DE60119504T2

DE60119504T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines verbundprofils aus organischem, thermoplastischem, durch verstärkungsfasern verstärktem kunststoff

Info

Publication number: DE60119504T2
Application number: DE60119504T
Authority: DE
Inventors: Philippe Boissonnat; Edward St Catharines COOPER; Guy Zanella; Remi Carel; Philippe Macquart; Thierry Gay
Original assignee: Saint Gobain Vetrotex France SA
Current assignee: Saint Gobain Adfors SAS
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: HUP0300598A2; BR0110241A; DE60119504D1; BR0110241B1; PL198293B1; CZ20023505A3; PL357866A1; AU2001256400A1; EP1276603B1; WO2001081073A1; ES2262645T3; MXPA02010424A; ATE325700T1; US20060087059A1; US7402268B2; EP1276603A1; CA2407075A1; SK15002002A3; FR2807966B1; FR2807966A1

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung eines Verbundprofils auf der Basis eines von Verstärkungsfasern verstärkten thermoplastischen organischen Materials.
Um eine Vielfalt von Erzeugnissen leichter zu machen, ist es üblich, anstelle dichterer Materialien Artikel aus Kunststoff herzustellen, wobei der Kunststoff innen insbesondere von faserförmigen Verstärkungen verstärkt wird, um die mechanische Widerstandsfähigkeit des Erzeugnisses aufrechtzuerhalten.
Dabei ist es bekannt, Verstärkungen zu verwenden, welche Kurzfasern umfassen, die direkt mit dem Kunststoff vermischt werden, oder in Form von Verbundmaterialien wie Granulat, das die Verstärkung in einer Harz- bzw. Kunststoffmatrix enthält, zugeführt werden. Diese Kurzfasern erlauben es jedoch nicht, beliebige Typen gewünschter Verstärkungen herzustellen, insbesondere um die Biegefestigkeit von Artikeln in einer Richtung mit einer gewissen Länge zu erhöhen.
Es stehen Verstärkungen auf der Basis endloser Fasern in Form von Fliesen oder Geweben zur Verfügung, die insbesondere für die Herstellung von Artikeln durch Formgebung geeignet sind.
Der Einbau von endlosen Verstärkungsfasern in einen profilierten Artikel, der sich im Vergleich mit den beiden anderen Dimensionen durch eine große Länge auszeichnet, bereitet dennoch weiterhin einige Schwierigkeiten. Das Formgebungsverfahren erweist sich als teuer, und es wäre wünschenswert, andere Lösungen für die Produktion zu entwickeln.
Aus der Patentanmeldung FR 2 516 441 ist ein Verfahren zur Herstellung dünner Profile bekannt, die unidirektionale endlose Glasfasern enthalten, die in ein thermoplastisches Harz eingebettet sind.
Die Stufen des Verfahrens zur Herstellung solcher Profile sind folgende:

– Abwickeln von Glasfäden von Spulen, um eine Fadenbahn zu bilden,
– Auftrennen der Fasern der Fäden, die durch eine Schlichte miteinander verbunden sind, um sie voneinander zu lösen,
– Eintauchen der Glasfaserbahn in ein wässriges Bad eines Thermoplasts oder auch in eine Wirbelschicht aus einem Thermoplastpulver,
– Erwärmen der Bahn, um entsprechend der Art und Weise des Eintauchens die Verdampfung des Wassers oder das Schmelzen des Pulvers zu erreichen, und
– Formen der Bahn aus mit Harz ummantelten Fasern in der Wärme, damit das gewünschte Profil erzeugt wird.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass, um eine gleichmäßige Imprägnierung der Fasern mit dem thermoplastischen Material zu erhalten, die Stufe des Auftrennens zu Fasern zwischengeschaltet werden muss. Diese erfordert eine spezifische Vorrichtung, in welcher mehrere Rollen verwendet werden, deren Anzahl und Anordnung, um den entsprechenden Abrollwinkel der Bahn über sie sicherzustellen, von dem Grad der Verklebung der Fasern untereinander bestimmt werden. Außerdem ist es mitunter erforderlich, wenn der Verklebungsgrad zu hoch ist, die Rollen ergänzende Erwärmungsmittel vorzusehen. Demzufolge ist es möglich, dass sich nicht alle Fasern perfekt voneinander getrennt haben, um anschließend ihre Ummantelung mit dem thermoplastischen Material zu ermöglichen.
Weiterhin wird in diesem Verfahren zum Imprägnieren ein Bad aus dem thermoplastischen Material verwendet, das auf einer gleichbleibenden Höhe gehalten und dessen Dispersion durch Umwälzung konstant gehalten werden muss, um eine Imprägnierung sicherzustellen, die so einheitlich wie möglich ist. Die Mittel zur Rea lisierung dieses Bades sind jedoch umfangreich und in einer Produktionskette schwierig zu steuern, wobei es sich um Komponenten wie eine Flüssigkeitszulaufpumpe, einen Überlauf, um einen konstanten Spiegel aufrechtzuerhalten, einen Vorratsbehälter für den Überlauf und eine Rühreinrichtung, um den Badinhalt homogen zu halten, handelt, die eine regelmäßige Reinigung erfordern.
In der Abwandlung der Imprägniervorrichtung für den Einsatz einer Wirbelschicht sind ebenfalls spezifische Mittel erforderlich, insbesondere ein federgelagertes Schwingsystem, um die von den Fasern entnommene Pulvermenge zu dosieren.
Schließlich besteht die Formgebungsvorrichtung aus einer unteren Rolle, die mit einer Vertiefung versehen ist, durch welche die Bahn läuft, und einer oberen Rolle, die dazu dient, die Bahn zusammenzudrücken. So führen die zu erwartenden verschiedenen Profilgrößen zu dem Nachteil, dass mehrere Rollen zur Verfügung stehen müssen, die jeweils eine Vertiefung mit anderen Abmessungen enthalten.
Deshalb erweist sich das Verfahren, dessen Durchführung träge ist, als teuer und wenig leistungsfähig.
Dieses Verfahren ist außerdem auf die Herstellung von dünnen Profilen beschränkt und bietet wenig Freiheit, was die Gestaltung des Profilquerschnitts betrifft, insbesondere, wenn es erwünscht ist, die Kunststoffmenge in bestimmten Teilen des Profilquerschnitts anzupassen.
Im Dokument DE-A-4 421 184 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundprofils auf der Basis eines thermoplastischen organischen Materials, das mit Verstärkungsfasern verstärkt ist, beschrieben, das die Stufen umfasst, die darin bestehen, eine Vielzahl endloser Verstärkungsfäden mit einem thermoplastischen organischen Material zusammenzubringen und das Verbundmaterial zu formen, wobei das Verfahren folgende Stufen umfasst:

a) paralleles Vereinigen der endlosen Fäden auf der Basis von endlosen Fasern aus Glas und solchen aus einem ersten thermoplastischen Material und Formen mindestens eines verfestigten Bandes, in welchem die Verstärkungsfasern mit dem ersten thermoplastischen Material imprägniert sind, durch Erwärmen, und
b) Einführen wenigstens eines Bandes in eine auf den Querschnitt des Profils eingestellte Düse und zeitgleiches Einführen wenigstens eines geschmolzenen zweiten thermoplastischen organischen Materials in die Düse in Berührung mit dem/den Band/Bändern derart, dass ein Profil erhalten wird, das aus mindestens einem zweiten thermoplastischen organischen Material, das von mindestens einem Band verstärkt wird, besteht.

Der Erfindung liegt deshalb als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundprofils auf der Basis eines thermoplastischen organischen Materials, das von Verstärkungsfasern verstärkt wird, wie im Patentanspruch 1 definiert, das sich leicht und schnell sowie im Industriemaßstab wirtschaftlich durchführen lässt, bereitzustellen.
Insbesondere wird erfindungsgemäß durch dieses Verfahren ein Erzeugnis vorgeschlagen, das in Form eines Profils vorliegt, das einerseits aus mindestens einem Band aus endlosen Verstärkungsfäden, die im Wesentlichen parallel aneinander anliegend angeordnet und untereinander durch ein erstes thermoplastisches Material verbunden sind, und andererseits aus mindestens einem zweiten Kunststoff, der sich mit dem/den Band/Bändern in inniger Berührung befindet, besteht.
Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Herstellung des Bandes dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens die Stufen:

– paralleles Vereinigen der endlosen Fäden auf der Basis von endlosen Fasern aus Glas und aus einem ersten thermoplastischen Material, wobei diese Fäden miteinander vermischt werden,
– den endlosen Fäden durch eine Spanneinrichtung eine Spannung mitteilen,
– Formen, indem mindestens ein verfestigtes Band, in welchem die Verstärkungsfasern mit dem ersten thermoplastischen Material imprägniert sind, erwärmt wird, und
– Einführen wenigstens eines Bandes in eine auf den Querschnitt des Profils eingestellte Düse und zeitgleiches Einführen wenigstens eines geschmolzenen zweiten thermoplastischen organischen Materials in die Düse in Berührung mit dem/den Band/Bändern derart, dass ein Profil erhalten wird, das aus mindestens einem zweiten thermoplastischen organischen Material, das von mindestens einem Band verstärkt wird, besteht,

Wie weiter unten näher erläutert werden wird, ist im Sinne dieser Beschreibung unter einem Band ein bandförmiges Material zu verstehen, das im Wesentlichen flach sein oder eine Form mit komplexerem Querschnitt, in welcher jeder Teil einem Band ähnlich ist, annehmen kann.
Dabei kann das Band flexibel und insbesondere in der Lage sein, aufgewickelt zu werden, wenn es im Wesentlichen flach ist, oder mehr oder weniger starr sein.
Weiterhin ist unter verfestigt die Tatsache zu verstehen, dass die Glasfasern derart mit dem ersten thermoplastischen Material imprägniert sind, dass das Band eine gewisse Kohäsion und eine Integrität aufweist, die es erlauben, dass es ohne Beschädigung gehandhabt wird.
Erfindungsgemäß wird durch die vorhergehende Erzeugung einer verfestigten Verstärkung deren Integration in der gewünschten Form und mit der gewünschten Geometrie in das Profil und durch die Imprägnierung mit dem ersten thermoplastischen Material andererseits eine echte Bindung der Verstärkung mit dem/den zwei ten thermoplastischen Material/ien, das/die den Körper des Profils bildet/bilden, sichergestellt.
Das Band wird aus endlosen Fäden gebildet, die Glasfäden und organische Fasern aus dem ersten thermoplastischen Material umfassen, wobei die Fäden, die vereinigt werden, aus endlosen Filamenten aus Glas und solchen aus dem thermoplastischen Material bestehen, die miteinander vermischt sind. Dabei wird durch die innige Struktur dieser Fäden die Imprägnierung der Glasfasern mit dem thermoplastischen Material erleichtert und insbesondere die Einheitlichkeit der Imprägnierung verbessert, um ein verfestigtes Band zu bilden, das seinerseits sehr homogen ist.
Das erste thermoplastische Material kann aus Polyolefinen, insbesondere Polyethylen und Polypropylen, und Polyestern, insbesondere Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat, ausgewählt werden.
Entsprechend einer speziellen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Band geformt durch:

– Bewegen und paralleles Vereinigen der Fäden auf der Basis von einem ersten thermoplastischen Material und Verstärkungsfasern zur Form von mindestens einer Bahn,
– Schicken von mindestens einer Bahn in einen Bereich, in welchem sie auf eine Temperatur erwärmt wird, die mindestens die Schmelztemperatur des ersten thermoplastischen Materials erreicht, ohne dabei die Erweichungstemperatur der Verstärkungsfasern zu erreichen, und
– Schicken von mindestens einer Bahn durch eine Imprägniereinrichtung, wobei ihre Temperatur auf einer Formgebungstemperatur des ersten thermoplastischen Materials gehalten wird, um das geschmolzene erste thermoplastische Material homogen zu verteilen und die Verstärkungsfasern mit ihm zu imprägnieren.

Gemäß einem weiteren Merkmal wird mindestens eine Bahn in eine erste Formgebungseinrichtung geschickt, wobei ihre Temperatur auf der Formgebungstemperatur des ersten thermoplastischen Materials derart gehalten wird, dass mindestens ein Band erhalten wird, das aus der Aneinanderanordnung der Fäden besteht, die in Querrichtung eine Kontinuität bilden.
Gemäß einem anderen Merkmal umfasst das Verfahren eine Stufe, die darin besteht, von Spulen einen endlosen Faden aus Filamenten aus Glas und solchen aus einem thermoplastischen Material abzuwickeln und während der Vereinigung der Fäden zur Form einer Bahn die Spannung der Fäden zu regulieren.
Vorteilhafterweise werden die Fäden vor dem Einführen der Bahn in die Erwärmungszone von jeder statischen Elektrizität befreit.
Entsprechend spezieller Ausführungsformen wird in der ersten Stufe ein Band, das im Wesentlichen flach ist, oder, im Gegenteil, ein Band mit einem bestimmten Profil gebildet.
Gemäß einem Merkmal wird das Band bei seiner Einführung in die Düse verformt, die dann die Aufgabe einer zweiten Formgebungseinrichtung hat.
Gemäß einem weiteren Merkmal wird der Düse mindestens ein zweites thermoplastisches Material zugeführt, das von einer Extrudiereinrichtung verarbeitet worden ist. Ein solches thermoplastisches Material kann insbesondere ein Polyolefin oder Polyvinylchlorid sein.
Gemäß einem anderen Merkmal wird das Profil abgekühlt, um seine Dimensionseigenschaften und sein Aussehen zu fixieren und so das fertige Profil liefern zu können.
Gemäß einem wieder anderen Merkmal wird das Profil am Ende der Produktionslinie zugeschnitten, um es zu lagern.
Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11 zur Durchführung des Verfahrens.
Entsprechend einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung:

– Mittel zum Bewegen und Mittel zum Vereinigen der endlosen Fäden, die aus endlosen Filamenten aus Glas und solchen aus einem ersten thermoplastischen Material bestehen, zur Form von mindestens einer Bahn,
– Mittel, um mindestens eine Bahn auf eine Temperatur zu erwärmen, die mindestens die Schmelztemperatur des ersten thermoplastischen Materials, aber nicht die Erweichungstemperatur der Glasfilamente erreicht, und
– eine Einrichtung zum Imprägnieren von mindestens einer Bahn, die derart erwärmt worden ist, dass das geschmolzene erste thermoplastische Material homogen verteilt wird und die Imprägnierung der Glasfilamente mit ihm erlaubt.

Gemäß einem Merkmal enthält die Vorrichtung Erwärmungsmittel, die aus Öfen bestehen.
Gemäß einem weiteren Merkmal bestehen die Vereinigungsmittel der Vorrichtung aus einem Kamm, dessen Zinken eine parallele Ausrichtung der Fäden in regelmäßigen Abständen erlauben.
Gemäß einer vorteilhaften Abwandlung ist eine antistatische Einrichtung vor den Beheizungsmitteln vorgesehen.
Gemäß einem wieder anderen Merkmal umfasst die Imprägniereinrichtung drei Organe, die in einem Dreieck angeordnet sind und zwischen welchen das Band durchläuft, wobei die Höhe, welche die Organe voneinander trennt, eingestellt wird, um einen geeigneten Druck auf die Oberfläche der Bahn auszuüben. Dabei können die Organe sich drehende beheizbare Zylinder oder feststehende beheizte Stäbe sein.
Vorteilhafterweise umfasst jeder Zylinder eine Klinge, um das nach dem Durchgang der Bahn auf dem Zylinder abgelagerte geschmolzene thermoplastische Material abzustreifen.
Gemäß einem noch anderen Merkmal umfasst die Vorrichtung eine erste Einrichtung zur Bildung mindestens einer Bahn derart, dass diese in mindestens ein Band umgewandelt wird. Gemäß einem wieder anderen Merkmal umfasst die Formgebungseinrichtung eine Düse, die vorteilhafterweise beheizt wird, und/oder Rollen, zwischen welchen die aus Fäden bestehende Bahn durchläuft.
Eine spezielle Formgebungseinrichtung stellt auch die Zentrierung der Bahn sicher und umfasst eine untere und eine obere Rolle, die übereinander versetzt sind und sich in entgegengesetztem Sinn drehen, wobei die obere Rolle eine hyperboloide Form hat und die Bahn um die mittige Durchlaufachse während ihres Durchlaufs zwischen den zwei Rollen verdichtet wird, um ein Band zu ergeben, das eine eng aneinander anstoßende Anordnung der Fäden aufweist.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung vor der Düse, in welcher das/die zweite/n thermoplastische/n Material/ien gebildet wird/werden, oder umfasst die Düse selbst Mittel zur Positionierung und/oder Formgebung von mindestens einem Band für das In-Berührung-Bringen mit mindestens einem zweiten thermoplastischen Material.
Entsprechend einer Ausführungsform umfasst die Düse Mittel, um das geschmolzene zweite thermoplastische Material mit dem Band in Berührung zu bringen, indem ein Überdruck ausgeübt wird.
Gemäß einem anderen Merkmal wird der Düse mindestens ein geschmolzenes zweites thermoplastisches Material von einem Extruder zugeführt.
Gemäß wieder einem anderen Merkmal umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zum Abkühlen des Profils, insbesondere, indem es Kühlluft oder einem Kühlfluid ausgesetzt wird, und/oder durch In-Berührung-Bringen mit Organen mit kalten oder abgekühlten Flächen, die es erlauben, das/die zweite/n thermoplastische/n Material/ien und/oder das erste thermoplastische Material erstarren zu lassen und die Fäden fest aneinander zu befestigen und das endgültige Profil zu bilden.
Insbesondere kann die Vorrichtung einen Kühlkalander umfassen, der speziell aus zwei sich drehenden Kühlwalzen besteht, die übereinander angeordnet und frei von Führungsrändern sind, wodurch der Kalander dem Profil dessen endgültige Form verleiht.
Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung eine kalte oder gekühlte Düse enthalten, die im Allgemeinen dasselbe Profil und dieselben Abmessungen wie die erste Düse besitzt und das Band und das/die zweite/n thermoplastische/n Material/ien aufnimmt.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal kann die Vorrichtung Mittel zum Aufsprühen einer Flüssigkeit enthalten, die es erlauben, das durchlaufende Profil abzukühlen.
Weitere erfindungsgemäße Vorteile und Merkmale werden anschließend unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert wobei
1 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bandes zeigt und die
2 bis 6 Profilansichten bestimmter Teile der Vorrichtung von 1 bzw. einer Einrichtung zur Regelung der Spannung der Fäden, der sich drehenden Imprägniereinrichtung und von zwei Abwandlungen der ersten Formgebungseinrichtung und der zweiten Formgebungseinrichtung zeigen und
7 die Veränderung der mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur eines erfindungsgemäß hergestellten Profils zeigt.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 erlaubt die Herstellung eines erfindungsgemäßen Profils 10, das einerseits aus mindestens einem Band aus endlosen Verstärkungsfäden, die parallel und aneinander anstoßend angeordnet und miteinander durch ein erstes thermoplastisches Material fest verbunden sind, und andererseits aus mindestens einem zweiten Kunststoff, der sich in innigem Kontakt mit dem/den Band/Bändern befindet, besteht.
Die Fäden, die von der Gesellschaft VETROTEX unter dem eingetragenen Warenzeichen TWINTEX^® vertrieben und gemäß dem im Patent EP 0 599 695 beschriebenen Verfahren hergestellt werden, bestehen aus Glasfilamenten und Filamenten aus einem thermoplastischen organischen Material vom Typ Polyolefin oder Polyester, die innig miteinander vermischt sind.
Die Vorrichtung 1 umfasst in Form einer Produktionslinie und von hinten nach vorn ein Spulengatter 20, das mit mehreren Spulen 2 versehen ist, die aus Rollen aus Fäden 11 bestehen, eine Ösenplatte 30, eine Einrichtung 40 zur Regelung der Spannung der Fäden, einen Kamm 50, eine Einrichtung 60 für das Ableiten der statischen Elektrizität, einen Ofen 70, eine Imprägniereinrichtung 80, eine erste Formgebungseinrichtung 100, insbesondere eine Düse, eine zweite Formgebungseinrichtung, insbesondere eine Düse 200, einen Extruder 300, einen Kalander 110, einen Kühlbehälter 120 und einen Raupenabzug 130.
Das Spulengatter 20 hat die Aufgabe, den Faden 11 von jeder Spule 2 abzuwickeln. Es kann von einem zum Abwickeln geeigneten Typ sein und aus einem Rahmen, der mit horizontalen Wellen 21 versehen ist, die jeweils eine Spule 2 tragen, bestehen.
In einer Abwandlung kann ein Abzugsgatter verwendet werden, wobei aber dieses dem Faden eine Torsion mitteilt, die nicht konstant ist und von einer Umdrehung auf 50 cm bis zu einer Umdrehung auf 1 m reicht, was den Effekt hat, dass die minimale Dicke des fertigen Bandes begrenzt wird, insbesondere, damit diese nicht unter 0,3 mm bei Spulen aus Fäden mit 982 tex fallen kann. Außerdem kann diese Torsion das Verwirren der Fäden während des Durchlaufs durch die Produktionslinie für das Band begünstigen, was Knötchen und/oder nicht parallele und nicht gespannte Fäden 11 in dem Band nach dessen Bildung verursachen würde.
Es kann daher bevorzugt sein, ein Abwickelgatter zu verwenden, insbesondere, um eine feine Banddicke (kleiner als 0,2 mm) zu erhalten. Dabei hat es sich jedoch in diesem Fall als notwendig erwiesen, eine Regelungseinrichtung, mit der Bezugszahl 40 in den 1 und 2, vorzusehen, die es erlaubt, die Höhe der Gesamtspannung der Fadenbahn einzustellen.
Die Ösenplatte 30, die ebenfalls in 2 dargestellt ist, befindet sich in einer Ebene, die vertikal und parallel zu den Wellen 21 des Spulengatters verläuft. Sie erlaubt es, die Fäden 11, die jeweils eine Öse 31 durchlaufen, neu anzuordnen, um sie in die Einrichtung 40 zur Spannungsregelung mit einem Winkel zu führen, der für die gewünschte Spannung geeignet ist. Die Ösen 31 bestehen auf bekannte Weise aus einem keramischen Material, um die Beschädigung der Fäden bei ihrem Durchlauf durch sie zu vermeiden.
Die Einrichtung 40 zur Spannungsregelung, die in 2 dargestellt ist, ist mit der Ösenplatte 30 verbunden. Sie umfasst eine Reihe zylindrischer Stäbe 41, die gegeneinander versetzt übereinander angeordnet sind und auf und unter denen die Fäden 11, die von der Ösenplatte 30 kommen, derart durchlaufen, dass sie identische Sinuskurven bilden, deren Amplitude die Spannung der Fäden beeinflusst. Die Stäbe sind höhenverstellbar, um die Amplitude der Sinuskurven verändern zu können, die, über ihre Vergrößerung, den Fäden eine zusätzliche Spannung verleiht.
Die Stäbe bestehen vorteilhafterweise aus Messing oder einem keramischen Material, um die durch die Reibung der Fäden verursachten Phänomene der statischen Elektrizität zu begrenzen.
Nach der Einrichtung 40 ist ein Kamm 50 angeordnet, dessen Zinken 51 die Fäden 11 mit einem regelmäßigen Abstand neu ordnen und parallel ausrichten, um eine Bahn 12 in der Art von Fadenbündeln zu erhalten.
Zwischen dem Kamm 50 und dem Eintritt in den ersten Ofen 70 ist eine elektrische Einrichtung 60 angeordnet, die dazu dient, die statische Elektrizität, mit welcher die Fäden 11 aufgeladen sein können, derart zu entfernen, dass eine Dickenzunahme der Fäden verhindert wird, die sonst zu ihrer Beschädigung im Ofen 70 führen könnte.
Der Ofen 70 ist ein Umluftofen. Es kann jedoch ebenso gut ein Infrarotofen verwendet werden.
Die Erwärmung der Bahn 12 mittels ihres Durchlaufs durch den Ofen 70 erfolgt bei einer solchen Temperatur, dass nach dem Ofen die Bahn eine Temperatur hat, die ausreicht, um die Schmelztemperatur des Thermoplasts der Fäden 11 zu erreichen, damit dieser, nachdem er geschmolzen ist, anklebt und sich zwischen die Glasfilamente der gesamten Bahn 12 einbettet.
Der Ofen 70 kann aus zwei aufeinander folgenden Öfen bestehen, wobei sich der erste Ofen in Bezug auf die Durchlaufrichtung vor dem zweiten befindet. Die Aufgabe des ersten Ofens besteht darin, die Bahn 12 wie zuvor beschrieben zu erwärmen, und die des zweiten Ofens besteht darin, die Bahn auf eine niedrigere Temperatur zu bringen, die für die Einführung in die Formgebungseinrichtung 100 geeignet ist.
Nach dem Ofen 70 befindet sich eine sich drehende Imprägniereinrichtung 80, welche die Bahn 12 derart abflacht, dass die zwischen den Fäden enthaltene Luft hinausgetrieben, der geschmolzene Thermoplast über die Breite der Bahn homogen verteilt und die vollständige Imprägnierung der Glasfilamente mit dem Thermoplast gewährleistet wird.
Die Imprägniereinrichtung 80 besteht aus drei in einem Dreieck angeordneten Organen, zwischen welchen die Bahn 12 durchläuft. In einer ersten Ausführungsform können die Organe aus feststehenden Stangen bestehen, deren Abstand eingestellt wird, um den für die Imprägnierung notwendigen Druck zu regeln. Die Stangen können beheizt werden, um den Thermoplast auf der Formbarkeitstemperatur zu halten, ohne dabei an der Oberfläche der Stangen anzukleben. Dazu kann die Oberfläche aus einem geeigneten Material oder auch speziell behandelt sein.
In einer in 3 dargestellten Abwandlung besteht die Einrichtung 80 aus drei Zylindern 81, die zueinander parallel stehen und derart in einem Dreieck angeordnet sind, dass zwei untere Zylinder und ein oberer Zylinder vorhanden sind. Die Zylinder werden beheizt und erreichen eine Temperatur, die ausreicht, um den Thermoplast der Bahn in einem formbaren Zustand zu halten.
Die Zylinder 81 drehen sich, wobei sich die unteren in dem positiven Sinn der Durchlaufrichtung F der Bahn 12 drehen, während sich der obere im entgegensetzten Sinn dreht, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeiten gleich sind und der Durchlaufgeschwindigkeit der Bahn entsprechen.
Der obere Zylinder ist in der Höhe regelbar, um derart einen ausreichenden Druck auf die Bahn 12 aufzubringen, dass die Imprägnierung des Glases mit dem Thermoplast sichergestellt wird.
Die Zylinder 81, die sich in Berührung mit der Bahn befinden, weisen schnell auf ihrer Oberfläche eine Ablagerung aus einem Thermoplastfilm auf. Daher umfassen vorteilhafterweise die Zylinder jeweils eine Klinge 82, die für ihre Oberfläche als Rakel dient und deren Aufgabe es ist, gleichzeitig die Bildung von störenden Glasfilamentwicklungen zu vermeiden und die homogene Verteilung des geschmolzenen Thermoplasts über die Länge des Bandes zu unterstützen. So erlaubt es im Fall einer Überdicke des Films auf jedem Zylinder diese Überdicke, die Ummantelung der Glasfilamente zu vervollständigen, die sonst gegebenenfalls ungenügend beschichtet wären.
Die Klingen 82 sind derart in der Neigung regelbar, dass ihr Wirkungsgrad optimiert wird.
In einer Abwandlung werden mit demselben Ziel der Regelung der Verteilung des thermoplastischen Materials, anstelle die Klingen 82 zu verwenden, die drei Zylinder mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit angetrieben, die etwas niedriger als die Durchlaufgeschwindigkeit der Bahn ist. Diese Lösung erfordert nicht nur die Motorisierung der Zylinder 82, sondern auch das Vorhandensein eines Mechanismus zur Geschwindigkeitsregelung.
Dazu ist festzustellen, dass es möglich ist, sich einen Ofen vorzustellen, in welchem eine Imprägniereinrichtung 80 angeordnet ist, die in der Lage ist, der Ofentemperatur zu widerstehen.
Nach dem Ofen ist eine erste Formgebungseinrichtung 100 angeordnet, die eine Düse mit geeignetem angepasstem Querschnitt umfassen kann, um die Bahn auf die für das Band gewünschten Abmessungen und Form zu bringen. Entsprechend verschiedenen Ausführungsformen kann die Düsenöffnung im Wesentlichen rechteckig sein, um ein flaches Band zu bilden, das gegebenenfalls im Folgenden verformt werden oder von einer komplexeren Form sein kann, um ein Band entsprechend eines speziellen Profils zu bilden. Die Düsenöffnung wird vorteilhafterweise aus einem lösbaren Teil ausgeführt, das auf einem festen Träger befestigt ist, was ein erleichtertes Reinigen und Austauschen erlaubt.
Die Düse ist vorteilhafterweise beheizt, um die Formgebungsflächen auf einer Temperatur von in der Nähe des Schmelzpunktes oder der Formbarkeitstemperatur des Thermoplasts der Bahn zu halten. Dazu wird beispielsweise eine Beheizung durch einen oder mehrere elektrische Heizgürtel angewendet, die eine oder mehrere Zonen der Düse umschließen.
In 4 ist eine erste Formgebungseinrichtung 100, die aus einer Düse besteht, gezeigt. Diese umfasst ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 105, das hinten eine große Öffnung 107, durch welche die Bahn 12 zugeführt wird, einen Hohlraum 106, dessen Breite konstant ist und dessen Höhe bis auf die für das zu bildende Band gewünschte Dicke abnimmt, und vorn einen Ausgang 108, durch welchen das gebildete Band 13 austritt, enthält. Ein Teil des im Wesentlichen zylindrischen Gehäuses 105 ist in einem Heizkörper 109 angeordnet. Die Beheizung kann insbesondere von elektrischen Heizwiderständen in Form von Heizgürteln sichergestellt werden, die um den Heizkörper 109 und möglicherweise um den Teil des im Wesentlichen zylindrischen Gehäuses 105, der vom Heizkörper 109 übersteht, angeordnet sind.
In einer Abwandlung kann die Formgebungseinrichtung 100 Rollen mit unterschiedlicher Form enthalten, zwischen welchen die Fadenbahn durchläuft. Obwohl es auch möglich ist, gemäß dieser Abwandlung ein geformtes Band herzustellen, ist sie insbesondere für die Herstellung eines flachen Bandes bestimmt.
So umfasst eine Einrichtung entsprechend dieser Abwandlung, wie sie in 5 veranschaulicht ist, eine untere zylindrische Rolle 101 und hyperboloide obere Rolle 102, die in Bezug auf die Senkrechte der unteren Rolle leicht nach hinten versetzt ist, wobei sich beide drehen und beheizt werden, um die Temperatur auf der Formgebungstemperatur des Thermoplasts der Bahn 12 zu halten.
Die Einrichtung 100 hat die Aufgabe, die Bahn 12 in ein Band 13 umzuwandeln, das eine konstante Dicke hat und aus der aneinander anstoßenden Anordnung der Fäden 11 besteht, um in Querrichtung des Bandes eine Kontinuität zu realisieren. So verdichtet die Einrichtung 100 die Bahn um die Mittenachse der Produktionslinie, um die Breite zu verringern, die sich während des Durchlaufs durch die Imprägniereinrichtung 80 vergrößert hat, und sie in Bezug auf die Mittenachse der Produktionslinie erneut zu zentrieren, um das Band bequem weiter nach vorn zum Kalander 110 zu bringen.
Diese Vereinigung und Führung auf die Mitte wird durch die hyperboloide Form der oberen Rolle 102 erhalten, die es durch ihre Höhenregelung außerdem erlaubt, einen leichten Druck auf die Oberseite der Bahn, um diese zu verdichten, auszuüben.
Durch die Umdrehung in einander entgegengesetzter Richtung der Rollen 101 und 102 wird einerseits das Austrocknen des thermoplastischen Materials und andererseits dessen Ansammlung vermieden, welche die Regelmäßigkeit seiner Verteilung und infolgedessen der Dicke des Bandes beeinträchtigen könnte.
Nach der ersten Formgebungseinrichtung 100, die in 5 dargestellt ist, befindet sich eine zweite Formgebungseinrichtung 200. Die Formgebungseinrichtung 200 ist eine Düse, die einerseits mit mindestens einem wie zuvor beschrieben erhaltenen Band 13 und andererseits von einem Mittel 300, insbesondere einem dem Fachmann bekannten Extruder, der mindestens ein geschmolzenes zweites thermoplastisches organisches Material 30 unter Druck liefert, versorgt wird.
In 6 ist ein Schnitt mit einer teilweisen Explosionsdarstellung der Formgebungseinrichtung 200 gezeigt. Der Schnitt wurde senkrecht zur Ebene des Bandes 13 und zur Durchlaufrichtung des Bandes 13 ausgeführt. Der in Explosionsdarstellung gezeigte Teil erlaubt die Veranschaulichung der Mittel 300 für die Zufuhr des thermoplastischen Materials 30 und von dessen Durchlauf in der Formgebungseinrichtung 200.
Die Formgebungseinrichtung 200 besteht aus einem Eingang 201 für ein Band 13, das in Richtung des Pfeils F1 zugeführt wird, und einem Eingang 211 für das thermoplastische zweite Material 30, das in Richtung des Pfeils F2 zugeführt wird.
Das Band 13 läuft in einen Hohlraum 202, um in einem Hohlraum 203 zu enden.
Das thermoplastische Material 30 fließt durch Kanäle 212, 213, die sich in einem Abstand vom Hohlraum 202 befinden. Diese Kanäle sind vorgesehen, den Hohlraum 203 von mehreren Seiten mit thermoplastischem Material 30 zu versorgen.
Die Kanäle 212, 213 umfassen Verengungen 214, 216, um in die Kanäle 216, 217 zu münden, deren Querschnitt kleiner als derjenige der Kanäle 212, 213 ist. So können in dem geschmolzenen thermoplastischen Material 30 Überdrücke erzeugt werden.
Die Kanäle 216, 217 münden in den Hohlraum 203.
Dieser Hohlraum 203 wird begrenzt von Wänden 218, 219, die aus geneigten Ebenen bestehen, die an einem Ausgang 204 enden. Es wird so ein konvergierendes System erhalten, das es erlaubt, das thermoplastische Material 30 mit dem Band 13 in Berührung zu bringen. Der ausgeübte Überdruck P erlaubt es, einen innigen Kontakt des thermoplastischen Materials 30 mit dem Band 13 zu erzeugen, wobei ein Rückfluss des thermoplastischen Materials nach hinten vermieden wird.
Der Hohlraum 203 kann so gestaltet werden, dass das thermoplastische Material 30 homogen in allen Richtungen um das Band 13 zusammenfließt. Um diese Funktion zu erhalten, kann insbesondere eine kegelstumpfförmige Führung verwendet werden, die die geneigten Wände 219, 220 umfasst und sich um den Hohlraum 202 befindet.
So kann der Fluss des thermoplastischen Materials 30 geleitet werden, um ein Band 13 in der gewünschten Gestalt zu positionieren und so ein Profil 14 zu erhalten, in welchem die Verstärkung in einer Geometrie angeordnet ist, die in Abhängigkeit von den gewünschten Verwendungen definiert ist.
Dazu ist festzustellen, dass die hier gezeigte Position der Extrudiereinrichtung 300 in Form eines Querspritzkopfes nicht beschränkend ist; sie kann sich in jeder beliebigen Position um die Durchlaufachse des Bandes 13 befinden.
Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen, in welcher der Extruder in Durchlaufrichtung des Profils angeordnet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Extruder 300 thermoplastisches Material 30 in der Durchlaufachse des Profils 14, 10 liefert, und mindestens ein Band 13 in mindestens einer beliebigen Richtung zugeführt wird und in der Durchlaufachse des Profils 14, 10 konvergiert, nachdem es in die Formgebungseinrichtung 200 gelangt ist.
So ist es möglich, Profile 10 zu erhalten, die von mehreren Bändern 13 verstärkt werden.
Eine Einrichtung 110 befindet sich nach der Einrichtung 200 und bringt das Profil 14, dessen Abkühlung nach Verlassen der Düse durch die Berührung mit der Umgebungsluft beginnt, zu speziellen Abkühlungsmitteln mit dem Ziel, die Dimensionseigenschaften des Profils zu fixieren und diesem das endgültige Aussehen zu verleihen, um ein fertiges Profil 10 zur Verfügung stellen zu können. Die Einrichtung 110 kühlt das Profil 14 ab, um das thermoplastische zweite Material erstarren zu lassen, und um ihm auf der Oberfläche ein glattes Aussehen zu verleihen.
Diese Einrichtung 110 kann ein Kalander sein, der aus Walzen besteht, die gegebenenfalls innen von einem Wasserdurchfluss gekühlt werden. Noch vorteilhafter ist sie eine kalte Düse mit demselben Profil und denselben Abmessungen wie die heiße Düse 100, wobei ihre Temperatur beispielsweise von Umgebungstemperatur bis 200°C betragen kann.
Die abschließende Abkühlung des Bandes wird mittels der Kühlwanne 120, die sich nach dem Kalander 110 befindet und durch welche das Profil 14 durchläuft, insbesondere mit Wasser, durchgeführt. Die Wanne 120 kann Mittel zum Aufsprühen einer Kühlflüssigkeit auf das Profil 10 enthalten.
Während dieser Abkühlungsvorgänge erstarrt die gesamte Masse des thermoplastischen zweiten Materials sowie der erste Thermoplast, wodurch die Verfestigung der Fäden untereinander und die Verbindung der faserförmigen Verstärkungen mit der Matrix aus dem thermoplastischen zweiten Material erhalten wird.
Nach der Kühlwanne ist ein Raupenabzug 130 angeordnet, der auf bekannte Weise aus einem Mittel zur Vorwärtsbewegung der Fäden und des Bandes besteht und entlang der gesamten Produktionslinie einen Zug ausübt. Er steuert die Abwickelgeschwindigkeit und die Durchlaufgeschwindigkeit der Bahn und anschließend die des Bandes.
Schließlich kann die Vorrichtung 1 am Ende der Produktionslinie eine Säge enthalten, die vorgesehen ist, das Profil zuzuschneiden, um seine Lagerung zu erleichtern.
Die Durchführung des Verfahrens kann auf folgende Weise geschehen.
Der Start des Verfahrens erfolgt zunächst, indem jeder Faden 11 der Spulen 2 bis zum Raupenabzug 130 manuell gezogen und gebracht wird, wo jeder Faden dann festgeklemmt wird, wobei alle Fäden durch die weiter oben beschriebenen verschiedenen Einrichtungen laufen. Dabei handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um 35 Rovings aus Glas-Polyester-Mischfäden der Marke Twintex^®, deren Gesamttiter von 860 tex 65 Gew.-% Glas enthält. Der Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat, bildet dann das thermoplastische erste Material.
Der Ofen 70 sowie die beheizbaren Elemente der Vorrichtung 1 werden auf Temperatur gebracht, um eine Temperatur zu erreichen, die deutlich höher als die Schmelztemperatur des Polyesters, das heißt 254°C im Fall des Polyethylenterephthalats, ist.
Die anderen Mittel arbeiten bei folgenden Temperaturen:

– Organe der Imprägniereinrichtung 80: 290°C,
– Rollen der Formgebungseinrichtung 100 entsprechend der in 4 veranschaulichten Ausführungsform: 270 bis 300°C,
– Formgebungseinrichtung 100 gemäß der Ausführungsform mit einer Düse: 310°C und
– zweite Formgebungseinrichtung 200: 190 bis 200°C in dem Bereich, in welchem sich der innige Kontakt des Bandes 13 mit dem thermoplastischen zweiten Material 30 vollzieht.

Der Raupenabzug 130 wird in Betrieb genommen und das Abwickeln der Spulen 2 beginnt.
Die Fäden 11 laufen durch die Ösen 31 und anschließend über die Stäbe in der Einrichtung 40 und werden von den Zinken des Kamms 50 vereinigt, um danach die Bahn 12 aus parallelen Fäden zu bilden.
Die Bahn 12 wird dann in die Einrichtung 60 geschickt, in welcher die statische Elektrizität beseitigt wird.
Sie gelangt anschließend derart in den Ofen 70, dass das thermoplastische erste Material seine Schmelztemperatur erreicht. Danach läuft sie durch die beheizbaren Zylinder der Einrichtung 80, die es erlauben, sie zu laminieren, indem die Luft hinausgedrückt wird, und das thermoplastische erste Material gleichmäßig zu verteilen, das so die Glasfilamente ummantelt. Dazu ist festzustellen, dass die Menge des thermoplastischen Materials nicht dosiert zu werden braucht, da es direkt in das thermoplastische erste Material des Bandes durch seine Vermischung mit den Glasfilamenten integriert ist. Die Temperatur der Bahn erreicht nach dem Durchlauf durch die Einrichtung 80 eine Temperatur von 260 bis 270°C.
Anschließend läuft die Bahn 12 zwischen den Zylindern oder durch die Düse der ersten Formgebungseinrichtung 100 durch, um in ein Band 13 umgewandelt zu werden, das geformt wird, indem die Fäden aneinander gespannt werden und sie aneinander anstoßend angeordnet werden. Nach der Formgebung besitzt das Band eine Temperatur von 270 bis 280°C.
Danach tritt das Band 13 in die zweite Formgebungseinrichtung 200 nach einem Stück Weges ein, durch welches es etwas abgekühlt worden ist, insbesondere bis auf etwa 210°C.
Der Einrichtung 200 wird gleichzeitig ein thermoplastisches zweites Material 30 zugeführt.
Der Kontakt des Bandes 13 mit dem thermoplastischen zweiten Material 30 erfolgt bei etwa 190 bis 200°C.
Das Profil 14 läuft anschließend durch die Walzen des gekühlten Kalanders 110, der die endgültige Form fixiert, indem die Oberfläche des thermoplastischen zweiten Materials erstarren gelassen wird und die Fäden fest miteinander verbunden werden. Es wird das erfindungsgemäße Profil 10 mit konstanter Dicke und glattem Aussehen erhalten. Das Profil besitzt nach dem Kalander eine Temperatur von 100°C.
Um die Abkühlung des gesamten Profils 10 zu erleichtern und zu beschleunigen, läuft es durch eine in der Wanne 120 enthaltene Kühlflüssigkeit und wird danach mit einer Temperatur von 30°C ein Erzeugnis, das fest und ausreichend starr ist, um zugeschnitten werden zu können und Lagerung, Transport und Verwendung zu erleichtern.
Es werden dann Verbundprofile erhalten, die eine innige Verbindung des Verstärkungsbandes mit der von dem zweiten thermoplastischen Material gebildeten Matrix aufweisen. Wenn der ausgeübte Überdruck P ausreichend war, ist das erhaltene Profil frei von Porosität.
Um die Vorteile der durch das zuvor beschriebene Verfahren erhaltenen Erzeugnisse zu zeigen, wurden Versuche zur Herstellung von Profilen durchgeführt und Proben aus diesen Profilen mechanischen Prüfungen unterzogen.
Die für diese Versuche hergestellten Profile waren voll.
Die geprüften Probekörper hatten einen rechtwinkligen Querschnitt mit einer Breite von 30 mm und einer Dicke von 7,5 mm.
Das Verstärkungsband hatte eine Breite von etwa 18 mm und eine Dicke von etwa 1 mm. Eine große Seite des Bandes befand sich mit 1 mm auf einer ersten großen Seite des Probekörpers. Das Band war somit mit dem zweiten thermoplastischen Material mit einer Dicke von etwa 5,5 mm auf der einen und von 1 mm auf der anderen Seite bedeckt.
Das Band war auf die Breite des Profils zentriert und somit auf der Breite von etwa 11 mm von dem zweiten thermoplastischen Material umgeben.
Das zweite thermoplastische Material war Polyvinylchlorid (PVC).
Es wurden 3-Punkt-Biegeversuche mit Probekörpern mit einem Querschnitt von 30 mm × 7,5 mm, wie weiter oben angegeben, mit einer Entfernung zwischen den Auflagen vom 20fachen der Dicke des Probekörpers bei Umgebungstemperatur gemäß der Norm ISO 14125 durchgeführt, die es erlaubten, den Elastizitätsmodul des Profils zu bestimmen:
E_Profil = 3600 ± 200 MPa.
Zum Vergleich hatte ein ausschließlich aus PVC bestehendes Profil mit denselben Abmessungen einen Elastizitätsmodul von: E_PVC = 2650 MPa.
Der Einfluss des Verstärkungsbandes führte zu einer Erhöhung des Elastizitätsmoduls um etwa 40%.
Es ist möglich, die Erhöhung des Moduls des beschriebenen Profils zu optimieren, indem die Achse des Verstärkungsbandes in Bezug auf die neutrale Faserachse des Profils verschoben wird. Eine zweite Versuchsreihe, die mit Profilprobekörpern mit denselben Abmessungen durchgeführt wurde, in welchen das Verstärkungsband von der neutralen Faserachse des Profils verschoben worden war, erlaubte es, folgende Ergebnisse zu erhalten:
E_Profil = 4800 ± 100 MPa, das heißt eine Erhöhung des Elastizitätsmoduls um etwa 80%.
Es wurde eine dritte Reihe von Probekörpern aus einem Profil realisiert, dessen Dicke das Doppelte der vorhergehenden, das heißt 15 mm, betrug, wobei zwei Verstärkungsbänder mit einer Dicke von 1 mm und einer Breite von 18 mm eingebaut worden waren.
Die großen Außenseiten der zwei Bänder befanden sich mit 1 mm vom breiten Rand des Profils entfernt. Es befanden sich somit etwa 11 mm des zweiten Kunststoffs zwischen den Innenrändern der zwei Bänder.
Es wurde dann für dieses Profil ein Elastizitätsmodul:
E_{Profil mit 2 Bändern} = 7350 ± 200 MPa erhalten.
Die Erhöhung des Elastizitätsmoduls betrug fast den Faktor 3 gegenüber dem PVC allein.
Es wurden weitere 3-Punkt-Biegeversuche mit einer vierten Reihe von Probekörpern durchgeführt, deren Temperatur variiert wurde.
Die geprüften Probekörper hatten einen rechteckigen Querschnitt mit einer Breite von 13 mm und einer Dicke von 3,7 mm, und das Verstärkungsband mit einer Dicke von etwa 1 mm befand sich weiterhin mit etwa 1 mm auf der ersten Seite des Probekörpers. Der Abstand zwischen den Auflagen betrug 48 mm.
Die mechanischen Versuche, die innerhalb eines Temperaturbereichs von 30 bis 120°C durchgeführt wurden, erlaubten die Bestimmung des Elastizitätsmoduls des Profils bei den Versuchstemperaturen. Die Veränderung des Elastizitätsmoduls ist in 7 mit der voll ausgezogenen Kurve für ein erfindungsgemäß verstärktes Profil und mit der gestrichelten Kurve für ein nicht verstärktes Profil gezeigt. In 7 sind die relativen Veränderungen des Elastizitätsmoduls dargestellt, deshalb beginnen die zwei Kurven bei demselben Ausgangspunkt von 30°C.
Unter Berücksichtigung der relativ wenig vorteilhaften Geometrie des Profils mit einer Verstärkung, die sich relativ nah an der neutralen Faserachse des Profils befindet, ist der Unterschied der Elastizitätsmodule bei Umgebungstemperatur relativ weniger ausgeprägt als in den vorhergehenden Versuchsreihen.
Bei dem Probekörper aus nicht verstärktem PVC wurde eine sehr schnelle Verringerung des Elastizitätsmoduls, wenn die Temperatur anstieg, mit einer Glasübergangstemperatur von etwa 100°C beobachtet. Beispielhaft betrug der Elastizitätsmodul etwa 1000 MPa bei 80°C und in der Größenordnung von einigen MPa bei 120°C.
Bei dem Probekörper aus verstärktem PVC wurde eine gewisse Stabilität des Elastizitätsmoduls, wenn die Temperatur anstieg, wenigstens bis 70 bis 80°C, mit einem weniger schnellen Fall bei höheren Temperaturen und außerdem mit einer Glasübergangstemperatur von etwa 90°C beobachtet. Beispielhaft betrug der Elastizitätsmodul mehr als 2000 MPa bei 80°C und etwa 500 MPa bei 120°C.
Es wurde so gezeigt, dass eine ausgezeichnete Lastübertragung von der thermoplastischen Matrix auf die Verstärkung sowohl bei Umgebungstemperatur als auch bei erhöhter Temperatur erhalten wurde.
Ohne sich auf diese Erklärung festlegen zu wollen, wird vermutet, dass es die ausgezeichnete Kohäsion, die von den verschiedenen Stufen des Verfahrens bewirkt wird, und insbesondere die Bildung eines Bandes aus Glasfasern und organischen Fasern ist, die diese bemerkenswerten Eigenschaften verleihen.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind in keiner Weise beschränkend, und es kann insbesondere vorgesehen werden, ein Profil herzustellen, in welchem das Verstärkungsband nicht im Wesentlichen flach ist, sondern eine winklige oder gekrümmte Gestalt annimmt.
So kann die Herstellung von Kunststoffrohren, beispielsweise aus Polypropylen, mit einer inneren, mittleren oder äußeren rohrförmigen Verstärkung, die innig mit dem Kunststoff des Rohrs vermischt ist, vorgesehen werden. Die rohrförmige Verstärkung besteht aus einem Band, das aus endlosen Fäden hergestellt worden ist, in welchen das thermoplastische Material vorteilhafterweise Polypropylen ist, im Falle des Beispiels, in welchem das Band um seine Durchlaufachse vor oder gleichzeitig mit seinem Durchlauf durch die Extudierdüse aufgewickelt wird. Dabei kann der Kunststoff des Rohrs vorteilhafterweise ausgewählt, verarbeitet oder mit einem anderen Material, insbesondere einer Elastomerbeschichtung, kombiniert werden, um ein besonderes Aussehen oder Gefühl zu verleihen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so zur Herstellung von Stäben, Schienen, Rohren oder Röhren, Bedeckungsmaterialien wie Schindeln (Fassadenplatten) und Pfählen angewendet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundprofils (10) auf der Basis eines thermoplastischen organischen Materials, das von Verstärkungsfasern verstärkt wird, welches die Stufen umfasst, die darin bestehen, eine Vielzahl endloser Verstärkungsfäden (11) mit einem thermoplastischen organischen Material in Berührung zu bringen und das Verbundmaterial zu formen, und welches wenigstens die Stufen: – paralleles Vereinigen der endlosen Fäden (11) auf der Basis von endlosen Fasern aus Glas und aus einem ersten thermoplastischen Material, wobei diese Fäden miteinander vermischt werden, – den endlosen Fäden (11) durch eine Spanneinrichtung (40) eine Spannung mitteilen, – Formen, indem mindestens ein verfestigtes Band (13), in welchem die Verstärkungsfasern mit dem ersten thermoplastischen Material imprägniert sind, erwärmt wird, und – Einführen wenigstens eines Bandes (13) in eine auf den Querschnitt des Profils eingestellte Düse (200) und zeitgleiches Einführen wenigstens eines geschmolzenen zweiten thermoplastischen organischen Materials (30) in die Düse (200) in Berührung mit dem/den Band/Bändern derart, dass ein Profil (10) erhalten wird, das aus mindestens einem zweiten thermoplastischen organischen Material, das von mindestens einem Band verstärkt wird, besteht, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (13) aus endlosen Fäden (11) gebildet wird, die Glasfäden und organischen Fasern aus dem ersten thermoplastischen Material umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es die Stufen: – Bewegen und paralleles Vereinigen der Fäden (11) auf der Basis von einem ersten thermoplastischen Material und Verstärkungsfasern zur Form von mindestens einer Bahn (12), – Schicken von mindestens einer Bahn (12) in einen Bereich, in welchem sie auf eine Temperatur erwärmt wird, die mindestens die Schmelztemperatur des ersten thermoplastischen Materials erreicht, ohne dabei die Erweichungstemperatur der Verstärkungsfasern zu erreichen, und – Schicken von mindestens einer Bahn (12) durch eine Imprägniereinrichtung (80), wobei ihre Temperatur auf einer Formgebungstemperatur des ersten thermoplastischen Materials gehalten wird, um das geschmolzene erste thermoplastische Material homogen zu verteilen und die Verstärkungsfasern mit ihm zu imprägnieren, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Bahn (12) in eine erste Formgebungseinrichtung (100) geschickt wird, wobei ihre Temperatur auf der Formgebungstemperatur des ersten thermoplastischen Materials derart gehalten wird, dass mindestens ein Band (13) erhalten wird, das aus der Aneinanderanordnung der Fäden (11) besteht, die in Querrichtung eine Kontinuität bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, von Spulen einen endlosen Faden aus verstärkenden Filamenten und solchen aus dem ersten thermoplastischen Material abzuwickeln und während der Vereinigung der Fäden zur Form einer Bahn die Spannung der Fäden zu regulieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden (11) vor dem Einführen der Bahn (12) in die Erwärmungszone von jeder statischen Elektrizität befreit werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kunststoff (30) der Düse (200) zugeführt wird, nachdem er in einer Extrudiereinrichtung (300) verarbeitet worden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (14) abgekühlt wird, um seine Formeigenschaften und sein Aussehen zu fixieren und so das fertige Profil (10) liefern zu können.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (10) am Ende der Produktionslinie zugeschnitten wird, um es zu lagern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste thermoplastische Material ein Polyester und das zweite thermoplastische Material Polyvinylchlorid ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie: – Mittel, die vor den Vereinigungsmitteln (50) vorgesehen sind, um den Fäden (11) eine Spannung mitzuteilen, – Mittel (130, 50), um endlose Fäden auf der Basis von endlosen Filamenten aus Glas und aus einem ersten thermoplastischen Material parallel zu vereinigen, wobei die Fäden so miteinander vermischt werden, und Mittel (70, 80), insbesondere Erwärmungsmittel (70), um mindestens ein verfestigtes Band (13) zu bilden, in welchem die Glasfilamente mit dem ersten thermoplastischen Material imprägniert sind, und – eine Düse (200), die auf den Querschnitt des Profils (10) eingestellt ist, und Mittel (300), um zeitgleich mindestens ein Band (14) und mindestens ein geschmolzenes zweites thermoplastisches organisches Material (30) in die Düse (200) in Berührung mit dem/den Band/Bändern derart einzuführen, dass ein Profil erhalten wird, das aus mindestens einem zweiten thermoplastischen organischen Material, das von mindestens einem Band verstärkt wird, besteht, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie: – Mittel (130) zum Bewegen und Mittel (50) zum Vereinigen der endlosen Fäden (11), die aus verstärkenden Filamenten und solchen aus einem ersten thermoplastischen Material bestehen, zur Form von mindestens einer Bahn (12), – Mittel (70), um mindestens eine Bahn (12) auf eine Temperatur zu erwärmen, die mindestens die Schmelztemperatur des ersten thermoplastischen Materials, aber nicht die Erweichungstemperatur der Verstärkungsfilamente erreicht, und – eine Einrichtung (80) zum Imprägnieren von mindestens einer Bahn, die derart erwärmt worden ist, dass das geschmolzene erste thermoplastische Material homogen verteilt wird und die Imprägnierung der Verstärkungsfilamente mit ihm erlaubt, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungsmittel (70) Öfen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vereinigungsmittel (50) aus einem Kamm bestehen, dessen Zinken (51) eine parallele Ausrichtung der Fäden (11) in regelmäßigen Abständen erlauben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägniereinrichtung (80) drei Zylinder (81) umfasst, die beheizt werden, sich drehen und in einem Dreieck angeordnet sind und zwischen welchen die Bahn (12) durchläuft, wobei die Höhe, welche die Zylinder voneinander trennt, eingestellt wird, um auf die Oberfläche der Bahn einen geeigneten Druck auszuüben.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (81) eine Klinge (82) umfasst, um das nach dem Durchgang der Bahn auf dem Zylinder abgelagerte geschmolzene thermoplastische Material abzustreifen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Einrichtung (100) zur Bildung mindestens einer Bahn (12) derart umfasst, dass diese in mindestens ein Band (13) umgewandelt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Formgebungseinrichtung (100) eine vorzugsweise beheizte Düse umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Querschnitt des Profils (10) eingestellte Düse (200) Mittel (214, 215) zum In-Berührung-Bringen des geschmolzenen zweiten thermoplastischen Materials mit dem Band (13), indem ein Überdruck (P) ausgeübt wird, umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das geschmolzene zweite thermoplastische Material (30) von einem Extruder (300) in die auf den Querschnitt des Profils (10) eingestellte Düse (200) gebracht wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kühleinrichtung enthält, die mindestens ein Mittel umfasst, das aus einem Kühlkalander (110), einer kalten Düse und Mitteln zum Aufsprühen einer Flüssigkeit ausgewählt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Erwärmungsmitteln (70) eine Einrichtung zur Ableitung der statischen Elektrizität vorgesehen ist.