DE19910201A1

DE19910201A1 - Warp fiber-web useful for the production of engine covers, surf boards and body armor, comprises a layer of laterally stretched parallel oriented fiber bundles bonded to an adhesive fiber mesh.

Info

Publication number: DE19910201A1
Application number: DE1999110201
Authority: DE
Inventors: Richard Pott
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2000-09-14

Abstract

A warp fiber-web (I) comprises one or more layers of laterally stretched and mechanically thinned, parallel oriented fiber bundles (II) that are bonded on at least one face to an adhesive fiber mesh (III).

Description

Die Erfindung stellt eine Kettfaden-Faserschicht dar, bei der zugeführte, relativ dicke Faserbündel, z. B. bei der Verarbeitung von Kohlenstoffasern mit einer Dicke von 24.000 bis 48.000 Einzelfilamenten, ausgedünnt und breitgestreckt werden, so daß eine relativ dünne Kettfaden-Faserschicht entsteht, die anschließend mit einem Haftfadengitter vollflächig verbunden wird. Ein mehrschichtiger Aufbau ist einsatzzweck-entsprechend auch unter Veränderung der Zuordnungswinkel möglich.The invention represents a warp thread fiber layer, in the supplied, relatively thick fiber bundles, for. B. when processing carbon fibers with a thickness of 24,000 to 48,000 individual filaments, be thinned and stretched out so that a relatively thin warp fiber layer is formed, the is then completely connected with an adhesive thread grid. A multi-layer structure is Depending on the application, it is also possible by changing the assignment angle.

Sogenannte Unidirektional-Gelege, ('UD's), sind seit einigen Jahren für die Nutzung ihrer herausragenden physikalischen Möglichkeiten bekannt und berühmt; sie sind jedoch auch durch verschiedene Mängel gekennzeichnet, die die Erfindung gänzlich vermeidet. Umfangreiche Recherchen nach dem Stand der Technik haben ergeben, daß die erfinderischen Merkmale bisher an keiner Stelle vorgefunden wurden und damit neuheitsschädlich wären. Da es sich bei den vorliegenden Textilgebilden ausschließlich um parallel ausgerichtete Kettfäden ohne Schußfäden handelt, wäre es richtiger, sie anstatt als Unidirektional-Gelege oder Laminat mit Kettfaden-Faserschicht zu bezeichnen.So-called unidirectional fabrics, ('UD's), have been in use for some years known and famous for outstanding physical possibilities; however, they are also through characterized various deficiencies, which the invention completely avoids. Extensive research according to the prior art have shown that the inventive features have not been found anywhere were found and would be harmful to novelty. Since it is in the present textile structures only warp threads aligned in parallel without weft threads, it would be more correct to use them instead of being called a unidirectional scrim or laminate with a warp fiber layer.

So stellt die EP 0 683 374 A1 ein mehrschichtiges ballistisches Laminat aus unidirektional orientierten Faserbündeln ohne Ausdünnung mit einem thermoplastischen Film als Verbindungsschicht dar. Es ist kein Haftfadengitter benannt, ja es wird ausdrücklich auf Haftvermittler verzichtet.
Die Schrift US 5635288 beschreibt ein mehrschichtiges Composit aus unidirektional orientierten Faserbündeln ebenfalls unter Verzicht auf Haftvermittler.
Die Schrift US 5547536 beschreibt ebenfalls eine ballistische Laminatsstruktur aus unidirektional orientierten Faserbündeln; auch hier wird ein thermoplastischer Film vorgeschlagen. Während hier die ganze Faserstruktur beheizt wird, verbindet der schmelzende Film die einzelnen Schichten.
Die Schrift US 4213812 beschreibt die Verbindung mehrerer Filnischichten zu einem Laminat ohne die Verwendung von Haftvermittlern, allein nur durch Beheizung.
Die Schrift US 4916000 beschreibt ein Composit, bestehend aus einer oder mehrerer Schichten eines Netzwerkes aus hochzugfesten Filamenten unter Benennung verschiedener Beispiele als impact resistentes Composit. Insbesondere sind hierbei die physikalischen Daten der verwendeten Fasern selbst aufgezählt. Es wird kein Haftfadengitter verwendet.For example, EP 0 683 374 A1 represents a multi-layer ballistic laminate made of unidirectionally oriented fiber bundles without thinning with a thermoplastic film as the connecting layer. No adhesive thread grid is named, in fact there is no adhesion promoter.
The document US 5635288 describes a multilayer composite made of unidirectionally oriented fiber bundles, also without the use of adhesion promoters.
The document US 5547536 also describes a ballistic laminate structure made of unidirectionally oriented fiber bundles; a thermoplastic film is also proposed here. While the entire fiber structure is heated here, the melting film connects the individual layers.
The document US 4213812 describes the connection of several film layers to a laminate without the use of adhesion promoters, only by heating.
The document US 4916000 describes a composite consisting of one or more layers of a network of high-tensile filaments with the naming of various examples as an impact-resistant composite. In particular, the physical data of the fibers used are enumerated. No adhesive thread grid is used.

Ein Haftfadengitter ist bekannt aus EP 0768167 A2. Hier wird es verwendet für die punktuelle, also nicht vollflächige Verklebung von jeweils 2 Faserschichten für deren Verbindung zu einem 45-Grad- Verstärkungsfaser-Gelege. Die Aufgabenstellung und die Lösung sind anders, als bei der vorliegenden Erfindung, wo eine vollflächige Bindung im Hinblick auf den Einsatzzweck unerläßlich ist.An adhesive thread grid is known from EP 0768167 A2. Here it is used for the punctual, ie not full-surface bonding of 2 fiber layers each for their connection to a 45-degree Reinforcing fiber fabrics. The task and the solution are different from the present one Invention where a full-surface bond is essential with regard to the purpose.

Dem aktuellen technischen Stand am Nächsten kommend, dürfte die EP 072453 sein. Hier handelt es sich ebenfalls um ein Verfahren nebst Vorrichtung zur Herstellung eines Geleges. Auch hier werden Fasern in unidirektionaler Orientierung, unter Zurhilfenahme einer Trägerbahn, durch lose Haftfäden verbunden. Die einzigen Gemeinsamkeiten mit der erfindungsgemäßen Kettfaden-Faserschicht sind die ebenfalls unidirektionale Faserorientierung und die Ausdünnung der Ausgangsfaserbündel. Die erheblichen Nachteile jedoch sind die sehr hohe Kosten verursachende diskontinuierliche Vorfertigung der Trägerbahn mit den aufgesetzten Haftfäden sowie die insgesamt zu hohen Gesamt- Herstellungskosten, wo in der Praxis selbstklebende Vliesstreifen in Abständen zunächst auf die Trägerbahn geklebt und später auf das lose Gelege übertragen werden. In der praktischen Anwendung wirken sich die Nachteile sehr gravierend aus, da sich auf diese Weise, abgesehen von den zu hohen Herstellungskosten, kein Gelege mit der dringend erforderlichen glatten Oberfläche herstellen läßt, da die Einzelfilamente nicht unter der erforderlich gleichmäßigen Zugspannung gehalten werden können. Der Grund für die Nachteile ist das Fehlen einer vollflächigen Fixierung aller die Kettfaden-Faserschicht bzw. das Gelege bildenden Filamente. Ein mehrschichtiger Aufbau ist ebenfalls nicht möglich, aber den heutigen Erfordernissen entsprechend dringend erforderlich.The closest to the current state of technology is EP 072453. Here it is is also a method together with a device for producing a scrim. Also be here Fibers in unidirectional orientation, with the help of a carrier web, through loose adhesive threads connected. The only similarities with the warp fiber layer according to the invention are also unidirectional fiber orientation and thinning of the output fiber bundle. The However, considerable disadvantages are the discontinuous prefabrication, which is very expensive the carrier web with the attached adhesive threads as well as the overall excessively high Manufacturing costs, where in practice self-adhesive fleece strips at intervals at first Carrier web glued and later transferred to the loose fabric. In practical application The disadvantages have a very serious effect, since this way, apart from the too high Manufacturing costs, no scrim with the urgently required smooth surface can be made because the individual filaments cannot be held under the required uniform tension. The reason for the disadvantages is the lack of a full-surface fixation of all the warp fiber layer or the lay-up filaments. A multilayer structure is also not possible, but that urgently required according to today's requirements.

Die Erfindung und ihr Grundgedanke haben es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, möglichst alle zuvor beschriebenen Unzulänglichkeiten zu vermeiden und ein fortschrittliches, universell verwendbares und kostengünstiges Produkt zu schaffen, das einen sehr großen Teil der Einsatzkriterien abdeckt. So wird z. B. ein Textil geschaffen, das in der Lage ist, die physikalischen Möglichkeiten der verwendeten Fasern infolge ihrer gleichgerichteten Orientierung, ihrer streng parallelen, eine einzige Belastungsebene bildende Faserschicht und ihrer exakten vollflächigen Fixierung aller Einzelfilamente zu fast 100% zu nutzen. Dieses ist mit keinem anderen bisher bekannten Textil möglich.The invention and its basic idea have therefore made it their task, if possible all of them beforehand to avoid the shortcomings described and an advanced, universally applicable and To create an inexpensive product that covers a very large part of the application criteria. So will e.g. B. created a textile that is capable of the physical possibilities of the fibers used due to their rectified orientation, their strictly parallel, a single stress level forming fiber layer and its exact full-surface fixation of all individual filaments to almost 100% use. This is not possible with any other previously known textile.

Durch die Verarbeitung von vorzugsweise Ausgangs-Faserbündeln mit 48.000 Einzelfilamenten aus z. B. Kohlenstoffasern wird ein bisher nicht gekanntes Preis/Leistungsverhältnis erreicht. Mit keinem anderen Verfahren ist es möglich, aus den genannten sehr preisgünstigen 48.000-Filamente-Kohlenstoff- Faserbündeln in nur einem Arbeitsgang allein durch die Ausdünnung, Breitstreckung und vollflächige Fixierung eine Kettfaden-Faserschicht mit z. B. einem Flächengewicht von 100 g/m² zu erstellen. Üblicherweise sind bei konventionellen Verfahren hierzu ca. 8-fach so teure 1.000-Filamente-Kohlenstoff- Faserbündel erforderlich. Ein ähnlich günstiges Kosten/Nutzen-Verhältnis ergibt sich auch bei der Aufbereitung von Ausgangs-Faserbündeln aus anderen Faserarten.By processing preferably starting fiber bundles with 48,000 individual filaments from z. B. carbon fibers, a previously unknown price / performance ratio is achieved. With no other method, it is possible to use the very inexpensive 48,000-filament carbon fiber bundles mentioned above in a single operation simply by means of thinning, spreading and full-surface fixation to form a warp thread fiber layer with z. B. to create a basis weight of 100 g / m ² . Conventional processes usually require approximately 8 times as expensive 1,000-filament carbon fiber bundles. A similarly favorable cost / benefit ratio also results from the processing of starting fiber bundles from other types of fibers.

Some examples of ice cream

Tragflächen, Leitwerksbeplankungen, Kabinen, Rumpfschalen, Triebwerksgondeln, Radome, Fahrwerksschächte im Flugzeugbau;
Bootsrümpfe, Surtboards, Snowboards, Skier und Sportgeräte allgemein;
LKW-Fahrerhäuser, Hauben, Deckel und andere Bauteile im Automobilbau:
Rotorblätter für Helikopter und Windgeneratoren;
ballistischer Schutz für Polizei und Militär als Personenschutz sowie für Fahrzeuge in der Hard- und Softballistik.Wings, tail panels, cabins, fuselage shells, engine nacelles, radomes, landing gear shafts in aircraft construction;
Boat hulls, surtboards, snowboards, skis and sports equipment in general;
Truck cabs, hoods, covers and other components in the automotive industry:
Rotor blades for helicopters and wind generators;
Ballistic protection for the police and military as personal protection as well as for vehicles in hard and soft ballistics.

Brief description of the production

Von einem Spulenbaum oder Schärgatter werden die unverdrehten Ausgangs-Faserbündel (9), die unter Vorspannung gehalten werden, abgezogen und der Spannriegel-Vorrichtung (Fig. 8) zugeführt. Mittels der feststehenden Trommel (5) mit dem Reibbelag (5a) und der schwenkbaren und ebenfalls feststehenden Trommel (6), mit Reibbelag (6a), wird unter Anpassung der jeweiligen Umschlingungswinkel (5a und 6a) an die gewünschte Ausdünn- und Breitstreckwirkung erzielt. Durch eine extrem glatte oder aber z. B. eine orangenhautähnliche Oberfläche der beiden feststehenden Trommeln (5 und 6) bzw. im Bereich der Umschlingungswinkel (5a und 6a) angeordnet und die Spannungsveränderung durch die variablen Zu- und Abführwinkel, wird das Ausgangs-Faserbündel (9) ausgedünnt und breitgestreckt, sodaß es als nicht fixierte Kettfaden-Faserschicht (2) mit dem Haftfadengitter (1) durch Druckzuführung in Form von Zugspannung bei der Aufwicklung oder durch Druckrollen verbunden werden kann. Bereits nach der Zusammenführung der beiden Flächen (1) und (10) ist auch ohne Druckzuführung das textile Gebilde (2) eigenstabil.The untwisted output fiber bundles ( 9 ), which are held under pretension, are drawn off from a bobbin tree or warping gate and fed to the clamping bolt device ( FIG. 8). By means of the fixed drum ( 5 ) with the friction lining ( 5 a) and the swiveling and also stationary drum ( 6 ), with the friction lining ( 6 a), the respective wrap angle ( 5 a and 6 a) is adapted to the desired thinning and spreading effect achieved. By an extremely smooth or z. B. an orange peel-like surface of the two fixed drums ( 5 and 6 ) or in the area of the wrap angle ( 5 a and 6 a) and the change in tension due to the variable feed and discharge angles, the output fiber bundle ( 9 ) is thinned and spread out , so that it can be connected as a non-fixed warp thread fiber layer ( 2 ) to the adhesive thread grid ( 1 ) by pressure in the form of tensile stress during winding or by pressure rollers. Even after the two surfaces ( 1 ) and ( 10 ) have been brought together, the textile structure ( 2 ) is inherently stable even without pressure being supplied.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Kettfaden-Faserschicht wird ein Haftfadengitter (1) eingesetzt, je nach späterem Verwendungszweck in verschiedenen erfinderischen Ausgestaltungen. Vorzugsweise wird das separat vorgefertigte Fadengitter (1), bestehend aus den Längsfäden (1b) und den Verbindungs-Querfäden (1a) mit einem die Innenfläche bzw. die Zwischenräume ausfüllenden flüssigen Haftvermittler (3) auf der Basis eines Acrylsäureester-Copolymerisates oder dergleichen als kaltklebende Substanz mittels eines Auftragsrakels, einer Auftragswalze oder mittels Spritzdüsen imprägniert. Für den späteren Einsatz bei Faser-Verbundwerkstoffen genügt eine Benetzung der Längs- und Querfäden (1a und 1b), die u. a. dadurch erreicht wird, daß zunächst die Zwischenräume ausgefüllt werden. Danach wird ein Teil der Zwischenräume durch Blasdüsen im Mittenbereich von dem Haftvermittler (3) befreit.For the production of the warp thread fiber layer according to the invention, an adhesive thread grid ( 1 ) is used, depending on the later use in various inventive configurations. Preferably, the separately prefabricated thread grid ( 1 ), consisting of the longitudinal threads ( 1 b) and the connecting transverse threads ( 1 a) with a liquid adhesion promoter ( 3 ) filling the inner surface or the gaps, based on an acrylic acid ester copolymer or the like impregnated as a cold adhesive substance by means of an application knife, an application roller or by means of spray nozzles. For later use with fiber composite materials, it is sufficient to wet the longitudinal and transverse threads ( 1 a and 1 b), which is achieved, among other things, by first filling the spaces between them. Then part of the gaps is freed from the adhesion promoter ( 3 ) by blowing nozzles in the middle area.

Will man die Haftwirkung zwischen dem Haftfadengitter (1) und den ausgedünnten Ausgangs- Faserbündeln (10) verstärken, um auch feinste Filamentbestandteile bzw. deren Fragmente für z. B. ballistische Anwendungen zu binden, so empfiehlt sich eine zusätzliche Film- oder Folienklebeschicht (4) selbstklebend bzw. auf Hotmeltbasis (Fig. 3). Wichtig ist bei allen Ausgestaltungen, daß die ausgedünnten und dadurch breitgestreckten Faserbündel (10, Fig. 10) absolut vollflächig und unverschiebbar mit dem Haftfadengitter (1, Fig. 1) verbunden sind.If you want to strengthen the adhesive effect between the adhesive thread grid ( 1 ) and the thinned output fiber bundles ( 10 ), in order to even the finest filament components or their fragments for z. B. to bind ballistic applications, we recommend an additional film or foil adhesive layer ( 4 ) self-adhesive or on a hot melt basis ( Fig. 3). It is important in all configurations that the thinned and thus broad fiber bundles ( 10 , Fig. 10) are connected to the adhesive thread grid ( 1 , Fig. 1) absolutely over the entire surface and immovably.

In den Zeichnungen sind die verschiedenen Ausführungsbeispiele dargestellt,
es zeigen:The various exemplary embodiments are shown in the drawings,
show it:

Fig. 1
1 ein Haftfadengitter,
1a die Querfäden,
1b die Längsfäden Fig. 1
1 an adhesive thread grid,
1 a the cross threads,
1 b the longitudinal threads

Fig. 2 ein Haftfadengitter im Querschnitt mit
3 dem Haftvermittler in den Zwischenräumen der Quer- und Längsfäden Fig. 2 with an adhesive thread grid in cross section
3 the adhesion promoter in the spaces between the transverse and longitudinal threads

Fig. 3 ein Haftfadengitter ohne Haftvermittler in den Zwischenräumem mit
4 einer Film- oder Folien-Klebeschicht Fig. 3 with an adhesive thread grid without an adhesion promoter in the spaces
4 a film or foil adhesive layer

Fig. 4 ein Haftfadengitter im Querschnitt mit einer damit verbundenen Film- oder Folien-Klebeschicht Fig. 4 is an adhesive thread grid in cross section with an associated film or foil adhesive layer

Fig. 5 ein weiteres Haftfadengitter mit trockenen oder geringfügig benetzten Einzelfäden Fig. 5 shows another adhesive thread grid with dry or slightly wetted individual threads

Fig. 6 das vorherige Haftfadengitter im Querschnitt Fig. 6 shows the previous adhesive thread grid in cross section

Fig. 7 zeigt die fertige, erfindungsgemäße Kettfaden-Faserschicht mit
1 Haftfadengitter, entsprechend (3) dem Haftvermittler in den Zwischenräumen zwischen den Querfäden (1a) und den Längsfäden (1b)
2 die Draufsicht (2) auf die Oberseite der fertigen Kettfaden-Faserschicht Fig. 7 shows the finished, the invention warp-fiber layer shows with
1 adhesive thread grid, corresponding to ( 3 ) the adhesion promoter in the spaces between the transverse threads ( 1 a) and the longitudinal threads ( 1 b)
2 the top view ( 2 ) of the top of the finished warp thread fiber layer

Fig. 8 zeigt die Spannriegel-Vorrichtung mit
5 der oberen feststehenden Umlenk- und Spanntrommel,
5a dem Oberflächenbelag, auswechselbar, alternativ blank oder gerauht,
6 der unteren feststehenden Umlenk- und Spanntrommel, schwenkbar,
6a dem Oberflächenbelag wie 5a,
8 den beidseitigen Haltearmen für für die Umlenk- und Spanntrommeln,
9 das Ausgangs-Faserbündel vor der Ausdünnung
10 die verarbeitungsfertige Kettfaden-Faserschicht nach der Ausdünnung und Breitstreckung Fig. 8 shows the locking device with
5 of the upper fixed deflection and tension drum,
5 a the surface covering, replaceable, alternatively bare or roughened,
6 of the lower fixed deflection and tensioning drum, swiveling,
6 a the surface covering as 5 a,
8 the two-sided holding arms for the deflection and tension drums,
9 the initial fiber bundle before thinning
10 the ready-to-use warp thread fiber layer after thinning and spreading

Fig. 9
9 die noch runden und unbearbeiteten Ausgangs-Faserbündel, parallel aneinanderliegend Fig. 9
9 the still round and unprocessed output fiber bundles, lying next to each other in parallel

Fig. 10
10 die ausgedünnte und breitgestreckte Faserschicht vor der vollflächigen Fixierung durch das Haftfadengitter (1). Fig. 10
10 the thinned and broad fiber layer before the full-surface fixation by the adhesive thread grid ( 1 ).

Claims

1. warp fiber layer, characterized in that one or more layers of broad and mechanically thinned, parallel-oriented fiber bundles are connected on at least one side by means of a full-surface adhesive thread grid which binds the majority of all individual filaments.

2. warp thread fiber layer according to claim 1, characterized in that the adhesive thread grid before applying to the warp fiber layer with a permanent and film-forming adhesion promoter based on acrylic ester copolymer cold adhesive or on a hot-melt basis made of polyurethane, phenol, epoxy or a corresponding other Polymer existing adhesive is impregnated.

3. warp thread fiber layer according to claim 1, characterized in that the permanent effective adhesion promoters in the liquid state by spaced apart Diagonal and longitudinal threads, which form the adhesive thread grid, in order to increase the Connection strength of the individual layers to one another is reinforced such that the Cross section of the adhesive thread grid and the filling through the liquid adhesion promoter the same Have strength and the spaces between the diagonal and longitudinal threads are filled.

4. warp thread fiber layer according to claim 1, characterized in that the coupling agent only the diagonal and longitudinal threads are wetted and on these threads forming the adhesive thread grid, a separate, prefabricated film or foil layer is deposited.

5. warp thread fiber layer according to claim 1, characterized in that the coupling agent only the diagonal and longitudinal threads are wetted.

6. warp thread fiber layer according to claim 1, characterized in that the layer-forming Warp threads made of synthetic fibers based on aromatic polyaramid, ultra high molecular weight Polyethylene, polyester, E-glass, R- or S-glass, high modulus vinyl, carbon or polymer based liquid crystal fibers lie parallel and continuously.

7. warp thread fiber layer according to claim 1, characterized in that the layer-forming Warp threads made of fibers based on sisal, hemp, coconut, flax, bamboo or others Natural fibers exist.

8. warp thread fiber layer according to claim 1 or one of the subsequent claims, characterized in that the weight per unit area of a single warp thread fiber layer is between 30 and 600 g / m ² .

9. warp fiber layer according to claim 1, characterized in that the layer form the warp threads before thinning out as a much thicker starting fiber bundle Comb supplied to maintain the distances and by means of an efficiency Increase or decrease the wrap angle as required Tension bolt device is thinned and thereby spread out.

10. warp thread fiber layer according to claim 1 and 9, characterized in that for the Thinning of the original fiber bundles total strengths of 12,000, 24,000, 48,000 Single filaments or larger, for example made of carbon fibers, can be used.

11. warp thread fiber layer according to claim 1 and one of the subsequent claims, characterized in that the permanently acting adhesive thread grid made of threads on the base of polyester, polyamide, polyimide, polyvinyl, polyacrylic, polyethylene, P.T.F.E., cellulose, Glass, carbon or the like is made.

12. warp thread fiber layer according to claim 1 and one of the following claims, characterized characterized in that the adhesive thread grid provided with film-forming adhesive promotes a Elongation at break of at least 20%.

13. warp thread fiber layer according to claim 1, characterized in that for the connection the warp thread fiber layer with the adhesive thread grid only applied mechanical pressure becomes.

14. warp thread fiber layer according to claims 1 to 12, characterized in that several fiber layers in any angle assignments mechanically or manually be placed on top of each other.