DE4300269A1 - Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe mit einer Matrix aus thermoplastischem Kunststoff und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe mit einer Matrix aus thermoplastischem Kunststoff und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe mit einer Matrix aus thermoplastischem Kunststoff und mit aus Fasern bestehenden Verstärkungseinlagen, wobei aus dem in den schmelzeförmigen Zustand überführten Matrix-Werkstoff und den Fasern eine Mischung erzeugt wird; die Erfindung bezieht sich ferner auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Zur Herstellung insbesondere auch technischer Bauteile werden heute vielfach faserverstärkte Kunststoffe eingesetzt, bei denen dem Matrix-Werkstoff durch Kombination mit faserförmigen Verstärkungseinlagen verbesserte Eigenschaften vor allem in mechanischer und thermischer Hinsicht verliehen werden. Als thermoplastische Kunststoffe kommen beispielsweise neben Polyolefinen (PE, PP) Polyester (PET, PBT, PC), Polyamide (Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyamid 6.10, Polyamid 12), Polyacryl und Polystyrol in Frage. Die faserförmigen Verstärkungseinlagen können abhängig von der Art und dem Verwendungszweck des Bauteils sehr unterschiedlich ausgebildet sein (endlos, geschnitten mit unterschiedlicher Faserlänge, gerichtet, ungerichtet, textile Flächengebilde). Als Faserwerkstoff kommen beispielsweise Glas, Kohlenstoff sowie Aramid und andere synthetische Chemiefasern in Betracht.

Die Herstellung faserverstärkter Kunststoffe mit einer Matrix aus thermoplastischem Kunststoff erfolgt in der Regel durch Umformen des Matrix-Werkstoffs und des Fasermaterials unter äußerer Wärmezufuhr, wobei - üblicherweise unter der Einwirkung von Schneckenaggregaten - eine zusätzliche starke Erwärmung der genannten Bestandteile aufgrund innerer Scherarbeit hervorgerufen wird. Die betreffenden Herstellverfahren lassen sich allgemein unter den Begriffen Spritzgießen und Extrudieren zusammenfassen. Während ersteres ein in sich abgeschlossenes Herstellverfahren darstellt, kann das Extrudieren auch einen Teilprozeß für komplexere Verarbeitungsverfahren - beispielsweise beim Extrusionsblasfarmen - bilden.

Die für die Herstellung des faserverstärkten Kunststoffs benötigten Bestandteile können getrennt voneinander zuge­ geben werden; in der Regel werden jedoch granulierte thermoplastische Fasercompounds oder mit thermoplastischem Kunststoff imprägnierte Faserbündel verwendet, die als stäbchenförmige Granulate (hergestellt beispielsweise nach dem sogenannten Pultrusionsverfahren) ausgebildet sind.

Die bisher bekannten Herstellverfahren unter Verwendung von Schneckenaggregaten, bei denen die zu verarbeitenden Bestandteile starken Scherungsbelastungen ausgesetzt sind, haben in jedem Fall eine erhebliche Faserschädigung zur Folge, d. h. das zugeführte Fasermaterial wird weitergehend in zum Teil sehr kurze Faserbruchstücke umgewandelt; dies hat beispielsweise im Falle von Glasfasern zur Folge, daß im Enderzeugnis eine gewichtsgemittelte Faserlänge oberhalb von 1 mm kaum erzielbar ist.

Bei Verwendung herkömmlich compoundierter Fasergranulate ist die Ausgangsfaserlänge im übrigen bereits sehr klein, da diese Fasergranulate in der Regel ebenfalls durch Einsatz von Schneckenaggregaten erzeugt werden und die Faserlänge die Außenabmessungen eines Granulatkorns nicht überschreiten kann.

Für eine Verbesserung der Eigenschaften faserverstärkter thermoplastischer Kunststoffe (insbesondere im Hinblick auf Zugfestigkeit, Elastizitätsmodul und Schlagzähigkeit) ist es jedoch von entscheidender Bedeutung, daß sich eine erheblich größere mittlere Faserlänge erzielen läßt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche es ermöglichen, faserförmige Verstärkungseinlagen auf möglichst schonende Weise in die thermoplastische Matrix einzubringen und dadurch die auf sie einwirkenden Scherungsbelastungen gering zu halten.

Das Verfahren und die Vorrichtung sollen dabei auch so ausgestaltet sein, daß der entstehende faserverstärkte thermoplastische Kunststoff erforderlichenfalls aus der Wärme des Herstellvorgangs ggf. auch unmittelbar zum Enderzeugnis ausgeformt werden kann.

Die Erfindung wird durch ein Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist und im Grundsatz darin besteht, das Fasermaterial (beispielsweise frisch geschnittene Fasern, granulierte Fasercompounds oder pultrudierte Langfasergranulate) unmittelbar einer Schmelze aus dem Matrix-Werkstoff zuzuführen und in diese einzumischen.

Im einzelnen wird auf einen aus dem Matrix-Werkstoff gebildeten Schmelzefilm Fasermaterial in einer Weise aufgebracht, daß bereits dadurch vor dem Mischen ein der geforderten Zusammensetzung entsprechendes Massenverhältnis zwischen dem Matrix-Werkstoff und den Fasern eingestellt wird. Dementsprechend kann die Zeitspanne, die für das Dispergieren des Fasermaterials durch Mischen mit dem Matrix-Werkstoff benötigt wird, beachtlich verkürzt werden, wodurch auch die bereits erwähnten Scherungsbelastungen reduziert werden. Mittels des geschilderten Verfahrens lassen sich die erwähnten Bestandteile in kürzester Zeit homogen mischen mit der Folge, daß der nach dem Mischvorgang vorliegende faserverstärkte thermoplastische Kunststoff Verstärkungseinlagen mit einer vergleichsweise erheblich größeren gewichtsgemittelten Faserlänge aufweist. Bei Verwendung von Fasermaterial mit einer Ausgangsfaserlänge von etwa 19 mm ließ sich auf diese Weise ein Verbundwerkstoff erzeugen, dessen Verstärkungseinlagen eine gewichtsgemittelte Faserlänge bis zu oberhalb von 5 mm aufwiesen.

Im Rahmen der Erfindung wird das Fasermaterial einem aus dem Matrix-Werkstoff gebildeten Schmelzefilm in der Weise zugeführt, daß es - dem geforderten Massenverhältnis entsprechend - an diesem haften bleibt und mit diesem dem Mischvorgang unterworfen wird. Das Massenverhältnis kann dabei derart eingestellt werden, daß der Faseranteil zwischen 1 und 80%, vorzugsweise zwischen 5 und 70%, insbesondere zwischen 15 und 50 Gew. -%, beträgt.

Der Schmelzefilm kann an sich beliebig ausgebildet sein; seine Außenfläche sollte jedoch in der Weise bemessen sein, daß die für die Einstellung des geeigneten Massenverhältnisses benötigte Menge Fasermaterial aufgenommen und mitgeführt werden kann (Anspruch 2). Dies läßt sich in besonders einfacher Weise dadurch verwirklichen, daß der Schmelzefilm bei geringer Dicke verhältnismäßig breit ausgebildet ist.

Zweckmäßigerweise wird das Verfahren derart ausgeführt, daß das Fasermaterial zeitgleich mit der Vorwärtsbewegung des Schmelzefilms zugeführt wird (Anspruch 3). Zur Erzeugung des Schmelzefilms kann auf einen herkömmlichen Extruder zurückgegriffen werden; dieser sollte so beschaffen sein, daß die Vorwärtsbewegung des Schmelzefilms sich feinfühlig beeinflussen läßt.

Bei einer besonders einfachen Ausführungsform des Verfahrens wird das Fasermaterial dem Schmelzefilm in einem Bereich zugeführt, in dem dieser eine nach unten gerichtete Vorwärtsbewegung ausführt (Anspruch 4). Da der flexible Schmelzefilm ohnehin das Bestreben hat, sich außerhalb der ihn erzeugenden Schmelzeinheit unter Einwirkung seines Eigengewichts lotrecht auszurichten, kann ggf. auf die Verwendung den Schmelzefilm abstützender Führungselemente verzichtet werden. Abhängig von den sonstigen Verfahrensbedingungen ist es jedoch auch möglich, den Schmelzefilm außerhalb des Mischbereichs zumindest auf einem Teil seiner Längserstreckung waagerecht oder geradlinig geneigt auszurichten und das Fasermaterial auf diesem geradlinigen Teil des Längsabschnitts aufzubringen.

Um die Entstehung von Hohlräumen insbesondere durch Lufteinschlüsse weitestgehend zu vermeiden, sollte der Schmelzefilm selbst unter Vakuum versetzt und das Aufbringen des Fasermaterials ebenso wie der Mischvorgang unter Vakuum ausgeführt werden (Anspruch 5). Das Vakuum sollte möglichst hoch sein, um bestmöglichen Luftentzug zu gewährleisten. Im Hinblick auf die Erzeugung des Vakuums sind mit einem Unterdruck zwischen 700 und 900 mbar gute Versuchsergebnisse erzielt worden.

Das Verfahren ist nicht auf den Einsatz von Fasermaterial mit vorgegebener Länge beschränkt; es kann vielmehr auch in der Weise ausgestaltet sein, daß die Länge des Fasermaterials erst unmittelbar vor dem Aufbringen auf den Schmelzefilm durch Unterteilen von Endlosmaterial eingestellt wird (Anspruch 6). Endlosmaterial läßt sich wirksamer im Vakuum behandeln und dosieren als beispielsweise geschnittenes Fasermaterial oder Granulat.

Falls das Fasermaterial geschnitten oder zerkleinert werden muß, kann das Verfahren in der Weise ausgeführt werden, daß das Fasermaterial unter der Einwirkung eines Schneidvorgangs unmittelbar auf den Schmelzefilm aufgegeben wird (Anspruch 7).

Das Fasermaterial kann insbesondere auch als Langfasergranulat aufgegeben werden, welches mit dem Matrix-Werkstoff vorimprägniert worden ist (Anspruch 8).

Grundsätzlich kann das Verfahren in der Weise ausgeführt werden, daß der Schmelzefilm mit dem anhaftenden Fasermaterial jeweils abschnittweise (durch Beeinflussung der Betriebsweise der Schmelzeinheit) dem Mischvorgang unterworfen wird. Es ist jedoch auch möglich, den Schmelzefilm mit dem aufgebrachten Fasermaterial kontinuierlich dem Mischbereich zuzuführen (Anspruch 9).

Das Verfahren ermöglicht auch das schonende Einbringen synthetischer Fasern, die sich im Hinblick auf die auftretenden Scherbelastungen weniger problematisch verhalten als beispielsweise Glasfasern.

Bei der Herstellung sogenannter eigenfaserverstärkter thermoplastischer Kunststoffe - deren Matrix-Werkstoff und Fasermaterial aus derselben oder einer chemisch zumindest sehr ähnlichen Substanz bestehen (beispielsweise polyamidfaserverstärktes Polyamid) - führt die mit der Erfindung ermöglichte Verkürzung des Mischvorgangs insofern zu einer Schonung bzw. einfacheren Handhabung, als das Aufschmelzen der Fasern (deren Schmelztemperaturbereich nur wenig höher liegt als derjenige des Matrix-Werkstoffs) oder ihre nicht erwünschte Schrumpfung (wie im Falle von PET) verhindert wird.

Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 10 durch eine Vorrichtung gelöst, welche als Hauptbestandteile eine Schmelzeinheit zur Überführung des thermoplastischen Kunststoffs in einen schmelzeförmigen Zustand, eine Zuführeinheit für die Zugabe von Fasermaterial und eine Mischeinheit aufweist, in welcher das Fasermaterial mit dem thermoplastischen Kunststoff vermischt wird.

Die Zuführeinheit ist dabei derart ausgebildet und angeordnet, daß auf den die Schmelzeinheit verlassenden Schmelzefilm außerhalb des Mischbereichs der Mischeinheit Fasermaterial derart aufgebracht wird, daß das der geforderten Zusammensetzung entsprechende Massenverhältnis zwischen dem Matrix-Werkstoff und den Fasern erreicht wird.

Nach dem der Erfindung zugrundeliegenden Lösungsgedanken wird das Fasermaterial bereits vor Erreichen des Mischbereichs synchron mit der Vorwärtsbewegung des Schmelzefilms aufgebracht. Bedingt durch die dem Mischvorgang vorausgehende Einstellung des Massenverhältnisses kann die für das Dispergieren des Fasermaterials benötigte Zeitspanne (d. h. der Zeitbedarf für den Mischvorgang) kurz gehalten werden mit der Folge, daß die Fasern entsprechend weniger den in der Mischeinheit auftretenden Scherbelastungen ausgesetzt sind. Das Aufbringen des Fasermaterials (welches insbesondere auch als Langfasergranulat ausgebildet sein kann) auf den Schmelzefilm bereitet auch bei unterschiedlicher Ausrichtung des Schmelzefilms keine Schwierigkeiten, da es an dem aus der Schmelzeinheit austretenden, klebrigen Schmelzefilm haften bleibt und mit dessen Vorwärtsbewegung mitgeführt wird.

Um die erforderliche Menge Fasermaterial aufbringen zu können, sollte der Schmelzefilm eine Außenfläche aufweisen, die - bezogen auf seinen Querschnitt - verhältnismäßig groß bemessen ist. Dies läßt sich dadurch verwirklichen, daß die Schmelzeinheit mit einer geeignet ausgelegten Auslaßöffnung ausgestattet ist. Besonders große Mengen Fasermaterial lassen sich aufbringen, falls die Auslaßöffnung als Breitschlitzdüse ausgebildet ist (Anspruch 11). Die Auslaßöffnung kann jedoch auch einen mehr kreisförmigen oder ovalförmigen Querschnitt aufweisen.

Abhängig von den sonstigen Betriebsbedingungen ist es unter Umständen zweckmäßig, den Querschnitt der Auslaßöffnung mit seitlichen Erweiterungen auszugestalten, so daß der austretende Schmelzefilm im Querschnitt die Form einer Rinne aufweist, die auf der dem Zugabebereich zugewandten Seite liegt und größenmäßig an die aufzunehmende Menge Fasermaterial angepaßt ist.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist zweckmäßig weiterhin mit einem Dosieraggregat ausgestattet (Anspruch 12), über welches gezielt und feinfühlig einstellbar die Zugabe des Fasermaterials beinflußbar ist. Das Dosieraggregat kann insbesondere aus einem Schneckenaggregat oder einem gravimetrischen Dosierer mit Vibrationsrinne bestehen.

Der Mischbereich der Mischeinheit weist zumindest ein angetriebenes Knetelement auf (Anspruch 13). Zum Einsatz kommen können dabei insbesondere sogenannte Doppel-Z-Schaufelkneter.

Im Hinblick auf die Qualität des nach dem Mischvorgang vorliegenden Erzeugnisses ist es unter Umständen von Bedeutung, daß der gesamte Dosier-, Misch- und Austragvorgang unter Vakuum stattfindet. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung in der Weise ausgebildet, daß der Zwischenraum zwischen der Auslaßöffnung der Schmelzeinheit und der Zuführöffnung der Mischeinheit unter Einschluß zumindest des Austragabschnitts der Zuführeinheit von einer gegen die Außenumgebung abgedichteten Vakuumkammer überbrückt ist (Anspruch 14); diese kann sich ggf. auch über den Bereich der Mischeinheit hinaus erstrecken.

Die Zuführeinheit kann - abhängig von der Art des zu verarbeitenden Fasermaterials - auch eine rotierende Schneidwalze aufweisen, unter deren Einwirkung das zerkleinerte Fasermaterial in Richtung auf den Schmelzefilm beschleunigt und dort angelagert wird (Anspruch 15). Auf diese Weise läßt sich auch nicht vorher zerkleinertes Endlosmaterial verarbeiten, welches zur Absonderung der anhaftenden Luft mit wenig Aufwand durch eine Vakuumkammer hindurchgeführt werden kann.

Bei einer besonders einfachen Ausführungsform der Vorrichtung ist der Schmelzefilm im Bereich zwischen der Auslaßöffnung der Schmelzeinheit und der Eintrittsöffnung der Mischeinheit im wesentlichen lotrecht ausgerichtet (Anspruch 16); eine derartige Lage nimmt der Schmelzefilm unter der Einwirkung seines Eigengewichts selbsttätig ein, so daß von der Verwendung besonderer Führungselemente (wie beispielsweise geeignet beschichtete Führungswalzen) abgesehen werden kann. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den Schmelzefilm im Zugabebereich mehr oder weniger geneigt bzw. waagerecht auszurichten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Schemabilder erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 grundsätzlich den Aufbau und die Arbeitsweise der Erfindung und

Fig. 2 eine Ausgestaltung der Erfindung, welche insbesondere für die Verarbeitung von Endlosmaterial geeignet ist.

Gemäß Fig. 1 weist der Erfindungsgegenstand folgende Hauptbestandteile auf: Eine als Extruder ausgebildete Schmelzeinheit 1 bestehend aus zumindest einer in einem Gehäuse 2 umlaufenden Extruderschnecke 3, eine Zuführeinheit 4 mit einer Zuführrinne 5 für die Zugabe geeigneten Fasermaterials 6, eine Mischeinheit 7 bestehend aus einem Mischtrog 8 und zumindest einem in diesem umlaufenden Z-förmigen Knetelement 9 sowie einem unterhalb des Mischtrogs 8 angeordneten Austragelement 10 bestehend aus zumindest einer in einem Gehäuse 11 umlaufenden Austragschnecke 12. Das nach dem Mischen vorliegende Erzeugnis tritt durch eine Austragöffnung 11a des Gehäuses 11 aus und wird - schematisch angedeutet durch einen Block 13 - der Weiterbehandlung zugeführt. Diese kann beispielsweise darin bestehen, daß das Erzeugnis nach Umformung zu einem Schlauch in einer Blasformanlage in ein Endprodukt in Form eines Behälters umgewandelt wird.

Der thermoplastische Kunststoff wird - angedeutet durch einen Pfeil 14 - dem Extruder 1 zugeführt, dort unter Einwirkung der Extruderschnecke 3 in einen schmelzeförmigen Zustand überführt und verläßt das Gehäuse 2, dessen Auslaßöffnung als Breitschlitzdüse 2a ausgebildet ist, in Form eines dünnen Schmelzefilms 15; dessen Vorwärtsbewegung in Richtung auf die Mischeinheit 7 ist durch einen Pfeil 16 angedeutet. Unter Einwirkung seines Eigengewichts richtet sich der Schmelzefilm 15 nach Verlassen der Breitschlitzdüse 2a im wesentlichen lotrecht aus; seine Breite senkrecht zur Zeichenebene ist wesentlich größer bemessen als seine Dicke parallel zur Zeichenebene.

Die Zuführeinheit 4 mit der Zuführrinne 5 ist derart angeordnet und ausgebildet, daß das die Zuführrinne 5 verlassende Fasermaterial 6 unmittelbar auf den sich vorwärts bewegenden, klebrigen Schmelzefilm 15 aufgebracht und mit diesem in Richtung auf die Mischeinheit 7 mitgeführt wird. Die Zugabemenge an Fasermaterial 6 ist dabei derart an die Abmessungen und die Menge des austretenden Schmelzefilms 15 angepaßt, daß bereits außerhalb des Mischbereichs der Mischeinheit 7 ein der geforderten Zusammensetzung entsprechendes Massenverhältnis zwischen dem Matrix-Werkstoff und den Fasern vorliegt. Bei dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel führt der Schmelzefilm 15 soviel Fasermaterial mit, daß im Anschluß an den Zugabebereich örtlich jeweils das Massenverhältnis erreicht ist, bevor der Schmelzefilm 15 mit dem anhaftenden Fasermaterial durch die Zuführöffnung 8a des Mischtrogs 8 hindurch in die Mischeinheit 7 eintritt.

Bedingt durch die vorzeitige Einstellung des Massenverhältnisses wird für das Dispergieren der Fasern in der Mischeinheit 7 nur eine verhältnismäßig kurze Zeitspanne benötigt mit der Folge, daß die mit dem Matrix-Werkstoff des Schmelzefilms 15 zu mischenden Fasern unter Einwirkung des Knetelements 9 in vermindertem Ausmaß Scherbelastungen unterworfen sind. Das nach dem Mischen vorliegende Erzeugnis bestehend aus dem thermoplastischen Kunststoff und den Fasern wird der Mischeinheit 7 mittels der Austragschnecke 12 entnommen und kann aus der dann vorliegenden Wärme heraus, ohne vorheriges Abkühlen und Wiederaufschmelzen, unmittelbar oder mittelbar zum Enderzeugnis ausgeformt werden. Durch die geschilderte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes läßt sich die Dispergierzeit in beachtlichem Ausmaß verkürzen, wobei die üblicherweise getrennt voneinander ablaufenden Verfahrensabschnitte "Dosieren" und "Dispergieren" praktisch zu einem einzigen Verfahrensabschnitt zusammengefaßt werden. Als Folge des zuvor geschilderten Sachverhalts läßt sich mittels der Erfindung durch den Mischvorgang ein Erzeugnis herstellen, dessen gewichtsgemittelte Faserendlänge unter Umständen um ein Mehrfaches größer ist als die Faserendlänge bei herkömmlich hergestellten Erzeugnissen. Anhand von Versuchen konnte in diesem Zusammenhang nachgewiesen werden, daß sich bei Einsatz von Fasermaterial mit einer Faserausgangslänge von etwa 19 mm gewichtsgemittelte Faserendlängen von bis zu mehr als 5 mm erzielen lassen.

Um ein Einmischen von Luftbläschen mit dem Fasermaterial in den Matrix-Werkstoff zu verhindern, sollte der gesamte Dosier-, Aufgabe- und Mischvorgang unter Vakuum stattfinden. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 1 dargestellt durch eine strichpunktiert angedeutete Vakuumkammer 17, welche den Zwischenraum zwischen der Auslaßöffnung 2a der Schmelzeinheit 1 und der Zuführöffnung 8a der Mischeinheit 7 überbrückend auch die Zuführeinheit 4 aufnimmt. Je nachdem, in welcher Weise das nach dem Mischen vorliegende Erzeugnis weiterbehandelt wird, kann die Vakuumkammer 17 auch derart ausgebildet sein, daß sie sich auch über die Austragöffnung 11a hinaus erstreckt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist die Zuführeinheit 4 eine Schneidwalze 4a auf, die mittels eines Luftdruckmotors 4b angetrieben ist; die Drehachse, um welche die Schneidwalze 4a umläuft, ist mit 4c bezeichnet. Der Schneidwalze 4a ist auf der vom Schmelzefilm 15 abgewandten Seite ein Führungsrohr 18 vorgeschaltet, über welches endlos es Fasermaterial 6a dem Bereich der Schneidwalze zugeführt werden kann.

Die Drehachse 4c ist bezüglich des im wesentlichen lotrecht ausgerichteten Schmelzefilms 15 derart angeordnet, daß das zerkleinerte Fasermaterial 6 in einem Bereich oberhalb der Zuführöffnung 8a der Mischeinheit gegen die klebrige Außenfläche des Schmelzefilms geschleudert wird und dort haften bleibt.

Der Zwischenraum zwischen der Breitschlitzdüse 2a des Extruders 1 und der Zuführöffnung 8a ist durch eine Vakuumkammer 19 überbrückt, in welcher auch das Führungsrohr 18 und die Schneidwalze 4a der Zuführeinheit 4 angeordnet sind.

Der Vorteil der in Rede stehenden Ausführungsform ist darin zu sehen, daß sie die Einbindung ungeschnittenen Fasermaterials in den Matrix-Werkstoff ermöglicht, wobei das in die Vakuumkammer 19 eintretende endlose Fasermaterial 6a mit vertretbarem Aufwand von der anhaftenden Luft befreit werden kann. Die Vakuumkammer bedarf zu diesem Zweck lediglich einer nach außen hin abgedichteten Schleuse 20, durch welche hindurch das Fasermaterial 6a in die Vakuumkammer 19 gelangt.

Wie in Fig. 2 dargestellt, kann die Schleuse außerhalb der Vakuumkammer 19 durch einen Schlauch 21 gegen die Umgebung abgedichtet sein, der in einen Behälter 22 übergeht; dieser nimmt eine das endlose Fasermaterial 6a enthaltende Vorratsrolle 23 auf.

Die Vorratsrolle ist - den Behälter 22 im wesentlichen volumetrisch ausfüllend - nicht drehbar in diesem angeordnet und wird bei der Entnahme des endlosen Fasermaterials von innen heraus abgewickelt, wobei der Innendurchmesser zunehmend größer wird.

Falls die Vakuumkammer unter Unterdruck gesetzt wird (Restdruck: 300 bis 100 mbar), werden der Schlauch 21 und der Behälter 22 mitevakuiert.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe mit einer Matrix aus thermoplastischem Kunststoff und mit aus Fasern bestehenden Verstärkungseinlagen, wobei aus dem in den schmelzeförmigen Zustand überführten Matrix-Werkstoff und den Fasern eine Mischung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen aus dem Matrix-Werkstoff gebildeten Schmelzefilm Fasermaterial in einer Weise aufgebracht wird, daß bereits dadurch unmittelbar vor dem Mischen ein der geforderten Zusammensetzung entsprechendes Massenverhältnis zwischen dem Matrix-Werkstoff und den Fasern eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzefilm in der Weise ausgebildet wird, daß seine Außenfläche größenmäßig an die zuzuführende Menge Fasermaterial angepaßt ist.

3. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial zeitgleich mit der Vorwärtsbewegung des Schmelzefilms zugeführt wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial dem Schmelzefilm in einem Bereich zugeführt wird, in dem dieser eine nach unten gerichtete Vorwärtsbewegung ausführt.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzefilm unter Vakuum gesetzt und das Aufbringen des Fasermaterials ebenso wie der Mischvorgang unter Vakuum ausgeführt wird.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Fasermaterials erst unmittelbar vor dem Aufbringen auf den Schmelzefilm durch Unterteilen von Endlosmaterial eingestellt wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial unter der Einwirkung eines Schneidvorgangs unmittelbar auf den Schmelzefilm aufgegeben wird.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial als Langfasergranulat aufgegeben wird, welches mit dem Matrix-Werkstoff vorimprägniert worden ist.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzefilm mit dem aufgebrachten Fasermaterial kontinuierlich dem Mischbereich zugeführt wird, in dem der Mischvorgang abläuft.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Schmelzeinheit (1) zur Überführung des thermoplastischen Kunststoffs in einen schmelzeförmigen Zustand, einer Zuführeinheit (4) für die Zugabe von Fasermaterial (6) und einer Mischeinheit (7), in welcher das Fasermaterial (6) mit dem thermoplastischen Kunststoff vermischt wird, wobei die Zuführeinheit (4) derart ausgebildet und angeordnet ist, daß auf den die Schmelzeinheit (1) verlassenden Schmelzefilm (15) außerhalb des Mischbereichs der Mischeinheit (7) Fasermaterial (6) aufgebracht wird, und wobei die Zuführeinheit (4) hinsichtlich der Zugabemenge derart eingestellt ist, daß das der geforderten Zusammensetzung entsprechende Massenverhältnis zwischen dem Matrix-Werkstoff und den Fasern erreicht wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung der Schmelzeinheit (1) als Breitschlitzdüse (2a) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinheit (4) mit einem Dosieraggregat ausgestattet ist.

13. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbereich der Mischeinheit (7) zumindest ein angetriebenes Knetelement (9) aufweist.

14. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen der Auslaßöffnung (2a) der Schmelzeinheit (1) und der Zuführöffnung (8a) der Mischeinheit (7) unter Einschluß zumindest des Austragabschnitts (5) der Zuführeinheit (4) von einer gegen die Außenumgebung abgedichteten Vakuumkammer (17 bzw. 19) überbrückt ist.

15. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinheit (4) eine rotierende Schneidwalze (4a) aufweist, unter deren Einwirkung das zerkleinerte Fasermaterial (6) in Richtung auf den Schmelzefilm (15) beschleunigt wird.

16. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzefilm (15) im Bereich zwischen der Auslaßöffnung (2a) der Schmelzeinheit (1) und der Eintrittsöffnung (8a) der Mischeinheit (7) im wesentlichen lotrecht ausgerichtet ist.