DE19948779A1

DE19948779A1 - Fibre spraying equipment, conveys band of e.g. natural fibers from bin and separates it using airflow, and simultaneously coats with hardening resin

Info

Publication number: DE19948779A1
Application number: DE19948779A
Authority: DE
Inventors: Lars Frormann; Gerhard Ziegmann; Tobias Schossig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2001-04-12

Abstract

A fibrous band (4) from a bin (2), together with a resin/hardener system (3) are supplied to a sprayer (8), each passing through a hose line. The sprayer incorporates a unit (10) which both induces band motion and separates the fibers, by means of an air flow. Separated fibers are saturated with the resin/hardener system and coated onto the molding surface.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von endlichen Fasern, insbesondere Naturfasern, mit Hilfe eines aerodynamischen Transport- und Vereinzelungsorganes im Faser spritzverfahren.The invention relates to a method for processing finite fibers, especially natural fibers, with the help of a aerodynamic transport and separation element in the fiber spraying process.

Das Verfahren zur Verarbeitung von endlichen Fasern, insbe sondere Naturfasern, mit Hilfe eines aerodynamischen Trans port-- und Vereinzelungsorganes im Faserspritzverfahren hat die Aufgabe, die eingesetzten Fasern einerseits zu transpor tieren und andererseits für den nachgeschalteten Faserspritz prozeß zu separieren bzw. zu vereinzeln.The process for processing finite fibers, esp special natural fibers, with the help of an aerodynamic trans port and separation device in the fiber spray process the task of transporting the fibers used on the one hand animals and on the other hand for the downstream fiber spray to separate or separate the process.

Durch den zunehmenden Einsatz von faserverstärkten Werkstof fen für Strukturbauteile in der Automobil- sowie Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im Sanitärbereich als Hinterfütte rung von z. B. Duschwannen oder Schwimmbecken besteht die Notwendigkeit, neue Verarbeitungstechnologien für Verstär kungssysteme, d. h. Fasern bzw. Halbzeuge, zu entwickeln. Hierbei besteht die Möglichkeit, die Fasern, um z. B. Zugkräf te übertragen zu können, durch Zusammenfassen, Nadeln, Drehen oder durch Verwendung chemischer Binder zu kompaktieren. Die Kompaktierung ist allerdings oft nur ein zur textilen Weiter verarbeitung notwendiger Zwischenschritt, dem die erneute Vereinzelung bzw. Separierung folgt.Due to the increasing use of fiber-reinforced material fen for structural components in the automotive as well as air and Space industry as well as in the sanitary area as a backing tion of z. B. shower trays or swimming pools Need new processing technologies for reinforcement systems, d. H. To develop fibers or semi-finished products. It is possible to use the fibers, e.g. B. Zugkräf to be able to transfer them by summarizing, needling, turning or compact using chemical binders. The However, compacting is often only a further step towards textile processing necessary intermediate step, which the renewed Separation or separation follows.

Es ist bekannt, daß derzeit die Herstellung von Faserverbun den durch Verarbeitung von Endlosfasern mit duroplastischer Matrix, vorzugsweise Polyesterharz, im Faserspritzverfahren im Vordergrund der industriellen Fertigung steht. Die Umset zung des Faserspritzprozesses mit endlichen Fasern, insbeson dere Naturfasern wurde bislang wenig verfolgt. It is known that currently the production of fiber composite by processing continuous fibers with thermosetting Matrix, preferably polyester resin, in a fiber spray process is at the forefront of industrial manufacturing. The implementation the fiber spraying process with finite fibers, in particular So far, little has been done about their natural fibers.

Die industrielle und wirtschaftliche Umsetzung konnte dabei nicht zufriedenstellend gelöst werden, so daß endliche Fa sern, insbesondere Naturfasern, derzeit nicht im Faserspritz verfahren verarbeitet werden.The industrial and economic implementation was successful can not be solved satisfactorily, so that finite Fa fibers, especially natural fibers, are not currently sprayed with fibers procedures are processed.

Gleichzeitg wird in der Literatur wenig und nur grundlegendes veröffentlicht. Insbesondere Flemming, Ziegmann und Roth (Faserverbundbauweisen, Fertigungsverfahren mit duroplasti scher Matrix, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1999) sowie Michaeli (Einführung in die Kunststoffverarbeitung, Carl Hanser Verlag München Wien, 1992) haben über die Grundlagen des Faserspritzverfahrens mit Glasfasern und duroplastischer Matrix (Polyester) berichtet. Die Herstellung von Faser- Kunststoff-Verbunden mit duroplastischer Matrix und endlichen Fasern die nicht im Online Prozeß auf endliche Länge ge schnitten werden, insbesondere Naturfasern, im Faserspritz verfahren, wobei die Fasern mittels aerodynamischem Trans port- und Vereinzelungsorgan transportiert sowie separiert, d. h. vereinzelt werden, ist nicht bekannt.At the same time, there is little and only fundamental in the literature released. In particular Flemming, Ziegmann and Roth (Fiber composite construction methods, manufacturing processes with duroplasti scher Matrix, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1999) and Michaeli (introduction to plastics processing, Carl Hanser Verlag Munich Vienna, 1992) have the basics the fiber spraying process with glass fibers and thermosetting Matrix (polyester) reports. The manufacture of fiber Plastic bonded with thermosetting matrix and finite Fibers that are not of finite length in the online process be cut, especially natural fibers, in fiber spray process, the fibers by means of aerodynamic trans port and separation organ transported and separated, d. H. to be isolated is not known.

Bereits bestehende Patente beschreiben lediglich Faserspritz anlagen sowie Zuführ- und Schneidvorrichtungen für endloses Fasermaterial (U.S. Patent 5,093,05; EPO 495556 B1; U.S. Patent 5,704,266; U.S. Patent 4,237,758). Auch wird in den Patenten (U.S. 3,799,403; U.S. 3,801,009; U.S. 3,873,032) die Sprüh- bzw. Faserimprägniereinheit definiert.Existing patents only describe fiber spray systems as well as feeding and cutting devices for endless Fiber material (U.S. Patent 5,093.05; EPO 495556 B1; U.S. Patent 5,704,266; U.S. Patent 4,237,758). Also in the U.S. Patents (U.S. 3,799,403; U.S. 3,801,009; U.S. 3,873,032) Spray or fiber impregnation unit defined.

Ziel der Erfindung ist es, durch die Integration eines Trans port- und Vereinzelungsorganes in den Faserspritzprozeß eine Verfahrensvariante zur Herstellung von Faserverbund strukturen aus duroplastischer Matrix bei in der Ausgangsform endlich vorliegenden Fasern, insbesondere Naturfasern, zu ermöglichen. The aim of the invention is to integrate a trans port and singling in the fiber spraying process Process variant for the production of fiber composite structures made of thermosetting matrix in the original form finally available fibers, especially natural fibers enable.

Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstel lung faserverstärkter duroplastischer Faser-Verbund- Kunststoffe werden durch Zusammenfassen, Nadeln oder Drehen zu einem verarbeitungsfähigen textilen Halbzeug kompaktierte Verstärkungsfasern z. B. aus einer Kanne über eine Zuleitung einem Transport- und Vereinzelungsorgan zugeführt.In the present method of manufacture according to the invention fiber reinforced thermosetting fiber composite Plastics are made by summarizing, needling or turning compacted into a processable textile semi-finished product Reinforcing fibers e.g. B. from a jug via a feed line fed to a transport and isolation body.

Dabei erfolgt der Abzug aus der Kanne über ein aerodynami sches Transport- und Vereinzelungsorgan, wobei die Fasern gleichzeitig aus dem kompaktierten Halbzeug herausgelöst, separiert und auf das Formteil aufgesprüht werden. Zugleich werden die Komponenten der Duromermatrix gemischt und in den Faserstrahl zur Imprägnierung der Fasern ausgetragen. Das Transport- und Vereinzelungsorgan ist dabei so konzipiert, daß die zum Halbzeug (Band, Garn oder Vlies) kompaktierten Fasern diesem zugeführt und über einen gleichzeitig einge brachten Luftstrom sowohl transportiert als auch vereinzelt bzw. separiert werden. Ein Schneidwerk, wie es üblicherweise beim Verarbeiten von Endlosfasern im Faserspritzverfahren eingesetzt wird, ist nicht notwendig. Um hohe Verbundqualitä ten zu erzielen, ist der Einsatz einer Laminierrolle zur Verbundkonsolidierung möglich.It is drawn off from the jug via an aerodynami cal transport and separation organ, the fibers released at the same time from the compacted semi-finished product, separated and sprayed onto the molded part. At the same time the components of the duromer matrix are mixed and in the The fiber jet is used to impregnate the fibers. The The transport and separation unit is designed to that those compacted into semi-finished products (tape, yarn or fleece) Fibers fed to it and turned on at the same time brought airflow both transported and isolated or separated. A cutting unit, as is usually the case when processing continuous fibers by fiber spraying is not necessary. To ensure high quality To achieve this, a laminating roll is used to Consolidation consolidation possible.

Das Verfahren stellt somit eine geeignete, einfache sowie wirtschaftliche Verfahrensvariante dar, um endliche organi sche, anorganische und synthetische Fasern in Form eines durch Zusammenfassen, Nadeln oder Drehen kompaktierten Halb zeuges in einen Harzstrahl zu dosieren und mit diesem auf das Formteil aufzusprühen. Das beschriebene Verfahren zeichnet sich besonders durch die Möglichkeit der Verarbeitung von endlichen Fasern (Stapelfasern), insbesondere Naturfasern, aus. The method thus represents a suitable, simple as well economic process variant to finite organi cal, inorganic and synthetic fibers in the form of a compacted by summarizing, needling or turning half dosing in a resin jet and with this on the Spray on molding. The method described above particularly through the possibility of processing finite fibers (staple fibers), especially natural fibers, out.

Einen weiteren Vorteil stellt das Entfallen des Schneidpro zesses sowie die ausgezeichnete Imprägnierung der Fasern mit dem Matrixwerkstoff durch die Faserseparierung des Transport- und Vereinzelungsorgan dar.Another advantage is the omission of the cutting pro and the excellent impregnation of the fibers the matrix material through the fiber separation of the transport and isolation organ.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen weiterhin angegebenen Merkmale sowie aus den nachstehenden Ausführungsbeispielen. Further features and advantages of the invention result by the features further specified in the claims and from the following exemplary embodiments.

example Production of a natural fiber reinforced flat plastic component with thermosetting matrix in fiber spraying

Zur Entwicklung einer neuen Verfahrenstechnologie zur Verar beitung von endlichen Fasern, insbesondere Naturfasern, mit Hilfe eines aerodynamischen Transport- und Vereinzelungsorga nes im Faserspritzverfahren wurde zum Einbringen der Verstär kungskomponente in den Verbund in einem ersten Prozeßschritt ein in seiner Struktur offenes Flyergarn aus Naturfasern hergestellt.To develop a new process technology for processing processing of finite fibers, especially natural fibers, with With the help of an aerodynamic transport and separation organ In the fiber spraying process, the reinforcement was introduced component in the network in a first process step a flyer yarn made of natural fibers with an open structure manufactured.

Dabei wurden die Fasern im Mischbett abgelegt, einem Öffner zudosiert und anschließend dem nachgeschalteten Krempelprozeß zugeführt. Der so erzeugte Faserflor wurde anschließend über einen Kannenstock und einem weiteren Prozeßschritt, indem die Verformung zum Band mittels Preßwalzenpaar vorgenommen wurde, in einer Spinnkanne zur Ablage gebracht.The fibers were placed in the mixed bed, an opener dosed and then the subsequent carding process fed. The fibrous web thus produced was then over a can and a further process step by the Deformation to the band was carried out using a pair of press rollers, placed in a spinning can.

Das derart mit einer Feinheit von 24 ktex gefertigte Faser band konnte anschließend der Faserspritzanlage zur Verfügung gestellt werden, so daß das Faserband (4) aus dem Kannenstock (2) über den Galgen (6) mit Schwenkarm (7) abgezogen und der Sprüheinheit (8) mit dem modular aufgebauten Transport- und Vereinzelungsorgan (10) zugeführt werden konnte. Mit Hilfe der Sprüheinheit (8) und dem in diese integrierten Transport- und Vereinzelungsorgan (10) wurde das Faserband (4) einer seits aus dem Kannenstock (2) abgezogen und andererseits in Einzelfasern aufgelöst, so daß die derart vereinzelten bzw. separierten Fasern aus der Sprüheinheit (8) ausgetragen werden konnten. The fiber band produced in this way with a fineness of 24 ktex could then be made available to the fiber spraying system, so that the fiber band ( 4 ) was pulled out of the can ( 2 ) via the gallows ( 6 ) with a swivel arm ( 7 ) and the spray unit ( 8 ) could be supplied with the modular transport and separation element ( 10 ). With the help of the spray unit ( 8 ) and the transport and singling member ( 10 ) integrated into this, the sliver ( 4 ) was pulled out of the jug stock ( 2 ) on the one hand and, on the other hand, dissolved into individual fibers, so that the fibers separated or separated in this way the spray unit ( 8 ) could be discharged.

Gleichzeitig wurde das Harz/Härter-System Palatal (BASF) über eine am Galgen (6) mit Schwenkarm (7) befestigte Schlauchlei tung (5) der Sprüheinheit (8) zugeführt und über Druckluft ausgetragen. Dabei erfolgte sowohl die Vermischung des Harz/Härter-Systems (3) als auch die Imprägnierung der Fasern mit diesem und ihr Austrag auf das Formwerkzeug. Als Form teilwerkzeug wurde hierbei zunächst zur Überprüfung der Verfahrenstauglichkeit eine ebene Plattengeometrie einge setzt. Abschließend wurde durch Handlaminieren mit Hilfe einer Laminierrolle die Konsolidierung des Verbundes durchge führt. Dabei konnte ein Fasergehalt von ca. 35 Vol.% erzielt werden. At the same time, the Palatal resin / hardener system (BASF) was fed to the spray unit ( 8 ) via a hose line ( 5 ) attached to the boom ( 6 ) with swivel arm ( 7 ) and discharged using compressed air. Both the resin / hardener system ( 3 ) was mixed and the fibers were impregnated with it and discharged onto the mold. As a molding tool, a flat plate geometry was first used to check the suitability for the process. Finally, the composite was consolidated by hand lamination using a laminating roller. A fiber content of approx. 35 vol.% Could be achieved.

Brief description of the drawing

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.The invention is based on the in the drawing illustrated embodiment described in more detail and explained.

Die in Abb. 1 dargestellte Faserspritzanlage zur Herstellung von Faserverbundbauteilen mit endlichen Fasern, insbesondere Naturfasern und duroplastischer Matrix, bestehend aus einem Transportwagen (1) mit einem Kannenstock (2) zur Ablage des Faserbandes (4) sowie einem Harz/Härter-System (3), welches über eine Schlauchleitung (5) an einem Galgen (6) und Schwenkarm (7) mit dem Faserband (4) der Sprüheinheit (8) zugeführt wird, zeichnet sich durch das erfindungsgemäße in Abb. 2 dargestellte Transport- und Vereinzelungsorgan (10) aus.The fiber spraying system shown in Fig. 1 for the production of fiber composite components with finite fibers, in particular natural fibers and thermosetting matrix, consisting of a transport trolley ( 1 ) with a jug ( 2 ) for storing the sliver ( 4 ) and a resin / hardener system ( 3 ), which is supplied via a hose line (5) on a boom (6) and swivel arm (7) with the sliver (4) of the spray unit (8), transport and illustrated 2 separating element (10 is characterized by the invention in Fig. ) out.

Dabei werden die Fasern in Form eines durch Zusammenfassen, Nadeln oder Drehen kompaktierten textilen Halbzeuges dem Transport- und Vereinzelungsorgan über die Faserzuführung (1) zudosiert und über eine modulare Transport- und Vereinze lungsstrecke (3) mittels durch die Luftzuführung (2) zuge führter Luft sowohl in Strömungsrichtung transportiert als auch durch die Umlenkung sowie Fokusierung des Luftstrahls vereinzelt bzw. separiert und auf die Bauteilform aufge sprüht.The fibers in the form of a compacted semi-finished product by summarizing, needling or rotating are metered into the transport and singling member via the fiber feed ( 1 ) and via a modular transport and singling line ( 3 ) by means of air supplied through the air feed ( 2 ) both transported in the direction of flow and isolated or separated by the deflection and focusing of the air jet and sprayed onto the component shape.

Die modulare Transport- und Vereinzelungsstrecke (3) ist derart konzipiert, daß sie einerseits in Anzahl und Größe der den Luftstrom umlenkenden und fokusierenden Düsen variabel ist und andererseits hinsichtlich der Umlenkung des Luftstro mes stufenlos einstellbar ist.The modular transport and separation section ( 3 ) is designed such that it is variable on the one hand in the number and size of the air deflecting and focussing nozzles and on the other hand is continuously adjustable with respect to the deflection of the Luftstro mes.

Claims

1. Process for processing finite fibers, in particular special natural fibers, with the help of an aerodynamic trans port and separating member ( 10 ) in the fiber spraying process, the fibers in the form of a bundle of fibers ( 4 ) via a modular transport and separating member ( 10 ) The can ( 2 ) is drawn off and fed to the spray unit ( 8 ), characterized in that both the fiber sliver ( 4 ) from the can stock ( 2 ) and the resin / hardener system ( 3 ) are connected to the spray unit ( 8 ) by a hose line with an integrated modular structure transport and separating element are fed to (10), wherein the sliver (4) lung organ in the transport and Vereinze (10) by air flow into individual fibers, which are subsequently impregnated with the resin / hardener system and are discharged onto the molding surface, dissolved or is separated.

2. The method according to claim 1, characterized in that syn finite synthetic, organic and / or inorganic fibers Length, especially particles with different geometries With the help of a specifically introduced air flow from one compacted composite detached, isolated and in streams direction can be transported.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the separation and / or the transport of the particles or finite fibers compacted to the semi-finished product both by deliberately introduced air flow and flow of low-viscosity fluid media (z. B. water) can take place in the modular transport and separation member ( 10 ).

4. The method according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the transport and singling member ( 10 ) the transport and singling of the fiber for any kind of subsequent processes such. B. performs spray unit ( 8 ).

5. The method according to claims 1, 2, 3, and 4, characterized in that the transport and singling member ( 10 ) modular for singling and for transporting under different natural fibers, for. B. flax, hemp, jute or sisal with varying subtleties.

6. The method according to claims 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that the transport and singling member ( 10 ) is constructed modularly for processing differently fine fiber bands.

7. The method according to claims 1, 2, 3, 4, 5 and 6, characterized in that the transport and Vereinze treatment organ ( 10 ) supplied flow (z. B. air flow) deflected by a cone and thus by focusing enables transport and separation.

8. The method according to claims 1, 2, 3, 4, 5, 6 and 7, characterized characterized that the transport and singling body segmented or connected in series as often as required can be.