DE2853208C2

DE2853208C2 - Fadenförmiges und flexibles Textilmaterial

Info

Publication number: DE2853208C2
Application number: DE2853208A
Authority: DE
Inventors: Bruno Villeurbanne Bompard
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1977-12-09
Filing date: 1978-12-08
Publication date: 1986-04-17
Also published as: FR2411258A1; IL56068A0; JPS5488971A; CA1096596A; IL56068A; GB2009807B; GB2009807A; DE2853208A1; JPS6011133B2; FR2411258B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein fadenförmiges und flexibles Textilmaterial der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art, das insbesondere zur Fertigung von geschichteten Gegenständen oder Oberzügen brauchbar ist.

Die geschichteten Gegenstände auf Basis von thermoplastischem oder wärmehärtbarem Harz, das durch eine Textileinlage verstärkt ist, sind seit langem bekannte Gegenstände und fanden verschiedene Anwendungen in zahlreichen Bereichen.

Allgemein werden solche Gegenstände durch Imprägnieren eines Textilverstärkungsmaterials, wie z. B. eines Gewebes, eines Filzes, eines Vlieses von Fäden od. dgl. hergestellt.

Eventuell kann die Textilverstärkung durch Stapelung mehrerer Schichten gleicher oder unterschiedlicher Art mit oder ohne Kreuzung als Funktion der mechanischen Eigenschaften erhalten werden, die man dem Material zu verleihen wünscht.

Die Imprägnierung wird vorzugsweise mittels eines wärmehärtbaren Kunstharzes, wie z. B. eines Phenolharzes, eines Epoxyharzes oder eines Polyesterharzes, durchgeführt, das man unter der Wirkung der Wärme und/oder des Drucks polymerisiert.

Andererseits wurde für bestimmte Anwendungsfälle, in denen man Materialien mit einer größeren Festigkeit in allen Richtungen, insbesondere gegenüber der Entschichtung anstrebte, angegeben, als Textilverstarkungselement dreidimensionale, d. h. Fäden in allen drei Richtungen aufweisende Gegenstände zu verwenden. So wurde angegeben. Schichten aus Längs- und Querfäden zu stapeln und diese Schichten untereinander durch Nähte zu verbinden, die das Einführen von Fäden in der Richtung der Wanddicke des Gegenstandes ermöglichen.

Andere gleichwertige Techniken ermöglichen die

ίο Herstellung ähnlicher Gegenstände.

Aligernein verwendet man zur Fertigung dieser Art von Textilverstärkungsgegenständen nicht mit Kunstharz imprägnierte, üblicherweise mit dem Ausdruck »trockene Fäden« bezeichnete Fäden, wobei die Irnprägnierung erfolgt, nachdem der Textilgegenstand fertiggestellt ist.

Jedoch ist es bei der Herstellung von eine dichte und/ oder eine erhebliche Dicke aufweisende Textilverstärkung enthaltenden geschichteten Gegenständen praktisch unmöglich, eine homogene Verteilung des Kunstharzes bis zum Kern des Materials zu erhalten. Diese Gefügeheterogenität des Materials ist die Ursache zahlreicher Fehler, wie z. B. unregelmäuiger mechanischer Eigenschaften oder auch Entschichtungsgefahren, wenn das Material mehrere Schichten aufweist.

Um dieses Problem zu lösen und eine gute Imprägnierung mit dem Kunstharz zu erhalten, wurde angegeben, mit Kunstharz vorimprägnierte Textilfaden oder -vliese zu verwenden. Diese Vorimprägnierung kann entweder vorab mit dem zur Bildung des Textilvlieses bestimmten Faden oder durch Imprägnieren des Vlieses nach seiner Bildung aus trockenen Fäden erfolgen.

Wenn man mit Kunstharz vorirr.prägnierte Fäden herzustellen wünscht, wobei diese Fäden aus einer Mehrzahl von im wesentlichen parallelen Fasern zusammengesetzt sind, erhält man die Imprägnierung allgemein mittels Durchleitens dieser Fäden durch ein Kunstharzbad und Kalibrierens mittels einer Ziehdüse. Diese vorimprägnierten Fäden werden zur Fertigung der geschichteten Materialien verwendet, in denen man die Schichten aus parallelen Fäden zusammensetzt, wobei die Schichten ggf. untereinander gekreuzt sind und die Polymerisierung des Kunstharzes nach Bildung der Schichten erfolgt.

Diese Verfahrensart ermöglicht die Herstellung von Gegenständen, in denen die Kunstharzverteilung homogen erreicht wird, doch stellte man für bestimmte Anwendungsfälle, in denen die geschichteten Materialien erheblichen Beanspruchungen und Kräften ausgesetzt werden, fest, daß die Entschichtungsgefahren zwischen den einzelnen Schichten weiter bestehen.

Außerdem ist die Lagerung solcher mit Kunstharz vorimprägnierter Fäden ziemlich lästig durchführbar, und allgemein muß man, wenn die Fäden in Form eines Wickels gelagert werden, ein Trennelement zwischen jeder Schicht von Windungen, z. B. ein Blatt von silikonisiertem Papier vorsehen, das das Zusammenkleben der Schichten untereinander verhindert. Weiter kann in diesem Fall das Aufwickeln nicht in lückenlos aneinanderliegenden Windungen erfolgen, was die Menge an , auf jedem Wickel lagerfähigem Material begrenzt.

Im übrigen ist die völlige oder teilweise Verwendung solcher vorimprägnierter Fäden aufgrund der dabei vorliegenden Klebeigenschaften zur Herstellung herkömmlicher Kette- und Schußgewebe und zur Herstellung von dreidimensionalen Textilgegenständen unmöglich.
Schließlich weisen die so vorimprägnierten Fäden die

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Form einer flachen Schnur geringer Dicke auf, in der die Fasern untereinander parallel liegen, oder sie haben die Form einer Einheit von im wesentlichen elliptischem Querschnitt, doch man stellte fest daß es praktisch unmöglich war, einen Faden von genau kreisförmigem Querschnitt zu erhalten, was bei der Herstellung von Gegenständen hoher Dichte besonders vorteilhaft ist.

Darüber hinaus kann die Form des Querschnitts der so hergestellten Fäden bei nachfolgenden Handhabungen deformiert oder geändert werden, was zur Ergreifung zahlreicher Vorsichtsmaßnahmen während dieser Handhabungen zwingt

Es wurde auch angegeben, Textilmaterialien herzustellen, die mit teilweibe polymerisiertem Kunstharz vorimprägniert sind, um die Klebeigenschaften zu beseitigen. Diese Materialien gibt es entweder in der Form von fadenförmigen Elementen oder in Form von Vliesen geringer Dicke, und sie weisen eine gewisse Steifigkeit auf, die ihre Lagerung und evtl. ihre Verwendung für gewisse besondere Anwendungsfälle erleichtert, z. B. wenn Gegenstände komplizierter Form, bei denen es erforderlich ist, das Material zu schneiden, eier mit einer genauen Form, wenn es sich um ein Vlies handelt, oder in einer bestimmten Länge herzustellen sind, wenn es sich um ein fadenförmiges Element handelt.

In den beiden Fällen weist das so hergestellte, mit Kunstharz vorimprägnierte Textilmaterial eine im wesentlichen glatte äußere Oberfläche auf, und die Beständigkeit gegenüber einer Entschichtung zwischen den einzelnen gebildeten Schichten ist aufgrund dieses Oberflächenzustandes begrenzt

Schließlich ist aus der GB-PS 13 05 198 ein fadenförmiges und flexibles Textilmaterial der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art bekannt, bei dem die Einheiten aus einzelnen Endlosfasern von je einem rohrförmigen Gewebe umhüllt sind. Eine Zwischenlagerung dieses Textilmaterials ist nicht erwähnt. Vielmehr ist vorgesehen, zwecks Herstellung eines Verstärkungselements das imprägnierte Kunstharz dieses Textilmate. Jals sogleich auszuhärten.

Andererseits sind wendeiförmige Umhüllungen für Textilmaterialien an sich aus der GB-PS * 75 990 und der FR-PS 9 55 262 an sich bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Textilmaterial der eingangs vorausgesetzten Art zu entwikkeln, das gut lagerfähig und für die Weiterverarbeitung, z. B. das Weben, derart gut geeignet sein soll, daß ein Zusammenhalt sowohl jeder der Einheiten als ai'ch der mehreren Einheiten insgesamt gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet, während eine vorteilhafte Verwendung des Textilmaterials im Patentanspruch 5 angegeben ist.

Die wendeiförmigen umhüllenden Endlosfasern halten die mit Kunstharz vorimprägnierten Endlosfasern derart zusammen, daß jede Einheit einen praktisch völlig kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei jede Umhüllungslage andererseits eine, relief artige Teile aufweisende äußere Oberfläche hat. Als vielfaserige, mit Kunstharz vorimprägnierte chemische Fasern verwendet man alle üblicherweise zur Herstellung von geschichteten Gegenständen verwendeten Fasern, z. B. Glasfasern, Kohlenstoffasern usw., wobei das Imprägnierharz dieser Fasern «{,in herkömmliches Harz ist.

Andererseits wählt man die die so mit Kunstharz vor-

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65 imprägnierten Fasern zusammenhaltenden Umhüllungsfäden unter den mit dem Kunstharz kompatiblen Materialien aus, und sie können von gleicher Art ouer anderer Art als die vorimprägnierten Fasern sein.

Vorteilhaft stellt dieser Umhüllungsfaden einen erheblich niedrigeren Anteil als die Gesamtheit der von ihm umhüllten Fasern dar, wobei der Anteil vorteilhaft wenigstens zweimal geringer ist

Mehrere solche vorimprägnierte fadenförmige Textilmaterialeinheiten können z. B. zur Herstellung von Geweben oder bi- oder tridirektionalen Vliesen verwendet werden, wobei die Einheiten mit wenigstens einem Umspinnungsfaden sicher verbunden sind. Diese Vereinigung kann entweder durch Verdrallung der Einheiten untereinander oder ggf. unter Parallelhaltung der Einheiten und mittels des Umspinnungsfadens erfolgen. Im letzteren Fall ist es als Funktion der Zahl der so verbundenen Einheiten möglich, die Form des Querschnitts des Ganzen variieren zu lassen und beispielsweise Produkte von genau rechteckigem, quadratischem oder auch dreieckförmiger» Querschnitt zu erhalten oder das Aussehen und infolgedessen den Oberflächenzustand eines solchen Materials variieren zu lassen, indem man ihm die Form einer Kette, einer Kordel od. dgl gibt

Das erfindungsgemäße, mit Kunstharz imprägnierte fadenförmige Textilmaterial kann ggf. einer Teilpolymerisierbehandlung unterworfen werden, was das Erhalten eines Gegenstandes mit einer gewissen Steifigkeit ermöglicht.

Das Verfahren zur Herstellung einer Einheit des Textilmaterials besteht in bekannter Weise im Speisen einer herkömmlichen Umspinnungsspindel mit hohlem Spindelkern mit einem den Kern bildenden vielfaserigen chemischen Endlosfaden und einem Umhüllungsendlosfaden, wobei der den Kern bildende vielfaserige Endlosfaden vor seinem Umwickeln mit dem Umhüllungsfaden mit Kunstharz vorimprägniert wird, und das Ganze ggf. einer Trocknungswärmebehandlung vor dem Aufwikkeln unterworfen wird.

Dabei erfolgt die Vorimprägnierung des Kernfadens mit Kunstharz entweder stromauf der Umspinnungsspindel oder stromab dieser Spindel, jedoch an einem Punkt zwischen dem Gipfel der Spindel und dem Vereinigungspunkt des Umhüllungsfadens iiiit dem Kernfaden.

Außerdem kann die Umhüllung entweder mit lückenlos aneinanderliegenden Windungen oder auch mit beabstandeten Windungen erfolgen. Weiter ist es möglich, den mit Kunstharz vorimprägnierten Kernfaden mit zwei übereinanderliegenden Umhüllungsfadenlagen zu umgeben, die in entgegengesetzter Richtung aufgewikkelt werden.

Schließlich sind die zur Bildung des mit Kunstharz vorimprägnierten Kerns verwendeten vie'faserigen Fäden vorzugsweise Fäden ohne Torsion mit parallelen Fasern.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung ver anschaulichten Ajsführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigt

Fig. 1 schematisch eine fadenförmige,mit Kunstharz vorimprägnierte Textilmaterialeinheiii^

F i g. 2 ein mit Kunstharz vorirnprägniertes Textilmaterial, das aus mehreren miteinander verdrallten vorimprägnierten fadenförmigere Textilmaterialeinheiten zusammengesetzt ist,

F i g. 3 und 4 Varianten, bei denen mehrere mit Kunstharz vorimprägnierte fadenförmige Textilmaterialein-

heiten gemäß der Erfindung vereinigt und untereinander mittels einer durch Umspinnen hergestellten Bindelage parallel gehalten sind,

F i g. 5 schematisch eine Anlage, die zur Herstellung einer mit Kunstharz imprägnierter, fadenförmigen Textilmaterialeinheit geeignet ist.

Mit der durch die Fig.5 veranschaulichten Anlage stellt man eine vorimprägnierte, fadenförmige Textilmaterialeinheit her, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Zur Herstellung dieser Einheit verwendet man im wesentlichen t-ire Anlage mit einer hohlen Spindel 10, die mit Umspinnungsmitteln 11, wie z.B. einer Spindelkrone versehen ist. Eine solche Anlage ist eine herkömmliche Anlage und ermöglicht, um eine von einer festen Zuführungsspule 3 kommende und durch eine Spanneinrichtung 18 unter Spannung gehaltene Kernfadeneinheit 1, die durch die hohle Spindel 10 wandert, einen von einem direkt an der hohlen Spindel 10 befestigten Träger kommenden Umhüllungsfaden 2 aufzuwickeln. Beim Durchlauf der Kernfadeneinheit jenseits der Spindel wickelt sich der Umhüllungsfaden in Form einer Wendel um die Einheit 1 auf, und das Ganze wird in Form von Spulen 12 aufgespult. Vor dem Bewickeln der Einheit 1 mit dem Umhüllungsfaden imprägniert man die Einheit 1 mit Kunstharz. Diese Imprägnierung erfolgt vorteilhaft, indem man sie durch einen das Kunstharz enthaltenden Trog 13 führt, an dessen Ausgang sie durch eine zum Auspressen des Überschußharzes bestimmte Düse läuft.

Außerdem läuft die gebildete umhüllte Einheit 1 nachher ggf. in einen Ofen 15, der ein Trocknen oder eine Vorpoiymerisierung des Kunstharzes ermöglicht.

Beispiel

In der vorstehend beschriebenen Anlage führt man eine vielfaserige »Silionne«-(Marke für einen aus elementaren Endlosgewebsfasem gebildeien Gl.isfaden)-Fadeneinheit 1 mit eintausendsechshundert (1600) Parallelfasern und von sechstausend (6000) »decitex« (Gewicht in Dezigramm je 1000 m Fadenlänge) zu. Vorzugsweise erfolgt diese Zuführung, indem man die Einheit von unten nach oben laufen läßt. Die Einheit 1 läuft nach ihrem Abwickeln von ihrer Spule 3 in das Innere eines das Imprägnierkunstharz enthaltenden Trogs 13 ein und dann durch die hohle Achse der Spindel 10 weiter.

Der Imprägniertrog 13 wird mit Kunstharz versorgt und weist an seinem oberen Ende eine Düse 14 auf, die es ermöglicht, auf den Fasern der Einheit 1 nur die gewünschte Materialmenge abzuscheiden. Vorteilhaft weist diese Ziehdüse 14 nach unten geneigte Ränder 16 auf, die das Ablaufen des Überschußkunstharzes ins Innere des Trogs 13 erleichtern.

Nach Durchlaufen des Inneren der hohlen Spindel 10 wird die mit Kunstharz vorimprägnierte Einheit 1 mit einem Faden 2 auf Basis von »Silionne« (Marke für einen aus elementaren Endlosgewebsfasem gebildeten Glasfaden) umsponnen, dessen Längengewicht eintausenddreihundertsechzig (1360) »decitex« (Gewicht in Dezigramm je 1000 m Fadenlänge) ist und der achthundertsechzehn (816) Fasern aufweist. Die Durchlaufgeschwindigkeit der Einheit 1 und die Rotationsgeschwindigkeit der Spindel 10 werden derart reguliert, daß der Umhüllungsfaden 2 die vorimprägnierte Fadeneinheit 1 in Form von praktisch lückenlos aneinanderliegenden Windungen umgibt

Vorteilhaft läuft die aus dem mit Kunstharz vorimnräEmierten und mit dem Umhüllungsfaden 2 umsponnenen Faden gebildete Einheit 1 vor dem Aufspulen bei 12 in das Innere eines Ofens 15, der das Trocknen oder die Vorpolymerisation des Kunstharzes ermöglicht.

Die so erhaltene mit Kunstharz vorimprägnierte fadenförmige Textilmaterialeinheit 1 hat eine Oberfläche, die durch den Umhüllungsfaden 2 um den vorimprägnierten Kernfaden herum gebildete Vorsprünge und Einsenkungen aufweist.
Diese Einheit kann schnell in Form von Spulen 12

ίο aufgewickelt werden, und man stellt fest, daß es unnötig ist, Trennmaterialschichten vorzusehen, um das Zusammenkleben der Windungen untereinander zu vermeiden.

Diese Einheit weist außerdem einen praktisch kreisförmigen Querschnitt auf und enthält einen verhältnismäßig niedrigen Kunstharzgehalt in der Größenordnung von 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht. Dies ermöglicht das Erhalten einer vorimprägnierten Einheit, deren Volumen im Vergleich mit einer trockenen Fadeneinheit nicht wesentlich erhöht ist.

Diese Fadeneinheit kann in Verbindung mit anderen Einheiten gleicher oder unterschiedlicher Art zur Herstellung von z. B. Geweben verwendet werden, die anschließend zur Bildung von geschichteten Gegenständen dienen.

Eventuell können die Fadeneinheiten ebenfalls zur Herstellung von überzogenen Geweben verwendet werden; in L'iesem Fall wird die Fadeneinheit als Kette und/oder als Schuß in Verbindung mit anderen, nicht imprägnierten Fäden, z. B. unter Verwendung einer vorimprägnierten Fadeneinheit je 10 r.:cht imprägnierte Fäden verwendet. Diese Verfahrensweise ermöglicht, dem gebildeten Gewebe die gewünschte Steifigkeit zu verleihen, erleichtert ein späteres Überziehen und verbessert die Eigenschaften des Gegenstandes.

Schließlich ist es für bestimmte Anwendungsfälle vorteilhaft, das erhaltene Material mehr oder weniger zu polymerisieren, um ihm eine mehr oder weniger hohe Steifigkeit zu verleihen.

In diesem Fall kann es ggf. in Abschnitte gewünschter Länge geschnitten werden, die man zur Herstellung von Vielrichtungsarmaturen verwendet.

Man stellt fest, daß für gleichartige Anwendungsfälle die aus den vorimprägnierten und mittels eines Umspinnungsfadens vereinigten Fadeneinheiten gemäß der Erfindung hergestellten geschichteten Gegenstände entweder eine bessere Beständigkeit gegenüber der Entschichtung als die aus vorimprägnierten Fäden mit parallelen Fasern hergestellten Gegenstände aufweisen

so oder den erhaltenen Erzeugnissen, z. B. im Fall von überzogenen Geweben, Steifigkeit verleihen.

Außerdem stellt man überraschenderweise, wenn die vorimprägnierte Fadeneinheit nicht polymerisiert und in Form eines Wickels gelagert wird, fest, daß die verschiedenen Schichten keine Neigung zeigen, sich gegenseitig zu verkleben, wie es bei dem vorimprägnierten Faden mit parallelen Fasern der Fall war.

Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem man durch Verdrillung vier vorimprägnierte Fadeneinheiten vereinigt. Dies ermöglicht das Erhalten einer vorimprägnierten Einheit größeren Durchmessers, deren Umfang auffällige Vorsprünge und Einsenkungen 4, 5 aufweist, die erheblich die Bindung mit dem Imprägnierkunstharz oder dem Überzugsmaterial verbessern.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele des fertigen erfindungsgemäßen Textilmaterials, bei denen mehrere vorimprägnierte Fadeneinheiten mittels eines zusätzlichen Umspinnungsfadens 6 vereinigt sind. So er-

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möglicht diese Verfahrensweise die Herstellung von |

Materialien, deren Querschnittsform, Aussehen und Außenoberflächenzustand variieren können.

In F i g. 3 ist diese Form mit 4 Einheiten im wesentli- p

chen quadratisch, während sie in F i g. 4 mit 3 Einheiten 5 I'

im wesentlichen dreieckförmig ist. Dies wird durch die |

Tatsache ermöglicht, daß die vorimprägnierten faden- |

fönsigen Einheiten einen praktisch kreisförmigen Querschniit aufweisen.

Im Vergleich mit den früher hergestellten mit Kunst- io |

harz vorimprägnierten Textilmaterialieii ist das erfindungsgemäße Material leicht zu handhaben und zu lagern und kann zur Herstellung jeder Art von bi- oder tridirektionalen Textilverstärkungsmaterialien verwendet werden.

Außerdem ermöglicht es, die Eigenschaften der daraus hergestellten geschichteten Gegenstände und insbesondere ihre Beständigkeit gegenüber Entschichtung wesentlich zu verbessern.

Außerdem kann es, wie schon erwähnt, verwendet werden, um daraus hergestellten überzogenen Geweben Steifigkeit zu verleihen. In diesem Fall bestehen bei der Herstellung des Gewebes bestimmte Kette- und/ oder Schußfäden aus den fadenförmigen Einheiten, während die anderen Fäden nicht mit Kunstharz imprägnierte Fäden gleicher oder unterschiedlicher Art sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Fadenförmiges und flexibles Textilmaterial, das aus wenigstens zwei Einheiten (1) aus einzelnen Endlosfasern besteht, deren jede von Endlosfasern (2) umhüllt ist, wobei jede Einheit (1) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat und mit einem nicht polymerisierten Kunstharz imprägniert ist und wobei die umhüllenden Endlosfasern (2) nicht mit Kunstharz imprägniert sind,

dadurch gekennzeichnet,
daß die umhüllenden Endlosfasern (2) um jede Einheit (1) in Form einer Wendel gewickelt sind und daß die Einheiten (1) mittels wenigstens eines Umspinnungsfadens (6) vereinigt sind.

2. Textilmaterial nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Anteil-d^r umhüllenden Endlosfasern (2) geringer als der <lar Einheiten (1) der mit Kunstharz vorimprägnierten Endlosfasern ist.

3. Textilmaterial nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß es aus drei mit je wenigstens einer Lage von Endlosfasern (2) umhüllten Einheiten (1) zusammengesetzt ist und einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt aufweist.

^Textilmaterial nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß es aus vier nut je wenigstens einer Lage von Endlosfasern (2) umhüllten Einheiten (1) zusammengesetzt ist und einen im wesentlLnen rechteckigen Querschnitt aufweist.

5. Verwendung eines fadenförmig zn und flexiblen Textilmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines wenigstens teilweise daraus bestehenden Textilverstärkungsmaterials.