DE3784467T2

DE3784467T2 - Vorgeformtes Material für faserverstärkte Kunststoffe.

Info

Publication number: DE3784467T2
Application number: DE87311020T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kito; Akira Nishimura
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1986-12-16
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2007-12-16
Also published as: DE3784467D1; EP0272083A3; EP0272083B1; JPH0422933B2; EP0272083A2; US4906506A; JPS63152637A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein auf eine geforderte Form vorgeformtes Material zur Verwendung in faserverstärkten Kunststoffen (nachstehend als FRP bezeichnet) zur Verstärkung eines Grundmassenharzes eines FRP bei der Bildung des FRP.
Verschiedene Verfahren zur Bildung eines FRP sind gut bekannt und im allgemeinen wird in Übereinstimmung mit den geforderten Eigenschaften und der Produktionsausgabe eines FRP entschieden, welche Verfahrensart gewählt werden sollte. Beispielsweise in dem Fall, in dem vergleichsweise hochwertige mechanische Eigenschaften für einen FRP gefordert werden, aber: die Anzahl der Produkte gering ist, wird häufig ein Autoklavenformverfahren für den FRP gewählt. In dem Fall, in dem für einen FRP hochwertige mechanische Eigenschaften nicht gefordert werden, aber die Anzahl der Produkte vergleichsweise groß ist, wird häufig eine Handlaminierformverfahren für den FRP gewählt. Ferner wird für den Fall, in dem die Anzahl der Produkte als mittlerer Bereich des Produktionsumfangs 500 bis 1000 beträgt im allgemeinen ein Harzspritzgußverfahren gewählt und ein kontinuierliches Strangpreßformverfahren wird im allgemeinen gewählt, wenn die Anzahl der Produkte höher ist als die oben genannte Anzahl. In dem Fall jedoch, in dem Fasern, wie etwa Kohlefasern, die eine hohe Festigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul (Young-Modul) aufweisen, aber: teurer sind, als Verstärkungsfasern für einen FRP benutzt werden, wird das Harzspritzgußverfahren und das kontinuierliche Strangpreßformverfahren nicht so häufig gewählt. Der Grund, warum die Verfahren nicht so häufig gewählt werden ist der, daß die Anordnung oder Verteilung der Verstärkungsfasern bei der Bildung des FRP dazu neigt, gestört zu werden, wodurch die Verstärkungswirkung gemäß den hochwertigen charakteristischen Eigenschaften von Kohlefasern usw. wie nachstehend beschrieben wird vermindert wird. Dadurch werden Vorteile durch die Benutzung von Kohlefasern usw. vermindert.
Ein Harzspritzgußformverfahren ist zur detaillierten Erklärung der oben genannten Probleme ein Verfahren, bei dem nach Laminieren und Laden von aus Verstärkungsfasern zusammengesetzten trockenen blattartigen Trägern in einem von einem positiven und einem negativen Werkzeug definierten Hohlraum ein Harz in den Hohlraum gespritzt wird, und die Träger mit dem Harz getränkt werden. Das Harz wird dann gehärtet. Bei diesem Verfahren neigt das aus laminierten Trägern zusammengesetzte vorgeformte Material dazu, aus der Form zu geraten, insbesondere dann, wenn die Träger zu einer komplizierten Form laminiert sind. Darüber hinaus besteht ein Problem darin, daß die Träger durch den beim Einspritzen des Harz angelegten Druck bewegt werden, wodurch der laminierte
Zustand der Träger geändert wird. Das veranlaßt eine Störung der Anordnung oder der Verteilung der Verstärkungsfasern in dem vorgeformten Material.
Ein kontinuierliches Strangpreßformverfahren ist ein Verfahren, bei dem blattartige Träger von Materialgattern gezogen werden, die gezogenen und laminierten Träger mit einem Harz getränkt werden, die Träger, die mit dem Harz getränkt sind, geformt werden und das Harz durch Führen der Träger durch eine geheizte Düse gehärtet wird und der erhaltene FRP wird dann kontinuierlich zu einer Abziehvorrichtung gezogen. Aufgrund der Durchbiegung der Träger durch das Gewicht des Harzes oder die während des Verfahrens, insbesondere nach dem Tränken mit dem Harz, erzeugten Falten der Träger neigt auch bei diesem Verfahren eine Störung der Orientierung oder der Verteilung der Verstärkungsfasern in dem vorgeformten Material dazu, aufzutreten.
Auf der anderen Seite ist das folgende vorgeformte. Material auf Seite 402 des am 30. Juli 1975 von Nikkan Kogyo Shinbunsha, einer japanischen Firma, veröffentlichten Handbuchs für Kunststoffverfahrenstechnologie offenbart. Das vorgeformte Material wird durch Laminieren von aus Verstärkungsfasern zusammengesetzten Trägern zu einer geforderten Form und Kleben der Träger aneinander mit Hilfe von durch Schneiden eines Trägers aus Verstärkungsfasern, die mit einem Harz getränkt sind, gebildete Späne oder mit Hilfe von Pulvern eines thermoplastischen Materials gebildet. Dieses Formungsverfahren weist jedoch auch ein Problem auf, das darin besteht, daß die charakteristischen Eigenschaften von Kohlefasern usw. nicht genügend erhalten werden können.
Daher besteht in dem Fall, in dem Späne benutzt werden, eine Tendenz, daß nicht einförmiger FRP erhalten wird, weil der Volumenanteil von enthaltenen Fasern in dem Bereich des FRP, in dem die Späne sich befinden, lokal höher wird als in anderen Bereichen. Darüber hinaus konzentriert sich in dem Fall, in dem Träger aus langen Fasern oder Filamentgarnen zusammengesetzt sind, Spannung an den Bereichen, an denen die Späne sich befinden, weil die kurzen Fasern der Späne zwischen den Trägern vorliegen, es besteht die Tendenz, daß der Bruch des FRP von diesen Bereichen ausgehend vergleichsweise früh beginnt.
Auf der anderen Seite tritt in dem Fall, in dem thermoplastische Pulver benutzt werden, eine recht große Ungleichförmigkeit in Übereinstimmung mit der Verteilung der Pulver auf, weil es schwierig ist, das Pulver gleichförmig auf den Trägern zu verteilen. Folglich sollte zur Lieferung der laminierten Träger mit einer für ein vorgeformtes Material geforderten notwendigen Verbindungsfestigkeit die Menge der Pulver vergleichsweise hoch sein. Weil die Pulver nicht die Grundmasse des FRP bilden, verschlechtert jedoch die Erhöhung der Pulvermenge die Eigenschaften des FRP.
Ferner offenbart die JP-A-58-39442 ein vorgeformtes Material, das gebildet ist durch Anordnen von aus kurzen wärmeschmelzenden Fasern zusammengesetzten und als Matte, Streifen oder Gitter gebildeten Vliesen zwischen eine Matte aus Glasfasern und einem gewobenen Textilerzeugnis aus Glasfasern und Verbinden der Matte und des gewobenen Textilerzugnisses durch Schmelzen der Vliese. Dieses vorgeformte Material weist jedoch Probleme auf, die denen der vorgenannten Materialien ähnlich sind.
Daher wird es in dem Fall, in dem das Vlies als Matte in der die kurzen Fasern in beliebigen Richtungen auf der Oberfläche der Matte angeordnet sind, gebildet ist, notwendig, die Menge der zur Lieferung einer geforderten Verbindungsfestigkeit für ein vorgeformtes Material benutzten Vliese zu erhöhen, weil eine derartige Matte gewöhnlicherweise eine große Ungleichförmigkeit in Übereinstimmung mit der Verteilung der kurzen Fasern aufweist. Die Erhöhung der Anzahl der Vliese verursacht eine Verschlechterung der Eigenschaften des FRP, weil die Vliese selbst dann wenn die Vliese schmelzen nicht die Grundmasse des FRP bilden. Darüber hinaus sind bezüglich eines gewobenen Textilerzeugnisses die konvexen Bereiche der gebogenen gewobenen Garne des gewobenen Textilerzeugnisses die geeignetsten Bereiche zum wirksamen Verbinden. Wenn die als Matte gebildeten Vliese jedoch schmelzen, haften die geschmolzenen Materialien nicht nur an den konvexen Bereichen sondern auch an konkaven Bereichen und Maschenbereichen, d. h. den Bereichen, in denen keine gewobenen Garne vorliegen. Das verursacht eine sehr große Erhöhung der Menge der erforderlichen Vliese und eine geeignete Tränkung mit dem Harz wird bei der Bildung eines FRP schwierig.
In dem Fall, in dem als ein Streifen oder ein Gitter gebildete Vliese benutzt werden, ist die Anordnung der kurzen Fasern gewöhnlicherweise so durchgeführt, daß Bänder gebildete werden. Weil es äußerst schwierig ist, den Abstand der Bänder an den Abstand der zum Verbinden am besten geeigneten konvexen Bereiche anzupassen, wird nicht nur eine wirksame Verbindung schwierig, sondern die Menge der Vliese erhöht sich, um eine angemessene Verbindungsfestigkeit für ein vorgeformtes Material zu erhalten. Ähnliche Probleme treten selbst dann auf, wenn die kurzen Fasern in feinen garnartigen Formen angeordnet sind.
Das in der US-A-441O385 offenbarte vorgeformte Material ist durch Einbinden thermoplastischer Fasern in das Gewebe aus Verstärkungsfasern hergestellt, wodurch die thermoplastischen Fasern als Kett- oder Schußfäden in dem Material auftreten. Im Gegensatz dazu sind bei dem vorgeformten Material der vorliegenden Erfindung, wie nachstehend vollständiger beschrieben wird, thermoplastische Polymerfäden spiralförmig um die Kett- oder Schußfäden herumgewickelt, anstatt selbst als Kett- oder Schußfäden benutzt zu werden. Im Fall eines knitterfreien gewebten Textilerzeugnisses kann das thermoplastische Polymer um die zum Zusammenhalten übereinandergelegter Blätter aus Verstärkungsfasern benutzten Hilfsgarne gewickelt sein.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Lieferung eines vorgeformten Materials für FRP, bei dem (a) Träger aus Verstärkungsfasern mittels ziemlich kleiner Mengen eines Klebematerials wirksam und mit einer genügenden Klebefestigkeit aneinander geklebt werden können (b) Störungen der Anordnung und Verteilung der Verstärkungsfasern bei der Bildung des vorgeformten Materials zu einer geforderten Form oder wenn ein FRP geformt wird minimiert werden können und (c) der Gehalt von irgendeinem anderen Harz als einem Grundmassenharz auf einem minimalen Wert gehalten werden kann, wodurch ein FRP mit herausragenden Eigenschaften erhalten wird.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines vorgeformten Materials, bei dem Träger aus Verstärkungsfasern auf einfache Weise miteinander verklebt werden können und selbst wenn das vorgeformte Material einem komplizierte Form aufweist auf einfache Weise hergestellt werden können, wodurch eine hervorragende Produktivität erreicht wird.
Ein bevorzugtes Material zur Benutzung in FRP gemäß der vorliegenden Erfindung und gemäß Anspruch 1 ist ein Laminat aus blattartigen Trägern mit Verstärkungsfasern, wobei diesem Träger mindestens einen Träger umfassen, der ein gewebtes Textilerzeugnis ist, das mit Fäden aus einem thermoplastischem Polymerklebematerial versehen ist, die spiralförmig um Kett- und/oder Schußfäden des Gewebes herumgewickelt sind, so daß sie sich in mindestens einer Richtung des Gewebes erstrecken und auf mindestens einer Oberfläche des Trägers sichtbar sind, wobei das Laminat so angeordnet ist, daß das thermoplastische Klebematerial an den Grenzflächen der Schichten vorhanden ist und diese Schichten miteinander verklebt. Im Fall eines knitterfreien gewebten Textilerzeugnisses kann das thermoplastische Polymerklebematerial um Hilfsfilamentgarne herumgewickelt sein.
Vorzugsweise wird das thermoplastische Polymerklebematerial an dem gewebten Textilerzeugnis-Träger zum Anhaften gebracht, bevor der gewebte Textilerzeugnis-Träger in das Laminat eingebaut wird.
Das vorgeformte Material kann ein Material sein, bei dem einander benachbarte blattartige Träger beide aus gewebten Textilerzeugnisträgern bestehen, die mit dem Klebematerial versehen sind, oder es kann ein Material sein, bei dem nur einer der durch Klebematerial einstückig verklebten blattartigen Träger der gewebte Textilerzeugnis-Träger ist, der mit dem Klebematerial versehen wurde, wobei der andere ein aus Verstärkungsfasern zusammengesetzter blattartiger Träger ist, der ausgewählt sein kann aus einer Gruppe bestehend aus einem gewebten Textilerzeugnis, einer Matte aus kurzen Fasern oder einer Matte aus langen Fasern, wie etwa einer geschnittenen Gespinstmatte, einer kontinuierlichen Gespinstmatte und einem Textilglas-Vliesstoff oder einem Filz ausgewählt.
Die in einem vorgeformten Material gemäß der vorliegenden Erfindung benutzten Verstärkungsfasern sind Fasern, die gewöhnlicherweise als Fasern zum Verstärken des Harzes von FRP benutzt werden, z. B. Kohlefasern, Glasfasern, Polyaramidfasern, Siliciumcarbitfasern, Aluminiumfasern, Aluminium-Silicatfaser oder Metallfasern. Unter diesen Fasern sind Kohlefasern die bevorzugtesten. Selbstverständlich können mehr als zwei Arten von Fasern gemischt werden, wie es bei herkömmlichen Herstellungsverfahren häufig durchgeführt wird. Die in der vorliegenden Erfindung benutzten Verstärkungsfasern weisen eine Zugfestigkeit von mehr als 250 kg/mm² (2450 N/mm²) und einen Zugelastizitätsmodul (Zug-Young-Modul) von mehr als 7·10³ Kg/mm² (69·10³ N/mm²).
Das das Klebematerial bildende thermoplastische Polymer ist ein Polymer mit einem vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt, wie etwa Nylon, copolymerisiertes Nylon, Polyester, Vinyldichlorid und Vinylchlorid. Unter diesen Polymeren ist copolymerisiertes Nylon, das bei der Tränkungstemperatur eines Grundmassenharzes, wie etwa eines Epoxiharzes geschmölzen werden kann und das eine gute Haftung mit dem Grundmassenharz aufweist, das wünschenswerteste. Derartiges copolymerisiertes Nylon kann ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus copolymerisiertem Nylon 6 und Nylon 12, copolymerisiertem Nylon 6 und Nylon 66, copolymersiertem Nylon 6, Nylon 66 und Nylon 610 und copolymersiertem Nylon 6, Nylon 12, Nylon 66 und Nylon 610.
Das Klebematerial gemäß der vorliegenden Erfindung wird nur zum Zweck des einstückigen Verklebens der Träger benutzt und nicht als Grundmasse für FRP. Daher ist die Klebematerialmenge vorzugsweise so gering wie möglich. Von diesem Gesichtspunkt aus ist die Menge des an einem gewebten Textilerzeugnisträger bei einem vorgeformten Material gemäß der vorliegenden Erfindung haftenden Klebematerials sehr gering, in dem Bereich von 0,2 bis 10 Gew.-% vorzugsweise 0,2 bis 4 Gew.-% bevorzugter 0,2 bis 1,5 Gew.-% der Verstärkungsfasern, obwohl sich die Menge gemäß der Anordnung, Abstand oder Größe der Kettfäden und Schußfäden oder der Art des daran haftenden Klebematerials ändert.
Das gewebte Textilerzeugnis kann beispielsweise gebildet sein durch Weben monofilamenter Garne, multifilamenter Garne oder Spleissfasergarne, die aus einem thermoplastischen Polymer zusammengesetzt sind, zusammen mit den aus Verstärkungsfasern zusammengesetzten Kettfäden und Schußfäden und anschließendem Weichmachen oder Schmelzen der thermoplastischen Polymergarne durch Erwärmen.
Bei einem vorgeformten Material gemäß der vorliegenden Erfindung liegt die bevorzugte Querschnittsfläche des Verstärkungsgarns des gewebten Textilerzeugnisträgers in dem Bereich von 0,03 bis 0,6 mm², bevorzugter von 0,10 bis 0,40 mm². Das bevorzugte Gewicht des gewebten Textilerzeugnisträgers liegt in dem Bereich von 60 bis 700 g/m² bevorzugter von 150 bis 300 g/m². Wenn das Gewicht weniger als 60 g/m² beträgt, ist die Produktivität nicht so gut, weil viele gewebte Textilerzeugnisträger zum Erhalt eines vorgeformten Materials mit einer geforderten Dicke laminiert werden müssen, wodurch die Herstellungszeit erhöht wird. Wenn das Gewicht mehr als 700 g/m² beträgt, wird die Kräuselung der Webgarne hoch. Die große Kräuselung verursacht eine große Spannungskonzentration in dem FRP, wodurch die Eigenschaften des FRP verschlechtert werden. Daher ist ein derartig hohes Gewicht des gewebten Textilerzeugnisses unerwünscht.
Die Gewebestruktur des gewebten Textilerzeugnisträgers ist vom Gesichtspunkt eines hohen Benutzungsfaktors der Verstärkungsfasern aus vorzugsweise eine Kattunbindung, kann aber eine andere Gewebestruktur, wie etwa eine Diagonalbindung oder eine Satinbindung sein. Sie kann auch eine sogenannte knitterfreie fasrige Struktur sein, wie etwa in der JP-A-55- 30974 oder dem US Patent 4 320 160 offenbart, die aufweist eine aus einer Mehrzahl von geraden in einer Richtung parallel zueinander in Form eines Blatts zusammengezogenen Verstärkungsgarnen zusammengesetzte Garngruppe A, eine aus einer Mehrzahl von geraden in einer anderen Richtung parallel zueinander in Form eines Blattes zusammengezogenen Verstärkungsfasern zusammengesetzte Garngruppe B und die Garngruppen A und B einstückig zusammenhaltende Hilfsfilamentgarne.
Das vorgeformte Material gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch Laminieren einer Mehrzahl von blattartigen Trägern zur Bildung einer geforderten Form gebildet. Nach der Laminierung wird das aus einem thermoplastischen Polymer zusammengesetzte Klebematerial zwischen benachbarten Trägern erwärmt, wodurch die Träger als Ergebnis der Haftungsfestigkeit des Klebematerials einstückig verklebt werden.
Die begleitende Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele der Erfindung und dient zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundlagen der Erfindung.
Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine gewebten Textilerzeugnisträger gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 bis 10 sind schematische Draufsichten auf gewebte Textilerzeugnisträger, die verschiedene Haftungszustände von Klebematerialien in Übereinstimmung mit einem gewebten Textilerzeugnisträger mit einer Kattunbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 11 und 12 sind schematische Draufsichten auf gewebte Textilerzeugnisträger, die Klebematerialien zusammen mit einem gewebten Textilerzeugnisträger mit einer schrägstehenden Kattunbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 13 ist eine schematische Draufsicht auf einen gewebten Textilerzeugnisträger mit einer unidirektional schrägstehenden Kattunbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 und 15 sind schematische Draufsichten auf gewebte Textilerzeugnisträger, die verschiedene Haftungszustände von Klebematerialien zusammen mit einem gewebten Textilerzeugnisträger mit einer Diagonalbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 16 und 17 sind schematische Draufsichten auf gewebte Textilerzeugnisträger, die verschiedene Haftungszustände von Klebematerialien zusammen mit einem gewebten Textilerzeugnisträger mit einer Satinbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 18 ist eine schematische Draufsicht auf einen gewebten Textilerzeugnisträger mit einer knitterfreien fasrigen Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 19 und 20 sind schematische Draufsichten auf gewebte Textilerzeugnisträger mit einer schrägstehenden knitterfreien fasrigen Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 21 bis 25 sind das Weben des in Fig. 13 dargestellten gewebten Textilerzeugnisträgers darstellende schematische Ansichten, wobei Fig. 21 eine perspektivische Ansicht ist und die Fig. 22 bis 25 Seitenansichten sind;
Fig. 26 bis 28 sind schematische Seitenansichten von laminierten gewebten Textilerzeugnisträgern, die verschiedene Laminierungen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 29 bis 36 sind schematische explosionsartige perspektivische Ansichten von vorgeformten Materialien, die typische Laminierungsstrukturen von gewebten Textilerzeugnisträgern darstellen; und
Fig. 37 bis 41 sind schematische perspektivische Ansichten von vorgeformten Materialien nach Ausführungsformen, die typische Konfigurationen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Die dargestellten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen auf ähnliche Teile verweisen;
Zunächst wird bezüglich typischer Arten von Trägern erläutert, wie das aus einem thermoplastischen Polymer zusammengesetzte Klebematerial an einem gewebten Textilerzeugnisträger anhaftet.
In Fig. 1 ist ein gewebter Textilerzeugnisträger 8 als eine Kattunbindung gebildet und weist aus Multifilamenten von Verstärkungsfasern zusammengesetzte Kettfäden 1 und Schußfäden 3 auf. Wie in der Figur dargestellt, dehnt sich aus einem thermoplastischen Polymer zusammengesetztes Klebematerial 7 entlang den Kettfäden 1 aus, um die Kettfäden spiralförmig zu umwickeln. Das Klebematerial 7 dehnt sich im wesentlichen gradlinig entlang den Kettfäden 1 als ganzen aus.
Bei den in Fig. 1 dargestellten gewebten Textilerzeugnisträgern sind die Kettfäden und die Schußfäden durch das Klebematerial verklebt und die Haftung zwischen den Kettfäden und den Schußfäden kann genügend beibehalten werden, weil das Klebematerial an den Schnittbereichen der Kettfäden 1 und der Schußfäden 3 anhaftet. Durch diesen Effekt kann das Auflockern des Trägers verhindert werden, wenn er behandelt oder geschnitten wird.
Obwohl das Klebematerial an allen Kettfäden 1 anhaftend dargestellt ist, kann es an den Kettfäden oder den Schußfäden in Intervallen von einer Mehrzahl von Garnen, beispielsweise an jedem zweiten Garn oder an jedem dritten Garn anhaften. Ferner kann sich das Klebematerial entlang beiden, den Kettfäden und den Schußfäden, ausdehnen. Daher dehnen sich die Klebematerialien entlang zumindest einer Art aus den Kettfäden und Schußfäden im wesentlichen gradlinig und kontinuierlich oder absatzweise aus.
Wenn das gewebte Textilerzeugnis bei einer Temperatur von mehr als 80ºC und weniger als dem Schmelzpunkt der thermoplastischen Polymergarne wärmebehandelt wird, dann werden die thermoplastischen Polymergarne aufgeweicht aber nicht geschmolzen, weil die Erwärmung bei geringeren Temperaturen als dem Schmelzpunkt durchgeführt wird und das Fixieren der Kettfäden 1 und der Schußfäden 3 mittels des Klebematerials 7 schreitet nicht sehr weit vor.
Wenn der Träger auf eine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt der thermoplastischen Polymergarne und 20ºC oberhalb des Schmelzpunktes erwärmt wird, beginnen die thermoplastischen Polymergarne zu schmelzen und das Klebematerial dehnt sich absatzweist lokal aus, obwohl es sich als Ganzes im wesentlichen gradlinig ausdehnt. Weil die Behandlungstemperatur selbst wenn sie höher als der Schmelzpunkt ist vergleichsweise gering ist, dringt das Klebematerial nicht in die Kettfäden 1 oder die Schußfäden 3 ein und beeinflußt das Aussehen des Materials an der Oberfläche des Trägers 8 nicht.
Wenn der Träger bei einer Temperatur zwischen 20º und 50ºC oberhalb des Schmelzpunktes der thermoplastischen Polymergarne wärmebehandelt wird, dann schmelzen auch in diesem Fall die thermoplastischen Polymergarne und das Klebematerial dehnt sich lokal absatzweise aus, obwohl es sich als Ganzes noch im wesentlichen gradlinig ausdehnt. Weil die Wärmebehandlungstemperatur ziemlich hoch ist, dringt jedoch ein Teil des Klebematerials in die Kettfäden 1 und/oder die Schußfäden 3 ein. In diesem Zustand kann der Träger erfindungsgemäß benutzt werden, aber er ist unerwünscht, weil die Menge des Klebematerials an der Oberfläche des Trägers sich entsprechend vermindert hat, weil ein Teil des Klebematerials in die Kettfäden 1 und die Schußfäden 3 eingedrungen ist.
Wenn der Träger bei einer Temperatur höher als 50ºC oberhalb der Schmelztemperatur der thermoplastischen Polymergarne wärmebehandelt wird, dringt eine große Menge von Klebematerial in die Kettfäden und Schußfäden ein und nur eine geringe Menge tritt an der Oberfläche des Trägers auf, so daß ein derartiger Träger als Träger für ein vorgeformtes Material unerwünscht ist, weil die Klebefähigkeit des Trägers sehr gering wird.
Fig. 2 stellt den in Fig. 1 gezeigten Träger 8 schematischer dar. Klebematerial 7 haftet so an, daß es die Kettfäden 1 spiralförmig umwickelt, und erstreckt sich kontinuierlich. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Träger 314 erstreckt sich Klebematerial 214 im Vergleich zu den in Fig. 2 dargestellten Träger 8 diskontinierlich. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Träger 315 haftet Klebematerial 215 verglichen mit dem in Fig. 2 dargestellten Träger 8 an jedem zweiten Kettfaden 1 an. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Träger 316 ersteckt sich Klebematerial 216 verglichen mit dem in Fig. 4 dargestellten Träger 315 diskontinierlich. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Träger 317 haftet Klebematerial 217 an den Schußfäden 3, so daß es die Schußfäden spiralförmig umwickelt und sich kontinuierlich entlang der Schußfäden erstreckt. Beil dem in Fig. 7 dargestellten Träger 318 erstreckt sich Klebematerial 218 verglichen mit dem in Fig. 6 dargestellten Träger 317 diskontinuierlich. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Träger 319 haftet Klebematerial 219 verglichen mit dem in Fig. 6 dargestellten Träger 317 an jedem zweiten Schußfaden 3. Bei dem in Fig. 9 dargestellten Träger 320 erstreckt sich Klebematerial 220 verglichen mit dem in Fig. 8 dargestellten Träger 319 diskontinuierlich. Bei dem in Fig. 10 dargestellten Träger 325 haften zwei Klebematerialien 225a und 225b pro Kettfaden 1 so an, daß sie den Kettfaden spiralförmig umwickeln. Die Windungsrichtungen der Klebematerialien 225a und 225b unterscheiden sich vorzugsweise voneinander.
Daher kann Klebematerial auf verschiedene Arten an gewebten Textilerzeugnisträgern, die aus Kattunbindungstextilerzeugnissen zusammengesetzt sind, anhaften.
Als nächstes stellen die Fig. 11 und 12 Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einem schrägstehenden Kattunbindungs-Textilerzeugnis dar.
Fig. 11 veranschaulicht einen gewebten Textilerzeugnisträger 336 mit einer schrägstehenden Kattunbindungsstruktur, bei der Kettfäden 401 und Schußfäden 501 aus Multifilamenten von Verstärkungsfasern zusammengesetzt sind und die Schußfäden zur Bildung eines Winkels von 45º in Bezug, auf die Kettfäden geneigt sind. Der Schnittwinkel zwischen den Kettfäden und Schußfäden kann auf geeignete Weise innerhalb des Bereichs von -90º bis +90º gewählt werden. Bei diesem Träger 336 erstreckt sich Klebematerial 236 kontinuierlich so entlang den Kettfäden 401, daß es die Kettfäden spiralförmig umwickelt. Bei dem in Fig. 12 dargestellten Träger 237 erstreckt sich Klebematerial 237 kontinuierlich so entlang den Schußfäden 501, daß es die Schußfäden spiralförmig umwickelt. Bei den vorstehenden Ausführungsformen kann sich Klebematerial diskontinuierlich erstrecken und kann an jedem zweiten Kettfaden oder Schußfaden anliegen.
Als nächstes stellt Fig. 13 eine Ausführungsform zusammen mit einem undirektional schrägstehenden Kattunbindungs- Textilerzeugnis dar.
Fig. 13 veranschaulicht ein unidirektonal schrägstehendes Kattunbindungs-Textilerzeugnis 344, das aus Verstärkungsfasern zusammengesetzte Schußfäden 502 und Hilfsfilamentgarne 601 als Kettfäden aufweist. Die Schußfäden 502 erstecken sich in einer Richtung und sind bezüglich den Hilfsfilamentgarnen 601 um 450 geneigt. Bei diesem Träger 344 erstreckt sich Klebematerial 244 kontinuierlich so entlang den Hilfsfilamentgarnen 601, daß es die Hilfsfilamentgarne spiralförmig umwickelt. Bei der vorstehenden Ausführungsform kann sich Klebematerial diskontinuierlich erstrecken und kann an jedem zweiten Hilfsfilamentgarn anliegen.
Als nächste stellen die Fig. 14 und 15 Ausführungsformen in Zusammenhang mit einem Diagonalbindungs-Textilerzeugnis dar.
Fig. 14 veranschaulicht ein Diagonalbindungstextilerzeugnis, bei dem Kettfäden 403 und Schußfäden 503 sich im rechten Winkel und in Intervallen von zwei Garnen schneiden. Bei diesem Träger 356 erstreckt sich Klebematerial 256 kontinuierlich so entlang den Kettfäden 403, daß es die Kettfäden spiralförmig umwickelt. Bei dem in Fig. 15 dargestellten Träger 357 erstreckt sich Klebematerial 257 diskontinierlich entlang den Schußfäden 503, so daß es die Schußfäden spiralförmig umwickelt und das Klebematerial liegt an jedem zweiten Schußfaden an.
Als nächstes stellen die Fig. 16 und 17 Ausführungsformen im Zusammenhang mit einem Satinbindungs- Textilerzeugnis dar.
Fig. 16 veranschaulicht ein Satinbindungs-Textilerzeugnis, bei dem sich Kettfäden 404 und Schußfäden 504 im rechten Winkel schneiden, ein Kettfaden oder ein Schußfaden zuerst über vier Schußfäden oder Kettfäden auf einer Seite des Textilerzeugnisses gefädelt ist und dann über einen Schußfaden oder Kettfaden auf der anderen Seite gefädelt ist.
Bei diesem Träger 366 erstreckt sich Klebematerial 266 kontinuierlich entlang den Kettfäden 404, so daß es die Kettfäden spiralförmig umwickelt. Bei einem in Fig. 17 dargestellten Träger 367 erstreckt sich Klebematerial 267 diskontinuierlich entlang den Kettfäden 404, so daß es die Kettfäden spiralförmig umwickelt und das Klebematerial liegt an jedem zweiten Kettfaden an. Bei den vorstehenden Ausführungsformen kann sich Klebematerial kontinuierlich oder diskontinuierlich erstrecken und kann an jedem zweiten Schußfaden oder Kettfaden anliegen.
Als nächstes stellt Fig. 18 eine Ausführungsform im Zusammenhang mit einem gewebten Textilerzeugnisträger mit einer knitterfreien faserigen Struktur dar.
Fig. 18 veranschaulicht ein sogenanntes knitterfrei gewebtes Textilerzeugnis, das aufweist: (a) eine aus einer Mehrzahl von graden in einer Richtung parallel zueinander in Form eines Blattes zusammengezogenen Verstärkungsfasern zusammengesetzte Garngruppe (A) 701a, (b) eine aus einer Mehrzahl von graden in einer Richtung parallel zueinander in Form eines Blattes zusammengezogenen graden Verstärkungsfasern zusammengesetzte Garngruppe (B) 701b, wobei die Blattseite der Garngruppe B die Blattseite der Garngruppe A berührt und die Verstärkungsgarne der Garngruppe B die Verstärkungsgarne der Garngruppe A schneiden, und (c) Hilfsfilamentgarne 602a und 602b, die zur Bildung des gewebten Textilerzeugnisses die Garngruppen A und B zusammenhalten. Bei diesem Träger 375 haftet Klebematerial 275 an den Hilfsfilamentgarnen 602b, so daß es die Hilfsfilamentgarne spiralförmig umwickelt und sich kontinuierlich entlang den Hilfsfilamentgarnen erstreckt. Bei der vorstehenden Ausführungsform können sich Klebematerialien kontinuierlich oder diskontinuierlich erstrecken und können an jedem zweiten Garn oder jeder zweiten Gruppe in Übereinstimmung mit den Hilfsfilamentgarnen 602a oder 602b oder den Gruppen von Verstärkungsgarnen, die durch die Hilfsfilamentgarne definiert sind, anliegen.
Als nächstes stellen die Fig. 19 und 20 Ausführungsformen in Übereinstimmung mit einem schrägstehenden knitterfrei gewebten Textilerzeugnis dar. Ein Winkel zwischen zwei aus in sich voneinander unterscheidenden Richtungen zusammengezogenen aus Verstärkungsgarnen zusammengesetzten Garngruppen kann auf geeignete Weise innerhalb des Bereichs von -90ºC bis + 90ºC gewählt werden. Die Fig. 19 und 20 zeigen als Beispiel ein schrägstehendes knitterfrei gewebtes Textilerzeugnis, bei dem α 45º beträgt.
Bei dem in Fig. 19 dargestellten Träger 384 werden zwei aus Verstärkungsgarnen 407 und 507 zusammengesetzte in zwei unterschiedliche Richtungen in Form eines Blattes zusammengezogene Garngruppen 703a und 703b mittels Hilfsfilamentgarnen 604a und 604b zusammengehalten, und Klebematerial 284 haftet an den Hilfsfilamentgarnen 604b so an, daß es die Hilfsfilamentgarne 604b spiralförmig umwickelt und erstreckt sich kontinuierlich entlang den Hilfsfilamentgarnen. Bei dem in Fig. 20 dargestellten Träger 386 haftet Klebematerial 286 so an den Hilfsfilamentgarnen 604a, daß es die Hilfsfilamentgarne spiralförmig umwickelt, und erstreckt sich kontinuierlich entlang den Hilfsfilamentgarnen. Bei den vorstehenden Ausführungsformen kann sich Klebematerial kontinuierlich oder diskontinuierlich erstrecken und kann an jedem zweiten Garn oder jeder zweiten Garngruppe in Übereinstimmung mit den Hilfsfilamentgarnen 602a und 602b oder den durch die Hilfsfilamentgarne definierten Gruppen von Verstärkungsgarnen anliegen.
In derartigen in den Fig. 18 bis 20 dargestellten knitterfrei gewebten Textilerzeugnissen erfüllen die Hilfsfilamentgarne die Funktion, sich in eine oder zwei Richtungen erstreckende Gruppen von Verstärkungsgarnen zusammenzuhalten und einen Träger mit einer bestimmten Form zu liefern. Die Dehnung bei einer Unterbrechung der Hilfsfilamentgarne ist vorzugsweise größer als die der Verstärkungsgarne. Weil die Eigenschaften von FRP, wie etwa Festigkeit und Elastizitätsmodul proportional zum Volumenanstieg der Verstärkungsfasern größer werden, ist es wünschenswert, die Querschnittsfläche von Hilfsfilamentgarnen auf einen geringstmöglichen Wert zu verringern und die Menge an Verstärkungsfasern pro Volumeneinheit des FRP auf einen größtmöglichen Wert zu erhöhen. Das Verhältnis von Hilfsfilamentgarnen zu Verstärkungsgarnen in Übereinstimmung mit einer Querschnittsfläche von Garnen bei einem gewebten Textilerzeugnisträger ist vorzugsweise in dem Bereich von 0,01 bis 0,20. Wenn Verstärkungsgarne oder Verstärkungsgarne und Hilfsfilamentgarne durch Erwärmen eines aus einem thermoplastischen Polymer zusammengesetzten Klebematerials verklebt werden, neigen die Hilfsfilamentgarne zum Schrumpfen, während die Verstärkungsgarne eigentlich nicht schrumpfen. Die große Schrumpfung der Hilfsfilamentgarne ist unerwünscht, weil Schlängeln der Verstärkungsgarne auftritt, wodurch die Festigkeit und der Elastizitätsmodul des FRP verringert wird. Zur Verhinderung des Schlängelns der Verstärkungsgarne darf die thermische Schrumpfungsrate der Hilfsfilamentgarne unter trockenen Bedingungen bei 150ºC nicht größer als 2% sein. Als Fasern für die Hilfsfilamentgarne, die den vorstehenden Anforderungen genügen, können beispielsweise für einen Träger mit Verstärkungsgarnen aus Kohlefasern, Glasfasern und Polyaramidfasern mit einer Bruchverlängerung, die größer als die von Kohlefasern ist, benutzt werden oder Kohlefasern mit einer Bruchverlängerung, die größer als die der die Verstärkungsgarne bildenden Kohlefasern ist, können benutzt werden.
Als nächstes werden in den Fig. 21 bis 25 typische Verfahren zur Herstellung gewebter Textilerzeugnisträger nach der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit den in Fig. 1 dargestellten gewebten Textilerzeugnisträgern erläutert.
In den Fig. 21 bis 24 wird in Übereinstimmung mit dem in Fig. 1 dargestellten gewebten Textilerzeugnisträger ein Herstellungsverfahren für ein gewebtes Textilerzeugnis vor Wärmebehandlung beschrieben.
In diesem Fall sind Auge 43 von Litze 41 und Auge 44 von Litze 42 abwechselnd angeordnet und Kettfaden 1 wird durch jedes der Augen 43 und 44 geführt. Um diesen Kettfaden 1 ist thermoplastisches Polymergarn 7a spiralförmig gewunden. Daher werden, wie in Fig. 22 dargestellt ist, ein Garnträger 45 eines Kettgarns 1 und ein Garnträger 46 eines thermoplastischen Polymergarns 7a vorbereitet, das thermoplastische Polymergarn wird mit dem durch die Führungen 47 und 48 geschickten Kettfaden verbunden, das thermoplastische Polymergarn wird durch Benutzung der durch das Lösen des thermoplastischen Polymergarns hervorgerufenen Drehung automatisch spiralförmig um den Kettfaden gewunden. Der Kettfaden 1, um den das thermoplastische Polymergarn 7a spiralförmig gewunden ist, wird durch das Auge 43 geführt, ein anderer Kettfaden wird durch das Auge 44 geführt und das wird wiederholt. Danach wird jeder der Kettfäden 1 durch einen entsprechenden Anschlagkamm 21 geführt.
Die Fachbildungsbewegung der Kettfäden 1 und das Einführen der Schießfäden 3 werden wie in den Fig. 23 und 24 dargestellt durchgeführt. In der Fig. 23 ist Litze 41 angehoben, Litze 42 abgesenkt und der Schußfaden 3 wird in das zwischen den aus den Kettfäden und thermoplastischen Polymergarnen gebildeten Blättern gebildete Fach eingeführt. Die Anschlagkammplatten werden dann angeschlagen. Die in den Fig. 23 und 24 dargestellten Betätigungen werden wiederholt. Auf diese Weise wird der gewebte Textilerzeugungsträger 8a erhalten.
Wie in Fig. 25 dargestellt, wird das gewebte Textilerzeugnis 8a von einem Heizer 24 erwärmt, nachdem es um eine Führungsrolle 23 geführt wurde. Die thermoplastischen Polymergarne 7a werden durch das Erwärmen aufgeweicht oder geschmolzen, wonach das gewebte Textilerzeugnis 8a zwischen einem Paar von Rollen 25 und 26 leicht gepreßt wird, und daher wird ein erfindungsgemäßer gewebter Textilerzeugnisträger 8 erhalten. Der erhaltene Träger 8 wird auf eine Aufwickelwalze 27 gewickelt.
Als nächstes wird Verkleben von gewebten Textilerzeugnisträgern aneinander oder Verkleben von einem gewebten Textilerzeugnisträger an eine andere Art von Träger erläutert.
Wie in Fig. 26 dargestellt ist, kann ein gewebter Textilerzeugnisträger 61, der Verstärkungsgarne aus Verstärkungsfasern umfaßt und aus einem thermoplastischen Polymer zusammengesetztes Klebematerial 63 aufweist, mit einer anderen Art von Träger 62, der ein derartiges Klebematerial nicht aufweist, einstückig verklebt werden. Daher kann durch Benutzung von nur dem Klebematerial 63 in dem gewebten Textilerzeugnisträger 61 das Verkleben zwischen beiden Trägern erreicht werden. Das Verkleben und Integrieren der Substrate wird durch Laminieren und Heizen der Substrate wie nachstehend beschrieben vollendet. Wie in Fig. 27 dargestellt, können durch Benutzung von Klebematerial 63 an beiden Oberflächen andere Träger 62 an beide Oberflächen des Substrats 61 geklebt werden. Selbstverständlich können, wie in Fig. 28 dargestellt ist, gewebte Textilerzeugnisträger 61 mit Klebematerial 63 gemäß der vorliegenden Erfindung einstückig miteinander verklebt werden.
Derartiges Kleben und Integrieren von Trägern wird beispielsweise wie folgt durchgeführt.
Die gewebten Klebematerial aufweisenden und auf erforderliche Größen geschnittenen Textilerzeugnisträger werden laminiert oder gewebte Textilerzeugnisträger mit Klebematerial und eine Art von Trägern ohne Klebematerial werden abwechselnd laminiert. Falls notwendig werden bei diesen Laminierungen Formen benutzt. Nach Laminieren werden die laminierten Träger mittels eines Plätteisens auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des das Klebematerial bildenden thermoplastischen Polymers erhitzt und bei einem geeigneten Druck gepreßt. Durch dieses Heizen und Pressen werden die laminierten Träger über das Klebematerial verklebt und integriert und daher kann ein vorgeformtes Material gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden. Während das Laminieren ausgeführt wird, werden die Richtungen der die Träger bildenden Verstärkungsgarne in geforderte Richtungen ausgerichtet. In dem Fall, in dem das das Klebematerial bildende thermoplastische Polymer dazu neigt an dem Plätteisen zu haften, kann ein Formlösepapier, wie etwa Silikonpapier zur Verhinderung einer derartigen Haftung benutzt werden.
Als nächstes werden in den Fig. 29 bis 36 Ausführungsformen von Laminierungen gewebter Textilerzeugnisträger gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert in Übereinstimmung mit einer Laminierung von sieben Blättern gewebter Textilerzeugnisträger. Die Laminierungsstruktur ist jedoch nicht auf die in den Fig. 29 bis 36 dargestellten Strukturen beschränkt. Dies Garnwebrichtung einer Mehrzahl von laminierten gewebten Textilerzeugnisträgern kann bei allen gleich sein und die Garnwebrichtung von zumindest einem aus einer Mehrzahl von laminierten gewebten Textilerzeugnisträgern kann sich von den Garnwebrichtungen anderer Träger unterscheiden. In Fig. 29 sind sieben laminierte Träger alle die gleichen gewebten Textilerzeugnisträger 121. Die Verstärkungsgarne 122 und 123 sind in allen dieser Trägern 121 jeweils in den gleichen Richtungen plus 45º und minus 45º bezüglich der Längsrichtung 124 des vorgeformten Materials angeordnet. Benachbarte Träger sind mit sich gradlinig erstreckendem Klebematerial aus einem thermoplastischen Polymer miteinander verklebt. Das Verkleben benachbarter Träger wird nicht immer über die gesamte Oberfläche von ihnen durchgeführt. Teilweises Verkleben der Oberflächen kann beispielsweise gewählt werden, wenn nur dies zentralen Bereiche der laminierten Träger miteinander verklebt sind. Die Endbereiche von den Trägern können nach dem Laminieren und Kleben geöffnet werden und das ist bequem zur Bildung von beispielsweise Flanschbereichen eines Balkens mit einem I-förmigen Querschnitt. Ein derartiger Balken wird nachstehend in Fig. 37 beschrieben.
Bei einer in Fig. 30 dargestellten Struktur ist ein zentraler gewebter Textilerzeugnisträger 125 ein Träger mit sich jeweils in Richtungen 0º und 90º erstreckenden Garnen 126 und 127. An beiden Oberflächen des Träger 125 sind unidirektional gewebte Textilerzeugnisträger 130 mit sich in 90º Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen 128 und sich in 0º-Richtung erstreckenden Hilfsfilamentgarnen 129 (gekennzeichnet mit einer durchbrochenen Linie, nachstehend auf die gleiche Art dargestellt) laminiert. An den Außenseiten von beiden Trägern 130 sind schrägstehende gewebte Textilerzeugnisträger 133 mit sich jeweils in 0º und -45º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen 131 und 132 laminiert. Schrägstehende gewebte Textilerzeugnisträger 136 mit sich jeweils in 0º und -45º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen 134 und 135 sind als äußerste Träger laminiert. Bei dem vorgeformten Material mit einer derartigen Laminierungsstruktur tritt nach dem Formen oder Härten keine 'Deformation auf, weil die Orientierung und Anordnung von Verstärkungsgarnen bezüglich des zentralen Blatts des Laminats symmetrisch ist. Darüberhinaus können künstliche isotrope mechanische Eigenschaften erhalten werden, weil die Richtungen der Orientierung von Verstärkungsfasern 0º, 45º, -45º und 90º betragen.
Bei einer in Fig. 31 dargestellten Struktur ist ein zentraler gewebter Textilerzeugnisträger 137 ein Träger mit sich jeweils in 0º und 90º-Richtung ausdehnenden Verstärkungsgarnen 138 und 139. An beiden Oberflächen des Trägers 137 sind unidirektional abgeschrägte gewebte Textilerzeugnisträger 142 mit sich in einer -45º-Richtung ausdehnenden Verstärkungsgarnen 140 und sich in einer +45º-Richtung ausdehnenden Hilfsfilamentgarnen 141 laminiert. An den Außenseiten von beiden Trägern sind unidirektional schrägstehende gewebte Textilerzeugnisträger 145 mit sich in einer +45º-Richtung ausdehnenden Verstärkungsgarnen 143 und sich in einer -45º-Richtung ausdehnenden Hilfsfilamentgarnen 144 laminiert. Gewebte Textilerzeugnisträger 148 mit sich jeweils 0º und 90º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen 146 und 147 sind als äußerte Träger laminiert. In einem derartigen vorgeformten Material tritt keine Deformation auf und künstliche isotrope mechanische Eigenschaften können genauso erhalten werden, wie in dem in Fig. 112 dargestellten vorgeformten Material. In einer in Fig. 32 dargestellten Struktur sind sieben identische gewebte Textilerzeugnisträger 149 laminiert. Die Richtungen von Verstärkungsgarnen 150 und 151 in jedem der Substrate 149 sind bezüglich der Längsrichtung 152 des vorgeformten Materials mit 0º und 90º festgelegt.
Bei einer in Fig. 33 dargestellten Struktur ist ein zentraler gewebter Textilerzeugnisträger 152 ein Träger mit sich jeweils in 0º- und 90º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen 153 und 154. An beiden Oberflächen des Trägers 152 sind schrägstehende gewebte Textilerzeugnisträger 157 mit sich jeweils in 0º- und -45º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen 155 und 156 laminiert. An den Außenseiten der Träger 157 sind abgeschrägte gewebte Textilerzeugnisträger 160 mit sich jeweils in 0º und +45º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen 158 und 159 laminiert. Gewebte Textilerzeugnisträger 163 mit sich jeweils in 0º- und 90º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen 161 und 162 sind als äußerste Träger laminiert.
Bei einer in Fig. 34 dargestellten Struktur ist ein zentraler Träger 164 ein schrägstehender gewebter Textilerzeugnisträger mit sich jeweils in +45º- und -45º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen 165 und 166. An beiden, Oberflächen des Trägers 164 sind gewebte Textilerzeugnisträger 169 mit sich jeweils in 0º- und 90º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen 167 und 168 laminiert. An den Außenseiten der Träger 169 sind schrägstehende gewebte Textilerzeugnisträger 172 mit sich jeweils in +45º- und -45º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen 170 und 171 laminiert. Gewebte Textilerzeugnisträger 175 mit sich jeweils in 0º- und 90º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen 173 und 174 sind als äußerste Träger laminiert.
Bei einer in Fig. 35 dargestellten Struktur sind sieben identische gewebte Textilerzeugnisträger 176 laminiert. Die Richtung der Verstärkungsgarne 177 von jedem der Träger 176 ist auf die Längsrichtung des vorgeformten Materials festgelegt und die Richtung der Hilfsfilamentgarne 178 ist auf eine 90º-Richtung festgelegt.
Bei einer in Fig. 36 dargestellten Struktur sind drei zentrale Träger 179 schrägstehende gewebte Textilerzeugnisträger mit sich jeweils in +45º- und -45º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen. An beiden äußeren Oberflächen der drei Träger sind zwei Blätter eines unidirektional gewebten Textilerzeugnisträgers 184 mit sich in 0º-Richtung erstreckenden Verstärkungsgarnen und sich in 90º-Richtung erstreckenden Hilfsfilamentgarnen laminiert.
Danach wird das vorgeformte Material der vorliegenden Erfindung in eine der Form des zu formenden FRP entsprechenden gewünschte Form geformt, wie nachstehend erläutert wird.
Fig. 37 veranschaulicht ein vorgeformtes Material zur Benutzung bei der Formung eines Balkens aus FRP mit einem I-förmigen Querschnitt. Das vorgeformte Material 71 ist aus einem mit Hilfe von sich linear erstreckenden und an den Trägern anhaftenden Klebematerialien einstückig verklebten Laminat aus gewebten Textilerzeugnisträgern aufgebaut. Das vorgeformte Material 71 hat einen I-förmigen Querschnitt und umfaßt einen Steg 72 und Flansche 73.
Spezieller umfaßt das laminierte Material eine Mehrzahl von aus Verstärkungsfasern zusammengesetzten Kattunbindungsträgern, beispielsweise vier Kattunbindungsträgern 74A, 74B, 74C und 74D. Diese vier Träger 74A, 74B, 74C und 74D werden derartig laminiert, daß ihre Kettfäden 75 und Schußfäden 76 sich bezüglich der Längsrichtung des vorgeformten Materials 71 in dem Stegbereich des I-Balkens im wesentlichen unter Winkeln von +45º und -45º erstrecken, und sie sind mittels des sich ins Längsrichtung des vorgeformten Materials 71 erstreckenden Klebematerials 77 einstückig miteinander verklebt. Die Träger 74A, 74B, 74C und 74D sind auf eine solche Weise gebogen, daß die zwei Flanschbereiche der Träger 74A und 74B und die anderen zwei Flanschbereiche der Träge 74C und 74D sich zur Herstellung einer I-Form in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Zwei weitere aus Verstärkungsfasern zusammengesetzte Kattunbindungsträger 78, die sich von den Trägern 74A bis 74D unterscheiden, sind an der unteren und der oberen Oberfläche des I-förmigen Balkens derartig angebracht, daß ihre Kettfäden 79 und Schußfäden 78 sich jeweils im wesentlichen unter Winkeln von 0º und 90º erstrecken und sind mittels des sich in Längsrichtung des vorgeformten Materials 71 erstreckenden Klebematerials 77 einstückig mit den Trägern 74A, 74B und den Trägern 74C, 74D verklebt. Aus Verstärkungsfasern 81 zusammengesetztes Reguliermaterial ist in alle der zwischen den Trägern 74B, 74C und Träger 78 in den Biegebereichen der Träger 74A bis 74D gebildeten Räumen eingefügt, wobei die Fasern so ausgerichtet sind, daß sie sich in Längsrichtung des vorgeformten Materials 71 erstrecken.
Fig. 38 veranschaulicht eine Variation des vorstehend veranschaulichten vorgeformten Materials. In Fig. 38 umfaßte ein vorgeformtes Material 85 ferner eine Mehrzahl von unidirektional gewebten Textilerzeugnisträgern 86, wobei bei jedem, alle Verstärkungsfasern so ausgerichtet sind, daß sie sich in Längsrichtung des vorgeformten Materials 85 erstrecken und jeder eine Breite aufweist, die der Hälfte der Gesamtbreite von jedem Flansch des I-Balkens entspricht. Die Träger 86 sind in zwei Schichten zwischen dem oberen Flanschbereich des Trägers 74B und des Trägers 78 zwischen dem oberen Flanschbereich des Trägers 74C und des Trägers 78, zwischen dem unteren Flanschbereich des Trägers 74B und des Trägers 78 und zwischen dem unteren Flanschbereich des Trägers 74C und des Trägers 78 eingefügt.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 39 eine andere Ausführungsform des vorgeformten Materials erläutert werden. Das vorgeformte Material 91 in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform umfaßt eine Mehrzahl von Balken 92 mit einem I-förmigen Querschnitt, wie ihn Fig. 37 veranschaulicht, und Bedeckungsmaterialien 93, die an die oberen und unteren Oberflächen der Balken 92 geklebt sind. Jedes Bedeckungsmaterials 93 ist insgesamt aus aus Verstärkungsfasern zusammengesetzten Kattunbindungsträgern zusammengesetzt.
Jedes Bedeckungsmaterial 93 umfaßt ein Laminat von einem Träger 93A mit jeweils unter Winkeln von 0º und 90º bezüglich der Längsrichtung des Balkens 92 angeordneten Kettfäden und Schußfäden, einen Träger 93B mit jeweils unter Winkeln von +45º und -45º angeordneten Kettfäden und Schußfäden, einen Träger 93C mit jeweils unter Winkeln von 0º und 90º angeordneten Kettfäden und Schußfäden, einen Träger 93D mit jeweils unter Winkeln von +45º und -45º angeordneten Kettfäden und Schußfäden und einen Träger 93E mit jeweils, unter Winkeln von 0º und 90º angeordneten Kettfäden und Schußfäden. Die Träger 93A bis 93E sind einstückig verklebt mit Hilfe von gradlinig an den Trägern anhaftendem Klebematerial. Das derartig aufgebaute vorgeformte Material 91 kann zur Bildung von FRP-Bauteilen, zum Beispiel für Flugzeuge, benutzt werden.
Fig. 40 stellt eine Aussteifungsstruktur 114 und somit eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Bei dieser Ausführungsform beinhaltet die Aussteifungsstruktur 114 eine aus einer dreifach laminierten Struktur zusammengesetzte Grundplatte 112 aus aus Verstärkungsfasern zusammengesetzten Kattunbindungsträgern 111 und einer Aussteifung 113 zum Aussteifen der Grundplatte 112, die ebenfalls aus einer dreifach laminierten Struktur aus aus Verstärkungsfasern zusammengesetzten Kattunbindungsträgern 111 zusammengesetzt ist und so gebogen ist, daß sie einen U-förmigen Bereich und sich von den Enden der Schenkel des U in Richtungen weg von dem U- förmigen Bereich erstreckende Flanschbereiche aufweist. Jeder Träger 111 ist einstückig mit einem benachbarten Träger verklebt mit Hilfe von sich gradlinig erstreckendem Klebematerial. Die Grundplatte 112 und die Aussteifung 113 sind ebenfalls auf die gleiche Weise wie bei den Trägern 111 mit Hilfe von Klebematerial miteinander verklebt. Eine derartige Aussteifungsstruktur kann ebenfalls zur Bildung von FRP-Aussteifungen für Flugzeuge benutzt werden.
Fig. 41 veranschaulicht ein vorgeformtes Material in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und spezieller veranschaulicht sie ein vorgeformtes Material 101 zur Benutzung bei der Bildung einer FRP T-artigen Verbindung. Das vorgeformte Material 101 ist insgesamt aus aus Verstärkungsfasern zusammengesetzten Kattunbindungsträgern zusammengesetzt. Das vorgeformte Material 101 umfaßt einen Träger 102 mit sich jeweils bezüglich jeweiliger Achsen X-X und Y-Y unter Winkeln von 0º und 90º ausdehnenden Kettfäden und Schußfäden, einen Träger 103 mit sich jeweils unter Winkeln von +45º und -45º erstreckenden Kettfäden und Schußfäden einen Träger 104 mit sich jeweils unter Winkeln von 0º und 90º erstreckenden Kettfäden und Schußfäden einen Träger 105 mit sich jeweils unter Winkeln von +45º und -45º erstrekkenden Kettfäden und Schußfäden und einen Träger 106 mit sich jeweils unter Winkeln von 0º und 90º erstreckenden Kettfäden und Schußfäden, die von der Innenseite der T-Verbindung betrachtet in der Reihenfolge 102, 103, 104, 105 und 106 angeordnet sind und mittels eines aus einem thermoplastischen Polymer zusammengesetzten Klebematerials einstückig miteinander verklebt sind.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines FRP-Teils unter Benutzung der vorstehend veranschaulichten vorgeformten Materialien beschrieben.
Als erstes werden die vorgeformten Materialien auf eine gewünschte Form geformt und in eine Form eingesetzt. Dann wird ein wärmeaushärtendes Harz in einer A-Stufe oder B-Stufe ins die Form eingefüllt und das vorgeformte Material damit getränkt. Nach dem Tränken wird das Harz durch Erwärmen gehärtet, das heißt, das Harz wird zum Zustand der sogenannten C- Stufe verändert, zur Herstellung eines FRP mit der Form des vorgeformten Materials. Als Grundmassenharz des FRP kann beispielsweise ein Epoxiharz, ein ungesättigter Polyesterharz, ein Phenolharz oder ein Polyimidharz benutzt werden.
In Übereinstimmung mit den vorgeformten Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung können die folgenden Wirkungen erreicht werden:
Als erstes wird keine Verschlechterung in der Orientierung und der Verteilung der Fasern auftreten und keine Verschiebung der Träger aufgrund des eingespritzten Polymers wird auftreten, wenn ein derartiger FRP mit einem Harzspritzgußverfahren gebildet wird, weil die Träger der Träger des vorgeformten Materials mit dem Klebematerial aus einem thermoplastischen Polymer wirksam einstückig miteinander verklebt sind. Ferner wird keine Deformation und kein Aufrauen aufgrund des Gewicht s eines Polymers nachdem er getränkt wurde auftreten, wenn ein derartiger FRP in einem Strangpreßformverfahren gebildet wird. Als Ergebnis kann eine gewünschte Orientierung und Verteilung von Verstärkungsfasern zur Lieferung eines FRP mit herausragenden Eigenschaften auf einfache Weise erhalten werden.
Als zweites wird die Menge des Klebematerials so gering wie möglich gemacht, weil das Klebematerial zum Aneinanderkleben der Träger gradlinig anhaftet und die Eigenschaften des FRP verschlechtern sich nicht aufgrund derartigen Klebematerials, weil das Klebematerial sich im wesentlichen von der Grundmasse eines FRP unterscheidet.
Als drittes kann ein derartiges vorgeformtes Material auf einfache Weise geformt werden durch beispielsweise ein Eisengerät zur Ermöglichung einer hohen Produkteffizienz, selbst wenn das vorgeformte Material eine komplizierte Form aufweist, weil gewebte Textilerzeugnisträger in dem vorgeformten Material benutzt werden.
In diesem Zusammenhang wird die Faltenwurfeigenschaft des gewebten Textilerzeugnisträgers sich nicht zu einem großen Ausmaß verschlechtern, weil das Klebematerial in einer sehr kleinen Menge an dem Träger anhaftet, wodurch die Produktionseffizienz weiter erhöht wird. Demnach kann das vorgeformte Material gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lieferung eines FRP mit einer komplizierten Form, wie etwa eines Aufbaus oder eines Rahmens eines Fahrzeugs genauso gut geformt werden, wie die in den Fig. 36 bis 41 dargestellten FRP-Teile.
Schließlich tritt bei Benutzung eines gewebten Textilerzeugnisträgers, bei den Kettfäden und Schußfäden wie in Fig. 1 dargestellt mit einem thermoplastischen Polymer befestigt sind, nicht nur Auflockerung während der Behandlung oder wenn der Träger zur Herstellung eines vorgeformten Materials geschnitten wird nicht auf, sondern es wird auch möglich, die ursprüngliche Anordnung und Verteilung der Textilerzeugnisträger zu behalten und das die Eigenschaften des FRP verschlechternde Eindringen von Kett- und Schußfäden zwischen laminierte Träger zu verhindern.

Claims

1. Vorgeformtes Material zur Verwendung in faserverstärkten Kunststoffen, wobei dieses Material ein Laminat aus blattartigen Trägern mit Verstärkungsfasern ist, wobei diese Träger mindestens einen Träger umfassen, der ein gewebtes Textilerzeugnis ist, das mit Fäden aus einem thermoplastischen Polymerklebematerial versehen ist, die spiralförmig um Kett- und/oder Schußfäden des Gewebes (oder im Fall eines knitterfreien gewebten Textilerzeugnisses um Hilfs-Filamentgarne) herumgewickelt sind, so daß sie sich in mindestens einer Richtung des Gewebes erstrecken und auf mindestens einer Oberfläche des Trägers sichtbar sind, wobei das Laminat so angeordnet ist, daß das thermoplastische Klebematerial an den Grenzflächen der Schichten vorhanden ist und diese Schichten miteinander verklebt.

2. Vorgeformtes Material nach Anspruch 1, wobei das thermoplastische Polymerklebematerial an dem gewebten Textilerzeugnis-Träger zum Anhaften gebracht wird, bevor der gewebte Textilerzeugnis-Träger in das Laminat eingebaut wird.

3. Vorgeformtes Material nach Anspruch 2, wobei das thermoplastische Polymerklebematerial durch Erweichen oder Schmelzen an dem Textilerzeugnis-Träger zum Anhaften gebracht wird.

4. Vorgeformtes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermoplastische Polymerklebematerial in unterbrochenen Linien erscheint.

5. Vorgeformtes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstärkungsfasern Karbonfasern, Glasfasern, Polyaramidfasern, Siliziumkarbidfasern, Aluminiumfasern, Aluminiumsilikatfasern oder Metallfasern sind.

6. Vorgeformtes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem gewebten Textilerzeugnis-Träger das Klebematerial 0,2 bis 10 Gew % der Verstärkungsfasern ausmacht.

7. Verfahren zur Herstellung eines vorgeformten Materials zur Verwendung in faserverstärkten Kunststoffen, umfassend die Schritte

(a) Anfertigen einer Anzahl Verstärkungsfasern aufweisender blattartiger gewebter Textilerzeugnis-Träger, wobei zumindest einige der aus Kettfäden, Schußfäden und (im Fall eines knitterfeien gewebten Textilerzeugnisses) Hilfs-Filamentgarnen ausgewählten Fasern mit Fäden aus einem thermoplastischen Polymerklebematerial spiralförmig umwickelt sind;

(b) Stapeln dieser Träger, im Bedarfsfall auch mit anderen Trägern, die keine thermoplastischen Polymerfäden aufweisen, wobei aber gewährleistet ist, daß an den Grenzflächen zwischen den Trägern thermoplastische Polymerfäden liegen; und

(c) Verkleben der Träger.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei zusätzlich zwischen den Schritten (a) und (b) das thermoplastische Polymerklebematerial an dem Träger zum Anhaften gebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der zusätzliche Schritt durch Erweichen oder Schmelzen des thermoplastischen Materials bewirkt wird.