DE2155276C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Imprägnieren einer Faserbahn mit einem Harz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Imprägnieren einer Faserbahn mit einem Harz, bei dem man die Faserbahn zwischen zwei Trägerbahnen einbringt, von welchen wenigstens eine einen Oberflächenüberzug aus dem Imprägnierharz aufweist, und unter Anwendung von Druck auf die Schichtung das Imprägnierharz von der Trägerbahn in die Faserbahn überträgt. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Erfindung ^ehi somit aus von einer Imprägnierung im sogenannten Übertrag-Verfahren, bei welchem die Harzschicht, die zuvor in Form eines (festen oder halbfesten) Überzugs auf einer Trägerfolie vorliegt, von dieser auf die Faserschicht übertragen wird. Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 35 36 549 bekannt. Daneben sind auch als sogenannte Badimprägnierung bezeichnete Imprägnierungsverfahren bekannt, bei welchen die Fasermatte durch ein flüssiges Imprägnierungsbad aus dem Imprägnierungsharz läuft (vgl. beispielsweise die deutschen Auslegeschriften 12 65 976, 12 11 793, 11 81 900) bzw. die Fasermatte in eine auf einer unteren Trennfolie aufgebrachte flüssige Imprägnierharzschicht eingedrückt wird (vgl. deutsche Offenlegungsschrift 18 07 664 bzw. schweizerische Patentschrift 4 48 503).

Sowohl bei den bisher bekannten Übertrag-Imprägnierungsverfahren wie bei den Bad-Imprägnierverfahren erfolgt die eigentliche Imprägnierung, d. h. die Durch-und-Durch-Tränkung der Matte mit dem Imprägnierharz in einem verhältnismäßig engen Quetschspalt zwischen zwei miteinander zusammenwirkenden, gegeneinander vorgespannten Quetschwalzen durch einen praktisch punktweise oder jedenfalls innerhalb eines sehr geringen Bereichs (nämlich in dem Quetschspalt zwischen den Quetschwalzen) aufgebrachten Preßdruck. Dies hat, insbesondere bei der Herstellung von Verbundstoffen mit verhältnismäßig hohem Harzanteil den wesentlichen Nachteil, daß bei der Anwendung dieses punktweisen Preßdrucks auf verhältnismäßig dicke Harzschichten eine Tendenz zur Bildung eines Harzpolsters unmittelbar vor dem Quetschspalt besteht Hieraus ergeben sich Schwierigkeiten für die Erzielung eines gleichmäßigen Produkts. Außerdem muß bei diesem Quetschverfahren und bei verhältnismäßig hohen Harzanteilen der angewandte Quetschdruck, da er praktisch nur punktweise oder jedenfalls nur innerhalb eines flächenmäßig sehr geringen Bereichs ausgeübt wird, verhältnismäßig hoch sein. Auch dies beeinträchtigt die Erzielung eines gleichmäßigen Erzeugnisses, u.id zwar sowohl hinsichtlich der Kontrolle der Dicke und des Imprägnierungsgrades, wie auch wegen der Gefahr, daß die Anordnung der Fasern in der Faserschicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Der die Übertragung des Imprägnierungsharzes von der Trägerfolie auf die Faserbahn bewirkende Preßdruck, der bei den bekannten Verfahren wie erwähnt im wesentlichen punktförmig oder jedenfalls innerhalb eines engbegrenzten Bereichs im Quetschspalt zwischen zwei Quetschwalzen aufgebracht wird, bewirkt zudem, daß ein Teil des Imprägnierungsharzes, das zunächst an der Einlaufseite des Quetschspaltes in die Bahn hineingepreßt wird, an der Auslaufseite wieder aus ihr herausgedrückt wird, woraus sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Erzielung von Verbundwerkstoffen mit verhältnismäßig hohem Harzanteil ergeben, wie sie für bestimmte Anwendungszwecke erwünscht sein können; beispielsweise können Verbundwerkstoffe mit einem Harzanteil von mehr als 50% erwünscht sein.

Die vorstehend erwähnten Nachteile bestehen auch bei dem Verfahren und der Vorrichtung wie sie aus der bereits erwähnten US-Patentschrift 35 36 549 bekannt sind. Hierbei ist eine Schichtung aus zwei Trägerfolien, von welchen wenigstens eine mit dem Imprägnierungsharz beschichtet ist, und dazwischen eingestreuten Fascrschnitzeln oder Rovings, um eine rotierende Trommel verhältnismäßig großen Durchmessers geführt, wobei entlang dem Anlagebereich der Schichtung an der Trommel eine Aufeinanderfolge von Walzen verhältnismäßig kleineren Durchmessers vorgesehen sind, welche mit der Trommel unter Ausübung eines Anpreßdrucks zusammenwirken. Beispielsweise sind bei der bekannten Vorrichtung um etwa den halben Umfang der Trommel verteilt aufeinanderfolgend eine Andruckwalze zur anfänglichen Kontaktierung, Profilwalzen zur Fixierung der Giasfaserschicht, ebenfalls profilierte Knetwalzen zur eigentlichen Imprägnierung sowie gegebenenfalls Egalisierwalzen vorgesehen. Auch dieses bekannte Verfahren beruht daher auf Imprägnierung durch im wesentlichen punktweise aufgebrachten Preßdruck in den Quetschspalten zwischen aufeinanderfolgenden Walzen und einer großen Trommel, so daß hierbei die obenerwähnten Nachteile ebenfalls auftreten.

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung eines Imprägnierungsverfahrens und einer Vorrichtung hierfür zugrunde, bei welchen die erwähnten Nachteile der Imprägnierung durch punktweise oder jedenfalls örtlich begrenzte Quetschung vermieden und die Erzielung eines gleichmäßigen Erzeugnisses mit genau kontrollierbaren Eigenschaften und hoher Gleichförmigkeit der Faserlage, des Harzanteils und der Schichtdikke gewährleistet werden, wobei insbesondere auch die Imprägnierung von Faserbahnen mit besonders hohem Harzanteil ermöglicht werden soll, wie er bisher mit

der Quetschimprägnierung nicht ohne weiteres erzielbar war.

Zu diesem Zweck ist bei dem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Druck zur Übertragung des Imprägnierharzes ausschließlich durch die Zugspannung der Trägerbahnen beim Herumführen der Schichtung um einen wesentlichen Teil rt°s Umfanges einer beheizten Walze aufgebracht wird.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung erfolgt somit die Imprägnierung statt mittels einer (oder mehreren aufeinanderfolgenden) punktweisen Quetschungen) mit hohem Quetschdruck mittels einer großflächigen Pressung der Schichtung aus Faserbahn und beidseitig anliegenden Trägerbahnen mit einem verhältnismäßig geringen Anpreßdruck entsprechend der Zugspannung der Trägerbahnen beim Herumführen um einen wesentlichen Teil des Umfangs der Walze. Die sich bei den bekannten Quetschverfahren aus der punktweisen Anwendung eines verhältnismäßig hohen Quetschdrucks ergebenden Schwierigkeiten (Ausbildung von Kunstharzpolstern unmittelbar vor der Quetschstelle, Beeinträchtigung der Faserlage, Ungleichmäßigkeit der Imprägnierung und des Harzanteils, Dickeschwankungen) treten hierbei nicht auf; vor allem lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Faserbahnen mit einem verhältnismäßig hohen Harzanteil von beispielsweise 50% imprägnieren, da ein teilweises Wiederherausdrücken des Harzes aus der Faserbahn, wie es an der Auslaufseite enger Quetschspalte unter dem Einfluß dei hohen örtlichen Quetschdrucks auftritt, beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht stattfinden kann, bei welchem die Faserbahn über den gesamten, großflächigen Andruckbereich zwischen den enganliegenden Trägerbahnen, über weiche ja der Preßdruck großflächig aufgebracht wird, eingeschlossen ist. Hinzu kommt die Verringerung des apparativen Aufwandes, da weder verhältnismäßig stark beanspruchte und daher stark verschleißende Quelschaggregate benötigt werden, noch zusätzliche Hilfsvorrichtungen wie Egalisierwalzen, zusätzlich zugeführte oder stationär angeordnete Halterungs- und Verteüungsfäden u. dgl.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist bei einer derartigen Vorrichtung vorgesehen, daß sie zwei gegenläufig drehende Walzen aufweist, wobei die Schichtung zunächst um einen Teil des Umfanges der einen Walze, sodann durch den Durchlaufspalt zwischen den beiden V/alzen und schließlich um einen Teil des Umfanges der zweiten Walze geführt ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben, deren Figur in schematisierter Form eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

In der Zeichnung ist mit 10 eine Vorratstrommel bezeichnet, von welcher eine 3ahn 11 aus in einer Richtung longitudinal ausgerichteten itohlenstoffasern zugeführt wird Oberhalb und unterhalb der Faserbahn 11 sind weitere Vorratstrommeln 12 und 13 zur Zufuhr von Silikon-Trennpapier vorgesehen, das jeweils auf der der Faserbahn 11 zugewandten Seite mit einem Film aus einem Epoxyharz überzogen ist, dessen Dicke

ίο entsprechend so kontrolliert ist, daß der erforderliche endgültige Harzanteil in der Schichtung erhalten wird.

Das in dieser Weise überzogene Papier wird von diesen Vorratstrommeln gegen die Ober- und Unterseite der Faserbahn 11 zugeführt; die so gebildete sandwichartige Schichtung läuft über eine beheizte Walze 14. Mittels Kupplungen 15 und 16 an den Vorratstrommeln 12 bzw. 13 werden die Bahnen unter Zugspannung gehalten, derart, daß die Sandwich-Schichtung gegen die Oberfläche der Walze 14 gepreßt wird.

Die Schichtung läuft etwa um den halben Umfang der Walze 14, sodann durch den Durchlaufspalt zwischen der Walze 14 und einer weiteren Walze 17 und schließlich entlang etwa dem halben Umfang dieser weiteren Walze 17. Hinter der Walze 17 werden die imprägnierte Faserbahn 11 und die Trennpapierbahnen voneinander gelöst; die imprägnierte Faserbahn 11 wird auf eine Aufwickelspule 18 aufgewickelt, während das Trennpapier auf angetriebenen Aufwickeltrommeln 19 und 20 aufgewickelt wird. Die Antriebe für die Trommeln 19 und 20 und die Kupplungen an den Vorratstrommeln 12 und 13 sind so ausgebildet und eingestellt, daß das Trennpapier unter einer hinreichenden Spannung steht, so daß die Schichtung gegen die Walzen 14 und 17 gedrückt wird.

Im Betrieb arbeitet die Vorrichtung wie folgt: Beim Verlauf über die beheizten Walzen wird das Harz erhitzt und von dem Trennpapier auf die Faserbahn übertragen. Da die sandwichartige Schichtung über eine verhältnismäßig lange Weglänge in Berührung mit den

beheizten Walzen steht, ist der für die Übertragung erforderliche Druck verhältnismäßig niedrig und kann durch die Zugspannung in dem Trennpapier aufgebracht werden; es werden daher keine mit hohem Quetschdruck arbeitende Quetschspalten benötigt, durch welche der hohe Harzanteil aus der Faserbahn wieder ausgequetscht würde.

Die beschriebene Vorrichtung kann abgewandelt werden. So kann entweder eine der Walzen 14 und 17 oder es können beide beheizt sein; es kann entweder eine der Trägerbahnen, oder es können beide Trägerbahnen mit einem Harz, beispielsweise einem Epoxyharz überzogen sein. Das Verfahren eignet sich zur Anwendung für verschiedenartige Harze und außer für die beschriebenen Kohlenstoffasern auch für verschiedenartige Fasern wie beispielsweise Glasfasern, Borfasern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Imprägnieren einer Faserbahn mit einem Harz, bei dem man die Faserbahn zwisehen zwei Trägerbahnen einbringt, von welchen wenigstens eine einen Oberflächenüberzug aus dem Imprägnierharz aufweist, und unter Anwendung von Druck auf die Schichtung das Imprägnierharz von der Trägerbahn in die Faserbahn überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zur Übertragung des Imprägnierharzes ausschließlich durch die Zugspannung der Trägerbahnen beim Herumführen der Schichtung um einen wesentlichen Teil des Umfanges einer beheizten Walze aufgebracht wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine angetriebene Aufwickeltrommel (19, 20) und eine gebremste Vorratstrommel (12, 13) für wenigstens eine der Trägerbahnen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei gegenläufig drehende Walzen (14,17) aufweist, wobei die Schichtung zunächst um einen Teil des Umfanges der einen Walze (14), sodann durch den Durchlaufspalt zwischen den beiden Walzen (14, 17) und schließlich um einen Teil des Umfanges der zweiten Walze (17) geführt ist.