymerflüssigkeits-Imprägnierbads 1032b ausgebildet sein, um die Polymerflüssigkeit 1032a aufzunehmen. Die Form des Polymerflüssigkeits-Imprägnierbads 1032b muss aber nicht auf ein Rechteck oder einen Kreis beschränkt sein. Zahlreiche Rollstangen 1032c sind vorstehend an einer inneren Seitenwand des Polymerflüssigkeits-Imprägnierbads 1032b angeordnet. Die Rollstangen 1032c sind so angeordnet, dass sie gegen das Kohlefaserbündel 202 gelehnt werden, das im Polymerflüssigkeits-Imprägnierbad 1032b imprägniert wird. Die Form der Rollstangen 1032c kann ein Zylinder sein, ist aber nicht darauf beschränkt, und andere praktikable Modifikationen und Variationen sind im Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen. Um sicherzustellen, dass jeder der Kohlefaser-Einzeldrähte 201 oder Kohlefaserbündel 202, die mit der Polymerflüssigkeit 1032a imprägniert sind, von der dritten Walze 40 problemlos aufgefangen werden können, ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Rollstangen 1032c, die entfernt von der vierten Walze 50 angeordnet sind, größer als der Abstand zwischen zwei benachbarten Rollstangen 1032c, die nahe der vierten Walze 50 angeordnet sind. Jeder der Kohlefaser-Einzeldrähte 201 oder jedes Kohlefaserbündel 202, die einer Gasplasma-Emission unterzogen wurden und in der Polymerflüssigkeit 1032a imprägniert werden, werden nämlich durch die Rollstangen 1032c gestützt und die Kohlefaser-Einzeldrähte 201 oder Kohlefaserbündel 202 , die mit der Polymerflüssigkeit 1032a imprägniert werden, können sich so entlang einer bestimmten Strecke vorwärts bewegen und schließlich von der vierten Walze 50 aufgefangen werden.
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Wie in 1 gezeigt, steht in einer Ausführungsform ein Längsrichtungs-Abschnitt von jedem des Kohlefaser-Einzeldrahtes 201 oder des Kohlefaserbündels 202, der zwischen der zweiten Walze 30 und der dritten Walze 40 angeordnet ist, im Wesentlichen senkrecht zu einer Emissionsrichtung des Gasplasmas aus der Düse 1022, und zwar ist dieser nämlich in einem Winkel von 90° ± 5° zwischen der Längsrichtung und der Abstrahlrichtung eingeschlossen. In einer Ausführungsform kann der kürzeste Abstand D zwischen der Düse 1022 und dem neben oder über der Düse 1022 verlaufenden Kohlefaserbündel 202 1 Zentimeter bis 2 Zentimeter betragen, ist aber nicht darauf beschränkt, und beträgt vorzugsweise 1,5 Zentimeter.
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Unter Bezugnahme auf 2 umfasst eine Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien 10a in einer abgewandelten Ausführungsform der in 1 gezeigten Ausführungsform eine Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101a, eine Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 und eine Nass-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung. Die erste Arbeitsplattform 1011 ist mit nur einer der ersten Säulen 1011a und einer der zweiten Säulen 1011d, die entfernt von der ersten Säule 1011a vorgesehen ist, ausgestattet. Die Kohlefaser-Einzeldraht-Entnahmeeinheit 1012a umfasst nur eine erste Walzen 20, die an der ersten Säule 1011a angeordnet ist. Die erste Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1013 weist eine zweite Walze 30 auf, die an der zweiten Säule 1011d angeordnet ist. Die erste Walze 20 ist mit einer Kohlefaserdrahtwalze 200 ummantelt. Durch das Walzen der ersten Walze 20 und der zweiten Walze 30 kann der Kohlefaser-Einzeldraht 201 gleichmäßig von der Kohlefaserdrahtwalze 200 nach außen gedehnt und dann von der zweiten Walze 30 aufgenommen und übertragen werden, und zwar zur Gasplasmaemissionsvorrichtung 102. Bei dieser nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Anordnung der Kohlefaser-Einzeldraht-Trenneinheit 1014 ignoriert werden, da nur ein Kohlefaser-Einzeldraht 201 übertragen werden muss.
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Noch mit Bezug auf 2 ist die Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 wie bei der in 1 gezeigten Ausführungsform fest an einer zweiten Arbeitsplattform 1021 angeordnet und umfasst eine Düse 1022 und eine mit der Düse 1022 verbundene Plasmaerzeugungseinheit 1023. Die zweite Arbeitsplattform 1021 liegt entfernt von der zweiten Arbeitsplattform 1021 der Kohlefaser-Einzeldraht-Entnahmeeinheit 1012, aber neben der ersten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1013, die es dem von der zweiten Walze 30 übertragenen Kohlefaser-Einzeldraht 201 ermöglicht, durch die Oberseite der Düse 1022 hindurchzutreten und anschließend von einer zweiten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1033 der Nass-Typ-Polymerflüssigkeits- Imprägniervorrichtung 103 eingesammelt zu werden. Die Düse 1022 dient dazu, um ein Gasplasma auf den Kohlefaser-Einzeldraht 201 zu emittieren, der von der zweiten Walze 30 übertragen wird, um die Oberfläche des Kohlefaser-Einzeldrahtes 201 zu aktivieren und somit die Oberflächenhaftung des Kohlefaser-Einzeldrahtes 201 zu verbessern. Die Plasmaerzeugungseinheit 1023 ist zur Erzeugung und Weitergabe eines Gasplasmas an die Düse 1022 vorgesehen.
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Noch auf 2 Bezug nehmend und gleich der in 1 gezeigten Ausführungsform, ist die Nass-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 103 fest auf einer dritten Arbeitsplattform 1031 angeordnet und umfasst eine Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit 1032, eine zweite Kohlefaser-Einzeldraht- Weitergabeeinheit 1033 und eine Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit 1034. Die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit 1032 ist zwischen der zweiten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1033 und der Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit 1034 angeordnet. Die dritte Arbeitsplattform 1031 ist neben der zweiten Arbeitsplattform 1021 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Nass-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 103 neben der Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 angeordnet. Bei dieser nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform wird nur ein Kohlefaser-Einzeldraht 201 imprägniert, während die Anordnung und / oder Disposition anderer Elemente die gleiche wie bei der Ausführungsform die in 1 gezeigt wird, und gleichförmige Details sollen hier nicht redundant wiederholt werden.
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Wie in 2 gezeigt, ist ein Längsrichtungs-Abschnitt jedes der Kohlefaser-Einzeldrähte 201, der zwischen der zweiten Walze 30 und der dritten Walze 40 liegt, im wesentlichen senkrecht zu einer Abstrahlrichtung des aus der Düse 1022 emittierten Gasplasmas positioniert in in einem Winkel von 90 Grad ± 5 Grad zwischen der Längsrichtung und der Abstrahlrichtung eingeschlossen. In einer Ausführungsform kann ein kürzester Abstand D zwischen der Düse 1022 und dem neben oder über der Düse 1022 verlaufenden Kohlefaser-Einzeldraht 201 1 cm bis 2 cm betragen, ist aber nicht darauf beschränkt, und beträgt vorzugsweise 1,5 cm.
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Zusätzlich zu den in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen, und zwar wie in 3 gezeigt, wird in noch einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien 10b mit einer Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101 und einer Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 offenbart. Anders als bei den Ausführungsformen in 1 und 2 wird anstelle der Nass-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung
103 eine Trocken-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 104 verwendet. Die Merkmale und die Details der Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung 101 und der Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 sind die gleichen wie die bereits beschriebenen und sollen hier nicht redundant wiederholt werden. Die folgende Beschreibung konzentriert sich hauptsächlich auf die Merkmale und die Einzelheiten der Trocken-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 104.
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Noch mit Bezug auf 3 ist in einer Ausführungsform die zweite Arbeitsplattform 1021 von der Kohlefaser-Einzeldraht-Entnahmeeinheit 1012 entfernt angeordnet, jedoch neben der ersten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1013, um es dem Kohlefaser-Einzeldraht 201 oder Kohlefaserbündel 202, die von der zweiten Walze 30 übertragen werden, zu erlauben, durch die oben genannte Düse 1022 hindurchzutreten und dann eine zweite Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1043 der Trocken-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 104 zu erreichen. (Weitere Einzelheiten werden später beschrieben.) Da die Breite des Kohlefaserbündels 202 entsprechend der Anzahl der ersten Walzen 20 eingestellt werden kann, ist es möglich, Kohlefaserbündels 202 mit unterschiedlichen Breiten zu erhalten, und zwar abhängig davon, wieviele Kohlefaser-Einzeldrähte 201 benötigt werden. In einer Ausführungsform kann die Breite des Kohlefaserbündels 202 einen Meter betragen, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Noch mit Bezug auf 3 ist in einer Ausführungsform die Trocken-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 104 fest auf einer vierten Arbeitsplattform 1041 angeordnet und umfasst eine Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit 1042, eine zweite Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1043 und eine Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit 1044. Die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit 1042 ist zwischen der zweiten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1043 und der Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit 1044 angeordnet. Die vierte Arbeitsplattform 1041 ist neben der zweiten Arbeitsplattform 1021 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Trocken-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung 104 neben der Gasplasmaemissionsvorrichtung 102 angeordnet. Die vierte Arbeitsplattform 1041 ist mit mindestens zwei der siebten Säulen 1041a und 1041b vorgesehen, um die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit 1042 zu tragen. Die zweite Kohlefaser -Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1043 enthält eine achte Säule 1041c und eine dritte Walze 40 ist fest an der achten Säule 1041c angeordnet. Die dritte Walze 40 dient dazu, um das mit dem Gasplasma emittierte Kohlefaserbündel 202 zu einzusammeln und anschließend das der Gasplasma-Emission unterzogene Kohlefaserbündel 202 an die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit 1042 weiterzugeben. Die Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit 1044 umfasst eine neunte Säule 1041d und eine fünfte Walze 60, die fest an der neunten Säule 1041d angeordnet ist. Die fünfte Walze 60 dient dazu, um das mit einer Polymerflüssigkeit imprägnierte Kohlefaserbündel 202 unter Bildung einer Rolle zu sammeln.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst die Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit 1042 in einer Ausführungsform eine erste Trennpapier-Freisetzungswalze 10421, einen Polymer-Verteiler 10422, eine unterstützenden Walze 10423, eine erste Heißpresswalze 10424, eine zweite Trennpapier-Freisetzungswalze 10425, eine zweite Heißpresswalze
10426 und eine Trennpapier-Wiedergewinnungswalze 10427. Die erste Heißpresswalze 10424 und die zweite Heißpresswalze 10426 sind beheizte Walzen, die nahe beieinander angeordnet sind, dienen dazu, um ein Heißpressen einer Gasplasma-Emission unterzogenen Kohlefaserbündels 202, eines Trennpapiers 301, das mit der Polymerflüssigkeit 10422a beschichtet ist, und eines Trennpapier 401 durchzuführen.
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Der Abstand zwischen der ersten Trennpapier-Freisetzungswalze 10421 und der unterstützenden Walze 10423, der Abstand zwischen der unterstützenden Walze 10423 und der ersten Heißpresswalze 10424 und der Abstand zwischen der ersten Heißpresswalze 10424 und der Trennpapier-Wiedergewinnungswalze 10427 sind bestimmt. Eine zentrale Position der ersten Trennpapier-Freisetzungswalze 10421 ist höher als eine zentrale Position der unterstützenden Walze 10423 und eine zentrale Position der unterstützenden Walze 10423 ist höher als eine zentrale Position der ersten Heißpresswalze 10424. Die erste Trennpapier-Freisetzungswalze 10421 ist mit einer Trennpapier-Rolle 300 ummantelt, um es demit abgelösten und ausgestreckten Trennpapier 301 zu ermöglichen, hindurchzulaufen und mit der unterstützenden Walze 10423 und der ersten Heißpresswalze 10424 in Kontakt zu kommen und schließlich von der Trennpapier-Wiedergewinnungswalze 10427 aufgerollt zu werden. Der Polymer-Verteiler 10422 ist so angeordnet, um das Trennpapier 301 zu kontaktieren, das zwischen der unterstützenden Walze 10423 und der ersten Trennpapier-Freisetzungswalze 10421 angeordnet ist, und die Polymerflüssigkeit 10422a auf das Trennpapier 301 abzugeben. Als Ergebnis davon wird das entsprechend erhaltene Trennpapier 301 zwischen der unterstützenden Walze 10423 und der ersten Trennpapier-Freisetzungswalze 10421 mit der Polymerflüssigkeit 10422a beschichtet. Andererseits ist der Abstand zwischen der zweiten Trennpapier-Freisetzungswalze 10425 und der zweiten Heißpresswalze 10426 bestimmt. Der Abstand zwischen der zweiten Heißpresswalze 10426 und der fünften Walze 60 der Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit 1044 ist bestimmt. Eine zentrale Position der ersten Heißpresswalze 10424 ist höher als eine zentrale Position der zweiten Heißpresswalze 10426. Die zweite Trennpapier-Freisetzungswalze 10425 ist mit einer Trennpapier-Rolle 400 ummantelt, um das freigegebene und ausgestreckte Trennpapier 401 direkt passieren zu lassen und Kontakt mit der zweiten Heißpresswalze 10426 zu ermöglichen und es schließlich durch die fünfte Walze 60 aufzurollen.
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Das mit der Gasplasma-Emission unterzogene Kohlefaserbündel 202 wird von der dritten Walze 40 der zweiten Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit 1043 aufgenommen und dann direkt an eine zwischen der ersten Heißpresswalze 10424 und der zweiten Heißpresswalze 10426 befindliche Position übertragen. Das Trennpapier 401 und das mit der Polymerflüssigkeit 10422a beschichtete Trennpapier 301 werden ebenfalls zu der Position übertragen, die zwischen der ersten Heißpresswalze 10424 und der zweiten
Heißpresswalze 10426 liegt. Ein Heißpressvorgang wird durch die erste Heißpresswalze 10424 und die zweite Heißpresswalze 10426 durchgeführt, und zwar in Bezug auf das mit der Gasplasma-Emission unterzogene Kohlefaserbündel 202, das mit der Polymerflüssigkeit 10422a beschichtete Trennpapier 301 und das Trennpapier 401, um die Polymerflüssigkeit 10422a über Wärme von dem Trennpapier 301 abzulösen und ferner zu bewirken, dass das Kohlefaserbündel 202 mit der Polymerflüssigkeit 10422a imprägniert wird. Anschließend wird das mit der Polymerflüssigkeit 10422a imprägnierte Kohlefaserbündel 202 auf das Trennpapier 401 gedrückt und schließlich durch die fünfte Walze 60 aufgerollt. Außerdem wird das durch die erste Heißpresswalze 10424 und die zweite Heißpresswalze 10426 hindurchgeführte Trennpapier 301 von der Trennpapier-Wiedergewinnungswalze 10427 aufgewickelt. Wenn das Trennpapier 301 mit der Polymerflüssigkeit 10422a beschichtet wird, stützt die unterstützende Walze 10423 das Kohlefaserbündel 202, damit sich das Trennpapier 301 entlang einer bestimmten Strecke vorwärts bewegen und schließlich von der Trennpapier-Wiedergewinnungswalze 10427 eingesammelt werden kann.
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Wie in 3 gezeigt, ist ein Längsrichtung-Abschnitt des Kohlefaserbündels 202, der zwischen der zweiten Walze 30 und der dritten Walze 40 liegt, im Wesentlichen senkrecht zu einer Emissionsrichtung des von der Düse 1022 emittierten Gasplasmas eingeschlossen, nämlich in einem Winkel von 90 Grad ± 5 Grad zwischen der Längenrichtung und der Abstrahlrichtung. In einer Ausführungsform kann ein kürzester Abstand D zwischen der Düse 1022 und dem neben oder über der Düse 1022 verlaufenden Kohlefaserbündel 202 1 Zentimeter bis 2 Zentimeter betragen, ist aber nicht darauf beschränkt, sondern beträgt vorzugsweise 1,5 Zentimeter. Außerdem kann die Anzahl der Düsen 1022 größer als eine sein, wie beispielsweise zwei, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Wenn die Anzahl der Düsen 1022 zwei beträgt, kann eine von unten nach oben emittieren, während die andere von oben nach unten emittieren kann. Infolgedessen werden die Oberseite und die Unterseite aller Kohlefaserbündel 202 vom Gasplasma von der Emission erreicht. Die Art der Anordnung der Düsen 1022 und die Anzahl der Düsen 1022 sind in der vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt und andere Modifikationen und Variationen können praktikabel sein.
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In Anbetracht des Vorstehenden verwendet die Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien gemäß jeder der oben genannten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Gasplasmaemissionsvorrichtung, um ein Verfahren zur Emission von Gasplasma-auf den Kohlefaserdraht einzusetzen, der zu einem Kohlefaser-Prepreg-Material geformt wird, um dadurch die Oberfläche der Kohlefasern zu aktivieren und dadurch die Oberflächenhaftung der Aktivkohlefasern zu verbessern. Wenn die mit der Gasplasma-Emission unterzogenen Kohlenstofffasern anschließend in der Polymerflüssigkeit durch ein Imprägnierverfahren vom Nasstyp-Polymerflüssigkeit oder ein Polymerflüssigkeit-Imprägnierverfahren vom Trockentyp imprägniert werden, kann die Gleichmäßigkeit der Imprägnierung erheblich verbessert werden, wodurch eine optimale Polymerflüssigkeits-Imprägnierung erreicht wird. Auf diese Weise hat das folglich erstarrte Kohlefaser-Prepreg-Material nur wenige Hohlräume bzw. überhaupt keine Hohlräume, und die Festigkeit des gesamten Kohlefaser-Prepreg-Materials wird verbessert. Basierend auf den experimentellen Daten wurde gezeigt, dass das so erhaltene verfestigte Kohlefaser-Prepreg-Matrial ein Porositätsverhältnis von weniger als 1% aufweist.
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Die vorliegende Erfindung wurde in beträchtlichem Detail unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es muss dabei verstanden werden, dass diese Beschreibung nur illustrativen Zwecken dient und den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränkt. Sie ist nicht darauf beschränkt, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen alleine verwendet werden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung können zwei oder mehr der hier beschriebenen Ausführungsformen in Kombination verwendet werden. Ein geschulter Fachmann kann sich leicht Variationen und Modifikationen im Geiste der vorliegenden Erfindung vorstellen. Im Hinblick auf das Vorstehende sollte das Konzept des Geistes der vorliegenden Erfindung alle derartigen anderen Modifikationen und Variationen abdecken, wobei dies so interpretiert werden sollte, dass diese in den Umfang der folgenden Ansprüche sowie ihrer Äquivalente fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10a, 10b
- Anlage zur Produktion von Kohlefaser-Prepreg-Materialien
- 101, 101a
- Kohlefaserdraht-Wickelvorrichtung
- 1011
- erste Arbeitsplattform
- 1011a ∼1011c
- erste Säule
- 1011d
- zweite Säule
- 1011e
- dritte Säule
- 1012, 1012a
- Kohlefaser-Einzeldraht-Entnahmeeinheit
- 1013
- erste Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit
- 1014
- Kohlefaser-Einzeldraht-Trenneinheit
- 1014a~1014c
- Löcher
- 102
- Gasplasmaemissionsvorrichtung
- 1021
- zweite Arbeitsplattform
- 1022
- Düse
- 1023
- Plasmaerzeugungseinheit
- 103 1031
- dritte Arbeitsplattform
- 1031a∼1031b
- vierte Säulen
- 1031c
- fünfte Säule
- 1031d
- sechste Säule
- 1032
- Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit
- 1032a
- Polymerflüssigkeit
- 1032b
- Polymerflüssigkeits-Imprägnierbad
- 1032c
- Zahlreiche Rollstangen
- 1033
- zweite zweiten Kohlefaser- Einzeldraht-Weitergabeeinheit
- 1034
- Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit
- 104
- Trocken-Typ-Polymerflüssigkeits-Imprägniervorrichtung
- 1041
- vierte Arbeitsplattform
- 1041a∼1041b
- siebte Säulen
- 1041c
- achte Säule
- 1041d
- neunte Säule
- 1042
- Polymerflüssigkeits-Imprägnier-Einheit
- 10421
- erste Trennpapier-Freisetzungswalze
- 10422
- Polymer-Verteiler
- 10422a
- Polymerflüssigkeit
- 10423
- unterstützende Walze
- 10424
- erste Heißpresswalze
- 10425
- zweite zweiten Trennpapier-Freisetzungswalze
- 10426
- zweite Heißpresswalze
- 10427
- Trennpapier-Wiedergewinnungswalze
- 1043
- zweite Kohlefaser-Einzeldraht-Weitergabeeinheit
- 1044
- Kohlefaser-Prepreg-Sammeleinheit
- 20
- erste Walze
- 30
- zweite Walze
- 40
- dritte Walze
- 50
- vierte Walze
- 60
- fünfte Walze
- 200
- Kohlefaserdrahtwalze
- 201
- Kohlefaser-Einzeldraht
- 202
- Kohlefaserbündel
- 300, 400, 500
- Trennpapier-Rolle
- 301, 401, 501
- Trennpapier
- D
- Abstand
