DE3832585A1 - Voluminoeses material aus glasseide, vorzugsweise zur verstaerkung verschiedenartiger plastwerkstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein voluminöses Material aus Glasseide. Das bei der Weiterverarbeitung von Glasseidenspinnfäden in der Glasindustrie hergestellte Material ist zur Verstärkung verschie­ dener Plastwerkstoffe, wie Polyesterharz, Phenolharz, Epoxidharz und PUR-Harz einsetzbar. Es ist besonders geeignet für die Ver­ arbeitung nach dem Vakuuminjektionsverfahren, dem Druckinjektions­ verfahren und dem Preßverfahren.

Für die Verstärkung von ungesättigtem Polyesterharz werden bisher angewendet:

• - Glasseidenmatten aus geschnittenen Fäden (Glasseidenstapel­ bindermatten), die mit chemischen Bindemitteln verbunden sind,
• - Glasseidenmatten aus endlosen Fäden (Ringelbindermatten), die mit chemischen Bindemitteln verbunden sind und
• - Glasseidenmatten aus endlosen Fäden, die durch Nähwirk­ technologie verbunden sind (DD-WP 2 40 920).

Glasseidenstapelbinder- und Ringelbindermatten können Bindemittel besitzen, die mehr oder weniger schnell in Styrol löslich sind. Glasseidenstapelbindermatten mit leicht löslichem Binder werden vorrangig für die teilmechanisierten Verfahren und das Handver­ fahren eingesetzt. Komplizierte Formkörper werden durch kompli­ zierte und zeitaufwendige Zuschnitte realisiert.

Für das Druckinjektions- und das Preßverfahren sind diese Matten nicht geeignet, da das schnell lösliche Bindemittel den Zusammen­ halt der Matten nicht gewährleistet. Für das Vakuuminjektions­ verfahren sind diese Matten auf Grund ihrer geringen Voluminösität wenig geeignet. Glasseidenstapelbindermatten mit schwer löslichen Bindern werden für Preßverfahren, Vakuum- und Druckinjektions­ verfahren eingesetzt. Diese Matten sind aber wegen des speziellen Bindemittels und des hohen Bindemittelanteiles so steif und wenig tiefziehfähig, daß bei komplizierten Formkörpern auch ein zeit­ aufwendiger Konfektionierungsprozeß vorausgehen muß.

Für die Verstärkung von Epoxid- und Polyurethanharz sind diese Matten auf Grund der Eigenschaften des Bindemittels nicht ge­ eignet.

Die Endlosfasermatten mit chemischen Bindemitteln (beispiels­ weise DE 12 68 030) sind infolge Fadenkonstruktion und Faden­ ablage voluminöser, vor allem aber tiefziehfähig und bei Einsatz von schwerlöslichem Binder geeignet für alle Injektionsverfahren und des Preßverfahren.

Bei allen chemisch gebundenen Matten ist je nach Gehalt an Bindemitteln die Verklebung der Fäden mehr oder weniger stark und damit die Matte mehr oder weniger tiefziehfähig. Die An­ wendung des speziellen Bindemittels verbietet wiederum den Einsatz des Verstärkungsmaterials für die Verstärkung von Phenolharz, Epoxidharz und Polyurethanharz.

Insgesamt muß zu den emulsions- oder pulvergebundenen Matten gesagt werden, daß das chemische Bindemittel in jedem Fall als ein Störfaktor für die Verbundbildung anzusehen ist, wenn es auch als Stand der Technik akzeptiert werden muß. Bei zu hohem Bindemittelanteil sind schlechte Benetzung, Durchtränkung und Bindung des Harzes mit der Glasseide festzustellen.

Die Endlosfadenmatte nach DD-WP 2 40 920 ist mit zusätzlichen Nähfäden gebunden und dabei relativ stark verfestigt. In Richtung der Nähfäden wird die Matte nahezu absolut verfestigt, da die Nähfäden nicht dehnbar und nicht in Styrol löslich sind. In Querrichtung ist je nach Abstand der Nähfäden eine mehr oder weniger ausgeprägte Verformbarkeit zu verzeichnen. Der zusätzliche Nähfaden verschnürt und fixiert die in der Ebene angeordneten Schleifen so stark, daß bei geringem Nähfadenabstand (10 mm) keine und bei großem Nähfadenabstand (50 mm) nur eine geringe Tiefziehfähigkeit zu verzeichnen ist. Der Einsatz dieser Matte ist für verschiedene Harze (EP-, Phenol- und PUR-Harz) möglich. Die Nähfäden bilden jedoch für manche Einsatzgebiete Hinderungs­ gründe (z. B. Elektrotechnik), da die Nähfäden mit dem Harz in den meisten Fällen keine Bindung eingehen und somit Fehlstellen im Laminat hervorrufen. Außerdem führt die feste Struktur der Matte zur Abbildung der Fadenstruktur an der Laminatoberfläche.

Das Verkleben der Elementarfäden mit Schlichten, das für den Herstellungsprozeß der Spinnfäden und für den Weiterverarbeitungs­ prozeß vor allem zu einem textilen Gebilde sehr wichtig ist, er­ weist sich beim Tränkprozeß als nachteilig. Es ist kein Ver­ stärkungsmaterial bekannt, bei welchem die Spinnfäden auf mechani­ schem oder chemischen Wege vor dem Tränkprozeß anderweitig spezial­ behandelt werden, um eine Verbesserung des Tränkprozesses und aller damit in Verbindung stehender Effekte zu erreichen.

Die Zielstellung der Erfindung besteht darin, ein quasiisotropes Verstärkungsmaterial zu schaffen, welches sowohl in der Herstellung als auch beim Anwender mehrfache ökonomische Vorteile miteinander verbindet.

Das voluminöe Material aus Glasseide soll energiesparend und ohne kostenintensive Hilfsstoffe herzustellen sein.

Es soll nicht nur verschiedensten Einsatzfällen entsprechend, unter­ schiedliche Verarbeitungsverfahren gestatten und ökonomisch herstell­ bar sein, sondern auch sehr gute Eigenschaften als Verbundwerkstoff gewährleisten und mit guten Verarbeitungseigenschaften verbunden sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein voluminöses Material aus Glasseide zu schaffen, das für die Verstärkung unter­ schiedlicher Plastwerkstoffe eingesetzt werden kann, für manuell und mechanisierte Verarbeitungsverfahren geeignet ist, eine schnellere Durchtränkung des Verstärkungsmaterials und damit eine bessere Be­ netzbarkeit der Fäden gewährleistet und maximal mechanische, optische und elektrische Eigenschaften des Verbundes erreichen läßt. Es soll ferner optimal tiefziehfähig sein, eine weiche flauschige Oberflächen­ struktur aufweisen und damit gegebenenfalls den Einsatz von Ober­ flächenvliesen überflüssig machen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine große Anzahl von endlosen Glasseidenschleifen, die in gleichmäßiger Ver­ teilung in-, neben-, hinter- und übereinander angeordnet sind, durch einen Vernadelungsprozeß teilweise zerrissen und mit diesen Fadenenden untereinander gebunden werden, ohne durch ein zusätzliches Hilfsmittel besonders verfestigt zu sein. Von besonderer Bedeutung ist dabei das Zerreißen von Fadenschleifen, das Durchstoßen von anderen vorhandenen Fadenschleifen und das damit verbundene Lockern der Fadenstruktur einerseits und Verfestigung der locker angeord­ neten Fadenstücken andererseits.

Die durch Schlichte verbundenen Einzelfäden der Fadenschleife werden beim Nadelungsprozeß durchstochen, mit anderen Fadenstücken oder Einzelfäden durchsetzt, damit in ihrem Klebezustand gelockert und die Fadenstränge weiter gespleißt, so daß eine hohe Voluminösität erreicht wird. Dadurch werden schnellere Durchtränkung, Benetzung der Elemen­ tarfäden, bessere Bindung Glasfaser/Harz und räumliche Verbindung der Fäden untereinander gewährleistet.

Es wird eine untereinander, zwischen den Schichten von Schleifen gestaffelte Bindung von Schleifen erreicht, womit eine leichte Verschiebung der Schleifen und damit eine gute Tiefziehfähigkeit erreicht wird.

Durch Vernadeln der Schlaufen wird eine flexible, räumliche Bindung und nicht nur eine Bindung in der Ebene erreicht. Diese flexible, räumliche Bindung ermöglicht einerseits Vorschieben der Fäden oder Schleifen ohne Zerstörung der Verbindungsstellen und andererseits einen dauerhaften Zusammenhalt des Flächengebildes. Das Verbinden der Schleifen untereinander und mit Fäden aus diesen Schleifen kann in unterschiedlich starkem Maße erfolgen und zu mehr oder weniger stabilen Flächengebilden führen.

Tiefziehfähigkeit wird durch den Vernadelungsprozeß maßgeblich beeinflußt, der Abstand der Nadeln und die Stichweite führen zu einem mehr oder weniger intensiven Durchstoßen beziehungsweise Durchziehen von an der Oberfläche angeordneten Fasern durch das Flächengebilde hindurch. Damit wird eine mehr oder weniger starke Verbindung der schleifen-, schlingen- oder ringförmig angeordneten Glasseidenfäden untereinander erreicht. Diese senkrechte Verbindung der Schleifen untereinander wird im Unterschied zum Vernähen nur durch einzelne und sehr kurze Faserstränge oder Elementarfasern der Wirrfasermatte herbeigeführt und damit eine vollständige örtlich begrenzte und starke Tiefziehfähigkeit erreicht, wie sie sonst nur bei gestrickten Flächengebilden bekannt ist.

Darüber hinaus ist es möglich, das Flächengebilde zusätzlich an beiden Randstreifen mit Nähfäden zu vernähen oder mit einem zu­ sätzlich geraddurchlaufenden Fadensystem zu vernadeln oder zu ver­ nähen, um zur Tiefziehfähigkeit auch eine besondere Belastbarkeit in Längsrichtung für Zwecke der Weiterverarbeitung und des Trans­ portes zu erreichen.

Das voluminöse Material aus Glasseide, vorzugsweise zur Ver­ stärkung verschiedenartiger Plastwerkstoffe ist besonders vor­ teilhaft dadurch, daß es aus schleifen-, schlingen- beziehungs­ weise ringförmig in-, über-, neben- und hintereinander abgelegten Glasseidenspinnfäden besteht, von denen ein bedeutender Teil zerrissen und aufgespleißt ist und die anderen Schleifen, Schlingen beziehungsweise Ringe, senkrecht zur flächenförmigen Ausdehnung des Materials nachgiebig, aber auch dauerhaft damit verbunden sind. Es ist ferner vorteilhaft, wenn die zerrissenen und aufgespleißten Fäden keine Verschnürung der Schleifen, Schlingen beziehungsweise Ringe von der Oberseite des Materials bis zur Unterseite des Materials bilden und damit die Verschiebbarkeit der Schleifen, Schlingen beziehungsweise Ringe ohne Zerstörung der Bindestellen und bei Erhalt der flauschigen Oberflächenstruktur gewährleistet ist. Es ist ferner vorteilhaft, wenn zur Verbesserung des Weiter­ verarbeitungsprozesses sowie eventueller Zwischentransporte zu­ sätzliche Nähfäden, besonders im Bandbereich des Materials, ein­ gearbeitet sind. In besonderen Anwendungsfällen enthält das Ma­ terial zusätzlich zu den Glasseidenfäden anderes fadenförmiges Verstärkungsmaterial.

Die Erfindung soll im Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Das voluminöse Material aus Glasseide besteht aus Schleifen, die durch endlose spinngeteilte Glasseidenfäden, zumindest solche beträchtlicher Länge, gebildet werden und entsprechend ihrer Fa­ deneigensteifigkeit, bestimmt durch den Einzelfadendurchmesser, die Einzelfadenzahl und die Beschlichtung sowie durch die Dynamik des Ablageprozesses, Schleifendurchmesser von 80 mm bis 150 mm und je nach Spinnteilung darüber hinaus bilden.

Infolge der Anwendung spinngeteilter Fäden sowie der Dynamik und Spezifik des Ablegevorganges beträgt der Überdeckungsgrad der neben- und hintereinanderliegenden Schleifen im Flächengebilde 0 bis 100% und ist statistisch gleichverteilt. Die Vielzahl der verwendeten spinngeteilten Fäden und ihre gegenseitige Beein­ flussung beim Ablagevorgang führen zu einer unregelmäßigen Ablage der Schleifen in- und übereinander, so daß die abgelegten Schleifen nach dem Ablagevorgang nicht wieder problemlos von ihrer Ablage aufgenommen werden könnten.

Der Vernadelungsvorgang mit analogen Glasseidenschleifen oder -schlingen ist anders geartet als das Vernadeln von endlosen Fasern bekannter Erzeugnisse. Die Nadel besitzt an ihrem Schaft mehrere Widerhaken, sie dringt in die angehäuften Schleifen ein und greift den obersten Faden zuerst beziehungsweise ihn teil­ weise und führt ein Fadenende nach unten an mehreren Schleifen vorbei, dabei trifft sie bald auf eine weitere Schleife. Das mit­ geführte Fadenende wird durch den Faden der Schleife gestoßen, der Faden der Schleife geteilt, dabei teilweise zerrissen und ein neues Fadenende dieser Schleife weiter durch die darunter­ liegenden Schleifen geführt. Der zuerst aufgenommene Faden wird nicht in jedem Falle bis zur Unterseite der aufgehäuften Schleifen durchgestoßen, sondern nur durch einige Schichten der aufgehäuften Schleifen. Beim Rückhub wird der oben noch von den Widerhaken geführte Faden losgelassen und von entgegengesetzt angebrachten Widerhaken ein anderer Faden ergriffen und in rückwärtiger Rich­ tung durch die angehäuften Schleifen geführt. Auch hier wird nicht jeder Faden durch das gesamte Gebilde hindurchgezogen. Die Bindung reicht so nicht immer von der Oberseite zur Unterseite der auf­ gehäuften Schleifen, wie es beim Vernähen mit Nähfäden der Fall ist. Dieses lockere Umschlingen der Schleifen durch Faserstränge oder Elementarfasern führt dazu, daß keine starren Verbindungen von Fadenschleifen beziehungsweise Einzelfäden erfolgen. Dadurch wird ein Verschieben der Schleifen relativ leicht möglich, ohne daß die Verbindungsstellen zerstört werden müssen.

Das Vernadeln erfolgt mit 30 bis 60 Nadelstichen, vorzugsweise 50 Nadelstichen pro cm². Dabei wurden ca. 25% von Elementarfäden zer­ rissen beziehungsweise zerbrochen und als Verbindungsmaterial ein­ gesetzt. 75% der Schleifen blieben als endloses Fasermaterial er­ halten und verleihen der Matte bzw. dem voluminösen Material bzw. dem späteren Verbundwerkstoff gute Festigkeits- und Steifigkeits­ eigenschaften.

Zirka 10% der Fasern waren als kurze Fasern mit einer Länge unter 20 mm anzusehen. Etwa 5% der Fasern wurden aus der Oberfläche herausgezogen und bildeten einen flauschigen Charakter der Oberfläche.

Das voluminöse Material besitzt keine artfremden Bestand­ teile, wodurch eine schnelle und fehlerfreie Durchtränkung sowie eine gute Verbindung von voluminösem Material aus Glas­ seide und Harz gewährleistet wird.

Erstmalig wird mit einer tiefziehfähigen "Matte" die Ver­ arbeitung von Phenolharz, EP-Harz und PUR-Harz möglich.

Claims (4)

1. Voluminöses Material aus Glasseide, vorzugsweise zur Verstärkung verschiedenartiger Plastwerkstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß es aus schleifen-, schlingen- beziehungs­ weise ringförmig in-, über-, neben- und hintereinander abgelegten endlosen Glasseidenspinnfäden besteht, von denen ein bedeutender Teil zerrissen und aufgespleißt ist und die übrigen Schleifen, Schlingen beziehungsweise Ringe, senk­ recht zur flächenförmigen Ausdehnung des Materials, nach­ giebig aber auch dauerhaft damit verbunden sind.

2. Voluminöses Material aus Glasseide nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zerrissenen und aufgespleißten Fäden keine Verschnürung der Schleifen, Schlingen beziehungsweise Ringe von der Oberseite des Materials bis zur Unterseite des Materials bilden, und daß die Verschiebbarkeit der Schleifen, Schlingen beziehungsweise Ringe ohne Zerstörung der Binde­ stellen und bei Erhalt der flauschigen Oberflächenstruktur gewährleistet ist.

3. Voluminöses Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung des Weiterverarbeitungsprozesses sowie eventueller Zwischentransporte zusätzliche Nähfäden, be­ sonders im Randbereich des Materials, eingearbeitet sind.

4. Voluminöses Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich zu den Glasseidenspinnfäden auch andere fadenförmige Materialien enthält.