DE2064111C3 - Herstellungsverfahren für Formteile aus metallfadenverstärktem Kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus metallfadenverstärktem Kunststoff, bei dem die Metallfaden gleichmäßig mit einer Kunststoffschicht umgeben, dann lagenweise auf einen dem herzustellenden Formteil entsprechenden Dorn aufgewickelt und die einzelnen Windungen unter Aushärten des Kunststoffes miteinander verbunden werden.

Werkstoffe mit großer Reißlänge, d. h. einem hohen Wert des Verhältnisses Zugfestigkeit zu spezifischem Gewicht lassen sich durch Einbetten von Fasern großer Reißlänge in ein spezifisch leichtes Matrixmaterial herstellen. Solche Werkstoffe werden z. B. in der Raumfahrttechnik benötigt. Die optimale Faserorientierung im Verbundkörper richtet sich nach dessen Beanspruchung. Aus US-PS 27 92 324 ist ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern bekannt, bei dem ein Garn mit einem Kunststoff imprägniert und dann lagenweise auf einem dem herzustellenden Formteil entsprechenden Dorn gewickelt und die einzelnen Windungen miteinander verbunden werden. Unter dem Ausdruck »Garn« wird dabei im weitesten Sinne natürliche oder synthetische Fasern, vorzugsweise Glasfaser-Garne, verstanden. Von der Möglichkeit der Herstellung eines Werkstoffs durch Einlagerung von hochfesten Stahldrähten (z. B. von kohlenstoffhaltigen Stahldrähten mit 50 μπι Durchmesser) in Kunststoffe 5s wird nichts ausgesagt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Werkstoffen, die große Reißlängen besitzen und optimale Festigkeitseigenschaften aufweisen.

Es hat sich nun gezeigt, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, daß als Verstärkung einzelne, feine Drähte verwendet werden. Hinsichtlich der erzielbaren Haftung zwischen den Verbundkomponenten sind Epoxidharze besonders geeignet. Zur Erzielung optimaler Festigkeitseigenschaften des Verbundwerkstoffes müssen die Drähte möglichst ohne gegenseitige Berührung gleichmäßig im Matrixmaterial verteilt sein.

Die Dicke der auf dem einzelnen Draht aufgebrachten Schicht — oberhalb eines bestimmten Wertes nicht gleichmäßig, sondern in Perlform — bestimmt den gegenseitigen Abstand der Drähte und damit ihren Voiumsnanteil im Verbundwerkstoff.

Nach einer Ausführungsart der Erfindung werden als Ausgangsmaterial für den Kunststoff hochviskose bis feste Harze verwendet, wobei zum Aufbringen der Schicht der Draht durch die Harzschmelze und anschließend durch eine Düsenöffnung gezogen wird.

Andererseits kann mit Vorteil als Ausgangsmaterial für den Kunststoff ein niederviskoses 2-Komponentenharz, wie Epoxidharz, verwendet werden, wobei zur Aufbringung der Schicht der Draht durch das flüssige 2-Komponentengemisch hindurchgezogen und anschließend der Kunstharz durch Erwärmen gehärtet wird. In diesem Falle gibt man beim Wickeln des Drahtes eine zusätzliche Menge des gleichen Kunststoffes in flüssiger Form hinzu.

Wird ein bei Raumtemperatur nahezu festes 2-Komponentenharz (z. B. ein Novolak-Epoxidharz) verwendet, so wird der Draht vorbehandelt (entfettet, gebeizt) und danach durch eine Schmelze des Harz-Härter-Systems gezogen. Anschließend passiert er eine Düsenöffnung (z. B. Drahtziehstein), deren Durchmesser entsprechend der gewünschten Schichtdicke gewählt wird. Der Draht mit der nach Verlassen der Düse erstarrenden Schicht wird aufgespult

Wird von bei Raumtemperatur hochviskosen 2-Komponentenharzen ausgegangen, so wird zur Erzielung eines für die Weiterverarbeitung genügend festen Überzuges das Harz vorher geliert, soweit dies mit der erforderlichen Verarbeitungszeit des Beschichtungsbades verträglich ist. Aus dem mit Matrixmaterial beschichteten Draht können dann axialsymmetrische Formkörper im Wickelverfahren hergestellt werden. Während der Aushärtung der mit einer Außenform umschlossenen, auf dem Wickeldorn gedrehten Verbundkörper bei erhöhter Temperatur ist die Harzviskosität zu Beginn so niedrig, daß der Überzug auf den einzelnen Drahtlagen sich zur zusammenhängenden Matrix verbindet.

Das beschriebene Verfahren eignet sich analog auch für Thermoplaste, wenn diese zur Drahtbeschichtung über ihren Schmelzpunkt erhitzt werden. Das Zusammenfließen des Matrixmaterials und Verdichten des gewickelten Verbundkörpers wird durch einen Heißpreßprozeß nahe der Schmelztemperatur erreicht.

Wird ein bei Raumtemperatur niederviskoses kaltaushärtbares 2-Komponentenharz (z. B. Träufelharz auf Epoxidbasis) verwendet, so erfolgt die Herstellung des Verbundwerkstoffes nach einem anderen Verfahren. Zur Beschichtung wird der vorbehandelte Draht durch das flüssige Harz/Härter-System gezogen. Die von ihm mitgeführte Harzmenge wird mittels einer Düsenöffnung oder einer geeigneten Abstreifvorrichtung auf das gewünschte Maß begrenzt. Um das Harz bis zu einem gewissen Grade auszuhärten, durchläuft der beschichtete Draht einen Ofen. Anschließend wird er aufgespult. Während der Herstellung des Verbundkörpers im Wickelverfahren aus dem mit Matrixmaterial beschichteten Draht wird flüssiges Matrixmaterial zugegeben, um die Zwischenräume der Drahtlagen auszufüllen. Da die Harzviskosität während der Vorhärtung bei Raumtemperatur bereits zu Beginn ansteigt, ergibt sich eine nur sehr geringe Drahtverlagerung. Zur Beschleunigung des Aushärtvorgangs wird eine Nachhärtung bei leicht erhöhter Temperatur vorgenommen.

Ist eine im Vergleich zu dem beschriebenen Verfahren nach der Erfindung etwas verminderte Genauigkeit zulässig, so ist es für eine wirtschaftliche Fertigkeit von größeren Formkörpem (z. B. Behälter) im Wickelverfahren möglich, statt von mit Matrixmaterial überzogenem Einzeldraht von einem sogenannten Prepeg in Bandform auszugehen.

In diesem Fall durchlaufen die Drähte parallel nebeneinander das Harzbad und werden anschließend durch eine Schlitzdüse oder eine geeignete Abstreifvorrichtung gezogen, mit deren Hilfe der Matrixanteil des Prcpegs auf das gewünschte Maß festgelegt wird.

Außerdem kann man mehrere Drähte getrennt beschichten und dann zu einem Band zusammenführen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus metallfaden verstärkten^ Kunststoff, bei dem die Metallfaden gleichmäßig mit einer Kunststoffschicht umgeben, dann lagenweise auf einen dem herzustellenden Formteil entsprechenden Dorn aufgewickelt und die einzelnen Windungen unter Aushärten des Kunststoffes miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkung einzelne, feine Drähte verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen hochviskoser bis fester Harze der Draht durch eine Harzschmelze und anschließend durch eine Düsenöffnung gezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen niederviskoser 2-Komponentenharze, wie Epoxidharze, der Draht durch das flüssige Harzgemisch hindurchgezogen und anschließend das Kunstharz durch Erwärmen gehärtet wird, wonach beim Wickeln des Drahtes um den Dorn eine zusätzliche Menge des gleichen Kunstharzes in flüssiger Form zugegeben wird.