DE4443514A1 - Good quality impregnation of continuous fibres or rovings by extrusion - Google Patents

Good quality impregnation of continuous fibres or rovings by extrusion

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DE4443514A1
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Ulf Dr Panzer
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Abstract

Impregnation of continuous fibres or rovings with molten thermoplastics or liq.reactive resin for making fibre-reinforced material involves (a) passing the fibres or rovings through an impregnating zone in the form of a damped oscillation; or (b) treating with impregnating resin from above and below in a curved impregnating zone so that the curvature of each resin stream is concave w.r.t. the previous resin stream. Also claimed are extruders used for impregnation. Pref. in method (a), the oscillation is first stimulated and then damped; and the fibres or rovings esp. are impregnated as in (b).

Description

Die Erfindung betrifft ein Extrusionsimprägnierverfahren und eine Extrusionsim­ prägniervorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von unidirektional mit End­ losfasern verstärkten Thermoplasten oder Duromeren mittels Pultrusion.The invention relates to an extrusion impregnation method and an extrusion Impregnating device for the continuous production of unidirectional with end loose fibers reinforced thermoplastics or thermosets by means of pultrusion.

Ein Pultrusionsverfahren, bei dem Endlos-Fasern in einer Extrusionsimprägnier­ vorrichtung mit Thermoplastschmelze imprägniert werden, ist beispielsweise aus der US 4,883,625 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Faserbündel in einer Imprägnierdüse, deren Kanalgeometrie im Längsschnitt einer Sinuskurve ent­ spricht, mit Thermoplastschmelze imprägniert. Die Schmelzezuführung in den Imprägnierkanal erfolgt nach dem Fasereinlauf über zwei Schmelzeleitungen im noch geradlinigen Bereich des Düsenspaltes. Aufgrund der Sinus-Geometrie des Düsenspaltes im anschließenden Düsenbereich wird durch die Faserumlenkungen zwar eine etwas verbesserte Imprägnierung erreicht, die Fasern werden jedoch vor allem an den Umlenkungen mechanisch stark beansprucht, wodurch es sowohl zu einer Abnahme der Faserfestigkeiten als auch zu erhöhtem Faserabrieb kommt. Außerdem ist die Imprägnierqualität bei der Verwendung der bekannten Imprägniervorrichtung in vielen Fällen nicht ausreichend. Es bestand demnach das Problem, ein Imprägnierverfahren zu finden, bei dem die angeführten Nachteile nicht auftreten. Die Aufgabe konnte durch eine spezielle Art der Faserführung bei der Imprägnierung mit Hilfe einer speziell ausgeführten Imprägnierdüse bzw. durch die spezielle Art der Schmelzezuführung gelöst werden.A pultrusion process in which continuous fibers are impregnated in an extrusion device is impregnated with thermoplastic melt, for example the US 4,883,625 known. In this method, a bundle of fibers in one Impregnation nozzle, the channel geometry of which is in the longitudinal section of a sine curve speaks, impregnated with thermoplastic melt. The melt feed in the Impregnation channel takes place after the fiber entry via two melt lines in the straight line area of the nozzle gap. Due to the sine geometry of the Nozzle gap in the subsequent nozzle area is caused by the fiber deflections Although a slightly improved impregnation is achieved, the fibers are especially mechanically stressed at the deflections, which makes it both a decrease in fiber strength and increased fiber abrasion is coming. In addition, the impregnation quality when using the known Impregnation device in many cases not sufficient. So there was Problem of finding an impregnation process in which the disadvantages mentioned do not occur. The task could be done by a special type of fiber guidance impregnation with the help of a specially designed impregnation nozzle or can be solved by the special type of melt feed.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Imprägnierung von Endlos-Fasern oder von Endlos-Faserbündeln (Rovings) mittels geschmolzenem Thermoplast oder mittels flüssigem Reaktionsharz zur Herstellung von faser­ verstärktem Material, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fasern oder Ro­ vings eine Imprägnierzone in Form einer gedämpften Schwingung durchlaufen. The invention accordingly relates to a method for impregnating Endless fibers or of continuous fiber bundles (rovings) by means of melted Thermoplastic or by means of liquid reaction resin for the production of fiber reinforced material, which is characterized in that the fibers or Ro vings pass through an impregnation zone in the form of a damped vibration.  

Die Krümmungen der Faserumlenkungen weisen dabei keine konstanten Radien auf, sondern sie ändern permanent ihren Radius, ähnlich einer Hertz′schen Kurve. Dies bewirkt beim Hindurchziehen des Faserstranges durch den Imprägnierkanal eine stetige Änderung der Krümmung der Faserstränge. Dadurch kommt es zwi­ schen den einzelnen Filamenten der Fasern bzw. der Faserrovings zu Relativbe­ wegungen, die in weiterer Folge Scherkräfte zwischen den einzelnen Filamenten hervorrufen, somit zu einer zusätzlichen Reduzierung der Polymerviskosität füh­ ren und ein besseres Einkneten der Polymermatrix in die Faserbündel bewirken. Aufgrund dieser besonderen Art der Faserführung wird eine bessere und gleichmäßigere Imprägnierung der Fasern, sowie eine geringere Beanspruchung der Fasern beim Durchgang durch die Imprägniervorrichtung erreicht.The curvatures of the fiber deflections do not have constant radii on, but they constantly change their radius, similar to a Hertzian curve. This causes when the fiber strand is pulled through the impregnation channel a constant change in the curvature of the fiber strands. Because of this it comes between between the individual filaments of the fibers or the fiber rovings for relative purposes movements that subsequently result in shear forces between the individual filaments cause, thus lead to an additional reduction in the polymer viscosity and better kneading of the polymer matrix into the fiber bundles. Because of this special type of fiber guidance, a better and more even impregnation of the fibers, as well as less stress the fibers reached when passing through the impregnation device.

In einer bevorzugten Ausführungsform durchlaufen die Fasern oder Rovings die Imprägnierzone in Form einer zuerst angeregten und danach gedämpften Schwingung. Dabei werden die Fasern, beginnend vom Werkzeugeintritt immer stärker aus der geradlinigen Bahn ausgelenkt und somit aufgespreizt und laufen im weiteren Verlauf des Imprägnierkanals wieder zu einer geradlinigen Bahn aus. So werden die Fasern besonders schonend umgelenkt, an den Krümmungen aufgespleißt und von Polymerschmelze durchtränkt.In a preferred embodiment, the fibers or rovings pass through the Impregnation zone in the form of a first excited and then steamed Vibration. The fibers are always, starting from the tool entry deflected more out of the straight line and thus spread and run in the further course of the impregnation channel again to a straight line out. In this way, the fibers are deflected particularly gently, at the bends spliced and soaked in polymer melt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Imprägnierung von Endlos-Fasern oder von Endlos-Faserbündeln (Rovings) mittels geschmolzenem Thermoplast oder mittels flüssigem Reaktionsharz zur Herstellung von faserver­ stärktem Material, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fasern oder Rovings beim Durchlauf durch eine kurvenförmige Imprägnierzone von oben und unten derart mit Imprägnierharz versetzt werden, daß die Harzzuführung jeweils vor einer bezüglich des zugeführten Harzstromes konkaven Krümmung im Fa­ serdurchlauf durch die Imprägnierzone erfolgt.Another object of the invention is a method for impregnating Endless fibers or of continuous fiber bundles (rovings) by means of melted Thermoplastic or using liquid reaction resin for the production of fiber strengthened material, which is characterized in that the fibers or rovings when passing through a curved impregnation zone from above and below be treated with impregnating resin so that the resin feed before a concave curvature in the Fa through the impregnation zone.

Dadurch wird der Harzstrom besonders faserschonend, effektiv und gleichmäßig eingebracht, wobei die Harzmatrix ähnlich einem Gleitfilm von den Fasern bzw. Rovings mitgenommen und an der unmittelbar nachfolgenden Krümmung zwi­ schen die einzelnen Filamente gedrückt wird. This makes the resin flow particularly gentle on the fibers, effective and even introduced, the resin matrix similar to a sliding film of the fibers or Rovings taken and at the immediately following curvature between the individual filaments are pressed.  

Die Zuführung des Imprägnierharzes in den Imprägnierkanal erfolgt bevorzugt über die gesamte Breite des Imprägnierkanals, beispielsweise über Löcher, Schlitze oder eine Breitschlitzdüse. Es ist besonders bevorzugt, wenn das Im­ prägnierharz aus einer sich über die gesamte Werkzeugbreite erstreckenden Breitschlitzdüse austritt. Vorteilhafterweise kann dabei die Schmelzeverteilung mittels Stauleisten reguliert werden.The impregnation resin is preferably fed into the impregnation channel over the entire width of the impregnation channel, for example over holes, Slots or a slot die. It is particularly preferred if the Im Impregnating resin from a tool that extends across the entire width of the tool Wide slot nozzle emerges. The melt distribution can be advantageous be regulated by means of ram bars.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Extrusionsimprägniervorrichtung zur Imprägnierung von Endlos-Fasern oder von Endlos-Faserbündeln (Rovings) mittels geschmolzenem Thermoplast oder mittels flüssigem Reaktionsharz zur Herstellung von faserverstärktem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalgeometrie des Imprägnierkanals in Pultrusionsrichtung der Kurve einer ge­ dämpften Schwingung oder der Kurve einer zuerst angeregten und danach ge­ dämpften Schwingung entspricht.Another object of the invention is an extrusion impregnation device for the impregnation of continuous fibers or of continuous fiber bundles (rovings) using melted thermoplastic or using liquid reaction resin Production of fiber-reinforced material, characterized in that the Channel geometry of the impregnation channel in the pultrusion direction of the curve of a ge damped vibration or the curve of a first excited and then ge damped vibration corresponds.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Extrusionsimprägniervorrichtung zur Imprägnierung von Endlos-Fasern oder von Endlos-Faserbündeln (Rovings) mittels geschmolzenem Thermoplast oder mittels flüssigem Reaktionsharz zur Herstellung von faserverstärktem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Imprägnierkanals während des Betriebes verstellt werden kann.Another object of the invention is an extrusion impregnation device for the impregnation of continuous fibers or of continuous fiber bundles (rovings) using melted thermoplastic or using liquid reaction resin Production of fiber-reinforced material, characterized in that the Height of the impregnation channel can be adjusted during operation.

Die Kanalhöhe wird durch das Öffnen und Schließen des Werkzeugober- und -unterteiles eingestellt und bestimmt so den Kanalquerschnitt und damit sowohl das Schmelzevolumen im Imprägnierkanal als auch die Stärke der Faserauslen­ kung aus der geradlinigen Bahn. Als besonders günstig erweist es sich dabei, wenn die Höhe des Imprägnierkanals in Längsrichtung vom Fasereinlauf hin zum Faserauslauf kontinuierlich entweder konisch vergrößert oder verkleinert werden kann.The channel height is determined by opening and closing the tool top and - Lower part set and thus determines the channel cross section and thus both the melt volume in the impregnation channel as well as the strength of the fiber deflection kung from the straight line. It proves to be particularly favorable if the height of the impregnation channel in the longitudinal direction from the fiber inlet to Fiber outlet can be either conically enlarged or reduced continuously can.

Aufgrund der Möglichkeit, die Kanalhöhe exakt den jeweiligen Produkt- oder Verfahrensparametern bzw. Einsatzstoffen, wie z. B. Imprägniergeschwindigkeit, Art und Menge der Imprägnierharze, Art der Fasern bzw. Faserquerschnitt an­ zupassen, wird ebenfalls eine besonders effektive Imprägnierung und Faser­ schonung erreicht. Außerdem ist es leicht möglich, eventuellen geringen Faser­ abrieb durch Verändern der Imprägnierkanalhöhe aus der Imprägniervorrichtung auszuschleusen.Due to the possibility of the duct height exactly the respective product or Process parameters or feedstocks, such as. B. impregnation speed, Type and amount of impregnation resins, type of fibers or fiber cross-section to fit is also a particularly effective impregnation and fiber protection achieved. It is also easily possible to find any low fiber  abraded by changing the impregnation channel height from the impregnation device eject.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Extrusionsimprägniervorrichtung zur Imprägnierung von Endlos-Fasern oder von Endlos-Faserbündeln (Rovings) in einem kurvenförmigen Imprägnierkanal mittels geschmolzenem Thermoplast oder mittels flüssigem Reaktionsharz zur Herstellung von faserverstärktem Material, dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander unabhängige Zuführungen für das Imprägnierharz an der Kanalober- und Kanalunterseite räumlich so zueinander versetzt angeordnet sind, daß die Zuführung jeweils vor einer bezüglich des zugeführten Harzstromes konkaven Krümmung des Imprägnierkanals der betreffenden Gehäusehälfte erfolgt.Another object of the invention is an extrusion impregnation device for the impregnation of continuous fibers or of continuous fiber bundles (rovings) in a curved impregnation channel using melted thermoplastic or using liquid reaction resin for the production of fiber-reinforced material, characterized in that two mutually independent feeders for the Impregnation resin on the top and bottom of the duct spatially relative to each other are arranged offset that the feed before each with respect to the supplied resin stream concave curvature of the impregnation relevant housing half is done.

Die Zuführung des Imprägnierharzes in die Extrusionsimprägniervorrichtung er­ folgt bevorzugt aus einer sich über die gesamte Werkzeug breite erstreckenden Breitschlitzdüse. Es ist jedoch besonders bevorzugt, wenn die Breitschlitzdüse in ihrer Breite schmäler als der Imprägnierkanal ist. Auf diese Weise ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß die Breitschlitzdüse an beiden Enden von Fasern über­ deckt wird und ein Polymeraustritt an den Rändern verhindert wird. Um ein Rückströmen des Imprägnierharzes aus der Imprägniervorrichtung besonders effektiv zu verhindern, erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß die Rovings im Bereich der Schmelzezuführung durch seitliche Begrenzungen am seitlichen Auswandern gehindert werden. Als seitliche Begrenzungen für die Rovings kommen beispielsweise zylinderförmige Stifte oder Leitbleche in Frage.The feeding of the impregnating resin into the extrusion impregnating device preferably follows from a width that extends across the entire tool Wide slot nozzle. However, it is particularly preferred if the slot die in its width is narrower than the impregnation channel. In this way, the additional advantage that the slot die over at both ends of fibers is covered and a polymer leak at the edges is prevented. To a Backflow of the impregnation resin from the impregnation device in particular To effectively prevent it, it proves particularly advantageous that the rovings in the area of the melt feed through lateral boundaries on the side Emigration are prevented. As lateral boundaries for the rovings For example, cylindrical pins or baffles can be used.

Bei jeder der oben angeführten erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten bzw. Ausgestaltungen der Imprägniervorrichtungen wird eine im Vergleich zu be­ kannten Imprägnierverfahren bzw. -vorrichtungen verbesserte Imprägnierqualität sowie eine erhöhte Faserschonung erreicht. Zur Erreichung von optimalen Ver­ besserungseffekten bei den erfindungsgemäßen Imprägnierverfahren werden je­ doch bevorzugt solche Imprägniervorrichtungen verwendet, bei denen zwei oder mehrere der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kombiniert sind.In each of the inventive method variants or Refinements of the impregnation devices will be compared to knew impregnation processes or devices improved impregnation quality as well as increased fiber protection. To achieve optimal ver Improvement effects in the impregnation process according to the invention are ever but preferably used such impregnation devices in which two or several of the configurations according to the invention are combined.

So ist beispielsweise eine Imprägniervorrichtung bevorzugt, deren Imprägnierka­ nal während des Betriebes höhenverstellbar ist und dessen Kanalgeometrie der Kurve einer gedämpften Schwingung, bzw. einer zuerst angeregten und danach gedämpften Schwingung entspricht. Besonders bevorzugt ist eine Imprägnier­ vorrichtung, bei der außerdem zwei voneinander unabhängige Zuführungen für das Imprägnierharz an der Kanalober- und Kanalunterseite räumlich so zueinander versetzt angeordnet sind, daß die Zuführung jeweils vor einer bezüglich des zugeführten Harzstromes konkaven Krümmung der betreffenden Gehäusehälfte erfolgt.For example, an impregnation device is preferred whose impregnation device nal is height adjustable during operation and its channel geometry  Curve of a damped vibration, or a first excited and then damped vibration corresponds. Impregnation is particularly preferred device, in which two mutually independent feeders for the impregnation resin on the top and bottom of the channel spatially to each other are arranged offset that the feed before each with respect to the supplied resin stream concave curvature of the housing half in question he follows.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Extrusionsimprägnier­ vorrichtung ist im Längsschnitt in Fig. 1 dargestellt. Darin bedeuten (1) die Zuführung des Imprägnierharzes und (5) die Zuführung der Rovings. Weiters be­ deuten (2) den Werkzeugoberteil und (3) den Werkzeugunterteil, die, fixiert auf zwei Heizplatten, den Imprägnierkanal (4) bilden. Diese Werkzeugteile verfügen über je einen Extruderanschluß mit einer Harzzuleitung (6). Die Harzzuleitungen (6) münden jeweils in einen mittig angespeisten, über die Werkzeugbreite verlau­ fenden Kleiderbügelverteilerkanal (7) mit dazugehöriger Verteilerinsel (8), deren Aufgabe es ist, das Polymerharz über die Breite des Imprägnierkanals (4) gleichmäßig zu verteilen und den Angüssen (10 und 11) zuzuführen.A preferred embodiment of the extrusion impregnating device according to the invention is shown in longitudinal section in Fig. 1. Therein mean ( 1 ) the supply of the impregnation resin and ( 5 ) the supply of the rovings. Also mean ( 2 ) the upper part of the tool and ( 3 ) the lower part of the tool, which, fixed on two heating plates, form the impregnation channel ( 4 ). These tool parts each have an extruder connection with a resin supply line ( 6 ). The resin supply lines ( 6 ) each open into a centrally fed clothes hanger distribution channel ( 7 ) with the associated distribution island ( 8 ), the task of which is to distribute the polymer resin evenly over the width of the impregnation channel ( 4 ) and to distribute the sprues ( 10 and 11 ).

Um die Harzverteilung über die Werkzeugbreite optimal regulieren zu können, können zusätzlich von außen bei Betrieb einstellbare Stauleisten (9) am Ende der Verteilerinsel (8) angeordnet werden. Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch das Imprägnierwerkzeug im Bereich der Schmelzezuführung dar und zeigt die Kleiderbügelverteiler (7), die Verteilerinseln (8), die von außen bei Betrieb verstellbaren Stauleisten (9) und die Angüsse (10) und (11). Die Angüsse des Imprägnierkanals (10 und 11), die von Werkzeugober (2) und -unterseite (3) in Faserrichtung räumlich versetzt angeordnet sind, führen die Polymermatrix drucklos an die Faserrovings (5) heran.In order to be able to optimally regulate the resin distribution over the width of the tool, additional adjustable ledges ( 9 ) can be arranged at the end of the distributor island ( 8 ) during operation. Fig. 2 shows a cross section through the impregnation tool in the area of the melt feed and shows the clothes hanger distributors ( 7 ), the distributor islands ( 8 ), the storage rails ( 9 ) which can be adjusted during operation and the sprues ( 10 ) and ( 11 ). The sprues of the impregnation channel ( 10 and 11 ), which are arranged spatially offset in the fiber direction from the top ( 2 ) and underside ( 3 ) of the tool, lead the polymer matrix to the fiber rovings ( 5 ) without pressure.

Nach Einlegen der Faserrovings (5) in das geöffnete Werkzeug wird dieses ge­ schlossen, so daß sich der Imprägnierkanal (4) ausbildet, in dem die Imprägnie­ rung der Faserrovings stattfindet. After inserting the fiber rovings ( 5 ) into the opened tool, this is closed so that the impregnation channel ( 4 ) forms, in which the impregnation of the fiber rovings takes place.

Die in Fig. 1 im Längsschnitt gezeigte Kanalgeometrie weist eine aufbauende und wieder abnehmende Schwingung auf. Dies ist vergleichbar mit dem Wellenmu­ ster einer angeregten und gedämpften Schwingung, so daß die Fasern (5) in Pultrusionsrichtung zunächst, beginnend beim ersten Anguß (10), immer stärker aus der geradlinigen Bahn ausgelenkt und somit aufgespreizt werden um danach bis zum Kanalende hin wieder zu einer geradlinigen Bahn auszulaufen. So werden die Fasern sehr schonend umgelenkt, aufgespleißt und von Polymerschmelze durchtränkt.The channel geometry shown in longitudinal section in FIG. 1 has an oscillation which builds up and decreases again. This is comparable to the Wellenmu ster of an excited and damped oscillation, so that the fibers ( 5 ) in the pultrusion direction, beginning with the first sprue ( 10 ), are increasingly deflected out of the straight path and thus spread apart and then back to the end of the channel to run out to a straight line. The fibers are deflected very gently, spliced and soaked in polymer melt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Imprägnierung von Endlosfasern oder von Endlosfaserbündeln (Rovings) werden demnach Endlosfasern oder Endlos­ faserbündel in einer Extrusionsimprägniervorrichtung, deren Kanalgeometrie der Kurve einer gedämpften Schwingung oder einer zuerst angeregten und danach gedämpften Schwingung entspricht oder in einer Extrusionsimprägniervorrichtung mit während des Betriebes verstellbarer, bevorzugt kontinuierlich verstellbaren Höhe des Imprägnierkanals oder in einer Extrusionsimprägniervorrichtung, bei der zwei voneinander unabhängige Zuführungen für das Imprägnierharz an der Kanalober- und Kanalunterseite räumlich so zueinander versetzt angeordnet sind, daß die Zuführung jeweils vor einer bezüglich des zugeführten Harzstromes konkaven Krümmung der betreffenden Gehäusehälfte erfolgt oder in einer Extrusionsimprägniervorrichtung, bei der die genannten Ausgestaltungen in irgendeiner Art kombiniert sind, mit geschmolzenem Thermoplast oder mit flüssigem Reaktionsharz imprägniert. Durch gezielte Temperaturführung in der Extrusionsimprägniervorrichtung bzw. im Anschluß daran werden die Reakti­ onsharze in bekannter Weise durch teilweises oder vollständiges Ausreagieren, bzw. die Thermoplaste durch Abkühlung verfestigt.In the method according to the invention for the impregnation of continuous fibers or Continuous fiber bundles (rovings) therefore become endless fibers or endless fiber bundle in an extrusion impregnation device, the channel geometry of which Curve of a damped oscillation or a first excited and then damped vibration corresponds or in an extrusion impregnation device with adjustable, preferably continuously adjustable during operation Height of the impregnation channel or in an extrusion impregnation device at which two independent feeds for the impregnation resin on the The top and bottom of the channel are spatially offset from one another, that the feed before each with respect to the resin stream supplied concave curvature of the housing half in question or in one Extrusion impregnation device, in which the mentioned configurations in of any kind combined with melted thermoplastic or with impregnated liquid reaction resin. Through targeted temperature control in the Extrusion impregnation device or subsequently the reacti onsharze in a known manner by partial or complete reaction, or the thermoplastics solidified by cooling.

Als Thermoplaste können alle extrudierbaren thermoplastischen Polymere oder Copolymere verwendet werden, beispielsweise Polyolefine wie z. B. Polyethylen oder Polypropylene, vinylaromatische Polymere wie z. B. Polystyrol oder Acrylni­ tril-Butadien-Styrol-Copolymere, Polyvinylchlorid, Polyamide, Polyester, Polysul­ fone, Polyethersulfone, Polyetherketone, Polyetheretherketone, Polyetheramide, Polyetherimide, Polycarbonate, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid, Poly­ phenylenether oder deren Gemische, wie sie beispielsweise in US 4,883,625 beschrieben sind.All extrudable thermoplastic polymers or Copolymers are used, for example polyolefins such. B. polyethylene or polypropylenes, vinyl aromatic polymers such as e.g. B. polystyrene or Acrylni tril-butadiene-styrene copolymers, polyvinyl chloride, polyamides, polyesters, polysul phones, polyether sulfones, polyether ketones, polyether ether ketones, polyether amides, Polyetherimides, polycarbonates, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, poly  phenylene ether or mixtures thereof, as described, for example, in US Pat. No. 4,883,625 are described.

Als Reaktionsharze sind alle Harze bzw. deren Vorprodukte möglich, die entwe­ der beim Durchgang durch die Extrusionsimprägniervorrichtung oder in nachfol­ genden Verfahrensschritten teilweise oder vollständig aushärten und sich dabei verfestigen. Derartige Reaktionsharze sind z. B. Epoxide, Polyesterharze, Polyu­ rethane, Melaminharze, Phenolharze.All resins or their precursors are possible as reaction resins that when passing through the extrusion impregnation device or in subsequent partially or completely harden the process steps and thereby solidify. Such reactive resins are e.g. B. epoxies, polyester resins, polyu rethanes, melamine resins, phenolic resins.

Als Verstärkungsfasern oder Rovings kommen sowohl anorganische als auch organische Fasern in Frage, beispielsweise Glasfasern, Kohlefasern, Metallfasern, Keramikfasern, Zellulosefasern und Aramidfasern.Both inorganic and rovings come as reinforcing fibers or rovings organic fibers in question, for example glass fibers, carbon fibers, metal fibers, Ceramic fibers, cellulose fibers and aramid fibers.

Die erfindungsgemäß hergestellten Extrudate können beispielsweise in Form von Bändern, Profilen oder anderen gewünschten Formen produziert werden, oder sie werden im Anschluß an die Extrusion granuliert und zur Herstellung von Fertig­ teilen, beispielsweise durch Spritzguß, Heißpressen, Extrusion, Tiefziehen, Wickeln oder andere Verarbeitungsverfahren eingesetzt. The extrudates produced according to the invention can, for example, in the form of Tapes, profiles or other shapes you want, or they are produced are granulated after the extrusion and for the production of finished parts, for example by injection molding, hot pressing, extrusion, deep drawing, Winding or other processing methods used.  

Beispielexample

Auf einer Extrusionsimprägniervorrichtung, wie sie schematisch in Fig. 1 gezeigt wird, wurde bei einer Pultrusionsgeschwindigkeit von 4 m/min ein faser­ verstärktes Polypropylenband mit einer Breite von 318 mm, einem Fasergehalt von 38,6 M% bzw. 18,2 V% und einem Flächengewicht von 545 g/m² herge­ stellt. Als Faserverstärkung wurden E-Glasfaserrovings (Vetrotex, EC 17, Ro 99- 1200 tex) und als Harz Polypropylen Daplen (PCD Polymere, MFI (230/2,16) 50 g/10 min) zugeführt.On an extrusion impregnation device, as is shown schematically in FIG. 1, a fiber-reinforced polypropylene tape with a width of 318 mm, a fiber content of 38.6 M% or 18.2 V% and was applied at a pultrusion speed of 4 m / min produces a basis weight of 545 g / m². E-glass fiber rovings (Vetrotex, EC 17, Ro 99-1200 tex) were added as fiber reinforcement and polypropylene daplen (PCD polymers, MFI (230 / 2.16) 50 g / 10 min) as resin.

Das erhaltene glasfaserverstärkte Polypropylenband wies eine sehr gute und gleichmäßige Imprägnierqualität und Polymerverteilung über den Querschnitt auf.The glass fiber reinforced polypropylene tape obtained had a very good and uniform impregnation quality and polymer distribution across the cross-section.

Zur Ermittlung der mechanischen Kennwerte wurde dieses glasfaserverstärkte Polypropylenband schichtweise mit unidirektionaler Faserorientierung so verpreßt, daß Platten entstanden, aus denen die Normprüfkörper herausgesägt wurden. An diesen Prüfkörpern wurden in Anlehnung an EN 61 Zugversuche, in Anlehnung an EN 63 Biegeversuche und in Anlehnung an ISO 179 Schlagzähigkeits­ bestimmungen durchgeführt. Die Proben wiesen einen Zug-E-Modul von 16 400 ± 400 MPa, eine Zugfestigkeit von 300 ± 10 MPa (gemessen bei 1,6 ± 0,4% Dehnung), einen Biege-E-Modul von 15 800 ± 250 MPa, eine Biegefestigkeit von 260 ± 20 MPa (gemessen bei einer Randfaserdehnung von 2,9 ± 0,5%) und eine Schlagzähigkeit von 271 kJ/m² bei +23°C und 283 kJ/m² bei -20 °C auf.To determine the mechanical parameters, this was glass fiber reinforced Polypropylene tape pressed in layers with unidirectional fiber orientation so that plates were created from which the standard test specimens were sawn out. At These test specimens were subjected to tensile tests based on EN 61 to EN 63 bending tests and based on ISO 179 impact strength determinations carried out. The samples showed a tensile modulus of elasticity of 16,400 ± 400 MPa, a tensile strength of 300 ± 10 MPa (measured at 1.6 ± 0.4% Elongation), a flexural modulus of 15 800 ± 250 MPa, a flexural strength of 260 ± 20 MPa (measured with an edge fiber elongation of 2.9 ± 0.5%) and one Impact strength of 271 kJ / m² at + 23 ° C and 283 kJ / m² at -20 ° C.

Bei der Imprägnierung konnten sowohl im Imprägnierkanal als auch im imprägnierten Band kein Faserabrieb oder sonstige Verunreinigungen festgestellt werden.In the impregnation, both in the impregnation channel and in the impregnated tape no fiber abrasion or other contaminants found will.

Claims (12)

1. Verfahren zur Imprägnierung von Endlos-Fasern oder von Endlos-Faserbündeln (Rovings) mittels geschmolzenem Thermoplast oder mittels flüssigem Reaktionsharz zur Herstellung von faserverstärktem Material, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fasern oder Rovings eine Imprägnierzone in Form einer gedämpften Schwingung durchlaufen.1. A process for the impregnation of continuous fibers or of continuous fiber bundles (rovings) by means of melted thermoplastic or by means of liquid reaction resin for the production of fiber-reinforced material, characterized in that the fibers or rovings pass through an impregnation zone in the form of a damped vibration. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder Rovings die Imprägnierzone in Form einer zuerst angeregten und danach gedämpften Schwingung durchlaufen.2. The method according to claim 1, characterized in that the fibers or Rovings the impregnation zone in the form of a first excited and then go through damped vibration. 3. Verfahren zur Imprägnierung von Endlos-Fasern oder von Endlos-Faserbündeln (Rovings) mittels geschmolzenem Thermoplast oder mittels flüssigem Reaktionsharz zur Herstellung von faserverstärktem Material, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fasern oder Rovings beim Durchlauf durch eine kur­ venförmige Imprägnierzone von oben und unten derart mit Imprägnierharz versetzt werden, daß die Harzzuführung jeweils vor einer bezüglich des zu­ geführten Harzstromes konkaven Krümmung im Faserdurchlauf durch die Imprägnierzone erfolgt.3. Process for impregnating continuous fibers or continuous fiber bundles (Rovings) using melted thermoplastic or liquid Reaction resin for the production of fiber-reinforced material, thereby ge indicates that the fibers or rovings pass through a cure Venous impregnation zone from above and below with impregnation resin be set that the resin feed before each with respect to guided resin flow concave curvature in the fiber pass through the Impregnation zone takes place. 4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fa­ sern oder Rovings beim Durchlauf durch eine kurvenförmige Imprägnierzone von oben und unten derart mit Imprägnierharz versetzt werden, daß die Harzzuführung jeweils vor einer bezüglich des zugeführten Harzstromes konkaven Krümmung im Faserdurchlauf durch die Imprägnierzone erfolgt.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the company or rovings as they pass through a curved impregnation zone be treated with impregnating resin from above and below in such a way that the Resin feed before each with respect to the resin stream supplied concave curvature in the fiber pass through the impregnation zone. 5. Extrusionsimprägniervorrichtung zur Imprägnierung von Endlos-Fasern oder von Endlos-Faserbündeln (Rovings) mittels geschmolzenem Thermoplast oder mittels flüssigem Reaktionsharz zur Herstellung von faserverstärktem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalgeometrie des Imprägnier­ kanals in Pultrusionsrichtung der Kurve einer gedämpften Schwingung oder der Kurve einer zuerst angeregten und danach gedämpften Schwingung entspricht. 5. extrusion impregnation device for impregnating continuous fibers or of continuous fiber bundles (rovings) using melted thermoplastic or using liquid reaction resin for the production of fiber-reinforced Material, characterized in that the channel geometry of the impregnation channel in the pultrusion direction of the curve of a damped oscillation or the curve of an initially excited and then damped oscillation corresponds.   6. Extrusionsimprägniervorrichtung zur Imprägnierung von Endlos-Fasern oder von Endlos-Faserbündeln (Rovings) mittels geschmolzenem Thermoplast oder mittels flüssigem Reaktionsharz zur Herstellung von faserverstärktem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Imprägnierkanals wäh­ rend des Betriebes verstellt werden kann.6. Extrusion impregnation device for impregnating continuous fibers or of continuous fiber bundles (rovings) using melted thermoplastic or using liquid reaction resin for the production of fiber-reinforced Material, characterized in that the height of the impregnation channel can be adjusted during operation. 7. Extrusionsimprägniervorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Höhe des Imprägnierkanals in Längsrichtung vom Fasereinlauf hin zum Faserauslauf kontinuierlich entweder konisch vergrößert oder ver­ kleinert werden kann.7. extrusion impregnation device according to claim 6, characterized in net that the height of the impregnation channel in the longitudinal direction from the fiber inlet towards the fiber outlet either conically enlarged or ver can be reduced. 8. Extrusionsimprägniervorrichtung zur Imprägnierung von Endlos-Fasern oder von Endlos-Faserbündeln (Rovings) in einem kurvenförmigen Imprägnierkanal mittels geschmolzenem Thermoplast oder mittels flüssigem Reaktionsharz zur Herstellung von faserverstärktem Material, dadurch gekennzeichnet, daß zwei voneinander unabhängige Zuführungen für das Imprägnierharz an der Kanalober- und Kanalunterseite räumlich so zueinander versetzt angeordnet sind, daß die Zuführung jeweils vor einer bezüglich des zugeführten Harz­ stromes konkaven Krümmung des Imprägnierkanals der betreffenden Gehäu­ sehälfte erfolgt.8. Extrusion impregnation device for impregnating continuous fibers or of continuous fiber bundles (rovings) in a curved impregnation channel using melted thermoplastic or using liquid reaction resin Production of fiber-reinforced material, characterized in that two independent feeds for the impregnation resin on the The top and bottom of the duct are spatially offset from one another are that the feed before each with respect to the resin supplied current concave curvature of the impregnation channel of the housing in question half done. 9. Extrusionsimprägniervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei voneinander unabhängige Zuführungen für das Imprägnierharz an der Kanalober- und Kanalunterseite räumlich so zu­ einander versetzt angeordnet sind, daß die Zuführung jeweils vor einer be­ züglich des zugeführten Harzstromes konkaven Krümmung des Imprägnier­ kanals der betreffenden Gehäusehälfte erfolgt.9. extrusion impregnation device according to one of claims 5 to 7, because characterized in that two mutually independent feeders for the impregnation resin on the upper and lower side of the duct are arranged offset to each other that the feed before each be concave curvature of the impregnation with respect to the resin stream supplied channel of the relevant housing half. 10. Extrusionsimprägniervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Imprägnierharz aus einer sich über die ge­ samte Werkzeug breite erstreckenden Breitschlitzdüse austritt. 10. extrusion impregnation device according to one of claims 5 to 9, there characterized in that the impregnating resin from a ge whole tool wide extending slot die emerges.   11. Extrusionsimprägniervorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Breitschlitzdüse in ihrer Breite schmäler als der Imprägnierkanal ist.11. Extrusion impregnation device according to claim 10, characterized in net that the slot die is narrower in width than the impregnation channel is. 12. Extrusionsimprägniervorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Endlosfasern oder Rovings durch seitliche Begrenzungen am seitlichen Auswandern gehindert werden.12. extrusion impregnation device according to claim 11, characterized in net that the continuous fibers or rovings by lateral limits on lateral emigration are prevented.
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