DE4039450A1 - Verfahren zur herstellung von faserverstaerkten verbundwerkstoffen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen aus Vliesen, die aus Gemischen aus thermoplastischen Fasern, Verstärkungsfasern und gegebenenfalls weiteren Bestandteilen bestehen.

Die erfindungsgemäß hergestellten Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch eine verbesserte Verteilung der Verstärkungsfasern in der Matrix und eine verbesserte Ankopplung der Verstärkungsfasern an die Matrix aus. Sie weisen deshalb verbesserte mechanische Eigenschaften auf.

Die Einarbeitung von Füllstoffen in Thermoplaste wird üblicherweise durch intensives Vermischen der Füllstoffe mit granulierten Thermoplasten durchgeführt, z. B. in Extrudern. Hierbei werden faserförmige Füllstoffe durch die Einwirkung großer Scherkräfte zerkleinert. Oft ist eine gute Benetzung von Einzelfasern nicht oder nur teilweise möglich, insbesondere beim Einsatz von Fasern mit sehr kleinen Durchmessern, z. B. mit Durchmessern unter 5 µm. Der Füllstoff- bzw. Fasergehalt läßt sich aufgrund von den dann auftretenden Verarbeitungsproblemen nur in seltenen Fällen auf 40 Gew.-% oder darüber anheben.

Es gibt auch Methoden zur Einarbeitung von faserförmigen Füllstoffen in Polymere, bei denen die Scherbelastung der Fasern verhältnismäßig gering ist und die ursprüngliche Faserlänge im wesentlichen beibehalten wird. So können z. B. Gewebe aus endlosen Fasern oder Vliese aus Fasern mit kleinerer bis mittlerer Faserlänge mit Folien aus thermoplastischen Polymeren verpreßt werden. Bei erhöhter Temperatur und unter Druck benetzt das erweichte Polymer die Verstärkungsfasern. Aufgrund der hohen Viskosität des Polymers ist eine vollständige Benetzung der Fasern aber häufig nicht erreichbar. Probleme bereiten außerdem Lufteinschlüsse und Lunker, die im fertigen Verbundwerkstoff stören. Ähnliche Probleme treten auf, wenn man Fasern oder Gewebe durch eine Polymerschmelze zieht, um sie mit dem Polymer zu imprägnieren.

Eine andere Methode besteht darin, Fasern mit Lösungen von Polymeren zu imprägnieren. Abgesehen von ökologischen Problemen mit den Lösungsmitteln bereitet das Entfernen der Lösungsmittel auch erhebliche verfahrenstechnische Probleme. Außerdem treten Ablagerungen des Polymers auf Teilen der Apparatur auf und die Bildung von Blasen und Lunkern im Verbundwerkstoff kann nicht vermieden werden. Zudem ist die Auswahl geeigneter Lösungsmittel schwierig, z. B. solcher für Polyamid 6 oder Polypropylensulfid, und die Löslichkeit der Polymere beschränkt den Matrixanteil im Verbundwerkstoff.

Es können auch Fasern mit thermoplastischen Polymeren in Pulverform vermischt und anschließend durch Anwendung von Druck und höherer Temperatur zu Verbundwerkstoffen verarbeitet werden. Problematisch bei diesem Verfahren ist, daß eine mechanische Entmischung von Pulver und Fasern erfolgen kann, was Inhomogenitäten im Verbundwerkstoff verursacht und, daß nur wenige Thermoplaste schon bei der Herstellung in Pulverform erhalten werden können. Eine aufwendige Aufbereitung der Polymere, z. B. durch Mahlung, ist deshalb meist notwendig.

Bei endlosen Fasern ist es gelungen, durch den Einsatz von Mischgeweben aus Verstärkungsfase und Fasern aus thermoplastischen Polymeren oder entsprechenden Mischfasern durch Druck bei erhöhter Temperatur Verbundwerkstoffe mit einer guten Verteilung der Fasern in der Polymermatrix und mit guten mechanischen Eigenschaften herzustellen. Aber auch hier ist es aufgrund des Herstellungsverfahrens praktisch nicht möglich, eine vollständige und völlig statistische Mischung der eingesetzten Fasern zu erreichen.

Die Einarbeitung von Verstärkungsfasern in Thermoplaste wird um so schwieriger, je kleiner der Durchmesser der Verstärkungsfasern ist. So war es z. B. bisher nicht möglich, Kurzfasern mit sehr kleinen Durchmessern, z. B. Mikrofasern, wie die sogenannten Mikroglasfasern, die Durchmesser von weniger als 10 µm aufweisen, weitgehend zerstörungsfrei und homogen in Thermoplaste einzuarbeiten.

Solche Mikrofasern haften nämlich relativ stark aneinander, so daß eine vollständige Benetzung mit einem thermoplastischen Polymer nach den oben beschriebenen Verfahren nicht möglich ist. Bereits während der Herstellung agglomerisieren solche Mikrofasern zu Bündeln, die sich nicht wieder zerstörungsfrei in Einzelfasern aufteilen lassen.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen aus thermoplastischen Fasern, Verstärkungsfasern und gegebenenfalls weiteren Bestandteilen gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Verstärkungsfasern mit einem Durchmesser im Bereich 0,001 bis 7 µm mit Thermoplastfasern in einer flüssigen Phase homogen vermischt, aus dieser Mischung ein Vlies herstellt, aus diesem Vlies durch eine Heißpressung einen Verbundwerkstoff herstellt und weitere Bestandteile gegebenenfalls den Verstärkungsfasern, den Thermoplastfasern, deren Gemisch oder dem daraus hergestellten Vlies zufügt.

Man kann so kompakte, aber auch definiert poröse Verbundwerkstoffe herstellen, wobei eine fehlerfreie und vollständige Benetzung der Verstärkungsfasern mit den Thermoplasten erfolgt.

Es ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die eingesetzten Fasern zunächst in einer flüssigen Phase vermischt werden. Als flüssige Phase dient vorzugsweise Wasser. Es können aber auch andere Flüssigkeiten eingesetzt werden, z. B. Alkohole, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Alkane und Aromaten, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß sich keine der eingesetzten Fasertypen in der flüssigen Phase löst.

Es ist möglich, Zusatzstoffe, z. B. Oberflächenmodifizierungsmittel, in Form einer Lösung in die flüssige Phase einzubringen. Die flüssige Phase kann gegebenenfalls auch Hilfsstoffe enthalten, die sich günstig auf den Herstellungsvorgang auswirken, z. B. Netz- und/oder Dispergiermittel.

Von den erfindungsgemäß einzusetzenden Fasern ist mindestens eine Fasertype unter den angewendeten Heißpreßbedingungen schmelzbar und fungiert als Thermoplast, und mindestens eine andere Fasertype bleibt unter den angewendeten Heißpreßbedingungen als solche erhalten und fungiert im Fertigteil als verstärkende Faser.

Die Thermoplastfasern können aus beliebigem Material bestehen, das sich reversibel und intermediär thermoplastisch verarbeiten läßt. Sie können in reiner Form eingesetzt werden, aber auch Füllstoffe und/oder andere Zusatzstoffe enthalen. Beispielsweise kommen als derartige Materialien Metalle, Metall-Legierungen, Gläser, besonders aber organische Werkstoffe in Frage. Bei den organischen Werkstoffen kann es sich um bekannte Thermoplaste, Thermoplastlegierungen, Thermoplastmischungen und/oder Thermoplastkombinationen handeln. Es kann sich auch um thermoplastische Reaktivsysteme handeln, die beim Erhitzen eine thermoplastische Phase durchlaufen und dann unter Molekülvergrößerung oder Vernetzung ihren Thermoplastcharakter irreversibel verlieren. Aus der Fülle der Thermoplasten seien beispielhaft genannt: aliphatische, aromatische, araliphatische, cyclische und heterocyclische Polymere, Vinylpolymere, Polyolefine, Polyvinylester, Polyvinylether, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyvinylaromaten, Polyvinylhalogenide, Polyethylene, Polypropylene, Polybutylene, Polypentene, Polyvinylchloride, Polymethylmethacrylate, Poly(meth)acrylnitrile, Polystyrole, Polyadditions-, Polykondensations-, Polyoxydations-, Polyoxidations- und Cyclisierungspolymere, Polyamide, Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyimide, Polyester, Polyhydantoine, Polyphenylenoxide, Polyphenylensulfide, Polysulfone, Polyether, Polycarbonate und Polyethylenterephthalate.

In Frage kommen auch Oligomere, die verschiedensten Co-, Block-, Pfropf- und Mischpolymere, sowie Polymergemische, z. B. ABS-Typen, und Modifizierungsprodukte der genannten organischen Werkstoffe.

Als intermediär thermoplastische Werkstoffe, die zumeist als Vorstufen zu höherpolymeren Strukturen anzusehen sind, seien beispielhaft genannt: Phenolharzvorläufer, Melaminharze, Epoxidverbindungen, Verbindungen mit polymerisationsfähigen oder additionsfähigen Doppelbindungen, Polyimidvorläufer, Polyetherpolyole, Polyisocyanate, Kombinationen aus reaktionsfähigen Polymeren und Vernetzern, z. B. Kombinationen aus OH-, NH- und/oder COOH-Gruppen enthaltenden Polymeren und Vernetzern mit Methylolgruppen.

Als Verstärkungsfasern kommen Fasern in Frage, die bei den angewendeten Heißpreßbedingungen beständig bleiben und sich dabei hinsichtlich ihrer Struktur nicht wesentlich ändern. Je nach den angewendeten Heißpreßbedingungen kann eine Fasersorte einmal als thermoplastische Polymerfaser und ein anderes Mal als Verstärkungsfaser fungieren. So sind z. B. Mikroglasfasern in Kombination mit Polyamidfasern Verstärkungsfasern, während sie in Kombination mit z. B. Siliciumcarbid-Whiskern Thermoplastfasern darstellen.

Besonders bevorzugte Verstärkungsfasern sind Mikroglasfasern von beliebiger Zusammensetzung, wie sie z. B. als E- oder C-Glas bekannt sind.

Außer Mikroglasfasern können auch sonstige anorganische oder organische Fasern mit Durchmessern im Bereich 0,001 bis 7 µm eingesetzt werden, beispielsweise solche aus Kohlenstoff, Stahl, Messing, Kupfer, Aluminium, aus den verschiedensten Metallnitriden oder Metallcarbiden, sowie Metalloxidfasern, z. B. Aluminiumoxidfasern, Silikatfasern, z. B. Kaolinfasern, Calciumsilikatfasern, Calciumsulfatfasern, Phosphatfasern und Fasern aus organischen Polymeren, z. B. Polyacrylnitrilfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern, Polyimidfasern und solche, die z. B. im Handbook of Reinforcements for Plastics, van Nostrand Reinhold Co., Ed. J. V. Milewski, H. S. Kata, New York 1987, beschrieben sind.

Die Verstärkungsfasern haben vorzugsweise einen Durchmesser von 0,1 bis 5 µm, besonders bevorzugt von 0,5 bis 3 µm. Die thermoplastischen Fasern können beliebige Durchmesser aufweisen. Bevorzugt sind Thermoplastfasern mit Durchmessern von 0,1 bis 300 µm, besonders bevorzugt von 1 bis 70 µm. Die Länge aller eingesetzten Fasern kann unabhängig voneinander z. B. 0,001 bis 100 mm, bevorzugt 0,005 bis 60 mm, besonders bevorzugt 0,01 bis 50 mm, betragen.

Außer den Thermoplastfasern und den Verstärkungsfasern können die erfindungsgemäß hergestellten Verbundwerkstoffe als weitere Bestandteile gegebenenfalls weitere thermoplastische Materialien und/oder teilchen- und/oder plättchenförmige Zusatzstoffe, wie Kaolin, Talkum, Kreide oder Quarzmehl enthalten. Solche thermoplastische Materialien können gegebenenfalls ihrerseits weitere beliebige Füllstoffe enthalten. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können gegebenenfalls auch andere Bestandteile zugemischt werden, z. B. Verarbeitungshilfen, Alterungsschutzmittel und/oder Trennmittel.

Die gemäß der Erfindung herzustellenden Vliese bestehen aus mindestens zwei Fasertypen. Es ist dabei auch möglich, zwei Fasertypen in einer Faser zu vereinen, indem man z. B. eine entsprechende Bifilarfaser oder Kern-Mantel-Faser verwendet. Beim Einsatz von Kern-Mantel-Fasern liegt der Thermoplast bevorzugt als Fasermantel vor. Im allgemeinen liegen die mindestens zwei Fasertypen als getrennte Individuen vor. Beim Vermischen der Verstärkungs- und Thermoplastfasern in einer flüssigen Phase wird bevorzugt eine statistische Ausrichtung der Fasern angestrebt, so daß das dann hergestellte Vlies keine ausgeprägte Orientierung der Fasern aufweist. Man kann allerdings auch erfindungsgemäß Verbundstoffe herstellen, die eine gezielte Orientierung der Verstärkungsfasern aufweisen.

Die eingesetzten Verstärkungsfasern können geschlichtet oder ungeschlichtet sein. Im allgemeinen werden geschlichtete Fasern verwendet, wobei es von Vorteil sein kann, bei den Verstärkungsfasern Schlichten zu verwenden, die auf die jeweilige Thermoplastfaser optimiert sind. Solche Schlichtetypen, z. B. für Glasfasern, sind dem Fachmann bekannt.

Das Gewichtsverhältnis von Thermoplast- zu Verstärkungsfasern kann innerhalb von erfindungsgemäß hergestellten Verbundwerkstoffen schwanken, z. B. um an bestimmten Stellen des letztlich herzustellenden Formteils spezielle Verstärkungseffekte zu erzielen. Im allgemeinen sind die Verbundwerkstoffe, was die Faserverteilung angeht, jedoch gleichmäßig aufgebaut.

Das Gewichtsverhältnis der unterschiedlichen Fasertypen kann prinzipiell beliebig gewählt werden. Gute Ergebnisse in Bezug auf die Formteilfestigkeit werden im allgemeinen erhalten, wenn der Anteil von Verstärkungsfasern an den insgesamt eingesetzten Fasern z. B. 5 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 80 Gew.-%, insbesondere 30 bis 70 Gew.-% beträgt.

Die homogene Mischung der Fasern in einer flüssigen Phase und die Herstellung eines Vlieses aus diesem Gemisch kann z. B. nach Verfahren, die bei der Papierherstellung bekannt sind, erfolgen. Bevorzugt arbeitet man entsprechend der sogenannten Naßvliestechnik. Von Bedeutung für die spätere Weiterverarbeitung ist die gleichmäßige Verteilung der Thermoplast- und der Verstärkungsfasern untereinander. Hierzu kann man beispielsweise so verfahren, daß man die Verstärkungsfasern in einem handelsüblichen Pulper nach dem Hinzufügen von Wasser aufschlägt und in Einzelfasern zerteilt, dann die vorzugsweise kurzgeschnittenen Thermoplastfasern hinzufügt und in einem mit Wasser gefüllten Behälter diese beiden Faserkomponenten unter kräftigem Rühren homogen vermischt. Die so erhaltene wäßrige Suspension kann dann einer zu Naßvliesherstellung geeigneten Schrägsiebanlage zugeführt werden, auf der die Fasern in statistischer Verteilung abgeschieden werden.

Durch unter dem Schrägsieb angeordnete Vakuumzonen kann das entstandene Vlies entwässert und anschließend einem Trockenaggregat zugeführt werden, z. B. einem von innen beheizten Walzentrockner, auf dem das aus dem Fasergemisch bestehende Vliesgebilde vorzugsweise bis zur Gewichtskonstanz getrocknet wird.

Es ist vorteilhaft, das Vlies vor dem Heißpressen möglichst gut zu trocknen. Die Herstellung des Verbundwerkstoffes geschieht dann zum Heißpressen, gegebenenfalls im Vakuum oder unter Schutzgas, nach dem Fachmann an sich geläufigen Methoden.

Die Preßdrucke können dabei beispielsweise zwischen 0,5 und 500 bar liegen, die Preßtemperaturen beispielsweise zwischen 70 und 2000°C. Bei welchem Druck und welcher Temperatur in einem konkreten Einzelfall optimale Ergebnisse erhalten werden, hängt in erster Linie davon ab, welche Thermoplastfasern verwendet werden. Die Heißpreßbedingungen sollten in jedem Fall so gewählt werden, daß der vorliegende Thermoplast plastisch wird oder eine plastische Phase durchläuft und die Verstärkungsfasern gut benetzt. Beim Einsatz organischer Thermoplaste kommt man im allgemeinen mit Preßtemperaturen im Bereich 80 bis 380°C zum Ziel.

Man kann das Heißpressen auch in besonders geometrisch gestalteten Formen durchführen und direkt ein aus dem jeweiligen Verbundwerkstoff bestehendes Fertigteil, z. B. eine Sitzschale, erhalten. Man kann beim Heißpressen auch zunächst ein Halbzeug, z. B. eine Platte, herstellen und separat davon daraus dann das jeweilige Fertigprodukt.

Das Heißpressen kann auch in mehreren Druck- und/oder Temperaturstufen vorgenommen werden, z. B. um zunächst eine Vorverfestigung des Vlieses zu erzielen und später die endgültige Verformung anzuschließen. Auch partielle Heißpreßmaßnahmen zur Modifizierung ursprünglich hergestellter Halbzeuge sind möglich, z. B. eine partielle Verfestigung oder Verschweißung an bestimmten Stellen des Halbzeuges. Der Heißpreßvorgang kann auch kontinuierlich, beispielsweise auf einer Doppelbandpresse, durchgeführt werden.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß auch solche thermoplastischen Materialien zu faserverstärkten Formteilen verarbeitet werden können, die besonders hochviskose Schmelzen ergeben und daher unter konventionellen Verarbeitungsbedingungen ein schlechtes Fließ- und Benetzungsverhalten zeigen. Durch die im zwischenzeitlich hergestellten Vlies vorgegebene räumliche Nähe der beiden Fasertypen ist im letzten Verarbeitungsschritt zum Verbundwerkstoff von der thermoplastischen Komponente nur ein sehr kurzer Fließweg zu bewältigen.

Auch ist es auf die erfindungsgemäße Verfahrensweise besonders einfach, Formteile mit mehreren Verstärkungsfasertypen, z. B. mit Mikroglas- und Kohlenstoff-Fasern oder Mikroglas- und Aramidfasern, herzustellen, deren gleichzeitige Einarbeitung in thermoplastische Granulate und deren Weiterverarbeitung nach der Spritzgußtechnik außerordentlich schwierig, häufig sogar unmöglich ist, insbesondere bei höheren Anteilen von Verstärkungsfasern als 20 Gew.-%.

Auch die Herstellung von Mikroglasfaser-verstärkten Folien ist möglich. Ebenso ist es möglich, die erfindungsgemäß hergestellten Vliese zwischen Polymerfolien zu verpressen, also ein kombiniertes Film-Stacking/Vlies-Verfahren anzuwenden.

Auf die erfindungsgemäße Weise gelingt es praktisch zerstörungsfrei Verstärkungsfasern, insbesondere Mikrofasern, in eine Thermoplast-Matrix einzubringen, wobei weitestgehend störstellenfreie Verbundwerkstoffe erhalten werden.

Die nachfolgenden Beispiele dienen der weitere Erläuterung der Erfindung.

Beispiele Beispiel 1

30 Gew.-Teile aus E-Glas hergestellte Mikroglasfasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 2 µm und einer mittleren Faserlänge von 7 mm wurden in einem handelsüblichen Pulper in 3000 Gew.-Teilen demineralisiertem Wasser in 25 Sekunden dispergiert, bis eine agglomeratfreie Suspension vorlag. Die so erhaltene Suspension wurde in einen Behälter abgelassen, in dem unter kräftigem Rühren 70 Gew.-Teile einer Polyamid 6.6-Faser vom Titer dtex 3,3 mit einer Schnittlänge von 4 mm hinzugegeben wurden. Durch Hinzufügen von vollentsalztem Wasser wurde eine Feststoffkonzentration von 2 g/l eingestellt. Nach einer Rührzeit von 10 Minuten wurde die so hergestellte Suspension dem Stoffauflauf einer Schrägsiebanlage für die Naß-Vliesherstellung zugeführt. Dort wurde das Fasergemisch in homogener Verteilung abgeschieden. Zur Entwässerung des entstandenen Vlieses wurde dieses über mehrere unter dem Schrägsieb befindliche Vakuumzonen geführt, wobei ein Großteil des im Vlies enthaltenen Wassers abgetrennt wurde. Im Anschluß an die letzte Entwässerungszone wurde das Vlies in Abschnitten von 1,5 m Länge entnommen, die in einem Trockenschrank bei 110°C bis zur Gewichtskonstanz getrocknet wurden. Danach wurden 25 getrocknete Vliesabschnitte aufeinandergelegt und zunächst 5 Minuten bei 210°C und 3 bar, dann 5 Minuten bei 210°C und 100 bar, dann 5 Minuten bei 230°C und 100 bar und abschließend 10 Minuten bei 230°C und 300 bar gepreßt. Es entstand ein kompakter, homogener Verbundwerkstoff mit folgenden Eigenschaften:

Biegemodul (DIN 53 452):
7200 N/mm²
Biegefestigkeit (DIN 53 452):	150 N/mm²
Schlagzähigkeit (ISO 180/1C):	22 kJ/m².

Vergleichsbeispiel 1

Analog zu Beispiel 1 wurde ein Verbundwerkstoff hergestellt, wobei anstelle der Mikroglasfasern Standard-Glasfasern (Typ MF 7901, Bayer AG) mit einem mittleren Faserdurchmesser von 15 µm eingesetzt wurden. Der Verbundwerkstoff besaß folgende Eigenschaften:

Biegemodul (DIN 53 452):
5.800 N/mm²
Biegefestigkeit (DIN 53 452):	120 N/mm²
Schlagzähigkeit (ISO 180/1C):	15 kJ/m².

Vergleichsbeispiel 2

Die gleichen Mikroglasfasern wie im Beispiel 1 wurden mit Polyamid 6.6 nach dem Film-Stacking-Verfahren zu einem Verbundwerkstoff verarbeitet. Beim Film- Stacking-Verfahren wird ein Gewebe aus Verstärkungsfasern (hier Mikroglasfasern) mit Folien aus einem Thermoplasten (hier Polyamid 6.6) verpreßt. Der so hergestellte Verbundwerkstoff besaß folgende Eigenschaften:

Biegemodul (DIN 53 452):
4.400 N/mm²
Biegefestigkeit (DIN 53 452):	100 N/mm²
Schlagzähigkeit (ISO 180/1C):	17 kJ/m².

Beispiel 2

Es wurde wie im Beispiel 1 beschrieben gearbeitet, jedoch wurden die Vliese vor dem Verpressen nach an sich bekannten Verfahren 1 Gew.-% Triethoxy-3- amino-propysilan behandelt. Der so erhaltene Verbundwerkstoff hatte folgende Eigenschaften:

Biegemodul (DIN 53 452):
7.800 N/mm²
Biegefestigkeit (DIN 53 452):	175 N/mm²
Schlagzähigkeit (ISO 180/1C):	24 kJ/m².

Vergleichsbeispiel 3

Es wurde wie im Vergleichsbeispiel 1 beschrieben gearbeitet, jedoch wurden die Vliese wie im Beispiel 2 beschrieben silanisiert. Die erhaltenen Verbundwerkstoffe besaßen folgende Eigenschaften:

Biegemodul (DIN 53 452):
6.100 N/mm²
Biegefestigkeit (DIN 53 452):	135 N/mm²
Schlagzähigkeit (ISO 180/1C):	15 kJ/m².

Vergleichsbeispiel 4

Es wurde verfahren wie im Vergleichsbeispiel 2 beschrieben, jedoch wurde wie im Beispiel 2 beschrieben silanisiert. Der so erhaltene Verbundwerkstoff hatte folgende Eigenschaften:

Biegemodul (DIN 53 452):
5.300 N/mm²
Biegefestigkeit (DIN 53 452):	150 N/mm²
Schlagzähigkeit (ISO 180/1C):	20 kJ/m².

Beispiel 3

Mikroglasfasern wurden in Wasser dispergiert wie im Beispiel 1 beschrieben. Der erhaltenen Suspension wurden unter kräftigem Rühren 40 Gew.-Teile einer Polyamid 6-Faser vom Titer 2,2 dtex mit einer Schnittlänge von 4 mm zugegeben. Dann wurde weitergearbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben. Der so erhaltene Verbundwerkstoff hatte folgende Eigenschaften:

Biegemodul (DIN 53 452):
8.100 N/mm²
Biegefestigkeit (DIN 53 452):	160 N/mm².

Vergleichsbeispiel 5

Aus den gleichen Mikrofasern wie im Beispiel 3 verwendet und Polyamid 6 wurde nach dem Film-Stacking-Verfahren (siehe Vergleichsbeispiel 2) ein Verbundwerkstoff hergestellt. Dieser besaß folgende Eigenschaften:

Biegemodul (DIN 53 452):
6.000 N/mm²
Biegefestigkeit (DIN 53 452):	140 N/mm².

Beispiel 4

70 Gew.-Teile aus E-Glas hergestellte Mikroglasfasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 2 µm wurden in einem handelsüblichen Pulper mit der 100fachen Menge demineralisiertem Wasser in 25 Sekunden dispergiert, bis eine agglomeratfreie Suspension vorlag. Zu dieser Suspension wurden 30 Gew.-Teile eines gemahlenen Polyamid 6-Faserfüllstoffs gegeben. Die Gesamtfeststoffkonzentration wurde mit demineralisiertem Wasser auf 2 g/l eingestellt. Nach 10minütigem, kräftigem Rühren wurde die Suspension dem Stoffauflauf einer Schrägsiebanlage zur Naßvliesherstellung zugeführt, auf der das Fasergemisch in homogener Verteilung abgeschieden wurde. Das so entstandene Vlies wurde über mehrere unter dem Schrägsieb angeordnete Vakuumzonen geführt, wobei ein Großteil des im Vlies befindlichen Wassers abgesaugt wurde. Im Anschluß an die letzte Entwässerungszone wurde das Vlies kontinuierlich einem von innen beheizten Walzentrockner zugeführt, bei dem die Verweilzeit so gewählt wurde, daß das Vlies beim Verlassen des Trockners keine überschüssige Feuchtigkeit mehr enthielt. Vor der Weiterverarbeitung wurde das getrocknete Vlies analog Beispiel 2 mit einer Lösung von 0,5 Gew.-% Triethoxy-3-amino-propylsilan behandelt. Anschließend wurde das Vlies mit einem Preßdruck von 300 bar bei einer Temperatur von 250°C 10 Minuten lang verpreßt. Der erhaltene Verbundwerkstoff hatte folgende Eigenschaften:

Biegefestigkeit (DIN 53 452):
260 N/mm²
Biegemodul (DIN 53 452):	13.000 N/mm².

Vergleichsbeispiel 6

Aus den in Beispiel 4 verwendeten Mikroglasfasern und Polyamid 6 wurde nach dem Film-Stacking-Verfahren (siehe Vergleichsbeispiel 2) ein Verbundwerkstoff hergestellt. Dieser besaß folgende Eigenschaften:

Biegefestigkeit (DIN 53 452):
210 N/mm²
Biegemodul (DIN 53 452):	10.000 N/mm².

Beispiel 5

10 Gew.-Teile aus E-Glas hergestellte Mikroglasfasern mit einem mittleren Faserdurchmesser von 2 µm wurden, wie im Beispiel 1 beschrieben, supendiert. Unter kräftigem Rühren wurden 30 Gew.-Teile HT-Kohlenstoff-Fasern Typ Torayca®T 300 mit einem Durchmesser von 7 µm und einer Länge von 10 mm und 70 Gew.-Teile gemahlener Polyamid 6-Faserfüllstoff hinzugegeben. Durch Hinzufügen von vollentsalztem Wasser wurde die Feststoffkonzentration auf 2 g/l eingestellt. Nach einer Rührzeit von 10 Minuten wurde die so hergestellte Suspension dem Stoffauflauf einer Schrägsiebanlage für die Naß-Vliesherstellung zugeführt. Hierbei wurde das Gemisch aus Mikroglas-, Kohle- und Polyamid-Fasern in homogener Verteilung abgeschieden. Das Vlies wurde über mehrere unter dem Schrägsieb befindliche Vakuumzonen geführt, wobei ein Großteil des im Vlies enthaltenen Wassers abgesaugt wurde. Im Anschluß an die letzte Entwässerungszone wurde das Vlies wie im Beispiel 1 beschrieben getrocknet. Zur Weiterverarbeitung wurden die getrockneten Vliesabschnitte wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben behandelt. Es wurde ein Verbundwerkstoff mit folgenden Eigenschaften erhalten:

Biegemodul (DIN 53 452):
16.900 N/mm²
Biegefestigkeit (DIN 53 452):	190 N/mm²
Schlagzähigkeit (ISO 180/1C):	10 kJ/m².

Vergleichsbeispiel 7

Aus analogen Materialien wie im Beispiel 5 verwendet, jedoch nach dem Film- Stacking-Verfahren (siehe Vergleichsbeispiel 2), wurde ein Verbundwerkstoff hergestellt, der folgende Eigenschaften besaß:

Biegemodul (DIN 53 452):
14.800 N/mm²
Biegefestigkeit (DIN 53 452):	150 N/mm²
Schlagzähigkeit (ISO 180/1C):	8 kJ/m².

Beispiel 6

Es wurde verfahren wie im Beispiel 2 beschrieben, jedoch wurde beim Pressen die Stufe 230°C/100 bar/5 Minuten ausgelassen. Der so erhaltene Verbundwerkstoff hatte folgende Eigenschaften:

Biegemodul (DIN 53 452):
7.600 N/mm²
Biegefestigkeit (DIN 53 452):	170 N/mm²
Schlagzähigkeit (ISO 180/1C):	24 kJ/m².

Vergleichsbeispiel 8

Aus Materialien wie im Beispiel 6 verwendet, jedoch nach dem Film-Stacking (siehe Vergleichsbeispiel 2) wurde ein Verbundwerkstoff hergestellt, der folgende Eigenschaften besaß:

Biegemodul (DIN 53 452):
5.100 N/mm²
Biegefestigkeit (DIN 53 452):	145 N/mm²
Schlagzähigkeit (ISO 180/1C):	19 kJ/m².

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen aus thermoplastischen Fasern, Verstärkungsfasern und gegebenenfalls weiteren Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, daß man Verstärkungsfasern mit einem Durchmesser im Bereich von 0,001 bis 7 µm mit Thermoplastfasern in einer flüssigen Phase homogen vermischt, aus dieser Mischung ein Vlies herstellt, aus diesem Vlies durch eine Heißpressung ein Verbundwerkstoff herstellt und weitere Bestandteile gegebenenfalls den Verstärkungsfasern, den Thermoplastfasern, deren Gemisch oder dem daraus hergestellten Vlies zufügt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssige Phase Wasser, Alkohole, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Alkane oder Aromaten dienen, wobei sich jedoch keine der eingesetzten Fasertypen in der flüssigen Phase löst.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 un 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplastfasern aus Metallen, Metall-Legierungen, Gläsern, organischen Werkstoffen, Thermoplasten und/oder thermoplastischen Reaktivsystemen bestehen.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern aus Mikroglasfasern, Kohlenstoff, Stahl, Messing, Kupfer, Aluminium, Metallnitriden, Metallcarbiden, Metalloxiden, Silikaten, und/oder organischen Polymeren bestehen.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern einen Durchmesser von 0,1 bis 5 µm aufweisen.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplasten Durchmesser von 0,1 bis 300 µm aufweisen.

7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Bestandteile Flächenmodifizierungsmittel, Netzmittel, Dispergiermittel, Kaolin, Talkum, Kreide, Quarzmehl, Verarbeitungshilfen, Alterungsschutzmittel und/oder Trennmittel zum Einsatz gelangen.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, da als Verstärkungsfasern geschlichtete Fasern verwendet werden.

9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Verstärkungsfasern an den insgesamt eingesetzten Fasern 5 bis 95 Gew.-% beträgt.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißpressung bei 0,5 bis 500 bar und 70 bis 2000°C durchgeführt wird.