DE2507675B2

DE2507675B2 - Verfahren zur Imprägnierung von Kohlenstoffasersträngen und -bändern

Info

Publication number: DE2507675B2
Application number: DE19752507675
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr.-Ing. Heissler; Horst Dr.-Ing. Wurtinger
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1975-02-22
Filing date: 1975-02-22
Publication date: 1980-10-02
Also published as: DE2507675C3; DE2507675A1; FR2301611B3; NL7600415A; FR2301611A1; GB1498552A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Imprägnierung von Kohlenstoffasersträngen- und -bändern größerer Längen, bei dem der Kohlenstoffaserstrang im wesentlichen unter Vermeidung einer auf ihn einwirken- jo den Zugspannung in eine Harzimprägniervorrichtung eingeführt wird, anschließend mittels Walzen beidseitig imprägniert wird, t,ach der Imprägnierung zur Erzeugung der erwünschten Av.fwickc^pannung ein aus mehreren Bremsrollen bestehendes Umlenksystem durchläuft und dann mit der erzeugen Vorspannung aufgewickelt wird.

Kohlenstoffasern mit ausreichender Gleichmäßigkeit in großen Längen (= 1000 m) sind als Verstärkungsfasern für Anwendungsbereiche interessant, bei welchen diese großen Längen unabdingbar notwendig sind, wie beispielsweise beim Wickeln von Behältern etc.

Vor der Verarbeitung zum gewünschten faserverstärkten Kunststoff oder Verbundwerkstoff wird die Kohlenstoffaser in einem passenden Harz eingetaucht und damit imprägniert (vergleiche DE-OS 18 09 758). Bekannterweise wird hierzu der Faserstrang unter Zugspannung von einer Vorratsspule abgespult durch eine Imprägniereinheit gezogen und auf einen Körper aufgespult (vergleiche DE-OS 20 38 784).

Gegenüber anderen Fasern weist jedoch die Kohlenstoffaser in der Verarbeitung erhebliche Nachteile auf. So ist sie aufgrund ihres beispielsweise etwa 3 bis 5fach höheren £-ModuIs gegenüber einer Glasfaser wesentlich knickempfindlicher. Die Zahl von gebrochenen bzw. beschädigten Fasern in einem Strang von beispielsweise 10 000 Elementarfäden ist wesentlich größer als in einem vergleichbaren Glasfaserstrang.

Diesen Umständen muß bei der Verarbeitung von Kohlenstoffasersträngen nach dem Faserwickelverfah- 6C ren in hohem Maße Rechnung getragen werden, wenn ein Wickelkörper hergestellt werden soll« in welchem ein hoher prozentualer Ausnutzungsgrad der Kohlenstoffaserfestigkeitswerte erreicht werden soll.

Es ist bekannt, die zu verwendenden Kohlenstoffasern auf später als Abwickelspulen oder Vorratsspulen dienenden Spulenkörpern in wilder Wicklung, d. h. mit einem Winkel von ungefähr 45 bis 70° zur Spulenlängsachse in Längen von ab etwa 500 bis .60Om aufzuwickeln. Wird dann nach den bekannten Verfahren der Kohlenstoffaserstrang mit beispielsweise einer Abzugskraft von etwa 500 p und mehr von der Abwickelspule abgezogen, so ist es unvermeidbar, daß dar in Kreuzlagen aufgewickelte Kohlenstoffaserstrang während des Abziehens erheblich beschädigt wird.

Aus der DE-OS 21 01 756 ist nun ein Verfahren zur Imprägnierung eines Kohlenstoffaserstranges der eingangs genannten Art bekannt, bei dem eine weitgehende Reduzierung des Anteils an beschädigten Elementarfäden im Strang dadurch gewährleistet wird, daß die Abwickelspule schwenkbar ist und zwar mit einem Winkel, der dem Aufspulwinkel des Kohlenstoffaserstranges entspricht Hierdurch ist eine zugarme Führung des Stranges gewährleistet so daß eine Reibung zwischen verschiedenen Faserlagen und damit eine Beschädigung der Elementarfäden im Strang weitgehend vermieden werden kann.

Mit Hilfe dieses bekannten Verfahrens ist es zwar möglich, eine weitgehende Reduzierung des Anteils an beschädigten Elementarfäden im Strang sowie eine hohe Gleichmäßigkeit der Harzverteilung im Strang zu erzielen, andererseits jedoch ist dieses Verfahren zufolge der Verwendung der schwenkbaren Abwickelspule in Verbindung mit einer erforderlichen, die Abzugskraft regelnde Steuereinrichtung noch verhältnismäßig kompliziert aufwendig und demgemäß auch kostspielig.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das unter Vermeidung der dem bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile und unter Beibehaltung der durch das bekannte Verfahren bereits erzielten Vorteile in einer einfachen Weise durchführbar ist

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren in der Maßnahme, daß der Kohlenstoffaserstrang zum Einführen in die Imprägniervorrichtung einem Vorratsbehälter entnommen wird, in dem der Kohlenstoffaserstrang im wesentlichen wendelförmig eingelegt ist

Hierdurch wird auf die Verwendung einer Abwickelspule, auf welche der Kohlenstoffaserstrang kreuzgewickelt ist Oberhaupt verzichtet, und dadurch werden praktisch keinerlei Abzugskräfte benötigt wenn der Strang in die Harzimprägniervorrichtung eingeleitet wird, und es ist die Gefahr einer Beschädigung von Elementarfäden im Kohlenstoffaserstrang so gut wie überhaupt nicht gegeben.

Unter Umständen ist es jedoch zweckmäßig, den Kohlenstoff-Faserstrang in leicht vorgebremstem Zustand in die Harzimprägniervorrichtung einzuführen.

Zur näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Imprägnierung von Kohlenstoffasersträngen oder -bändern dient die Zeichnung, in der eine Imprägniervorrichtung schematisch dargestellt ist die beispielsweise zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann.

Ein Kohlenstoffaserstrang 1 größerer Länge wird in der gezeigten Imprägniervorrichtung über ein Rollensystem geführt, das aus Umlenkrollen, Harzimprägnierwalzen und Bremsrollen besteht, und an einem Wickelkern unter Zug aufgewickelt Die Bewegungsrichtung des Faserstranges sowie die Umdrehungsrichtung der Walzen ist mit Pfeilen angedeutet.

Das Rollensystem ist auf einer senkrecht stehenden Aufnahmeplatte 3 angeordnet wobei die Achsen aller Rollen parallel zueinander stehen und einen rechten

Winkel zur Platte einnehmen. Am Eingang der Imprägniervorrichtung wird der Strang 1 in der Weise in diese Vorrichtung eingeführt, daß der Strang praktisch keiner Zugspannung unterworfen ist, wodurch die Gefahr einer Beschädigung der Elementarfäden so gut wie ausgeschlossen isL Der Strang 1 wird aus einem Vorratsbehälter 2 entnommen, in welchem der Strang in Form einer Wendel 13 enthalten ist, wie dies in der Zeichnung schematisch durch einige Windungen angedeutet ist Man hat den Kohlenstoffaserstrang unmittelbar nach seiner Herstellung wendelförmig und mit sehr großer Länge in den Behälter 2 einlaufen lassen. Vom Behälter 2 aus wird der Strang 1 sodann über eine erste Umlenkrolie 4 geführt, die unmittelbar vor der ersten Harzimprägnierwalze 5 angeordnet ist, und anschließend mit einer zweiten, etwas tiefer gesetzten Umlenkrolie 6 einer zweiten Harzimprägnierwalze 7 zugeführt Beide Harzimprägnierwalzen 5 und 7 tauchen jeweils in ein Harzbad 8, 8a, das über ein thermostatisiertes Heizbad 9, 9a aufheizbar ist Die Schichtdicke des durch die Walzen bei einer Umdrehung aus dem HarzbacJ mitgeschleppten Harzes ist mit Hilfe der unmittelbar vor den Walzen angeordneten Abstreifer 10 und 10s einstellbar, wobei der Spalt zwischen Imprägnierwalzen und Abstreifer ein Maß für

die Schichtdicke und Durchtränkung des Kohlenstofffaserstranges darstellt Durch die Umlenkrolle 6 ist gewährleistet daß der vorerst durch die Walze 5 einseitig getränkte Kohlenstoffaserstrang nach Berührung der zweiten Imprägnierwalze 7 auch auf der

ίο anderen Laufbahn getränkt wird. Durch den Druck des Kohlenstoffaserstranges auf den Walzen ist hierbei deren Umdrehung gewährleistet Nach Tränkung des Stranges auf der zweiten Harzimprägnierwalze 7 gelangt der Strang über ein in Reihe geschaltetes, aus

fünf Bremsrollen 11 bestehendes Umlenksystem, durch das der Strang etwa sinuslinienförmig durchgeführt wird, wobei die gewünschte Aufwickelspannung erzeugt wird.

Die Bremskraft der Bremsrollen ist einstellbar, so daß der Kohlenstoffaserstrang am Wickelkern 12 mit einer Vorspannung von z. B. 5 kp aufgewicke¹' werden kann.

Hieizu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Verfahren zur Imprägnierung von Kohlenstofffasersträngen und -bändern größerer Längen, bei dem der Kohlenstoffaserstrang Jm wesentlichen unter Vermeidung einer auf ihn einwirkenden Zugspannung in eine Harzimprägniervorrichtung eingeführt wird, anschließend mittels Walzen beidseitig imprägniert wird, nach der Imprägnierung zur Erzeugung der erwünschten Aufwickelspannung ein ι ο aus mehreren Bremsrollen bestehendes Umlenksystem durchläuft und dann mit der erzeugten Vorspannung aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffaserstrang (1) zum Einführen in die Imprägniervorrichtung einem Vorratsbehälter (2) entnommen wird, in dem der Kohlenstoffaserstrang im wesentlichen wendelförmig eingelegt ist
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffaserstrang (1) in einem leicht vorgebremsten Zustand in die Harzimprägniervorricfctimg eingeführt wird.