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Die
Erfindung betrifft ein direktes Verfahren und eine Vorrichtung zur
Durchführung
des Verfahrens für
die Herstellung von Verbundplatten. Sie ist weiterhin auf die erhaltenen
Verbunderzeugnisse gerichtet.
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Verbundplatten
werden üblicherweise
aus mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichem Schmelzpunkt
gebildet, davon im Allgemeinen ein organisches Material und ein
Verstärkungsmaterial, wobei
das Verstärkungsmaterial
beispielsweise in Form von in die organische Matrix eingebetteten
Fäden vorliegt.
Die Herstellung von Verbundplatten dauert im Allgemeinen zwischen
der Erzeugung der Verstärkungsfäden und
dem Zeitpunkt, zu welchem die Platten schließlich erhalten werden, lange,
wobei die zur Herstellung der Platten verwendeten Strukturen im
Allgemeinen nicht die Fäden
als solche, sondern komplexe Strukturen sind, in welche die Fäden eingebaut
sind und vorgelagerte Behandlungsstufen erfordern.
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Insbesondere
ist es bekannt, Verbundplatten in Form von Tafeln oder gekrümmten Bauteilen
aus Geweben herzustellen, die gleichzeitig von Verstärkungsfäden und
thermoplastischen Fäden
gebildet werden, indem die Gewebe übereinander gestapelt werden
und anschließend
der so hergestellte Stapel heiß gepresst
wird, wie in dem Gebrauchsmuster
FR 2
500 360 beschrieben. Ein solches Verfahren hat insbesondere
den Nachteil, dass es diskontinuierlich ist.
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Weiterhin
ist bekannt (Patent
FR 2 743
822 ), Verbundplatten aus Geweben aus Glas/organischem Material
herzustellen, die kontinuierlich auf einem Förderer abgelegt und anschließend in
einem Heißluftofen
vorerwärmt
werden, bevor sie einer "Bandpresse" (vom Typ derjenigen,
die in dem Patent
US-A-4
277 539 beschrieben ist) zugeführt werden, worin sie nacheinander
erhitzt und abgekühlt
und dabei verdichtet werden. Obwohl dieses Verfahren schneller als
das zuvor beschriebene Verfahren ist, ist es wünschenswert, die Herstellung
von Verbundplatten weiter zu verbessern, indem schnellere und wirtschaftlichere
Verfahren vorgeschlagen wer den, wobei das Erhalten von Erzeugnissen
sichergestellt wird, die ihre guten, insbesondere mechanischen Eigenschaften
behalten.
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Deshalb
liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein in Bezug auf die bisher
zur Verfügung stehenden
Verfahren verbessertes Verfahren für die Herstellung von Verbundplatten
bereitzustellen, insbesondere ein Verfahren, das schneller und wirtschaftlicher
als die vorhandenen Verfahren ist.
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Diese
Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, das
wenigstens folgende Stufen umfasst:
- – Ziehen
eines Bündels
aus parallelen Fäden
in einer gegebenen Richtung,
- – Verbinden
einer Bahn aus einem Faden (Fäden),
der (die) quer in Bezug auf diese gegebene Richtung orientiert ist
(sind), mit diesem Bündel, wobei
das Fadenbündel
und/oder die Bahn aus einem oder mehreren Fäden mindestens ein organisches
Material und mindestens ein Verstärkungsmaterial umfasst (umfassen),
- – Erwärmen des
Verbundes, wobei er sich in der vorgegebenen Richtung fortbewegt
und er durch die Einwirkung von Wärme und/oder Druck und anschließend durch
Abkühlen
derart fixiert (oder erstarren gelassen wird), dass sich ein Verbundband
bildet, und
- – Sammeln
des Bandes in Form einer oder mehrerer Verbundplatten.
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Die
verschiedenen Stufen wie Ziehen des Bündels und Verbinden der Bahn
erfolgen vorteilhafterweise kontinuierlich, wobei unter diesen Begriff auch
ein Ziehen und ein Verbinden durch ruckartige Bewegungen wie im
Fall der Verbindung durch einen Schusslegewagen (diese Ausführungsform
wird weiter unten erläutert)
fällt.
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Unter
einer "Platte" (dasselbe gilt für "Band") ist erfindungsgemäß ein Element
zu verstehen, das in Bezug auf seine Fläche eine geringe Dicke besitzt, im
Allgemeinen plan ist (aber gegebenenfalls auch gekrümmt sein
kann) und starr ist, obwohl es gegebenenfalls eine Nachgiebigkeit
aufweist, die ausreicht, damit es in aufgewickelter Form gesammelt und
gelagert werden kann. Ganz allgemein handelt es sich dabei um ein
volles Element, wobei es aber auch in bestimmten Fällen durchbrochen
sein kann (wobei erfindungsgemäß mit dem
Terminus "Platte" und dem Terminus "Band" somit auch durch
Begriffserweiterung Strukturen vom Typ Gitter oder Gewebe bezeichnet
werden).
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Unter
einem "Verbundmaterial" ist erfindungsgemäß ein Verbund
aus mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichem Schmelzpunkt
zu verstehen, davon im Allgemeinen ein organisches Material und
ein Verstärkungsmaterial,
wobei der Gehalt an dem Material mit dem niedrigeren Schmelzpunkt (organisches
Material) mindestens 10 Gew.-% dieses Verbundes beträgt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt es, aus einfachen Ausgangsstrukturen Verbundplatten in einem
einzigen Arbeitsgang zu erhalten, wobei in dem erfindungsgemäßen Verfahren
im Wesentlichen unidirektionale Strukturen bzw. Fäden verwendet
werden und insbesondere das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Verstärkungsmaterial
ausschließlich
in Form von Fäden
zugeführt
wird, die vereinzelt und in "komplexen" Strukturen (beispielsweise
speziell "mehrdimensionalen" vom Typ Gewebe oder
Netze) nicht miteinander verbunden sind. Die Verwendung der einfachsten
Verstärkungsstrukturen
bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Platten hat, insbesondere
hinsichtlich Kosten und Leichtigkeit der Verwendung, Vorteile. Ausgehend
von diesen einfachen Strukturen erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren
direkt die gewünschten Platten
zu erhalten, wobei wenig Personal erforderlich ist und der Transfer
von einer Anlage zur nächsten
und die Zwischenlagerungen entfallen. In ihm werden insbesondere
eine Stufe zum Verbinden in einer zu der gegebenen Richtung transversalen
Ebene und eine Stufe zum Schmelzen und Verfestigen des organischen
Materials, um das Endprodukt zu erhalten, kombiniert. Ein solches
Verfahren ist besonders schnell und wirtschaftlich.
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Im
Folgenden wird einfach Bezug genommen auf das "Fadenbündel", um das Bündel aus parallelen Fäden zu bezeichnen,
das kontinuierlich in einer in der Definition der Erfindung genannten
gegebenen Richtung gezogen wird, sowie auf die "Bahn aus einem oder mehreren Fäden", womit die in der Definition
der Erfindung genannte Bahn aus einem oder mehreren quer orientierten
Fäden,
das heißt
genauer einem oder mehreren Fäden,
die auf der von dem Bündel
aus parallelen Fäden
definierten Oberfläche
quer verteilt werden, bezeichnet wird.
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Erfindungsgemäß wird wenigstens
das Fadenbündel
oder wenigstens die Fadenbahn aus Fäden aus mindestens zwei Materialien,
davon mindestens ein organisches Material und mindestens ein Verstärkungsmaterial,
gebildet, wobei dieses "Verstärkungsmaterial" im Allgemeinen ein
Material ist, das aus den Materialien ausgewählt wird, die üblicherweise
für die
Verstärkung
von organischen Materialien verwendet werden (beispielsweise Glas,
Kohlenstoff und Aramid), oder es sich gegebenenfalls im weitesten
Sinne auf ein Material erstrecken kann, dessen Schmelzpunkt höher als
derjenige des zuvor genannten organischen Materiales ist; anders
ausgedrückt
wird wenigstens das Fadenbündel
oder wenigstens die Fadenbahn von Fäden aus mindestens zwei Materialien,
die verschiedene Schmelzpunkte aufweisen, gebildet, wobei das Material
mit dem niedrigeren Schmelzpunkt ein organisches Material ist. Das
organische Material ist beispielsweise Polypropylen, Polyethylen,
Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat, Polyphenylensulfid
oder ein beliebiges anderes thermoplastisches oder polymeres organisches
Material, das beispielsweise aus thermoplastischen Polyestern und
Polyamiden ausgewählt
ist, wobei das Verstärkungsmaterial
oder dasjenige mit dem höheren
Schmelzpunkt vorzugsweise Glas ist.
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Vorzugsweise
werden das Bündel
und die Bahn derart ausgewählt,
dass die Verbindung des Bündels
mit der Bahn mindestens 10 Gew.-% organisches Material und zwischen
20 und 90 Gew.-% Verstärkungsmaterial
(vorzugsweise Glas), vorzugs weise zwischen 30 und 85 Gew.-% Verstärkungsmaterial,
und besonders bevorzugt zwischen 40 und 80 Gew.-% Verstärkungsmaterial
umfasst. Besonders vorteilhaft wird der Verbund aus Bündel und
Bahn von dem Verstärkungsmaterial
innerhalb der genannten Anteile und dem organischen Material mit
einem Anteil, der die Ergänzung
zu 100 Gew.-% dieses Verbundes darstellt, gebildet. Das Bündel und/oder
die Bahn kann (können)
teilweise Fäden,
die von dem einen der Materialien gebildet werden, und teilweise Fäden, die
von dem anderen Material gebildet werden, enthalten, wobei diese
Fäden abwechselnd
in dem Bündel
und/oder der Bahn angeordnet und vorzugsweise innig miteinander
vermischt sind. Das Bündel
und/oder die Bahn kann (können)
auch Mischfäden
umfassen, die durch Vereinigung und gleichzeitiges Aufspulen der
Fäden aus
dem einen der Materialien und der Fäden aus dem anderen Material
erhalten sind, wobei diese Mischfäden auch mit den Fäden aus
dem einen der Materialien und/oder mit den Fäden aus dem anderen Material
vermischt werden können.
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Vorzugsweise
umfasst der Verbund aus dem Bündel
und der Bahn und/oder dem Bündel
und/oder der Bahn mindestens 50 Gew.-% (vorteilhafterweise mindestens
80 Gew.-% und besonders bevorzugt 100 Gew.-%) Hybridfäden, das
heißt
Fäden,
die sich aus Filamenten aus dem einen der Materialien und Filamenten
aus dem anderen Material zusammensetzen, wobei die Filamente in
den Fäden
(vorteilhafterweise näherungsweise
homogen) vermischt sind und diese Fäden im Allgemeinen durch Vereinigung der
Filamente direkt bei der Herstellung dieser Filamente erhalten werden
(gemäß den Verfahren,
die beispielsweise in den Patenten
EP-A-0 599 695 und
EP-A-0 616 055 beschrieben
sind). Die Verwendung dieser Strukturen, die mindestens 50 Gew.-%
und vorzugsweise mindestens 80 Gew.-% Hybridfäden aufweisen, erlaubt insbesondere,
homogenere Verbundmaterialien zu erhalten, die gute mechanische Eigenschaften
besitzen, wobei die Herstellung der Verbundplatten außerdem innerhalb
eines verkürzten
Zeitraums und vorteilhafterweise mit geringerem Druck erfolgt. Vorzugsweise
werden diese Hybridfäden
von Glasfilamenten und Filamenten aus einem thermoplastischen organischen
Material, die innig miteinander vermischt sind, gebildet.
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Vorzugsweise
wird das Fadenbündel
im Wesentlichen von Hybridfäden
und die Fadenbahn von (im Allgemeinen parallelen) endlosen oder
kurzen Hybridfäden
und/oder (im Allgemeinen parallelen) endlosen oder kurzen Verstärkungsfäden und/oder (im
Allgemeinen parallelen) endlosen oder Kurzfäden aus organischem Material
gebildet.
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Im
erfindungsgemäßen Verfahren
kommen die Fäden
des Bündels
und die Fäden
der Bahn von einem oder mehreren Trägern (oder Spulen), auf welche
sie aufgewickelt sind, wobei die Fäden der Bahn gegebenenfalls
zerschnitten werden, bevor sie mit den Fäden des Bündels verbunden werden.
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Die
Verbindung des Bündels
mit der Bahn kann auf verschiedene Arten und Weisen erfolgen, beispielsweise
mittels eines oder mehrerer Ablegearme oder eines Schusslegewagens,
der die parallel angeordneten Fäden
der Bahn trägt,
durch pneumatisches Ablegen der Fäden (gegebenenfalls mit Bildung
von Schlingen oder einer Matte) oder durch Ablegen von Kurzfäden.
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In
einer ersten Ausführungsform
erfolgt die Verbindung, indem die Fadenbahn (wobei es sich in diesem
Fall vorzugsweise um endlose Fäden
handelt) in das Bündel
aus parallelen Fäden
quer eingelegt und das Bündel
dabei in zwei Teile getrennt wird (wobei ein Teil senkrecht auf
dem anderen steht, beispielsweise ein Faden von zwei in Bezug auf
die Anfangsebene des Bündels
vorübergehend
angehoben wird und gegebenenfalls die anderen Fäden vorübergehend in Bezug auf die
Anfangsebene abgesenkt werden), wobei ein Fach begrenzt wird, in
dessen Inneres die Fäden
mittels einer Webmaschine mit einem oder mehreren Greiferstangenschusseinträgen eingelegt
werden. Diese Webmaschine umfasst beispielsweise zwei mit Greifern
versehene Stangen, wobei eine Stange beispielsweise die Fäden der Bahn
in die Mitte des Bündels
bringt und die zweite Stange die Fäden auf der anderen Seite des
Bündels herausführt und
die Fäden
dann zerschnitten werden. Die Webmaschine kann auch nur eine einzige Stange
enthalten.
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In
einer zweiten Ausführungsform
bringt ein Schusslegewagen, der die Fadenbahn in Form von parallelen
endlosen Fäden
trägt,
die Bahn in das Bündel
aus parallelen Fäden,
wobei die Bahn und das Bündel
anschließend
gegebenenfalls über
Bindefäden
(beispielsweise feine Fäden
aus Polyester, Polypropylen oder Glas), die kontinuierlich bereitgestellt
werden, miteinander vernäht
werden. Diese Bindefäden
werden beispielsweise von der periodischen Bewegung einer Quernadelleiste
verwendet. Im Gegensatz zu der vorhergehenden Ausführungsform
werden die Fäden
der Bahn und des Bündels nicht
miteinander vermischt, sondern einfach miteinander verbunden. Die
in diesem Fall erhaltenen Erzeugnisse weisen eine gute Ausrichtung
(und deshalb geringe Welligkeit) und ein gutes Verformungsvermögen auf.
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In
einer dritten Ausführungsform
erfolgt die Verbindung, indem die Fadenbahn (in diesem Fall handelt
es sich ebenfalls vorzugsweise um Endlosfäden) in das Bündel aus
parallelen Fäden
mittels einer Webmaschine für
Gitter mit Einlegen der Schüsse durch
einen oder mehrere Dreharme quer eingelegt wird. Diese Webmaschine
kann einen oder mehrere Dreharme enthalten, wobei die Fäden der
Bahn entweder von einer oder mehreren Spulen, die auf dem Rad angeordnet
sind, das die Ablegearme trägt,
wobei dieses Rad in Umdrehung versetzt wird, von einer oder mehreren
Spulen, die auf einem anderen, sich (synchron mit der Bewegung der
Ablegearme) bewegenden Träger
angeordnet sind, oder von einer oder mehreren unbeweglichen Spulen,
wobei der (die) Arm(e) in diesem Fall im Allgemeinen (ein) Hohlarm(e)
mit axialem Durchgang ist (sind), kommen. Die in dieser Ausführungsform
erhaltenen Erzeugnisse weisen eine sehr geringe Welligkeit und sehr
gute mechanische Eigenschaften auf.
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In
einer vierten Ausführungsform
erfolgt die Verbindung, indem Fäden über dem
Bündel
aus parallelen Fäden
zerschnitten werden, wobei die Kurzfäden sich in verschiedenen Richtungen,
insbesondere in Richtungen quer zu derjenigen des Fadenbündels, orientieren
und eine auf dem Fadenbündel
aufliegende Bahn bilden. Vorzugsweise fallen in dieser Ausführungsform
die Fäden
auf eine oder mehrere Ablenkeinrichtungen (dabei handelt es sich
in aller Regel um ein Blech – oder
gegebenenfalls um mehrere Bleche –, das mit einem Winkel von
etwa 45 bis 80° in
Be zug auf das Fadenbündel
geneigt ist) und besser erlaubt, sie in Richtungen quer zu der gegebenen Richtung
zu orientieren, bevor sie sich auf dem Bündel aus parallelen Fäden verteilen.
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In
einer fünften
Ausführungsform
erfolgt die Verbindung, indem ein oder mehrere Fäden in Form einer Matte auf
das Bündel
aus parallelen Fäden quer
geschleudert wird (werden), wobei die Fadenbahn in Form der Matte
gegebenenfalls mit einem zweiten Bündel aus parallelen Fäden bedeckt
ist, das sich in derselben Richtung wie das erste Bündel aus parallelen
Fäden fortbewegt.
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Die
Verbindung des Bündels
mit der Fadenbahn (die sich mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise
zwischen 0,5 und 10 m/min fortbewegen) erfolgt in mindestens einer
Zone, wo sie auf eine Temperatur, die sich zwischen den Schmelzpunkten der
die Verbindung bildenden Materialien befindet, erwärmt wird,
wobei diese Temperatur auch niedriger als die Abbautemperatur des
Materials mit dem niedrigsten Schmelzpunkt ist. Durch Begriffserweiterung wird
erfindungsgemäß mit "Abbautemperatur" die Mindesttemperatur
bezeichnet, bei welcher ein Abbau der das Material bildenden Moleküle (wie
herkömmlicherweise
definiert und dem Fachmann bekannt), eine unerwünschte Veränderung des Materials wie eine
Entzündung
des Materials, ein Integritätsverlust
des Materials (der sich durch ein Fließen des Materials aus der Bahn
heraus bemerkbar macht) oder eine unerwünschte Verfärbung des Materials (beispielsweise
ein Vergilben) beobachtet wird. Diese Abbautemperatur kann auf herkömmliche Weise
durch Thermogravimetrie und/oder, indem die Mindesttemperatur festgestellt
wird, bei welcher einer der zuvor genannten Effekte auftritt, bestimmt werden.
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Erfindungsgemäß wird der
Verbund ausreichend erwärmt,
um die Verbindung wenigstens eines Teils der Fäden untereinander über das
Material mit dem niedrigeren Schmelzpunkt nach Erwärmung und/oder
Verdichtung und in den meisten Fällen (ausgenommen
der Fall, in welchem eher eine Struktur vom Typ eines Gitters gewünscht wird),
die Herstellung einer vollen oder nahezu vollen Struktur zu erlauben.
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Beispielhaft
kann die Erwärmungstemperatur
etwa 190 bis 230°C,
wenn die Fadenbahn von Glas und Polypropylen gebildet wird, etwa
280 bis 310°C,
wenn die Bahn von Glas und Polyethylenterephthalat (PET) gebildet
wird, und etwa 270 bis 280 bis 290°C, wenn die Bahn von Glas und
Polybutylenterephthalat (PBT) gebildet wird, betragen.
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Die
Erwärmung
des Verbundes kann auf mehrere Arten erfolgen, beispielsweise mittels
einer Doppelbanddoppelkaschiermaschine, mittels beheizter Zylinder,
einer Bestrahlungseinrichtung wie einer Infrarotbestrahlungseinrichtung
(beispielsweise in Form eines Ofens, einer oder mehrerer Infrarotlampen
bzw. eines oder mehrerer Infrarotfelder) und/oder mindestens einer
Einrichtung zum Aufblasen von Heißluft (beispielsweise ein Heißluftkonvektionsofen).
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Die
Erwärmung
kann ausreichend sein, um die Fixierung des Verbundes über das
geschmolzene organische Material (Thermofixierung) zu erlauben. In
zahlreichen Fällen
jedoch erfährt
der erwärmte Verbund
außerdem
eine Verdichtung mittels einer Verdichtungseinrichtung, beispielsweise
mittels mindestens eines Kalanders mit zwei Walzen. Die Kraft, die
auf den Verbund während
seines Durchlaufs durch die Verdichtungseinrichtung ausgeübt wird, beispielsweise
während
seines gleichzeitigen Durchlaufs durch zwei Walzen eines Kalanders,
beträgt
im Allgemeinen mehrere kp/cm und sogar mehrere zehn kp/cm. Der in
der Verdichtungseinrichtung ausgeübte Druck verdichtet die Fadenbahn,
und die erhaltene Struktur wird durch Abkühlung erstarren gelassen, wobei
diese Abkühlung
wenigstens teilweise gleichzeitig mit der Verdichtung oder auch
nach einer Heißverdichtungsstufe
erfolgen kann.
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Die
Verdichtungseinrichtung kann mindestens einen Kalander umfassen,
insbesondere einen Kalander, der auf einer Temperatur gehalten wird,
die niedriger als der Erstarrungspunkt des Materials mit dem niedrigeren
Schmelzpunkt ist (der Kalander befindet sich beispielsweise auf
einer Temperatur von 20 bis 150°C),
um es zu verfestigen.
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Die
Verdichtungseinrichtung kann auch mehrere Kalander umfassen, insbesondere
bei großen Dicken
und wenn eine sehr gute Planheit und/oder hohe Produktionsgeschwindigkeiten
erwünscht
sind. Weiterhin kann es in dem Fall, insbesondere, wenn Materialien
mit einem hohen Schmelzpunkt oder welche eine hohe Kristallisationsgeschwindigkeit
aufweisen (beispielsweise Polyester) verwendet werden, und wenn
beabsichtigt wird, volle oder nahezu volle Platten zu erhalten,
erwünscht
sein, den Kalander (oder wenigstens den ersten Kalander) der Verdichtungseinrichtung
auf eine Temperatur von über
75°C und
vorzugsweise über
100°C und
sogar über
150°C zu
erwärmen.
In diesem Fall sind die Walzen des beheizten Kalanders vorzugsweise
mit einer Antihaftbeschichtung, beispielsweise auf der Basis von
PTFE, überzogen
und/oder es wird eine Entnahmehilfsfolie (beispielsweise aus siliconbeschichtetem
Papier oder aus einem mit PTFE beschichteten Glasgewebe) zwischen
jeder Walze und der Fadenbahn (diese Folie kann gegebenenfalls in
Form eines Endlosbandes vorliegen) abrollen gelassen.
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Entsprechend
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann die Verdichtungseinrichtung auch eine Bandpresse (die beispielsweise
mit Bändern
aus Stahl, einem Glasgewebe oder einem Aramidgewebe versehen ist,
wobei das Gewebe vorzugsweise mit PTFE beschichtet ist) umfassen
oder daraus bestehen, die eine heiße Zone (mit insbesondere einem
oder mehreren Kalandern) und anschließend eine kalte Zone (mit Kühlelementen
in Form von beispielsweise Stäben
und Platten und gegebenenfalls einem oder mehrerer Kalander) umfasst.
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Die
Abkühlung
kann in der Verdichtungseinrichtung (beispielsweise in einem gekühlten Kalander oder
in der Kühlzone
einer ebenen Doppelbanddoppelkaschiermaschine) oder außerhalb
der Verdichtungseinrichtung, beispielsweise durch natürliche oder
erzwungene Konvektion, erfolgen.
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Um
seine Abkühlung
zu beschleunigen, kann das Verbundband, das nach der zuvor beschriebenen
Verdichtungseinrichtung erhalten worden ist, über einen Kühltisch geschickt werden, durch
welchen Kühlwasser
zirkuliert, wobei dieser Tisch gege benenfalls leicht gebogen ist,
um den Kontakt mit dem Band zu verbessern. Zur weiteren Verbesserung
der Abkühlung
und/oder des Kontakts kann der Tisch mit Druckrollen, die vorzugsweise
gekühlt
sind (beispielsweise durch Wasserzirkulation) und/oder mit einer
oder mehreren gekühlten
Platten, die frei oder unter Druck aufliegen, und/oder mit einer
oder mehreren Luftdüsen
versehen sein und/oder kann das Band von Bandabzugswalzen gezogen
werden, die sich beispielsweise nach dem Tisch befinden.
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Das
Verbundband kann nach Verdichtung und Abkühlung auf einem Dorn aufgewickelt
werden, dessen Durchmesser von der Dicke des Bandes abhängig ist
(die gebildete Platte entspricht dann dem aufgewickelten Band) oder
kann von einer Schneideinrichtung (beispielsweise Maschinenschere
oder Kreissäge)
derart zugeschnitten werden, dass sich mehrere Platten bilden.
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Obwohl
das erfindungsgemäße Verfahren
im Wesentlichen unter dem Gesichtspunkt der Verbindung einer Fadenbahn
mit einem Bündel
aus parallelen Fäden
beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich, dass mehrere Bahnen
mit einem oder mehreren Fadenbündeln
auf dieselbe Weise wie zuvor beschrieben verbunden werden können. Dabei ist
es insbesondere möglich,
mehrere Fadenbahnen zu verbinden, um Platten mit einer größeren Dicke
zu bilden. So wird in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform:
- – ein erstes
Bündel
aus parallelen Fäden
in einer gegebenen Richtung gezogen,
- – mit
diesem ersten Bündel
eine Bahn aus Fäden, die
quer in Bezug auf diese gegebene Richtung orientiert sind, verbunden,
- – mit
dem Bündel
und der Bahn mindestens ein zweites Bündel aus in der gegebenen Richtung parallelen
Fäden verbunden,
wobei das erste Fadenbündel
und/oder die Fadenbahn und/oder das zweite Fadenbündel mindestens
zwei Materialien, die verschiedene Schmelzpunkte besitzen, umfassen,
- – der
sich in der gegebenen Richtung fortbewegende Verbund erhitzt und
durch Einwirkung von Wärme
und/oder einem Druck und anschließend derart durch Abkühlung fixiert,
dass sich ein Verbundband bildet, und
- – das
Band in Form einer oder mehrerer Verbundplatten gesammelt.
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Es
können
auch vor der Verdichtung des Ganzen ein oder mehrere Oberflächenfilme
auf einer oder zwei Seiten des Verbundes abgewickelt werden, wobei
diese Filme in der Wärme
an dem Verbund aus Bündel(n)
und Bahn(en) anhaften. Diese Filme können aus einem oder mehreren
Materialien bestehen, die gleich oder verschieden von denjenigen
(oder einem derjenigen) der Fäden
des Verbundes sind (sie können
beispielsweise metallisch oder organisch sein), wobei diese Filme
vorzugsweise einen Charakter oder eine Beschichtung mit einem Charakter ähnlich dem
Charakter des Materials mit dem niedrigeren Schmelzpunkt, das in
dem Verbund vorhanden ist, aufweisen.
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Noch
allgemeiner können
weitere Strukturen in Form von Fäden
oder eines Fadenverbundes, zellige Strukturen oder solche, die Elemente
in Form von Pulver, Granulat oder einer Flüssigkeit enthalten, endlose
oder diskontinuierliche Folien, Tafeln bzw. Filme mit im Wesentlichen
metallischem, polymerem, mineralischem oder pflanzlichem Charakter,
die den erhaltenen Verbundplatten spezielle Eigenschaften verleihen
(beispielsweise zusätzliche
Verstärkung durch
Fäden mit
einem anderen Charakter, Verbesserung der mechanischen Eigenschaften,
Schutz vor elektromagnetischer Strahlung, Verbesserung der Wärme- oder
Schalldämmung,
leichter machende Verbundstrukturen, Vermögen zur verbesserten Formgebung
und Aussehen der Oberfläche),
auf die Oberfläche
des Verbundes aufgebracht und/oder in den Verbund eingebaut werden.
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Das
im erfindungsgemäßen Verfahren
erhaltene Band kann in Form von Rollen (das heißt gewissermaßen in Form
einer einzigen aufgewickelten Verbundplatte) oder von mehreren Platten,
die auf die vom Verwender verlangten Abmessungen zugeschnitten worden
sind, gesammelt werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens. Diese Vorrichtung umfasst:
- a) eine
oder mehrere Einrichtungen (oder ein oder mehrere Organe) für die Zuführung mindestens eines
Bündels
aus parallelen Fäden,
- b) eine oder mehrere Einrichtungen (oder ein oder mehrere Organe)
für die
Zuführung
mindestens einer Fadenbahn,
- c) eine oder mehrere Einrichtungen für die Orientierung der Fäden der
Bahn quer zur Richtung der parallelen Fäden des Bündels (beispielsweise je nach
Ausführungsform
eine Webmaschine mit einem oder mehreren Greiferstangenschusseinträgen, ein
Schusseinlegewagen, eine Webmaschine für Gitter mit Einlegen der Schüsse durch Dreharme
oder eine Ablenkeinrichtung, wie in den weiter oben erläuterten
Ausführungsformen
beschrieben),
- d) mindestens eine Einrichtung (oder ein Organ) für die Erwärmung des
Verbundes aus dem Bündel
und der Bahn und
- e) mindestens eine Einrichtung zum Abkühlen des Verbundes.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann weiterhin mindestens eine Einrichtung zum Verdichten und/oder
mindestens eine Einrichtung zum Schneiden und/oder mindestens eine
Einrichtung zum Sammeln der Verbundplatten umfassen. Die Kühleinrichtung
kann auch eine Verdichtungseinrichtung sein oder die erfindungsgemäße Einrichtung kann
mindestens eine Einrichtung zum Verdichten des Verbundes aus dem
Bündel
und der Bahn, die sich von der Kühleinrichtung
unterscheidet, umfassen.
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Die
durch die Kombination von Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens
erhaltenen Verbundplatten sind besonders wirtschaftlich und umfassen Filamente
aus ei nem Material mit einem höheren Schmelzpunkt
(im Allgemeinen Verstärkungsfilamente),
die in die Platte eingebettet sind und im Allgemeinen, wenigstens
für einen
Teil von ihnen, in Durchlaufrichtung der Platte während ihrer
Herstellung und vorzugsweise für
den anderen Teil (oder wenigstens einen anderen Teil dieser Filamente)
in einer quer zur Durchlaufrichtung verlaufenden Orientierung angeordnet
sind. Die Platte umfasst so mindestens eine Einheit aus Filamenten
aus einem Material mit einem höheren
Schmelzpunkt, die näherungsweise
parallel in einer ersten Richtung angeordnet sind, und gegebenenfalls
mindestens eine zweite Einheit aus Filamenten aus einem Material
mit einem höheren Schmelzpunkt,
die näherungsweise
parallel in einer zweiten Richtung, die vorzugsweise quer zur ersten verläuft, angeordnet
sind, wobei alle diese Filamente in das Material mit dem niedrigeren
Schmelzpunkt eingebettet sind. Die erhaltenen Platten haben im Allgemeinen
eine Dicke von einigen Zehnteln mm bis etwa 2 mm, sind starr, leicht
zuzuschneiden und weisen gute mechanische Eigenschaften auf. Sie
können
als solche in Formgebungsverfahren oder zusammen mit anderen Produkten
verwendet werden. Sie können
beispielsweise für
die Thermoformgebung und das Gießen von Verbundbauteilen verwendet
werden.
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In
aller Regel weisen die erhaltenen Platten eine geringe Welligkeit
(Verhältnis
von Länge
des Fadens in einer Richtung zu der Länge der Platte in dieser Richtung,
wobei dieses Verhältnis
bei Fäden,
die in dieser Richtung durch die Platte laufen, und nicht bei Kurzfäden bewertet
wird) in jeder der bevorzugten Orientierungsrichtungen der Fäden auf,
wobei die Welligkeit im Allgemeinen weniger als 6% und sogar weniger
als 2% oder 1% in wenigstens einer Richtung beträgt. Bei Platten, die erhalten
worden sind, indem eine Webmaschine für Gitter mit Eintragen der Schüsse durch
Dreharme verwendet wurde, ist sogar das vollständige oder fast vollständige Fehlen
von Welligkeit festzustellen.
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Weitere
erfindungsgemäße Merkmale
und Vorteile werden anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert, welche
die Erfindung veranschaulichen, ohne sie jedoch zu beschränken, wobei:
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1 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung, die eine erste erfindungsgemäße Durchführung erlaubt,
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2 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung, die eine zweite erfindungsgemäße Durchführung erlaubt,
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3 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung, die eine dritte erfindungsgemäße Durchführung erlaubt,
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4 eine
schematische Ansicht einer Vorrichtung, die eine vierte erfindungsgemäße Durchführung erlaubt,
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5 eine
schematische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung für eine erfindungsgemäße Durchführung und
-
6 eine
schematische Ansicht eines Teils einer Vorrichtung für eine erfindungsgemäße Durchführung
zeigt.
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In
dem in 1 gezeigten Verfahren wird einer Webmaschine 1 mit
zwei Greiferstangenschusseinträgen
ein Bündel
aus Fäden 2 (das
beispielsweise 4 Fäden
pro cm aufweist), die von Rovings 3 kommen, zugeführt, wobei
die Fäden
durch einen Kamm laufen, parallel in der Webmaschine ankommen (dieser
Teil ist nicht zu sehen und nicht in der Figur gezeigt) und diese
Fäden beispielsweise
Verbundfäden sind,
die sich aus miteinander vermischten Glasfilamenten und Polypropylenfilamenten
zusammensetzen.
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Durch
Eintragen, beispielsweise mit 120 Anschlägen/min eines Fadens 5 (der
von einem Roving 6 kommt und sich ebenfalls aus Glasfilamenten
und Polypropylenfilamenten zusammensetzt) pro cm entsprechend einer
Tuchbindung, wird ein Gewebe 4 hergestellt.
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Das
Gewebe läuft
unter einer ersten Walze 7, die, beispielsweise auf 200°C, erwärmt ist
und beispielsweise einen Durchmesser von etwa 300 mm aufweist, und
anschließend über eine
zweite beheizte Walze 8 durch. Im Kontakt mit den heißen Oberflächen schmelzen
die Polypropylenfilamente. Anschließend läuft das Produkt durch den Spalt
eines auf beispielsweise 40°C
thermostatierten Kalanders 9, wo es abgekühlt und
zu einer Platte 10 mit einer Dicke von beispielsweise etwa
0,7 mm umgewandelt wird, die sich beispielsweise aus 40 Gew.-% Polypropylen
und 60 Gew.-% Glasfilamenten, die in zwei zueinander senkrechten
Richtungen orientiert sind, zusammensetzt. Sie wird anschließend beispielsweise auf
ein Rohr 11 mit einem Durchmesser von 100 mm aufgewickelt.
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In 2 wird
ein Bündel 20 aus
parallelen Verbundfäden,
die sich beispielsweise aus Glasfilamenten und Polypropylenfilamenten
zusammensetzen, von einem oder mehreren Kettbäumen 21 abgewickelt
und in das Innere einer Strickmaschine 22 gebracht, die
mit einem Schusslegewagen 23 ausgerüstet ist, der mehrere Fäden 24 gleichzeitig
aufnehmen (diese Fäden
kommen von Rovings 25 und sind ebenfalls Verbundfäden) und
quer zur Bewegungsrichtung des Fadenbündels, beispielsweise mit 2
Fäden pro
cm, ablegen kann.
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Diese
Fäden 24 können mit
den Fäden
des Bündels
durch einen gleichzeitigen Strickvorgang verbunden werden, wobei
die Bindefäden
Produkte mit einer Feinheit – oder
einer längenbezogenen Masse – von kleiner
als 50 tex (g/km) sind. Das vernähte
Produkt läuft
anschließend
durch eine Verfestigungseinrichtung, die ähnlich derjenigen von 1 ist.
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In
einer wirtschaftlichen Abwandlung werden keine Bindefäden verwendet,
sondern es wird ein zweites Fadenbündel auf die Bahn aus Fäden gebracht,
die von dem Schusslegewagen abgelegt worden sind, um sie zu blockieren.
Die nicht vernähte Einheit
wird anschließend
direkt zu dem System zum Verfestigen und Aufwickeln gebracht.
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In
einer weiterentwickelten Abwandlung werden mehrere bewegliche Schusslegewagen
auf zwei Achsen in der Ebene verwendet, die es erlauben, mehrschichtige
Oberflächen
mit mehreren Richtungen, beispielsweise 0°/–45°/+45°/90°, herzustellen. Diese dickeren
Erzeugnisse können
gegebenenfalls durch Stricken verbunden und direkt in der Produktionslinie
durch Verschmelzen und Abkühlen
unter Druck verfestigt oder einfach durch Verschmelzen/Abkühlen ohne
Anwendung von Druck thermofixiert werden.
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In 3 ist
ein Verfahren zur Herstellung eines ebenen Erzeugnisses aus einem
verfestigten Glas/Thermoplast-Verbund gezeigt, in welchem zwei Bündel aus
parallelen Verbundfäden 30 und 31 und eine
Bahn aus Verbundfäden 32,
die von "Rovings" 33 kommen
und zur Form einer Matte aus Endlosfäden quer abgelegt werden, verwendet
werden.
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Die
Bündel
aus parallelen Fäden
können
von nicht in 3 gezeigten Spulengattern kommen
oder auf Kettbäumen 34 und 35 aufgewickelt
sein, wobei diese Fäden
durch Kämme 36, 37,
die sie parallel halten, und anschließend zwischen Abzugswalzen 38, 39 laufen,
die es erlauben, die Spannung der Fäden vor dem Eintritt in die
Verfestigungseinrichtung zu verringern.
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Zwischen
diese Bündel
werden mehrere Fäden 32 mittels
eines Schusslegewagens 40 abgelegt, der sich quer zur Bewegungsrichtung
der Bündel
hin- und herbewegt, um eine Matte (oder eine Bahn aus verschlungenen
Fäden)
zu bilden. Dieser Schusslegewagen ist beispielsweise mit einem Walzenabzugssystem
ausgerüstet,
das mit einem Venturi-Druckluftejektor gekoppelt ist.
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Der
Verbund aus Bündeln
und der Bahn läuft anschließend durch
die Endlosbänder 41 (aus
mit Polytetrafluorethylen – PTFE – imprägniertem
Glasgewebe) einer liegenden Doppelkaschierpresse 42. Diese
Doppelkaschierpresse umfasst eine Erwärmungszone 43, eine
Zone 44, die durch Wasserzirkulation gekühlt wird,
und Druckwalzen 45 zwischen diesen zwei Zonen, die das
geschmolzene thermoplasti sche Material unter einem Druck von beispielsweise
etwa 10 bis 20 N/cm2 verdichten.
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Nach
dieser Doppelbandpresse weist das Erzeugnis ein homogenes Aussehen
auf, das beispielsweise mit zwei Polypropylenfilmen 46 und 47 verbessert
werden kann, die auf beiden Seiten des Verbundes zwischen den Bändern der
Presse aufgebracht werden. Die erhaltene starre Folie wird anschließend entweder
auf einem Rohr 48 mit einem Durchmesser von beispielsweise
100 mm aufgewickelt oder kontinuierlich mittels nicht gezeigter
Klingen und einer automatischen Schere zu mehreren Rechtecken zugeschnitten.
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In
einer Abwandlung wird die Doppelbandpresse ersetzt durch eine Einrichtung,
die zwei mit PTFE beschichtete beheizte Walzen umfasst, an welche
sich ein Kalander mit zwei Kühlwalzen
anschließt.
Die zwei Oberflächenfilme 46 und 47 aus Polypropylen
werden in diesem Fall vorzugsweise in den Zwischenraum des gekühlten Kalanders
eingeführt.
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Das
in 4 gezeigte Verfahren ist ähnlich dem in 3 gezeigten
(wobei für
dieselben Elemente wieder dieselben Bezugszahlen genommen werden).
Der Unterschied liegt in dem Typ der Matte, die sandwichartig zwischen
den zwei Ketten aus parallelen Fäden
aufgenommen wird. Hier wird diese Matte beispielsweise von reinen
Glasfäden 50 gebildet,
die auf eine Länge
von 50 oder 100 mm zugeschnitten worden sind und in Querrichtung
von einem Ablenkblech 51 orientiert werden. Zwei Polypropylenfilme 52 und 53 mit
einer Dicke von beispielsweise 50 μm können gegebenenfalls auf beiden
Seiten dieser Matte zugeführt
werden. Zwei nicht gezeigte weitere Polypropylenfilme können ebenfalls
auf jeder Seite des Erzeugnisses hinzugefügt werden, um dessen Oberflächenaussehen
zu verbessern. Das erhaltene Erzeugnis kann aufgewickelt oder zu
Platten zugeschnitten werden.
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Die
aus Kurzfäden
bestehende Matte kann ebenfalls von einem Faden mit demselben Charakter wie
demjenigen der Fäden
des Bündels
(beispielsweise 60% Glas und 40% Polypropylen) gebildet werden.
In diesem Fall ist es nicht notwendig, Filme 52 und 53 in
den Kern des Erzeugnisses einzuführen.
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Der
in 5 gezeigte Vorrichtungsteil ist eine Abwandlung
des "Verfestigungsteils" der in den 1 und 2 gezeigten
Verfahren. Er folgt beispielsweise auf eine Webmaschine oder Strickmaschine
mit Eintragen von Schüssen 60.
Das Schmelzen des organischen Teils wird berührungslos mittels zweier Infrarotstrahlungsfelder 61 durchgeführt, die entfernbar
sind, um die Gefahr eines Abbaus (oder der Verbrennung) des Verbundes
während
des Anhaltens der Webmaschine zu vermeiden. Nach Umlenkung des teilweise
geschmolzenen Erzeugnisses auf einem thermostatierten Stab 62 wird
es in dem Zwischenraum eines auf beispielsweise 40°C befindlichen
Kalanders 63 verdichtet und abkühlt und läuft danach gegebenenfalls über einen
gebogenen Kühltisch 64.
Das von den Rollen 65, 66 angetriebene Erzeugnis
wird anschließend
zu Platten 67 mittels einer oder mehrerer Schneideinrichtungen 68 zugeschnitten.
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Im
Falle eines Anhaltens der Webmaschine (oder Strickmaschine) zieht
ein Sammler 69 den Teil des Erzeugnisses, der sich zwischen
dem Ende der Infrarotfelder und dem Eintritt des Kalanders befindet,
nach hinten, um Bereiche aus unverdichtetem Erzeugnis, die dem jeweiligen
Anhalten entsprechen, zu vermeiden. Außerdem entfernt, um den Abbau des
Erzeugnisses auf dem Umlenkstab zu vermeiden, der beispielsweise
auf 220°C
thermostatiert ist, ein Abnahmestab 70 das Erzeugnis.
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Das
Verfahren von 6 ist eine Abwandlung des in
Bezug auf 5 beschriebenen Verfahrens und
ergibt Erzeugnisse, die ohne Verfestigung einfach thermofixiert
worden sind. Das vorhergehende System zum Verdichten/Abkühlen durch
Kalander und gebogenen Kühltisch
ist hier durch Kasten 71 zum Aufblasen von Luft ersetzt
worden.
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Die
erfindungsgemäß hergestellten
Platten sind besonders für
die Herstellung von Verbundartikeln durch Formgebung geeignet.