DE68903089T2

DE68903089T2 - METHOD FOR PRE-IMPREGNATING REINFORCEMENT ELEMENTS FOR THE PRODUCTION OF COMPOSITE BODIES AND PRODUCT OBTAINED THEREFORE.

Info

Publication number: DE68903089T2
Application number: DE1989603089
Authority: DE
Inventors: Thuan Do; Michel Huvey
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1988-04-22
Filing date: 1989-04-20
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2009-04-21
Also published as: DE68903089D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die es erlauben, Verstärkungselemente, wie Fasern, Gewebe oder Litzen beziehungsweise Geflechte vorzuimprägnieren, bevor man sie in der Konfektion der Verbundmaterialien für Werkstücke, die man herstellen will, verwendet.The invention relates to a method and a device which allow reinforcing elements such as fibres, fabrics or strands or braids to be pre-impregnated before they are used in the manufacture of composite materials for workpieces to be manufactured.

Verglichen mit der (kontinuierlichen) Imprägnierung der Verstärkungselemente, die man kurz vor der Verwirklichung der herzustellenden Verbundwerkstücke vornimmt, ermöglicht es die Vorimprägnierung insbesondere, das erhaltene produkt über eine relativ lange Dauer (mehrere Monate) aufzubewahren, die Menge der in den Werkstücken eingeschlossenen Bläschen zu vermindern und Reißvorgänge der Verstärkungselemente zu vermindern.Compared with the (continuous) impregnation of the reinforcement elements, which is carried out shortly before the composite parts to be manufactured, pre-impregnation makes it possible in particular to keep the product obtained for a relatively long period (several months), to reduce the number of bubbles trapped in the parts and to reduce tearing of the reinforcement elements.

In besonderer Weise wird erfindungsgemäß eine Verbesserung des Verfahrens und der Vorrichtung zur Vorimprägnierung der Verstärkungselemente mit einer stabilisierbaren Substanz, beispielsweise ein in der Warme härtbares flüssiges Harz, vorgeschlagen.In particular, the invention proposes an improvement of the process and the device for pre-impregnating the reinforcing elements with a stabilizable substance, for example a heat-curable liquid resin.

Die bekannten Techniken der Vorimprägnierung von Verstärkungselementen bestehen beisielsweise darin, unter Druck die Substanz eindringen zu lassen, die Penetration ist jedoch nicht homogen und Gase, wie Luft oder Wasserdampf, werden gelöst.The known techniques for pre-impregnation of reinforcing elements consist, for example, of allowing the substance to penetrate under pressure, but the penetration is not homogeneous and gases such as air or water vapor are dissolved.

Die zur Zeit verwendete Technik zur Vorimprägnierung besteht darin, das Harz (verdünnt mittels eines flüchtigen Lösungsmittels, wie Aceton oder Methanol) in Verstärkungsfasern eindringen zu lassen, indem der Durchgang in einem Bad oder auf einer Rolle erfolgt, und dann dieses Lösungsmittel in einem Tunnelofen erheblicher Länge zu verdampfen und schließlich den Faden oder das imprägnierte Band aufzuwickeln. Meistens bringt die vorgenommene Wärmebehandlung das Harz in den Zustand B, was bedeutet, daß das Harz bei Umgebungstemperatur fest ist, daß es jedoch nach der Erwärmung schmelzen kann.The pre-impregnation technique currently used consists in allowing the resin (diluted with a volatile solvent such as acetone or methanol) to penetrate into reinforcing fibres by passing it through a bath or on a reel, then evaporating this solvent in a tunnel oven of considerable length and finally winding up the thread or impregnated tape. Most of the time, the heat treatment applied brings the resin into state B, which means that the resin is solid at ambient temperature, but that it can melt after heating.

Wenn die Schmelztemperatur des Harzes während der Lagerung erreicht werden kann, so fügt man einen Antiadhäsivfilm unter die vorimprägnierten Fäden, bevor sie gewickelt werden, derart, daß das Abwickeln in der Kälte immer ohne Beschädigung der Verstärkungsfasern möglich wird. Ohne Zwischenschaltung eines solchen Antiadhäsivfilms und im Fall, wo die Schmelztemperatur beim Lagern erreicht wird, würde die Bobine nach dem Abkühlen in einen massiven Block umgeformt.If the melting temperature of the resin can be reached during storage, an anti-adhesive film is added under the pre-impregnated threads before they are wound, so that unwinding in the cold is always possible without damaging the reinforcing fibers. Without the interposition of such an anti-adhesive film and in the case where the melting temperature is reached during storage, the bobbin would be transformed into a solid block after cooling.

Es ist tatsächlich nicht möglich, einen Faden oder ein Band von einer Bobine, die zu einem Block geworden ist, abzuwikkeln, ohne wenigstens stark die Fasern zu beschädigen, was einen ernsten Abfall der mechanischen Eigenschaften des schließlich vermittels dieser Faser hergestellten Gegenstandes hervorrufen wird.It is in fact impossible to unwind a thread or a ribbon from a bobbin which has become a block, without at least seriously damaging the fibres, which will cause a serious deterioration in the mechanical properties of the article finally manufactured using this fibre.

Das Vorhandensein des Lösungsmittels, das notwendig ist, damit die Imprägnierung schnell bei viskosen Harzen, selbst im warmen Zustand, abläuft, beispielsweise Expoxiharzen, führt dazu, daß die tatsächlich durch die Fasern mitgerissene Harzmenge gering ist und in der Größenordnung von 25 bis 37 Vol.% liegt.The presence of the solvent, which is necessary for rapid impregnation of viscous resins, even when warm, such as epoxy resins, means that the quantity of resin actually entrained by the fibres is small and is of the order of 25 to 37% by volume.

Es ist nicht möglich, mit diesen bekannten Verfahren, vorimprägnierte Verstärkungselemente mit erhöhten Harzgehalten von 45 bis 55 Vol.% zu erhalten.It is not possible to obtain pre-impregnated reinforcing elements with increased resin contents of 45 to 55 vol.% using these known processes.

Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Durchführung der Vorimprägnierung mit einem durch ein Lösungsmittel verdünnten Harz, unter Vermeidung des kontinuierlichen Tunneltrockenofens, die Bobine direkt zu imprägnieren, indem man ein wenig starkes Vakuum aufbaut, um das Sieden des Lösungsmittels zu vermeiden, und indem man das durch das Lösungsmittel verdünnte Harz zugibt und dann einen Druck aufbaut, um das verdünnte Harz zu zwingen, in die Fasern einzudringen.It has already been proposed to carry out the pre-impregnation with a resin diluted with a solvent, avoiding the continuous tunnel drying oven, by directly impregnating the reel by creating a slightly strong vacuum to avoid boiling of the solvent and by pouring the resin diluted with the solvent and then building up pressure to force the diluted resin to penetrate the fibers.

Es ist dann schließlich notwendig, das Lösungsmittel über eine thermische Behandlung unter Vakuum, die nicht groß ist, zu eliminieren, um das Sieden des Lösungsmittels zu vermeiden.It is then finally necessary to eliminate the solvent by a thermal treatment under vacuum, which is not great, in order to avoid boiling of the solvent.

Diese Behandlung bringt das Harz in den Zustand B, was dazu führt, daß das Produkt ohne ernste Beschädigung der Faser praktisch nicht benützbar ist.This treatment brings the resin into state B, which makes the product practically unusable without serious damage to the fiber.

In beiden Fällen führt die Verwendung eines Lösungsmittels bei der Imprägnierung zu einer Volumenverminderung bei seiner Entfernung. Diese Volumenverminderung führt korrelativ zum Auftreten von Unterdrücken zwischen den Fasern oder Ablöseerscheinungen an der Glas-Harz-Grenzfläche unter Auftreten von Bläschen.In both cases, the use of a solvent during impregnation leads to a reduction in volume when it is removed. This reduction in volume leads, in turn, to the occurrence of negative pressures between the fibers or detachment phenomena at the glass-resin interface with the appearance of bubbles.

Die aus diesen vorimprägnierten Materialien geformten Produkte sind nicht transparent, jedoch durchscheinend oder milchig in den günstigsten Fällen, was das Vorhandensein zahlreicher Mikrobläschen zur Folge hat.The products formed from these pre-impregnated materials are not transparent, but translucent or milky in the best cases, which results in the presence of numerous microbubbles.

Diese Blasen vermindern in beachtlicher Weise die mechanischen Eigenschaften, die nicht nur vom Vorhandensein der Fasern abhängen. So wird der Scherwiderstand in erheblicher Weise durch das Vorhandensein von Mikrobläschen beeinflußt.These bubbles significantly reduce the mechanical properties, which do not only depend on the presence of the fibers. The shear resistance is significantly influenced by the presence of microbubbles.

Diese Mikrobläschen ermöglichen auch die Kondensation von Wasser, das durch Permeabilität durch das Harz eingedrungen ist, und dieses kondensierte Wasser kann die Verstärkungen, die hier empfindlich sind, wie die Glasfaser, angreifen. Die Eigenschaften sind dann leicht so, daß sie sich über die Zeit abbauen, insbesondere in feuchter Atmosphäre und bei Vorhandensein von Temperaturzyklen, was einer natürlichen Alterung entspricht.These microbubbles also allow the condensation of water that has penetrated through the resin by permeability, and this condensed water can attack the reinforcements that are sensitive here, such as the fiberglass. The properties are then easily such that they degrade over time, especially in humid atmospheres and in the presence of temperature cycles, which corresponds to natural aging.

Um solche Nachteile zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, unter Unterdruck vermittels des lösungsmittelfreien Harzes Gegenstände, die vorher geformt wurden, zu imprägnieren, die beispielsweise auf einen Dorn gespult und der Behandlung unter Vakuum ausgesetzt wurden, wodurch es möglich wurde, die Luft aus den Fasern abzusaugen und eine durchgreifende Imprägnierung vorzunehmen, was zu einem Produkt guter Eigenschaften nach der Polymerisation führte, anschließend wird der Dorn zurückgezogen.To avoid such disadvantages, it was proposed to To impregnate, by means of the solvent-free resin, objects which have been previously shaped, for example wound on a mandrel and subjected to the treatment under vacuum, thus making it possible to extract the air from the fibres and to carry out a thorough impregnation, resulting in a product with good properties after polymerisation, after which the mandrel is withdrawn.

Das Dokument "Gummi, Asbest, Kunststoffe", 1982, Bd. 35, Seiten 630-635, zeigt, daß die gemäß diesem Verfahren imprägnierbaren Dicken vermindert werden oder daß wenigstens prohibitive Zeitdauern benutzt werden mußten. In der Praxis ist die maximale Imprägnierungsdicke auf 12 mm begrenzt.The document "Rubber, Asbestos, Plastics", 1982, Vol. 35, pages 630-635, shows that the thicknesses that can be impregnated using this method are reduced or that at least prohibitive periods of time have had to be used. In practice, the maximum impregnation thickness is limited to 12 mm.

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es, dicke Bobinen mit viskosen Harzen ohne Lösungsmittel zuvor zu imprägnieren, indem vorimprägnierte Bobinen im Zustand A mit einem Volumenanteil an Harz geliefert wurden, der größer als bei den traditionellen Verfahren war. Dies ermöglicht schließlich Fertigprodukte geringeren Elastizitätsmoduls, jedoch eine langzeiterhöhte Beständigkeit (Ermüdung, Alterung).The process according to the invention makes it possible to pre-impregnate thick reels with viscous resins without solvents, by supplying pre-impregnated reels in state A with a volume fraction of resin that is greater than in the traditional processes. This ultimately makes it possible to obtain finished products with a lower elastic modulus, but with increased long-term durability (fatigue, aging).

Ein zusätzlicher Vorteil der Maßnahme nach der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine erhebliche Anzahl von Manipulationen der Produkte vermeidet, die geformt und schließlich imprägniert werden.An additional advantage of the measure according to the invention is to provide a process which avoids a considerable number of manipulations of the products which are shaped and finally impregnated.

Ein anderer Vorteil der Erfindung liegt darin, durch eine Substanz im Zustand A vorimprägnierte Verstärkungselemente zu liefern, deren Entwicklung man zum Einstellen ihrer Viskosität derart veranlassen kann, daß die vorimprägnierten Fäden bei ihrem Einsatz geeignet sind, bei ihrem Ablegen nicht zu gleiten. Der letztgenannte Vorteil kann mit Verstärkungselementen, wenn sie trocken sind, nicht erhalten werden und auch nicht, wenn sie mit Harz im Zustand B vorimprägniert sind, noch schließlich, wenn sie kontinuierlich mittels eines Harzes im Zustand A imprägniert sind.Another advantage of the invention is to provide reinforcing elements pre-impregnated with a substance in state A, the development of which can be caused to adjust their viscosity so that the pre-impregnated threads are suitable for use and do not slip when laid down. The latter advantage cannot be obtained with reinforcing elements when they are dry, nor when they are pre-impregnated with resin in state B, nor finally when they are continuously impregnated with a resin in state A.

Unter Zustand A des Harzes versteht man den Zustand, in dem das Harz flüssig, löslich und klebend (bei Umgebungstemperatur) ist.State A of the resin is the state in which the resin is liquid, soluble and sticky (at ambient temperature).

Unter Zustand B des Harzes versteht man den Zustand, in dem das Harz fest, Schmelzbar und wenig klebend (bei Umgebungstemperatur) ist.State B of the resin is the state in which the resin is solid, meltable and not very sticky (at ambient temperature).

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen, die vorimprägnierte Produkte, die Substanz im Zustand A insbesondere umfassend, liefert und die weder Gas noch gelöste Lösungsmittel, die nach dem Aushärten beziehungsweise Kochen frei von Mikroporosität sind, enthalten.According to the invention, a method and a device are proposed which provide pre-impregnated products, in particular comprising the substance in state A, and which contain neither gas nor dissolved solvents which are free of microporosity after curing or cooking.

Die nach dem Verfahren und mittels der Vorrichtung nach der Erfindung erhaltenen Verbundwerkstücke haben verbesserte physikalische und chemische Eigenschaften, wie mechanische Eigenschaften (Zug, Druck, Scherung ...), optische Eigenschaften, Homogenitätseigenschaften und Wasserbeständigkeit.The composite parts obtained by the process and by means of the device according to the invention have improved physical and chemical properties, such as mechanical properties (tensile, compressive, shear...), optical properties, homogeneity properties and water resistance.

Die zur Herstellung der Elemente verwendeten Fäden können beispielsweise aus Kohlenstoff, aus Bor, aus Glas, aus Polyamid sein.The threads used to manufacture the elements can be made, for example, of carbon, boron, glass or polyamide.

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Vorimprägnieren, mit einer von Lösungsmitteln freien Vorimprägnierungssubstanz im Zustand A, von Verstärkungsmitteln zur Verfügung, wie Fasern, Geweben oder Litzen beziehungsweise Geflechten, wobei diese Verstärkungselemente verwendbar sind, um ein Verbundmaterial zu realisieren.The invention provides a method for pre-impregnating, with a solvent-free pre-impregnating substance in state A, reinforcing agents such as fibers, fabrics or strands or braids, wherein these reinforcing elements can be used to produce a composite material.

Dieses Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß es die Reihenfolge folgender aufeinanderfolgender Stufen umfaßt:This procedure is characterized in particular by the fact that it includes the sequence of the following consecutive steps:

- man verteilt oder wickelt diese Verstärkungselemente auf einen Dorn, wobei die Windungen aufeinanderfolgender Schichten einer Bobine einen Winkel alpha derart bilden, daß der Wert dieses Winkels es ermöglicht, einen ausreichenden Imprägnierungsgrad durch die von nichtreaktiven Lösungsmitteln freie Substanz zu erhalten,- these reinforcing elements are distributed or wound on a mandrel, the turns of successive layers of a bobbin forming an angle alpha such that the value of this angle makes it possible to obtain a sufficient degree of impregnation by the substance free from non-reactive solvents,

- man ordnet diese Verstärkungselemente in einer Kammer an,- these reinforcing elements are arranged in a chamber,

- man erzeugt in der Kammer einen in der Stärke und in der Dauer ausreichenden Unterdruck, um wenigstens den größten Teil des Wassers und der in den Verstärkungselementen vorhandenen Gase zu eliminieren, und- a negative pressure is created in the chamber of sufficient intensity and duration to eliminate at least most of the water and gases present in the reinforcing elements, and

- man nimmt die Vorimprägnierung vor, indem man diese Substanz in die Kammer derart einführt, daß diese Verstärkungselemente durch die Substanz während der gesamten Stufe der Vorimprägnierung getaucht werden, wobei die erhaltenen vorimprägnierten Verstärkungselemente frei von Lösungsmitteln und sich im Zustand A befinden.- pre-impregnation is carried out by introducing this substance into the chamber in such a way that these reinforcing elements are immersed in the substance throughout the pre-impregnation stage, the pre-impregnated reinforcing elements obtained being free of solvents and in state A.

Man kann unter Unterdruck diese Substanz, bevor sie in die Kammer eingeführt wird, entgasen.This substance can be degassed under negative pressure before it is introduced into the chamber.

Man kann diese Substanz warm verwenden.This substance can be used warm.

Nach Einführen der ausreichenden Menge an Substanz kann man die Kammer unter Unterdruck halten. Nachdem man den Unterdruck in der Kammer erzeugt hat und die Substanz in die Kammer in ausreichender Menge eingeführt hat, damit die Substanz noch diese Elemente überdeckt, nachdem sie einmal imprägniert sind, kann man die Kammer unter Druck setzen.After introducing a sufficient amount of substance, one can maintain the chamber under negative pressure. After creating the negative pressure in the chamber and introducing the substance into the chamber in sufficient quantity so that the substance still covers these elements once they are impregnated, one can pressurize the chamber.

Wenn man die Kammer unter Druck setzt, so kann man das Einführen von Material, wie Gase oder Wasser, in die die Verstärkungselemente imprägnierende Substanz verhindern. Die Verstärkungselemente können auf einen Dorn gewickelte Fasern sein, und die Windungen der aufeinanderfolgenden Schichten können sich unter einem Winkel von wenigstens 30º und vorzugsweise wenigstens 45º, sogar von 60º kreuzen.By pressurizing the chamber, it is possible to prevent the introduction of material such as gases or water into the substance impregnating the reinforcing elements. The reinforcing elements may be fibers wound on a mandrel and the turns of the successive layers may cross at an angle of at least 30º and preferably at least 45º, even 60º.

Wenn die Verstärkungselemente Litzen beziehungsweise Geflechte oder Gewebebänder sind, so kann man direkt zur Imprägnierung auf der Bobine von Litzen oder Bändern übergehen, so wie sie durch die Litzen- oder Bandherstellungsmaschine geliefert wurde.If the reinforcing elements are strands or braids or fabric tapes, one can proceed directly to impregnation on the bobbin of strands or tapes, as it was supplied by the strand or tape manufacturing machine.

Wenn die Verstärkungselemente auf einen Dorn gewickelte Fasern sind, so kann der Dorn durchbrochen sein.If the reinforcing elements are fibers wound on a mandrel, the mandrel may be broken.

Die Erfindung wird gut verständlich und ihre Vorteile ergeben sich klarer beim Lesen der folgenden Beschreibung, die sich auf ein Ausführungsbeispiel zum Vorimprägnieren von Verstärkungselementen bezieht und durch die beiliegenden Figuren erläutert ist, in denenThe invention will be well understood and its advantages will become clearer when reading the following description, which relates to an embodiment for pre-impregnating reinforcing elements and is illustrated by the accompanying figures, in which

- Fig. 1 die Vorrichtung schematisiert, die die Durchführung des Verfahrens ermöglicht, und- Fig. 1 shows the device that enables the implementation of the method, and

- Fig. 2 im Detail das Aufwickeln der Verstärkungselemente zeigt.- Fig. 2 shows in detail the winding of the reinforcing elements.

In Fig. 1 umfaßt die Vorimprägnierungskammer 1 der Bobine 2 von Verstärkungselementen ein Gehäuse 3 und einen Deckel 4, der dieses Gehäuse mit Schließeinrichtungen 5 schließt. Diese Schließmittel sind ausreichend dicht und ausgelegt, um den Unterdruck in der Kammer zu erhalten und die Kammer unter leichten Druck zu setzen. Diese Mittel können beispielsweise eine Dichtungsausbildung umfassen, die zwischen dem Gehäuse 3 und dem Deckel 4 angeordnet ist, sowie Schnellspannbolzen 6.In Fig. 1, the pre-impregnation chamber 1 of the reel 2 of reinforcing elements comprises a housing 3 and a cover 4 which closes this housing with closing means 5. These closing means are sufficiently tight and designed to maintain the negative pressure in the chamber and to place the chamber under slight pressure. These means can, for example, comprise a sealing formation arranged between the housing 3 and the cover 4 and quick-release bolts 6.

Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform werden die Verstärkungsfasern auf einen Hohldorn 7 gewickelt, der im wesentlichen vertikal in der Kammer 1 gehalten ist. Dieser Dorn 7 ist von Schlitzen 8 durchbrochen, die im wesentlichen gleichförmig verteilt sind, um die korrekte Entgasung der Verstärkungselemente zu erleichtern. Die Kammer 1 umfaßt eine untere Öffnung 10, die im wesentlichen unter dem Niveau der zu imprägnierenden Elemente angeordnet ist und über die die Vorimprägnierungssubstanz eingeführt oder entfernt wird.In the embodiment shown in the figures, the reinforcing fibers are wound on a hollow mandrel 7 which is held substantially vertically in the chamber 1. This mandrel 7 is pierced by slots 8 which are substantially uniformly distributed in order to facilitate the correct degassing of the reinforcing elements. The chamber 1 comprises a lower opening 10 which is arranged substantially below the level of the elements to be impregnated and through which the pre-impregnating substance is introduced or removed.

Die Kammer 1 umfaßt im übrigen eine obere Öffnung 11, die es ermöglicht, den Unterdruck zu realisieren oder die Kammer 1 unter Druck zu setzen. Diese obere Öffnung 11 steht mit einem Raum 12 innerhalb der Kammer in Verbindung, der nicht durch die Imprägnierungssubstanz 13 befeuchtet ist.The chamber 1 also comprises an upper opening 11 which makes it possible to create a vacuum or to pressurise the chamber 1. This upper opening 11 is connected to a Space 12 within the chamber which is not moistened by the impregnating substance 13.

Das Vorhandensein dieses Innenraums 12 ermöglicht es insbesondere zu vermeiden, daß die Imprägnierungssubstanz über die obere Öffnung 11 in die Unterdruckpumpmittel nach oben steigt.The presence of this interior space 12 makes it possible in particular to prevent the impregnating substance from rising upwards via the upper opening 11 into the vacuum pumping means.

Das nicht als begrenzend anzusehende folgende Beispiel bezüglich der Vorimprägnierung einer Bobine mit Glasfasern von 2 kg zeigt eine Art und Weise, wie das Verfahren nach der Erfindung verwirklicht werden kann.The following example, which is not to be considered limiting, regarding the pre-impregnation of a 2 kg glass fiber reel shows one way in which the process according to the invention can be implemented.

Die Bobine 2 aus Verstärkungselementen ist in der Kammer 1 angeordnet, man verbindet die Öffnung 11 mit den Unterdruckpumpmitteln.The reel 2 of reinforcing elements is arranged in the chamber 1, the opening 11 is connected to the vacuum pumping means.

Mit diesen Pumpmitteln senkt man ausreichend den Druck in der Kammer während einer ausreichenden Zeit, beispielsweise indem man einen Absolutdruck von etlichen mm Quecksilbersäule eine Viertelstunde lang realisiert. Auf diese Weise kann man Substanzen eliminieren, die für die Fabrikation von Verbundwerkstücken schädliche Einschlüsse erzeugen, wie Gas- oder Wasserdampfblasen, die in den Verstärkungselementen absorbiert oder adsorbiert werden.These pumping means allow the pressure in the chamber to be reduced sufficiently for a sufficient time, for example by maintaining an absolute pressure of several millimetres of mercury for a quarter of an hour. In this way, it is possible to eliminate substances that create inclusions harmful to the manufacture of composite parts, such as gas or water vapour bubbles that are absorbed or adsorbed in the reinforcing elements.

Indem man den Unterdruck in der Kammer aufrechterhält, führt man langsam über die untere Öffnung 10 eine ausreichende Menge an Imprägnierungssubstanz ein, die vorher entgast und derart getrocknet wurde, daß sie noch die Verstärkungselemente, sobald sie einmal imprägniert sind, überdeckt.Maintaining the negative pressure in the chamber, a sufficient quantity of impregnating substance, previously degassed and dried in such a way that it still covers the reinforcing elements once they have been impregnated, is slowly introduced through the lower opening 10.

Das Entgasen und Trocknen der Imprägnierungssubstanz kann mithilfe eines Speichers ausgeführt werden, indem man den Unterdruck bis zum vollständigen Auftreten von Blasen anwendet. Wenn beispielsweise die Substanz ein Harz auf der Basis von DGEBA (Diglycidylether des Bisphenol A) ist, so kann der Unterdruck 2 bis 3 Torr während 30 min betragen, um hierdurch 4 kg bei 40ºC zu entgasen und zu trocknen.Degassing and drying of the impregnating substance can be carried out using a tank by applying a vacuum until the bubbles completely appear. For example, if the substance is a resin based on DGEBA (diglycidyl ether of bisphenol A), the vacuum can be 2 to 3 Torr for 30 minutes to degas and dry 4 kg at 40ºC.

Nachdem die Substanz 13 in die Kammer 1 eingeführt worden ist, kann man entweder die Kammer unter Vakuum halten oder sie auf einen Druck benachbart dem der Atmosphäre bringen oder sie auf erhöhte Drücke bringen. Die Wirksamkeit der Vorimprägnierung wird durch den Druck gesteigert, die Diffusion der Gase in die Substanz, die nicht sehr konsequent bei atmosphärischem Druck ist, ist bei höheren Drücken zu vermeiden. Das Halten unter Vakuum ermöglicht es, eine ausgezeichnete Qualität der Vorimprägnierung für akzeptable Zeiten zu erhalten. So genügen für eine Bobine von 2 kg für die "Rovings" (Fäden) aus Glas (die Bobine hat eine Glasdicke von 3 cm) 2 Stunden zur Vorimprägnierung.After the substance 13 has been introduced into the chamber 1, it is possible to either keep the chamber under vacuum or to bring it to a pressure close to that of the atmosphere or to bring it to high pressures. The effectiveness of the pre-impregnation is increased by the pressure, the diffusion of gases into the substance, which is not very consistent at atmospheric pressure, is to be avoided at higher pressures. Keeping under vacuum makes it possible to obtain an excellent quality of the pre-impregnation for acceptable times. Thus, for a 2 kg bobbin of glass "rovings" (threads) (the bobbin has a glass thickness of 3 cm), 2 hours are sufficient for pre-impregnation.

Wenn man die Vorimprägnierung unter Druck vornimmt, anstatt daß das Niveau der Substanz in der Kammer wenigstens gleich dem Niveau der Substanz bei Ende der Vorimprägnierung wird, füllt man vollständig die Kammer und anschließend, indem man überwacht, daß kein Gas, wie Luft oder Wasserdampf, in Kontakt mit der Substanz kommt, baut man einen hydraulischen Druck derart auf, daß die Substanz veranlaßt wird, in die Bobine einzudringen.When pre-impregnation is carried out under pressure, instead of the level of the substance in the chamber becoming at least equal to the level of the substance at the end of pre-impregnation, the chamber is completely filled and then, while monitoring that no gas, such as air or water vapor, comes into contact with the substance, a hydraulic pressure is built up in such a way as to cause the substance to penetrate into the reel.

Dieser hydraulische Druck kann beispielsweise vermittels einer Pumpe erhalten werden, die durch die Substanz gespeist wird und die Kammer speist oder vermittels eines Mittels zum Verformen des Substanzvolumens in der Kammer beispielsweise, indem man ein Fluid unter Druck benutzt, das eine Trennmembran mit der Substanz verformt, oder indem man eine Kammer variabler Geometrie, beispielsweise eine Kammer mit einem Kolben, verwendet.This hydraulic pressure can be obtained, for example, by means of a pump fed by the substance and feeding the chamber or by means of a means of deforming the volume of substance in the chamber, for example by using a fluid under pressure which deforms a separating membrane with the substance or by using a chamber of variable geometry, for example a chamber with a piston.

Um das Eindringen der Imprägnierungssubstanz in die Verstärkungselemente zu verbessern, kann man ihre Viskosität vermindern, indem man ihre Temperatur erhöht. Dies kann erhalten werden, indem man die Substanz erwärmt, beispielsweise von 30 auf 50ºC, derart, daß sich eine Viskosität benachbart beispielsweise 5 Pa.s (5 Po) ergibt, entweder vor ihrer Einführung in die Kammer oder in der Kammer selbst. Dieses Erwärmen des Harzes darf nicht zu stark erfolgen, um ein Sieden gewisser Komponenten und die Entwicklung des Harzes zu vermeiden.In order to improve the penetration of the impregnating substance into the reinforcing elements, its viscosity can be reduced by increasing its temperature. This can be achieved by heating the substance, for example from 30 to 50ºC, so as to obtain a viscosity close to, for example, 5 Pa.s (5 Po), either before its introduction into the chamber or in the chamber itself. This heating The resin must not be heated too much to avoid boiling of certain components and the development of the resin.

Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen und um den gleichen Effekt zu erhalten, kann man die Verstärkungselemente vor dem Einführen der Substanz erwärmen, derart, daß in Kontakt mit dieser Substanz die letztere sich erwärmt. Dieses Erwärmen der Verstärkungselemente, das die Viskosität der Imprägnierungssubstanz vermindert, ist im übrigen besonders günstig für die Desorption der Gase und des Wassers, die für schädliche Einschlüsse verantwortlich sind.Without departing from the scope of the invention and in order to obtain the same effect, the reinforcing elements can be heated before the substance is introduced, so that the latter heats up when it comes into contact with the substance. This heating of the reinforcing elements, which reduces the viscosity of the impregnating substance, is also particularly beneficial for the desorption of the gases and water responsible for harmful inclusions.

Wenn man von den Verstärkungselementen insbesondere das Wasser desorbieren will, ohne die Faserbobine zu stark zu erwärmen, kann man vorzugsweise während der Stufe des unter Unterdrucksetzens eine Erwärmung vermittels Mikrowellen benutzen.If it is desired to desorb water from the reinforcing elements in particular without heating the fiber bobbin too much, heating by means of microwaves can be used, preferably during the pressurization stage.

Fig. 2 schematisiert eine Bobine 2 aus Fasern 14, die auf einem Dorn 7 verteilt ist. Erfindungsgemäß ermöglicht das Einstellen des Winkels alpha zwischen den Windungen aufeinanderfolgender Schichten einer Bobine es, den Imprägnierungsgrad einzustellen (Verhältnis des Volumens der Imprägnierungssubstanz zum Volumen der zu imprägnierenden Fasern), im übrigen, je weiter der Winkel alpha 90º benachbart ist, desto geringer sind sind die Gefahren der Reduktion der imprägnierten Fasern durch Reißen während des Abwickelns von der Bobine. Der zufriedenstellende Winkel alpha kann durch Speisen der Bobinen mit einem Schritt oder einer Teilung der angepaßten oder eingestellten Fasern erfolgen. Dieses Speisen bietet im übrigen den Vorteil einer Belüftung und der Einstellung der Spannung der Fasern.Fig. 2 shows a diagram of a reel 2 of fibers 14 distributed on a mandrel 7. According to the invention, adjusting the angle alpha between the turns of successive layers of a reel makes it possible to adjust the degree of impregnation (ratio of the volume of the impregnating substance to the volume of the fibers to be impregnated); moreover, the closer the angle alpha is to 90º, the lower the risks of reduction of the impregnated fibers by tearing during unwinding from the reel. The satisfactory angle alpha can be achieved by feeding the reels with a step or division of the adjusted or adjusted fibers. This feeding also offers the advantage of ventilation and adjustment of the tension of the fibers.

In der gleichen Weise wie das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung sich auf die Vorimprägnierung der Bobine aus Verstärkungsfasern anwenden läßt, kann man Gewebe oder Litzen oder Geflechte vorimprägnieren, die gegebenenfalls auf einen Dorn gewickelt sind.In the same way as the method and device according to the invention can be applied to the pre-impregnation of the bobbin of reinforcing fibers, one can pre-impregnate fabrics or strands or braids, which may be wound on a mandrel.

Claims

1. Process for pre-impregnating - with a solvent-free impregnating substance in state A - reinforcing elements such as fibers, fabrics or strands or braids, these reinforcing elements being usable for producing a composite material, characterized in that it comprises and is limited to the sequence of the following steps:

- These reinforcing elements are fed or distributed or wound on a mandrel, the turns of successive layers of a reel forming an angle alpha which makes it possible to facilitate the penetration of the substance through these layers and to obtain a sufficient degree of impregnation by the substance free of non-reactive solvents,

- these reinforcing elements are arranged in a chamber,

- creating in this chamber a depression of sufficient intensity and duration to eliminate at least most of the water and gases present in the reinforcing elements, and

- pre-impregnation is carried out by introducing this substance into the chamber in such a way that these reinforcing elements are immersed in the substance throughout the pre-impregnation stage, the pre-impregnated reinforcing elements obtained being free of solvents and in state A.

2. Process according to claim 1, characterized in that these reinforcing elements are fibers wound on a mandrel and that the turns of successive layers intersect at an angle alpha of at least 30º.

3. Method according to one of claims 1 or 2, in which these reinforcing elements are fibers wound on a mandrel, characterized in that the mandrel is perforated.

4. Process according to claim 1, characterized in that this substance is degassed under negative pressure before it is introduced into this chamber.

5. Process according to one of claims 1 to 4, characterized in that the substance is used hot.

6. Process according to one of claims 1 to 5, characterized in that after introducing the sufficient amount of said substance, said chamber is kept under vacuum.

7. Process according to one of claims 1 to 6, characterized in that after creating the negative pressure in said chamber and introducing said substance into said chamber in a sufficient quantity so that said substance still covers said elements once they are impregnated, the chamber is pressurized.

8. Method according to claim 7, characterized in that when pressurizing the chamber, the introduction of material such as gas or water into the substance impregnating these reinforcing elements is prevented.