DE3142226A1

DE3142226A1 - "zusammengesetzter gegenstand und verfahren zu dessen herstellung"

Info

Publication number: DE3142226A1
Application number: DE19813142226
Authority: DE
Inventors: Jackie Dale Fairfield Ohio Jones; Guy Cliff Murphy; Charles Thomas Madeira Ohio Salemme
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-01-28
Filing date: 1981-10-24
Publication date: 1982-08-26
Also published as: IT1140242B; GB2091633A; GB2091633B; IT8124644A0; JPS57129737A; FR2498520A1; CA1175332A; JPH027825B2; US4407885A; FR2498520B1

Description

Die Erfindung betrifft zusammengesetzte Gegenstände und ein Verfahren zur Herstellung von zusammengesetzten Gegenständen, und zwar insbesondere ein verbessertes Verfahren zum Aneinanderkleben oder Verbinden bzw. Verschweißen der Schichten von zusammengesetzten Gegenständen, die aus Fasermaterial hergestellt sind, so daß ein verbesserter zusammengesetzter Vorformling erzielt wird, wobei unter einem Fasermaterial allgemein ein faser- und/oder fadenförmiges Material verstanden werden soll.

Der Fabrikationsgegenstand nach der Erfindung wird in einer Ausführungsform durch Stapeln einer Mehrzahl von Schichten eines Textilerzeugnisses/hergestellt, die Fasermaterial enthalten, wobei wenigstens wechselweise aufeinanderfolgende Schichten aus der Mehrzahl der Schichten

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des Textilerzeugnisses thei-moplastisches Faserrnaterial haben, das in dem Gewebe oder vermischt innerhalb des Gewebes des strukturellen Fasermaterials verteilt ist; vorzugsweise werden die Schichten des Textilerzeugnisses verdichtet, so daß verdichtete Schichten des Textilerzeugnisses ausgebildet werden; und die gestapelten Schichten werden auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um eine Bindewirkung mittels des thermoplastischen Fasermateria 1s an Stoßstellen zwischen den Fasermaterialien zu fördern bzw. hervorzurufen. In den am meisten bevorzugten Ausführungsformen werden die erhitzten, verdichteten Schichten gekühlt, nachdem sie einem genügenden Betrag an Wärme zum Fördern bzw. Hervorrufen einer zufriedenstellenden Bindung durch das thermoplastische Fasermaterial unterworfen woi:-

15 den sind.

Allgemein ist der Betrag an Wärme, der zum Fördern bzw. Hervorrufen der zufriedenstellenden Bindung mittels des thermoplastischen Fasermaterials ausreicht, diejenige Temperatur, die erforderlich ist, das thermoplastische Fasermaterial zu schmelzen, das thermoplastische Material zu erweichen oder klebrig zu machen, oder in anderer Weise ein Haften des thermoplastischen Fasermat.erials zu bewirken, ***** so daß es die Schichten des TeAtilerzeugnisses verklebt, verkittet, verschmilzt, aneinanderbindet oder aneinander befestigt, was nachfolgend und in den Ansprüchen als Binden oder eine Bindung bezeichnet wird. Die Länge der Zeit, während der Wärme auf den Verbundstoff ausgeübt wird, ist nicht kritisch, solange die Wärme während einer Zeitdauer angewandt wird, die ausreicht, daß sie die Schichten des

oder Gewebes

Textilerzeugnisses/durchdringt, so daß sie die erwähnte Bindewirkung zwischen den Schichten des Text!lorzeuynisses hervorbringt. Zum Beispiel können die gestapelten oder verdichteten Schichten des Textilerzeugnisses von einer Sekuride an bis zu etwa 15 Minuten i η gewissen bevorzugten Ausfall-

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ce

rungsformen erwärmt werden. Der erforderliche Betrag an Wärme, d. h. die erforderliche Temperatur, und die erforderliche Länge an Zeit hängen von verschiedenen Faktoren ab, welche die Anzahl von Schichten des Textilerzeugnisses in dem zusammengesetzten TextilerZeugnis, die Dicke der Schichten, die Art oder Arten von thermoplastischem Fasermaterial, die Art oder Arten von strukturellem Fasermaterial, und den Zustand, bei welchem das thermoplastische Fasermaterial die Schichten aneinander befestigt oder bindet, umfassen. Diese Parameter können vom Fachmann leicht eingestellt und optimalisiert werden, ohne daß unangemessene Untersuchungen erforderlich sind.

In bevorzugten Ausführungsformen ist die Temperatur wenigstens der Schmelzpunkt des thermoplastischen Fasermaterials, jedoch geringer als die Temperatur, die zum Verschlechtern, Zersetzen oder zum anderweitigen Gefährden der strukturellen Unversehrtheit des Textilerzeugnisses und/oder von dessen strukturellen Faserkomponenten erforderlich ist. Obwohl die Temperatur von der speziellen Art oder den speziellen Arten des thermoplastischen Fasermaterials oder von Kombinationen desselben abhängt, sind die bevorzugten Temperaturen allgemein größer als etwa 260⁰C (500⁰F) und unterhalb der Zersetzungstemperatur des thermoplastischen Fasermaterials oder des strukturellen Fasermaterials, je nachdem, welches dieser Materialien sich bei der niedrigeren Temperatur zersetzt. Zum Beispiel schmilzt das thermoplastische Polyesterfasermaterial, das aus Polyethylenterephthalat hergestellt ist und von der Firma E.I. duPont de Nemours and Company unter dem Warenzeichen Dacron vertrieben wird, bei etwa 250⁰C, während es sich bei etwa 350⁰C zersetzt. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Temperatur, auf die solche verdichteten oder zusammengedrückten Schichten von Textilmaterialien erwärmt werden, etwa 250⁰C bis etwa 275°C.

Die Schichten aus Textilmaterial, die im Rahmen der Erfindung verwendbar sind, können jede gewünschte Gestalt, Abmessung, Form und Konfiguration haben, und sie können gewebte und ungewebte Fasern, Fäden, Garne, Zwirne, Drähte, Endlosfasern, Einfäden, Filamente und dergl. einschließen. Die ungewebten Fasern (der Begriff "Faser" in der Beschreibung und in den Ansprüchen soll gleichzeitig den Begriff "Faden" mit umfassen) oder Materialien können Preßwatten bzw. -materialien, Filze, Watten, Flausche und dergl. sein.

Die strukturellen Fasermaterialien können irgendwelche an

sich bekannte Materialien sein, die Fasern, Fäden, Endlos-" ' fasern, Einfäden, Filamente, Drähte, Zwirne, Garne, gewebte Textilerzeugnisse, ungewebte Textilerzeugnisse, Preßwatten bzw. -materialien, Filze und dergl. bilden. Die vorliegend verwendete Bezeichnung "strukturelles Fasermaterial" umfaßt alle die verschiedenen Arten von Materialien, die solche Textilerzeugnisse bilden, wie sie in einer Mehrzahl von Schichten zur Ausbildung eines zusammengesetzten Textilerzeugnisses gemäß der vorliegenden Erfindung brauchbar sind. Besonders bevorzugte strukturelle Fasermaterialien umfassen Glas in der Form von Glasfasern, Kohlenstoff oder Graphit in der Form von Kohlenstoff-oder Graphitfasern, nichtgraphitische Kohlenstoffasern, glasi- ^- ge Kohlenstoffasern, monolithische Bor-Graphitstoffasern und monolithische nichtgraphitische Kohlenstof fasern, Silicium und andere schwer schmelzbare, feuerbeständige und/oder hochwarmfeste Materialien. Ein spezielles brauchbares strukturelles Textilerzeugnis ist ein solches, das aus einer Kombination von Glasfasern und Graphitfasern hergestellt ist, wobei die Glas- und die Graphitfasern von daraus hergestellten Garnen zu einem Textilerzeugnis gewebt sind. In einem Beispiel eines daraus gewebten Textilerzeugnisses sind die Kohlenstoffäden und die Glasfäden oder -garne zusammen mit Garnen, die aus geeignetem thermoplastischem Material hergestelIt sind,

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ζ. B. zusammen mit einem Polyacrylgarn, in der Kettenrichtung gewebt. Glasfasern und Kohlenstoff fasern oder -garne werden in der Schuß- oder Füllrichtung verwendet.

Wenn eine Mehrzahl von Arten von thermoplastischen Fasermaterialien verwendet wird, können diese in einem einzigen Garn oder Faden enthalten sein. Alternativ können Garne oder Fäden, die aus einer einzigen Art eines themop.1 astischen Fasermaterials hergestellt sind, zusammen mit Garnen oder Fäden aus einer anderen einzigen Art eines thermoplastischen Fasermaterials zur Ausbildung des gewebten oder ungewebten TextilerZeugnisses verwendet werden.

Die Abmessungen der thermoplastischen Garne, Endlosfasern, Fäden und Fasern können diejenigen sein, die konventionellerweise zur Herstellung von gewebten oder ungewebten Textiler Zeugnissen verwendet werden. Obwohl es in der Praxis der vorliegenden Erfindung nicht kritisch ist, sind die Garngrößen für gewebte Textilerzeugnisse vorzugsweise etwa 1000 bis zu etwa'2400-Faser-Werge (filament tows).

Das thermoplastische Fasermaterial, das zum Aneinanderbinden der Schichten des Textilerzeugnisses in dem zusammengesetzten Textilerzeugnis nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, kann aus einer Vielzahl von an sich bekannten, durch Wärme erweichbaren, thermoplastischen Fasermaterialien ausgewählt werden, die Polyamide, Polyacry-Ie, Polyester und Polyolefine, sowie Derivate der vorerwähnten Materialien und Mischungen derselben einschließen. Beispiele von Derivaten der vorerwähnten Materialien umfassen halogenierte Spezies oder Spezies, an denen verschiedene funktioneile Gruppen angebracht sind.

Polyolefine umfassen Polyäthylen, Polypropylen, Polybutylen und dergl. Zum Beispiel können Polyäthylen, das bei etwa

sm »

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110°C erweicht, oder Polypropylenfasern, die bei etwa 150°C erweichen, in die strukturellen Fasermaterialien eingefügt werden, um dio im Rahmen dc*r vor! i ogoruicn Kr f induug verwendeten Qev/ubo cius'/ubi j den. Die I'ol.yäLhy 1 en-

fasern werden genügend erweicht, damit sie an die strukturellen Fasermaterialien gebunden werden, und/oder.an andere Polyäthylenfasern in aufeinanderfolgenden oder benachbarten Schichten des Textilerzeugnisses. Andere thermoplastische Fasern, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Polyvinylchloridfasern, die bei einer Temperatur im Bereich von etwa 60⁰C bis 71 C erweichen, Polyäthylenterephthalatfasern, die einen Schmelzpunkt im Bereich von 258°C bis 263⁰C haben, und solche Polyacrylfasern, wie Orionfasern oder Acrilanfasern, die einen Schmelzpunkt von ungefähr 220⁰C haben. Polyesterfasern, wie z. B. Polyäthylenterephthalat, die einen Schmelzpunkt von etwa 250⁰C haben und unter dem Warenzeichen Dacron vertrieben werden, sind eines der bevorzugten Materialien, das als thermoplastische Faser für die zusammengesetzten Textilerzeugnisse nach der vorliegenden Erfindung brauchbar ist. Dacron und Orion sind Warenzeichen der Firma E.I. duPont de Nemours and Company, und Äcrilan ist ein Warenzeichen für eine synthetische Acrylfaser, die von dor Firma Monsanto Company hergestellt wird, üoispiele von anderen thermoplastischen Polymeren, die als thermoplastische Fasermaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Nylon-6-, Nylon-11- und Nylon-66-Materialien. Die Bezeichnung Nylon bezieht sich auf eine Familie von Polyamidpolymeren, die durch das Vorhandensein der Amidgruppe charakterisiert sind. Polyester umfassen Garnmaterialien, die aus einem linearen Polyester hergestellt sind, der wenigstens 85 % (gewichtsmäßig) von einem Ester eines zweiwertigen Alkohols und Terephthalsäure in der Kette enthält. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das einzige Erfordernis des

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thermoplastischen Kasermatorials seine. Fähigkeit, die Bindewirkung der Schichten des Textilerzeugnisses in dem zusammengesetzten Textilerzeugnis bei einer Temperatur zu fördern bzw. hervorzurufen, die geringer als der Schmelzpunkt, die Zersetzungstemperatur, die Zerstörungstemperatur oder die Verschlechterungstemperatur des in den Textilerzeugnisschichten verwendeten strukturellen Fasermaterials und/oder die Zersetzungstemperatur, die Zerstörungstemperatur oder die Verschlechterungstemperatur des thermoplastischen Materials selbst ist. Infolgedessen kann der Fachmann aus einer breiten Verschiedenheit von thermoplastischem Fasermaterial auswählen, um die erforderliche Bindewirkung, die zum Zusammenbinden der Schichten des Textilerzeugnisses erforderlich.ist, zu fördern bzw.hervorzurufen. Die in der Schicht oder den Schichten des zusammengesetzten Textilerzeugnisses enthaltene Menge an thermoplastischem Fasermaterial ist in der Praxis der vorliegenden Erfindung nicht kritisch, solange eine genügende Menge an thermoplastischem Material vorhanden ist, um eine Bindewirkung zu fördern bzw. hervorzurufen, mit der die Schichten des Textilerzeugnisses in dem Verbundstoff an den Stoßstellen zwischen den Fasermaterialien aneinander befestigt werden. Weiterhin kann die Menge an thermoplastischem Fasermaterial in den Schichten des Text i lerzeugnisses von Schicht zu Schicht- variieren, und der Fachmann kann leicht die optimalen Mengen ein thermoplastischen Fasermaterialien pro Schicht des Textilerzeugnisses basierend auf der vorgesehenen Verwendung des zusammengesetzten Textilerzeugnisses bestimmen. In einem zusammengesetzten Textilerzeugnis können gewisse Schichten wenig oder kein thermoplastisches Fasermaterial enthalten, während eine benachbarte Schicht wesentliche Mengen, z. B. bis zu 60 % (volumenmäßig) oder mehr an thermoplastischem Fasermaterial enthalten kann (basierend auf dem Gesamtvolumen des strukturellen Fasermaterials und des thermopla-

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^Λ; stischen Materials in der Schicht des Textilerzeugnisses).

In bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Menge an thermoplastischem Fasermaterial in einer Schicht oder Lage des

■\- zusammengesetzten Textilmaterials allgemein von einer klei-

, 5 nen aber wirksamen Menge, die zum Erzielen einer Bindewirkung ausreicht, beispielsweise etwa 2,0 Vol.-%, bis zu et- ■> wa 25 Vol.-%, basierend auf dem Gesamtvolumen. Allgemein

i haben die am meisten bevorzugten Ausführungsformen der vor-

; liegenden Erfindung etwa 4 Vol.-% bis etwa 8 VoI..-% thermo-

: 10 plastisches Fasermaterial in einer Schicht oder Lage des

ί zusammengesetzten Textilerzeugnisses. Für die meisten An-

■< " ; wendungsfälle wird die minimale Menge an thermoplastischem

Fasermaterial/ die zum Aneinanderbinden der Schichten des ; Textilerzeugnisses erforderlich ist, bevorzugt, damit die

_: 15 strukturelle Integrität des gesamten zusammengesetzten Tex-• tilerzeugnisses aufrechterhalten wird. Infolgedessen können,

obwohl gewisse Schichten des Textilerzeugnisses Mengen an ^; thermoplastischem Fasermaterial haben können, das inner-

,". halb des Gewebes vorhanden ist, benachbarte Schichten des

20 Textilerzeugnisses in dem Verbundstoff wenig oder kein ther-I moplastisches Fasermaterial enthalten. Das führt zu einem

·' gesamten zusammengesetzten Textilerzeugnis, das nur eine

minimale Menge an thermoplastischem Fasermaterial enthält, und zwar noch eine Menge, die ausreicht, eine Bindewirkung 25 zwischen Schichten des Textilerzeugnisses in dem Verbundstoff zu erzielen.

Die Bindung der Textilerzeugnisschichten aneinander, wie sie oben beschrieben worden ist, kann permanent oder tem-

30 porär sein, was von dem speziellen thermoplastischen Fasermaterial abhängt, das in dem zusammengesetzten Textilerzeugnis verwendet worden ist, und was von dessen Wechselwirkung oder Bindefähigkeit mit dem speziellen strukturellen Fasermaterial, das in den Textilerzeugnisson der

35 zusammengesetzten Schichten verwendet worden ist, abhängt.-

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Wenn zum Beispiel üacronfasern als thermoplastisches Fasermaterial in einem TextilerZeugnis verwendet werden, das aus Glasfasern, Graphitgarn und Dacronfasern gewebt ist, führt das Verflüssigen oder Schmelzen dieses thermoplastischen Fasermaterials zu einer im wesentlichen temporären Bindung der Schichten in dem zusammengesetzten Textilerzeugnis. Wenn ein solches zusammengesetzten Textilerzeugnis im nichtimprägnierten Zustand mittels durch die Lagen hindurchgehendes Nähen verfestigt wird, dann kann die zwischen der Dacronfaser und den anderen Fasermaterialien ausgebildete Bindung aufgebrochen werden, und sie wird vorzugsweise aufgebrochen, und dadurch wird eine Beschädigung der Graphit- und Glasfasern verhindert, wenn die Nadel durch die Schichten in dem zusammengesetzten Textilerzeugnis hindurchgeht. Jedes nachfolgende Erhitzen des zusammengesetzten Textilmaterials bewirkt wieder eine Bindung aller durch Handhabung, Nähen, Schneiden und dergleichen gelockerten oder getrennten Schichten.

Die zum Fördern bzw. Hervorrufen der Bindewirkung durch das thermoplastische Fasermaterial erforderliche Wärme kann in jeder geeigneten Weise angewandt werden. Die Wärme kann mit erhitzten Walzen, erhitzen Druckwalzen und erhitzten Formen angewandt werden, sie kann als Strahlungswärme, beispielsweise als Wärme von einer Infrarotlampe angewandt werden, mittels Druckplatten und dergleichen. Die Art, in der die Wärme zum Fördern bzw. Hervorrufen der Bindewirkung mittel« des thermoplastischen Fasermaterials angewandt wird, ist in der Praxis der vorliegenden Erfindung nicht kritisch. Wie oben erörtert, können die Schichten des Textilerzeugnisses mittels einer geeigneten Heizeinrichtung auf eine Temperatur erwärmt werden, die ausreicht, um die Bindewirkung mittels des in den zusammengesetzten Schichten enthaltenen thermoplastischen Fasermaterials zu fördern bzw. hervorzurufen. Die Tempera-

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tür kann leicht durch Bestimmen des Schmelzpunkts, des Erweichungspunkts oder des Punkts des Klebrigwerdens des in dem Textilerzeugnis verwendeten speziellen thermoplastischen Fasermaterials bestimmt werden. Wie oben erwähnt, ist, wenn das Fasermaterial Dacron ist, eine Temperatur von etwa 250⁰C zum Schmelzen der Dacronfasern zum Zwecke des aneinander Befestigens der Schichten des strukturellen Textilerzeugnisses erforderlich. Andere exemplarische Schmelzpunkte sind oben angegeben worden. In bevorzugten Äusführungsformen wird das thermoplastische Faserinaterial wenigstens einmal geschmolzen, um die Bindewirkung des Fasermaterials zu fördern bzw. hervorzurufen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung müssen wenigstens zwei

Textilschichten einander benachbart angeordnet werden, damit ein zusammengesetztes oder schichtförmiges Textilerzeugnis ausgebildet wird. Wenigstens alternierende Schichten und häufig jede Schicht weisen thermoplastisches Fasermaterial innerhalb des Gewebes auf. Obwohl wenigstens alternierende Schichten der Mehrzahl von gestapelten Schichten thermoplastisches Fasermaterial innerhalb ihres Gewebes aufweisen müssen, umfaßt in den bevorzugten Äusführungsformen der vorliegenden Erfindung jede Schicht oder Lage des Textilerzeugnisses in dem zusammengesetzten Textilerzeugnis wenigstens eine Art eines thermoplastischen Fasermaterials. Der Fachmann kann leicht eine geeignete Aufeinanderfolge von Schichten festlegen, was primär von den Eigenschaften abhängt, die von dem fertiggestellten zusammengesetzten TextilGrzcjuqnis gefordert werden. Die Anzahl von Schichten in dem zuHammoiigosetzten Textilerzeugnis, das mittels des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet worden ist, ist nicht kritisch und wird durch die gewünschte Verwendung des zusammengesetzten Textilerzeugnisses bestimmt. Zum Beispiel kann ein solches zusammengesetztes Textilerzeugnis nur

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zwei Textilschichten , haben, oder es kann

genügend Schichten oder Lagen eines Textiierzeugnisses enthalten, so daß sich ein zusammengesetztes Textilerzeugnis ergibt, das eine Dicke von 5 bis 7 cm oder mehr hat.

Nachdem die Schichten oder Lagen des Textiierzeugnisses benachbart zueinander angeordnet worden sind, d.h. nachdem die Schichten gestapelt worden sind,- werden die Schichten des Textiierzeugnisses durch Erhitzen des thermoplastischen Materials gebunden. Vorzugsweise werden sie außerdem durch Druck oder ein anderes geeignetes Mittel verdichtet, so daß verdichtete Schichten des Textiierzeugnisses ausgebildet werden. Wenn Druck angewandt wird, ist dieser dazu vorgesehen, ein Aufblähen der Schichten des Textiierzeugnisses zu verhindern oder eine Trennung der Schichten des Schichtstoffs zu verhindern. Druck wird bevorzugt und kann durch irgendeine geeignete Einrichtung angewandt werden, und zwar einschließlich der Anwendung von Überdruck, und zwar z. B. mittels Druckwalzen, Platten, Klemmen und andere Kompressionseinrichtungen, oder der Druck kann als Unterdruck angewandt werden, d. h. mittels einer Vakuumhalteeinrichtung, welche Schichten des Textiierzeugnisses durch Saug- oder Vakuumbeutel zusammendrückt, so daß verdichtete Schichten ausgebildet werden. Es sind viele Einrichtungen zum Verdichten der Schichten des Textiierzeugnisses verfügbar und dem Fachmann bekannt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist es nicht kritisch, daß irgendein spezieller Betrag an Druck zum Verdichten der Schichten des Textiierzeugnisses angewandt wird, solange sie sicher zusammengehalten werden. In einigen Fällen ist wenig oder kein Druck erforderlich. Die Anwendung von Druck und Wärme kann gesondert oder gleichzeitig ausgeführt werden, beispielsweise unter Verwendung von erhitzten Druckwalzen oder erhitzten Druckplatten. Der Druck kann weggenommen werden, nachdem die Bindewirkung

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des thermoplastischen FaserinateriaIs vollständig ist, sowie vorzugsweise nach dem Kühlen des thermoplastischen Fasermaterials oder nach dem Ausführen von aufeinanderfolgenden Vorgängen, wie beispielsweise Lagenschneidvorgängen, Harzimprägnierung und dergl. Wenn der Druck weggenommen wird, bleibt das verdichtete zusammengesetzte Textilerzeugnis im wesentlichen in seinem verdichteten Zustand, wenn die Temperatur des zusammengesetzten Textilerzeugnisses bis zu einem Punkte vermindert worden ist, an dem sich das thermoplastische Fasermaterial gehärtet oder verfestigt oder in anderer Weise eine starre Bindung mit anderem Material in dem Textilerzeugnis gebildet hat. In gewissen bevorzugten Ausführungsformen kann das zusammengesetzte Textilerzeugnis dadurch ausgebildet werden, daß man die Schichten des Textilerzeugnisses benachbart zueinander in einer geeigneten Form anordnet und den Druck und die Wärme anwendet, während die Schichten des Textilerzeugnisses innerhalb der Form gehalten werden. In anderen Ausführungsformen kann das zusammengesetzte Textilerzeugnis gleichzeitig verdichtet, erhitzt und geschnitten werden .

In gewissen Ausführungsformen kann das zusammengesetzte Textilerzeugnis gewünschtenfalls gekühlt werden, und zwar erfolgt vorzugsweise eine Kühlung auf Umgebungstemperatur, nachdem die verdichteten Schichten zur Förderung bzw. zum Hervorrufen oder Vervollständigen der Bindewirkung mittels des thermoplastischen Fasermaterials erhitzt worden sind. Das Kühlen kann durch irgendeine konventionelle Kühleinrichtung oder ein konventionelles Kühlmittel erzielt werden, einschließlich der Anwendung von zwangsweise geführter Luft, umgewälzten Ströiiiunqanij. t.tuln," how it; des allmählichen Abkühlenlassens des Textilerzeugnisses auf Raumtemperatur, und dergl. Das Kühlen wird ausgeführt, um die Temperatur des verdichteten zusammengesetzten Textilerzeug-

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nisses unter den Schmelzpunkt, den Erweichungspunkt oder den Punkt des Klebrigwerdens des thermoplastischen Fasermaterials zu vermindern.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können Druck und Wärme mit einer geeigneten Schneideinrichtung angewandt werden. Zum Beispiel wird eine Mehrzahl von. Schichten des Textilerzeugnisses aufeinanderfolgend und einander benachbart gestapelt, und es wird eine geeignete Schneideinrichtung, die erhitzte Schneidoberflächen hat, auf die Schichten do.s Textilerzeugnisses zur Einwirkung gebracht. Wenn die Schneidkanten der Schneideinrichtung mit den Schichten des Textilerzeugnisses in Eingriff treten, wird Druck auf die Schichten des Textilerzeugnisses ausgeübt, so daß verdichtete Schichten des Textilerzeugnisses ausgebildet werden, und die verdichteten Schichten werden erhitzt. Die Bindewirkung mittels des thermoplastischen Fasermaterials wird in demjenigen Bereich in den Schichten des Fasermaterials gefördert bzw. hervorgebracht, in dem die erhitzten Schneidkanten mit den Schichten des Textilmaterials in Eingriff treten.

Die Steifigkeit des zusammengesetzten Textilerzeugnisses ist nicht kritisch und hängt von verschiedenen Variablen ab. Der Fachmann kann die Festigkeit in gewünschter Weise optimieren und/oder einstellen, indem er verschiedene Parameter steuert, z. B. die Dicke jeder Lage, die Dicke des Verbundstoffs, die Anzahl der Lagen, die Art, Abmessung und Menge an strukturellem, verstärkendem Far sermaterial, die Art und Menge an thermoplastischem Fasermaterial, sowie wahlweise Parameter, wie beispielsweise Harzimprägnierung, Aushärten des Harzes, Nähen und dergl.

Der steifgemachte Vorformling, der gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist,kann wäh-

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rend folgender Vorgänge ohne Beschädigung der strukturellen Garne leicht gehandhabt werden. Der dreidimensionale, im wesentlichen trockene zusammengesetzte Vorformling aus Textilerzeugnisschichten, die aneinander gebunden sind, kann mit Faden hoher Festigkeit genaht werden, um durch die Lagen hindurchgehende Verstärkungsfasern in der inhärent schwachen Richtung des geschichteten zusammengesetzten Textilerzeugnisses einzufügen. Es können konventionelle Näheinrichtungen und -techniken angewandt werden. Es wird allgemein bevorzugt, den zusammengesetzten Vorformling in der Richtung der Z-Achse zu verstärken (die X- und die Y-Achse ist die Ketten- bzw. Füllrichtung). Die Z-Richtung ist im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Textilerzeugnisses und definiert allgemein die Richtung durch die Lagen hindurch. Beim Nähen können verschiedene verfügbare konventionelle Garne, Fäden oder Fasern verwendet werden. Ein bevorzugtes .Garn zum Nähen durch die Lagen hindurch ist eine synthetische organische Polymerfaser, die als Aramidfaser von der Firma E.I. duPont de Nemours & Go. unter der Bezeichnung Kevlar vertrieben wird. Der trockene zusammengesetzte Vorformling, bei dem die Schichten des Textilerzeugnisses aneinander gebunden sind, kann mit einem Harz mittels konventioneller, an sich bekannter Formungsverfahren, bei denen eine Druckharzübertragung erfolgt, imprägniert werden, gefolgt von einem nachfolgenden Aushärten, so daß ein verstärkter geformter Verbundstoff erzeugt wird. Es können konventionelle, kommerziell erhältliche Harze für die Harzimprägnierung des Textilerzeugnisses verwendet werden, und die bevorzugten Techniken umfassen das Einspritzen des Harzes in das zusammengesetzte Textilerzeugnis, während letzteres in einer Form ist.

Die Erfindung sei nachstehend anhand einiger besonders bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Ficju-

ren der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise, perspektivische Ansicht einer einzigen Schicht eines gewebten Textilerzeugnisses, welche eine beispielhafte Verteilung

der Garne zeigt;

Fig. 2 eine teilweise, perspektivische Ansicht einer einzigen Schicht eines gewebten Textilerzeugnisses, welche eine beispielhafte alternative

Verteilung von Garnen zeigt; und

Fig. 3 eine teilweise, perspektivische Ansicht einer Mehrzahl von Schichten aus gewebtem Textilerzeugnis in einer gestapelten Anordnung in ei

nem Zustand vor dem Erhitzen.

Es sei nun zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine teilweise_r perspektivische Ansicht einer beispielhaften

Textilschicht, die gezeigt ist, aus —

zwei strukturellen, verstärkenden Fasermaterialien und einem thermoplastischen Fasermaterial hergestellt ist. Die vergrößerte Darstellung eines Abschnitts einer Schicht des Textilerzeugnisses, das zur Herstellung eines zusammengesetzten Textilerzeugnisvorformlings mittels des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist ein gewebtes Textilerzeugnis, das ein strukturelles Garn 2 umfaßt, beispielsweise Garn, das aus Kohlenstoffäden als das primäre Garn hergestellt ist; sowie ein hybridisierendes Garn 4, zum Beispiel Faserglas, als das sekundäre Garn; und ein thermoplastisches Garn 6, z. B. aus Dacronfasern hergestelltes Garn, und zwar verlaufen diese Garne in der Kettenrichtung. Hybridisierendes Garn 8, z. B. Faserglas; und strukturelles Garn 10, z. B. aus.

Kohlenstoffäden hergestelltes Garn, sind in der Füll- oder

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- -TS -

Schußrichtung dargestellt. Gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines zusammengesetzten Textilerzeugnisvorformlings wird eine Mehrzahl von Schichten des in Fig. 1 veranschaulichten Textiler-

5 Zeugnisses benachbart zueinander gestapelt. Dann wird

vorzugsweise Druck auf die Schichten des Textilerzeugnisses ausgeübt, so daß verdichtete Schichten des Textilerzeugnisses gebildet werden, und die verdichteten Schichten oder ein Teil derselben werden bzw. wird auf eine Temperatür erhitzt, die ausreichend ist, um eine Bindewirkung mittels des thermoplastischen Fasermaterials 6 zwischen den Schichten des Textilerzeugnisses zu fördern bzw.hervorzurufen. Beim Vermindern der Temperatur unter die Bindetemperatur wird eine zeitweise oder dauernde Bindung zwischen den Schichten des Textilerzeugnisses gebildet, und die Schichten des Textilerzeugnisses bleiben verdichtet, wenn der Druck weggenommen wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Wärme auf die gesamte Schicht des Textilerzeugnisses oder auf ausgewählte Teile der Schicht des Textilerzeugnisses angewandt werden. Zum Beispiel, kann es in gewissen Fällen wünschenswert sein, Wärme in denjenigen Bereichen der Schicht zur Einwirkung zu bringen, in denen Schneidvorgänge ausgeführt werden, um die Schichten nur dort zu befestigen, wo die Schneidkanten mit dem Textilerzeugnis in Eingriff treten, so daß auf diese Weise eine Verschiebung oder Bewegung der Schichten verhindert und/oder ein Ausfasern bzw. -fransen der Garne, Fasern oder Fäden an der Schneidkante vermindert wird.

In einer anderen exemplarischen Auwf ühruntj?;! orm, die in Fig. 2 veranschaulicht ist, welche auch ei no vergrößerte, teilweise, perspektivische Ansicht einer Schicht eines Textilerzeugnisses zeigt, das in dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wird ther-

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moplastisches FasermaLorial 24 und 30 sowohl in der Ketals auch in der Schußrichtung Ln dem gewebten Textilerzeugnis verwendet. In Fig. 2 werden in der Kett— richtung strukturelles Garn 20, z. B. Kohlenstoffäden; hybridisierendes Garn 22, z. B. Faserglas; und thermoplastisches Garn 24, z. B. Dacron, verwendet. Außerdem werden in der Füll- oder Schußrichtung hybridisierendes Garn 26, z. B. Faserglas; strukturelles Garn 28, z. B. Kohlenstoffäden; und thermoplastisches Garn 30, z. B.

Dacron, vorwendet. Die thermoplastischen Garne 24 und 30 bilden, wenn sie sowohl in der Ketten- als auch in der Schußrichtung verwendet werden, zusätzliche Fasern aus thermoplastischem Fasermaterial (im Vergleich mit der Ausführungsform der Fig. 1) zum Fördern bzw. Hervorrufen von zusätzlicher oder sichererer Bindewirkung mittels des thermoplastischen Fasermaterials.

Es sei nun auf Fig. 3 Bezug genommen, wonach zwei Schichten oder Lagen 40 und 50, die eine Mehrzahl von Schichten des Textilerzeugnisses der Fig. 1 repräsentieren, aufeinanderfolgend benachbart zueinander angeordnet sind, so daß eine gestapelte Anordnung des Textilerzeugnisses gebildet wird. Die Darstellung in Fig. 3 ist in einer vergrößerten, teilweisen, perspektivischen Ansicht gezeigt, um die Schichtung der TextilerZeugnisse oder Lagen vor dem Binden mittels thermoplastischem Fasermaterial 6 in jeder Schicht, welche durch die Schichten 40 und 50 repräsentiert sind, beispielsweise zu veranschaulichen. Nach der Darstellung der Fig. 3 sind die beiden Schichten identisch. Jedoch wird mit der vorliegenden Erfindung die Verwendung irgendeiner speziellen Schichtkonfiguration vorgeschlagen bzw. ermöglicht, oder die Mischung bzw. gleichzeitige Anwendung verschiedener Konfigurationen, wie beispielsweise von gewebter und/oder ungewebter Konfiguration; sowie eine alternierende Schichtung von La-

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gen, die thermoplastisches Fasermaterial enthalten und von Lagen ohne thermoplastischem Fasermaterial; und die Verwendung von unterschiedlichen Textilmaterialien in dem zusammengesetzten Textilerzeugnis. Wie oben erläutert sowie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden, wenn die Mehrzahl von Schichten, welche durch die Schichten 40 und 50 repräsentiert ist, mittels einer konventionellen Einrichtung komprimiert oder verdichtet wird, und wenn das Textilerzeugnis auf eine Temperatur erhitzt oder bei einer Temperatur Wärme ausgesetzt wird, die ausreicht, die Bindewirkung mittels des thermoplastischen Fasermaterials 6 zu fördern bzw. hervorzurufen, die Schichten 40 und 50 aneinander gebunden.

Vor dem Verdichten und Binden oder Verschmelzen der Schichten kann ein Vernähen ausgeführt werden. Jedoch umfassen die bevorzugten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung das Nähen zur Ausbildung einer durch die Lagen hindurchgehenden Verstärkung mit Fäden oder Fasern, nachdem das Schmelzen des thermoplastischen Fasermaterials erfolgt ist, zu einem im wesentlichen trockenen zusammengesetzten Vorformling. Weiterhin kann in bevorzugten Ausführungsformen das zusammengesetzte Textilerzeugnis, das mittels des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet worden ist, gekühlt werden, in jeder Richtung einschließlich der durch die Lagen hindurchgehenden Richtung genäht werden, mit Kunstharz getränkt werden, geschnitten werden, oder dergl., oder es kann jede Kombination der vorerwähnten Vorgänge in irgendeiner Aufeinanderfolge ausgeführt werden, wie es jeweils gewünscht wird. Zum Beispiel wird in einer bevorzugten Ausführungsform zum Herstellen eines Schaufelteils einer Turbomaschinenanlage, wie beispielsweise einer Gebläseschaufel für ein Strahltriebwerk, aus starren zusammengesetzten Textilerzeugnisvorformlingen, die gemäß dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung

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hergestellt worden sind, ein verdichteter Vorformling, in dem sich geschmolzenes thermoplastisches Fasermaterial befindet, unter den Schmelzpunkt des thermoplastischen Fasermaterials, am meisten bevorzugt auf Umgebungstemperatur, abgekühlt, so daß das thermoplastische Material verfestigt wird. Dann wird der Druck auf das gekühlte verdichtete zusammengesetzte Textilerzeugnis weggenommen, und der Verbundstoff wird dann in der durch die Lagen hindurchgehenden Richtung mit Verstärkungsgarn genäht. Nachdem das Nähen vollendet ist, wird der genähte Vorformling mit Harz mittels Druckeinspritzung imprägniert und zum Aushärten des Harzes erhitzt. Der Vorformling wird dann gekühlt und kann als das Endprodukt verwendet werden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird das erhitzte verdichtete zusammengesetzte Textilerzeugnis, in dem sich geschmolzenes thermoplastisches Fasermaterial befindet, in der durch die Lagen hindurchgehenden oder in einer anderen geeigneten Richtung oder in mehreren Richtungen vor dem Kühlen des zusammengesetzten Textilerzeugnisses und/oder vor- dem Wegnehmen des Drucks genäht. Das genähte zusammengesetzte Textilerzeugnis wird dann gekühlt, wonach ein Wegnehmen des Drucks und ein Schneiden erfolgt. Das genähte und geschnittene zusammengesetzte Textilerzeugnis kann dann wahlweise mit FIarz imprägniert werden. Infolgedessen um-

2fi faasen die allgemeinen Arten von Strukturen, mit denen die vorliegende Erfindung verwirklicht wird, den trockenen zusammengesetzten Textilerzeugnisvorformling, der keine Harz imprägnierung und keine Vernähung aufweist, den zusammengesetzten Textilerzeugnisvorformling, der eine verstärkende Vernähung in der Z-Richtung hat; eine zusammengesetzte Struktur des Vorformlings, in der eine Harzimprägnierung vorgesehen ist; und eine zusammengesetzte Textilerzeugnisstruktur des Vorformlings, der sowohl eine verstärkende Vernähung als auch eine Harzimprägnierung hat. Natürlich sind andere Abwandlungen und wahlweise Schritte

3U2226 *'.^::.:, ♦ ": : :.X

-27-

innerhalb der Möglichkeiten des Fachmanns, und solche Abwandlungen und Schritte können leicht durchgeführt werden, wenn einmal die grundsätzlichen Verfahrensschritte und der zusammengesetzte Vorformling nach der vorliegen--" den Erfindung bekannt sind.

Wie oben erläutert, kann jede Kombination von Schichten oder Lagen, von strukturellen Fasermaterialien und thermoplastischen Fasermaterialien in wenigstens wechselweise aufeinanderfolgend angeordneten Lagen oder Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines zusammengesetzten Textilerzeugnisvorformlings angewandt werden. Außerdem kann jedes Textilerzeugnisgewicht, jede Strickbzw. Wirk- oder Webausbildung, jede Textur, jede Faserverteilung und dergl., wie sie konventionellerweise für zusammengesetzte Textilerzeugnisse und Vorformlinge verwendet werden, gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung angewandt werden. In solchen gewebten Textilerzeugnissen können glatte, kräuselfreie, halbkräuselfreie und andere geeignete Webmuster angewandt werden. Jedoch bietet in bevorzugten Ausführungsformen das halbkräuselfreie Gewebe einen zusätzlichen Gmd an Handhabbarkeit, <Κτ .sich aus der Hinzufügung des thermoplastischen t'asermateria la, ζ, B. von Dacrangarnen in der Kettenrichtung ergibt, die in Paaren gewebt sind, welche einen blockierten bzw. gesperrten Linonstich in der Kettenrichtung des Textilerzeugnisses bilden. Ein nachfolgendes Erhitzen dieses Textilerzeugnisses bei der Ausbildung eines zusammengesetzten Textilerzeugnisvorformlings gemäß der vorliegenden Erfindung verblockt das strukturelle Fasermaterial, weiter aufgrund der Tatsache, daß die Garne aus den thermoplastischen Fasern an den Verbindungs- oder Stoßstellen zusammenschmelzen, an denen sich die Garne aus den thermoplastischen Fasern mit anderen Garnen, Fasern, Endlosfasern oder

3.5 Fäden schneiden oder berühren.

- -rt
-J2S -

Es wurde gemäß der vorliegenden Erfindung gefunden, daß dann, wenn Dacronmaterial als das thermoplastische Fasermaterial in einem zusammengesetzten Textilerzeugnisvorformling verwendet wird und wenn das Textilerzeugnis durch Erhitzen des zusammengesetzten Textilerzeugnisses oder der Schichten oder Lagen des Textilerzeugnisses auf den Schmelzpunkt des Dacronmaterials ausgebildet wird, ein nachfolgendes Eindringen der Nadel während des Nähens des gekühlten zusammengesetzten Vorformlings und vor dem Imprägnieren zu einer minimalen Faserbeschädigung führt, wie weiter oben beschrieben. Weiterhin findet nur ein geringes oder gar kein Ausfasern bzw. -fransen der Fäden und Garne des mittels des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung hergestellten zusammengesetzten Textilerzeugnisses aufgrund des Schneidens und anderer Vorgänge statt,die an dem zusammengesetzten Textilerzeugnisvorformling ausgeführt werden, wenn die thermoplastischen Fasermaterialien einmal gebunden sind.

Es liegt außerdem in der Möglichkeit des Fachmanns, verschiedene Oberflächenbehandlungen, Endbearbeitungen bzw. -behandlungen, Porenfüller und andere Zusätze sowie Hilfsmittel vorzusehen, um die Bindung, das Abschneiden, die Textur und dergl. der zusammengesetzten Textilerzeugnisse nach der vorliegenden Erfindung zu verbessern. Die Dicke jeder Lage oder Schicht kann in gewünschter Weise variieren. Allgemein variiert die Dicke jeder Lage oder Schicht in bevorzugten Ausführungsformen von etwa 0,0508 mm (2,0 mils) bis etwa 0,6.35 mm (25 mils); jedoch ist das kein be-

30 schränkendes Merkmal der vorliegenden Erfindung.

Zusammengesetzte Textilerzeugnisse und die Anwendungen für zusammengesetzte Textilerzeugnisse, genäht oder ungenäht, mit Harz imprägniert oder ohne Plarzimprägnierung und dergl. sind an sich bekannt und haben, viele Gebrauchsmöglichkeiten.

3H2226

Eine spezielle Anwendung des Verfahrens und des Vorformlings nach der vorliegenden Erfindung, und zwar bei Tränkung mit einem Harzbindemittel, ist die Herstellung von Flügel- bzw. Schaufelteilen, wie beispielsweise Gebläseflügeln bzw. -schaufeln für Strahltriebwerke. Solche harzimprägnierte Verbundstoffe haben ausgezeichnete Dauerhaftigkeit, Stoßwiderstandsfähigkeit und Steifigkeit für diese Anwendungen. Das Miteinanderverschmelzen oder Aneinanderhinden der Schichten oder Lagen des Textiler-Zeugnisses mittels des thermoplastischen Fasermaterials zum Herstellen des Vorformlings verbessert die Handhabbarkeit bzw. Behandlungsfähigkeit des Vorformlings: Er kann leicht geschnitten werden, wobei nur eine minimale Beschädigung des Vorformlings und seiner einzelnen Kompo-

15 nenten, wie Fasern, Garne und Fäden, erfolgt.

Das Lagenschneiden kann auf jeder Stufe des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden, jedoch wird es vorzugsweise nach dem Binden oder Verschmelzen der Schichten ausgeführt. Eis kann jede konventionelle Lagenschneidetechnik angewandt werden. Beispielhafte Lagen- . schneidtechniken umfassen die Stanzmaschinentechnik (Matrizen, die scharfe Schneidkanten haben), hin und her gehende Messer sowie Laserstrahl schneiden.

Die Schichten des Textilmaterial in dem Vorformling nach der vorliegenden Erfindung können unidirektionell sein, d. h. die Fasern können so ausgerichtet sein, daß sie im wesentlichen in einer einzigen Richtung fluchten bzw. übereinstimmend verlaufen, oder sie können mul Liditektionel 1 sein, also mehrere Richtungen haben, wobei die Fasern senkrecht zueinander oder unter jedem gewünschten Winkel oder in jeder gewünschten Reihenfolge bzw. Ordnung zueinander angeordnet sein können. Die. einzelnen Lagen können so angeordnet sein, daß die Kettenfäden jeder Schicht in der

3U2226

gleichen Richtung oder senkrecht zu der vorhergehenden Schicht bzw. zu denen der vorhergehenden Schicht oder unter jedem anderen gewünschten Winkel oder in jeder anderen gewünschten Folge oder Ordnung angeordnet sind.

Die folgenden spezifischen Beispiele beschreiben den Gegenstand und das Verfahren zur Herstellung des Gegenstands nach der Erfindung. Sie sind nur zu Erläuterungszwecken gedacht and stellen keine Beschränkung der vorliegenden

10 Erfindung dar.

Beispiell

Ein Hybridtextilerzeugnis wurde durch Weben eines strukturellen Garns, das als Thornel 300 erhältlich ist, eines KohlenstofFadengarns, das von der Firma Union Carbide Corporation hergestellt worden ist; eines strukturellen hybridisierenden Garns, eines Faserglasgarns, das als S-Glas erhältlich ist und von der Firma Pittsburgh Plate Glass Industries vertrieben wird, und von thermoplastischem Polyesterfasermaterial Dacron in der Kettenrichtung hergestellt. Das strukturelle Garn Thornel 300 und das S-Glas-Garn wurden in der Füll- oder Schußrichtung verwendet. Die Gewebeausbildung war eine unidirektionelle/halbkräuselfreie Ausbildung. In der Kettenrichtung betrug der strukturelle Faden zehn Ketten des Thornel 300-Materials 6000 Faser-Werge-Kohlenstoffgarn; das S2-Glas betrug zehn Ketten von Faserglas, das ein Gewicht pro Längeneinheit von 1.50/10 hatte; und das thermoplastische £ⁿasermaterial Dacron war zweilagig (70 Denier) mit 20 Ketten. Die Füllung betrug 6,75 Schüsse des Thornel 300-Materials, 1000 Faser-Werge, und 2,25 Schüsse Faserglas, das ein Gewicht pro Längeneinheit von 150/10 an S2-Glas hatte. Das Gewicht des Textilerzeugnisses war 1,43 g/dm² (0,47 oz/ft» ), und die geformte Dikke war 0,023 cm (0,009 Zoll). Die Faserverteilung in dem

3H2226 '/:„:.■.-/.:.: : . X.

'I't.'Xt Huratciiujniii Wc41 'j, 7 (J Ccw.-'ί, {/,A Vol. V.) Π.ιπ iniin.it ei UiI₁ 15,93 Gew.-% (11,5 Vol. -I) S-Glas, und 78,37 Gew.-'-έ (81,1 Vol.-%) Kohlenstoffadfjn.

Schichten des gewebten Textilerzeugnisses wurden in einem unidirektionellen Muster gestapelt, und die Anzahl der Schichten des Textilerzeugnisses oder die Anzahl der Lagen des Textilerzeugnisses war derart, daß das fertiggestellte verdichtete Erzeugnis eine Dicke von etwa 6,3 cm hatte.

Die Schichten des Textilerzeugnisses wurden in einer Form gestapelt, durch eine Druckeinrichtung verdichtet und auf den Schmelzpunkt des Dacronmaterials, 250^uC livhitzt. Nachdem das Dacronmateria1 geschmolzen war, wurde der zusammengesetzte Textilerzeugnisvorformling auf Raumtemperatur ge- kühlt. Eine Probe des Vorformlings konnte genäht werden, und es wurde nur eine geringe Faserbeschädigung in Bereichen bemerkt, die von der Nadel durchstochen worden waren. Eine katalysierte Epoxyharzmischung, nämlich 50 Gew.-% Araldit 6005-Material und 50 Gew.-% EPN 1138 Harz, die von der B'irma Ciba-Geigy Corp. geliefert wurden, wurde unter Druck in die Form eingespritzt. Das Harz wurde durch Erhitzen ausgehärtet, und der harzimprägnierte Gegenstand wurde gekühlt und aus der Form entnommen. Es wurden simulierte Strahltriebwerk-Gebläseflügel hergestellt. Die mechanischen Eigenschaften des Verbundstoffs waren nahezu identisch mit den mechanischen Eigenschaften eines vorimprägnierten Bandes nach dem Stande der Technik, in dem eine typische Flügellagenauflegefolge von 0°, 35°, 0°, -35° angewandt wurde, wie im Beispiel 2 veranschaulicht.

Beispiel 2

Mittels des Verfahrens und des Textilerzeugn i rs ho η des Beispiels 1 wurden zusammengesetzte Gegenstände aus einer Reihe von Testplatten hergestellt, die 29,2 cm (11,5 Zoll) χ

29,2 cm (11,5 Zoll) χ 0,20 cm (0,08 Zoll) waren, und zwar unter Verwendung der bidirektionellen Form von gewebtem Textilerzeugnis. Es wurden zwei Auflegemuster beurteilt, nämlich /Ö°, 35°, 0°, ~35°7_S und lß°_7_Q- In der Orientie-

rung 0°, 35°, 0°, -35° sind die strukturellen Garne der Schichten des Textilerzeugnisses aufeinanderfolgend mit den angegebenen Winkeln angeordnet (relativ zueinander), und das tiefgestellte Zeichen S bezeichnet eine ausgeglichene spiegelbildliche Auflage der angegebenen Orientierung oder eine Gesamtheit von acht Lagen oder Schichten.

In der Orientierung ^0^/„ fluchten alle strukturellen Garne in der gleichen Richtung, und das tiefgestellte Zeichen 8 bezeichnet acht Lagen oder Schichten. Die Vorformlinge wurde mit der im Beispiel 1 beschriebenen Epoxyhärzmischung einer Harzeinspritzung unterzogen. Die mechanischen Eigenschaften in der Kettenrichtung und in der Füllrichtung sind in der nachstehenden Tabelle I angegeben. In der Tabelle I ist die Zugfestigkeit in 10 kg/cm² angegeben, wobei in Klammern die entsprechenden Werte in Ksi, d. h. 10 pounds/ Quadratzoll angegeben sind; der mit Mod. bezeichnete Elastizitätsmodul ist in 10 kg/cm² angegeben, wobei in Klammern die entsprechenden Werte in Msi, d. h. 10 pounds/ Quadratzoll angegeben sind; die Biegefestigkeit ist in 10 kg/cm² angegeben, wobei, in Klammern die entsprechen- äon Werte in Ksi, d. Ii. in 10 pounds/Quadratzoll. angegeben sind; und schließlich ist die kurzarmige Scherspannung in 10 kg/cm² angegeben, wobei in Klammern die entsprechenden Werte in Ksi, d. h. 10 pounds/Quadratzoll angegeben sind, und zwar sind diese Werte sowohl in der Kettenrichtung als auch in der Füllrichtung angegeben. Alle angegebenen Tests wurden bei Raumtemperatur durchgeführt. Die Tests bilden einen Vergleich von zwei Testplatten, in denen sich mit Wärme versiegeltes Dacrongarn befand (Platten 1 und 2) mit einer dritten Platte (Platte 3), die gemaß einer bisher bekannten Technik hergestellt worden war,

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■- 33 -

wobei die dritte Platte eine /ß° , 35°, 0°, -35°/„ ausgeglichene Orientierung von acht Lagen in der Form eines unidirektionellen Bands (Flachblattfasern), hergestellt aus behandelten Kohlenstoffasern und S-Glasfasern, hatte.

TABELLE I

Mechanische Eigenschaften von mit Harzeinspritzung versehenen, zusammengesetzten Vorformlingen, in denen thermoplastisches Harzmaterial eingearbeitet war (alle Messungen wurden bei Raumtemperatur ausgeführt)

Platte

Zugfestigkeit 10 kg/
cm² (Ksi)

Kettrichtung

Kg/ cm² (Msi)

Biegefestig keit ΙΟ¹* kg/ ση² (Ksi)

Mod.
10^b kg/ an² (Msi)

Kurzarmige Scherspannung 10 kg/ απ² (Ksi)

Pül !richtung

Zugfestigkeit 10 kg/ cm² (Ksi)

Mod.
10^b kg/ cm² (Msi)

Biegefestig keit

"* kg/ cm² (Ksi)

Mod. 10^s

10^s kg, cm² (Msi)

Kurzarmige Scherspannung ΙΟ"⁵ kg/ cm² (Ksi:

0°, -35!/_s

Enthält geschmolzenes
Dacronmaterial

5,29
(75,3)

/(T/ enthält geschmolzenes
Dacronmaterial

7,27
(103,4)

/0 f 35 _ί

Kein Dacronmaterial

7,62
(108,4)

0,54 (7,7)

0,82 (11,6)

0,82 (11,7)

9,31 (132,5)

12,24 (174,1)

■11,60 (165,0)

0,67 (9,5)

0,84 (11,9)

0,83 (11,81)

0,58 (8,3)

0,65 (9,3)

0,87 Cx2,4)

1,47
(20,9)

0,96
(13,6)

0,86
(12,3)

0,20 (2,9)

0,18 (2,5)

0,14 (1,93)

2,26 (32,1)

1,96 (27,9)

1,89 (26,9)

0,15 (2,1)

0,15 (2,2)

0,18 (2,56)

0,27

⁽³'⁹ to '

0,24 (3,4)

0,50

* et VC t

- Αβ -

Aus der Tabelle 1 läßt sich ersehen, daß die Platten nach der vorliegenden Erfindung (Platte Nr. 1 und Nr. 2) im wesentlichen gleiche mechanische Eigenschaften im Vergleich mit den Platten nach dem Stande der Technik haben, in denen das Textilerzeugnis kein Dacronmaterial enthält. Infolgedessen beeinträchtigt das thermoplastische Fasermaterial, das die Handhabbarkeit bzw. Bearbeitbarkeit des Verbundstoffs verbessert,nicht die mechanische Festigkeit des zusammengesetzten Textilerzeugnisses, und es läßt sich außerdem daraus entnehmen, daß kein Verlust an mechanischer Festigkeit auftritt, selbst wenn die strukturellen Garne des Textilerzeugnisses alle in der gleichen Richtung fluchten bzw. übereinstimmend angeordnet sind (Platte Nr. 2).

15. B. eispi-el 3

Es wurden zwei unterschiedliche mit Harzeinspritzung versehene Vorformlinge mittels des Verfahrens des Beispiels 1 hergestellt. Eine Probe, die Dacrongarn enthielt, wurde auf eine Temperatur von über 250⁰C erhitzt, um das Dacrongarn zu schmelzen, und die andere Probe, die Dacrongarn enthielt, wurde nicht erhitzt. Beide Proben hatten je neun Lagen, und das Auflagemuster oder die Orientierung des strukturellen Garns war 0 . Die mechanischen Eigenschaften der beiden mit einer Harzübertragung geformten zusammengesetzten Gegenstände (kein Nähen', bei Raumtemperatur sind in der nachstehendem Tabelle It verglichen.

'I¹ABELLE II

Wirkung des Erhitzens von thermoplastischem Fasermaterial in zusammengesetzten Gegenständen, in die thermoplastisches Fasermaterial· eingewebt ist

Kettrichtu

η g

Platte	Zugefestig- keit 10³ kg/ cm² (Ksi)	Mod. 10^b kg/ cm² (Msi)	90 ,87)	Biege festig keit 10³ kg/ cm² (Ksi)	Mod. 10^b kg/ cm² (Msi)	84 ,01)	Kurzar mige Scher spannung 10³ kg/cm² (Ksi)
1. Nicht erhitzt	9,28 (132)	0, (12	95 ,53)	11,88 (169)	0, (12	82 ,65)	0,75 (10,7)
2. Er hitzt	9,35 (133)	o, (13	11,74 (167)	0, (11	0,67 (9,6)

Die Daten der Tabelle II zeigen, daß keine Verschlechterung der Biege- und Zugfestigkeit und der Elastizitätsmodule in der Kettenrichtung erfolgt, wenn die thermoplastischen Fasermaterialien (Dacrongarn) in einem gewebten 9-Lagen-Verbundvorformling, der mit Harz imprägniert ist, geschmolzen werden. Infolgedessen gefährden die verbesserte Handhabbarkeit bzw. Bearbeitbarkeit, das verminderte Ausfasern bzw. -fransen während des Schneidens und andere Vorteile des Verbundvorformlings, der gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, nicht die Festigkeit der mehrschichtigen Verbundstoffe.

In gewissen Fällen haben die Daten eine potentielle Verminderung der Biegeeigenschaften in der Kettenrichtung gezeigt, die wahrscheinlich durch die anfängliche Schrumpfung des thermoplastischen Dacrongarns vor dem Schmelzen und die resultierende Verzerrung der strukturellen Kettengarne erzeugt worden ist. Jedoch waren in diesen Fällen die kurzarmige Scherspannung und die Quereigenschaf-

ten grundsätzlich unbeeinträchtigt. Das kann durch zusätzlichen Druck oder Verdichtungsbelastung auf den Vorformling überwunden werden, so daß eine Bewegung der Kettenfasern bzw. -fäden während der Schmelz- oder Erhitzungsphase des Verfahrens eingeschränkt wird. Unabhängig von der Verminderung der Biegeeigenschaften in der Kettenrichtung waren die verbesserte Handhabbarkeit bzw. Bearbeitbarkeit, das verminderte Ausfasern bzw. -fransen durch das Schneiden und andere Vorteile der Verbundvorformlinge, die nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden waren, unverändert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden mit dem Verbundvorformling, der mittels des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt worden ist, mehrere Nachteile, die gemäß dem Stand der Technik vorhanden sind, überwunden, und zwar einschließlich der Handhabungs- bzw. Bearbeitungsschwierigkeiten, die normalerweise bei den Lagen in Schichttextilerzeugnissen oder zusammengesetzten Textilerzeugnissen auftreten. Die Handhabungs- bzw. Verarbeitungseigenschaften von trockenen Textilerzeugnisvorformlingen oder trockenen Textilerzeugnisschichten, die für die Bildung von zusammengesetzten Textilerzeugnismaterialien verwendet werden, sind durch die Aufnahme bzw. Einarbeitung von thermoplastischem Fasermaterial und die Bindung mit diesem thermoplastischem Fasermaterial in dem Textilerzeugnis, das im wesentlichen aus strukturellen Fasermaterialien hergestellt ist, die normalerweise schlüpfrig und schwierig zu handhaben bzw. zu bearbeiten sind, wenn Schichten des Materials benachbart zueinander gestapelt werden, verbessert worden. Der Verbundvorformling, der mittels des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, kann mechanisch in einer trockenen strukturellen Form zum Schneiden und zu anderen Vorgängen gehalten werden, und ein Ausfasern bzw. -fransen sowie eine nachfolgende Be-

• ν·

Schädigung der Garne und Fasern hierdurch sind vermindert oder im wesentlichen ausgeschaltet worden.

Obwohl die vorliegende Erfindung in näheren Einzelheiten unter spezieller Bezugnahme auf gewisse bevorzugte Ausführungsformen und spezielle Beispiele derselben beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, daß Änderungen
und Abwandlungen innerhalb des Gegenstandes der Erfindung und des allgemeinen Erfindungsgedankens mit Erfolg ausge·^ führt werden können.

Claims

Paten ta nsprüche

1. Fabrikationsgegenstand, der eine Zusammensetzung von einer Mehrzahl von Textilerzeugnisschichten aufweist, die strukturelles Fasermaterial enthalten, wobei die Mehrzahl von Schichten in einer gestapelten Anordnung vorgesehen ist, in welcher die Schichten aufeinanderfolgend benachbart und in Kontakt miteinander sind, g e k e η η zeichnet durch:

eine erste Textilerzeugnisschicht (40) benachbart einer zweiten Textilerzeugnisschicht (50) der Mehrzahl von Schichten (40, 50);

wobei die erste Schicht (40) innerhalb ihres Gewebes ein thermoplastisches Fasermaterial, das mit dem strukturellen Fasermaterial (2, 4, 8, 10) vermischt ist, enthält; und

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wobei die erste und zweite Schicht (40, 50) durch das thermoplastische Material (6) an Stoßstelleh zwischen den Fasermaterialien (2, 4, 6, 8, 10) in der ersten und zweiten Schicht (40, ^r>0) (ineinander gebunden sind. 5

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß weiterhin die Mehrzahl von Schichten (40, 50) mit Kunstharz getränkt ist.

3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die erste und zweite Schicht (40, 50) bzw. jede der ersten und zweiten Schichten (40, 50) innerhalb ihres Gewebes ein mit dem strukturellen Fasermaterial (2, 4, 8, 10) vermischtes thermoplastisches Fasermaterial enthält.

4. Gegenstand nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens drei Schichten aufweist, wobei jede von wechselweise aufeinanderfolgenden Schichten innerhalb ihres Gewebes das mit dem strukturellen Fasermaterial (2, 4, 8, 10; 20, 22, 26, 28) vermischte thermoplastische Fasermaterial (6; 24, 30) enthält.

5. Gegenstand nach Anspruch 1, 2 oder 3, da-durch gekennzeichnet, daß jede der Schichten innerhalb ihres Gewebes das mit dem strukturellen Fasermaterial (2, 4, 8, 10; 20, 22, 26, 28) vermischte thermoplastische Fasermaterial (6; 24, 30) enthält.

6. Gegenstand nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Fasermaterial (6; 24, 30) aus der Gruppe ausgewählt, ist, die aus durch Wärme erweichbarem Polyamid, Polyacryl, Polyester, Polyolefinen, Derivaten der vor-

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stehenden Stoffe und Mischungen derselben besteht.

7. Gegenstand, insbesondere nach einem der Ansprüche

1 bis 6, in der Form eines im wesentlichen trockenen, zusairanengesetzteh Textilerzeugnissvorformlings, gekennzeichnet durch:

eine Mehrzahl von Textilerzeugnisschichten (40, 50), von denen jede strukturelles Fasermaterial (2, 4, 8, 10) enthält;

wobei die Mehrzahl von Schichten (40, 50) in einer gestapelten Anordnung vorgesehen ist, in der die Schichten (40, 50) aufeinanderfolgend benachbart und in Kontakt miteinander sind;
wobei ferner jede wechselweise aufeinanderfolgende Schicht der Schichten (40, 50) in der gestapelten Anordnung innerhalb ihres Gewebes ein mit dem strukturellen Fasermateriai (2, 4, 8, 10) vermischtes thermoplastisches Kasermaterial (6) enthält; und
wobei weiter die Mehrzahl von Schichten (40, 50) durch das thermoplastische Material (6) an Stoßstellen zwischen den Fasermaterialien (2, 4, 6, 8, 10) aneinander gebunden sind.

8. Gegenstand nach Anspruch 7 in der Form eines Vorformlings, dadurch gekennzeichnet, daß

jede Schicht aus der Mehrzahl der Schichten (40, 50) innerhalb ihres Gewebes das mit dem strukturellen Fasermaterial (2, 4, 8, 10) vermischte thermoplastische Fasermaterial (6) enthält.
30

9. Gegenstand nach Anspruch 7 oder 8 in Form eines Vorformlings, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Fasermaterial (6; 24, 30) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus durch Wärme erweichbarem Polyamid, Polyacryl, Polyester, Polyolefinen, Derivaten

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-A-

der vorstehenden SLoi fe und Mischungen derselben besteht.

10. Fabrikationsgegenstand, gekennzeich

net durch:

eine Mehrzahl von Schichten (40, 50) aus gewebtem Textilerzeugnis, von denen jede strukturelles Fasergarn (2, 4, 8, 10) enthält, das aus Fasern von Materialien hergestellt ist, welche aus der aus Kohlenstoff, Graphit, Glas, Bor, Silicium, feuerfesten bzw. hochwarmfesten Materialien und deren Kombinationen bestehenden Gruppe ausgewählt sind, wobei die Mehrzahl der Schichten (40, 50) in einer gestapelten Anordnung vorgesehen ist, in der die Schichten (40, 50) aufeinanderfolgend benachbart und in Kontakt miteinander sind;

wobei ferner wenigstens jede wechselweise aufeinanderfolgende Schicht von den Schichten (40-, 50) in der gestapelten Anordnung innerhalb ihres Gewebes ein thermoplastisches Fasermaterial (6) enthält, das mit dem strukturellen Fasermaterial (2, 4, 8, 10) vermischt und aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus durch Wärme erweichbarem Polyamid, Polyacryl, Polester, Polyolefinen, Derivaten der vorstehenden Stoffe und Mischungen derselben besteht; wobei ferner die Schichten (40, 50) durch das an den Stoßstellen zwischen den Fasermaterialien (2, 4, 6, 8, 10) geschmolzene thermoplastische Material (6) aneinander gebunden sind; und

eine Harzimprägnierung der Mehrzahl der Schichten (40, 50).

11. Verfahren zum Herstellen eines Gegenstands, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, in der Form eines zusammengesetzten Textilerzeugnisvorformlings, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

Vorsehen einer Mehrzahl von Schichten (40, 50) eines er-

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sten Textilerzeugnisses, das innerhalb seines Gewebes ein mit einem strukturellen Fasermaterial (2, 4, 8, 10) vermischtes thermoplastisches Fasermaterial (6) enthält; Anordnen der Mehrzahl von Schichten (40, 50) in einer gestapelten Anordnung, wobei die Schichten (40, 50) aufeinanderfolgend benachbart zueinander sind; und Erhitzen der Schichten (40, 50) auf eine Temperatur, die ausreicht, eine Bindewirkung mittels des thermoplastischen Fasermaterials (6) an Stoßstellen zwischen den Fasermaterialien (2, 4, 6, 8, 10) zu fördern bzw. hervorzurufen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß zum Erzielen von verdichteten Schichten (40, 50) während des Erhitzens Druck auf die gestapelte Anordnung zur Einwirkung gebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schicht aus einem zweiten Textilerzeugnis, die im wesentlichen aus einem strukturellen Fasermaterial (2, 4, 8,10; 20, 22, 26, 28) vorgesehen ist, zwischen wenigstens einem Paar aus der Mehrzahl von benachbarten Schichten (40, 50) des ersten Textilerzeugnisses in der gestapelten Anordnung vor der

25 Anwendung von Wärme angeordnet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Fasermaterial (6; 24, 30) in einem Bereich vorgesehen ist, der sich von einer kleinen, jedoch wirksamen Menge, die zum Erzielen der Bindewirkung ausreicht, bis zu etwa 60 Vol.-% des Gesamtvolumens der Schicht erstreckt.

15. Verfahren nach Anspruch ]4, dadurch ge-

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kennzeichnet , daß das thermoplastische Faser-■ material (6; 24, 30) in dem Bereich von etwa 2 bis 25 VoI.-% vorgesehen ist.

16. Verfahren zum' Herstellen eines zusammengesetzten Gegenstands, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die folgen-" den Verfahrensschritte:
Vorsehen einer Mehrzahl von Schichten (40, 50) von gewebtem Textilerzeugnis, von denen jede strukturelles Fasergarn (2, 4, 8, 10) enthält, das aus Fasern der Materialien hergestellt ist, welche aus der aus Kohlenstoff, Graphit, Glas, Bor, Silicium, feuerfesten bzw. hochschmelzenden Materialien und ihren Kombinationen beste-

15 henden Gruppe ausgewählt sind;

Anordnen der Mehrzahl von Schichten (40, 50) in einer gestapelten Anordnung, wobei die.Schichten aufeinanderfolgend benachbart und in Kontakt miteinander sind; wobei wenigstens jede wechselweise aufeinanderfolgende Schicht aus den Schichten (40, 50) in der gestapelten Anordnung innerhalb ihres Gewebes ein thermoplastisches Fasermaterial (6)enthält, das mit dem strukturellen Fasermaterial (2, 4, 8, 10) vermischt und aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus durch Wärme erweichbarem Polyamid, Polyacryl, Polyester, Polyolefinen, Derivaten der vorstehenden Stoffe und Mischungen derselben besteht; wobei ferner das thermoplastische Fasermaterial (6) in den Schichten (40, 50), in denen es enthalten ist, von einer kleinen,jedoch wirksamen Menge, die ausreicht, eine Bindewirkung zu fördern bzw. hervorzurufen, bis zu etwa 60 Vol.-% des Gesamtvolumens der Schicht (40, 50) vorhanden ist;

Anwenden von Druck auf die gestapelte Anordnung zum Erzeugen von verdichteten Schichten (40, 50); während die verdichteten Schichten (40, 50) auf eine Temperatur

3H2226

erhitzt werden, die ausreicht, eine Bindewirkung mittels des thermoplastischen Fasermaterials (6) an Stoßstellen zwischen dem Fasermaterial (2, 4, 6, 8, 10) zu fördern bzw. hervorzurufen, so daß ein im wesentlichen trockener, zusammengesetzter Textilerzeugnisvorformling erzeugt wird; und
Imprägnieren des Vorformlings mit einem Harz.

17. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, d a -

10 durch gekennzeichnet, daß jede

Schicht (40, 50) thermoplastisches Fasermaterial (6) enthält.