DE2146322C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines faden verstärkten Verbundstoffs - Google Patents

Description

der Fadenverteiler im Innern der rohrförmigen Kammer auf einer rotierenden Welle längs der Achse der Kammer angeordnet ist, wobei die Welle wenigstens einen Verteiler trägt, Fadenführungen aufweist, die sich radial bis in die Nähe der Innenwand der Kammer erstrecken, und eine Einrichtung besitzt, die den Faden klebend macht

Hierbei kann die rotierende Welle eine oder mehrere Fadenspulen als Fadenversorgungseinrichtungen tragen, während jede Fadenspule auf einer Achse längs der rotierenden Welle montiert sein kann und jeder Fadenspule Fadenführungen längs der rotierenden Welle zugeordnet sein können, die den Faden in die Nähe der Innenwand der Röhrenkonstruktion führen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn jede Achse der Spulen Klebstoffbehälter trägt, durch die der entsprechende Faden geführt und hierbei mit Klebstoff umhüllt wird. Insbesondere ist hierbei im Innern des Raums ein Heizsystem vorgesehen, das den Klebstoff des Fadens im Augenblick seiner Aufbringung auf das biegsame flächige Material erweicht

Vorteilhaft ist ferner, wenn der Faden-Liefermechanismus aus einem rotierenden Spinnkopf besteht, der Fäden aus Kunststoff liefert und an einer hohlen Antriebswelle befestigt ist, die dem Spinnkopf eine Lösung des Kunststoffs in einem Lösungsmittel zuführt.

Dadurch, daß die Endlosfäden von innen auf die Materialbahn aufgebracht werden, wird diese innere Oberfläche der Materialbahn geschützt und es werden Fadenbrüche auf Grund der Wirkung der Zentrifugalkraft erlaubt, ohne daß der Aufbringvorgang unterbrochen werden müßte. Der einfache und leichte mechanische Aufbau des sich um eine Achse drehenden Fadenverteilers ermöglicht einen leichten und raumsparenden Aufbau, der eine schnelle Rotation des Fadenvertellers und damit einen großen Materialdurchsatz ermöglicht.

Als Materialbahn wird vorteilhaft eine endlose Bahn aus Papier oder einem Faservlies verwendet, die mit konstanter Geschwindigkeit durch die Vorrichtung geführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines fadenverstärkten Verbundstoffs, wobei Endlosfäden von Spulen geliefert werden;

F i g. 2 zeigt perspektivisch einen Ausschnitt des in F i g. 1 dargestellten Fadenverteilers;

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines fadenverstärkten Verbundstoffs;

F i g. 4 zeigt vergrößert eine Teilansicht von F i g. 3;

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform für eine Vorrichtung zur Herstellung eines fadenverstärkten Verbundstoffs.

Die zu verstärkende geschmeidige und flexible flächige Materialbahn kann aus einem beliebigen Material, z. B. Papier, einem Faservlies und einer Folie, bestehen. Sie kann vor dem Aufbringen der Endlosfäden eine beliebige ebene oder gewölbte Form haben. Im bevorzugten Fall einer ursprünglichen ebenen Gestalt kann sie die Form einer oder mehrerer Bahnen haben, die von einer oder mehreren Rollen zugeführt werden. Im folgenden wird davon ausgegangen, daß zwei Bahnen des biegsamen und flexiblen Materials gleichzeitig von zwei Rollen abgewickelt werden.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung werden zwei Rollen 1 und 2, auf die flache Materialbahnen gleicher Breite, z. B. Papier, gewickelt sind, gegenläufig abgespult Die Materialbahnen 3 und 4 laufen parallel zueinander und werden beide in zunehmendem Maße gewölbt um in einer feststehenden rohrförmigen Kammer 5 in Form von zwei sich ergänzenden Teilen eines Rohres oder Schlauchs einzutreten. In der Kammer 5 berühren sich die Seilenränder der gewölbten Materialbahnen 3 und 4 längs zwei diametral gegenüberliegender Mantellinien der Innenwand 6 der Kammer 5. Die Kammer 5 besteht vorzugsweise aus zwei konzentrischen Wänden, einer Innenwand 6 und einer Außenwand 7, die zwischen sich eine ringförmige Kammer 8 bilden, die mit dem Innern der Kammer 5 durch Öffnungen 9 in der Innenwand 6 in Verbindung steht und durch eine Evakuierungsleitung 9' eine Verbindung nach außen hat In dieser Kammer 8 kann gegebenenfalls ein Unterdruck erzeugt werden, um das Aufbringen der Endlosfäden auf die Materialbahnen zu erleichtern oder das Abdampfen eines gegebenenfalls verwendeten Lösungsmittels des Verstärkungsmaterials oder eines zur Aufbringung der Fäden verwendeten Klebstoffs zu erleichtern.

Am Austritt der Kammer 5 trennen zwei diametral gegenüberliegende Führungsbleche 20 den gebildeten Verbundstoff in zwei Bahnen 21 und 22, die auf Rollen 23 und 24 gewickelt werden.

Im Innern der Kammer 5 ist ein Fadenverteiler für den Verstärkungsfaden angeordnet. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform ist dieser Fadenverteiler axial im Behandlungsraum angeordnet. Er besteht aus einer Welle 10, die mit regelbarer Geschwindigkeit durch einen üblichen Antriebsmechanismus gedreht wird. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist dieser Antriebsmechanismus als Motor 11 unabhängig vom Antriebssystem der zu verstärkenden laufenden Bahnen dargestellt.

Der Antrieb der Bahnen und der Welle 10 könnte jedoch mit Hilfe der gleichen Kraftquelle erfolgen, wobei die Drehgeschwindigkeit der Welle und die Laufgeschwindigkeit der Papierbahnen in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. In jedem Fall wird auch dann, wenn ein unabhängiger Motor 11 für den Antrieb der Welle 10 verwendet wird, ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit der Welle und der Laufgeschwindigkeit der Bahnen festgelegt.

An der Welle 10 sind im Innern der Kammer 5 Fadenspulen 12 befestigt, die sich auf ihren Achsen 13, die kraftschlüssig mit der Welle 10 befestigt sind und senkrecht zu dieser verlaufen, frei drehen. Der von der Spule abgewickelte Faden 14 wird durch einen Fadenführer 15 bis in die Nähe der Wand der Kammer 5 geführt. Vorteilhaft ist der Fadenführer mit einem Behälter 16 versehen, der mit einem Klebstoff gefüllt ist, der durch die Leitung 17 zum Innern der eigentlichen Fadenführung fließt und als Schicht auf dem Faden durch eine öffnung 18 der Fadenführung austritt. Dem Behälter 16 kann der Klebstoff vorteilhaft kontinuierlich mit Hilfe einer Leitung 18' zugeführt werden, die in üblicher Weise in der Nähe der zentralen Welle angeordnet und mit einem außerhalb der Maschine angeordneten Vorratsbehälter verbunden ist.

Unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft werden die Fäden 14 in Schraubenlinien auf die vorbeilaufenden Bahnen durch das Zusammenwirken der Bewegung der Bahnen und der Drehung der Spulen abgelegt.

Die Zahl der verwendeten Spulen hängt natürlich von der Dichte der Fäden des Verstärkungsnetzes ab,

dessen Ablage auf dem biegsamen flächigen Material gewünscht wird.

F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung, bei der die Ablage von Verstärkungsfäden vorgenommen wird, die vorher außerhalb der Vorrichtung mit Klebstoff umhüllt, worden sind. Wie im Falle der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform ist eine sich drehende Welle 30 axial im Innern der Kammer 5 angeordnet. Diese Welle ist in üblicher, nicht dargestellter Weise gelagert und wird durch einen Motor 31 angetrieben. An ihrem Teil außerhalb der Kammer 5 ist mit der Welle eine Platte 32 fest verbunden, die mit vorzugsweise zur Welle ausgerichteten und mit Abstand zueinander auf der Platte angeordneten Spulenachsen 33 versehen ist, die Spulen des bereits mit Klebstoff umhüllten und vorgelrockneten Fadens tragen. Die Spulen sind so angeordnet, daß sie sich auf ihren Achsen frei drehen.

Die Platte 32 ist in der Nähe der Welle 30 mit geneigten Führungslöchern 35 versehen (s. F i g. 4), die gegebenenfalls mit einer Hülse 36 versehen sind und zur Führung der von den Spulen 34 abgewickelten Fäden 37 dienen. Zu diesem Zweck sind ebenso viele Löcher 35 wie Spulen vorhanden. Die geführten Fäden werden am Austritt der Löcher zu einem röhrenförmigen Bündel 38 konzentrisch zur Welle und sehr dicht bei dieser Welle vereinigt.

Im Innern der Kammer 5 endet die Welle 30 ebenfalls in einer Platte 39, an der übliche Fadenführungen

40 befestigt sind, die beispielsweise aus biegsamen und geschmeidigen Stäben bestehen, die an der Platte befestigt sind und in einer öse enden, durch die der Faden läuft. Wie F i g. 3 zeigt sind diese Fadenführungen in zwei Gruppen eingeteilt, wobei die Gruppe 40 nahezu senkrecht angeordnet ist und die Fäden längs der Welle 30 führt, während die Führungen der anderen Gruppe

41 im Kreis am Umfang der Platte 39 angeordnet und auf die Innenwand der Kammer ausgerichtet sind. Vorzugsweise sind die ösen dieser Fadenführungen 41 in der Nähe dieser Wand angeordnet d. h. die Fäden werden bis zur Berührung mit dieser Wand geführt. Da die aus der Welle 30 und den Platten 32 bis 39 bestehende Baugruppe sich dreht wird natürlich jeder Faden unter der Wirkung der Zentrifugalkraft gegen die vorbeilaufende, zu verstärkende Bahn geschleudert. Die Verklebung des Fadens erfolgt durch Erhitzen mit üblichen Heizvorrichtungen (durch Strahlung, Konvektion usw.),

z. B. mit einer Oiruppe von im Kreis angeordneten Strahlern 42, die entweder feststehen oder sich ebenfalls drehen. In diesem Fall ist die Gruppe 42 von Strahlern an der inneren Platte 39 befestigt wie in F i g. 3 dargestellt Durch die Wärme wird der Klebstoff, der den Faden umhüllt weich. Durch geeignete Wahl der Materialien des Fadens und des Klebstoffs sowie der Stärke und der Art der Heizvorrichtung ist es möglich, den Faden mit der Papierbahn zu verkleben.

Bei einer anderen Ausführungsform, insbesondere bei Verwendung von synthetischen Fäden, können diese durch Spinnen unmittelbar in der Nähe der vorbeilaufender. Bahn des flächigen Materials durch einen üblichen Spinnkopf hergestellt werden, der axial im Raum angeordnet ist wobei die sich drehende Spinndüse ebenfalls in unmittelbarer Nähe der Bahn des flächigen Materials angeordnet ist Eine derartige Ausführungsform ist in F i g. 5 dargestellt

Ebenso wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird eine Welle 43 verwendet die sich längs der Achse der Kammer 5 erstreckt Diese Antriebswelle 43 ist jedoch hohl und dient als Leitung für ein geschmolzenes oder in Lösung gebrachtes Polymeres, das beispielsweise durch das offene obere Ende 44 in die Welle eingeführt wird. Die Welle 43 wird durcli einen Motor 44 und ein übliches Übertragungssystem 45, z. B, eine Riemenübertragung, angetrieben. Die Welle ist am unteren Teil in der zylindrischen Kammei 5 kraftschlüssig mit einer hohlen Platte 46 verbunden die an ihrem Umfang mit einer Reihe von nach außer gerichteten öffnungen 47 versehen ist, die so geformt und angeordnet sind, daß die Düsen darstellen, durch die das Polymere ausgestoßen wird. Die auf diese Weise gebildeten Fäden 48 werden durch die Zentrifugal kraft abgezogen und auf die Innenfläche der vorbeilaufenden Bahnen 21 und 22 abgelegt

Kontaktlose Heizvorrichtungen 49 (z. B. Infrarot strahler) können vorteilhaft im Innern der Kammer 5 ir der Nähe der rotierenden Wellt 43 angeordnet sein um in dieser eine für das Spinnen des Polymeren geeignete Temperatur aufrecht zu erhalten. Diese Heizvor richtungen sind an einer Halterung 50 befestigt die mii dem Rahmen der Maschine verbunden ist.

Die Form, Lage und Zahl der öffnungen 47 sowie die Drehgeschwindigkeit der Platte 46 werden in Abhän gigkeit von der Art des verwendeten Polymeren, dei Zahl der gewünschten Fäden und der Abwickelge schwindigkeit der Bahnen gewählt

Bei Verwendung eines gelösten Polymeren kann die Kammer 5 vorteilhaft mit Hilfe von zwei runden Ver schlußkappen 51 und 52 nach außen abgedichtet wer den. Eine übliche Entlüftung durch eine Leitung 53 er möglicht es, absolut sicher die Lösungsmitteldampf« aus der Kammer 5 abzusaugen. Am Ausgang der Kam mer kann ferner ein Messer 20 vorgesehen werden, da; den gebildeten Schlauch zerschneidet.

Beispiel

Auf Papierbahnen, die eine Breite (im flachen Zustand) von je 1,3 m haben und mit einer Geschwindigkeit von 130 m/Minute durch die Kammer 5 laufen, wird ein Verstärkungsnetz, das aus Fäden besteht die im Winkel von 45° zur Längsachse der Bahnen geneigt sind und einen Abstand von 1 cm haben, mit Hilfe eines Kopfes aufgebracht, der 184 Fäden verteilt und sich mit 50 UpM dreht Die beiden in dieser Weise behandelten, übereinanderliegenden Bahnen bilden als Endprodukt ein flächiges Material, das mit einem Netz aus senkrecht zueinander und im Winkel von 45° zur Achse der Bahn verlaufenden Fäden verstärkt ist

Die verwendeten Fäden können beispielsweise aus Polyamiden, Polyestern oder Polyäthylen bestehen und einen Titer von 30 bis 100 den haben. Geeignet sind Monofilamente und mehrfädige Garne. Als Klebstofl kann eine Lösung des gleichen Polymeren oder eines verträglichen Polymeren (bei Nylonfäden beispielsweise eine Lösung eines Polyamids in wäßrigem Alkohol] verwendet werden.

Durch Änderung des Verhältnisses der Drehgeschwindigkeit der Welle und der Laufgeschwindigkeit der Bahnen ist es möglich, die Fäden in verschiedener Neigungen auf die Bahnen abzulegea

An Stelle von mit Klebstoff umhüllten Fäden könner synthetische Fäden verwendet werden, die entwedei durch ein Lösungsmittel, das in einem Behälter 16, wie er in F i g. 2 dargestellt ist, enthalten ist oder durcr Einwirkung von Wärme wie bei der in F i g. 3 darge stellten Ausführungsform erweicht werden, wobei dei Erweichungsgrad so gewählt wird, daß der Faden fesi an der vorbeilaufenden Bahn haftet

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines fadenverstärkten Verbundstoffs durch Aufbringen von Endlcsfäden auf eine vorgefertigte Bahn eines regelmäßigen Netzwerks von Fasern oder einer Folie, wobei die Bahn vorübergehend während des Aufbringens der Fäden in Schlauch- oder Rohrform gebracht und kontinuierlich vorwärts bewegt wird, dadurch gekennze^:chnet, daß die Fäden vom Inneren des in Schlauchform gebrachten Materials auf die Innenfläche mittels einer durch Rotation des Fadenzuliefersystems erzeugten Zentrifugalkraft und mit Hilfe zusätzlicher, senkrecht zur Oberfläche der Materialbahn wirkender Kräfte aufgeschleudert werden, wobei die Fäden mittels eines Klebers oder durch Selbstbindung mit der Materialbahn verbunden werden, worauf die Überführung des erzeugten Verbundstoffs in eine ebene Bahn oder in mehrere ebene Bahnen erfolgt

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer feststehenden rohrförmigen Kammer, einer Zuführeinrichtung für wenigstens eine Bahn aus flächigem Material zum Zuführen in einer bestimmten Richtung und zum Durchführen durch die rohrförmige Kammer unter Annahme einer rohr- oder schlauchförmigen Gestalt, einer Einrichtung zur Rückbildung zu flächigem Material und wenigstens einem Fadenverteiler, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenverteiler im Innern der rohrförmigen Kammer (5) auf einer rotierenden Welle (10, 30, 43) längs der Achse der Kammer (5) angeordnet ist, wobei die Welle wenigstens einen Verteiler trägt, Fadenführungen (15, 40, 41) aufweist, die sich radial bis in die Nähe der Innenwand (6) der Kammer (5) erstrecken, und eine Einrichtung besitzt, die den Faden klebend macht

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Welle (10) eine oder mehrere Fadenspulen (12) als Fadenversorgungseinrichtung trägt

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Fadenspule (12) auf einer Achse längs der rotierenden Welle montiert ist und jeder Fadenspule Fadenführungen (40,41) längs der rotierenden Welle zugeordnet sind, die den Faden in die Nähe der Innenwand-der Kammer (5) führen.

5. Vorrichtungen nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Achse der Spulen Kleb-Stoffbehälter (16) trägt, durch die der entsprechende Faden (14) geführt und hierbei mit Klebstoff umhüllt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Kammer (5) ein Heizsystem (42) vorgesehen ist, das den Klebstoff des Fadens im Augenblick seiner Aufbringung auf das biegsame flächige Material (3,4) erweicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden-Liefermechanismus aus einem rotierenden Spinnkopf (46) besteht, der Fäden aus Kunststoff liefert und an einer hohlen Antriebswelle (43) befestigt ist, die dem Spinnkopf (46) eine Lösung des Kunststoffs in einem Lösungsmittel zuführt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines fadenverstärkten Verbundstoffes durch Aufbringen von Endlosfäden auf eine vorgefertigte Bahn eines regelmäßigen Netzwerks von Fasern oder einer Folie, wobei die Bahn vorübergehend während des Aufbringens der Fäden in Schlauch- oder Rohrform gebracht und kontinuierlich yorwärtsbewegt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer feststehenden rohrförmigen Kammer, einer Zuführeinrichtung für wenigstens eine Bahn aus flächigem Material zum Zuführen in einer bestimmten Richtung und zum Durchführen durch die rohrförmige Kammer unter Annahme einer rohr- oder schlauchförmigen Gestalt, einer Einrichtung zur Rückbildung zu flächigem Material und wenigstens einem Fadenverteiler.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung dieser Art sind aus der US-PS 3 132 986 bekannt, wobei die Endlosfäden mittels Drehtrommeln von außen auf die in Schlauchform gebrachte Materialbahn aufgebracht wik-d, wobei die Drehtrommeln auf Rollen gelagert sind, so daß sie sehr leicht vibrieren können und dadurch nachteilige Radialbewegungen ausführen, die zu Zerstörungen des Trägermaterials führen können. Auch steigt bei dieser Vorrichtung der konstruktive Aufwand mit der Breite der Materialbahnen erheblich, wobei die zunehmende Trägheit der zu drehenden Teile einen beträchtlichen Energieaufwand erfordert und gleichzeitig auch der Raumbedarf beträchtlich vergrößert wird. Außerdem ist die Oberfläche der Materialbahn, auf der der Endlosfaden aufgebracht werden soll, nicht gegen Verschmutzungen oder Beschädigungen geschützt. Bei Verwendung eines Lösungsmittels zum Aufbringen der Endlosfäden difundiert dieses unmittelbar in die umgebende Atmosphäre. Ferner muß bei einem Fadenbruch die Vorrichtung angehalten werden, da er sich infolge der Zentrifugalkraft von der zu bedeckenden Oberfläche entfernt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglichen, daß kein mechanisches Teil zum Auftragen der Endlosfäden mit der Materialbahn in Berührung gelangen kann, bei denen die Oberfläche, auf die die Endlosfäden aufgetragen werden sollen, geschützt ist, die Fadenbrüche erlauben, ohne daß der Aufbringvorgang unterbrochen werden muß, bei denen bei Verwendung von Lösungsmitteln diese nicht an die Umgebung abgegeben, sondern zur Wiedergewinnung abgezogen werden können, wobei sich insbesondere ein einfacher konstruktiver Aufbau ergibt, der eine Vergrößerung der Breite der Materialbahn ohne Schwierigkeiten ermöglicht und raum- und gewichtssparend ist.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fäden vom Inneren des in Schlauchform gebrachten Materials auf die Innenfläche mittels einer durch Rotation des Fadenzulieferungssystems erzeugten Zentrifugalkraft und mit Hilfe zusätzlicher senkrecht zur'Oberfläche der Materialbahn wirkender Kräfte ausgeschleudert werden, wobei die Fäden mittels eines Klebers oder durch Selbstbindung mit der Materialbahn verbunden werden, worauf die Überführung des erzeugten Verbundsstoffes ^:i eine ebene Bahn oder mehrere ebene Bahnen erfolgt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Durchführung dies« Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß