DE102022133282B3

DE102022133282B3 - Drehungsfreies Hybridgarn aufweisend Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern, Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen dergleichen

Info

Publication number: DE102022133282B3
Application number: DE102022133282.9A
Authority: DE
Inventors: Mir Mohammad Badrul Hasan; Anwar Abdkader; Chokri Cherif; Konstantin Smetankin; Mark John
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2022-12-14
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2042-12-15

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: Erwärmen einer Faserstruktur, wobei die Faserstruktur Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern aufweist, zum Bilden einer Garnstruktur mit angeschmolzenen Thermoplastfasern; und Erzeugen einer Falschdrehung in der Garnstruktur, um dadurch eine abschnittsweise innerhalb eines Falschdrahtbereichs verdrehte Garnstruktur zu erzeugen, in welcher die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden werden, um das drehungsfreie Hybridgarn außerhalb des Falschdrahtbereichs zu erzeugen.

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein drehungsfreies Hybridgarn aufweisend Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern, ein Verfahren zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns, beispielsweise aufweisend Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern, und eine Vorrichtung zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns, beispielsweise aufweisend Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern.
Im Allgemeinen sorgt eine hohe Drehungserteilung bei der Herstellung von konventionellen Garnen, beispielsweise aus Natur- und Chemiestapelfasern, für den Zusammenhalt zwischen den Fasern. Sie verleiht ihnen Garnfestigkeit, welche für deren Weiterverarbeitung erforderlich ist, und ermöglicht ein stabiles Spinnprozess (beispielsweise ohne oder mit wenig Faserbruch während des Prozesses) bei ihrer Herstellung.
Hochleistungsfasern wurden entwickelt, um auf den Märkten eine breite technische Anwendung zu finden, beispielsweise als Verstärkungsfasern für Composite und in Anwendungen, die hohe Leistungen erfordern, wie z.B. Schnüre, Seile, Gewebe, Lastsehnen, Kleb- und Dichtstoffe, elektronische Verpackungen, Sportequipment, usw..
Hochleistungsfasern, beispielsweise recycelte Kohlenstofffasern (rCF), sind spezifische Fasern, welche sich aufgrund ihrer hohen Sprödigkeit und ihrer hohen Querkraftempfindlichkeit von den Natur- und Chemiestapelfasern erheblich unterscheiden.
Aktuell werden solche Hochleistungsfasern als Hybridgarnen zusammen mit thermoplastischen Fasern verspinnt, beispielsweise mittels modifizierten und weiterentwickelten konventionellen Spinntechnologien wie Flyer- oder Umwindespinntechnologien. Um einen stabilen Spinnprozess realisieren zu können, werden in der Regel rCF und Thermoplastfasern beim Fadenbildungsprozess mit definierten Mischungsverhältnissen, z.B. rCF : Thermoplastfasern = 60:40 Gew.-%, und Faserlängen, z.B. 40 mm, 60 mm, 80 mm oder 100 mm, zu einem Hybridgarn für Composite verarbeitet. Dabei übernehmen die Thermoplastfasern die Funktion im Verbund als Matrix.
Bei der Verspinnung von Hochleitungsfasern, beispielsweise aus recycelten Kohlenstofffasern (rCF), aufgrund der Mangel an Faser-Faser-Haftung, sind höhere Drehungserteilungen als bei den oben genannten, konventionellen Natur- und Chemiefasern unerlässlich, um anforderungsgerechten Garnstrukturen mit stabilem Prozess reproduzierbar für die Weiterverarbeitung und den Einsatz für Composites zu fertigen. Die erforderliche Drehung für eine stabile Produktion von rCF-Hybridgarnen ist abhängig von der Feinheit und beträgt für Feinheiten bis 7000 tex zwischen 100 - 200 T/m (Drehung pro Meter).
Jedoch führen diese höheren Drehungen einerseits zu einer Schädigung und/oder Einkürzung der Hochleistungsfasern. Anderseits reduzierten sich die Drehung der Ausrichtung der Fasern im darauf basierten Verbundwerkstoff. Dies hat zur Folge, dass die daraus resultierenden Verbundwerkstoffe geringere mechanische Eigenschaften aufweisen. Die erzielten mechanischen Eigenschaften der darauf basierten rCF-Verbundwerkstoffe betragen beispielsweise maximal bis zu 1400 MPa für Festigkeit und maximal bis zu 90 GPa für E-Modul. Beispielsweise weisen die aus dem recycelten Kohlenstofffaser-Hybridgarn basierten Verbundwerkstoffe aktuell ein Leistungsvermögen von circa 70 % der Zugfestigkeit und 75% der E-Modul der Verbundwerkstoffe aus Primärcarbonfilamentgarnen auf.
Um das Problem der Schädigungen der Hochleistungsfasern basierend auf diesen konventionellen Spinntechnologien entgegenzuwirken wurde mittels Optimierung und Modifikation der konventionellen Fadenbildungstechniken untersucht.
Allerdings besteht die Produktionsgeschwindigkeit des konventionellen Spinnverfahrens und die Drehung ein proportionales Verhältnis. Dadurch ist der Spinnprozess mit niedriger Drehung aufgrund der hohen Liefergeschwindigkeit noch instabiler und führt zu höherer Faserschädigung und ungleichmäßiger Garnstrukturen. Durch Erhöhung des thermoplastischen Faser(Volumen-)Anteils (und daher Reduzierung des Hochleistungsfaseranteils) in den Hybridgarnstrukturen kann die Stabilität des Spinnprozesses verbessert werden. Da der mechanischen Eigenschaften wie E-Modul und Festigkeit von Verbundwerkstoffen direkt von dem (Volumen-)Anteil an Hochleistungsfasern im Hybridgarn abhängen, sind die mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen aus Hybridgarnen mit niedrigem Hochleistungsfaservolumenanteil geringer. Darüber hinaus nimmt die Garnfestigkeit mit sinkender Drehung ab, welche deren Weiterverarbeitung erschweren kann.
Eine weitere konventionelle Technologie zum Herstellen von Hybridgarnen mit Hochleistungsfasern ist die DREF-Friktionsspinntechnologie. Der Einsatz von DREF-Friktionstechnologie wird zur Fertigung von Kern-Mantel-Garnstrukturen verwendet. Darin werden Hochleistungsfasern, beispielsweise rCF, drehungsfrei in den Kern eines Hybridgarns integriert. Durch die Anforderung einer Ummantelung von Kernfasern unter Verwendung thermoplastischer Fasern weisen jedoch die Garnstrukturen eine geringere Kern-Mantel-Stabilität, eine geringere Strukturintegrität, eine geringere Garnfestigkeit und eine inhomogene Durchmischung der verschiedenen Komponenten auf. Diese führt auch zu einer Verringerung der mechanischen Eigenschaften der daraus hergestellten Verbundwerkstoffe.
Die Vliesstoff- und Spritzgusstechnik zählt auch zu den herkömmlichen Herstellungsverfahren von Hybridfaserstrukturen mit Hochleistungsfasern. Dabei werden rCF-Faserstrukturen auf Basis der Vliesstoff- und Spritzgusstechnik verarbeitet. Anschließend werden Verbundbauteile aus Vliesstoffen oder Spritzgussfaserstrukturen gefertigt. Allerdings sind die Nachteile der Vliesstoff- und Spritzgussfaserstrukturen mit integrierten rCF eine geringe Faserorientierung, hohe Faserschädigungen, daraus resultierende kürzere mittlere (oder durchschnittliche) Faserlänge, geringer Faservolumengehalt sowie eine hohe Ungleichmäßigkeit. Diese führen zu geringen mechanischen Eigenschaften der daraus basierenden Verbundwerkstoffe. Beispielsweise liegen die erreichbaren Festigkeiten und E-Modulen von Verbundwerkstoffen auf Basis der Spritzgussfaserstrukturen und Vliesstoffen aus Hochleistungsfasern maximal bei 400 MPa bzw. 10 GPa. Diese Werte sind im Vergleich zu den Festigkeiten (bis zu 1700 MPa ja nach Faservolumenanteil) und E-Modulen (bis zu 120 GPa je nach Faservolumenanteil) von unidirektionalen Verbundwerkstoffen aus Kohlenstoff- und Thermoplastfilamentgarnen sehr niedrig. Dadurch eignen sich die auf Spritzguss- und Vliesstoffstrukturen basierten Verbundwerkstoffe nicht für lastragende Bauteile.
Ergänzend wird verwiesen auf die DE 196 24 412 A1 , die DE 196 43 685 A1 und die EP 0 161 572 A1 .
Verschiedenen Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns, beispielsweise aufweisend oder aus Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern, mit welchem ein stabiler und zuverlässiger Prozess realisiert werden kann, und welches ermöglicht, drehungsfreie und schädigungsarme Hybridgarne aufweisend oder aus Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern herzustellen, welche eine hohe Faserorientierung und hohe mechanische Eigenschaften aufweisen. Weitere Vorteile, welche das Verfahren mit sich bringt, sind das breite Spektrum der zu herstellenden Feinheit, welche beispielsweise mittels eines Streckwerks einstellbar ist, der zu herstellenden Verdichtung, beispielsweise mittels durch das Variieren des Düsendurchmessers und/oder der Drehzahl des Falschdrallelements, Materialvielfalt und hohe Zuverlässigkeit.
Verschiedenen Ausführungsformen betreffen eine Vorrichtung zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns, beispielsweise aufweisend oder bestehend aus Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern, welche ermöglicht, Hochleistungsfasern mit Thermoplastfasern mit reduzierten Schädigungen in den Hochleistungsfasern und/oder in den Thermoplastfasern zu verspinnen. Die hierin beschriebene Vorrichtung kann ferner die Verwendung eines hohen Anteils an Hochleistungsfasern ermöglichen, beispielsweise von wenigstens 50, 60, 70, 80, 90 % Hochleistungsfasern in dem Hybridgarn, wobei der Spinnprozess zum Herstellen des Hybridgarns trotzt hohen Anteilen an Hochleistungsfasern immer noch stabil und zuverlässig bleiben kann.
Verschiedenen Ausführungsformen betreffen ein drehungsfreies Hybridgarn aus Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern, welches beispielsweise einen minimalen Anteil an thermoplastischen Fasern (beispielsweise < 5 %) und maximale Anteile von Hochleistungsfasern (beispielsweise > 95 %) aufweisen kann, welches sich für die duroplastische Compositeanwendung besonders gut eignet. Dadurch, dass das hergestellte Hybridgarn wenig Schädigungen aufweist, kann die Menge an bei der Herstellung verursachten Faserverluste im Vergleich zu der Menge an Faserverluste, welche mit herkömmlichen Verfahren hergestellt sind, stark reduziert werden. Dies spielt für die Umwelt und für die Herstellungs- und Weiterverwertungskosten eine wichtige Rolle, weil es notwendig sein kann, Kohlenstofffaserabfälle zu recyceln. Aufgrund seiner hohen Faserorientierung kommt es mit dem erfindungsgemäßen Hybridgarn während seiner Verarbeitung zur Herstellung von Verbundwerkstoffen zu weniger Reibungen und/oder Beschädigungen der Faser, sodass die hergestellten Verbundwerkstoffe nicht nur bessere mechanische Eigenschaften, sondern auch beispielsweise eine längere Lebensdauer aufweisen können.
In verschiedenen Aspekten kann ein Verfahren zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns bereitgestellt werden, das Verfahren aufweisend: Erwärmen einer Faserstruktur, wobei die Faserstruktur Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern aufweist, zum Bilden einer Garnstruktur mit angeschmolzenen Thermoplastfasern; und Erteilen einer Falschdrehung der Garnstruktur, um dadurch eine abschnittsweise innerhalb eines Falschdrahtbereichs verdrehte Garnstruktur zu erzeugen, in welcher die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden werden, um das drehungsfreie Hybridgarn außerhalb des Falschdrahtbereichs zu erzeugen.
Mittels Falschdrehungserteilung (z.B., mittels eines Falschdrallgebers erzeugt, auch als Falschdrallerteilung bezeichnet) können Drehungen in dem Hybridgarn oder in der Garnstruktur eliminiert werden. Durch die Eliminierung der Drehung können Schädigungen und/oder Einkürzungen der Faserlänge in den Fasern reduziert und die Orientierung der Fasern in der Garnstruktur verbessert (z.B. erhöht) werden.
Durch das Verbinden der Hochleistungsfasern mit den angeschmolzenen oder partiell aufgeschmolzenen Thermoplastfasern kann ferner die Faser-zu-Faser-Haftung erhöht werden, sodass die Stabilität des Spinnprozesses gewährleitstet (z.B. mit weniger Faserbrüchen) und die Festigkeit der Garnstruktur erhöht werden kann.
Somit wird anschaulich in verschiedenen Ausführungsformen ein Verfahren zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns mit Hochleistungsfasern bereitgestellt, mit welchem anschaulich ein stabiler und zuverlässiger Prozess realisiert werden kann, und welches ermöglicht, drehungsfreie und schädigungsarme Hybridgarne aufweisend Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern herzustellen, welche ferner eine hohe Faserorientierung aufweisen können.
Dadurch, dass das hergestellte Hybridgarn wenig Schädigungen aufweisen kann, kann die Menge an bei der Herstellung verursachten Faserverluste bzw. Carbonstäube im Vergleich zu der Menge an Faserverluste bzw. Carbonstäube, welche mit herkömmlichen Verfahren hergestellt sind, stark reduziert werden. Dies kann beispielsweise für die Umwelt und für die Herstellungs- und Weiterverwertungskosten eine wichtige Rolle spielen.
Aufgrund seiner hohen Faserorientierung kann es mit dem erfindungsgemäßen Hybridgarn während seiner Verarbeitung zur Herstellung von Verbundwerkstoffen zu weniger Reibungen und/oder Schädigungen des Hybridgarns kommen, sodass die hergestellten Verbundwerkstoffe nicht nur bessere mechanische Eigenschaften, sondern auch eine längere Lebensdauer aufweisen können.
Das Verfahren kann sich ferner dazu eignen, Parameter des hergestellten Hybridgarns wie beispielsweise seinen Hochleistungsfasern-Anteil, seine Feinheit, die Fasermaterialart über einem breiten Spektrum zu variieren. Dadurch kann eine maximale Ausschöpfung des Potentials der Hochleistungsfasern sowie eine extreme Steigerung der mechanischen Eigenschaften darauf basierten Verbundwerkstoffen erreicht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erzeugen der Falschdrehung ein zeitweises Verdrehen der Garnstruktur und ein Auflösen der Verdrehung der zeitweise verdrehten Garnstruktur aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Faserstrukturmittels mindestens einer Walzenanordnung in dem Falschdrahtbereich eingebracht werden. Die abschnittsweise verdrehte Garnstruktur kann in eine Klemmvorrichtung aus dem Falschdrahtbereich unverdreht hindurch herausgeführt werden. Ferner kann ein Falschdrallelement zum Erteilen einer Falschdrehung in der Garnstruktur in dem Falschdrahtbereich angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erwärmen berührungsfrei mittels eines Thermomoduls erfolgen, wobei das Thermomodul eingerichtet oder angeordnet sein kann, die Faserstruktur in dem Falschdrahtbereich zu erwärmen.
Dadurch kann eine zuverlässige und stabile Verbindung zwischen den Thermoplastfasern und den Hochleistungsfasern ermöglicht werden. Somit können die Faser-Faser-Haftung und die Festigkeit des daraus resultierenden Hybridgarns erhöht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das drehungsfreie Hybridgarn mittels eines außerhalb des Falschdrahtbereichs angeordneten Aufwicklers (z.B. mittels einer Aufwicklungseinheit) tangential aufgewickelt werden.
Dadurch kann ermöglicht werden, dass die Belastung der Fasern beim Spinnen (oder Verspinnen) reduziert werden kann. Somit können Schädigungen in dem drehungsfreien Hybridgarns weiter reduziert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann eine Vorrichtung zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns bereitgestellt werden, wobei die Vorrichtung aufweisen kann: einen Falschdrahtbereich; eine Walzenanordnung zum Einführen einer Faserstruktur in den Falschdrahtbereich, wobei die Faserstruktur Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern aufweist; ein in dem Falschdrahtbereich angeordnetes Thermomodul zum Erwärmen der Faserstruktur, um eine Garnstruktur mit angeschmolzenen Thermoplastfasern zu bilden; ein in dem Falschdrahtbereich angeordnetes Falschdrallelement zum Erteilen (z.B. Erzeugen) einer Falschdrehung in der Garnstruktur, um eine abschnittsweise verdrehte Garnstruktur zu erzeugen, in welcher die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden werden; eine Klemmvorrichtung (zum Beispiel Abzugswalzen), durch welche hindurch die Garnstruktur aus dem Falschdrahtbereich herausgeführt wird; und einen Aufwickler, wobei die Drehungen in der abschnittsweise verdrehten Garnstruktur zwischen der Klemmvorrichtung und dem Aufwickler aufgelöst sind, um das drehungsfreie Hybridgarn zu erzeugen.
Mittels der Vorrichtung kann ermöglicht werden, dass Hochleistungsfasern mit Thermoplastfasern mit reduzierten Schädigungen in den Hochleistungsfasern verspinnt werden können. Dabei können beispielsweise die Schädigung und/oder die Einkürzung der Hochleistungsfasern gegenüber den Ausgangslangen im Fadenbildungsprozess unter 5 % liegen.
Die hierin beschriebene Vorrichtung kann ferner die Verwendung eines hohen Anteils an Hochleistungsfasern ermöglichen, beispielsweise von wenigstens 90 % Hochleistungsfasern in dem Hybridgarn, wobei der mittels der Vorrichtung durchgeführte Spinnprozess zum Herstellen des Hybridgarns trotzt hohen Anteilen an Hochleistungsfasern immer noch stabil und zuverlässig bleiben kann (z.B. mit wenig Faserbrüchen während des Prozesses).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Falschdrallelement wenigstens eine exzentrisch rotierende Düse aufweisen, wobei die verdrehte Garnstruktur eine Verdichtung aufweisen kann, deren Größe mittels Variierens des Düsendurchmessers und/oder der Drehzahl der wenigstens einen Düse definiert werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann ein drehungsfreies Hybridgarn aufweisend Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern bereitgestellt werden, wobei die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern an ihrer Oberfläche stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden sind.
Dadurch, dass die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern an ihrer Oberfläche stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden sind, kann eine zuverlässige und stabile Verbindung zwischen den Thermoplastfasern und den Hochleistungsfasern ermöglicht werden. Somit können die Faser-Faser-Haftung und die Festigkeit des daraus resultierenden Hybridgarns erhöht werden.
Ausführungsformen sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3A-C schematische Seitenansichten der Vorrichtung der 2, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung wird der Begriff „drehungsfrei“ bezüglich des Hybridgarns beispielsweise so verstanden, dass das Hybridgarn eine Drehung aufweist, welche gleich 0 T/m oder geringer als 0,5 T/m (Drehung pro Meter) ist. Beispielweise kann die Drehung der Faserverband des Hybridgarns in einem Bereich von 0 T/m bis 0,5 T/m liegen, beispielsweise 0,2 T/m, beispielsweise 0,1 T/m, beispielsweise 0,05 T/m. Dabei können die Fasern im Wesentlichen beispielsweise parallel zueinander sein.
Im Rahmen dieser Beschreibung wird der Begriff „Hochleistungsfasern“ - High Performance Fibers - (auch Hochfestfasern und/oder Hochmodulfasern genannt) so verstanden, dass es sich dabei um Fasern handelt, welche sich durch ihre überlegenen Eigenschaften im Vergleich zu den traditionellen Textilfasern auszeichnen. Hochleistungsfasern haben hohe Module (beispielsweise von 100 GPa bis 650 GPa), hohe Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht (beispielsweise von 2 GPa bis 6 GPa), hohe Chemikalien-, Korrosions- und Temperaturbeständigkeit.
Im Rahmen dieser Beschreibung wird der Begriff „Faserstruktur“ verwendet, um ein Faserband vor der Thermostabilisierung und Falschdrahterteilung zu bezeichnen. Der Begriff „Garnstruktur“ wird im Rahmen dieser Beschreibung verwendet, um die Faserstruktur zu bezeichnen, in welchem die Thermoplastfasern angeschmolzen oder aufgeschmolzen sind, oder die Thermoplastfasern wenigstens teilweise mit den Hochleistungsfasern stoffschlüssig angebunden sind. Beispielsweise kann die Faserstruktur in das Thermomodul eingeführt werden, wobei die Garnstruktur aus dem Thermomodul herausgeführt werden kann.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine wenigstens teilweise stoffschlüssige Verbindung während des Verfahrens zwischen den Hochleistungsfasern und den Thermoplastfasern ausgebildet. Das wenigstens teilweise stoffschlüssige Anbinden, Verbinden bzw. Fixieren kann in verschiedenen Ausgestaltungen mittels eines schlüssigen Verbindungsmittels, beispielsweise welches aufgrund der Schmelzeigenschaften des Materials der Thermoplastfasern, realisiert werden. Dabei können die Thermoplastfasern als Matrix für die Hochleistungsfasern ausgebildet werden.
Der Grad des schlüssigen Fixierens kann eine Funktion der Benetzung des verflüssigten bzw. angeschmolzenen Materials der Thermoplastfasern auf den Hochleistungsfasern sein. Allgemein ist die Benetzung ein Verhalten von Flüssigkeiten bei Kontakt mit der Oberfläche von Festkörpern. Der Grad des schlüssigen Fixierens kann beispielsweise auch als Benetzbarkeit bezeichnet werden oder Klebbarkeit oder ähnliches bezeichnet werden.
1 veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100 zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns 9 ein Erwärmen 104 einer Faserstruktur 7 (z.B. auch Faserband, Krempelband oder Streckenband genannt) aufweisen. Die Faserstruktur 7 kann Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern aufweisen. Beim Erwärmen 104 der Faserstruktur 7 (z.B. durch thermisches Aktivieren der Thermoplastfasern) kann eine Garnstruktur 8 mit angeschmolzenen Thermoplastfasern gebildet werden. Bei den angeschmolzenen Thermoplastfasern kann beispielsweise die Oberfläche der Thermoplastfasern zumindest teilweise geschmolzen werden. Beispielsweise kann der Kern der Thermoplastfasern dabei nicht geschmolzen oder nur teilweise aufgeschmolzen werden.
Das Verfahren 100 kann ferner ein Erteilen einer Falschdrehung 106 in der Garnstruktur 8 aufweisen, um dadurch eine abschnittsweise innerhalb eines Falschdrahtbereichs 10 verdrehte Garnstruktur 8 zu erzeugen, in welcher die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden werden, um das drehungsfreie Hybridgarn 9 außerhalb des Falschdrahtbereichs 10 zu erzeugen.
Aufgrund des Erteilens (z.B. Erzeugen) der Falschdrehung werden Drehungen in dem hergestellten Hybridgarn oder in der hergestellten Garnstruktur 8 eliminiert. Durch die Eliminierung der Drehung können Schädigung in den Fasern reduziert werden, und die Orientierung der Fasern in der Garnstruktur 8 können verbessert werden.
Durch das Verbinden der Hochleistungsfasern mit den angeschmolzenen oder partiell aufgeschmolzenen Thermoplastfasern kann ferner die Faser-zu-Faser-Haftung erhöht werden, sodass die Stabilität des Herstellungsverfahrens 100, beispielsweise des Spinnprozesses, gewährleitstet und die Festigkeit der Garnstruktur 8 erhöht werden kann.
Somit kann ein stabiler und zuverlässiger Prozess realisiert werden, welcher ermöglicht, drehungsfreie und schädigungsarme Hybridgarne aus Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern herzustellen, welche eine hohe Faserorientierung und hohe mechanische Eigenschaften aufweisen.
Dadurch können die aus diesen durch das erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hybridgarnen resultierenden Verbundstoffe hohe mechanischen Eigenschaften und ein hohes Leistungsvermögen aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erteilen der Falschdrehung 106 ein zeitweises Verdrehen der Garnstruktur 8 und ein Auflösen der Verdrehung der zeitweise verdrehten Garnstruktur 8 aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Faserstruktur und/oder die Garnstruktur 8 innerhalb des Falschdrahtbereich 10 vorübergehend (über einen bestimmten Zeitraum oder über eine bestimmte Dauer) verdreht werden. Beispielsweise kann der Zeitraum so definiert werden, bis die Thermoplastfasern mit den Hochleistungsfasern wenigstens teilweise stoffschlüssig angebunden oder verbunden sind, beispielsweise sodass die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Thermoplastfasern und den Hochleistungsfasern stabil ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Fasern innerhalb des Falschdrahtbereichs 10 eine Drehung aufweisen, welche von 1 T/m bis 20 T/m betragen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Faserstruktur 7 nach dem Streckwerk 1 in dem Falschdrahtbereich 10 eingebracht werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die abschnittsweise verdrehte Garnstruktur 8 in eine Klemmvorrichtung 5 (z.B. auch Abzugswalzer genannt) aus dem Falschdrahtbereich 10 unverdreht (z.B. drehungsfrei) hindurch herausgeführt werden. Ein Falschdrallelement 3 (z.B. ein Falschdrehungsgeber erzeugt den gewünschten Falschdrall bzw. die gewünschte Falschdrehung und erzeugt den Falschdraht) zum Erzeugen der Falschdrehung in der Faserstruktur 7 kann in dem Falschdrahtbereich 10, beispielsweise zwischen der Streckwerk 1 und der Klemmvorrichtung 5, angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erwärmen 104 berührungsfrei mittels eines Thermomoduls 2 (z.B. auch Thermostabilisierungsmodul genannt) erfolgen. Dabei kann das Thermomodul 2 eingerichtet sein, die Faserstruktur 7 in dem Falschdrahtbereich 10 zu erwärmen.
Dadurch kann ermöglicht werden, dass die Faserstruktur 7 oder die Garnstruktur 8 bereits beim Anschmelzen der Thermoplastfasern verdreht werden kann, sodass sich die Oberfläche der Thermoplastfasern in ihrem angeschmolzenen Zustand mit der Oberfläche der Hochleistungsfasern, welche beispielsweise in körperlichen Kontakt mit der angeschmolzenen Oberfläche der Thermoplastfasern steht, stoffschlüssig verbinden kann. Außerdem kann die Rotation der Garnstruktur ein gleichzeitiges Aufschmelzen der thermoplastischen Komponenten gewährleistet werden, und dadurch eine gleichmäßige Garnstruktur. Die Eigenschaften der somit hergestellten Garnstruktur können dadurch beeinflusst sein, dass die Falschdrahterteilung und die Thermostabilisierung gleichzeitig stattfinden. Eine Aufdrehung des Falschdrahts kann beispielsweise durch das Thermostabilisieren beeinflusst sein.
Dadurch kann eine zuverlässige, gleichmäßige und stabile Verbindung zwischen den Thermoplastfasern und den Hochleistungsfasern ermöglicht werden. Somit kann die Faser-Faser-Haftung, beispielsweise nach einem Kühlungsprozess der Fasern, und die Festigkeit des daraus resultierenden Hybridgarns erhöht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Thermomodul 2 wenigstens die Thermoplastfasern bei einer Temperatur in einem Bereich von 80 °C bis 600 °C aufwärmen oder erhitzen, beispielsweise von 100 °C bis 250 °C, beispielsweise von 180 °C bis 220 °C. In verschiedenen Ausführungsformen kann das berührungsfreie Erwärmen 104 mittels Wärmeeintrag durch Infrarotstrahlern, Induktion, Wasserdampf, Heißlüfte, Heizquelle und/oder dergleichen erfolgen. Dabei kann der Schmelzgrad der Thermoplastfasern durch Einstellen der Intensität der Wärmequelle variiert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Thermomodul 2 zwischen dem Streckwerk 1 und der Klemmvorrichtung 5, beispielsweise zwischen dem Streckwerk 1 und dem Falschdrallelement 3, angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100 vor dem Erwärmen 104 einen Schritt des Verstreckens 102 der Faserstruktur 7, beispielsweise mittels des Streckwerks 1, aufweisen. Mittels des Streckwerks 1 kann die Faserstruktur 7 zu einer vordefinierten Feinheit verstreckt werden. Dabei kann die vordefinierte Feinheit in einem Bereich bis 7000 tex liegen, beispielsweise von 1000 tex bis 2400 tex.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 100 nach dem Erzeugen der Falschdrehung 106 einen Schritt des Aufwickelns 108 des drehungsfreien Hybridgarns 9 (z.B. der fertiggestellten Garnstruktur) aufweisen. Dabei kann das drehungsfreie Hybridgarn 9 mittels eines außerhalb des Falschbereichs 10 angeordneten Aufwicklers 6 aufgewickelt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Aufwickler 6 beispielsweise derart eingerichtet sein, dass das Aufwickeln 108 des drehungsfreien Hybridgarns 9 tangential erfolgt.
Dadurch kann ermöglicht werden, dass die Belastung beim Spinnen reduziert werden kann. Somit können Schädigungen in dem drehungsfreien Hybridgarns 9 weiter reduziert werden.
2 veranschaulicht eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die hierin beschriebene Vorrichtung kann beispielsweise zum Durchführen des in der 1 beschriebenen Verfahrens verwendet werden, wobei die Bestandteile der hierin beschriebenen Vorrichtung für das in der 1 beschriebene Verfahren ausgebildet, konfiguriert und/oder eingerichtet werden können. Umgekehrt können die Eigenschaften, Konfigurationen, Einrichtungen der hierin beschriebenen Vorrichtung und des damit hergestellten Hybridgarns auf das in der 1 beschriebene Verfahren übertragen werden.
3A-C veranschaulicht schematische Seitenansichten der Vorrichtung der 2, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Die Vorrichtung zum Herstellen des drehungsfreien Hybridgarns 9 kann einen Falschdrahtbereich 10, ein dem Streckwerk 1 zum Einführen einer Faserstruktur 7 in den Falschdrahtbereich 10, und eine Klemmvorrichtung 5 aufweisen, durch welche hindurch die Garnstruktur 8 aus dem Falschdrahtbereich 10 herausgeführt werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Falschdrahtbereich 10 als Bereich zwischen dem Streckwerk 1 und der Klemmvorrichtung 5 definiert sein.
Die Vorrichtung kann ferner ein in dem Falschdrahtbereich 10 angeordnetes Thermomodul 2 zum Erwärmen der Faserstruktur 7, um die oben beschriebenen Garnstruktur 8 mit angeschmolzenen Thermoplastfasern zu bilden, und ein in dem Falschdrahtbereich 10 angeordnetes Falschdrallelement 3 zum Erzeugen der Falschdrehung der Garnstruktur 8, um eine abschnittsweise verdrehte Garnstruktur 8 zu erzeugen aufweisen, in welcher die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden werden.
Die Vorrichtung kann ferner einen Aufwickler 6 aufweisen. Die Vorrichtung kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass die Drehungen in der abschnittsweise verdrehten Garnstruktur 8 zwischen der Klemmvorrichtung 5 und dem Aufwickler 6 aufgelöst sind, um das drehungsfreie Hybridgarn 9 zu erzeugen.
Mittels der Vorrichtung kann ermöglicht werden, dass Hochleistungsfasern mit Thermoplastfasern mit reduzierten Schädigungen in den Hochleistungsfasern verspinnt werden können. Dabei können beispielsweise die Schädigung und/oder die Einkürzung der Hochleistungsfasern gegenüber den Ausgangslangen im Fadenbildungsprozess unter 5 % liegen.
Dadurch kann ermöglicht werden, dass Hochleistungsfasern mit Thermoplastfasern mit reduzierten Schädigungen in den Hochleistungsfasern verspinnen werden können. Dabei können beispielsweise die Schädigung und/oder die Einkürzung der Hochleistungsfasern gegenüber den Ausgangslangen im Fadenbildungsprozess unter 5 % liegen.
Die hierin beschriebene Vorrichtung kann ferner die Verwendung eines hohen Anteils an Hochleistungsfasern ermöglichen, beispielsweise von wenigstens 90 % Hochleistungsfasern in dem Hybridgarn, wobei der Spinnprozess zum Herstellen des Hybridgarns trotzt hohen Anteilen an Hochleistungsfasern immer noch stabil und zuverlässig bleiben kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen die Vorrichtung ferner ein Streckwerk 1 aufweisen, welcher eingerichtet ist, die Faserstruktur7 vor dem Erwärmen zu einer vordefinierten Feinheit zu verstrecken. Die Vorrichtung kann den Vorteil haben, dass die Feinheit der Faserstruktur 7 über ein breites Spektrum (z.B. Bereich) eingestellt oder variiert werden kann. Dabei kann die vordefinierte Feinheit in einem Bereich bis 7000 tex liegen, beispielsweise von 1000 tex bis 2400 tex, abhängig von den vorgesehenen oder gewünschten Anwendungen des Hybridgarns.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Falschdrallelement 3 wenigstens eine exzentrisch rotierende Düse 4 aufweisen. Wie in den 3A-3C gezeigt, kann das Falschdrallelement 3 beispielsweise zwei exzentrisch rotierende Düsen 4 (Einlauf- und Auslaufdüsen) aufweisen. Dabei können die zwei exzentrisch rotierenden Einlauf- und Auslaufdüsen 4 beispielsweise derart eingerichtet sein, dass sie sich in entgegengesetzten Richtungen drehen können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können sich die exzentrisch rotierenden Einlauf- und Auslaufdüsen 4 mit der gleichen Drehzahl drehen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Falschdrallelement 3 derart ausgebildet sein, dass die Größe des Düsendurchmessers und/oder der Drehzahl der wenigstens einen Düse 4 variiert werden kann. Mittels der Größe des Düsendurchmessers und/oder der Drehzahl der wenigstens einen Düse 4 kann die Verdichtung der verdrehten Garnstruktur 8 definiert oder bestimmt werden. Beispielsweise kann die Größe des Düsendurchmessers der wenigstens einen Düse 4 in einem Bereich von 0,2 mm bis 5 mmm liegen. Alternativ oder zusätzlich kann die Drehzahl der wenigstens einen Düse 4 in einem Bereich bis 200 U/min.
Da die Verdichtung der verdrehten Garnstruktur 8 abhängig von dem Düsendurchmesser und/oder der Drehzahl der wenigstens einen Düse 4 ist, kann das Variierens des Düsendurchmessers und/oder der Drehzahl der wenigstens einen Düse 4 beispielsweise ermöglichen, dass die Verdichtung der verdrehten Garnstruktur 8 verändert werden kann, beispielsweise je nach Wunsch und/oder Bedarf.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die wenigstens eine Düse 4 derart eingerichtet sein, dass die wenigstens eine Düse 4 auf die Außenseite oder die Oberfläche der Garnstruktur 8 rutschen kann. Dabei kann es beispielsweise um ein loses Anfassen der Garnstruktur 8 von der wenigstens einen Düse 4 handelt, beispielsweise wie eine Außenreibung. Dadurch, dass die Garnstruktur 8 nicht fest verdreht wird, können weitere Schädigungen in der Garnstruktur 8 reduziert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zeitweise verdrehte Garnstruktur eine Falschdrehung in von 1 T/m bis 20 T/m aufweisen. Beispielsweise kann die Höhe der Falschdrehung in der zeitweise verdrehten Garnstruktur mittels der Düsendrehzahl und der Geometrie der wenigstens einen Düse 4 eingestellt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Aufwickler 6 derart eingerichtet sein, dass das drehungsfreie Hybridgarn 9 auf den Aufwickler 6 tangential aufgewickelt werden kann. Somit kann beispielsweise sichergestellt werden, dass das Hybridgarn 9 drehungsfrei bleiben kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann ein drehungsfreies Hybridgarn 9 bereitgestellt werden. Das drehungsfreies Hybridgarn 9 kann Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern aufweisen oder daraus bestehen, wobei die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern an ihrer Oberfläche stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden oder verbunden sind. Beispielsweise kann das drehungsfreie Hybridgarn 9 mittels des in der 1 beschriebenen Verfahrens und/oder der in den 2, 3A-3C beschriebenen Vorrichtung gebildet werden.
Dadurch, dass die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern an ihrer Oberfläche stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden sind, kann eine zuverlässige und stabile Verbindung zwischen den Thermoplastfasern und den Hochleistungsfasern ermöglicht werden. Somit können die Faser-Faser-Haftung und die Festigkeit des daraus resultierenden Hybridgarns erhöht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Anteil von Thermoplastfasern in dem Hybridgarn in einem Bereich von 0,5 Gew.-% bis 90 Gew.-%, beispielsweise 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% liegen, Alternativ oder zusätzlich kann der Anteil von Hochleistungsfasern in dem Hybridgarn wenigstens 90 Gew.-% betragen, beispielsweise in einem Bereich von 90 Gew.-% bis 99,5 Gew.-%, beispielsweise von 95 Gew.-% bis 99 Gew.-%.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Hochleistungsfasern in dem drehungsfreien Hybridgarn 9 eine durchschnittliche Faserlänge aufweisen, welche wenigstens 40 mm betragen kann. Beispielsweise kann die durchschnittliche Faserlänge in einem Bereich von 40 mm bis 300 mm liegen, beispielsweise von 60 mm bis 90 mm.
Dadurch, dass die durchschnittliche Faserlänge der Hochleistungsfasern im Vergleich zu der Ausgangsfaserlänge ungefähr gleich erhalten wird oder in einem niedrigen Umfang verkürzt wird, kann ein Hybridgarn gebildet werden, welches ermöglicht, dass die daraus resultierenden Verbundwerkstoffe verbesserte mechanischen Eigenschaften aufweisen können. Beispielsweise können mittels des hiermit beschriebenen drehungsfreien Hybridgarns Verbundwerkstoffe hergestellt werden, welche beispielsweise Festigkeiten in einem Bereich von 1000 MPa bis 1500 MPa, und E-Modulen in einem Bereich von 80 GPa bis 120 MPa aufweisen können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das drehungsfreie Hybridgarn 9 eine Drehung aufweisen, welche geringer als 0,5 T/m (Drehung pro Meter) sein kann. Beispielsweise kann die Drehung des Hybridgarns in einem Bereich von 0 T/m bis 1 T/m oder 0 T/m bis 0,5 T/m oder 0 T/m bis 0,25 T/m (Drehung pro Meter) liegen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Beispiele von Hochleistungsfasern Polyaromatische Faserstoffe (z. B. PPTA, PEEK, PPS), Polyheterocyclische Faserstoffe (z. B. PEI, PBI und PI), Homoaliphatische Faserstoffe (z. B. HPPE, PTFE, hochfestes PAN), Kohlenstoff-, mineralische (Glas) bzw. keramische und metallische Faserstoffe sein. Beispielsweise können die Hochleistungsfasern Kohlenstoff-Fasern aufweisen oder daraus bestehen, beispielsweise recycelten Kohlenstoff-Fasern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Beispiele von Thermoplastfasern, Polyamide (PA 6, PA 6.6), Polypropen (PP), Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS) oder Mischungen davon sein.
Im Folgenden werden einige Beispiele beschrieben, die sich auf das hierin Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns gemäß dem Patentanspruch 1, das Verfahren unter anderem aufweisend Erwärmen einer Faserstruktur, wobei die Faserstruktur Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern aufweist, zum Bilden einer Garnstruktur mit angeschmolzenen Thermoplastfasern; und Erzeugen (z.B. Erteilen) einer Falschdrehung in der Garnstruktur, um dadurch eine abschnittsweise innerhalb eines Falschdrahtbereichs verdrehte Garnstruktur zu erzeugen, in welcher die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden werden, um das drehungsfreie Hybridgarn außerhalb des Falschdrahtbereichs zu erzeugen.
In Beispiel 2 kann das Verfahren gemäß Beispiel 1 ferner optional eingerichtet sein, dass das Erzeugen der Falschdrehung ein zeitweises Verdrehen der Garnstruktur und ein Auflösen der Verdrehung der zeitweise verdrehten Garnstruktur aufweist.
In Beispiel 3 kann das Verfahren gemäß Beispiel 1 oder 2 ferner optional eingerichtet sein, dass die Faserstruktur mittels mindestens einer Walzenanordnung in dem Falschdrahtbereich eingebracht wird, wobei die abschnittsweise verdrehte Garnstruktur in eine Klemmvorrichtung aus dem Falschdrahtbereich unverdreht hindurch herausgeführt wird, und wobei ein Falschdrallelement zum Erteilen (z.B. Erzeugen) der Falschdrehung in der Faserstruktur oder in der Garnstruktur in dem Falschdrahtbereich angeordnet ist.
In Beispiel 4 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 3 ferner optional eingerichtet sein, dass das Erwärmen berührungsfrei mittels eines Thermomoduls erfolgt, gegebenenfalls bei einer Temperatur in einem Bereich von 80 °C bis 600 °C, wobei das Thermomodul eingerichtet ist, die Faserstruktur in dem Falschdrahtbereich zu erwärmen.
In Beispiel 5 kann das Verfahren gemäß Beispiel 4 in Kombination mit Beispiel 3 ferner optional eingerichtet sein, dass das Thermomodul zwischen der Walzenanordnung und dem Falschdrallelement angeordnet ist.
In Beispiel 6 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 5 ferner optional eingerichtet sein, dass die Hochleistungsfasern Kohlenstoff-Fasern aufweisen oder daraus bestehen, gegebenenfalls wobei die Kohlenstoff-Fasern recycelten Kohlenstoff-Fasern sind.
In Beispiel 7 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 6 ferner optional eingerichtet sein, dass die Faserstruktur vor dem Erwärmen mittels eines Streckwerks zu einer vordefinierten Feinheit verstreckt wird, gegebenenfalls wobei die vordefinierte Feinheit in einem Bereich bis 7000 tex liegt.
In Beispiel 8 kann das Verfahren gemäß den Beispielen 1 bis 7 ferner optional eingerichtet sein, dass das drehungsfreie Hybridgarn mittels eines außerhalb des Falschbereichs angeordneten Aufwicklers tangential aufgewickelt wird.
Beispiel 9 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns gemäß dem Patenanspruch 9, die Vorrichtung unter anderem aufweisend: einen Falschdrahtbereich; eine Walzenanordnung zum Einführen einer Faserstruktur in den Falschdrahtbereich, wobei die Faserstruktur Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern aufweist; ein in dem Falschdrahtbereich angeordnetes Thermomodul zum Erwärmen der Faserstruktur, um eine Garnstruktur mit angeschmolzenen Thermoplastfasern zu bilden; ein in dem Falschdrahtbereich angeordnetes Falschdrallelement zum Erteilen der Falschdrehung in der Garnstruktur, um eine abschnittsweise verdrehte Garnstruktur zu erzeugen, in welcher die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden werden; eine Klemmvorrichtung, durch welche hindurch die Garnstruktur aus dem Falschdrahtbereich herausgeführt wird; und einen Aufwickler, wobei die Drehungen in der abschnittsweise verdrehten Garnstruktur zwischen der Klemmvorrichtung und dem Aufwickler aufgelöst sind, um das drehungsfreie Hybridgarn zu erzeugen.
In Beispiel 10 kann die Vorrichtung gemäß Beispiel 9 ferner optional eingerichtet sein, dass die Vorrichtung ferner ein Streckwerk aufweist, welcher eingerichtet ist, die Faserstruktur vor dem Erwärmen zu einer vordefinierten Feinheit zu verstrecken.
In Beispiel 11 kann die Vorrichtung gemäß Beispiel 9 oder 10 ferner optional eingerichtet sein, dass das Falschdrallelement wenigstens eine exzentrisch rotierende Düse aufweist, wobei die verdrehte Garnstruktur eine Verdichtung aufweist, deren Größe mittels Variierens des Düsendurchmessers und/oder der Drehzahl der wenigstens einen Düse definiert werden kann.
In Beispiel 12 kann die Vorrichtung gemäß den Beispielen 9 bis 11 ferner optional eingerichtet sein, dass der Aufwickler derart eingerichtet ist, dass das drehungsfreie Hybridgarn auf den Aufwickler tangential aufgewickelt wird.
Beispiel 13 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 1 bis 12, wobei ein drehungsfreies Hybridgarn erzeugt wird, das Hybridgarn aufweisend Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern, wobei die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern an ihrer Oberfläche stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden sind.
In Beispiel 14 kann das drehungsfreie Hybridgarn gemäß Beispiel 13 ferner optional eingerichtet sein, dass der Anteil von Thermoplastfasern in dem Hybridgarn in einem Bereich von 0,5 % bis 90 %, 0,5 % bis 70 %, 0,5 % bis 50 %, 0,5 % bis 20 %, 0,5 % bis 10 %, beispielsweise 1 % bis 5 % liegt, und/oder wobei der Anteil von Hochleistungsfasern in dem Hybridgarn wenigstens 10 %, 30 %, 50 %, 80 %, 90 % beträgt.
In Beispiel 15 kann das drehungsfreie Hybridgarn gemäß Beispiel 13 oder 14 ferner optional eingerichtet sein, dass die Hochleistungsfasern in dem drehungsfreien Hybridgarn eine durchschnittliche Faserlänge aufweisen, welche wenigstens 40 mm beträgt, gegebenenfalls wobei die durchschnittliche Faserlänge in einem Bereich von 40 mm bis 300 mm liegt.

Claims

Verfahren (100) zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns (9), das Verfahren aufweisend: - Erwärmen (104) einer Faserstruktur (7), wobei die Faserstruktur (7) Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern aufweist, zum Bilden einer Garnstruktur (8) mit angeschmolzenen Thermoplastfasern; und - Erzeugen einer Falschdrehung (106) in der Garnstruktur (8), um dadurch eine abschnittsweise innerhalb eines Falschdrahtbereichs (10) verdrehte Garnstruktur (8) zu erzeugen, in welcher die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden werden, um das drehungsfreie Hybridgarn (9) außerhalb des Falschdrahtbereichs (10) zu erzeugen, - wobei das Erzeugen der Falschdrehung (106) ein zeitweises Verdrehen der Garnstruktur (8) und ein Auflösen der Verdrehung der zeitweise verdrehten Garnstruktur (8) aufweist.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die Faserstruktur (7) in dem Falschdrahtbereich (10) eingebracht wird, wobei die abschnittsweise verdrehte Garnstruktur (8) in eine Klemmvorrichtung (5) aus dem Falschdrahtbereich (10) unverdreht hindurch herausgeführt wird, und wobei ein Falschdrallelement (3) zum Erzeugen der Falschdrehung in der Garnstruktur (8) in dem Falschdrahtbereich (10) angeordnet ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Erwärmen berührungsfrei mittels eines Thermomoduls (2) erfolgt, gegebenenfalls bei einer Temperatur in einem Bereich von 80 °C bis 600 °C, wobei das Thermomodul (2) eingerichtet ist, die Faserstruktur (7) in dem Falschdrahtbereich (10) zu erwärmen.
Verfahren (100) nach Anspruch 2 in Kombination mit Anspruch 3, wobei das Thermomodul (2) zwischen dem Streckwerk (1) und dem Falschdrallelement (3) angeordnet ist.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hochleistungsfasern Kohlenstoff-Fasern aufweisen oder daraus bestehen, gegebenenfalls wobei die Kohlenstoff-Fasern recycelten Kohlenstoff-Fasern sind.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Faserstruktur (7) vor dem Erwärmen mittels eines Streckwerks (1) zu einer vordefinierten Feinheit verstreckt wird, gegebenenfalls wobei die vordefinierte Feinheit in einem Bereich von 400 tex bis 7000 tex liegt
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das drehungsfreie Hybridgarn (9) mittels eines außerhalb des Falschbereichs (10) angeordneten Aufwicklers (6) tangential aufgewickelt wird.
Vorrichtung zum Herstellen eines drehungsfreien Hybridgarns (9), die Vorrichtung aufweisend: - einen Falschdrahtbereich (10); - ein dem Streckwerk (1) zum Einführen einer Faserstruktur (7) in den Falschdrahtbereich (10), wobei die Faserstruktur (7) Hochleistungsfasern und Thermoplastfasern aufweist; - ein in dem Falschdrahtbereich (10) angeordnetes Thermomodul (2) zum Erwärmen der Faserstruktur (7), um eine Garnstruktur (8) mit angeschmolzenen Thermoplastfasern zu bilden; - ein in dem Falschdrahtbereich (10) angeordnetes Falschdrallelement (3) zum Erzeugen einer Falschdrehung der Garnstruktur (8), um eine abschnittsweise verdrehte Garnstruktur (8) zu erzeugen, in welcher die Hochleistungsfasern und die Thermoplastfasern stoffschlüssig miteinander wenigstens teilweise angebunden werden; - eine Klemmvorrichtung (5), durch welche hindurch die Garnstruktur (8) aus dem Falschdrahtbereich (10) herausgeführt wird; und - einen Aufwickler (6), wobei die Drehungen in der abschnittsweise verdrehten Garnstruktur (8) zwischen der Klemmvorrichtung (5) und dem Aufwickler (6) aufgelöst sind, um das drehungsfreie Hybridgarn (9) zu erzeugen, - wobei das Falschdrallelement (3) wenigstens eine exzentrisch rotierende Düse (4) aufweist, wobei die verdrehte Garnstruktur (8) eine Verdichtung aufweist, deren Größe mittels Variierens des Düsendurchmessers und/oder der Drehzahl der wenigstens einen Düse (4) definiert werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung ferner ein Streckwerk (1) aufweist, welcher eingerichtet ist, die Faserstruktur (7) zu einer vordefinierten Feinheit zu verstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Aufwickler (6) derart eingerichtet ist, dass das drehungsfreie Hybridgarn (9) auf den Aufwickler (6) tangential aufgewickelt wird.