DE3221529A1

DE3221529A1 - Verstaerkungsmaterial fuer kunststoffbauteile und rohlinge fuer kunststoffbauteile mit verstaerkungsmaterial

Info

Publication number: DE3221529A1
Application number: DE19823221529
Authority: DE
Inventors: Bernardus 7000 Stuttgart Brehm; Ortwin Dipl.-Kaufm. Dr. 7410 Reutlingen Döttinger; Robert Dipl.-Chem. 7143 Vaihingen Kümmel
Original assignee: KETEX IND TEXTILIEN GmbH
Current assignee: KETEX IND TEXTILIEN GmbH
Priority date: 1982-06-08
Filing date: 1982-06-08
Publication date: 1983-12-08

Description

Verstärkungsmaterial für Kunststoffbauteile und Rohlinge für
Kunststoffbauteile mit Verstärkungsmaterial Die Erfindung betrifft ein Verstärkungsmaterial für Kunststoffbauteile und Rohlinge für Kunststoffbauteile mit einem Verstärkungsmaterial.
Es ist bekannt, Kunststoffbauteile durch eingelegte Kunststofffasern zu verstärken. Dabei kommen Kunststoffasern in Form von Geweben, Vliesen oder Rovings zum Einsatz. Insbesondere die Gewebe oder Matten aus dem Faserstoff, der selbst nur eine sehr geringe Dehnfähigkeit besitzt, bereiten Schwierigkeiten bei dem Formen von komplizierten räumlichen Gebilden. Es ist dann meist notwendig, Ecken oder Zwickel auszuschneiden, um die räumliche Formgebung zu ermöglichen und auch mit Überlappungen zu arbeiten. Das Formen dieses Verstärkungsmaterials zum Erzielen komplizierter Formteile ist daher aufwendig und erfordert ein besonders geschultes Personal. Dennoch wird insbesondere durch das Ausschneiden von Teilen der Faserverbund zerstört, so daß nicht mehr die volle Festigkeit gegeben ist.
Der Erfindung liegt die Aufg.lbe zugrunde, ein Verstärkungsmaterial für KunststoffbauteLle zu schaffen, das das Formen auch von komplizierten Formteilen in einfacher Weise ermöglicht, ohne daß der Faserverbund zerstört werden muß. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Verstärkungsmaterial aus zu Maschenware verarbeitetem hochfestem Faserstoff besteht.
Durch die elastische Verformbarkeit einer Maschenware, die nicht von der Dehnung des Faserstoffes abhängig ist, lassen sich auch komplizierte Formteile in einfacher Weise herstellen, ohne daß ein Schneiden oder ein Überlappen notwendig ist. Ein besonderer Vorteil besteht auch darin, daß der Faserverbund in dem fertigen Bauteil erhalten bleibt, so daß die Festigkeit nicht beeinträchtigt ist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Maschenware aus Endlosgarnen des Faserstoffes hergestellt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Endlosgarne bei dem Herstellen der Maschenware mit einem flüssigen Medium besitzt werden. Dadurch wird ihre Verarbeitung erleichtert. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Maschenware aus Rovings des Faserstoffes hergestellt. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die -Maschenware aus Stapelfasergarnen des Faserstoffes hergestellt. Diese Stapelfasergarne werden ersponnen und gegebenenfalls vor dem Stricken oder Wirken der Maschenware verzwirnt.
Um die Weiterverarbeitung innerhalb von Runststoffbauteilen zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn die Maschenware vor der Weiterverarbeitung entschlichtet ist. Zu dem gleichen Zweck ist es vorteilhaft, wenn die Maschenware vor der Weiterrerarbeitung gereinigt ist.
In orteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können Rohlinge für einen Kunststoffbauteil dadurch geschaffen werden, daß eine Maschenware aus Stapelfasergarnen vorgesehen ist, die aus einer Mischung von Stapelfasern eines hochfesten Faserstoffes und Stapelfasern aus thermoplastischem Material bestehen. Diese Rohlinge oder Halbzeuge können in einfacher Weise durch eine formgebende Verarbeitung unter Druck-und Energiezufuhr, insbesondere durch ein Heißpressen, verarbeitet werden. Dabei schmelzen die thermoplastischen Stapelfasern und umhüllen als ein Bindemittel den hochfesten Faserstoff. Diese Rohlinge oder Halbzeuge gestatten das Herstellen hochfester Bauteile durch Heißpressen in sehr kurzen Taktzeiten, die sehr nahe an den Verarbeitungszeiten liegen, die bei der Blechverarbeitung benötigt werden. Sie eignen sich dadurch besonders für in Großserien herzustellenden Bauteile. Außerdem ist es möglich, die aus diesen Rohlingen hergestellten Einzelteile zu Baugruppen dadurch zu verbinden, daß sie miteinander verschweißt werden, beispielsweise durch ein Hochfrequenzschweißen. Es entfallen auch zeit- und energieaufwendige Verfahrensschritte. Außerdem ist die Bearbeitung hygienisch, da keine Schadstoffe freigesetzt werden. Als thermoplastisches Material können Fasern mit niedrigem Schmelzbereich, wie beispielsweise Polypropylenpertereftalat, Polyamide, Polyacrylstyrol, Pölybuthylentereftalat und ähnliche sowie Fasern mit hohem Schmelzbereich, wie beispielsweise Polyethersulfon, Polyetherethylketon, Polysulfon, Polyhydointoin oder Polyamid-Imid, eingesetzt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden Rohlinge ~#ür --Kunststoffbauteile mit einem Verstärkungsmaterial dadurch geschaffen, daß eine oder mehrere Lagen von Maschen-Ware aus hochfestem Faserstoff mit Folien aus thermoplastischem Material paketiert sind. Auch diese Rohlinge oder lassen sich sehr einfach in einem formgebenden Verfahren, beispielsweise einem Heißpressen, zu hochfesten Leichtbauteilen verformen. Mit diesen Rohlingen ist es ebenfalls möglich, kostengünstig Bauteile ebenfalls mit geringen Taktzeiten, Bruchteilen einer Minute, herzustellen. Auch ist es möglich, Baugruppen aus Einzelteilen, beispielsweise durch ein Hochfreguenzverschweißen, zu schaffen. Es können hier die gleichen thermoplastischen Materialien mit niederem Schmelzbereich, mittlerem Schmelzbereich und mit hohem Schmelzbereich als Folien eingesetzt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Rohlinge, die aus Maschenware oder Paketen von Maschenware und Rohlingen bestehen, vor der Weiterverarbeitung zu den Endprodukten entschlichtet werden. Dies kann beispielsweise nach einem enzymatischen Verfahren erfolgen. Ebenso ist es zweckmäßig, wenn die Rohlinge gereinigt werden. Dies kann in Form eines elektrophysikalischen Vorganges, z.B. Coronabehandlung, geschehen.
Dabei ist es sinnvoll, wenn bei den als Paketen ausgebildeten Rohlinge sowohl die Maschenware als auch die Folien vor dem Paketieren entsprechend gereinigt werden.
Um die Weiterverarbeitung zu erleichtern, insbesondere ein Heißpressen, ist es zweckmäßig, wenn die Rohlinge aus Maschenware oder Paketen bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Materials getrocknet werden. Dies kann beispielsweise in einem handelsüblichen Wärmeschrank gegebenenfalls unter Vakuum erfolgen. Diese Trocknung, die möglichst bis zum vollständigen Wasserverlust vorgenommen wird, erfolgt zweckmäßigerweise nach dem Entschlichten und Reinigen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Vorrichtung zum Herstellen einer Maschenware aus hochfestem Faserstoff und den Unteransprüchen.
Die Zeichnung zeigt schematisch eine gegenüber üblichen Konstruktionen etwas abgewandelte Vorrichtung zum Erstellen einer Maschenware, die dadurch die Verarbeitung von hochfestem Faserstoff erlaubt.
Der Faserstoff ist in Form eines Fadens, der ein Garn, ein Zwirn, oder ein Roving sein kann, auf eine Vorlagespule 1 gewickelt, die auf einen Dorn aufgesteckt ist. Von dieser Vorlagespule 1 wird der Faden 3 über einen Fadenführer 4 abgezogen und einer Strick- oder Wirkmaschine 20 zugeführt.
Zwischen der Strick- oder Wirkmaschine 20 und der Vorlagespule 1 ist zunächst eine Einrichtung zum Konstanthalten der Spannung des laufenden Fadens angeordnet. Diese Einrichtung besitzt eine Auslenkrolle 5, die zwischen dem Fadenführer 4 und einer stationären Führungsrolle 13 angeordnet ist und den laufenden Faden 3 mit einer bestimmten Kraft belastet und auslenkt. Die Auslenkrolle 5 ist an einem Ende eines Arms 6 einer doppelarmigen Hebels 7 angeordnet, dessen anderer Arm ein Ausgleichsgewicht 12 trägt. An dem die Auslenkrolle 5 tragenden Arm 6 ist eine Spiralfeder angehängt, deren anderes Ende ortsfest an einem Halter 11 gehalten ist. Der zweiarmige Hebel 6, 7 ist um eine quer zur Fadenlaufrichtung liegende Achse verschwenkbar. Ihm ist ein seinen Ausschlag begrenzender Anschlag 9 zugeordnet.
Zwischen der ]#inrichtung zum Konstanthalten der Spannung des laufenden Fadens 3 und dor Strick- oder Wirkmaschine 20 ist eine Tränkwanne 14 angeordnet, die eine Benetzungsflüssigkeit aufnirnmt. Innerhalb ier Tränkwanne 14 sind zwei Führungsrollen 16 und 17 ang#ordnet, die den laufenden Faden 3 so auslenken, daß er innerhalb des Benutzungsbades verläuft. Außerdem ist die Tränkwanne an ihrem Einlauf und an ihrem Auslauf mit weiteren Führungsrollen 15 und 18 versehen. Die Strick- oder Wirkmaschine 20 ist mit einem Fadenführer 19 für den einlaufenden Faden versehen.
Es ist eine handelsübliche S#-rick- oder Zwirnmaschine 20 vorgesehen, die dadurch modi iziert ist, daß zunächst ihre Nadeln besonders ausgebildet wurden. Die Maschenbilder sind auswechselbar und können aus. hochwertigen Legierungen gearbeitet sein. Die Nadeln bestehen aus V2#-Stahl oder einer anderen hochwertigen Legierung und sind gegezenenfalls noch beschichtet, insbesondere mit Emaille oder mi einer anderen abriebfesten organischen oder anorganischen Slbstanz. In entsprechender Weise sind auch die Fadenführer 4 und 19 aus V2A-Stahl hergestellt und gegebenenfalls ebenfalls beschicitet. Zusätzlich ist die Strick-oder Wirkmaschine 20 dadurch modi.fiziert, daß sie ein Paar von Abzugswalzen 21 und 22 für die erzeugte Maschenware 23 enthält, dessen Umfangsflächen mit Gummi (der einem gummielastischen Material beschichtet sind. Die beizen angetriebenen und durch Ketten synchron laufenden Walzen 21 und 22 besitzen unterschiedliche Durchmesser. Um den Verschleiß ij# Bereich der Auslenkrolle und der Führungsrollen 13, 15, 16, 1-7 und 18 gering zu halten, sind diese Rollen mit Einsätzen aus Keramik versehen, die die Laufrillen für den Faden bilden.
Mit der dargestellten Vorrichtuncl können organische Endlosgarne, sogenannte Multifilamentgarne, vcsrarbeitet werden, beispielsweise Aramide, wie sie unter dem Warenzeichen Kevlar der Firma Du Pont bekannt sind. Für diese Endlosgarne ist das Benetzen mit einer Flüssigkeit besonders vorteilhaft. Es können aber auch anorganische Faserstoffe verarbeitet wercen, die beispielsweise auch aus Stapelfasern gesponnene Garne oder aus derartigen Garnen hergestellte Zwirne sein können. Es kcmmen hierbei Faserstoffe auf der Basis von Kohle, Graphit, Bor, Aluminiumoxyd, Quarz, Silikatgemischen und anderen keramischen Werkstoffen in Frage. Dabei ist es selbstverständlich auch möglich, ein Faserstoff als Gemisch aus den einzelnen Elementen zu verwenden.
Die auf diese Weise hergestellte Maschenware kann in Form von Zuschnitten nach einem Entschlichten in einem Prepregverfahren mit Duroplasten getränkt und anschließend verarbeitet werden. Es i;t auch möglich, die Maschenware nach einem Entschlichten und entsprechender Bearbeitung für ein Handlaminieren einzusetzen. Außerdem ist es möglich, diese Maschenware nach entsprechender Entschlichtung und Ausrüstung für die Einbettung in Thermoplasten nach dem Spritz-. Gieß-, Extrusions- oder Wirbelsinterverfahren zu benutzen. Die Maschenware hat gegenüber den bisher üblicherweise verwendeten Geweben, Matten oder Vliesen oder Endlosgelegen den Vorteil, daß sie eine wesentlich bessere sphärische Verformbarkeit besitzt, so daß sie leicht bei der Herstellung von komplizierten dünnwandigen Strukturen mit gleichmäßiger Festigkeitsverteilung eingesetzt werden können. Diese Verformbarkeit wird ohne Schwächung des Faserverbundes erzielt, da ein Ausschneiden eines Zwickels o.dgl., wie es bei der Gewebeverarbeitung üblich war, nicht notwendig ist.
Die für die Maschenware verwendeten hoch festen Fasern zeichnen sich durch eine sehr hohe spezifische Zugfestigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, sehr niedriges spezifisches Gewicht, äußerst geringe Dehnung und flammhemmende Eigenschaften aus. Dies gilt insbesondere für die Aramide, die beispielsweise unter dem Warenzeichen Kevlar der Firma Du Pont vertrieben werden.
Es ist möglich, die Maschenware zur Herstellung von faserverstärkten, profilierten Kiinststoffpreßteilen zu verwenden, beispielsweise für Flugzeuginnenverkleidungen, Flugzeugbelüftungssysteme, Flugzeugdome, Flugzeugantennenverkleidungen, Flugzeugmotorengeräuschdämmungen, Flugzeug- und Bussitze, Flugzeug- und Bus(zepäckablagen, Lastkraftwagenaufbauteile, Kraftfahrzeugk#'rosserieteile, Kraftfahrzeugarmaturenbretter, Wohnwagen~luEbauten und Wohnwageneinrichtungen, Bahneinricheungen, Bootseinrichtungen und Bootsrümpfen sowie Surfbretter o.dgl.. Außerdem ist es möglich, diese Maschenware zur Herstellung von Schutzbekleidungen für militärische und industzsielle Zwecke zu benutzen, insbesondere wenn die Maschenware mit einem kunststoff verarbeitet wird, der eine relativ hohe Dehnung erlaubt, da dann die daraus hergestellten Gegenstände eine hohe Energieaufnahme erlauben, so daß sie sich für Helme, Schutzanzüge, Schürzen, Handschuhe aber auch als Asbestersatz für Thermoschutzanwendungen einsetzen lassen. Es ist auch möglich, diese Maschenware besonders vorteilhaft bei der Herstellung von gegen Kugeln und Splittern geschützten Gegenständen zu verwenden, beispielsweise Personenkraftwagen- oder Lastkraftwagenaufbauten, oder Panzern, oder schuß-sicheren Westen oder auch Schiffspanzerung und Innenhelme.
Leerseite

Claims

Patent- und Schutzansprüche Verstärkungsmaterial für Kunststoffbauteile, dadurch gekennzeichnet, daß es aus zu Maschenware verarbeitetem hochfestem Faserstoff besteht.
2. Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenware aus Endlosgarnen des Faserstoffes hergestellt ist.
3. Verstärkungsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endlosgarne bei dem Herstellen der Maschenware mit einem flüssigen Medium benetzt werden.
4. Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenware aus Rovings des Faserstoffes hergestellt ist.
5. Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenware aus Stapelfasergarnen des Faserstoffes hergestellt ist.
6. Verstärkungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenware vor der Weiterverarbeitung entschlichtet ist.
7. Verstärkungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenware vor der Weiterverarbeitung gereinigt ist.
8. Rohling für einen Kunststoffbauteil mit einem Verstärkungsmaterial nach den Ansprüchen 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Maschenware aus Stapelfasergarnen vorgesehen ist/ die aus einer Mischung von Stapelfasern eines hochfesten Faserstoffes und Stapelfasern aus thermoplastischem Material bestehen.
9. Rohling für einen Kunststoffbauteil mit einem Verstärkungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Lagen von Maschenware aus hochfestem Faserstoff mit Folien aus thermoplastischem Material paketiert sind.
10. Rohling nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenware oder die Pakete bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Materials getrocknet sind.
11. Vorrichtung zum Herstellen von Maschenware aus hochfestem Faserstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 8, mit einer Strick- oder Wirkmaschine, der der Faserstoff als Faden in Form von Garn, Zwirn oder Roving mit einer Vorlagespule vorgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlaqnspule (1) eine Einrichtung zum Konstanthalten der Spannung nachgeordnet ist, die eine zwischen zwei Führungen (4, 13) angeordnete Auslenkrolle (5) enthält, die an einen zweiarmigen Hebel (6, 7) angebracht ist, dessen die Aislenkrolle (5) tragender Arm (6) mit einer Feder (10) belastet ist und dessen anderer Arm (7) ein Ausgleichsgewicht (12) trägt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Strick- oder Wirkmaschine (20) eine Einrichtung zum Benetzen des laufenden Fadens (3) angeordnet ist, die eine Tränkwanne (14) enthält, in welcher Führungsrollen (16, 17) für den Faden (3) angebracht sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkrolle (5) und die Führungsrollen (13, 15, 16 17, 18) mit Laufrillen für den Faden (3) bildenden Keramikeinsätzen versehen sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strick- oder Wirkmaschine (20) ein Abzugswalzenpaar (21, 22) für die erstellte Maschenware (23) aufweist, dessen Umfangsflächen mit gummielastischem Material beschichtet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Walzen (21, 22) des Abzugswalzenpaares unterschiedliche Durchmesser besitzen.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln der Strick-oder Wirkmaschine (20) und Fadenführungselemente (4, 19) aus V2A-Stahl und/oder hochwertigen Metallegierungen bestehen und/oder mit einer Schutzschicht aus hochabriebfesten organischen oder anorganischen Substanzen beschichtet sind.