DE3824181A1

DE3824181A1 - Process for producing thermoplastic prepregs

Info

Publication number: DE3824181A1
Application number: DE3824181A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dr Ing Hensen; Klaus Dr Ing Schaefer; Gerhard Dipl Ing Koslowski
Original assignee: Barmag AG; Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1987-07-25
Filing date: 1988-07-16
Publication date: 1989-02-02

Abstract

For producing thermoplastic prepregs, a multiplicity of filaments are drawn via a spreading device which is located in a bath of thermoplastic melt. At the same time, the spreading device is heated. Owing to the high dwell times and temperatures, there is the risk of the melt decomposing. This is avoided if a filament layer 3 is passed through an extrusion die 1, connected to an extruder. The extrusion die 1 has in the centre a filament nozzle 6. The melt channels 8a, b open out laterally into the filament nozzle. In this way, the filaments leave the extrusion die in a layer of melt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Prepregs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing Prepregs according to the preamble of claim 1.

Aus der EP-56 703 ist ein Verfahren bekannt, mit dem Prepregs hergestellt werden. Hierbei werden eine Vielzahl von Fäden über eine Spreizvorrichtung gezogen, die sich in einem Thermoplastschmelzebad befindet. Um eine gute Benetzung der Fasern mit der Schmelze zu erreichen, wird die Spreizvorrich tung zusätzlich beheizt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die Schmelze in dem Bad sich infolge der hohen Temperatur zersetzt. Als weiterer Nachteil ist zu sehen, daß die Temperaturverteilung der Schmelze infolge der lokalen Aufwärmung nicht homogen ist, und daß über einen längeren Zeitraum hinweg sich der Schmelzezustand ebenfalls verändert. Die unerwünschten Ablagerungen in dem Schmelzebad und an der Spreizvorrichtung müssen bei diesem Verfahren regelmäßig entfernt werden. Als weiterer Nachteil ergibt sich, daß die Durchtränkung der Fadenschicht sehr lange dauert und demzu folge nur die geringen Produktionsgeschwindigkeiten von ca. 15-30 cm/min. erreicht werden können.From EP-56 703 a method is known with the prepregs getting produced. This involves a variety of threads pulled over a spreader that is in a Thermoplastic melt bath is located. To ensure good wetting of the The spreading device is used to reach fibers with the melt additionally heated. The disadvantage of this method is that the melt in the bath due to the high temperature decomposes. Another disadvantage is that the Temperature distribution of the melt due to the local Warming up is not homogeneous, and that over a longer period The melt state also changes over time. The undesirable deposits in the melt bath and at the Spreaders need to be regular with this procedure be removed. Another disadvantage is that the Impregnation of the thread layer takes a very long time and therefore just follow the low production speeds of approx 15-30 cm / min. can be achieved.

Um ein preiswertes Prepreg herstellen zu können, müssen erheblich größere Herstellungsgeschwindigkeiten erreicht werden.To be able to produce an inexpensive prepreg, you have to achieved significantly higher production speeds will.

Die Erfindung hat die Aufgabe ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem thermoplastische Prepregs in großer Geschwindigkeit, gleichmäßiger reproduzierbarer Qualität und fehlerfreier Beschaffenheit preisgünstig hergestellt werden können.The object of the invention is to propose a method with the thermoplastic prepreg at high speed, uniformly reproducible quality and error-free Texture can be manufactured inexpensively.

Die Aufgabe besteht demzufolge auch darin, den Nachteil von Ablagerungen oder thermischem Abbau in der Kunststoffschmelze durch langzeitiges Erhitzen zu vermeiden, um ein Prepreg mit gleichbleibend hoher Qualität über einen langen Zeitraum hinweg herstellen zu können. Weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Werkzeug vorzuschlagen, mit welchem dieses Verfahren durchgeführt werden kann.The task therefore also consists of the disadvantage of Deposits or thermal degradation in the plastic melt by long-term heating to avoid using a prepreg consistently high quality over a long period of time to be able to manufacture. Another object of the invention is to propose a tool with which this method can be carried out.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Kennzeichen des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 7.This object is achieved by the characteristics of the claim 1 and claim 7.

Es ist zwar durch die US-39 93 726 ein Verfahren bekannt, eine Fadenschar durch die Polymerschmelze eines Kreuzkopfex truders zu ziehen. Das Verfahren eignet sich jedoch nicht für Prepregherstellung, da die für eine gute Verstärkung not wendige hohe Anzahl von Verstärkungsfäden nicht verarbeitet werden kann, weil die Fäden einzeln durch je eine Einlaßöff nung in den Extruderkreuzkopf geführt werden. Die für Prepregs notwendig sehr dicht gelegten Fäden können deshalb mit diesem Verfahren nicht mit dem notwendig gleichmäßigen und geringen Abstand in die Schmelze eingelagert werden. Weiterhin hat das Verfahren den Nachteil, daß der Schmelze druck im Extruderkopf nicht im erforderlichen Maße nach außen abgedichtet werden kann, so daß die Schmelze auch durch die Einlaßöffnungen für die einzelnen Fäden, nach außen dringt. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die Fäden zur Durchtränkung zuerst auf einen sehr großen Querschnitt aufgespreizt werden und daß anschließend in einer sehr engen Matrize die nicht benötigte Polymerschmelze aus dem Fadenge lege wieder ausgequetscht werden muß. Although a method is known from US-39 93 726, a string of threads through the polymer melt of a crosshead to pull truders. However, the procedure is not suitable for Prepreg production, because the need for good reinforcement agile high number of reinforcing threads not processed can be because the threads individually through an inlet lead into the extruder crosshead. The for Prepregs can therefore be made of very tightly laid threads with this procedure not with the necessary uniform and stored in the melt at a small distance. Furthermore, the method has the disadvantage that the melt pressure in the extruder head not to the required extent to the outside can be sealed, so that the melt through the Inlet openings for the individual threads, penetrates to the outside. Another disadvantage of this method is that the threads for impregnation to a very large cross-section be spread out and that subsequently in a very narrow Die the unneeded polymer melt from the thread must be squeezed again.

Beim Durchziehen durch die Matrize werden dabei insbesondere die äußeren Fäden des Werkstoffs scharf geknickt und be schädigt.When pulling through the die, in particular the outer threads of the material are sharply kinked and be harms.

Mit der Erfindung kann eine hohe Anzahl Verstärkungsfäden, wie für hochfeste Prepregs erforderlich, in die Matrix eingelagert werden. Weiterhin wird durch die Fadendüse verhindert, daß der Schmelzedruck die Schmelze entgegen der Produktionsrichtung aus dem Extruderwerkzeug preßt. Vorteil haft werden die Fäden vor dem Einlauf in den Druckkanal auf eine Temperatur, die ungefähr gleich der Schmelzetemperatur ist, aufgewärmt. Durch das enge Anliegen der Fadenschicht an den Wandungen der Fadendüse wird die Fadenschicht bereits erwärmt; die erreichbare Temperatur kann dabei in der Größen ordnung der Schmelzetemperatur liegen, wenn die Fadendüse ein Bauteil mit dem Schlitzwerkzeug bildet. Deswegen kann die Fadenschicht durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders leicht in die Schmelze eingelagert werden. Beim Durchlaufen des Druckkanals wird die dichte Fadenschicht von der Thermo plastschmelze gut durchdrungen. Insbesondere kann die Beschädigung der empfindlichen Fäden durch Knicken oder dergleichen vermieden werden. Da die Fäden mit der Thermo plastschmelze aus der Breitschlitzdüse extrudiert werden, bleibt auch die Dehnung der Fäden gering, was ebenfalls die Festigkeit der Prepregs erhöht. Eine Breitschlitzdüse im Sinne dieser Anmeldung besitzt einen Schlitzquerschnitt, der sich nicht ausschließlich auf breite Rechtecke beschränkt, sondern aus einer allgemeinen Fläche besteht, die aus winklig zueinander angeordneten Rechtecken bestehen kann. Die Fläche kann auch von gekrümmten Linien begrenzt sein, und bildet den Schlitz bzw. Querschnitt der Austrittsöffnung.With the invention, a large number of reinforcing threads, as required for high strength prepregs into the matrix be stored. Furthermore, through the thread nozzle prevents the melt pressure against the melt against the Production direction from the extruder tool presses. Advantage the threads are caught before entering the pressure channel a temperature that is approximately equal to the melt temperature is warmed up. Due to the tight fit of the thread layer the thread layer already becomes the walls of the thread nozzle warmed; the achievable temperature can vary in size order the melt temperature when the thread nozzle Component forms with the slot tool. That's why it can Thread layer particularly by the method according to the invention can be easily stored in the melt. When going through of the pressure channel is the dense layer of thread from the thermo plastic melt well penetrated. In particular, the Damage to the sensitive threads due to kinking or the like can be avoided. Since the threads with the thermo plastic melt are extruded from the slot die, the stretching of the threads remains low, which is also the case Strength of the prepregs increased. A wide slot nozzle in the For the purposes of this application, a slot cross section has the is not limited to wide rectangles, but consists of a general area consisting of rectangles arranged at an angle to one another can exist. The Area can also be delimited by curved lines, and forms the slot or cross section of the outlet opening.

Die Dehnung der Fäden bei den bekannten Verfahren zur Prepregherstellung beruht darauf, daß diese unter Zugspannung im sogenannten Pultrusionsverfahren durch die Schmelze gezogen werden. The stretching of the threads in the known methods for Prepreg production is based on the fact that it is under tension in the so-called pultrusion process through the melt to be pulled.

Selbst bei hochfesten Verstärkungsfäden läßt sich dabei eine starke Dehnung nicht vermeiden. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die Fadenschicht mit der Kunststoffschmelze aus der Breitschlitzdüse extrudiert wird.Even with high-strength reinforcing threads, one can Do not avoid excessive stretching. A particular advantage of the The inventive method is that the thread layer with the plastic melt is extruded from the slot die becomes.

Neu und vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist gleichfalls, daß das Prepreg unmittelbar nach der Extrusion mit hoher Produktionsgeschwindigkeit im kontinuierlichen Prozeß weiter qualitativ verbessert werden kann. Hierzu wird vorgeschlagen, daß es nach Verlassen des Breitschlitzes über Kalanderwalzen, Kalibrierwalzen oder Formwalzen geführt bzw. abgezogen wird, wo es geglättet und verfestigt wird, bevor es zur Aufwicklung oder Weiterverarbeitung kommt.What is new and advantageous about the method according to the invention also that the prepreg immediately after extrusion with high production speed in continuous Process can be further improved in quality. This will suggested that after leaving the slot over Calender rolls, calibration rolls or form rolls is peeled off where it is smoothed and solidified before it comes to rewind or further processing.

Vorteilhaft können mit dem Verfahren Prepregs mit ver schiedenen Querschnitten hergestellt werden, da deren Quer schnitt vom Querschnitt der Fadendüse und dem Querschnitt des Druckkanals, in den die Schmelzeschicht eingepreßt wird und vom Querschnitt des Breitschlitzes, abhängt. Es können mit dem Verfahren flache Plattenprofile oder Rechteckprofile hergestellt werden, wie auch Winkelprofile, Rohre oder Rund profile.Advantageously, prepregs with ver different cross-sections are produced because of their cross cut from the cross section of the thread nozzle and the cross section of the Pressure channel into which the melt layer is pressed and depends on the cross section of the slot. It can with the process flat plate profiles or rectangular profiles are produced, as are angle profiles, tubes or round profiles.

Um diese Profile herstellen zu können, wird deshalb vorge schlagen, daß der Breitschlitz, der Druckkanal, die Fadendüse und der Fadenkanal einen dem Prepregquerschnitt entsprech enden gekrümmten bzw. abgewinkelten Querschnitt besitzen sollen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch kon tinuierliche Extrusion können auch Prepregs verschiedener dünnwandiger Profilquerschnitte hergestellt werden. Deshalb ist es besonders zum preiswerten Herstellen von Prepregs für verschiedene technische Anwendungszwecke geeignet. Bei der Herstellung von Prepregs mit dem Querschnitt dünnwandiger Rohre bzw. Schläuche, kann es vorteilhaft sein, wenn die Fadenschicht unter einem bestimmten Winkel, d. h. schrauben förmig, in die Kunststoffmatrix verlegt wird. Dies wird erreicht durch die Kennzeichen des Anspruchs 12. Hierdurch werden die Fäden unter einem Winkel zur Rohrachse in die Polymerschmelze eingebettet. Beispielsweise kann sich der Extruder mit den Fadenspulen auf einem Drehtisch bzgl. der Aufwicklung um die Längsachse des vertikal nach oben extru dierten Prepregrohres langsam drehen. Die Aufwicklung befindet sich dann beispielsweise vertikal über dem Extruder. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Schlauch unmittel bar vor der Aufwicklung um seine Längsachse zu verdrehen, wodurch die Fäden ebenfalls schraubenförmig zur Rohrachse verlegt werden. Hierzu wird zweckmäßigerweise eine Schlauch blase gebildet, wobei der Innendruck so einzustellen ist, daß Fließen des Thermoplasten vermieden wird. Um die dichte Fadenlage des Schlauches nach der Extrusion beizubehalten, darf der Schlauch zwischen Extruder und Aufwicklung nicht oder nur gering radial aufgeweitet werden. Deshalb ist der Luftdruck in dem Schlauch so einzustellen, daß das Aufblas verhältnis im wesentlichen 1:1 beträgt. Nach der Extrusion kann dann das dünnwandige Rohr bzw. der Schlauch zur Auf wicklung flachgelegt werden. Bei der Flachlegung entsteht ein bidirektional verstärktes Prepreg, welches als Band leicht aufgewickelt werden kann. Die Winkellage der Fadenschicht kann über das Verhältnis von Rotationsgeschwindigkeit zur Extrusionsgeschwindigkeit festgelegt werden. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens durch Extrusion besteht darin, daß auch multidirektional verstärkte Prepregs mit großer Geschwindigkeit herstellbar sind: durch Verbinden flachgelegter Prepregsschläuche mit unterschied licher Verstärkungsrichtung (=Winkellage der Fadenschicht) entsteht ein multidirektional verstärktes Prepreg, welches im Durchlaufverfahren mit hoher Geschwindigkeit preisgünstig hergestellt werden kann. In order to be able to produce these profiles, it is therefore preferred beat that the slot, the pressure channel, the thread nozzle and the thread channel corresponds to the prepreg cross section ends have curved or angled cross-section should. With the inventive method by kon Continuous extrusion can also use prepregs of various types thin-walled profile cross sections. That's why it is particularly suitable for the inexpensive production of prepregs for suitable for various technical applications. In the Production of prepregs with a thin-walled cross-section Pipes or hoses, it can be advantageous if the Layer of thread at a certain angle, i. H. screw shaped, is laid in the plastic matrix. this will achieved by the characteristics of claim 12. Hereby the threads are inserted at an angle to the tube axis Polymer melt embedded. For example, the Extruder with the thread spools on a turntable with respect to the Winding around the longitudinal axis of the vertically upward extru rotate the prepreg tube slowly. The winding up is then, for example, vertically above the extruder. But there is also the possibility to directly the hose bar around its longitudinal axis before winding, whereby the threads are also helical to the tube axis be relocated. A hose is expediently used for this purpose bubble formed, the internal pressure is set so that Flow of the thermoplastic is avoided. To the density To keep the thread position of the tube after extrusion, The hose between extruder and rewinder must not or only slightly expanded radially. That is why Adjust the air pressure in the hose so that the inflation ratio is essentially 1: 1. After extrusion can then use the thin-walled tube or hose winding can be laid flat. When laying flat a bidirectionally reinforced prepreg, which is light as a tape can be wound up. The angular position of the thread layer can about the ratio of rotation speed to Extrusion speed can be set. The special one Advantage of the manufacturing method according to the invention Extrusion is that multidirectionally reinforced Prepregs can be produced at high speed: by Connect flat lay prepreg tubes with difference reinforcement direction (= angular position of the thread layer) creates a multidirectionally reinforced prepreg, which in Low-cost continuous flow process can be manufactured.

Mit den bekannten Pultrusionsverfahren können nur unidirek tional verstärkte Prepregs hergestellt werden. Hieraus lassen sich multidirektionale Verstärkungen nicht in einfachen Durchlaufverfahren erzielen.With the known pultrusion processes, only unidirec tionally reinforced prepregs are produced. Leave it out multidirectional reinforcements do not turn into simple ones Achieve continuous process.

Die Verbindung der Prepregs miteinander kann z. B. durch Verpreßen unter Hitze hergestellt werden.The connection of the prepregs together can, for. B. by Pressing can be made under heat.

Damit die dichte Fadenschicht, aus der Schlitzöffnung des Druckkanals in welchem die Schmelze mit der Fadenschicht verpreßt wird, ausgetrieben wird, wird vorgeschlagen, daß die Schmelze unter einem Winkel in den Druckkanal gepreßt wird, d. h. daß der Schmelzekanal mit einer Komponente in Faden laufrichtung liegt.So that the dense layer of thread, from the slot opening of the Pressure channel in which the melt with the thread layer is pressed, driven out, it is proposed that the Melt is pressed into the pressure channel at an angle, d. H. that the melt channel with a component in thread running direction is.

Besonders gute und gleichmäßige Durchdringung der Faden schicht mit Thermoplastschmelze wird erreicht, indem von beiden Seiten Thermoplastschmelze symmetrisch auf die Faden schicht bzw. in den Druckkanal gepreßt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Verfahrensvariante ist der, daß die Schmelze von jeder Seite nur noch halb so tief in die Fadenschicht eindringen muß, so daß die Produktionsgeschwindigkeit erheblich vergrößert werden kann. Weiterhin ist bei dieser Methode keine zusätzliche Seitenführung der Fadenschicht notwendig, da die beidseitig eingepreßte Schmelze sich in ihrer seitlichen Druckwirkung auf die Fadenschicht neutra lisiert und trotzdem in die Fadenschicht imprägniert wird. Um die Produktionsgeschwindigkeit noch weiter zu steigern, wird vorgeschlagen, daß zumindest ein Teil des Druckkanals zusätzlich beheizt wird. Hierdurch wird die Viskosität der Schmelze abgesenkt und das Durchtränken der dichten Faden schichten mit Schmelze zusätzlich beschleunigt.Particularly good and even penetration of the thread layer with thermoplastic melt is achieved by both sides of thermoplastic melt symmetrically on the thread layer or is pressed into the pressure channel. Another The advantage of this process variant is that the melt only half as deep from each side into the thread layer must penetrate so that the production speed can be significantly enlarged. Furthermore, this one Method no additional lateral guidance of the thread layer necessary because the melt pressed in on both sides converges their lateral pressure effect on the thread layer neutra lized and still impregnated into the thread layer. Around to increase the production speed even further suggested that at least part of the pressure channel is additionally heated. This will reduce the viscosity of the Melted down and soaking the dense thread layers with melt additionally accelerated.

Eine weitere Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit läßt sich erreichen, wenn die frischextrudierte Thermoplast schmelze, die z. B. eine Polymerschmelze sein kann, in dem Druckkanal seitlich aus ihrer Laufrichtung abgelenkt und in Richtung auf die Mittelachse des Kanals gedrückt wird. Durch die Querströmung der Schmelze kann die Fadenschicht noch leichter durchtränkt werden. Eine weitere Verbesserung wird erreicht, wenn die Weite des Druckkanals in Fadenlaufrich tung gesehen abnimmt. Durch den konvergenten Druckkanal entsteht ein zusätzlicher beidseitiger Druck auf die Faden schicht und in Richtung auf die Austrittsöffnung des Druck kanals. Der Drosselwiderstand des hinter der Fadendüse beginnenden Druckkanals muß geringer sein, als der Drossel widerstand der Fadendüse gegenüber rückströmender Polymer schmelze im Druckkanal. Dadurch wird nämlich verhindert, daß Polymerschmelze durch die Fadendüse entgegen der Fadenlauf richtung austritt. Um die Drosselwiderstände der Fadendüse und des Druckkanals mit dem Austrittsschlitz auf die erforderliche Größe einstellen zu können, wird deshalb vorgeschlagen, daß sowohl die Fadendüse als auch der Aus trittsschlitz eine einstellbare Weite besitzt. über die eingestellte Weite der Fadendüse bzw. des Breitschlitzaus tritts können die jeweiligen Drosselwiderstände gegenseitig so abgeglichen werden, daß keine Schmelze entgegen der Fadenlaufrichtung gepreßt werden kann. Um die Weite der Fadendüse bzw. des Breitschlitzaustritts besonders einfach einstellen zu können, besteht erfindungsgemäß die Möglich keit, das Werkzeug mit flexiblen Düsen auszustatten. Für Profile mit gekrümmten oder abgewinkelten Querschnitten ist deshalb vorgesehen, daß die Breitschlitzdüsen aus einzelnen Düsensegmenten gleicher Bauart bestehen, die entsprechend dem jeweils herzustellenden Profilquerschnitt miteinander kombiniert und fest miteinander verbunden werden können. Die Verbindung kann z. B. über geeignete Verschraubungen oder Spannbügel erfolgen. Eine besonders vorteilhafte Konstruktion der Extrusionsdüse mit einstellbaren Drosselwiderständen besteht darin, daß die Weite der Fadendüse bzw. des Breit schlitzaustritts über jeweils einstellbare flexible, elastisch verstellbare Lippen oder Mundstücke mindestens auf Teillängen des Breitschlitzes bzw. der Fadendüse auf einen vorgegebenen Wert fest eingestellt werden kann.A further increase in the production speed leaves reach themselves when the freshly extruded thermoplastic melt the z. B. can be a polymer melt in which Pressure channel deflected laterally from its direction of travel and in Direction on the central axis of the channel is pressed. By the cross flow of the melt can still the thread layer be soaked more easily. Another improvement will be reached when the width of the pressure channel in thread direction seen seen decreases. Through the convergent pressure channel there is an additional double-sided pressure on the threads layer and towards the pressure outlet channel. The throttle resistance of the behind the thread nozzle starting pressure channel must be less than the throttle resistance of the thread nozzle to back flowing polymer melt in the pressure channel. This prevents namely that Polymer melt through the thread nozzle against the thread run direction exit. To the throttle resistances of the thread nozzle and the pressure channel with the outlet slot on the It will therefore be possible to set the required size suggested that both the thread nozzle and the off kick slot has an adjustable width. about the set width of the thread nozzle or the wide slot the respective choke resistances can occur be adjusted so that no melt against the Thread running direction can be pressed. To the vastness of the Thread nozzle or the slot opening particularly easy According to the invention, it is possible to set ability to equip the tool with flexible nozzles. For Profiles with curved or angled cross sections therefore provided that the wide slot nozzles consist of individual Nozzle segments of the same type exist, which correspond to the profile cross-section to be produced with each other can be combined and firmly connected. The Connection can e.g. B. via suitable screw connections or Clamping bracket done. A particularly advantageous construction the extrusion nozzle with adjustable throttle resistances is that the width of the thread nozzle or the width slot exit via adjustable flexible, elastically adjustable lips or mouthpieces at least Part lengths of the slot or the thread nozzle on one predetermined value can be fixed.

Hierzu sind mögliche Ausführungsbeispiele angegeben, anhand derer die Erfindung im folgenden erläutert wird.Possible exemplary embodiments are specified for this purpose of which the invention is explained below.

Fig. 1 zeigt eine Extrusionsdüse mit Fadenkanal, Fadendüse, Schmelzekanälen, Druckkanal und Schikaneelementen zur Umlenkung der Schmelze Fig. 1 shows an extrusion nozzle with thread channel, thread nozzle, melt channels, pressure channel and baffle elements for deflecting the melt

Fig. 2 zeigt eine Extrusionsdüse mit flexiblen Lippen für die Fadendüse, für den Breitschlitzaus tritt, zwei Schmelzekanälen sowie einem konvergenten Druckkanal Fig. 2 shows an extrusion die with flexible lips for the thread die for which Breitschlitzaus emerges, two melt channels and a convergent pressure channel

Fig. 3 zeigt eine Extrusionsdüse zur Herstellung eines dünnwandigen Rohrprofils bzw. Prepreg schlauchs mit Düsenkern Fig. 3 shows an extrusion nozzle for producing a thin-walled tube profile or prepreg tube with a nozzle core

Fig. 4 zeigt eine Anlage zur Extrusion eines bi direktional vestärkten Prepregbandes Fig. 4 shows a system for extruding a bi-directional prepreg tape

Fig. 5 zeigt eine Extrusionsdüse mit beheizbarer Fadendüse und heizbarer Druckkanal Fig. 5 shows an extrusion die with heated thread nozzle and a heatable pressure channel

Fig. 6 zeigt eine Anlage zur Extrusion eines bi direktional verstärkten Prepregbandes mit drehbarem Extruder Fig. 6 shows a system for extruding a bi-directionally reinforced prepreg tape with a rotatable extruder

Fig. 1 zeigt ein Extruderbreitschlitzwerkzeug 1 welches symmetrisch in der Mitte einen Fadenkanal 2 besitzt. Eine Fadenschar 3 wird aus vertikaler Richtung über Abzugsrollen 4 in den Fadenkanal 2 geführt. Der Fadenkanal verjüngt sich in Fadenlaufrichtung bis zum Eintritt 5 in eine Fadendüse 6. Die Fadendüse ist eng auf die Weite der Fadenschicht 3 einge stellt. Beim Austritt 7 aus der Fadendüse mündet je ein Druckkanal 8 a, b seitlich in einen gemeinsamen Druckkanal 9. Durch die seitlichen Druckkanäle wird die Schmelze schräg von beiden Seiten auf die Fadenschicht aufgepreßt. Die be schichtete Fadenschicht durchläuft anschließend den gemein samen Druckkanal 9, der entlang der Fadenlaufrichtung quer dazu über Schikaneelemente 10 bis 13 verfügt, an denen die Kunststoffschicht jeweils durch die Fadenschicht gezwängt wird. Die Weite des gemeinsamen Druckkanals nimmt kontinuier lich vom Austritt der Fadendüse bis zu seinem Breitschlitz austritt 14 ab. Hierdurch wird die Thermoplastschmelze in die Fadenschicht gepreßt und gemeinsam mit ihr zu einem Verbund werkstoff verdichtet. Eine Schraube 15 drückt auf einen Absatz 17 gegen eine Lippe 18 des Breitschlitzaustritts und sorgt für eine gleichbleibende Weite des Breitschlitzaus tritts. Die Weite der Fadendüse 6 wird über den Druck der Schmelze in den seitlichen Druckkanälen 8 a, 8 b eingestellt. Ein steigender Druck in den seitlichen Druckkanälen drückt die elastischen Lippen der Fadendüse 19 a, 19 b gegeneinander, so daß die Weite der Fadendüse in diesem Fall abnimmt, und die Fadenschicht enger geführt wird. Fig. 1 shows an extruder wide slitting tool 1 which has a thread channel 2 symmetrically in the middle. A thread sheet 3 is guided from the vertical direction via take-off rollers 4 into the thread channel 2 . The thread channel tapers in the thread running direction up to the entry 5 into a thread nozzle 6 . The thread nozzle is closely adjusted to the width of the thread layer 3 . At the outlet 7 from the thread nozzle, one pressure channel 8 a , b opens laterally into a common pressure channel 9 . The melt is pressed obliquely from both sides onto the thread layer through the lateral pressure channels. The coated layer of thread then passes through the common pressure channel 9 , which has chicane elements 10 to 13 along the direction of the thread running across it, on which the plastic layer is forced in each case by the thread layer. The width of the common pressure channel decreases continuously Lich from the exit of the thread nozzle to its slot 14 exits. As a result, the thermoplastic melt is pressed into the thread layer and compressed together with it to form a composite material. A screw 15 presses on a shoulder 17 against a lip 18 of the slot exit and ensures a constant width of the slot exit. The width of the thread nozzle 6 is adjusted via the pressure of the melt in the lateral pressure channels 8 a , 8 b . An increasing pressure in the lateral pressure channels presses the elastic lips of the thread nozzle 19 a , 19 b against each other, so that the width of the thread nozzle decreases in this case, and the thread layer is guided more closely.

Fig. 2 zeigt ein Extruderbreitschlitzwerkzeug 1, mit einem symmetrisch in der Mitte angeordneten Fadenkanal 2. Eine Fadenschar 3 wird von oben zugeführt und durch die Fadendüse 6 in den gemeinsamen Druckkanal 9 eingespeist. Am Austritt 7 der Fadendüse münden seitliche Druckkanäle 8 a, 8 b gemeinsam schräg in Fadenlaufrichtung in den Druckkanal 9. Die Druck kanäle werden, nicht näher dargestellt, von frischextru dierter Thermoplastschmelze durchpreßt. Über eine Druck schraube 20 wird die Weite der Fadendüse über die flexible Lippe 19 a der Dicke der Fadenschicht 3 eng angepaßt. Der gemeinsame Druckkanal 9 ist in Fadenlaufrichtung gesehen konvergent, d. h. seine Weite wird geringer. Die Schmelze wird in die Fadenschicht eingedrückt, wenn sie durch den Druckkanal gepreßt wird. Eine Einstellschraube 15 drückt auf den Absatz 17 der Lippe 18 des Breitschlitzaustritts und stellt so die Weite der Mündung des Druckkanals ein. FIG. 2 shows an extruder slot die 1 with a thread channel 2 arranged symmetrically in the middle. A thread sheet 3 is fed from above and fed through the thread nozzle 6 into the common pressure channel 9 . At the outlet 7 of the thread nozzle, lateral pressure channels 8 a , 8 b open together obliquely in the thread running direction into the pressure channel 9 . The pressure channels, not shown, are pressed through by freshly extruded thermoplastic melt. About a pressure screw 20 , the width of the thread nozzle on the flexible lip 19 a of the thickness of the thread layer 3 is closely adjusted. The common pressure channel 9 is convergent when viewed in the thread running direction, ie its width becomes smaller. The melt is pressed into the thread layer when it is pressed through the pressure channel. An adjusting screw 15 presses on the shoulder 17 of the lip 18 of the slot opening and thus adjusts the width of the mouth of the pressure channel.

Fig. 3 zeigt den Ausschnitt aus einer Düse zur Herstellung eines dünnwandigen Rohrprofils bzw. Schlauchs. Das Extruder werkzeug 1 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Ringkörper, der, außen angeordnet, die zugeführte Fadenschar 3 umschließt. Radial nach innen befindet sich der Kern 27, der als zylindrischer Ringkörper ausgebildet ist. Er besitzt zentrisch die Bohrung 27 a, über die Luft zum Aufhalten des Schlauches zugeführt werden kann. Der äußere Teil des Extruderwerkzeuges ist im wesentlichen zweiteilig aufgebaut und längs der Teilungebene 48 geteilt. Der innere Teil 51 bildet mit dem Kern 27 einen Fadenkanal 2, welcher sich in der Laufrichtung 52 der Fäden mit dem Ringabsatz 26 a zu der Fadendüse 6 verengt. Weiter in Laufrichtung 52 gesehen beginnt hinter der Fadendüse der Druckkanal 9. Der Druckkanal ist in Laufrichtung 52 gesehen konvergent, d.h. seine Weite nimmt ab. Über die Einlaßlöcher 22, die in den Ringkanal 21 münden, wird die Schmelze zugeführt. Der Ringkanal 21 setzt sich fort in den seitlichen Druckkanal 8 a, welcher in den gemeinsamen Druckkanal 9 mündet. Der äußere Teil 24 besitzt an seinem Außenumfang einen Befestigungsflansch 23, mit welchem das Werkzeug 1 an dem Extruder befestigt werden kann. An dem Extruder kann sich beispielsweise ein gleichartiger Flansch, der ebenfalls über winkelgleich angeordnete Be festigungslöcher 50 verfügt, befinden. Um das gegenseitige Verspannen zu fördern, ist der Absatz 25 vorgesehen. Hier durch wird erreicht, daß die Dichtflächen gegeneinander verpreßt werden können. Die Verbindung der beiden Teile 51 und 24 kann beispielsweise über geeignete Verschraubungen erfolgen, und ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Ebenfalls nicht dargestellt ist die Befestigung für den Werkzeugkern 27, die sich an geeigneter Stelle außerhalb des Werkzeugs befindet. Fig. 3 shows the section of a nozzle for producing a thin-walled tube profile or hose. The extruder tool 1 consists essentially of a cylindrical ring body, which, arranged outside, encloses the feed sheet 3 . The core 27 , which is designed as a cylindrical ring body, is located radially inward. It has a central bore 27 a through which air can be supplied to stop the hose. The outer part of the extruder die is essentially constructed in two parts and divided along the parting plane 48 . The inner part 51 forms with the core 27 a thread channel 2 , which narrows in the running direction 52 of the threads with the ring shoulder 26 a to the thread nozzle 6 . Seen further in the direction of travel 52 , the pressure channel 9 begins behind the thread nozzle. The pressure channel is convergent when viewed in the direction of travel 52 , ie its width decreases. The melt is supplied via the inlet holes 22 which open into the annular channel 21 . The ring channel 21 continues into the lateral pressure channel 8 a , which opens into the common pressure channel 9 . The outer part 24 has on its outer circumference a fastening flange 23 with which the tool 1 can be fastened to the extruder. For example, a similar flange is also about equiangularly arranged Be mounting holes 50 has itself may be located on the extruder. In order to promote mutual tension, paragraph 25 is provided. This ensures that the sealing surfaces can be pressed against each other. The connection of the two parts 51 and 24 can take place, for example, via suitable screw connections, and is not shown in the drawing. Also not shown is the attachment for the tool core 27 , which is located at a suitable point outside the tool.

Fig. 4 zeigt eine Extrusionsanlage zur Herstellung eines bidirektional verstärkten Prepregbandes, bei dem die Aufwick lung bzgl. der Rohrachse rotiert. Der Extruder 28 wird auf der Halterung 35 in nicht näher dargestellter Weise be festigt. Am Ausgang besitzt er den Blaskopf 29 und ein Spulengatter 30; beide Bauteile stehen bezüglich der Halte rung 35 still. Das extrudierte Prepregrohr wird aus dem Blaskopf vertikal nach oben geführt. Die Verstärkungsfäden 37 liegen parallel zur Rohrachse 36. Das Rohr wird in eine Flachlegung 32 eingeführt, und anschließend über den Abzug 33 in horizontale Richtung (Bewegungsrichtung 39) umgelenkt. Am Ende der horizontalen Laufstrecke befindet sich erneut ein Abzug mit Umlenkung 33. Dort wird das flachgelegte Prepreg rohr in vertikale Richtung nach unten umgelenkt. Von dort aus wird es in Richtung auf die zweite Flachlegung 32 nach unten geführt. Hinter der Flachlegung 32 wird es dem Wickel 34 der sich in der Richtung 38 a dreht, zugeführt. Der Wickel befindet sich auf einem Wagen 40, der mit Hilfe von Kugel 41 gegenüber der Halterung 35 drehbar um die Rohrachse 36 gelagert ist. Durch einen nicht näher dargestellten Antrieb wird die zweite Flachlegung 32 zusammen mit dem Wagen 40 in der Drehrichtung 38 b rotiert. Hierdurch ergibt sich die wendelförmige (43) Ausrichtung der Fadenschicht, die in der gezeigten Blase schematisch dargestellt ist. Im rechten Teil des Bildes ist beispielhaft die Draufsicht auf den bi direktionale Prepregs mit unterschiedlichen Kreuzungswinkeln gezeigt. Die Kreuzungswinkel sind zur Rohrachse 36 gemessen und betragen in diesem Beispiel 0°, 22,5° und 67,5°. Es sind jeweils Ausschnitte aus den flachgelegten Bahnen vor der Aufwicklung gezeigt. Diese Bahnen können in einem kontinuier lichen Weiterverarbeitungsprozß übereinander gelegt und miteinander thermoplastisch verbunden werden, so daß sich daraus das unterste multidirektional verstärkte Prepreg ergibt. Fig. 4 shows an extrusion system for producing a bidirectionally reinforced prepreg tape in which the winding rotates with respect to the tube axis. The extruder 28 is fastened to the bracket 35 in a manner not shown. At the exit he has the blow head 29 and a creel 30 ; both components are stationary with respect to the retention 35 . The extruded prepreg tube is led vertically upwards from the blow head. The reinforcing threads 37 lie parallel to the tube axis 36 . The tube is inserted into a flat lay 32 and then deflected in the horizontal direction (direction of movement 39 ) via the trigger 33 . At the end of the horizontal running distance there is again a trigger with deflection 33 . There, the lay-flat prepreg tube is deflected downwards in the vertical direction. From there it is led down towards the second lay 32 . After the lay-flat 32 , it is fed to the winding 34, which rotates in the direction 38 a . The winding is located on a carriage 40 which is rotatably mounted with the help of ball 41 relative to the holder 35 about the tube axis 36 . By a drive, not shown, the second lay 32 is rotated together with the carriage 40 in the direction of rotation 38 b . This results in the helical ( 43 ) orientation of the thread layer, which is shown schematically in the bubble shown. In the right part of the picture, the top view of the bi-directional prepregs with different crossing angles is shown as an example. The crossing angles are measured with respect to the tube axis 36 and in this example are 0 °, 22.5 ° and 67.5 °. Excerpts from the flat webs are shown before winding. These webs can be placed one above the other in a continuous processing process and thermoplastic bonded to each other, so that this results in the lowest multidirectionally reinforced prepreg.

Fig. 5 zeigt ein Extruderwerkzeug mit beheizbarem Fadenkanal, heizbarer Fadendüse, sowie heizbarem Druckkanal. Das Werkzeug ist im wesentlichen baugleich mit dem Werkzeug der Fig. 2. Es unterscheidet sich jedoch darin, daß der Fadenkanal 2 sowie die Fadendüse 6 über Heizeinrichtungen 47 verfügen. Sie beginnen in Fadenlaufrichtung gesehen am Anfang des Faden kanals 2, und setzen sich bis annähernd zum Beginn der Fadendüse fort. Die Fadendüse 6 besitzt in ihrem mittleren Bereich ebenfalls eine Heizeinrichtung 47, an welcher die Fadenschicht 3 eng anliegt. Im Bereich des Druckkanals verfügt das Werkzeug ebenfalls über Heizeinrichtungen 47, die beidseitig des Druckkanals bis in den Bereich des Breit schlitzaustritts 14 angeordnet sind, und jeweils mit der Kanalwand abschließen. Fig. 5 shows an extrusion die with a heated yarn passage, heated thread nozzle, as well as heatable pressure channel. The tool is essentially identical in construction to the tool in FIG. 2. However, it differs in that the thread channel 2 and the thread nozzle 6 have heating devices 47 . They start in the thread running direction at the beginning of the thread channel 2 , and continue until almost the beginning of the thread nozzle. The thread nozzle 6 also has a heater 47 at which the thread layer 3 fits tightly in its central region. In the area of the pressure channel, the tool also has heating devices 47 , which are arranged on both sides of the pressure channel up to the area of the slot exit 14 , and each terminate with the channel wall.

Fig. 6 zeigt eine Anlage zur Herstellung eines bidirektional verstärkten Prepreg, bei welcher der Extruder auf einem Drehtisch 45 um die Schlauchachse 36 rotierend in der Drehrichtung 38 b gelagert ist. Der Tisch 45 ist mit Hilfe der Kugeln 41 gegenüber der Halterung 35 zusammen mit dem Spulengatter mit Fadenspulen 30 drehbar. Die Schlauchblase 42 verläßt den Blaskopf 29, und wird der Flachlegung 32 zugeführt. Der Schlauchumfang ändert sich zwischen Blaskopf und Aufwicklung nicht. Der Wickel 34 besitzt die Drehrichtung 38 a und ist vertikal über dem Extruder 28 an dem Wagen 40 drehbar gelagert. Der Wagen ist an der Halterung 35 befestigt. Fig. 6 shows a plant for manufacturing a bidirectionally reinforced prepreg, in which the extruder is mounted on a turntable 45 around the tube axis 36 rotating in the rotation direction 38 b. The table 45 can be rotated with the help of the balls 41 relative to the holder 35 together with the creel with thread bobbins 30 . The hose bladder 42 leaves the blow head 29 and is fed to the lay-flat 32 . The hose circumference does not change between the die head and the rewinder. The winding 34 has the direction of rotation 38 a and is rotatably mounted vertically above the extruder 28 on the carriage 40 . The carriage is attached to the bracket 35 .

Reference drawing 1 extruder tool
2 thread channel
3 thread sheet, thread layer
4 take- off rollers
5 entry
6 thread nozzle
7 exit
8 a, b pressure channel (side) melt channel
9 pressure channel (common)
10-13 chicane elements
14 wide slot exit
15 screw
16 lock nut
17 paragraph
18 lip of the slot opening
19 a, b Lip of the thread nozzle
20 pressure screw
21 ring channel
22 inlet holes
24 outer part
25 paragraph
26 a ring heel
27 core
27 a hole
28 extruders
29 blow head
30 bobbins with thread bobbins
31 prepreg tube
32 laying flat
33 Trigger with redirection
34 wraps
35 bracket
36 tube axis, hose axis
37 reinforcement threads
38 a, b direction of rotation
39 Direction of movement
40 cars
41 bullet
42 bubble
43 spiral
44 deduction
45 rotary table
47 heating devices
48 division level
49 flange
50 mounting holes
51 inner part
52 Direction of movement

Claims

1. A process for the production of thermoplastic prepregs with a plurality of reinforcing threads running in the longitudinal direction of the prepreg and arranged in a thread layer, characterized in that a thread layer is first passed through a thread nozzle and then together with a thermoplastic melt through a pressure channel directly adjoining it,
the width of the thread nozzle being closely matched to the thickness of the thread layer,
wherein thermoplastic melt is pressed as a melt layer, laterally across the entire width of the thread layer into the pressure channel and pressed with the thread layer through the pressure channel and extruded as a thin-walled profile.

2. The method according to claim 1, characterized in that the thermoplastic melt immediately behind the thread nozzle is pressed into the pressure channel in one direction, which has a component in the thread running direction.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that Thermoplastic melt in on each side of the thread layer the pressure channel is pressed.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least the thermoplastic melt and the thread layer is heated over part of the length of the pressure channel.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the thermoplastic melt in the pressure channel at least once from their flow direction towards the thread layer is distracted.

6. The method according to claim 5, characterized in that the thermoplastic melt on its way through the pressure channel is redirected at least twice, the successive deflection directions opposite each other are set.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the thread layer before entering the pressure channel is heated.

8. The method according to claim 7, characterized in that the lips of the thread nozzle are heated.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the prepreg is extruded as a thin-walled tube.

10. The method according to claim 9, characterized in that the hose from the nozzle to the reel essentially Lichen is carried out with a constant scope.

11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the hose through the nozzle air with so little Air pressure is supplied so that no plastic flow of the thermoplastic occurs.

12. The method according to claim 9, 10 or 11, characterized in that the hose at one end around the hose axis is rotated and at its other end against the Direction of rotation is recorded.

13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the hose is laid flat after solidification.

14. The method according to any one of claims 1 to 8 and 13, characterized in that the prepreg calendered, calibrated after extrusion, is smoothed, solidified.

15. extrusion die with a slot for extruding a thermoplastic melt in the form of a thin-walled profile for the production of prepregs according to one of the preceding claims, characterized in that
the slot a pressure channel and a thread channel are arranged upstream, and that slot, pressure channel and thread channel have essentially the same profile shape,
and that the thread channel is separated from the pressure channel by a thread nozzle, the width of the layer thickness of the thread layer is so closely matched that the throttle resistance of the thread nozzle against backflowing thermoplastic melt is greater than the throttle resistance of the slot and the pressure channel against the pressed thermoplastic melt with a thread layer and that at least one melt channel opens laterally on the entire channel wall, preferably with an inflow component in the thread running direction, into the pressure channel.

16. A nozzle according to claim 15, characterized in that the slot is annular, preferably circular closed is.

17. A nozzle according to claim 15 or 16, characterized in that on both sides immediately behind the thread nozzle Melt channels lead into the pressure channel.

18. Nozzle according to one of claims 15 to 17, characterized in that a heater is attached to the pressure channel.

19. Nozzle according to one of claims 15 to 18, characterized in that the width of the pressure channel decreases in the direction of extrusion.

20. Nozzle according to one of claims 15 to 19, characterized in that baffle over at least one wall of the pressure channel elements that extend the level of the pressure channel, in which runs the thread layer, at most slightly tower over.

21. Nozzle according to claim 20, characterized in that alternately on both sides of the extrusion direction Pressure channel extending transversely to the direction of extrusion Chicane elements are arranged.

22. Nozzle according to one of claims 15 to 21, characterized in that the width of the thread nozzle is adjustable.

23. Nozzle according to one of claims 15 to 22, characterized in that the width of the slot is adjustable.

24. A nozzle according to claim 23, characterized in that the width by pressure or tension screws on or on flexible lips that line the thread nozzle or slot form, is adjustable.