DE68909928T2

DE68909928T2 - Struktur mit orientierten fasern und verfahren zur herstellung.

Info

Publication number: DE68909928T2
Application number: DE89902261T
Authority: DE
Inventors: Jukka Saarikettu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-02-09
Filing date: 1989-02-09
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2009-02-10
Also published as: HU891474D0; AU632270B2; US5149583A; DK172890D0; FI81840C; AU3052189A; FI81840B; EP0398965A1; DE68909928D1; FI880571A; EP0398965B1; WO1989007673A1; HUT64114A; DK171615B1; DK172890A; FI880571A0

Description

Die Erfindung betrifft eine laminierte orientierte Faserstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung davon nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hier bedeuten Laminatmittel verschiedene Arten von Fasermischungen im allgemeinen.
Gemäß der bekannten Technologie wird ein Glasfaserverbundwerkstoff hergestellt durch Verteilen von Harz auf eine Glasfasermatte, die auf der Oberseite oder innerhalb einer Form angeordnet worden ist. Die Glasfaser kann in einer Glasfasermatte als diskontinuierliche Fasern gebunden oder in eine Deckenstruktur verwoben werden. Das Problem hierbei ist, daß die Luftblasen dazu neigen, im Laminat zu verbleiben. Dieses Phänomen ist besonders problematisch an den Ecken. Eine Decken- Struktur ist bekannt aus der Deutschen Patentanmeldung DE-OS 3.304.345. Die US-Anmeldung 3.201.104 zeigt eine Rundstrickmaschine, bei der ein Metalldraht, der als Verstärkung eines Schlauchs gedacht ist, in das gestrickte Gewebe eingebunden wird. Hierbei ist das Gewebe jedoch ein ziemlich loses Netz. Wenn das Gewebe dicht gezogen wird, wird der Verstärkungsdraht oder die Faser nicht gerade bleiben, wodurch dieses Verfahren beispielsweise für Glasfaser nicht geeignet ist, die ihre Festigkeit verliert, wenn sie gebogen wird. Im Dokument GB-A- 1.258.238 ist ein Harzlaminat offenbart, das mit einem kettfaden-gewirkten Gewebe verstärkt ist, das eingelegte Verstärkungsfäden aufweist.
Diese Erfindung ist dazu gedacht, eine neue Type einer laminierten Faserstruktur zu schaffen, die leicht auf der Oberfläche einer Form geformt werden kann, und bei der die vorstehend erwähnten Luftblasen in einem Laminat vermieden werden.
Mit Hilfe der Erfindung ist es auch vorteilhaft, das sogenannte Prepreg- oder Zusammenmischungsverfahren zu verwenden, wobei der Binder bzw. das Bindemittel in der Tragfaser enthalten ist oder daneben zugeführt wird, so daß, wenn es erwärmt wird, es in dem Gewebe zu einer dünnen Schalenstruktur aushärtet. Es ist möglich, eine Poplyesterfaser als eine Art Bindemittel zu verwenden. Da die Tragfasern oft aus einem elastischen Material bestehen, zieht sich die gewirkte Faser zusammen, so daß die unelastischen Verstärkungsfasern aus dem Gewebe herausstehen. Dies kann gesteuert werden mit Hilfe des Verfahrens gemäß Anspruch 8, bei dem Öffnungen, vor denen die Verstärkungsfaser schützen soll, in regelmäßigen Intervallen in dem gewirkten Gewebe belassen werden. Die wesentlichen Vorteile der Erfindung können wie folgt aufgelistet werden:
- durch eine geeignete Auswahl der Tragfaserfaden- und Verstärkungsfaserfaden-Materialien kann ein sehr geringes spezifisches Gewicht erzielt werden,
- durch eine geeignete Auswahl des Tragfaserfadens (z.B. Polyester) kann eine exzellente Feuchtigkeits-Absorptionsfähigkeit erreicht werden, wobei nur eine geringe Bildung von Luftblasen im Laminat stattfindet,
- in den Textilprodukten kann die Richtung der orientierten Fasern unmittelbar gesehen werden, wobei es einfach ist, die orientierten Glasfaserfäden anzuordnen, welche eine hohe Festigkeit aufweisen, und zwar in der Weise, daß sie die meiste Last tragen, die das Laminat auszuhalten hat,
- das gewirkte Gewebe, welches die Verstärkungsfasern enthält, ist in jeder Richtung elastisch oder flexibel, so daß es leicht ist, es zu laminieren und insbesondere an einer entsprechenden Form zu ihrem Gebrauch anzuordnen,
- ein schlauchartiges, gestricktes Element kann leicht geschnitten werden, sowohl quer als auch in Richtung der orientierten Fasern, wodurch es möglich ist, das gestrickte Element als Flächenelement einer gewünschten Form und/oder Größe zu verwenden, und
es ist auch dazu gedacht, eine Faserstruktur zu schaffen, die für verschiedene Schutzzwecke verwendet werden kann. Darüber hinaus ist die Erfindung dazu gedacht, ein Verfahren zur Herstellung einer Faserstruktur zu schaffen, das überhaupt für jede beliebige Faser verwendet werden kann, die orientiert oder ausgerichtet werden soll. Die wesentlichen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus Anspruch 1. Das Hauptprinzip der Erfindung ist die Verbindung verstärkter Fasern zu einem doppelseitig gestrickten Gewebe, in Querrichtung zu den Maschenfurchen. Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird es erstens möglich, einen großen Produktionsausstoß zu erreichen, und zweitens ermöglicht es die Herstellung eines Produktes nach Anspruch 10. Diese Art einer schlauchartigen Faserstruktur ist besonders vorteilhaft, da es während des Laminierens direkt auf ein Rohr, eine Stange oder eine entsprechende Form gezogen werden kann. Allgemein sind sowohl die Tragfasern als auch die Verstärkungsfasern Fadenfasern, das heißt Endlos-Fasern.
Das Verfahren nach Anspruch 3 wird verwendet, um dichtes Stricken mit Verstärkungsfasern zu schaffen bzw. zu ermöglichen. Die Merkmale des Anspruchs 4 haben den besonderen Vorteil, daß die Bildung von Luftblasen unwahrscheinlich ist, wenn Harz effektiv in das Gewebe gesaugt wird. Viele Verstärkungsfasern können überhaupt nicht der Bildung von Knoten bzw. Schlingen widerstehen. Die Festigkeit von Aramidfasern kann andererseits aufrechterhalten werden, selbst nachdem sie um ein vernünftiges Maß gebogen worden sind, wobei die gesamte Faserstruktur mit dieser Faser gestrickt werden kann. Ähnliche Experimente werden auch mit gesponnener Glasfaser gemacht.
Anstelle einer einzelnen Verstärkungsfaser ist es natürlich möglich, mehrere Verstärkungsfasern, das heißt Faserbündel, zu verwenden. Andererseits ist es nicht nötig, Verstärkungsfasern bei jeder Maschenreihe zuzuführen. In diesem Zusammenhang ist es kein Problem, als Verstärkungsfaser jede bekannte Faser, beispielsweise Glas-, Kohlenstoff-, Aramid-, Borax- und Keramik-Faser zu verwenden, und zwar entweder als (Einzel-)Faden oder als Fadenbündel. Es ist auch möglich, Polyamide oder deren Derivate als Verstärkungsfasern zu verwenden. Nachfolgend wird die Erfindung durch Beispiele anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vergrößerte Darstellung eines gestrickten Gewebes gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Vergrößerung eines anderen gestrickten Gewebes;
Fig. 3 eine Vergrößerung einer dritten Art eines gestrickten Gewebes und
Fig. 4 ein schlauchartig gestricktes Gewebe.
Das in Fig. 1 gezeigte gestrickte Gewebe wird mit einer sogenannten Doppel-Rundstrickmaschine erzeugt, die vertikale Zylindernadeln und horizontale Plattennadeln aufweist. Allgemein ist es möglich, von einem ersten Nadelsatz und einem zweiten Nadelsatz zu sprechen. Der erste Nadelsatz strickt bzw. strickt in einer Richtung herum, der zweite in entgegengesetzter Richtung. Polyester oder eine andere Faser wird als Basis-Tragfaser 7, das heißt als Schlaufen- oder Maschenfaden, verwendet. Die Nadeln an der Zylinderseite werden eingestellt, um bei jedem Umlauf zu stricken, das heißt die Schlaufen 2 in dem Verlauf. Die Nadeln an der Plattenseite werden andererseits eingestellt, um in der sogenannten Interlock-Einstellung zu stricken, wobei bei dem folgenden Umlauf das Stricken in umgekehrter Richtung bzw. reziprok erfolgt. Die von den Plattennadeln gestrickten Schlaufen sind durch die Bezugszeichen 3 und 4 gekennzeichnet. Die Verstärkungsfaser 1 wird jedem zweiten Umlauf zugeführt und verbleibt in den Kanälen, die durch die Schlaufen 2,3,4 in verschiedenen Richtungen gebildet werden. Die Verstärkungsfasern 1 bleiben quer zur Richtung der Maschenfurchen 10. Wegen der Interlock-Einstellung neigt das gestrickte Gewebe dazu, sich in Längsrichtung zusammenzuziehen, wobei die Verstärkungsfasern sehr dicht werden. Das mögliche Vorstehen der Verstärkungsfasern wird gesteuert durch Entfernen der Nadeln von dem Satz der Plattennadeln in regelmäßigen Intervallen, so daß die Vertärkungsfaser aus den entstehenden Lücken hervorstehen. Überraschende Vorteile werden bei der Laminierung durch diese Art des gestrickten Gewebes erzielt. Wegen der vorstehenden Schlaufen der Verstärkungsfasern ist die Richtung der Fasern dreiachsig bzw. tri-axial, was die Delamination der fertiggestellten Verstärkungsstruktur, mit anderen Worten das Trennen ihrer Lagen bzw. Schichten voneinander, verhindert.
Es ist für die Tragfaserstruktur natürlich möglich, von dem orstehend gesagten in vielfacher Weise abzuweichen. Das gestrickte Gewebe muß jedoch Schlaufen aufweisen, die in beiden Richtungen, sowohl in "einer Rundrichtung" (rechts herum) als auch in "entgegengesetzter Rundrichtung" (links herum), gebildet sind, so daß die Verstärkungsfaser zwischen ihnen geführt werden kann. Verstärkungsfasern können auch in einem sehr losen, weichen Strickgewebe eingestrickt werden. Die Durchmesser der Zylinder der allgemein in Gebrauch befindlichen Strickmaschinen betragen etwa 5/8" bis 36". Bei Verwendung größerer Maschinen ist es möglich, breite Fasermatten effizient herzustellen, da der Schlauch aufgeschnitten und als Matte ausgebreitet werden kann. Beispielsweise kann eine 36"-Maschine ein Fasertuch von etwa 2,8 Metern Breite herstellen. Während des Laminierens können alternierende Lagen kreuzweise angeordnet werden, so daß die Festigkeit des Laminates in allen Richtungen gleichgroß ist. Andererseits ist es sehr leicht, das Laminieren schlauchartiger Erzeugnisse mit einer schlauchartigen Faserstruktur zu erreichen. Eine Spiralrichtung der Verstärkungsfasern ist genau richtig, wenn beispielsweise Druckbelastung in Betracht kommt.
In der zweiten vorteilhaften Form der Verwirklichung der Erfindung verlaufen die orientierten Verstärkungsfasern 1 in der in Fig. 2 gezeigten Weise oberhalb und unterhalb der Schlaufen 13 und 14 der Tragfasern in gerader Richtung und zueinander parallel in dem zwischen den Maschenreihen 11,12 gebildeten Kanal jeder dritten Maschenreihe, und zwar rechtwinkelig zu den Maschenfurchen, in der Weise, daß jede Rechts-herum-Schlaufe 14 der Maschenreihen 11 und 12, die die Tragfasern 2 enthalten, zwischen sich eine Verstärkungsfaser 1 einschließt. Um diese Art der Tragfaserfaden-Anordnung zu erzielen, wird eine Menge von Tragfaserfäden, die der Maschenreihenzahl 1/4 entspricht, in einer Rundstrickmaschine verwendet. Die Fäden werden dem Nadelring von Zuführpunkten aus zugeführt, die in regelmäßigen Intervallen periphär bzw. am Umfang angeordnet sind. Eine Menge von Schlaufen-Faserfäden, die 3/4 entspricht, wird von in regelmäßigen Intervallen am Nadelring angeordneten Zuführpunkten zugeführt. Wenn die Anzahl der Maschenreihen 36 beträgt, gibt es 9 Tragfaserfäden und 27 Schlaufenfaserfäden. In dem dann erzeugten gestrickten Element sind eine Anzahl der ersten und zweiten Maschenreihen 11 und 12 miteinander verstrickt, ohne daß. die Tragfaser 1 zwischen ihnen eingefügt ist. In der Richtung der Maschenfurchen 10 folgen auf jede Maschenreihe 11,12, welche die Tragfaser 1 enthalten, wenigstens eine Maschenreihe ohne einen Tragfaserfaden.
Fig. 3 zeigt noch ein weiteres vorteilhaftes gestricktes Element, das in der vorherigen Ausführungsform der Anmeldung bereits gestreift wurde. Dieses ist gebildet gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, mit dem Unterschied, daß anstelle einer Tragfaser 1 mehrere, in diesem Falle drei, parallele Tragfaserfäden gleichzeitig von einem Zuführpunkt auf die Oberseite der ersten Maschenreihe 11 gelegt werden. Somit folgen in diesem Falle auf jede Maschenreihe 11,12, die mehrere parallele Tragfasern 1 enthält, in Richtung der Maschenfurchen 10, zwei Maschenreihen, die keine Tragfaserfäden aufweisen. In entsprechender Weise können Bindemittelfasern mit der Verstärkungsfaser zusammen eingelegt werden.
Fig. 4 zeigt ein schlauchartig gestricktes Gewebe 5, von dem man eine bandartige Faserstruktur erhält. Das schlauchartige Gewebe 5 ist unterteilt in enge Streifen 6, denen keine Verstärkungsfaser zugeführt wird. Das gestrickte Gewebe kann am Rand des Streifens 6 leicht aufgeschnitten werden. Auf diese Weise erhält man das vorstehend erwähnte bandartige Erzeugnis. Fig. 4 zeigt deutlich, daß die Maschenfurchen 10 in dem schlauchartigen Gewebe rechtwinkelig verlaufen, während die Verstärkungsfasern 1 das Gewebe in einer Spirale umrunden bzw. umlaufen.
In einem gestrickten Test-Gewebe betrug das Verhältnis von Glasfaser- und Polyester-Fäden etwa 50/50. Auf diese Weise wurde für das Laminat ein geringes spezifisches Gewicht von nur 1,3 g/cm³ erzielt. Die theoretische Dichte einer Hohlkugel mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Wandstärke von 2,5 mm würde bei diesem Laminat etwa 0,2 g/cm³ betragen.
Ein Verfahren, bei dem die Faser zuerst so behandelt wird, daß sie in Ruhelage eine Spiral- oder gedrehte Form annimmt und daher bei dem Fertigerzeugnis dazu neigt, sich zusammenzuziehen, kann insbesondere bei Aramiden angewendet werden. Auf diese Weise ist es möglich, das gestrickte Gewebe auch in Richtung der Verstärkungsfasern elastisch auszubilden.

Claims

(1) Ein Verfahren zur Herstellung einer zu laminierenden orientierten Faserstruktur, in der Verstärkungsfasern (1) eine orientierte Fasermatte oder ein entspechend gestricktes Element bilden sollen, wodurch die Fasern (1) in einem Harz oder einem anderen Bindemittel laminiert sind, um auf diese Weise eine starke Schalen- bzw. Rippenstruktur zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß das Stricken auf einer sogenannten Doppel-Rund-Strickmaschine in der Weise durchgeführt wird, daß das Stricken folgende aufeinanderfolgende und sich kontinuierlich wiederholende Herstellungsstufen umfaßt,

(a) die erste Schlaufe (2) wird durch einen ersten Nadelsatz hergestellt,

(b) wenigstens eine in das gestrickte Gewebe einzufügende Verstärkungsfaser (1) wird orientiert und auf die Oberseite der vorstehend erwähnten ersten Schlaufe gelegt, und

(c) eine zweite Schlaufe (3,4) wird durch einen zweiten Nadelsatz auf der Oberseite der orientierten Verstärkungsfaser gestrickt und an der ersten Schlaufe (2) befestigt,

wobei die orientierte Verstärkungsfaser (1) mit Unterstützung der Schlaufen (2,3,4) und zwischen den Maschenreihen in dem durch sie gebildeten Kanal gerade verläuft.

(2) Ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadeln an der Zylinderseite im wesentlichen so angeordnet sind, daß sie bei jedem Vorschub strikken, und daß die Rippscheibe oder die entsprechenden Nadeln so angeordnet sind, daß sie abwechselnd aneinander vorbeigehen, das heißt, sie werden in sogenannte Interlock-Position gesetzt, so daß sich das gestrickte Gewebe in Üängsrichtung zusammenzieht.

(3) Ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Polyester oder eine andere Faser, die Harz gut absorbiert, als Tragfaser (7) verwendet werden.

(4) Ein Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine Faser (1) parallel auf die Oberseite der ersten Schlaufe (2) gelegt wird.

(5) Ein Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Maschenreihen der ersten und zweiten Schlaufen (2,3,4) miteinander verstrickt werden, ohne daß der oben genannte Tragfaserfaden zwischen sie gelegt wird.

(6) Ein Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Aramid oder versponnene Glasfaser als Tragfaser (7) verwendet wird.

(7) Ein Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfaser Bindemittel zur Lamination enthält, was durch die Wirkung von Hitze oder in anderer Weise zum Reagieren gebracht wird, und das es dann möglich macht, eine starke Schalen- bzw. Rippenstruktur mit Hilfe des sogenannten Kunststoffimprägnier- Verfahrens (Prepreg-Verfahrens) herzustellen.

(8) Ein Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nadel in regelmäßigen Intervallen von einer Seite entfernt wurde, höchst vorteilhafterweise von der Plattennadelseite, wobei die Verstärkungsfaser dazu gebracht wird, von der auf diese Weise in dem gestrickten Gewebe erzeugten Öffnung hervorzustehen.

(9) Eine zu laminierende Faserstruktur, in der Verstärkungsfasern (1) eine orientierte Fasermatte oder ein entsprechend gestricktes Element bilden sollen, wodurch die Fasern (1) innerhalb von Harz oder einem anderen Bindemittel laminiert werden und somit eine starke Schalen- bzw. Rippenstruktur bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaser (1) in Querrichtung mit dem glatt gestrickten Gewebe verbunden ist, das durch die rechts-seitigen Schlaufen (2) mittels der falsch- bzw- links-seitigen Schlaufen (3,4) gebildet ist.

(10)Eine gestrickte Faserstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gestrickte Gewebe (5) schlauchartig ist, in dem die verstärkten Fasern (1) in einer kontinuierlichen Spirale rund um das gestrickte Gewebe (5) herum verlaufen.

(11)Eine gestrickte schlauchartige Faserstruktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein enger Spiralstreifen (6) ohne Verstärkungsfaser (1) zwischen den spiralig zirkulierenden Verstärkungsfasern (1) vorgesehen ist, wodurch das schlauchartig gestrickte Gewebe (5) aufgeschnitten werden kann, um ein Band zu bilden.

(12)Eine Faserstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern, zum Beispiel Aramid-Fasern, gewendelt wurden, so daß die Faserstruktur auch in Faserrichtung elastisch ist.