DE202018000964U1

DE202018000964U1 - Fadenstruktur

Info

Publication number: DE202018000964U1
Application number: DE202018000964.4U
Authority: DE
Original assignee: Delcotex Delius Techtex & Co KG GmbH
Current assignee: Delcotex Delius Techtex & Co KG GmbH
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2018-07-09
Anticipated expiration: 2028-02-24

Abstract

Fadenstruktur (1) mit zueinander richtungsparallel verlegten Fadenbündeln (2,3,4); (2',3',4'); (2",3",4"), die aus Einzelfäden (5) zusammengesetzt sind und sich gegenseitig kreuzend unter Bildung von quer zu ihrer jeweiligen Verlegerichtung ausgebildeten Abständen zum jeweils benachbarten Fadenbündel verlegt sind, wobei lediglich die Fadenbündel (2,3,4); (2',3',4'); (2",3",4") unter Freilassung der Abstände (7,8) dazwischen nach Art eines Verbundwerkstoffs mit einer Thermoplastmatrix (6) versehen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fadenstruktur nach Anspruch 1.
Prepregs sind allgemein bekannt.
Es sind Halbzeuge, bestehend aus einer Fadenstruktur, die mit einem Kunststoff überzogen ist. Aus diesen Halbzeugen werden durch einen Pressvorgang unter entsprechender Erhitzung Endprodukte hergestellt, die auch dreidimensional verformt sein können. Hierbei macht man sich die Verbundstruktur von Prepregs zu Nutze, weil die ursprünglich im Prepreg vorhandenen Fadenlagen im Endprodukt eine Stabilisierung hervorrufen, weil auch das Endprodukt, in nahezu beliebiger Form, dann aus einem Verbundwerkstoff besteht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, derartige Prepregs mit einem erhöhten Gebrauchswert auf einfache Weise herzustellen, wobei sichergestellt sein soll, dass die Verbundstruktur das Endprodukt über die gesamte flächige Gestaltung des Endprodukts gleichmäßig stabilisiert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Hauptanspruchs.
Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine derartige Fadenstruktur auf einfachste Weise herstellbar ist, praktisch als ein Rohgewebe, in offener Form, welches bereits a priori eine dimensionsstabile Struktur aufweist, denn die Thermoplastmatrix in den einzelnen Fadenbündeln stabilisiert nicht nur die Fadenbündel, sondern auch die gesamte Fadenstruktur.
Es kommt wesentlich drauf an, dass die Thermoplastmatrix in einem Volumen vorliegt, welches in einem nachfolgenden Pressvorgang unter den bekannten Einflussgrößen Druck, Temperatur und Zeit in die zwischen den einzelnen Fadenbündeln herstellungsseitig vorgesehenen Zwischenräume hineinfließen kann und auf diese Weise in diesem nachgelagerten Pressvorgang für eine gleichmäßige Verlegung der Einzelfäden im Endprodukt sorgt.
Es ist also wesentlicher Gedanke der Erfindung, zwischen den einzelnen verlegten Fadenbündeln, die jeweils richtungsparallel verlaufen und zwischen sich in der Querrichtung Abstände bilden, die Abstände so groß zu bestimmen im Hinblick auf die im jeweiligen Fadenbündel vorhandene Thermoplastmatrix, dass diese Thermoplastmatrix zusammen mit den unter Druck aus jedem Fadenbündel nach außen fließenden Einzelfäden einen durch und durch gleichmäßig mit Einzelfäden in jeder Richtung durchsetzten Verbundkörper bildet, der darüber hinaus durch den herstellerseitig vorgesehenen Überschuss an Thermoplastmatrix auch über die gesamte Längs- und Querabmessung mit der Thermoplastmatrix durchsetzt ist.
Hier liegt ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, denn die Erfindung hat erkannt, dass der Fließvorgang der Einzelfäden in die ursprünglich vorhandenen freien Bereiche zwischen den Fadenbündeln in jeder Richtung praktisch homogene Werkstoffeigenschaften hervorruft, so dass auch entsprechende Werkstoffkennwerte wie Zugfestigkeit etc. gewährleistet werden können.
Dabei ist insbesondere von Vorteil, dass die Dimensionierung der Fadenbündel, also deren Querschnittsabmessungen und der dazugehörigen freigelassenen Stellen zwischen den Fadenbündeln leicht auf das jeweilige Endprodukt abgestimmt werden können.
Die offene Gitterstruktur gilt natürlich in allen Richtungen, die quer zu den jeweiligen Verlegerichtungen der richtungsparallelen Fadenbündel liegen.
Die Fadenstruktur nach vorliegender Erfindung kann als Halbzeug, Sandwich oder Leichtbauplatte hergestellt werden.
Wesentlich ist in jedem Falle die Durchsetzung der Thermoplastmatrix durch das gesamte Fadenbündel. Das bedeutet, dass praktisch keinerlei Lufteinschlüsse in der Thermoplastmatrix zugelassen sein sollen, zumindest im technisch machbaren Bereich nicht, so dass die Strömung der Matrix im nachgelagerten Verfahren auch zu einem vollvolumigen Matrixanteil im Endprodukt führen kann.
Im nachgelagerten Prozess kann auch ohne weiteres ein ergänzender Thermoplastwerkstoff zur Bearbeitung kommen, so dass Dank der Erfindung auch eine beidseitige Verankerung dieses ergänzenden Thermoplastwerkstoffs infolge des Durchgriffs durch die im ursprünglichen Prepreg vorhandene Kunststoffmatrix zur Verbesserung der Werkstoffkennwerte führt.
Empfehlenswert ist natürlich die Verwendung von Kunststoffen, die mit dem ursprünglichen Kunststoff der Prepregs kompatibel sind.
Insoweit bietet die Erfindung den zusätzlichen Vorteil, dass im zweiten Verarbeitungsschritt auch ein geringerer Druck ausreicht, um die thermoplastischen Kunststoffe miteinander in Kapilarverbund zu bringen.
Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die in den ursprünglichen Fadenbündeln bereits vorhandenen Elemente mit einer thermoplastischen Matrix durchtränkt sind und deshalb die im Endprodukt vorhandene Fadenstruktur lediglich nur noch im mikroskopischen Bereich von den ergänzend aufgebrauchten Thermoplasten kontaktiert werden muss unter einem Druck, der lediglich noch den Kapilarverbund herstellt.
Dabei kommt auch der Injektionstechnik zur Injektion von thermoplastischem Material in die ursprünglich vorhandenen Fadenbündel Aufmerksamkeit zu.
Die heute verwendeten thermoplastischen Kunststoffe haben allseitsbekannte kinematische Zustandsgrößen, die so eingestellt werden können, dass es zu einer vollvolumigen Durchtränkung jedes einzelnen Fadenbündels kommen kann, so dass spätere Endprodukte keine Lufteinschlüsse mehr besitzen.
Damit zeigt die Erfindung, dass sie, bislang unbekannt, in der Struktur des Endprodukts auch konstante Gitterwerte aufweisen kann, so dass zuverlässige Voraussagen hinsichtlich der Werkstoffkennwerte getroffen werden können.
Von besonderem Vorteil ist neben der Verankerung im Kapilarverbund auch eventuell eine Möglichkeit zur chemischen Verankerung der nachträglich verwendeten Thermoplastkunststoffe und die bereits erwähnte Möglichkeit zur Veränderung der Fadengeometrie im Hinblick auf die Struktur des Endprodukts.
Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Es können lediglich zwei sich vorzugsweise senkrecht kreuzende Richtungen für die Fadenbündel vorgesehen sein.
Je nach Anforderung an das Endprodukt kann es auch vorteilhaft sein, mehr als zwei Richtungen vorzusehen. Hierfür werden Ausführungsbeispiele gegeben.
Von wesentlicher Bedeutung ist aber in jedem Fall, dass in jedem Fadenbündel mindestens so viele Lagen an Einzelfäden vorgesehen sind, und soviel Thermoplastmatrix, dass die in der ursprünglichen Fadenstruktur vorhandenen Seitenabstände zwischen den Fadenbündeln durch Fließen der Einzelfäden in die benachbarten ursprünglich freigelassenen Seitenabstände aufgefüllt werden.
Die Herstellung der Fadenstruktur als Rollenbahn bietet fertigungstechnisch die geringsten Kosten pro Längeneinheit und insbesondere auch die Möglichkeit, die Rollenbahn in Form von Zuschnitten zur Weiterverarbeitung vorzubereiten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:

1 das Grundprinzip der Erfindung;
2 eine dreidimensionale Ansicht der Erfindung, hier in Form eines Gewebes;
3 eine vergrößerte Ansicht eines Fadenbündels;
4 eine in mehr als zwei parallelen Richtungen verlegte Anordnung von Fadenbündeln;
5 schematische Darstellung des Fließvorgangs;
6 Aufmachung der Fadenstruktur, Zuschnitt, Endprodukt.

Sofern im Folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung für alle Figuren.
Die Figuren zeigen eine Fadenstruktur 1 mit zueinander Richtungsparallel verlegten Fadenbündeln 2,3,4; 2',3',4'; 2" ,3" ,4".
Wesentlich ist, dass zwischen den jeweils parallel verlegten Fadenbündeln in einer Richtung quer dazu Abstände bestehen, in denen sich keinerlei Material befindet, und dies jeweils quer zu allen Verlegerichtungen, in denen die jeweiligen Fadenbündel verlegt sind.
Es handelt sich um ein offenes Gewebe, allerdings ist auch durchaus ein Gelege möglich oder eine andere Form des jeweils flächigen Endprodukts der Fadenstruktur ohne Beschränkung der Erfindung hierauf.
Aus diesem Produkt der Fadenstruktur lassen sich durch einen nachgelagerten Prozess, zum Beispiel durch Spritzgießen oder Umformungen unterschiedlichst aufbereitete Bauteile für alle möglichen industriellen Anwendungen fertigen.
Wesentlich ist insoweit, dass die Fadenstruktur vollständig und gleichmäßig mit einer thermoplastischen Matrix formschlüssig durchtränkt ist und dass sich die Fadenbündel relativ zueinander nicht mehr bewegen können nachdem die Fadenstruktur entsprechend vorkonsolidiert wurde. Vorkonsolidierung in diesem Sinne heißt, dass eine Dimensionsstabilität der Gitterstruktur mit den darin befindlichen Öffnungen erzielt werden muss.
Dies ist durch an sich bekannte Herstellverfahren wie Herstellung eines Geleges, eines Gewebes oder dergleichen Stand der Technik.
Wie insbesondere 3 zeigt, sind die Fadenbündel 2,3,4; 2',3',4'; 2'',3'',4'' von der Thermoplastmatrix 6 vollständig durchsetzt.
Jedes Fadenbündel besteht aus einer Vielzahl gezeigter Einzelfäden 5, die in die vollvolumige Thermoplastmatrix eingebettet sind.
Dabei verbindet die in jedem Fadenbündel vorhandene Thermoplastmatrix an den Verbindungsstellen des Gewebes/Geleges die paarweise sich kreuzenden Fadenbündel dimensionsstabil miteinander, so dass sich aus der Fadenstruktur gefertigte Halbzeuge sich passgenau auf das jeweilige Endprodukt hin bezogen beliebig zuschneiden lassen.
Dies bietet den Vorteil, dass es für den Endanwender leicht möglich ist, dass Halbzeug als Zuschnitt zielgenau im Endprodukt zu positionieren, ohne dass sich die Grundstruktur des Geleges/Gewebes in der Weiterverarbeitung verändert.
Zur Erzielung eines homogenen Verlegebildes der jeweiligen Fadenbündel im Endprodukt wird vorgeschlagen, dass die Fadenbündel in jeder Richtung gleiche Breite und gleiche Dicke aufweisen.
Vorgeschlagen wird für ein Ausführungsbeispiel, dass die Gewebe- bzw. Gelegekonstruktionen einen Fadenabstand von mehr als 2 mm aufweisen und je nach Anforderungsprofil für das Endprodukt rechtwinklig und/oder in verschiedenen Richtungen biaxial und/oder multiaxial angeordnet werden.
Wie insbesondere 3 auch zeigt, weißt jedes Fadenbündel mehrlagig angeordnete Einzelfäden 5 auf, die sich mehr oder weniger gleichmäßig im Fadenbündel verteilen und von der Thermoplastmatrix bündig und vollvolumig umschlossen werden.
Aus diesem Grunde besitzen die Fadenbündel eine Breite 9 und eine Höhe 10, so dass in jedem Fadenbündel so viele Lagen an Einzelfäden untergebraucht werden können und so viel Thermoplastmatrix diese Einzelfäden umschließen kann, dass bei Pressen der Fadenstruktur unter den bekannten Paramtern Druck, Temperatur und Zeit die ursprünglich vorhandenen Abstände 7,8 zwischen den einzelnen Fadenbündeln durch Fließen der Einzelfäden 5 in die benachbarten ursprünglich freigelassenen Abstände 7,8 aufgefüllt werden.
Es ist bei diesem Vorgang wesentlich, dass im Prozess der Nachbearbeitung zur Herstellung des Endprodukts 14 so viel Druck, Temperatur und Zeit auf die ursprünglich vorhandene Struktur ausgeübt wird, dass die vorhandene Thermoplastmatrix sich zumindest in die ursprünglich freigelassenen Abstände 7,8 unter Mitnahme der in ihr eingebetteten Einzelfäden 5 verdrücken kann, so dass im Endeffekt ein dreidimensional geformtes Endprodukt entsteht mit gleichmäßig eingelagerten Einzelfäden aus den ursprünglichen Fadenbündeln stammend.
Ergänzend hierzu zeigt die 6 die Aufmachung der erfindungsgemäßen Fadenstruktur als Rollenbahn 12, die beispielsweise zur Herstellung von Zuschnitten 13 dienen kann, die nach entsprechender 3-D Verformung als Endprodukt verarbeitet werden können, hier zum Beispiel als Dosendeckel 14.
Weiterhin soll ausdrücklich erwähnt sein, dass die Fadenstruktur auch in Form einer Aufmachung in Carbon-Look herstellbar ist, um ggf. entsprechende Kundenkreise bedienen zu können.
Bezugszeichenliste

1: Fadenstruktur
2: Fadenbündel, horizontal
3: Fadenbündel
4: Fadenbündel
2': Fadenbündel, vertikal
3': Fadenbündel, vertikal
4': Fadenbündel, vertikal
2'': Fadenbündel, diagonal
3'': Fadenbündel, diagonal
4'': Fadenbündel, diagonal
5: Einzelfaden
6: Thermoplastmatrix
7: Abstand zwischen 2,3,4
8: Abstand zwischen 2',3',4'
9: Breite
10: Dicke
11: Fließvorgang
12: Rollenbahn
13: Zuschnitt
14: Dosendeckel

Claims

Fadenstruktur (1) mit zueinander richtungsparallel verlegten Fadenbündeln (2,3,4); (2',3',4'); (2",3",4"), die aus Einzelfäden (5) zusammengesetzt sind und sich gegenseitig kreuzend unter Bildung von quer zu ihrer jeweiligen Verlegerichtung ausgebildeten Abständen zum jeweils benachbarten Fadenbündel verlegt sind, wobei lediglich die Fadenbündel (2,3,4); (2',3',4'); (2",3",4") unter Freilassung der Abstände (7,8) dazwischen nach Art eines Verbundwerkstoffs mit einer Thermoplastmatrix (6) versehen sind.
Fadenstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenbündel (2,3,4); (2',3',4'); (2",3",4") von der Thermoplastmatrix (6) satt durchsetzt sind.
Fadenstruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoplastmatrix (6) in die Fadenbündel (2,3,4); (2',3',4'); (2'',3'',4'') injiziert ist.
Fadenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenbündel (2,3,4) und (2',3',4') in lediglich zwei sich kreuzenden Richtungen vorgesehen sind.
Fadenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenbündel (2,3,4); (2',3',4'); (2",3",4") in mehr als zwei sich kreuzenden Richtungen vorgesehen sind.
Fadenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenbündel (2,3,4); (2',3',4'); (2",3",4") in jede Richtung gleiche Breite (9) und gleiche Dicke (10) aufweisen.
Fadenstruktur (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Fadenbündel (2,3,4); (2',3',4'); (2",3",4") mehrlagig verlegte Einzelfäden aufweist.
Fadenstruktur (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Fadenbündel (2,3,4); (2',3',4'); (2",3",4") so viele Lagen an Einzelfäden (5) vorgesehen sind und so viel Thermoplastmatrix (6), dass bei Pressen der Fadenstruktur unter den bekannten Parametern Druck, Temperatur und Zeit die ursprünglichen Abstände (7,8) zwischen den einzelnen Fadenbündeln (2,3,4); (2',3',4'); (2",3",4" ) durch Fließen (11) der Einzelfäden (5) in die benachbarten ursprünglich freigelassenen Abstände (7,8) aufgefüllt werden.
Fadenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenstruktur (1) als Rollenbahn (12) aufgemacht ist.
Fadenstruktur (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Rollenbahn (12) Zuschnitte (13) für das Endprodukt (14) hergestellt sind.
Fadenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenstruktur Carbon-Look Aufmachung hat.