DE4042063A1 - Verfahren zur herstellung von flaechigen fadenverbunden insbesondere aus hochfesten faeden, die damit hergestellten kunststoff/faden-verbundwerkstoffen neue eigenschaften verleihen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von flaechigen fadenverbunden insbesondere aus hochfesten faeden, die damit hergestellten kunststoff/faden-verbundwerkstoffen neue eigenschaften verleihen

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Description

Verfahren zur Herstellung von flächigen Fadenverbunden ins­ besondere aus hochfesten Fäden, die damit hergestellten Kunststoff/Faden - Verbundwerkstoffen neue Eigenschaften verleihen:
  • 1. Mechanische Energieaufnahme über die technische Versa­ gensgrenze hinaus. Knautschen statt auseinanderbrechen.
  • 2. Bleibende dreidimensionale Verformung des Fadenverbun­ des oder Fadenverbund/Kunststoff - Verbundes während des Ver­ arbeitungsprozesses ohne die unter 1. genannte Eigenschaft wesentlich zu beeinträchtigen.
Es ist Stand der Technik, Kunststoffe mit Faserwerkstof­ fen, gesponnenen Fäden, Filamentfäden oder daraus hergestell­ ten Flächengebilden zu füllen, um geringere Dehnungen und höhere Belastbarkeit gegenüber dem ungefüllten Kunststoff zu erzielen.
Festigkeit: Bei der Verwendung von Fäden und daraus her­ gestellten Flächengebilden, meist Geweben, ist die Versagens­ grenze, zumindest in Fadenrichtung, bestimmt durch die Bruchdehnung der Fäden. Wird diese durch Zug- oder Biege­ spannung überschritten, verliert das Werkstück plötzlich sei­ nen inneren Zusammenhalt, es kommt zu sprödem Bruch mit Trennung der Werkstückteile. Eine wesentliche Energieauf­ nahme findet nicht mehr statt.
Bei der Verwendung von Vliesen oder losen Fasern ist die Versagensgrenze vorwiegend bestimmt durch die Scherkräfte zwischen den Fasern. Insgesamt sind die erzielbaren Bruch­ spannungen im allgemeinen kleiner als bei Verwendung von Fadenverbunden.
Formgebung, dreidimensionale Flächen: Bei Verwendung von bisher gebräuchlichen flächenhaften Fadenverbunden erfolgt erzwungenermaßen die Verstärkung bei gewölbten Flächen durch Einbetten von einzelnen Stücken des Verstärkungsmaterials, um die Wölbung zu approximieren. Lediglich bei bestimmten Geweben ist eine Wölbung durch Verschieben von Kett- und Schußfäden in begrenztem Umfang möglich.
Bei Verwendung von losen Faserstücken ist die dreidimen­ sionale Formgebung kein Problem, allerdings ist hier die geringste Verstärkungswirkung erzielbar.
Bei allen vorbeschriebenen Verfahren erfolgt der Bruch spröde bei Erreichen der Bruchdehnung in den Fäden oder durch Versagen des umgebenden Kunststoffs oft weit unter der Versagensgrenze der Faser.
Die dreidimensionale Formgebung erfolgt im wesentlichen durch Einlaminieren überlappender einzelner Faden/Faserflä­ chen unter erheblichem manuellen Aufwand.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gesetzt, diese Nachteile zu vermeiden und einen Faser/Fadenverbund herzu­ stellen, bei dem die endgültige Versagensgrenze - Tren­ nung der Werkstückteile - durch die Bruchspannung der ge­ streckten Fäden bestimmt ist und bei dem im Versagensfall die Materialzerstörung flächenhaft ohne sofortige totale Trennung unter vergrößerter Energieabsorption stattfindet. Weiter soll eine dreidimensionale bleibende, plastische Verformung des Fadenverbundes oder damit hergestellter Halb­ zeuge möglich sein ohne die Struktur des Fadenverbundes we­ sentlich zu beeinflussen oder gar zu schädigen.
Eine Möglichkeit hierzu ist es die tragenden Fäden für die Verarbeitungs- und Gebrauchsphase in einen geordneten, für die Verarbeitung vorläufig fixierbaren Zustand des ge­ kräuselt oder gewellt seins - nicht gestreckt seins - zu bringen. Wobei der Fadenverbund so gestaltet sein soll, daß der Fadenverbund im gestreckten Zustand möglichst in alle Richtungen Kräfte entsprechend der in Kraftrichtung orientierten Fäden aufnehmen kann.
Die Erfindung besteht darin, daß die verstärkenden Fä­ den des Fadenverbundes durch einen elastisch oder plastisch dehnbaren oder krumpfbaren Hilfsfaden geordnet in den ge­ wellten oder gekräuselten Zustand gebracht werden und auch gehalten werden.
Die Vorteile der Erfindung fallen insbesondere dann ins Gewicht, wenn aus hochfesten Synthesegarnen wie Aramid in Verbindung mit einem thermisch schrumpfbaren Zusatzgarn ein Gestrick hergestellt wird, bei dem der hochfeste Verstär­ kungsfaden so mit dem Hilfsfaden verstrickt wird, daß nach dem Krumpfen die Maschenschlingen des Verstärkungsfadens ähnlich zusammengeschobener Glieder einer Kette gehalten werden.
Der so entstandene Fadenverbund ist für sich oder be­ reits im Verbund mit dem einbettenden Kunststoff flächig streckbar bis wieder das gestreckte Maschenbild erreicht ist. Wird die Formgebung bei geeigneter Temperatur vorge­ nommen, so wird die dreidimensionale, gewölbte Gestalt des Flächengebildes fixiert und bleibt erhalten.
Im fertigen Werkstück ist die Belastbarkeit bezüglich der Dehnung weitgehend bestimmt durch das Dehnungsverhal­ ten des Verstärkungsfadens, da die Kräfte vom Verstärkungs­ faden durch Umschlingung des einbettenden Kunststoffes als Druckkräfte auf den wenig kompressiblen Kunststoff übertra­ gen werden.
Bei Überlastung des Werkstücks - Bruch infolge zu hoher Biege- oder Zugspannung - wird bei entsprechender Kombina­ tion von Verstärkungsfaden und einbettendem Kunststoff durch Ausbrechen von Kunststoffpartikeln die Zugkraft unter Streckung der Maschen von den Verstärkungsfäden übernommen. Der hierdurch erzwungene vielfache Materialbruch in Verbin­ dung mit der Scharnierwirkung des Verstärkungsgestricks be­ dingt die vergrößerte Energieaufnahme.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Faser/Fadenverbunden zur Verstärkung von Kunststoffen dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch längenverformbare Hilfsfäden der Faden selbst oder der Fadenverbund (Gewebe/Gestrick) pla­ stisch oder elastisch so umgeformt wird, daß die Verstärkungs­ fäden gewellt oder in loser Umschlingung gehalten werden und so in den Kunststoff eingebettet werden können.
2. Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellte Ge­ stricke, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsfaden verwendet wird bei dem nach dem Stricken Schrumpf ausgelöst wird, so daß das dadurch entstehende Ge­ strick anschließend in eine dreidimensionale Fläche bleibend umgeformt werden kann.
3. Gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellte Faden­ verbunde dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionale Formgebung direkt durch Aufschrumpfen auf eine Form geschieht.
4. Die Verwendung von Hilfsfäden zur Herstellung von Flä­ chengebilden nach Anspruch 1 und 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß hochorientierte Synthese­ fäden, die nicht fixiert wurden, verwendet werden um deren Formerinnerungsvermögen zur Krumpfung heranzuziehen.
5. Die Verwendung von Hilfsfäden zur Herstellung von Flä­ chengebilden nach Anspruch 1 und 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die den Krumpf ermöglichen­ de Orientierung ganz oder teilweise erst unmittelbar beim Erzeugen des Flächengebildes durch Recken des Hilfsfadens erzeugt wird.
6. Herstellung von Verbundwerkstücken aus Kunststoff und Verstärkungsmaterial dadurch gekennzeich­ net, daß die Kraftübertragung im Material als Kombination aus Zugspannung im Verstärkungsmaterial und Druckspannung im Kunststoff erfolgt.
7. Verwendung von Gestricken nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das gekrumpfte Gestrick in Kombination mit dehnfähigen Kunststoffen verwendet wird, um daraus hergestellten Behältern Sicherheiten gegen Aufplatzen bei gewaltsamer Deformation zu verleihen, indem Volumen­ konstanz durch Dehnung der Wandflächen ermöglicht wird.
DE4042063A 1990-12-28 1990-12-28 Verfahren zur herstellung von flaechigen fadenverbunden insbesondere aus hochfesten faeden, die damit hergestellten kunststoff/faden-verbundwerkstoffen neue eigenschaften verleihen Ceased DE4042063A1 (de)

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