DE60114096T2

DE60114096T2 - Kontinuieriche Imprägnierung von sehr langen Fasern mit Harz zur Herstellung von langestreckten Verbundelementen

Info

Publication number: DE60114096T2
Application number: DE60114096T
Authority: DE
Inventors: Henri Hinc; Jean-Paul Meraldi; Antoine Virdis; Fernand Genoud
Original assignee: Conception et Developpement Michelin SA
Current assignee: Conception et Developpement Michelin SA
Priority date: 2000-07-17
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2021-07-13
Also published as: DE60114096D1; BR0102926A; US20030015827A1; EP1174250A1; JP2002096399A; BR0102926B1; US6926853B2; ATE307021T1; EP1174250B1; JP4832672B2; US7484949B2; US20050173823A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines sehr langen langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils, das sehr lange Verstärkungsfasern enthält, die in eine Matrix aus gehärtetem Harz eingebettet sind.
Zur Herstellung von Strukturteilen, Werkstücken oder Verstärkungselementen wird aufgrund des besseren Dauerverhaltens, das mit Verbundwerkstoffen erzielt werden kann, immer häufiger die Verwendung von Verbundwerkstoffen in Betracht gezogen. Die Verbundwerkstoffe ermöglichen bei gleichwertigen mechanischen Eigenschaften vielfach eine erhebliche Gewichtsersparnis. Bei Anwendungen, bei denen der Verbundwerkstoff stark beansprucht wird, ist es ferner von großer Bedeutung, vollen Nutzen aus der Verstärkungswirkung der Fasern ziehen zu können. Dies setzt eine umfassende Kontrolle bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen voraus.
Die Aufgabe des Harzes besteht darin, die Fasern fest miteinander zu verbinden und Beanspruchungen auf die Fasern zu übertragen. Es ist sehr wichtig, dass die Fasern vollständig durchtränkt sind und dass sie gleichmäßig und gemäß dem gewünschten Verstärkungsgrad über den gesamten Querschnitt des Verbundwerkstoff-Elements verteilt sind.
Eines der bekannten Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoff-Teilen mit guten mechanischen Eigenschaften wird als "Pultrusion" bezeichnet. Dabei werden endlose Verstärkungsfasern abgewickelt, durch Vakuumeinwirkung entgast und in ein Harzbad getaucht, um die Imprägnierung der Fasern mit dem Harz sicher zu stellen, wie es beispielsweise in dem Patent US3730678 beschrieben ist. Bei einem weiteren Verfahren wird vorgeschlagen, die Einheit aus Fasern und Imprägnier-Harz durch eine beheizte Düse zu ziehen, um zumindest eine teilweise Polymerisation des Harzes zu erreichen. Auf diese Weise können kontinuierlich Produkte mit einem Querschnitt gezogen werden, der durch die Form der Düse vorgegeben ist. Leider eignet sich die Pultrusion aufgrund der ziemlich langsamen und schwierigen Imprägnierung nur wenig für hohe Arbeitstakte. Darüber hinaus schränkt auch die Kinetik der Wärmeübertragung die Fertigungsgeschwindigkeiten deutlich ein.
In der Druckschrift GB-A-1080562 ist ein Verfahren zur Herstellung von langgestreckten Verbundwerkstoff-Produkten beschrieben, worin die Verstärkungsfasern in einer ersten und einer zweiten Kammer, die unter Vakuum gehalten werden, imprägniert werden.
Eine weitere bekannte Möglichkeit besteht darin, die Verstärkungsfasern wie gewünscht in einer Form anzuordnen, ein Vakuum zu erzeugen und schließlich die Fasern mit dem Harz zu tränken. Das Vakuum ermöglicht eine sehr wirksame Imprägnierung. Dieses Verfahren eignet sich gut für die Herstellung von Stücken begrenzter und geeigneter Größe, da eine Form eingesetzt wird, die der Form und den Abmessungen des Werkstücks entspricht. Wenn aber kontinuierlich sehr lange Stücke hergestellt werden sollen, ist es nicht leicht, die Fasern richtig zu imprägnieren. Je stärker der Produktionsrhythmus erhöht werden soll, desto schwerer ist es, eine vollkommene Durchtränkung der Fasern mit dem Harz zu garantieren.
Der Markterfolg von Verbundwerkstoffen ist außerdem auch von ihren Gestehungskosten abhängig. Es ist deshalb von sehr hoher Bedeutung, Verfahrenswege angeben zu können, die unter möglichst wettbewerbsfähigen wirtschaftlichen Bedingungen für hohe Fertigungstakte geeignet sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine möglichst vollständige Imprägnierung der Fasern auf eine Art und Weise zu erreichen, die mit sehr hohen Fertigungstakten kompatibel ist. Die Aufgabe besteht darin, dieses Ergebnis auf eine Art und Weise zu erzielen, die mit einer kontinuierlichen Fertigung kompatibel ist.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines sehr langen langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils vor, das Verstärkungsfasern enthält, die in eine Matrix auf Basis einer Zusammensetzung eingebettet sind, die ein härtbares Harz enthält, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet, die Schritte umfassen, die zum Ziel haben, eine Anordnung von Verstärkungsfasern herzustellen und die Anordnung fortzubewegen, um sie nacheinander und in Vorwärtsrichtung den folgenden Arbeitsgängen zu unterziehen:

– Entgasen der Anordnung von Fasern durch Vakuumeinwirkung in einer ersten Behandlungskammer,
– Imprägnieren der Anordnung von Fasern mit der Zusammensetzung in einer zweiten Behandlungskammer, die von der ersten Behandlungskammer getrennt ist, zur Herstellung eines imprägnierten Produkts, das die Fasern und die Zusammensetzung enthält, wobei die Anordnung unter Luftabschluss gehalten wird,
– Hindurchleiten des imprägnierten Produkts durch eine Düse mit einem Querschnitt vorgegebener Fläche und Form, um das imprägnierte Produkt in eine vorbestimmte Form zu bringen, und
– stromabwärts der Düse Stabilisieren der Form des imprägnierten Produkts durch eine zumindest teilweise Polymerisation des Harzes des imprägnierten Produkts.

Es wird darauf hingewiesen, dass von "sehr langen Fasern" gesprochen wird, da die Länge nicht durch Zwänge beschränkt ist, die aus dem Herstellungsverfahren resultieren, wobei das Verfahren als kontinuierlich eingestuft werden kann. Gemäß einem interessanten Aspekt der vorliegenden Erfindung und im Unterschied zu der herkömmlichen Pultrusion spielt die Kalibrierdüse bei der Polymerisation des Harzes keine Rolle.
Der Stabilisierungsschritt wird vorzugsweise so lange fortgeführt, bis die Zusammensetzung ein festes Medium bildet (Stadium, das als Gelbildung bezeichnet wird oder noch darüber hinaus geht), damit das Produkt eine hinreichende Kohäsion für eine anschließende Handhabung mit den damit unterstellten mechanischen Beanspruchungen besitzt, beispielsweise um weiteren Behandlungen unterzogen werden zu können oder als Zwischenprodukt zur Einarbeitung in ein Endprodukt verwendet werden zu können, ohne dass die Gefahr einer "Durchtrocknung" der Fasern besteht, in deren Verlauf der Harzgehalt des Vorformlings in unkontrollierter Weise abnimmt. Ziel der Stabilisierung ist es daher vorzugsweise, einen minimalen Polymerisationsgrad zu erreichen, mit dem bei einer späteren Behandlung des Harzes (in Wirklichkeit bei einer Behandlung des Verbundwerkstoffs oder des Produkts, in das er eingearbeitet ist) ein Ausfließen von Harz unter der Einwirkung der Temperatur oder sogar unter der Einwirkung von Druck völlig vermieden werden kann. Ein weiteres Ziel der Stabilisierung besteht vorzugsweise darin, einen minimalen Polymerisationsgrad zu erreichen, der es ermöglicht, dem stabilisierten imprägnierten Produkt eine Knickfestigkeit seiner Fasern bei einer späteren Biegebeanspruchung zu verleihen.
Die Zusammensetzung enthält vorteilhaft ein Harz, das durch eine ionisierende Strahlung härtbar ist, und der Stabilisierungsschritt wird vorteilhaft mittels einer geeigneten Behandlung durchgeführt, beispielsweise durch eine ionisierende Strahlung. Als geeignete ionisierende Strahlung wird die Verwendung einer Strahlung im Bereich ultraviolett – sichtbar im Spektrum von 300 bis 450 nm oder eines Strahls beschleunigter Elektronen vorgeschlagen. Mit der durch ionisierende Strahlung ausgelösten Polymerisation kann nicht nur der stabilisierte imprägnierte Zustand erreicht werden, sondern es kann auch der Polymerisationsprozess durch Beenden der Strahlungsemission angehalten werden. Es ist nämlich auch das Ziel der Stabilisierung, einen maximalen Polymerisationsgrad nicht zu überschreiten, damit das stabilisierte imprägnierte Produkt später beispielsweise auf sich selbst oder auf Kautschuk geklebt werden kann.
Es kann eine Zusammensetzung gewählt werden, die ein Harz enthält, das durch ein Peroxid härtbar ist, und der Stabilisierungsschritt wird mittels Energiezufuhr (Kalorien), beispielsweise durch Einwirkung von Mikrowellen, durchgeführt. Es kann auch eine Zusammensetzung gewählt werden, die ein Harz enthält, das durch eine ionisierende Strahlung härtbar ist, und die Polymerisation des Stabilisierungsschritts wird mit Hilfe einer ionisierenden Behandlung ausgelöst und gesteuert. Diese letztgenannte Variante ist von besonderem Interesse, da sie die Möglichkeit für verschiedene Verfahren zur Verflüssigung des Harzes eröffnet, wodurch die Imprägnierung der Faseranordnung erleichtert wird.
Nach einem anderen Aspekt schlägt die Erfindung deshalb ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines sehr langen langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils vor, das Verstärkungsfasern enthält, die in eine Matrix auf Basis einer Zusammensetzung eingebettet sind, die ein durch eine ionisierende Strahlung härtbares Harz enthält, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

– Herstellen einer Anordnung von Verstärkungsfasern und Fortbewegen der Anordnung, um sie nacheinander und in Vorwärtsrich tung den nachfolgenden Arbeitsgängen zu unterziehen, wobei die Anordnung unter Luftabschluss gehalten wird,
– Imprägnieren der Anordnung von Fasern mit der Zusammensetzung zur Herstellung eines imprägnierten Produkts, das die Fasern und die Zusammensetzung enthält,
– Hindurchleiten des imprägnierten Produkts durch eine Düse mit einem Querschnitt vorgegebener Fläche und Form, um das imprägnierte Produkt in eine vorbestimmte Form zu bringen, und
– stromabwärts der Düse Stabilisieren der Form des imprägnierten Produkts durch eine zumindest teilweise Polymerisation des Harzes des imprägnierten Produkts, wobei die zumindest teilweise Polymerisation durch eine ionisierende Strahlung ausgelöst und gesteuert wird.

Die Wirksamkeit der Imprägnierung kann selbstverständlich noch verstärkt werden, indem vor der Imprägnierung die Faseranordnung durch Vakuumeinwirkung entgast wird.
Es wird vorgeschlagen, als geeignete ionisierende Strahlung eine Strahlung im Bereich von 300 bis 450 nm zu verwenden, der nachfolgend wie üblich als Spektralbereich ultraviolett – sichtbar bezeichnet wird. Nebenbei kann darauf aufmerksam gemacht werden, dass der gewünschte Polymerisationsgrad erzielt wird, indem beispielsweise die Zeitspanne für die Behandlung mit Strahlung im Bereich ultraviolett – sichtbar angepasst wird (Abspulgeschwindigkeit, Länge der Polymerisationsvorrichtung).
Bei einer speziellen Ausführungsform wird vorgeschlagen, den Polymerisationsgrad experimentell durch Analyse der Shore D-Härte der Zusammensetzung zu steuern. Die unten angegebenen Werte für die Shore-Härte werden mit einem Shore D-Durometer bestimmt, wie es in der Norm NF T 46-052 beschrieben ist. Wenn der am Ende vorlie gende Verbundwerkstoff Shore D-Härten in der Größenordnung von 90 bis 95 aufweisen soll, wird die Bestrahlung mit einer ionisierenden Strahlung beispielsweise bevorzugt beendet, nachdem die Shore D-Härte der Zusammensetzung des stabilisierten imprägnierten Produkts einen Wert von über 45 erreicht hat und bevor die Shore D-Härte der Zusammensetzung des stabilisierten imprägnierten Produkts einen Wert von über 65 erreicht hat. Allgemeiner wird vorgeschlagen, dass der Schritt der Bestrahlung mit einer ionisierenden Strahlung beendet wird, nachdem der Index D, der der Shore D-Härte der Zusammensetzung des stabilisierten imprägnierten Produkts dividiert durch die Shore D-Härte der Zusammensetzung des am Ende vorliegenden Verbundwerkstoffs entspricht, einen Wert in der Größenordnung von 0,5 erreicht hat und bevor dieser Index D einen Wert in der Größenordnung von 0,7 erreicht hat.
Der Polymerisationsgrad kann ferner experimentell mittels Analyse der Glasübergangstemperatur T_g der Zusammensetzung gesteuert werden. Es wird eine Anleitung für die Praxis vorgeschlagen, nach der unter Betrachtung des Index T = T_gf – T_gpr, worin T_gpr die Glasübergangstemperatur der Zusammensetzung des stabilisierten imprägnierten Produkts und T_gf die Glasübergangstemperatur der Zusammensetzung des am Ende vorliegenden Verbundwerkstoffs ist, die Bestrahlung mit einer ionisierenden Strahlung beendet wird, nachdem der Index T einen Wert unter 120 °C erreicht hat und bevor der Index T einen Wert unter 30 °C erreicht hat. So wird beispielsweise in einem Fall, bei dem die Glasübergangstemperatur T_g der Zusammensetzung des am Ende vorliegenden Verbundwerkstoffs in der Größenordnung von 160 °C liegen soll, die Bestrahlung mit einer ionisierenden Strahlung beendet, nachdem die Glasübergangstemperatur der Zusammensetzung des stabilisierten imprägnierten Produkts einen Wert in der Größenordnung von 40 °C erreicht hat und bevor die Glasübergangstemperatur T_g der Zusammensetzung des stabilisier ten imprägnierten Produkts einen Wert in der Größenordnung von 130 °C erreicht hat.
Der Stabilisierungsschritt wird vorzugsweise in neutraler Atmosphäre durchgeführt. Im Anschluss sind verschiedene Optionen möglich. Es kann in Betracht gezogen werden, den Stabilisierungsschritt bis zur vollständigen Polymerisation des Harzes fortzusetzen. Das stabilisierte imprägnierte Produkt kann auch nach dem Stabilisierungsschritt einer thermischen Behandlung unterzogen werden, in deren Verlauf seine Temperatur erhöht wird, vorzugsweise auf eine Temperatur über der am Ende vorliegenden Glasübergangstemperatur Tg der Zusammensetzung. Eine geeignete Behandlungstemperatur liegt beispielsweise in der Größenordnung von mindestens 150 °C. Die am Ende resultierenden Eigenschaften des Stoffs sind nicht ausschließlich und nicht einmal hauptsächlich auf die Stabilisierung zurückzuführen. Sie sind zu einem großen Teil auch das Ergebnis der ergänzenden thermischen Behandlung.
Aufgrund der Tatsache, dass die Steuerung des Polymerisationsgrads bei dem Schritt zum Starten der Polymerisation des Harzes nicht auf thermischen Wege erfolgt, ist es möglich, die Viskosität der Zusammensetzung während des Schrittes zum Imprägnieren der Fasern durch eine gemäßigte Erhöhung der Temperatur der Zusammensetzung einzustellen. Es kann beispielsweise auf etwa 80 °C erwärmt werden, ohne dass daraus eine deutliche Auswirkung auf die Stabilität des Harzes resultiert. Dies ermöglicht eine bessere Durchtränkung der Fasern. Auf diese Weise steht ein Parameter zur Steuerung der Imprägnierphase zur Verfügung, der von den Parametern der späteren Schritte des Verfahrens unabhängig ist.
In Bezug auf die geeigneten Harze soll zur Erläuterung angegeben werden, dass das Harz unter den Vinylester-Harzen und den Polyes ter-Harzen, die ungesättigt sind, ausgewählt werden kann oder dass es sich auch um ein Epoxyharz handeln kann.
Bezüglich der Verstärkungsfasern sei angegeben, dass sie unter den organischen Fasern, wie den Fasern aus hochzähem Polyacryl oder den Fasern aus oxidiertem Polyacrylnitril, den Fasern aus hochzähem Polyvinylalkohol, den aromatischen Polyamidfasern, den Polyamidimidfasern oder den Polyimidfasern, den Polychloridfasern, den Fasern aus hochzähem Polyester oder den Fasern aus aromatischem Polyester, den Fasern aus hochzähem Polyethylen, den Fasern aus hochzähem Polypropylen, den Cellulosefasern, den Rayonfasern oder den Fasern aus hochzäher Viskose, den Fasern aus Polyphenylenbenzobisoxazol und den Fasern aus Polyethylennaphthenat ausgewählt sein können; sie können auch unter den anorganischen Fasern ausgewählt sein, wie den Glasfasern, den Kohlenstoff-Fasern, den Quarzfasern und den keramischen Fasern (Aluminiumoxid, Aluminiumsilicat, Borosilicoaluminat) ausgewählt werden. Bei dem Verfahren werden vorzugsweise unidirektionelle Fasern verwendet, die zu der mindestens einen bevorzugten Verstärkungsrichtung parallel sind und die während der Imprägnierung mit der Zusammensetzung im Wesentlichen parallel angeordnet werden.
Die Zusammensetzung enthält vorzugsweise einen Photoinitiator für die Polymerisation und die Strahlung liegt im Spektralbereich ultraviolett – sichtbar. In diesem Fall wird vorzugsweise eine Glasfaser eingesetzt. Die teilweise Polymerisation der Zusammensetzung wird durch Bestrahlung mit Strahlung im Bereich ultraviolett – sichtbar (UV-Röhre Philips TLK 40W/03) während einer geeigneten Zeitspanne durchgeführt. Das imprägnierte Produkt erweist sich als hinreichend transparent für die Strahlung, so dass eine homogene Polymerisation erzielt wird.
Als Variante oder Ergänzung zu den oben angegebenen Erläuterungen in Hinblick auf die Viskosität der Zusammensetzung kann die Viskosität auch durch ein mit dem Harz copolymerisierbares Monomer eingestellt werden, das zu der Zusammensetzung gegeben wird und dessen Mengenanteil variiert wird. Bei dem Monomer, dessen Mengenanteil variiert wird, handelt es sich beispielsweise um Styrol. Ein geeigneter Photoinitiator ist Bis(2,4,6-Trimethylbenzoyl)-phenylphosphinoxid (Photoinitiator Irgacure 819).
Gemäß einem weiteren besonderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur festen Verbindung eines Verbundwerkstoffs mit Kautschuk. Zu diesem Zweck und vorzugsweise wird eine Schicht von Resorcin-Formaldehyd-Latex (RFL)-Klebstoff auf der Oberfläche des langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils abgeschieden. Bei einer speziellen Anwendung kann die RFL-Klebstoffschicht getrocknet werden, ohne dass die Temperatur über 100 °C steigt, d.h. ohne thermische Behandlung bei hoher Temperatur, bevor die Kautschukschicht aufgebracht wird. Beim endgültigen Abformen, beispielsweise nach dem Einbringen des langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils als Verstärkung in eine Matrix aus Kautschuk, wird eine sehr feste Verbindung zwischen dem langgestreckten Verbundwerkstoff-Teil und dem Kautschuk hergestellt. Durch die Verwendung eines nicht polymerisierten RFL-Klebstoffs muss nicht auf spezielle Elastomere zurückgegriffen werden, um den Kautschuk auf den Verbundwerkstoff zu kleben.
Die Erfindung schlägt ferner eine Anlage zur Fertigung eines langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils mit unbestimmter Länge vor, das am Ende einen vorab definierten Querschnitt aufweist und das Verstärkungsfasern enthält, die einen Gesamtfaserquerschnitt bilden, der vorab definiert ist und der kleiner ist als der am Ende vorliegende Querschnitt, wobei die Fasern in eine Matrix auf Basis einer Zusam mensetzung eingebettet werden, die ein härtbares Harz enthält, wobei die Anlage umfasst:

– eine Vakuumkammer,
– ein Eingangsrohr mit starren Wänden, das eine Einlassöffnung und eine Öffnung stromabwärts aufweist, die in die Vakuumkammer mündet, wobei das Rohr einen minimalen Querschnitt hat, der größer ist als der Gesamtfaserquerschnitt, und wobei die zwischen der Einlassöffnung und der Öffnung stromabwärts bestimmte Länge des Rohrs bezogen auf den minimalen Querschnitt sehr groß ist,
– eine Imprägnierkammer,
– ein Verbindungsrohr mit starren Wänden zwischen der Vakuumkammer und der Imprägnierkammer, das eine Einlassöffnung aufweist, die mit der Vakuumkammer in Verbindung steht, und eine Öffnung stromabwärts, die in die Imprägnierkammer mündet, wobei das Verbindungsrohr einen minimalen Querschnitt hat, der größer ist als der Gesamtfaserquerschnitt, und wobei die zwischen der Einlassöffnung und der Öffnung stromabwärts bestimmte Länge des Verbindungsrohrs bezogen auf den minimalen Querschnitt sehr groß ist,
– eine Düse zum Kalibrieren des langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils und
– stromabwärts der Kalibrierdüse Mittel, um zumindest eine Vorpolymerisation des Harzes durchzuführen.

Mit der Erfindung kann die Faseranordnung insbesondere durch eine vorgeschaltete Vakuumbehandlung wirksam und kontinuierlich imprägniert werden. Zuvor brachte der Einsatz des Vakuums Probleme in Hinblick auf die Dichtigkeit mit sich, so dass in der Praxis nur zur Fertigung von Teilen mit Hilfe einer Form, d.h. zur Fertigung eines Teils nach dem anderen und nicht kontinuierlich, davon Gebrauch gemacht wurde. Die Vakuumbehandlung wurde üblicherweise mit Hilfe einer geschlossenen Kammer durchgeführt, in die zuvor die Gruppe von Fasern eingebracht worden war, die imprägniert werden sollte.
Die Verwendung von starrwandigen Rohren sowohl für die Einlassöffnung in die Vakuumkammer als auch für die Öffnung am Ausgang der Vakuumkammer und die Weiterleitung von der Vakuumkammer bis zur Imprägnierkammer erweist sich als kompatibel mit hohen Durchlaufgeschwindigkeiten der Fasern durch die Öffnungen, ohne dass die Fasern reißen, sie ermöglicht es aber auch, dass eine Dichtigkeit gewährleistet ist, die sich als ausreichend erweist. Es ist ausreichend, erforderlichenfalls auf experimentellem Wege unter Berücksichtigung des Gesamtquerschnitts der zu behandelnden Fasern den größten Durchlassquerschnitt zu ermitteln, mit dem noch eine hinreichende Dichtigkeit geboten ist, wobei die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Fasern und die Länge der Rohre berücksichtigt werden. Eine große Länge befördert die Dichtigkeit.
Vorteilhaft hat mindestens eines der Rohre einen Querschnitt, der im Verlauf von der Einlassöffnung in Richtung der Öffnung stromabwärts nicht zunimmt und sich vorzugsweise verengt. Dies bietet einen guten Kompromiss zwischen den kleinstmöglichen Reibungen der Fasern an den Wänden und einer guten Dichtigkeit. Die Dichtigkeit der betreffenden Rohre ist natürlich nur relativ. In Hinblick auf einen dynamischen Betrieb bedeutet dies, dass im Vergleich mit der Saugleistung der verwendeten Vakuumpumpe nur wenig Luft in die Vakuumkammer strömt. In Anbetracht der Viskosität des Harzes, des Druckunterschieds zwischen der Vakuumkammer und der Imprägnierkammer, des Querschnitts und der Länge des Durchlasses zwischen der Vakuumkammer und der Imprägnierkammer sowie in Anbetracht der Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Fasern, wodurch es zu einem Rücklaufeffekt des Harzes in Richtung der Im prägnierkammer kommt, entweicht in der Praxis praktisch kein Harz in die Vakuumkammer.
Anhand der beigefügten Zeichnung werden nun zwei Beispiele zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, wobei die Zeichnung schematisch verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Behandlungsanlage zeigt.
1 zeigt ein Schema einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage,
2 ist eine Vergrößerung eines Teils der Anlage gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 zeigt ein Schema eines weiteren Teils der Anlage gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
4 ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage,
5 ist eine weitere Schnittansicht der zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage, wobei die Schnittebene senkrecht zur Schnittebene von 4 verläuft,
6 ist eine Vergrößerung eines Teils der Anlage gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung und
7 zeigt ein Schema eines weiteren Teils der Anlage gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die Erfindung eignet sich für eine Vielzahl verschiedener Querschnittsformen des hergestellten Verbundwerkstoffs, der die geeigneten, in das gewählte Harz eingebetteten Fasern enthält. Die 1 bis 3 zeigen eine Anlage, die insbesondere an die Fertigung eines langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils mit rundem Querschnitt angepasst ist. In 1 ist zu sehen, dass die Fasern P1 kontinuierlich von einer Spule abgewickelt werden. Die Verstärkungsfasern werden im Allgemeinen in Rovings angeliefert, d.h. in Bündeln von Fasern, die in paralleler Anordnung auf eine Spule aufgewickelt sind (es werden beispielsweise – auch als Filamente bezeichnete – Fasern verwendet, die unter der Bezeichnung PPG 2001 – 300 TEX im Handel sind).
Der Verbundwerkstoff tritt beispielsweise in Form eines fadenförmigen Gebildes P4 mit einem beliebig großen runden Querschnitt aus, der durch eine Aufwickelvorrichtung mitgenommen wird, die eine Rolle 140 und eine Aufnahmespule 141 umfasst. Durch die Zugkraft der Rolle 140 können die Fasern in paralleler Anordnung durch die gesamte Anlage vorwärts bewegt werden.
Es sind nacheinander eine Vakuumkammer 110, eine Imprägnierkammer 120 und eine Stabilisierungskammer 130 dargestellt. Die Fasern P1 werden durch ein starrwandiges Eingangsrohr 112 in die Vakuumkammer 110 eingeführt. Die Vakuumkammer ist durch die Öffnung 115 mit einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe verbunden. Die Funktion des Eingangsrohrs 112 besteht darin, die Dichtigkeit bei kontinuierlichem Betrieb mit hoher Geschwindigkeit sicher zu stellen. Wenngleich der theoretische Durchlassquerschnitt des Eingangsrohrs 112 deutlich über dem kumulierten Gesamtquerschnitt der Gesamtheit der Fasern liegt, die durch die Rolle 140 gezogen werden, wurde festgestellt, dass für Druckniveaus in der Größenordnung von 0,1 bar (absoluter Druck) eine ausreichende Dichtigkeit erzielt wurde, obwohl der Querschnitt des Eingangsrohrs 112 größenordnungsmäßig zwei Mal größer war als der kumulierte Querschnitt der zu imprägnierenden Fasern. Unter "kumuliertem Querschnitt" wird die Summe der Einzelquerschnitte der einzelnen Fasern verstanden. Die Länge des Eingangsrohrs l₁ ist vorzugsweise 30 Mal größer als die minimale Abmessung d₁ des kleinsten Querschnitts des Eingangsrohrs.
Eine weitere mögliche Funktion des Eingangsrohrs 112 besteht darin, die Anordnung von Fasern in Abhängigkeit von der Form des Verbundwerkstoffs, der hergestellt werden soll, vorzubereiten. Es wird beispielsweise eine Hohlnadel 112A (mit rundem Querschnitt, siehe 2) verwendet.
Es ist wünschenswert, dass die Größe des Querschnitts des Rohrs nicht unabhängig von der Länge des Rohrs bestimmt wird. Je größer die Länge l₁ des Einganggrohrs ist, desto leichter kann eine dynamische Vakuumdichtigkeit gewährleistet werden. In der Praxis wird die erzielte Dichtigkeit dann als hinreichend betrachtet, wenn der Durchfluss der Luft, die trotz allem von der Atmosphäre in die Vakuumkammer dringen kann, viel kleiner ist als der Durchsatz, den die Vakuumpumpe liefern kann. Je größer die Länge des Eingangsrohrs ist, desto eher kann ein Querschnitt des Eingangsrohrs toleriert werden, der im Verhältnis zum Querschnitt der Fasern, die durch die Anlage laufen, eine minimale Größe aufweist.
Analog zu den Erläuterungen in Hinblick auf das Eingangsrohr kann es sich auch bei dem Verbindungsrohr um eine Hohlnadel mit rundem Querschnitt handeln (siehe 119A in 2).
Danach ist die Imprägnierkammer 120 dargestellt. In dem hier beschriebenen Beispiel handelt es sich um einen dichten geschlossenen Raum, der aus einem außen gelegenen Behälter 121 über eine Rohrleitung mit Harz versorgt wird. In die Rohrleitung ist vorzugsweise eine Dosierpumpe 123 eingefügt. Auf diese Weise ist es möglich, dass sehr genaue Kenntnisse über die verwendete Menge des Imprägnierharzes vorliegen. Die dichte Imprägnierkammer 120 ist vollständig mit Harz gefüllt. Die Fasern laufen durch das Verbindungsrohr 119 mit der Länge l₂ von der Vakuumkammer in die Imprägnierkammer. Die Anordnung von Fasern P2, die in das Verbindungsrohr 119 ge langt, hat eine Vakuumbehandlung durchlaufen. Die Anordnung von Fasern befindet sich daher in einem Zustand, in dem sie sehr aufnahmebereit für das Harz ist.
Die Funktion des Verbindungsrohrs 119 besteht auch darin, die Dichtigkeit zwischen dem Vakuum und dem Harz, mit dem die Imprägnierkammer gefüllt ist, sicher zu stellen. Bezüglich des Verbindungsrohrs wurde festgestellt, dass es ausreicht, wenn die Länge l₂ 40 Mal größer ist als die minimale Abmessung d₂ des minimalen Querschnitts, wobei der Querschnitt des Rohrs in der Größenordnung des Zweifachen des kumulierten Querschnitts der Fasern, die imprägniert werden sollen, liegt.
Stromabwärts der Imprägnierkammer findet sich eine Kalibrierdüse 129. Die Funktion der Kalibrierdüse besteht darin, das imprägnierte Produkt P3 in Form zu bringen, bevor die Polymerisation des Harzes beginnt. Abgesehen von der Formgebung soll auch eine hohe Genauigkeit bezüglich der Größenabmessung des Endprodukts sicher gestellt werden. Die Kalibrierdüse weist beispielsweise einen runden Querschnitt auf (siehe 129A in 2), wobei die Länge l₃ der Düse 50 Mal größer ist als die kleinste Abmessung d₃ des minimalen Querschnitts.
Die Kalibrierdüse 129 oder 129B kann bei der Bestimmung des Fasergehalts im Verhältnis zu dem Harz eine Rolle spielen. Der Fasergehalt im Verhältnis zu dem Harz ist von dem minimalen Durchlassquerschnitt in der Kalibrierdüse im Verhältnis zum Gesamtquerschnitt der Fasern, die in paralleler Anordnung durch die Anlage laufen, abhängig. Es wird zu sehen sein, dass die Dosierung auch mit Hilfe einer volumetrischen Pumpe gesteuert werden kann.
Jenseits der Kalibrierdüse 129 oder 129B für das imprägnierte Produkt befindet sich eine Stabilisierungskammer 130. Das Imprägnierharz ist bei Umgebungstemperatur relativ flüssig. Es besitzt keinerlei eigene mechanische Stabilität. Es ist daher erforderlich, das Harz in die feste Phase zu überführen, um das langgestreckte Verbundwerkstoff-Teil handhaben zu können, oder auch, um es zu lagern. Es kann eines der bekannten Verfahren angewandt werden, beispielsweise eine Initiierung der Polymerisation des Harzes auf thermischem Wege, oder es kann wie in diesem Ausführungsbeispiel eine Initiierung der Polymerisation des Harzes durch eine ionisierende Strahlung, beispielsweise durch ultraviolette Strahlung, durchgeführt werden.
Die Stabilisierungskammer der Anlage umfasst ferner eine Vorrichtung, mit der die Zusammensetzung, die die Fasern enthält, einer ionisierenden Strahlung ausgesetzt werden kann, um die Polymerisation des Harzes zu starten und ein stabilisiertes imprägniertes Produkt zu erhalten, worin die Zusammensetzung im Wesentlichen in fester Phase vorliegt.
Die Stabilisierungskammer enthält vorteilhaft ein dichtes Rohr 132, das eine zumindest teilweise für die ionisierende Strahlung transparente Wand umfasst. Der Schritt zur Stabilisierung des imprägnierten Produkts findet statt, während das imprägnierte Produkt P3 in keinerlei Kontakt zu einem Träger steht (siehe 3). Eine Strahlungsquelle ist außerhalb des dichten Rohrs 132 angeordnet, um die Zusammensetzung des imprägnierten Produkts P3 vor Sauerstoff geschützt der UV-Strahlung aussetzen zu können. Es sind um das dichte Rohr 132 angeordnete Bestrahlungsröhren 131 zu sehen, beispielsweise UV-Röhren Philips TLK 40W/03, die eine Strahlung im Spektralbereich ultraviolett – sichtbar liefern.
Die Anlage eignet sich gut für hohe Behandlungstakte. Je höher der Takt ist, desto größer sollte die Länge der verschiedenen Behandlungszonen sein, nämlich die Länge L_V der Vakuumkammer 110, die Länge L_I der Imprägnierkammer 120 und die Länge L_S der Stabilisierungskammer.
Die 4 bis 7 zeigen eine Anlage, mit der ein Band R4 hergestellt wird, das einen Querschnitt von 0,2 mm auf 5 mm aufweist. Es sind ein Eingangsrohr 212, eine Vakuumkammer 210, ein Verbindungsrohr 219, eine Imprägnierkammer 220, ein Behälter 221 für das Harz und eine Dosierpumpe 223, eine Kalibrierdüse 229 und eine Stabilisierungskammer 230 zu sehen. Die Kalibrierdüse weist einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei die Länge der Düse 100 Mal größer ist als die minimale Abmessung des minimalen Querschnitts. In 6 ist eine Kalibrierdüse 229B mit rechteckigem Querschnitt dargestellt, der zwischen dem Eingang 229BI und dem Ausgang 229BO veränderlich ist. Die stromaufwärts gelegene Öffnung der Düse weist beispielsweise einen Querschnitt von 10 mm × 0, 5 mm auf. Die Zwischenabschnitte können verschiedene Proportionen aufweisen, wobei ihre Fläche jedoch zumindest in einem Teil der Kalibrierdüse abnimmt. In dem gewählten Beispiel entspricht der Querschnitt am Ausgang nicht genau dem Querschnitt des gefertigten Bands, nämlich zur Erinnerung 5 mm × 0,2 mm. Die Größe der stromabwärts gelegenen Öffnung der Kalibrierdüse kann etwas größer sein (beispielsweise 5,3 mm × 0,25 mm).
Es sei daran erinnert, dass das Eingangsrohr auch die Funktion hat, für eine erste Formung des Verbundwerkstoffs, der hergestellt werden soll, zu sorgen. Es geht ferner darum, die Gesamtheit der Fasern so homogen wie möglich über den gesamten Durchlassquerschnitt, den das Eingangsrohr bietet, zu verteilen. Es wird vorgeschlagen, durch Vervielfachung der Führungseinrichtungen im Eingangsrohr eine homogene Verteilung sicher zu stellen. Dieses wird beispielsweise von einer Anordnung von Hohlnadeln 212B mit rundem Querschnitt gebildet, die parallel zueinander angeordnet sind (siehe 6).
In der zweiten Ausführungsform findet der Schritt zur Stabilisierung des imprägnierten Produkts statt, während das imprägnierte Produkt in ständigem Kontakt mit einem Träger ist, ohne dass es im Verhältnis zu dem Träger gleiten gelassen wird. Die Fasern P1 werden durch das starrwandige Eingangsrohr 212 in die Vakuumkammer 210 eingeführt. Die Vakuumkammer ist mit einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe verbunden. Abgesehen von der Stabilisierungskammer ist die Anlage sehr ähnlich und es ist daher unnötig, ausführlich auf diese Aspekte zurück zu kommen.
Die Stabilisierungskammer 230 umfasst einen beweglichen Radkranz 232, in dessen Randbereich eine Stützfläche 233 eingerichtet ist (siehe 7), die den vorgegebenen Endquerschnitt des langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils zum Teil bestimmt. Es wird beispielsweise zur Herstellung eines Bandes mit rechteckigem Querschnitt vorzugsweise eine Rille im Randbereich des Radkranzes 232 eingerichtet, wobei die Seitenflächen der Rille die Stützfläche bilden. Die Stützfläche 233 ist drehbar. Das imprägnierte Produkt wird daher während der Stabilisierungsbehandlung gestützt, ohne dass es gleiten gelassen wird. Die Stabilisierungskammer 230 schließt die Vakuumkammer 210 und die Imprägnierkammer 220 ein. Durch diese Anordnung kann das imprägnierte Produkt beim Austritt aus der Kalibrieröffnung 229 leicht auf einen Träger gebracht werden und ist dabei dennoch vor Oxidation geschützt. Es kann beispielsweise eine neutrale Atmosphäre (Stickstoff) vorgesehen werden. Es sind Bestrahlungsröhren 231 zu sehen, beispielsweise UV-Röhren Philips TLK 40W/03, die eine Strahlung im Spektralbereich ultraviolett – sichtbar liefern, wobei die Bestrahlungsröhren um den Radkranz 232 angeordnet sind. Die Stabilisierungskammer der Anlage umfasst daher eine Vorrichtung, mit der die Zusammensetzung, die die Fasern enthält, in dünner Schicht einer ionisierenden Strahlung ausgesetzt werden kann, um die Polymerisation des Harzes zu starten und ein stabilisiertes imprägniertes Produkt zu erhalten, in dem die Zusammensetzung im Wesentlichen in fester Phase vorliegt.
Die beschriebenen Anlagen eröffnen die Möglichkeit zur Herstellung von sehr langen Verstärkungselementen mit beliebigem Querschnitt, entweder im Zustand eines fertigen Verbundwerkstoffs (vollständige Polymerisation des Harzes) oder eines stabilisierten imprägnierten Produkts (in dem Sinne, dass die Polymerisation des Harzes nicht vollständig ist, jedoch ein Stadium erreicht hat, das ausreicht, damit zumindest die Außenflächen des Produkts in fester Phase vorliegen und das Produkt vernünftig gehandhabt werden kann, ohne dass es zerstört wird). Wie oben erläutert wurde, können Bänder mit rechteckigem Querschnitt gefertigt werden. Es können auch Drähte, beispielsweise mit rundem Querschnitt, hergestellt werden, die beispielsweise als Verstärkungselement vom Typ eines Monofilaments für Luftreifen aus Kautschuk dienen können.
Es zeigt sich, dass mit den beschriebenen Anlagen sehr rasche Herstellungstakte möglich sind und dabei dennoch relativ hohe Vakuumniveaus in der Vakuumkammer erzielt und aufrecht erhalten werden können, wodurch eine sehr gute Imprägnierung der Fasern mit dem Harz garantiert ist. Dies erfolgt mit einer vernachlässigbaren Bruchrate der Fasern. Die Querschnitte des Eingangsrohrs und des Verbindungsrohrs sind im Wesentlichen größer als der Gesamtquerschnitt der Fasern. Es kommt nur zu sehr wenig Reibung der Fasern an den Wänden. Trotzdem wird eine hinreichende Dichtigkeit zwischen der Atmosphäre und den verschiedenen Kammern sowie zwi schen den Kammern untereinander erzielt. Die Abmessungen und/oder Querschnitte der hergestellten Produkte können sehr einfach verändert werden, da es ausreicht, das Eingangsrohr, das Verbindungsrohr und die Kalibrierdüse auszutauschen. Diese Elemente sind daher so konzipiert, dass sie leicht ausgewechselt werden können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können von dem Eintritt der Fasern bis zur Realisierung des vorimprägnierten Produkts Behandlungsbedingungen aufrecht erhalten werden, ohne dass die Fasern oder die aus den Fasern und der Imprägnierzusammensetzung gebildete Einheit der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt werden, bevor das vorimprägnierte Produkt ausreichend stabil geworden ist. Die Anordnung kann beispielsweise durch einen geschlossenen Raum oder mehrere geschlossene Räume dynamisch betrachtet unter Abschluss von der Atmosphäre gehalten werden. Dadurch ist es möglich, die Behandlungsparameter unter Kontrolle zu halten. Der Rückgriff auf getrennte Behandlungskammern zum Entgasen und zum Imprägnieren, für den Fall, dass die beiden Arbeitsgänge vorgesehen sind, hat im übrigen den Vorteil, dass die Arbeitsgänge unabhängig voneinander gesteuert werden können.
Schließlich kann in mehrfacher Weise sehr leicht auf die Menge von Fasern im Verhältnis zu dem Harz Einfluss genommen werden. Dem Durchlassquerschnitt ist vorzugsweise die Funktion vorbehalten, die am Ende vorliegende Form des langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils im Wesentlichen zu bestimmen. Obwohl ein Zusammenhang zwischen dem Durchlassquerschnitt und der Fasermenge besteht, wird auf den Fasergehalt im Verhältnis zu dem Harz vorzugsweise durch den Einsatz einer volumetrischen Dosierpumpe Einfluss genommen. Durch Variation der in die Imprägnierkammer eingespritzten Harzmenge kann bei konstanter Abspulgeschwindigkeit der ab gewickelten Fasern in paralleler Anordnung der Harzgehalt im Verhältnis zu den Fasern ein wenig verändert werden, indem der Austritt des Harzes durch die Kalibrierdüse mehr oder weniger erzwungen wird. Die Erfindung eröffnet die Möglichkeit, einen Verbundwerkstoff oder ein stabilisiertes imprägniertes Produkt mit sehr kleinen Querschnitten herzustellen, wobei nach unten praktisch keine Grenze besteht.
Die Fläche des kumulierten Querschnitts der Fasern der Anordnung beträgt vorzugsweise weniger als 80 % der Querschnittsfläche der Düse, damit die Fasern nicht zusammengepresst werden und die Einheit, die die Fasern und das Imprägnierharz umfasst, ordnungsgemäß behandelt wird. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann insbesondere ein vorimprägniertes Produkt hergestellt werden, worin die Fläche des kumulierten Querschnitts der Fasern der Anordnung und die Querschnittsfläche des Harzes im Wesentlichen gleich sind. Die erfindungsgemäße Anlage ist vorzugsweise so, dass die Fläche des Querschnitts des Eingangsrohrs und die Fläche des Querschnitts der Kalibrierdüse vorteilhaft weniger als 20 % voneinander abweichen.
In einer solchen Anlage können sämtliche herkömmlichen Verstärkungsfasern und insbesondere Glasfasern oder Kohlenstoff-Fasern verwendet werden. In dem gezeigten Beispiel werden Glasfasern verwendet. Das verwendete Harz kann selbstverständlich auch eine gewissen Zahl von Zusatzstoffen enthalten, die an den Gelierungs- und Polymerisationsreaktionen beteiligt sind oder nicht, wie beispielsweise thermoplastische Harze, Weichmacher, Mittel gegen Schrumpfung, Entformungsmittel, Farbstoffe ... Mit dem Verfahren zur Fertigung von langgestreckten Verbundwerkstoff-Teilen kann ein sehr hoher Faservolumengehalt von bis zu 50 % erzielt werden.

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines sehr langen langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils, das Verstärkungsfasern enthält, die in eine Matrix auf der Basis einer Zusammensetzung eingebettet sind, die ein härtbares Harz enthält, wobei das Verfahren Schritte umfasst, die zum Ziel haben, eine Anordnung von Verstärkungsfasern herzustellen und die Anordnung fortzubewegen, um sie nacheinander und in Vorwärtsrichtung den folgenden Arbeitsgängen zu unterziehen: – Entgasen der Anordnung von Fasern durch Vakuumeinwirkung in einer ersten Behandlungskammer, – Imprägnieren der Anordnung von Fasern mit der Zusammensetzung in einer zweiten Behandlungskammer, die von der ersten Behandlungskammer getrennt ist, zur Herstellung eines imprägnierten Produkts, das die Fasern und die Zusammensetzung enthält, wobei die Anordnung unter Luftabschluss gehalten wird, – Hindurchleiten des imprägnierten Produkts durch eine Düse mit einem Querschnitt vorgegebener Fläche und Form, um das imprägnierte Produkt in eine vorbestimmte Form zu bringen, und – stromabwärts der Düse Stabilisieren der Form des imprägnierten Produkts durch eine zumindest teilweise Polymerisation des Harzes des imprägnierten Produkts.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Zusammensetzung ein Harz enthält, das durch ein Peroxid härtbar ist, und worin der Stabilisierungsschritt mittels Energiezufuhr durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Zusammensetzung ein Harz enthält, das durch eine ionisierende Strahlung härtbar ist, und worin die Polymerisation des Stabilisierungsschritts mittels einer ionisierenden Behandlung ausgelöst und gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, worin die Zusammensetzung einen Photoinitiator für die Polymerisation enthält und worin die ionisierende Strahlung im Spektralbereich ultraviolett – sichtbar liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die zumindest teilweise Polymerisation des Stabilisierungsschritts fortgeführt wird, bis die Zusammensetzung ein festes Medium bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, worin die Bestrahlung mit einer ionisierenden Strahlung beendet wird, nachdem der Index T = T_gf – T_gpr einen Wert unter 120 °C erreicht hat und bevor der Index T einen Wert unter 30 °C erreicht hat, wobei T_gpr die Glasübergangstemperatur der Zusammensetzung am Ende der Bestrahlung mit einer ionisierenden Strahlung und T_gf die Glasübergangstemperatur der Zusammensetzung des am Ende vorliegenden langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, worin die Bestrahlung mit einer ionisierenden Strahlung beendet wird, nachdem der Index D = D_i/D_f einen Wert in der Größenordnung von 0,5 erreicht hat und bevor dieser Index D einen Wert in der Größenordnung von 0,7 erreicht hat, wobei D_i die Shore D-Härte der Zusammensetzung am Ende der Bestrahlung mit einer ionisierenden Strahlung ist und D_f die Shore D-Härte der Zusammensetzung des am Ende vorliegenden langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, worin die Zusammensetzung nach dem Stabilisierungsschritt verfestigt wird, indem das stabilisierte imprägnierte Produkt einer Temperaturerhöhung ausgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, worin die Viskosität der Zusammensetzung während des Schritts zum Imprägnieren der Fasern durch eine Erhöhung der Temperatur der Zusammensetzung eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das Harz unter den Vinylester-Harzen und den Polyester-Harzen, die ungesättigt sind, ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin es sich bei dem Harz um ein Epoxyharz handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, worin die Zusammensetzung ein Monomer enthält, das mit dem Harz copolymerisierbar ist, und worin die Viskosität der Zusammensetzung durch Variation des Mengenanteils des Monomers eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, worin es sich bei dem Monomer um Styrol handelt.
Verfahren nach Anspruch 4, worin der Photoinitiator für die Polymerisation Bis(2,4,6-Trimethylbenzoyl)-phenylphosphinoxid ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin die Verstärkungsfasern unter den Fasern aus hochzähem Polyacryl, den Fasern aus oxidiertem Polyacrylnitril, den Fasern aus hochzähem Polyvinylalkohol, den aromatischen Polyamidfasern, den Polyamidimidfasern, den Polyimidfasern, den Polychloridfasern, den Fasern aus hochzähem Polyester, den Fasern aus aromatischem Polyester, den Fasern aus hochzähem Polyethylen, den Fasern aus hochzähem Polypropylen, den Cellulosefasern, den Rayonfasern oder den Fasern aus hochzäher Viskose, den Fasern aus Polyphenylenbenzobisoxazol, den Fasern aus Polyethylennaphthenat, den Glasfasern, den Kohlenstoff-Fasern, den Quarzfasern und den keramischen Fasern ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 15, worin es sich bei den Verstärkungsfasern um Glasfasern handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, worin das stabilisierte imprägnierte Produkt mit einer Schicht von Resorcin-Formaldehyd-Latex (RFL)-Klebstoff überzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, worin die RFL-Klebstoffschicht getrocknet wird, ohne dass die Temperatur über 100 °C steigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, worin der Schritt zur Stabilisierung des imprägnierten Produkts stattfindet, während das imprägnierte Produkt in keinerlei Kontakt zu einem Träger steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, worin der Schritt zur Stabilisierung des imprägnierten Produkts stattfindet, während das imprägnierte Produkt in ständigem Kontakt mit einem Träger ist, ohne dass es gleiten gelassen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, worin die Anordnung Fasern umfasst, die sehr lang sind und die zu einer bevorzugten Verstärkungsrichtung des langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils parallel sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, worin die Fläche des kumulierten Querschnitts der Fasern der Anordnung weniger als 80 % der Fläche des Querschnitts der Düse beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, worin der Stabilisierungsschritt in neutraler Atmosphäre durchgeführt wird.
Anlage zur Fertigung eines langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils mit unbestimmter Länge, das am Ende einen vorab definierten Querschnitt aufweist und das Verstärkungsfasern enthält, die einen Gesamtfaserquerschnitt bilden, der vorab definiert ist und der kleiner ist als der am Ende vorliegende Querschnitt, wobei die Fasern in eine Matrix auf Basis einer Zusammensetzung eingebettet werden, die ein härtbares Harz enthält, wobei die Anlage umfasst: – eine Vakuumkammer (110, 210), – ein Eingangsrohr (112, 212) mit starren Wänden, das eine Einlassöffnung und eine Öffnung stromabwärts aufweist, die in die Vakuumkammer mündet, wobei das Rohr einen minimalen Querschnitt hat, der größer ist als der Gesamtfaserquerschnitt, und wobei die zwischen der Einlassöffnung und der Öffnung stromabwärts bestimmte Länge des Rohrs bezogen auf den minimalen Querschnitt sehr groß ist, – eine Imprägnierkammer (120, 220), – ein Verbindungsrohr (119, 219) mit starren Wänden zwischen der Vakuumkammer und der Imprägnierkammer, das eine Einlassöffnung aufweist, die mit der Vakuumkammer in Verbindung steht, und eine Öffnung stromabwärts, die in die Imprägnierkammer mündet, wobei das Verbindungsrohr einen minimalen Querschnitt hat, der größer ist als der Gesamtfaserquerschnitt, und wobei die zwischen der Einlassöffnung und der Öffnung stromabwärts bestimmte Länge des Verbindungsrohrs bezogen auf den minimalen Querschnitt sehr groß ist, – eine Düse zum Kalibrieren (129, 229) des langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils und – stromabwärts der Kalibrierdüse Mittel, um zumindest eine Vorpolymerisation des Harzes durchzuführen.
Anlage nach Anspruch 24, worin mindestens eines der Rohre einen Querschnitt aufweist, der im Verlauf von der Einlassöffnung in Richtung der Öffnung stromabwärts nicht zunimmt.
Anlage nach Anspruch 24 oder 25, worin bei dem Eingangsrohr die Länge 30 Mal größer ist als die minimale Abmessung des minimalen Querschnitts.
Anlage nach einem der Ansprüche 24 bis 26, worin bei dem Verbindungsrohr die Länge 40 Mal größer ist als die minimale Abmessung des minimalen Querschnitts.
Anlage nach einem der Ansprüche 24 bis 27, worin die Kalibrierdüse einen runden Querschnitt aufweist, wobei die Länge der Düse 50 Mal größer ist als der Durchmesser des minimalen Querschnitts.
Anlage nach einem der Ansprüche 24 bis 27, worin die Kalibrierdüse einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die Länge der Düse 100 Mal größer ist als die minimale Abmessung des minimalen Querschnitts.
Anlage nach einem der Ansprüche 24 bis 28, worin das Eingangsrohr von einer Anordnung von Hohlnadeln (212B) mit rundem Querschnitt gebildet wird, die parallel zueinander angeordnet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 24 bis 28, worin das Verbindungsrohr von einer Anordnung von Hohlnadeln (219B) mit rundem Querschnitt gebildet wird, die parallel zueinander angeordnet sind.
Anlage nach einem der Ansprüche 24 bis 31, worin es sich bei der Imprägnierkammer um einen dichten geschlossenen Raum handelt, der aus einem außen gelegenen Behälter (121, 221) über eine Rohrleitung mit Harz versorgt wird.
Anlage nach Anspruch 32, worin eine Dosierpumpe (123, 223) für Harz in die Rohrleitung eingefügt ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 24 bis 33, worin die Mittel zur Durchführung zumindest einer Vorpolymerisation eine Stabilisierungskammer umfassen.
Anlage nach Anspruch 34, worin die Stabilisierungskammer eine Vorrichtung umfasst, mit der die Zusammensetzung, die die Fa sern enthält, in dünner Schicht einer ionisierenden Strahlung ausgesetzt werden kann, um die Polymerisation des Harzes zu starten und eine Zusammensetzung zu erhalten, die im Wesentlichen in fester Phase vorliegt.
Anlage nach Anspruch 35, die so aufgebaut ist, dass die Zusammensetzung in neutraler Atmosphäre bestrahlt werden kann.
Anlage nach Anspruch 35 oder 36, worin die Vorrichtung, mit der bestrahlt werden kann, Bestrahlungsröhren (131, 231) umfasst, die eine (UV) Strahlung im Spektralbereich ultraviolett – sichtbar liefern.
Anlage nach einem der Ansprüche 34 bis 37, worin die Stabilisierungskammer einen beweglichen Radkranz (232) umfasst, in dessen Randbereich eine Stützfläche eingerichtet ist, die den vorgegebenen Endquerschnitt des langgestreckten Verbundwerkstoff-Teils zum Teil bestimmt.
Anlage nach einem der Ansprüche 34 bis 38, worin die Fläche des Eingangsrohrs und die Fläche der Kalibrierdüse weniger als 20 % voneinander abweichen.