DE60208643T2 - Brechen von Fasern im Streckverfahren - Google Patents

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    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01GPRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G1/00Severing continuous filaments or long fibres, e.g. stapling
    • D01G1/06Converting tows to slivers or yarns, e.g. in direct spinning
    • D01G1/08Converting tows to slivers or yarns, e.g. in direct spinning by stretching or abrading

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)

Description

  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren und ein Gerät zum Streckbrechen von Fasern. Insbesondere umfasst die vorliegende Erfindung das Strecken und Brechen von Bündeln von relativ brüchigen Fasern mit Hilfe von Verfahren und einem Gerät, die die Menge kleiner Faserfilamente, die in dem Streckbrechvorgang erzeugt werden, reduziert.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Verbundmaterialien sind weithin bekannt und werden in großem Umfang in Anwendungen verwendet, wo ein Material mit großer Festigkeit und geringem Gewicht erforderlich ist. Verbundmaterialien bestehen typischerweise aus Fasern, die in eine Polymerharzmatrix eingebettet sind. Glas und Kohlenstoff sind zwei der beliebtesten Fasermaterialien. Epoxid- und Phenolharze sind zwei der beliebtesten Materialien für Harzmatrizen. Die in Verbundmaterialien verwendeten Fasern können je nach den gewünschten endgültigen Eigenschaften des Verbundes in einer großen Variationsbreite von Konfigurierungen angeordnet sein. Beispielsweise können die Fasern zufällig in der Harzmatrix ausgerichtet sein, oder sie können zu einer großen Zahl verschiedener Gewebemuster verwebt sein.
  • In vielen Anwendungen sind mehrere Fasern zu einem Garn kombiniert, das zu einem Gewebe verwebt ist, welches mit Harz imprägniert und gehärtet ist, um den fertigen Verbund zu bilden. In vielen Fällen ist es wünschenswert, Garn zu verwenden, das durchgängige, ungebrochene Fasern enthält. Es gibt jedoch eine Anzahl von Fällen, in denen ein Garn mit gebrochenen Fasern oder Filamenten wünschenswert ist. Beispielsweise ist Garn mit nicht durchgängigen Fasern in solchen Fällen nützlich, in denen das Verbundmaterial zu komplexen Formen verformt wird. Gewebe aus Garn, das nicht durchgängige Fasern enthält, lässt sich leichter um scharfe Krümmungen formen als Gewebe, für das durchgängige Fasern verwendet wurden.
  • Ein gebräuchliches Verfahren zum Bilden von Garnen mit nicht durchgängigen Fasern wird als „Streckbrechen" bezeichnet. Typische Streckbrechverfahren umfassen das Beschichten eines Faserbündels mit verschiedenen viskosen Schmiermitteln und das Strecken des Bündels, bis die einzelnen Fasern in viele Fragmente brechen. Bei einigen Verfahren wird das Faserbündel während des Streckens Brechleisten zugeführt, um das Aufbrechen der Fasern zu erleichtern. Das daraus resultierende gebrochene Garn wird auf dieselbe Weise verwendet wie ungebrochenes Garn, nur dass es vorsichtiger bearbeitet werden muss, um zu verhindern, dass das Garn auseinander fällt. Das viskose Schmiermittel ist unter anderem dazu gedacht, das Bündel gebrochener Fasern zusammenhalten zu helfen. Beispielhafte Streckbrechverfahren sind in der US-Patentschrift Nr. 4,759,985 und in der US-Patentschrift Nr. 4,825,635 beschrieben.
  • Einige weitere Beispiele für Streckbrechverfahren umfassen das der US-Patentschrift 4,857,385, das das Auftragen eines viskosen Schmiermittels auf ein Faserbündel vor dem Streckbrechen beschreibt; US-Patentschrift 5,177,840 beschreibt die Herstellung eines Hybridgarns mittels homogener Mischung zweier Fasertypen; JP 05117969 ; EP 0354139 beschreibt die Herstellung von faserförmigen Multifilamenten und Multifilamenten aus thermoplastischen Matrixfasern, die beiden Arten von Filamenten werden dann zusammengezogen, um ein Hybridgarn herzustellen; und SU 1728308 , das das Auftragen eines Enzyms an vorbestimmten Punkten entlang der Länge eines Faserbündels beschreibt, um das Streckbrechen zu erleichtern, indem die für das Herbeiführen des Streckbrechens erforderliche Kraft reduziert wird.
  • Obschon die vorhandenen Verfahren zum Streckbrechen von Fasern für ihren beabsichtigten Zweck gut geeignet sind, besteht weiterhin ein Bedarf an der Verbesserung solcher Verfahren. Beispielsweise erzeugen viele der Streckbrechverfahren eine große Anzahl relativ kurzer (d.h. mit einer Länge von weniger als 30 Mikron) Faserfragmente. Die Erzeugung einer relativ großen Anzahl kurzer Faserfragmente verringert die Festigkeit des fertigen Verbundmaterials. Außerdem neigen die kurzen Fasern dazu, sich während des Streckens und während der nachfolgenden Bearbeitung aus dem gebrochenen Bündel zu lösen. Dies verursacht nicht nur potentielle Verschmutzungsprobleme, sondern führt auch zu einem Verlust von Masse aus dem Garn. Ferner muss die Menge des viskosen Schmiermittels, das zum Beschichten der Fasern verwendet wird, sorgfältig gesteuert werden. In den meisten Anwendungen wird die Menge des Schmiermittels bei unter einem Gewichtsprozent des gesamten Garnbündelgewichts gehalten. Wird zuviel Schmiermittel verwendet, kann die Anhaftung der gebrochenen Fasern an der Harzmatrix beeinträchtigt werden. Wird zu wenig Schmiermittel verwendet, fehlt dem gebrochenen Bündel der gewünschte Zusammenhalt, und es kann nicht weiterverarbeitet werden (d.h. das Bündel fällt auseinander).
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und ein Gerät zum Streckbrechen von Fasern zur Verfügung gestellt, wobei die Bildung relativ kurzer Filamente reduziert wird und die Notwendigkeit viskoser Schmiermittel beseitigt wird. Die vorliegende Erfindung basiert auf der Entdeckung, dass Stoßwellen, die während des Brechens der gestreckten Fasern erzeugt werden, die Bildung eines hohen Anteils an relativ kurzen (d.h. mit einer Länge von weniger als 30 Mikron) Filamenten hervorrufen. Es wurde entdeckt, dass das Auftragen einer ausreichenden Menge einer dämpfenden Flüssigkeit wie etwa Wasser auf das gestreckte Faserbündel ausreichende Dämpfung der Stoßwellen schafft, um die Menge an relativ kurzen Filamenten, die gebildet werden, zu reduzieren.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst auch das Hinzufügen kompatibler Beschichtungen zu den im Steckverfahren gebrochenen Bündeln, um den Zusammenhalt der Bündel zu erhöhen und die Unversehrtheit der Bündel zu gewährleisten, wenn sie nach dem Streckbrechen weiter bearbeitet werden.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gerät zum Streckbrechen von Fasern, um Bündel aus gebrochenen Filamenten mit unterschiedlichen Längen zur Verfügung zu stellen. Das Gerät umfasst eine Bündel-Verankerungsvorrichtung, die das Faserbündel oder „-werg" an einem ersten Ende des Bündels verankert. Das Gerät umfasst ferner eine Bündel-Zugvorrichtung, die an dem Faserbündel an einem zweiten Ende zieht, um ein gestrecktes Bündel vorzusehen, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Bündels erstreckt. Der Umfang der Streckung, die durch die Bündel-Zugvorrichtung geschaffen wird, reicht aus, um die Fasern zu brechen und gebrochene Filamente mit verschiedenen Längen zu bilden. Das Gerät umfasst ferner einen Flüssigkeitsapplikator, der eine Dämpfungsflüssigkeit auf das Faserbündel aufbringt. Es wird eine ausreichende Menge der Dämpfungsflüssigkeit auf das Faserbündel aufgebracht, um eine Dämpfung der Stoßwellen, die entlang im Wesentlichen der gesamten Länge des gestreckten Bündels erzeugt werden, zur Verfügung zu stellen. Es wurde entdeckt, dass das Durchtränken der im Wesentlichen gesamten Länge des gestreckten Faserbündels eine ausreichende Dämpfung der Stoßwellen bereitstellt, um die Menge an relativ kurzen Faserfilamenten, die während des Brechens der Fasern erzeugt werden, zu reduzieren.
  • Als ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist Wasser eine bevorzugte Dämpfungsflüssigkeit, da es extrem kostengünstig ist und ohne Weiteres durch Verdunstung entfernt werden kann. Es wurde ferner festgestellt, dass die Neigung des im Streckverfahren gebrochenen Wergs oder Garns, auseinander zu fallen, dadurch reduziert werden konnte, dass eine kleine Menge Wasser in dem Faserbündel belassen wurde. Das feuchte gebrochene Bündel wird dann mit kompatiblen Beschichtungen oder Schlichtmaterialien behandelt, um den Zusammenhalt des Bündels ausreichend zu erhöhen, so dass die Unversehrtheit des Bündels während der nachfolgenden Behandlung nicht beeinträchtigt wird.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst Verfahren zum Streckbrechen von Fasern, um Bündel aus gebrochenen Filamenten mit unterschiedlichen Längen zur Verfügung zu stellen. Das Verfahren umfasst den Schritt des Verankerns eines Faserbündels an einem ersten Ende mit einer Verankerungsvorrichtung wie etwa einem Walzenpaar. In einem zweiten Schritt wird eine Zugvorrichtung wie etwa ein Walzenpaar zur Verfügung gestellt, um an dem Faserbündel zu ziehen, um ausreichende Streckung zu schaffen, um die Fasern zu brechen und Filamente mit verschiedener Länge zu bilden. Als ein Merkmal der Erfindung umfasst das Verfahren das Aufbringen einer ausreichenden Menge einer Dämpfungsflüssigkeit auf das gestreckte Faserbündel, um Dämpfung der Stoßwellen entlang im Wesentlichen der gesamten Länge des gestreckten Bündels zur Verfügung zu stellen. In einem letzten Schritt des Verfahrens wird nach Bildung der gebrochenen Filamente die Dämpfungsflüssigkeit aus dem Bündel entfernt und/oder eine kompatible Beschichtung aufgetragen, um den Zusammenhalt des Bündels zu erhöhen, um ein stabiles Produkt zu schaffen, das weiter bearbeitet werden kann, ohne auseinander zu fallen.
  • Die vorliegende Erfindung richtet sich auch auf Bündel der im Streckverfahren gebrochenen Fasern, die mit dem oben zusammengefassten Gerät und Verfahren geformt wurden. Zusätzlich erfasst die Erfindung die Textilien und Verbundmaterialien, die Bündel im Streckverfahren gebrochener Fasern wie oben beschrieben enthalten.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber vorhandenen Verfahren und Geräten insofern dar, als Streckbrechen von Fasern zur Verfügung gestellt wird, bei dem die Anzahl relativ kurzer gebrochener Filamente reduziert wird und die entstandenen Bündel gebrochener Fasern frei von viskosen Schmiermitteln sind.
  • Die oben erläuterten und viele weitere Merkmale und damit zusammenhängende Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Rückgriff auf die folgende detaillierte Beschreibung deutlicher, wenn diese zusammen mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Geräts zum Streckbrechen von Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren und ein Gerät zum Streckbrechen vieler verschiedener Fasern bereit. Zu den Faserarten, die im Streckverfahren gebrochen werden können, gehören Glasfasern, Kohlefasern, Silikonkarbid und andere keramische Fasern. Bevorzugte Fasern sind solche, die relativ brüchig sind. Solche Fasern brechen typischerweise, wenn sie auf 3 Prozent Ausdehnung oder weniger gestreckt werden. Beispielhafte Fasern sind Hochmodulfasern, die einen Modul von etwa 30 Msi oder mehr aufweisen. Kohlefasern mit einem Modul zwischen etwa 30 und 50 Msi werden insbesondere bevorzugt. Die einzelnen Fasern können in ihrem Durchmesser zwischen 3 und 10 Mikron liegen. Bündelgrößen, die der Behandlung unterzogen werden können, umfassen solche Bündel, Werge oder Garnbündel, die zwischen 3.000 und 50.000 einzelne Filamente oder Fasern in jedem Bündel enthalten. Allgemein kann die vorliegende Erfindung zum Streckbrechen beliebiger Faserbündel genutzt werden, die gegenwärtig mit den bekannten Verfahren im Streckverfahren gebrochen werden, wie sie in den oben genannten US-Patentschriften Nr. 4,759,985 und 4,825,635 beschrieben sind.
  • In 1 ist mit 10 allgemein ein Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Gerät ist für das Streckbrechen von Fasern konstruiert, um Bündel aus gebrochenen Filamenten mit unterschiedlichen Längen zur Verfügung zu stellen. Das Gerät 10 umfasst eine Bündel-Verankerungsvorrichtung, die allgemein mit 12 dargestellt ist. Die Bündel-Verankerungsvorrichtung umfasst ein Walzenpaar 14 und 16, die gegen das Faserbündel 18 gepresst sind, um dessen Verankerung zu schaffen. Die Verwendung der Walzen 14 und 16 zum Verankern des Bündels am ersten Ende des Bündels 20 ist auf dem Fachgebiet gut bekannt. Falls gewünscht, können andere Arten von Verankerungsvorrichtungen verwendet werden.
  • Das Streckbrechgerät 10 umfasst ferner eine Bündel-Zugvorrichtung, die allgemein mit 22 dargestellt ist. Die Bündel-Zugvorrichtung 22 umfasst vorzugsweise ein Walzenpaar 24 und 26, die gegen das Bündel 18 gepresst sind und wie durch die Pfeile 28 angezeigt gedreht werden, um Ziehen des Bündels 18 zur Verfügung zu stellen. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, werden die Zugwalzen 24 und 26 etwas schneller gedreht als die Verankerungswalzen 14 und 16, um das gewünschte Strecken des Bündels 18 zwischen dem ersten Ende des Bündels 20 und dem zweiten Ende des Bündels 30 zur Verfügung zu stellen. Das Maß der Streckung wird je nach der konkreten Art der Faser, die im Streckverfahren gebrochen wird, sorgfältig gesteuert. Das Maß der Streckung wird ausgewählt, um ein Bündel aus gebrochenen Filamenten 32 mit unterschiedlichen Längen zur Verfügung zu stellen. Das im Streckverfahren gebrochene Bündel verlässt das Gerät bei 10 in der durch Pfeil 34 angezeigten Richtung. Typischerweise ist ein Steuerungsgerät 36 zum Steuern der relativen Drehgeschwindigkeiten der Walzen 14/16 und 24/26 zur Verfügung gestellt, um genaue und reproduzierbare Streckung der Fasern bis zu dem Punkt, an dem der Bruch auftritt, zu gewährleisten.
  • Die Temperatur, bei der das Brechen ausgeführt wird, ist nicht entscheidend. Für die meisten Vorgänge ist Raumtemperatur geeignet. Die Temperaturen können, falls gewünscht, je nach der verwendeten Dämpfungsflüssigkeit variiert werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass während des Bruchs von Fasern Stoßwellen erzeugt werden. Es hat sich gezeigt, dass diese Stoßwellen für die Erzeugung einer relativ großen Anzahl kleiner (d.h. mit einer Länge von weniger als 30 Mikron) Faserfragmente verantwortlich sind. Diese Faserfragmente sind unerwünscht, da sie dazu neigen, aus dem gestreckten Faserbündel auszufallen, was zur Verminderung der Bündelmasse und -festigkeit führt. Ferner neigen die kleinen Fasern dazu, in der Luft zu schweben, und müssen eingefangen und entfernt werden, um möglichen Verschmutzungsproblemen vorzubeugen.
  • Die während des Bruchs erzeugten Stoßwellen werden mit Hilfe einer Dämpfungsflüssigkeit gedämpft. Die Dämpfungsflüssigkeit ist in einem Reservoir 38 enthalten. Die Dämpfungsflüssigkeit wird vorzugsweise mit einer oder mehreren Düsen 40 auf das Bündel 18 aufgebracht. Die Düse(n) ist vorzugsweise so angeordnet, dass Dämpfungsflüssigkeit am ersten Ende 20 des Bündels 18 aufgetragen wird. Während sich das Bündel zwischen den Walzen in der Richtung des Pfeils 34 bewegt, wird das Bündel 18 vollständig mit Dämpfungsflüssigkeit durchtränkt, wie mit 42 dargestellt. Die Menge der Dämpfungsflüssigkeit 42, die durch die Düse(n) 40 aufgebracht wird, reicht aus, um das gesamte Bündel 18 über im Wesentlichen die gesamte Strecke zwischen den Verankerungswalzen 14/16 und den Zugwalzen 24/26 zu durchtränken. Um zu gewährleisten, dass genügend Dämpfungsflüssigkeit vorhanden ist, um die Stoßwellen abzudämpfen, wird es bevorzugt, wenn die Menge der Dämpfungsflüssigkeit dafür ausreicht, dass Dämpfungsflüssigkeit von dem Bündel 18 tropft, wie durch die Tropfen 44 dargestellt. Die Tropfen der Dämpfungsflüssigkeit 44 werden in einem Behälter 46 aufgefangen. Die aufgefangene Dämpfungsflüssigkeit 48 kann zum Reservoir 38 zurückgeführt oder ausgeleitet werden. Der Begriff „im Wesentlichen die gesamte Strecke" bedeutet mindestens 90 Prozent der Strecke zwischen dem Ort, an dem das Bündel 18 durch die Verankerungswalzen 14/16 verankert ist, und dem Ort, an dem das Bündel 18 durch die Zugwalzen 24/26 gestreckt wird (d.h. 90 Prozent der Länge des gestreckten Bündels). Insbesondere bedeutet „im Wesentlichen die gesamte Strecke" mindestens 95 % der Länge des gestreckten Bündels.
  • Die Zugwalzen 24 und 26 werden mit ausreichendem Druck gegen das Bündel 18 gedrückt, um nicht nur ausreichenden Zug zum Ziehen des Bündels 18, sondern auch zum Ausdrücken oder Ausquetschen überschüssiger Dämpfungsflüssigkeit aus dem Bündel 18 zu schaffen, wie bei 50 dargestellt. Es ist möglich, im Wesentlichen die gesamte Dämpfungsflüssigkeit aus dem Bündel 18 auszuquetschen, um ein gestrecktes Bündel 32 zu erzeugen, das wenig oder gar keine Dämpfungsflüssigkeit enthält. Es ist jedoch vorzuziehen, dass nur ein Teil der Dämpfungsflüssigkeit aus dem Bündel gequetscht wird, um ein gestrecktes Bündel 32 mit einer Restmenge Dämpfungsflüssigkeit darin zu erzeugen.
  • Wasser ist eine bevorzugte Dämpfungsflüssigkeit. Es wurde festgestellt, dass Wasser adäquate Dämpfung der gestreckten Faser schafft, um die während des Faserbruchs erzeugten Stoßwellen wesentlich zu verringern. Außerdem wird Wasser durch Verdunstung leicht aus dem gestreckten Faserbündel entfernt. Vorzugsweise wird deionisiertes Wasser oder Wasser aus Umkehrosmose verwendet, bei dem Verunreinigungen im Wasser reduziert sind. Die Verwendung von solchem gereinigten Wasser gewährleistet, dass keine Fremdstoffe in das Faserbündel 18 eingetragen werden, die die Oberflächeneigenschaften des fertigen Bündels beeinträchtigen könnten. In vielen Fällen kann jedoch unbehandeltes Leitungswasser mit akzeptablen Ergebnissen verwendet werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass die strukturelle Unversehrtheit des gestreckten Bündels 32 optimiert wird, indem zwischen 10 und 20 Gewichtsprozent des Wassers im Bündel belassen werden. Vorzugsweise beträgt die Wassermenge, die im Bündel verbleibt, nachdem es durch die Walzen 24 und 26 geleitet wird, etwa 15 Prozent. Es wurde festgestellt, dass diese Wassermenge dem gebrochenen Faserbündel 32 einigen Zusammenhalt gibt, so dass es leichter bearbeitet werden kann.
  • Geeignete Dämpfungsflüssigkeiten zusätzlich zu Wasser sind organische und anorganische Flüssigkeiten, die in der Lage sind, Stoßwellen zu dämpfen. Allgemein ist eine geeignete Dämpfungsflüssigkeit eine Flüssigkeit, die in der Lage ist, Stoßwellen zu dämpfen, die während des Ziehens der Fasern erzeugt werden, und die leicht von dem Faserbündel entfernt werden kann, ohne die physikalischen oder chemischen Eigenschaften des fertigen Faserbündels zu beeinträchtigen. Falls gewünscht, kann die Dämpfungsflüssigkeit bestimmte Zusätze enthalten, die als Beschichtung oder Oberflächenbehandlung für eine bestimmte Anwendung oder Verwendung des fertigen gestreckten Faserbündels gedacht sind.
  • Das Gerät und die Verfahren der vorliegenden Erfindung wurden so dargestellt, dass die Dämpfungsflüssigkeit nur am ersten Ende des Faserbündels aufgebracht wird. Es versteht sich für den Fachmann, dass jedes Verfahren zum Auftragen der Dämpfungsflüssigkeit auf das Faserbündel geeignet ist, vorausgesetzt, dass das Faserbündel entlang im Wesentlichen der gesamten Länge zwischen den Verankerungswalzen 14/16 und den Zugwalzen 24/26 vollständig durchtränkt wird. Beispielsweise können Düsen für den Mehrfachauftrag benutzt werden, die entlang der gesamten Länge des gestreckten Faserbündels angeordnet sind. Alternativ kann das gesamte Faserbündel in ein Reservoir mit Dämpfungsflüssigkeit eingetaucht werden. Zur Vereinfachung jedoch wurde festgestellt, dass genügend Dämpfungsflüssigkeit mit einer einzigen Düse aufgebracht werden kann, die eine ausreichende Menge Dämpfungsflüssigkeit aufträgt, so dass das Faserbündel entlang seiner gesamten Länge zwischen den beiden Walzenpaaren vollständig durchtränkt wird, während das Bündel durch das Gerät läuft.
  • Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, kann das gestreckte Faserbündel mit Brechleisten (nicht dargestellt) manipuliert werden, die zur Erleichterung des Brechens der Fasern konstruiert sind. Es ist eine breite Vielfalt von Brechleistenanordnungen möglich, von einfachen Leistenkonstruktionen, die auf die Fasern schlagen, bis hin zu komplexeren Konstruktionen, die die Fasern manipulieren, um so die gewünschten Grade des Faserbruchs zur Verfügung zu stellen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass die Verwendung einer Dämpfungsflüssigkeit gebrochene Faserbündel erzeugt, die im Wesentlichen frei von gebrochenen Filaments sind, die weniger als 30 Mikron lang sind. „Im Wesentlichen frei" bedeutet etwa 1 Prozent oder weniger.
  • Das feuchte, im Streckverfahren gebrochene Faserbündel 32 kann bis zu einem gewissen Grad gehandhabt werden, ohne die Unversehrtheit zu beeinflussen. Nach der Trocknung jedoch ist das gebrochene Bündel schwieriger zu bearbeiten. Entsprechend wird es bevorzugt, wenn das feuchte gebrochene Bündel mit einem Schlichtmaterial behandelt wird, das mit der Dämpfungsflüssigkeit kompatibel ist und den Zusammenhalt des Faserbündels erhöht. Beispielsweise sind Epoxide auf Wasserbasis ein bevorzugtes Beschichtungs- oder Schlichtmaterial, wenn Wasser als Dämpfungsflüssigkeit verwendet wird. Es können andere Beschichtungen verwendet werden, die weithin als Schlichte eingesetzt werden. Die Schlichte wird vorzugsweise als Nebel oder feines Spray aufgetragen. Die Menge der hinzugefügten Schlichte beträgt zwischen 0,3 Gewichtsprozent und 3,0 Gewichtsprozent. Mengen im Bereich von etwa 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent werden bevorzugt. Allgemein reicht die Menge der auf das Bündel aufgetragenen Schlichte aus, um den Zusammenhalt des Bündels zu erhöhen, so dass es bearbeitet werden kann, ohne auseinander zu fallen, während gleichzeitig das Bündel nicht durchtränkt wird.
  • Das beschichtete oder „beschlichtete" Faserbündel kann getrocknet und dann auf eine Spule aufgewickelt oder anderweitig weiterverarbeitet werden. Wie beispielsweise bekannt ist, können die beschlichteten Faserbündel zu einer beliebigen Zahl gewünschter Gewebestrukturen gewebt werden. Die Gewebestrukturen werden mit einem geeigneten Polymerharz wie etwa einem Epoxidharz, Phenolharz, Bismaleinimiden (BMI), mit Vinylestern und Polyestern und anderen duroplastischen und thermoplastischen Harzen imprägniert. Das beschlichtete Faserbündel kann in derselben Weise genutzt werden wie vorhergehend im Streckverfahren gebrochene Faserbündel, um eine große Vielfalt von Verbundmaterialien zu bilden, bei denen die im Streckverfahren gebrochenen Fasern in eine Harzmatrix eingebettet sind. Die im Streckverfahren gebrochenen Fasern sind besonders bei der Formung komplexer Konstruktionen aus Verbundmaterialien, die relativ scharfe Krümmungen umfassen, nützlich.
  • Nachdem Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, sollte dem Fachmann deutlich sein, dass die vorliegenden Beschreibungen lediglich beispielhaft sind und verschiedene andere Alternativen, Anpassungen und Modifizierungen innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können. Entsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten, bevorzugten Ausführungsformen und -beispiele beschränkt, sondern ist nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt.

Claims (15)

  1. Gerät (10) zum Streckbrechen von Fasern, um Bündel aus gebrochenen Filamenten mit unterschiedlichen Längen zur Verfügung zu stellen, wobei genanntes Gerät umfasst: eine Bündel-Verankerungsvorrichtung (12), die ein Faserbündel (18) an einem ersten Ende (20) des genannten Bündels verankert; eine Bündel-Zugvorrichtung (22), die an dem genannten Faserbündel (18) an einem zweiten Ende (30) zieht, um ein gestrecktes Bündel vorzusehen, das sich zwischen genanntem ersten und genanntem zweiten Ende (20) und (30) des genannten Bündels erstreckt, wobei die genannten Fasern in dem genannten gestreckten Bündel brechen, um gebrochene Filamente mit unterschiedlichen Längen zu bilden, und wobei Stoßwellen währen des Brechens der genannten Fasern erzeugt werden; und einen Flüssigkeitsapplikator, der eine Dämpfungsflüssigkeit auf das genannte Faserbündel (18) aufbringt, so dass das Bündel mit Dämpfungsflüssigkeit gesättigt wird, um eine Dämpfung der genannten Stoßwellen entlang im wesentlichen der gesamten Länge des genannten gestreckten Bündels zur Verfügung zu stellen.
  2. Gerät (10) zum Streckbrechen von Fasern gemäß Anspruch 1, wobei die genannte Bündel-Verankerungsvorrichtung (12) ein Paar Verankerungswalzen (14) und (16) umfasst, zwischen denen das genannte Faserbündel verankert wird, und wobei die genannte Bündel-Zugvorrichtung (22) ein Paar Zugwalzen (24) und (26) ist, zwischen denen das genannte Faserbündel angeordnet wird, wobei die genannten Paare von Verankerungswalzen (14) und (16) und Zugwalzen (24) und (26) einen ununterbrochenen Durchtritt des genannten Faserbündels zwischen ihnen zur Verfügung stellen.
  3. Gerät (10) zum Streckbrechen von Fasern, nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die genannte Dämpfungsflüssigkeit Wasser umfasst.
  4. Gerät (10) zum Streckbrechen von Fasern nach irgendeinem vorausgehenden Anspruch, wobei der genannte Flüssigkeitsapplikator eine Düse (40) umfasst, die in der Nähe der genannten Verankerungswalzen (14) und (16) angeordnet ist, um das Aufbringen der genannten Dämpfungsflüssigkeit am ersten Ende (20) des genannten Bündels (18) zur Verfügung zu stellen, und wobei die genannten Zugwalzen (24) und (26) so angeordnet sind, dass zumindest ein Teil der genannten Dämpfungsflüssigkeit aus dem genannten Bündel (18) ausgequetscht wird, während das genannte Bündel (18) zwischen den genannten Zugwalzen (24) und (26) hindurch tritt.
  5. Gerät (10) zum Streckbrechen von Fasern nach irgendeinem vorausgehenden Anspruch, wobei ein Behälter (46) vorgesehen ist, um überschüssige Dämpfungsflüssigkeit aufzunehmen, die von dem genannten gestreckten Bündel (32) abfällt.
  6. Verfahren zum Streckbrechen von Fasern, um Bündel aus gebrochenen Filamenten mit unterschiedlichen Längen zur Verfügung zu stellen, wobei genanntes Verfahren die Schritte umfasst: Verankern eines Faserbündels (18) an einem ersten Ende (20) des genannten Bündels mit einer Verankerungsvorrichtung (12); Ziehen am genannten Faserbündel (18) an einem zweiten Ende (30) unter Benutzung einer Zugvorrichtung (22), um ein gestrecktes Bündel (22) zur Verfügung zu stellen, das sich zwischen genanntem ersten und zweiten Ende (20) und (30) des genannten Bündels erstreckt, wobei die genannten Fasern in dem genannten gestreckten Bündel (32) gebrochen werden, um gebrochene Filamente mit unterschiedlichen Längen zu bilden, und wobei Stoßwellen während des Brechens der genannten Fasern erzeugt werden; und Sättigen des genannten Faserbündels mit einer Dämpfungsflüssigkeit (42), um ein Dämpfen der genannten Stoßwellen entlang im wesentlichen der gesamten Länge des genannten gestreckten Bündels (32) zur Verfügung zu stellen; und Entfernen der genannten Dämpfungsflüssigkeit (42) vom genannten Bündel nach der Bildung der genannten gebrochenen Filamente.
  7. Verfahren zum Streckbrechen von Fasern nach Anspruch 6, wobei die genannten Fasern aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Kohlenstoff, Keramik und Glas besteht.
  8. Verfahren zum Streckbrechen von Fasern nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei die genannte Dämpfungsflüssigkeit (42) Wasser umfasst.
  9. Verfahren zum Streckbrechen von Fasern nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die genannte Verankerungsvorrichtung (12) ein Paar Verankerungswalzen (14) und (16) umfasst, zwischen denen das genannte Faserbündel (18) verankert wird, und wobei die genannte Bündel-Zugvorrichtung (22) ein Paar Zugwalzen (24) und (26) ist, zwischen denen das genannte Faserbündel (18) angeordnet wird, wobei die genannten Paare der Verankerungswalzen (14) und (16) und der Zugwalzen (24) und (26) einen ununterbrochenen Durchlauf des genannten Faserbündels zwischen ihnen zur Verfügung stellen.
  10. Verfahren zum Streckbrechen von Fasern nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die genannte Dämpfungsflüssigkeit unter Benutzung eines Flüssigkeitsapplikators aufgebracht wird, der eine Düse (40) aufweist, die in der Nähe der genannten Verankerungswalzen (14) und (16) gelegen ist, um die genannte Dämpfungsflüssigkeit am ersten Ende (20) des genannten Bündels aufzubringen, und wobei die genannten Zugwalzen (24) und (26) so angeordnet sind, dass zumindest ein Teil der genannten Dämpfungsflüssigkeit (42) von dem genannten Bündel ausgequetscht wird, während das genannte Bündel zwischen den genannten Zugwalzen hindurchtritt.
  11. Verfahren zum Streckbrechen von Fasern nach einem der Ansprüche 6 bis 10, welches den Schritt des Aufbringens eines Beschichtungsmaterials auf die genannten gebrochenen Filamente beinhaltet.
  12. Bündel aus im Streckverfahren gebrochenen Fasern (32), das gebrochene Filamente unterschiedlicher Längen aufweist, wobei das genannte Bündel ein Gewichtsprozent oder weniger an gebrochenen Filamenten umfasst, welche Längen von weniger als 30 Mikron aufweisen.
  13. Bündel aus im Streckverfahren gebrochenen Fasern (32) nach Anspruch 12, das ferner ungefähr 0,3 bis etwa 3,0 Gewichtsprozent eines Beschichtungsmaterials beeinhaltet.
  14. Bündel aus im Streckverfahren gebrochenen Fasern (32) nach Anspruch 13, welches gebrochene Filamente unterschiedlicher Längen und eine Dämpfungsflüssigkeit (42) umfasst, wobei die Menge an Dämpfungsflüssigkeit (32) in dem genannten Bündel von im Streckverfahren gebrochenen Fasern ungefähr 15 Gewichtsprozent beträgt.
  15. Bündel aus im Streckverfahren gebrochenen Fasern (32) nach Anspruch 14, wobei die genannte Dämpfungsflüssigkeit (42) Wasser umfasst.
DE60208643T 2001-12-12 2002-11-20 Brechen von Fasern im Streckverfahren Expired - Lifetime DE60208643T2 (de)

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