DE69113914T2

DE69113914T2 - Verfahren zur faserbeschichtung mit partikeln.

Info

Publication number: DE69113914T2
Application number: DE69113914T
Authority: DE
Inventors: Lawrence Drzal; Shridhar Iyer; Krishnamurthy Jayaraman
Original assignee: Michigan State University MSU; University of Michigan
Current assignee: Michigan State University MSU; University of Michigan
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2011-02-22
Also published as: DE69113914D1; WO1991012898A1; ATE129169T1; US5123373A; EP0470242B1; DE470242T1; KR920700786A; GR920300046T1; JPH04503837A; ES2031057T3; JPH0660457B2; EP0470242A1; CA2049003C; CA2049003A1; ES2031057T1; DK0470242T3; EP0470242A4; GR3018443T3; KR940006977B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Beschichten einer Faser mit Teilchen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2. Die vorliegende Erfindung betrifft besonders ein zusammengesetztes Prepreg mit entweder einer thermoplastischen oder wärmehärtenden Matrix auf Fasern in einem Strang, der zur Verwendung bei primären und sekundären, strukturellen Vorformverfahren mit beträchtlichen Vorteilen in bezug auf Kosten, Geschwindigkeit und Umgebung geeignet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und ein System, das eine Schwingungseinrichtung in einem Gehäuse verwendet, um Teilchen zu verwirbeln und mit ihnen Fasern zu beschichten.
Ein solches System und Verfahren sind bereits aus US-A-3 817 211 bekannt, das ein Wirbelbett zum Bedecken von Fasern beschreibt, wobei Elektroden verwendet werden, um eine Ladung auf die einzelnen Fasern aufzubringen, die eine Polarität aufweisen, die zu der Ladung auf den Teilchen entgegengesetzt ist, die in dem Wirbelbett enthalten sind. Eine Platte, die als eine Elektrode arbeitet, um ein elektrostatisches Feld in der gasförmigen Suspension von Teilchen herzustellen, ist an dem Boden des Wirbelbetts vorgesehen. Ein Gebläse ist mit dem Gehäuse der Vorrichtung verbunden, um das Wirbeln zu verbessern. Ferner sind Schwingungsvorrichtungen angeordnet, um sicherzustellen, daß die Teilchen verwirbelt werden.
Die Druckschrift SU-A-1 191 125 offenbart eine Vorrichtung zum Wirbeln von Pulvermaterialien durch Schallwellen, um die Oberfläche unterschiedlicher Gegenstände zu bedecken.
Es werden Verarbeitungsverfahren mit niederen Kosten und hoher Geschwindigkeit benötigt, um Prepreg-Verbundmaterialien für Anwendungen mit großem Volumen mit entweder wärmehärtenden oder thermoplastischen Matrizen herzustellen, die in einem Strang aus Fasern dispergiert sind. Herkömmliche Verfahren, wie das Heißschmelzvorimprägnieren verlassen sich auf die frühe Erzeugung einer Matrixphase niederer Viskosität in dem Verfahren, die dann bei hohem Druck um die und durch die Faserstränge gezwungen wird. Die Benutzung der einzelnen Fasern auf einem mikroskopischen Niveau ist das ersehnte Ziel. Bei wärmehärtenden Materialien hat man sich bei der Verbundherstellung auf die Lösung in Lösungsmitteln verlassen, oder, wenn das Reaktionsfenster lang genug ist, werden erhöhte Temperaturen verwendet, um die Viskosität des Kunststoffs zu verringern. Thermoplastische Matrizen haben von vornherein eine hohe Viskosität, und eine erhöhte Temperatur und Druck können nicht immer verwendet werden. Lösungsverfahren werden üblicherweise verwendet. Umwelt- und Gesundheitsüberlegungen, sowie die Kosten, die mit dem Verwenden und Wiederzugewinnen von hochsiedenden Lösungsmitteln verbunden sind, machen ihre Verwendung mit diesen Verfahren unerwünscht. Viele Hochleistungsmatrixkunststoffe sind nicht in irgendwelchen Lösungsmitteln lösbar und sie können deshalb gegenwärtig nicht bei Anwendungen mit großem Volumen verwendet werden.
Das Schlüsselmerkmal bei irgendeinem erfolgreichen Verarbeitungsverfahren ist die Fähigkeit, das Polymer um die Fasern herum anzuordnen, um den Prepreg zu bilden. Ein einsetzbares Verarbeitungsverfahren sollte das Polymer in seiner Endlage auf der Faseroberfläche anordnen und sollte bei irgendeiner Matrix anwendbar sein.

(1) Lösungs-Verarbeitung:

Dieses Verfahren wird mit wärmehärtenden und thermoplastischen Matrizen verwendet. Ein Polymer wird in einem Lösungsmittel gelöst und der Faserstrang wird mit der sich ergebenden Lösung niederer Viskosität imprägniert (Turton, N., und J. McAinsh, U.S. Patent Nr. 3,785,916). Die vollständige Entfernung des Lösungsmittels nach dem Imprägnieren ist eine strenge Forderung und ist häufig ein schwieriger Schritt. Methylenchlorid, Aceton und N-Methyl-Pyrrolidon werden weit verbreitet als Lösungsmittel verwendet. Epoxies, Polymide, Polysulfone, Polyphenylsulfone und Polyethersulfone sind einige der Matrizen, die lösungsimprägniert worden sind.

(2) Schlamm-Verarbeitung:

Polymerteilchen werden in einem flüssigen Träger suspendiert, und der Faserstrang läuft durch einen Schlammbehälter, der Polymerteilchen enthält. Polymerteilchen werden in dem Faserstrang eingefangen. Taylor (Taylor, G. J., U. S. Patent Nr. 429, 105) gibt ein Verfahren an, wodurch die Teilchen in Wasser suspendiert werden, das mit einem Material, wie Polyethylenoxid angedickt wurde, um die Viskosität auf 0,4-3 Pa s (400-3000 cP) bei 25ºC zu erhöhen. O'Connor (O'Connor, J. E., U. S. Patent Nr. 4,680,224) weist auf Schwierigkeiten bei diesen Verfahren hin, die einschließen, die richtige Konzentration des Schlamms zu finden, die optimale Konzentration in dem Kunststoffbehälter aufrechtzuerhalten und eine Ansammlung von überschüssigem Kunststoff an dem Zieheingang (wo sich der imprägnierte Strang zu einem Band oder einem flachen Flächenelement verdichtet). Der minimale Lückenanteil in dem verarbeiteten Band war ungefähr 2 bis 4%. Ein anderes Verfahren (Dyksterhouse, R., Dyksterhouse, J. A., U S. Patent Application 114, 362, November 1987) imprägniert die Fasern in einem gelierten Imprägnationsbad mit plastischen Fließeigenschaften, einem Scher- Verdünnungsverhalten und einem Polymerbinder, in dem die Polymerteilchen gleichförmig suspendiert sind. Ein lückenfreier Peek-Kohlenstoffaserverbund wurde hergestellt, indem G30-500 Kohlenstoffasern in einem gelierten Imprägnierungsbad imprägniert wurden, das eine Viskosität von 81 Pa s (81000 cp) hatte.

(3) Melzimprägnierung:

Eine direkte Imprägnierung des Faserstrangs mit geschmolzenem Polymer ist möglich. Bei wärmehärtenden Matrizen, wie Epoxy, ermöglichen die Temperatur und Reaktionskinetik eine fortlaufende Schmelzimprägnierung vor der Reaktion. Bei Thermoplasten sind zwei Methoden verwendet worden: (a) ein Kreuzkopfextruder führt geschmolzenes Polymer in einen Stempel, durch den die Glasseidenstränge hindurchgehen (Moyer, R. L., U. S. Patent Nr. 3,993,726), und (b) die Fasern laufen durch ein geschmolzenes Kunststoffbad, das mit lmprägnierungsstiften ausgerüstet ist, um die Durchlässigkeit des Polymers in den Strang zu erhöhen. Die Imprägnierungsstife können erwärmt werden, um örtlich die Viskosität zu verringern, um weiter das Imprägnierungsverfahren zu verbessern (Cogswell, F. N., u. a. U. S. Patent Nr. 4,559,262). In beiden Fällen ist die Kraft, die auf die Fasern ausgeübt wird, beispielsweise der Stempeldruck für den Kreuzkopfextruder äußerst hoch und kann eine Faserbeschädigung hervorrufen. Dem sich ergebenden Prepreg fehlt üblicherweise Ziehfähigkeit und Fallvermögen.

(4) Filmbeschichten:

Schichten aus Faserverstärkung entweder in der Form von unidirektionalen Strängen oder gewobenem Gewebe werden mit thermoplastischen Folien als das Matrixmaterial beschichtet und unter Druck während langer Zeit vereinigt. (Lind, D. J. und Coffey, V. J., GB Patent 1,485,586). Dieses Verfahren wird weit verbreitet wegen der relativen Herstellungseinfachheit verwendet. Nachteile umfassen den hohen Kunststoffanteil, die unwirtschaftliche (arbeitsintensive) Art des Verfahrens und die Schwierigkeit beim Imprägnieren des Faserstrangs (hoher Druck drückt die Fasern zusammen) mit dem Matrixmaterial hoher Viskosität.

(5) Faservermischung:

Eine thermoplastische Matrix kann zu einem feinen Garn gesponnen und mit verstärkendem Faserstrang vermischt werden, um ein hybrides Mischgarn herzustellen (Clemans, S. R. u. a., Materials Engineering, 105, 27-30 (März 1988)). Diese Hybridgarne können verdichtet werden, um Verbundteile zu bilden. Ein Vorteil dieser Technik ist das Fallvermögen des Hybridgarns. Die hohen Kosten, die beim Herstellen des thermoplastischen Garns enthalten sind, und sein Weben mit den Verstärkungsfasern ist ein Nachteil.

(6) Trockenpulver-Imprägnierung:

Trockenes, thermoplastisches Pulver wird in einen Faserstrang eingebracht, der dann durch Erwärmen verarbeitet wird, damit die Pulverteilchen mit den Fasern zusammenbakken. Diese Technik wurde zuerst von Price (Price, R. V., U. S. Patent Nr. 3,742,106) verwendet, der einen Glasseidestrang durch ein Bett (entweder verwirbelt oder lose gepackt) aus thermoplastischem Pulver bewegte. Polypropylenteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 250 um (250 Mikron) wurden verwendet. Die Teilchen haften an den Fasern aufgrund elektrostatischer Anziehung an. Der Strang wird dann erwärmt und läuft durch eine Form, um einen imprägnierten Strang zu erzeugen. Das Imprägnieren ist makroskopisch, das heißt, die Teilchen beschichten eher Faserbündel als einzelne Fasern, wobei unbenetzte Bereiche und Lücken gelassen werden. Das Verfahren zielt hauptsächlich darauf ab, kurze, faserverstärkte Thermoplaste herzustellen. Ganga, (Ganga, R. A., "Flexible Composite Material und Process und Apparatus für Producing Same", AT0113 (DPI8176); ''Procede de Fabrication d'Objets Composites Obtenus", FR 2548084-Al, Juni 1983), wirbelte Polyamidteilchen mit einer Größe von weniger als 20 um (20 Mikron) in einer Wirbelkammer, imprägnierte Glasseidenstränge und überdeckte dies mit einer äußeren Hülle aus einem zweiten Material mit einem niedrigerem Schmelzpunkt als die imprägnierenden Teilchen. Die zweite Hülle wurde auf den Strang extrudiert. Muzzy (Muzzy, J. D., ASME Symposium on Manufacturing Science of Composites, S. 27-39 (April 1988) zeigte kürzlich die Möglichkeit, Prepreg herzustellen, indem ein ausgebreiteter Strang durch ein elektrostatisches Wirbelbett aus PEEK Pulver (50 Mikron) bewegt wird.
Trockenpulver-Verfahren bieten die optimale Möglichkeit zum Erzeugen eines Verfahrens mit geringen Kosten und hoher Geschwindigkeit, wenn die Erzeugung eines lückenfreien Verbunds mit steuerbaren Volumenanteilen erzielt werden kann. Ein ideales Verfahren sollte die folgenden Eigenschaften aufweisen:
(i) Es sollte von der Viskosität der Matrix unabhängig sein. Die meisten wärmehärtenden und thermoplastischen Matrizen hoher Leistung sind entweder sehr reaktiv bei hohen Temperaturen, die notwendig sind, um ihre Viskosität zu verringern, oder sind sehr viskos mit ungefähr (10³ bis 10&sup5; Poise) 10²&supmin;10&sup4; Pa s oberhalb ihres Erweichungspunkts (amorph) oder Schmelztemperatur (semi-kristallin). Ein einsetzbares Trockenpulver-Verfahren umgeht dieses Problem, indem die Fasern einzeln mit der verlangten Matrixmenge beschichtet werden, so daß der Fluß des Polymers nur über Submikronstrecken zwischen Teilchen statt über Strecken von Zentimetern von außen nach innerhalb der Faserstränge stattfindet.
(ii) Es sollte die Verwendung von Bindemitteln oder Lösungsmitteln vermeiden, die während der späteren Stufen des Verarbeitungszyklus verdampfen müssen. Dies kann stets eine Quelle von Lücken sein, die eine schädliche Wirkung auf die mechanischen Eigenschaften des Verbundmaterials haben.
(iii) Die durchschnittliche Teilchengröße des verwendeteten Materials ist für eine optimale Imprägnierung vorzugsweise ungefähr die gleiche wie die Abmessungen der Faser. Eine merklich größere Teilchengröße bewirkt eine Brückenbildung und beschränkt das Imprägnieren aufgrund physikalischer Beschränkungen, die eine ungleichförmige Verteilung von Kunststoff zwischen den Fasern ergibt.
(iv) Die Konzentration von Pulverteilohen in der "Imprägnierungskammer", wo sie den Fasern begegnen, sollte die ganze Zeit konstant und steuerbar sein.
(v) Der Anhaftmechanismus der Teilchen an den Fasern sollte steuerbar und unabhängig von den Umgebungsbedingungen sein.
(vi) Das sich ergebende Prepregband sollte in einer Form sein, die flexibel ist und leicht fällt, so daß komplizierte Teile ohne weiteres geformt werden können.
(vii) Das Verfahren sollte einen minimalen Energieverbrauch verlangen, von arbeitsintensiven Schritten frei sein, bei hohen Geschwindigkeiten arbeiten können und auf große Größen übertragen werden können.
Patente, die sich auf die Faserverarbeitung beziehen, die von allgemeinem Interesse sind, sind U. S. Patent Nrn. 2,244,203 von Kern; 3,017,309 von Crawford; 3,304,593 von Burklund; 4,534,919 von McAliley u. a.; und 4,714,642 von McAliley u. a.
Es ist deshalb eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein Trockenpulver-Verfahren für die gleichförmige Beschichtung von Fasern mit Teilchen aus einem Material zu schaffen, das alle der vorhergehend erörterten Kriterien erfüllt. Ferner ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das relativ einfach und wirtschaftlich ist. Diese Zielsetzungen werden durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 12 erfüllt. Diese und andere Zielsetzungen werden zunehmend offensichtlich unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die Zeichnung.
Fig. 1 ist eine schematische, vordere Querschnittsansicht des Systems der vorliegenden Erfindung, insbesondere einer Ausdehnungsvorrichtung 14 für einen transportierten Strang von Fasern 10, einer Teilchenbeschichtungskammer 17 und einer Heizeinrichtung 19 zum Verbinden der Teilchen mit den Fasern 10.
Fig. 1A ist ein Querschnitt entlang der Linie 1A-1A der Fig. 1 und zeigt den Querschnitt eines Kammerabschnitts 17d zum Zerstäuben der Teilchen P.
Fig. 1B ist ein Querschnitt entlang der Linie 1B-1B des Beschichtungsabschnittes 17a der Fig. 1.
Fig. 1C ist ein Querschnitt entlang der Linie 1C-1C der Heizeinrichtung 19 der Fig. 1.
Fig. 1D ist ein Querschnitt entlang der Linie 1D-1D der Ausbreitungsvorrichtung 14 der Fig. 1, wobei der Lautsprecher 14a gezeigt ist.
Fig. 1E ist ein Querschnitt entlang der Linie 1E-1E der Fig. 1, wobei der Lautsprecher 17b in dem Gehäuse 17c gezeigt ist.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer vergrößerten Ansicht der Ausbreitungsvorrichtung 14, die in Fig. 1 dargestellt ist, wobei insbesondere die Befestigung der Stangen 14b in bezug auf den Lautsprecher 14a gezeigt ist.
Fig. 3 ist eine vordere Schnittansicht einer anderen Art einer Kammer 30 zum Zerstäuben der Teilchen P1, wobei insbesondere die Befestigung der Kammer 30 in einem Gehäuse 31 dargestellt ist.
Fig. 3A ist ein Querschnitt entlang der Linie 3A-3A der Fig. 3.
Fig. 4A bis 4B sind Mikrofotographien eines imprägnierten Strangs aus Fasern (Fig. 4A) und ein Verbund, der nach dem Erwärmen und Verbinden (Fig. 4B) gebildet wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Beschichten einer Faser mit Teilchen aus einem Material, das umfaßt: eine Kammereinrichtung um die Faser herum, um die auf der Faser abzuscheidenden Teilchen aufzunehmen; und eine Schwingungsvorrichtung, die in der Kammereinrichtung so angebracht ist, daß die Teilchen verwirbelt und auf der Faser abgeschieden werden, wenn die Schwingungsvorrichtung aktiviert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein verbessertes System zum Beschichten einer Faser mit Teilchen aus einem Material, die durch das System zu transportieren ist, das umfaßt: eine Kammereinrichtung um die Faser herum, um die auf der Faser abzuscheidenden Teilchen aufzunehmen; und eine Schwingungsvorrichtung, die in der Kammereinrichtung so angebracht ist, daß die Teilchen verwirbelt und auf der Faser abgeschieden werden, wenn die Faser durch das System transportiert wird, wenn die Schwingungsvorrichtung aktiviert ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein System zum Ausbreiten von Fasern und zum Beschichten der Fasern eines Faserstrangs mit einem Pulver, der durch das System transportiert wird, das umfaßt: eine Zuführvorrichtung zum Zuführen des Strangs aus Fasern; eine Ausbreitungsvorrichtung zum Ausbreiten des Strangs aus Fasern von der Zuführvorrichtung; eine Kammereinrichtung um den Strang aus Fasern herum, um das auf den Fasern abzuscheidende Pulver aufzunehmen; und eine akustische Lautsprechervorrichtung, die in der Kammereinrichtung so angebracht ist, daß das Pulver verwirbelt und zu dem Strang aus Fasern gerichtet wird, wenn der Lautsprecher aktiviert ist, und eine Aufnahmeeinrichtung für den beschichteten Strang aus Fasern.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Beschichten einer Faser mit Teilchen, das umfaßt Bereitstellen eines Systems zum Beschichten einer Faser mit einem Teilchenmaterial, das umfaßt eine Gehäuseeinrichtung um die Faser herum, um die auf der Faser abzuscheidenden Teilchen aufzunehmen, und eine Schwingungsvorrichtung, die in der Kammereinrichtung so angebracht ist, daß die Teilchen verwirbelt und auf der Faser abgeschieden werden, wenn die Schwingungsvorrichtung aktiviert wird; Bereitstellen der Faser in der Kammereinrichtung in dem System, wobei die Faser mit den Teilchen beschichtet wird, wenn die Schwingungsvorrichtung aktiviert ist, und Aktivieren der Schwingungsvorrichtung, um die Faser zu beschichten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Prepreg für ein Schichtprodukt, das einen Strang aus Fasern umfaßt, die Kugeln und ein thermoplastisches Polymer über die Länge jeder Faser in dem Faserstrang aufweisen.
Die vorliegende Erfindung schafft ein preiswertes Pulver- Verarbeitungsverfahren zum Herstellen eines zusammengesetzten Prepreg, der zur Verwendung mit irgendeinem Vorformverarbeitungsverfahren geeignet ist. Die Polymerpulverteilchen werden vorzugsweise akustisch verwirbelt und in einer großen Kammer dispergiert. Die Fasern werden vorzugsweise ebenfalls akustisch getrennt und dann durch die Kammer in das verwirbelte Pulver gezogen. Einzelne Fasern werden gleichförmig mit Teilchen beschichtet, und die Teilchen haften an den einzelnen Fasern in ihrer endgültigen Position an, daß so Erwärmen die Teilchen in ihrer Lage fixieren kann. Der sich ergebende, bevorzugte Prepreg ist ein flexibles Material mit Fallvermögen, das nachfolgend behandelt wird, um ein lückenfreies, vollständig verdichtetes Verbundmaterial zu erzeugen.
Das Verfahren kann maßstäblich vergrößert und mit automatisierten Techniken gesteuert werden. Es kann mit irgendeiner Polymer-, Metall- oder Keramikmatrix verwendet werden, die in einer Pulverform hergestellt werden kann. Prepregmaterialien sind erzeugt worden, wo die Volumenanteile der Faser auf zwei Prozent Gesamtabweichung über einen größeren Konzentrationsbereich gesteuert worden sind. Das Verfahren ist zum Herstellen von Prepregarten mit einer Weite von 10 mm bis 50 mm verwendet worden.
Diese Erfindung betrifft insbesondere ein preisgünstiges und sehr schnelles Verfahren für einen zusammengesetzten Prepreg. Das Verfahren erzeugt einen fortlaufenden Faserprepregverbund, wobei der Faservolumenanteil bis innerhalb eines Prozents steuerbar ist. Das Verfahren ist fortlaufend, verlangt keine Lösungsmittel, kann mit irgendeiner Faser-Matrixkombination verwendet werden und kann auf irgendeine Prepreggröße übertragen werden. Der Kapitalaufwand und der Energieeingang für das Verfahren sind niedrig, so daß es zu einem praktikablen, preisgünstigen Verarbeitungsverfahren gemacht wird. Dem Verfahren liegt, um die Schwerkraft zu überwinden, die Verwendung von Schallenergie im Gegensatz zu einem Gasstrom bei der herkömmlichen Verwirbelung zugrunde. Die Anhäufung und das Lenken von kohäsiven Pulvern (ungefähre Größe 20 um (20 Mikron)) macht ihre Verwirbelung äußerst schwierig, um sie durch herkömmliche Gasverwirbelungstechniken auszuführen. Die vorliegende Erfindung jedoch macht es möglich, Teilchen irgendeiner Größe und irgendeiner erwünschten Konzentration zu verwirbeln und zu bewegen.
Vorzugsweise wird ein akustischer Lautsprecher verwendet, um sowohl die Faserstränge in einzelne Fasern zu trennen und kleine Polymermatrixteilchen in der Luft oder irgendeinem geeigneten Gas, ob reaktiv (beispielsweise Sauerstoff) oder nichtreaktiv (Stickstoff), in einer Kammer zu bewegen, durch die die Faser läuft. Die Teilchen haften an jedem Fäserchen an, wodurch eine gleichförmige Beschichtung geschaffen wird, wenn sie Wärme ausgesetzt werden, so daß der Prepreg stromabwärts zu irgendeinem Verfestigungsgrad verarbeitet werden kann. Der sich ergebende Prepreg hat ein Fallvermögen und kann bei Webe- oder Vorformungsvorgängen verwendet werden.
Die akustischen Lautsprecher haben vorzugsweise einen Wert von 8 Ohm und 100 Watt und einen Schallpegel von ungefähr 80 bis 130 dB. Die Frequenz ist vorzugsweise zwischen 11,5 und 12 Hz. Im wesentlichen kann irgendeine Frequenz verwendet werden, vorzugsweise entsprechend der natürlichen Frequenz der Beschichtungskammer einschließlich der Endabschlüsse und des Pulvers. Vorzugsweise kann die Frequenz irgendwo in dem Audio- bis Ultraschallbereich sein und ist vorzugsweise zwischen 1 und 20000 Hz, was den Hörbereich einschließt.
Ein Modellsystem wurde verwendet, das aus Kohlenstoffasern (Durchmesser 7,2 Mikron) und Polyamidpulverteilchen mit kleinem Durchmesser von 9,2 ± 4 um mittlerer Durchmesser und einem Bereich von 5 bis 15 um < 20 um (5 bis 15 Mikron < 20 Mikron) bestand. Die Schallenergie war für die Zerstäubung der Teilchen verantwortlich.
Ein Schema des Systems ist in den Fig. 1 und 1A bis 1E gezeigt. Ein Faserstrang 10 wurde von einer Spule 11 abgewikkelt. Der Strang 10 wurde durch einen Führungsring 12 und zwischen Klemmwalzen 13 bewegt, bevor er über die Ausbreitungsvorrichtung 14 lief. Die Ausbreitungsvorrichtung 14 hat einen Audiolautsprecher 14a mit einem hohen Schallpegel (18 bis 130 dB), um den Strang 10 in seine einzelnen Fäserchen oder Fasern aufzutrennen, ohne die Fasern des Strangs 10 zu beschädigen. Die Klemmwalze 13 und Klemmwalze 15 hielten einen konstanten Durchhang bei dem ausgebreiteten Strang 14a in dem Bereich oberhalb des Lautsprechers 14a aufrecht. Stangen 14b mit kreisförmigem Querschnitt halten die Trennung der Fasern in dem ausgebreiteten Strang 10a aufrecht. Der Strang 10a bewegt sich zick-zackförmig über und unter den Stangen 14b.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des ausgebreiteten Strangs loa, wobei die Stangen 14b gezeigt sind, die mit parallelen Achsen an voneinander beabstandeten Haltern 14c angebracht sind. Wie man sehen kann, ist der Lautsprecher 14a nahe und unterhalb der Stangen 14b angebracht.
Die Weite des ausgebreiteten Strangs 10a aus Fasern wird durch Führungen 16 gesteuert, und der ausgebreitete Strang 10a wird durch eine Beschichtungskammer 17 mit einem Beschichtungsabschnitt 17a bewegt, wo zerstäubte Teilchen P&sub1; auf die einzelnen Fasern des ausgebreiteten Strangs aus Fasern loa auftreffen und sie beschichten. Die Teilchen P&sub1; werden durch einen zweiten Lautsprecher 17b zerstäubt, der in einem geschlossenen Gehäuse 17c an dem Boden der Kammer 17 angebracht ist. Eine aus Gummi hergestellte Membran 17e trennt den Lautsprecher 17b von den Teilchen P in der Kammer 17. Die Gummimembran 17f liefert einen Abschluß der Kammer an dem gegenüberliegenden Ende.
Die Membranen 17e und 17f haben zusammen mit dem Gehäuse 17d und den Teilchen in der Kammer eine natürliche Resonanzfrequenz, an die vorzugsweise der Lautsprecher 17b angepaßt wird. Es hat sich herausgestellt, daß eine Resonanz eine konstante, steuerbare Zerstäubung der Teilchen P&sub1; in dem Beschichtungsabschnitt 17a liefert. Die natürliche Frequenz der Kammer 17 kann als eine Funktion der Länge und des Durchmessers der Kammer 17 sowie des Federungsvermögens oder dessen Fehlen bei den Endabschlüssen verändert werden, die vorzugsweise flexible Membranen 17e und 17f sind. Das Gewicht der Teilchen P beeinflußt auch das Zerstäuben der Teilchen P&sub1;.
Das Pulver P&sub1; kann gesammelt und wiederverwendet werden. Das Gehäuse 17b sammelt das Pulver, das aus der Kammer 17 durch Öffnungen 17h entweicht. Das Gehäuse 17g hat Öffnungen 17i, die überdeckt sind, um ein Entweichen des Pulvers P&sub1; in die Atmosphäre zu verhindern.
Der Kammerabschnitt 17d ist mit einem Gaseinlaß 26 versehen. Das Gehäuse 17g ist mit einem Gasauslaß 21 durch das Filter 18 versehen. Das Gas ist vorzugsweise trockene Luft oder Stickstoff, obgleich andere Gase verwendet werden können. Das Gas hilft beim Zerstäuben des Pulvers P&sub1; in dem Kammerabschnitt 17d und dem Beschichtungsabschnitt 17a und zusammen mit den Membranen 17e und 17f und dem Lautsprecher 17d. Das Pulver P wird durch den Lautsprecher 17b zu P&sub1; zerstäubt.
Der imprägnierte Strang 19b läuft durch eine Heizeinrichtung 19 hindurch, die durch eine Temperatursteuerung 20 gesteuert wird, und dann durch Führungen 21 und eine Klemmwalze 22, die die Weite des Prepregbandes 10c steuert, bevor es auf eine Aufnahmetrommel 23 aufgewickelt wird.
Die Lautsprecher 14a und 14b werden getrennt durch einen Frequenzgenerator 24 und einem Leistungsverstärker 25 gesteuert. Man erkennt, daß die Lautsprecher 14a und 14b getrennte Generatoren und Verstärker haben könnten (nicht gezeigt).
Die Fig. 3 zeigt eine andere Art Beschichtungskammer 30 zum Beschichten des Strangs aus Fasern 10b. Die Kammer 30 ist mit einem Gehäuse 31 mit quadratischem Querschnitt überdeckt. Das Gehäuse 31 weist eine Gasentlüftungsöffnung 31a auf. Die Kammer 30 hat einen Einlaß 32 für ein Gas und ein Ablenkgitter 33, um einen Rückfluß von Teilchen in das Rohr 32 zu verhindern. Die Kammer 30 hat Membranen 30a und 30b an beiden Enden, die durch den Lautsprecher 17b in Schwingungen versetzt werden. Das Gehäuse 31 ist mit Schlitzen 31b versehen, und die Kammer 30 ist mit Schlitzen 30c für den Strang 10b versehen. Der Lautsprecher 17b ist in dem Gehäuse 17e wie in Fig. 1 angebracht.
Die folgenden Beispiele stellen die Fähigkeit des Verfahrens dar:
(i) Beispiel 1 zeigt, daß die Prepregbänder, die mit dem Verfahren hergestellt worden sind, selbst bei Handsteuerung reproduzierbar sind.
(ii) Beispiel 2 zeigt, daß das Verfahren maßgeschneiderte Prepregbänder mit irgendeinem erwünschten Faser-Matrixvolumen-Anteil herstellen kann.
(iii) Beispiel 3 wurde mit einer vorhergehenden Version des Verfahrens ausgeführt, bei dem der Beschichtungsabschnitt von der Zerstäubungsvorrichtung getrennt und über ein Rohr (nicht gezeigt) verbunden war. Der Faserstrang wurde mit Teilchen schrittweise imprägniert.
(iv) Beispiel 4 zeigt Prepregbänder, die verdichtet werden können, um lückenfreies Verbundmaterial herzustellen. Es zeigt auch, daß der Verdichtungsschritt die Wirkung hat, örtliche Änderungen bei den Faser-Matrixvolumen-Anteilen in dem Prepregband auszumitteln, um ein gleichförmiges Verbundteil zu erzeugen.
Fig. 4A und Fig. 4B sind Mikrofotographien, die bei zwei Stufen bei dem Verfahren aufgenommen worden sind. Fig. 4A zeigt ein Prepreg 10c aus Fasern. Fig. 4B zeigt, daß die lückenfreie Verfestigung des Prepreg 10d ohne weiteres erreichbar ist.

Beispiel 1

Ein Satz von sechs Vorimprägnierungsläufen wurde mit einer bevorzugten Version des Verfahrens durchgeführt. Die verwendeten Materialien waren ein Kohlenstoffaserstrang 10 (3000 Fasern/Strang, Hercules A54 fibers, Hercules, Inc., Magna, Utah) und ein Polyamidpulver P 9,2 ± 4 um (9,2 ± 4 Mikron), Orgasol, das von ATOCHEM Inc., Glen Rock, New Jersey hergestellt wird). Der Kohlenstoffaserstrang 10 wurde von einer Faserspule 11 mit Hilfe der Klemmwalzen 13 abgewickelt. Der Strang 10 wurde dann durch die Ausbreitungsvorrichtung 14 ausgebreitet, die aus einem 25,4 cm (10") Lautsprecher (8 Ohm, 100 Watt) bestand, der in einem Sperrholzgehäuse 14d angebracht war. Der Faserstrang 10 bewegte sich über den Lautsprecher 14a, auf dem 10 polierte Stahlstangen 14b (9,5 mm (3/8") Durchmesser) in einem Abstand von 25,4 mm (1") angebracht waren. Die Stangen 14b sollten den ausgebreiteten Strang loa in seiner Lage halten, sobald er von dem Lautsprecher 14a ausgebreitet worden ist. Der ausgebreitete Strang 10a bewegte sich durch Klemmwalzen 15 und trat in die Kammer 17 ein. Die Zerstäubungsvorrichtung bestand aus einer Sperrholzlautsprecherbox 17c (0,38 m (15") Lautsprecher 17b, 8 Ohm, 100 Watt) über der eine zylindrische Plexiglassäule 208 mm (8,2") Innendurchmesser, 0,38 m (15") lang) angebracht war. Schwingende Gummimembranen 30a und 30b waren an den Enden der Kammer 30 und oberhalb der Lautsprecherbox 17c angeordnet. Die Zerstäubungsvorrichtung wurde gereinigt und mit 225 Gramm von Pulver P zu Anfang des ersten Laufes beschickt. Die Zerstäubungsvorrichtung und die Ausbreitungsvorrichtung 14 wurden beide bei der natürlichen Frequenz des jeweiligen Systems betrieben. Der Strang 10b wurde mit Teilchen P in der Zerstäubungsvorrichtung imprägniert und trat dann in eine Heizeinrichtung (0,30 m Länge) ein, wo Teilchen an den Fasern anbacken und auf ihr miteinander verbanden. Das sich ergebende Prepregband wurde dann auf eine Aufnahmetrommel 23 aufgewickelt. Die Strecke, die von dem Faserstrang von der Faserspule 11 bis zu der Aufnahmetrommel 23 zurückgelegt worden war, betrug 65 Zoll. Die Tabelle I zeigt die Werte der unterschiedlichen Veränderlichen, die bei dem Verfahren überwacht wurden. Die Volumenanteile wurden berechnet, indem Längen der Prepregbänder 10c von 0,71 m (28") gewogen wurden und mit dem Gewicht einer äquivalenten Länge von nichtimprägniertem Faserstrang verglichen wurde. TABELLE I. VORIMPRAGNIERUNGSVERSUCHE - IDENTISCHE BEDINGUNGEN BEI DER ZERSTÄUBUNGS- UND AUSBREITUNGSVORRICHTUNG Zerstäubungsvor. Ausbreitungsvor. Dauer (Min) No. Amplitude (mittl. quadr. Abweichg. V) Frequ. (Hz) Amplitude (mittl. quadr. Abweichg. V) Frequ. (Hz) Tabelle I (Fortsetzung) Nr. Ofentemp. Gasgeschw. Stranggeschw. Matrix-Vol. Anteil¹ mittl .Abweichg. Der Volumen-Anteil wird unter Verwendung von Materialdichten aus den Gewichtsmessungen berechnet.
Die Läufe haben identische Ofentemperaturen, Zerstäubungsvorrichtungs- und Ausbreitungsvorrichtungsbedingungen. Der Lauf 1 beginnt mit einer sauberen Kammer, um an den Wänden backt fortschreitend Pulver bis zu einem Sättigungswert an, über den hinaus kein weiterer Überzug entsteht. Infolgedessen ist die Teilchenaufnahme im Lauf 1 verglichen mit den anderen fünf Läufen höher. Die Gasgeschwindigkeit des Laufs 2 ist null und die Volumenanteilsmatrix zeigt eine größere mittlere quadratische Abweichung als die anderen fünf Läufe. Dies zeigt an, daß eine Gasströmungsmenge für eine optimale Teilchenbewegung bevorzugt wird. Die Geschwindigkeiten des Strangs 10 von allen Läufen waren aufgrund einer manuellen Geschwindigkeitssteuerung der Motoren etwas unterschiedlich, die bei dem Verfahren verwendet worden sind. Der Lauf 6 zeigt an, daß die Kammer wieder mit Pulver P gefüllt werden muß. Trotz dieser Abweichungen war die mittlere Volumenanteilsmatrix 22,5 eine Standardabweichung von 3,5. Die entsprechenden Zahlen sind 22,4 und 1,5, wenn der erste und der letzte Lauf ausgeschlossen werden, was ein zutreffender Test ist.

Beispiel 2

Tabelle 11 zeigt einen Satz von vier Vorimprägnierungsläufen, die alle bei unterschiedlichen Bedingungen mit der gleichen Faser-Matrix-Kombination und derselben Version des Verfahrens wie in Beispiel 1 durchgeführt worden sind. Die erhaltenen Volumenanteile beweisen, daß eine genaue Kombination von Bedingungen der Zerstäubungsvorrichtung und der Stranggeschwindigkeit verwendet werden kann, um ein Prepregband mit irgendeinem erwünschten Volumenanteil der Matrix herzustellen. TABELLE II. VORIMPRAGNIERUNGSVERSUCHE - UNTERSCHIEDLICHE BEDINGUNGEN Zerstäubungsvor. Ausbreitungsvor. Dauer (Min) No. Amplitude (mittl. quadr. Abweichg. V) Frequ. (Hz) Amplitude (mittl. quadr. Abweichg. V) Frequ. (Hz) Tabelle II (Fortsetzung) Nr. Ofentemp. Gasgeschw. Stranggeschw. Matrix-Vol. Anteil¹ mittl .Abweichg.

Beispiel 3

Ein Satz von einundzwanzig Vorimprägnierungsläufen wurde mit einer alternativen Version des Verfahrens durchgeführt, bei der der Faserstrang nach dem Ausbreiten durch eine getrennte Imprägnierungskammer hindurchlief, der von der Zerstäubungsvorrichtung mitgenommene Teilchen zugeführt wurden. Die Zerstäubungsvorrichtung mit der Kammer 30 (Innendurchmesser 80 mm ((3,15"), Lautsprecher 165 mm (6,50"), 8 Ohm, 50 Watt) und die Ausbreitungsvorrichtung 14 (Lautsprecher 165 mm (6,50"), 8 Ohm, 50 Watt), wurden von dem gleichen Frequenzgenerator und Verstärker (39 Hz, Spitze-zu-Spitze-Amplitude größer als 24 V) versorgt. Das Vorimprägnieren in der Kammer 30 wurde in einer halbfortlaufenden Weise vorgenommen, das heißt der Strang war von Zeit zu Zeit ortsfest, um eine wirksame Verweilzeit von 2 Minuten in der Imprägnierungskammer zu geben. Die Heizeinrichtung wurde bei 200 ºC gehalten. Bei dieser Version des Verfahrens wurden keine Klemmwalzen verwendet. Der Volumenanteil der Matrix wurde zu 51,8 mit einer Standardabweichung von 3,9 berechnet, wobei vier Läufe ausgeschlossen wurden, während derer es Schwierigkeiten mit der Faserbewegung gab.

Beispiel 4

Die vorpräparierten Bänder wurden von Hand in eine zweiteilige Form gelegt und unter Druck bei 195-200ºC jeweils während 20 Minuten verdichtet. Die sich ergebenden Gegenstände wurden im Hinblick auf den Volumenanteil an Faser unter einem optischen Mikroskop analysiert, wobei Bildanalysetechniken verwendet wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengefaßt. Die ersten drei Proben die bei 2,414 Kilo Pascal (kPa) (350 psi) verfestigt worden sind, zeigten einige Lücken und eine größere Standardabweichung beim Faservolumenanteil als die letzten zwei Proben bei 6,034 kPa (875 psi), die im wesentlichen lückenfrei waren, wie es in Fig. 4B bezeigt ist. Die Auslegung optimaler Verfestigungszyklen der pulverimprägnierten Prepregbänder ergab die Herstellung von lückenfreien Verbundmaterialien mit einer sehr gleichförmigen Verteilung der Fasern über das gesamte Verbundmaterial. TABELLE III. VERFESTIGUNGSVERSUCHE PROBE DRUCK (psi)/Pa FASERVOLUMENATEIL (%) (STANDARDABWEICHUNG)
Bei dem vorliegenden Verfahren gibt es Kostenvorteile. Zunächst gibt es eine geringe Kapitalinvestition. Das System verwendet üblicher akustische Komponenten einschließlich Lautsprecher 14a und 17b und Generatoren und Verstärker 24 und 25 und übliche Synchronantriebsmotoren für die Klemmwalzen 13, 15 und 22. Es wird wenig Energie für den Betrieb des Systems verlangt. Die Leistungsanforderungen sind gering.
Das Verfahren zum Fixieren der Polymerteilchen an der Faseroberfläche in der Zerstäubungsvorrichtung vor der Verdichtung ist eine wichtige Komponente des Verfahrens und eine Vielfalt von Verfahren kann verwendet werden. Gegenwärtig erzeugt das natürliche Aufladen der kleinen Polymerteilchen P&sub1; eine elektrostatische Anziehung, die ein Anhaften an den Fasern lob hervorruft. Da sich die Aufladeeigenschaften des Pulvers P&sub1; mit seiner Zusammensetzung, der Umgebung und den atmosphärischen Bedingungen ändern kann, ist es wünschenswert, dieses Verfahren zu verbessern oder ein alternatives Verfahren zum Anziehen und/oder Anhaften der Teilchen an den Fasern 10e zu entwickeln.
Aufgezwungene Elektrostatik, Vorerwärmen der Fasern und die Verwendung von Faserbeschichtungen als Klebemittel, um die Teilchen in ihrer Lage während oder nachdem sie auf die einzelnen Fasern 10e auftreffen, können verwendet werden. Wenn eine große, elektrostatische Ladung verwendet wird, um die Polymerteilchen P&sub1; anzuziehen, können Schwankungen bei dem ladungentragenden Vermögen des Pulvers und der atmosphärischen Bedingungen überwunden werden. Alternativ kann ein Rohrofen (nicht gezeigt), der an dem Einlaß zu der Beschichtungskammer 17 angeordnet wird, verwendet werden, die Fasern 10e vor ihrem Eintritt in die Beschichtungskammer 17 zu erwärmen. Eine Kombination aus Wärmezufuhr, Geschwindigkeit des Faserstrangs 10 und Schmelzwärme des Polymers können Bedingungen liefern, bei denen ein Teilchen P&sub1; örtlich beim Auftreffen schmilzt und sich in seiner Lage auf der Faser loe verfestigt. Beschichtungen auf dem Strang 10 können auch verwendet werden. Übliche Vorgehensweisen in der Textilindustrie können verwendet werden, um Kunststoffbeschichtungen 100 Nanometer dick auf die Fasern 10b auf zutragen. Wenn ein Material, das einen Schmelzpunkt unterhalb des Polymerteilchens P&sub1; aufweist, als eine Beschichtung verwendet wird, ist es bei Raumtemperatur trocken und nicht klebrig, was eine Verarbeitung ermöglicht. Der Faserstrang könnte normal ausgebreitet und verarbeitet werden. Sobald er ausgebreitet ist, kann der Strang 10a erwärmt werden, um die Temperatur der Beschichtung auf oberhalb ihres Schmelzpunkts vor dem Eintreten in die Beschichtungskammer 17 zu erhöhen. Auftreffende Pulverteilchen P&sub1; haften an dieser Beschichtung innerhalb der Beschichtungskammer 17 an und bleiben in ihrer Lage.
Das Wirbeln und der Transport von Teilchen ändert sich mit ihren Materialeigenschaften und Größe. Das akustische Verwirbeln von Teilchen der Größe nach sowie ihr Eindringvermögen in den Faserstrang ist durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung veränderbar. Ein Prepreg 10c von 10 bis 50 mm wurde in den Beispielen hergestellt; jedoch gibt es für die Weite keine theoretische Grenze.
Das Verfahren ist durch eine automatisierte Steuerung steuerbar. Instrumente zum Messen und zur Steuerung der Schallenergie, der Wärmeenergie, der Teilchengröße, der Strömungsmengen und der Stranggeschwindigkeit können dem Verfahren hinzugefügt werden. Das System kann auf irgendeine Pulvermatrix angewendet werden, die für Vebundmaterialien verwendet wird, da die physikalischen Materialeigenschaften (Dichte, Größe, Schalleistung, Stranggeschwindigkeit, usw.) als Eingabe für diese Steueralgorithmen verwendet werden können.
Der Vorteil dieses Systems liegt in der Möglichkeit, Prepreg herzustellen, bei denen die Pulverteilchen nahe beieinander sind und nur über mikroskopische Strecken fließen müssen, um sich zu verdichten. Mikrowellenverarbeitung und Wärmeverfahren, die entwickelt worden sind, können verwendet werden, um die mit den Teilchen beschichteten Fasern zu erwärmen.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Systems ist seine Anwendung auf Schnittfasern. Die akustische Wirbelung kann verwendet werden, Schnittfasern zusammen mit Pulvern zu suspendieren. Die vermischte Faser/Pulver-Kombination kann dann auf eine sich bewegende Oberfläche abgeschieden und verarbeitet werden, um ein Verbundmaterial mit Schnittfasern zu erzeugen. Schnittfasern können auch auf einem Tragsieb (nicht gezeigt) bereitgestellt werden und das Pulver kann auf den Fasern abgeschieden werden, wenn sie durch die Kammer 17 oder 30 transportiert werden. Die Ausrichtung der Schnittfasern kann auch gesteuert werden, was die Möglichkeit ergibt, ein Prepreg mit ausgerichteten Schnittfasern herzustellen. Dies hat beträchtliche Vorteile zum Herstellen von Verbundmaterialien höherer Festigkeit und Steifigkeit mit Schnittfasern, als mit Verbundmaterialien mit zufälligen Fasern erhalten wird.
Vorzugsweise stellen die Teilchen, die mit den Fasern verbunden sind, ungefähr 10 bis 65 Volumen % des Faservolumens dar. Am bevorzugtesten ist das Teilchenvolumen bei 20 bis 40 % des Faservolumens.
Der Prepreg besitzt Kugeln aus Polymer von den Teilchen entlang jeder Faser oder Fasergruppe. Die Kugeln sind gleichförmig im Mittel von ungefähr 1 bis 1000 um (1 bis 1000 Mikron) entlang der Faser(n) in Abhängigkeit von dem Faserdurchmesser und der Teilchengröße beabstandet.
Es ist beabsichtigt, daß die vorstehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung nur beispielhaft ist, und daß die vorliegende Erfindung nur durch die nachfolgend beigefügten Ansprüche beschränkt wird.

Claims

1. Ein System zum Beschichten einer Faser (10) mit Teilchen aus einem Material, die durch das System zu transportieren ist, das umfaßt:

eine Kammereinrichtung (17) um die Faser (10a) herum, um die Teilchen aufzunehmen, die auf der Faser abzuscheiden sind, wobei sie einen Bodenteil und einen oberen Teil aufweist, und der Bodenteil ein Wirbelbett aus Teilchen (P) enthält;

eine Schwingungsvorrichtung (17b), die in dem Bodenteil der Kammereinrichtung (17) so angebracht ist, daß die Teilchen (B) in dem genannten Bodenteil gewirbelt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

die genannte Kammereinrichtung (17) einen Beschichtungsabschnitt (17a) umfaßt, der in dem genannten oberen Teil angeordnet ist, wobei zerstäubte Teilchen (P&sub1;) vorhanden sind, um auf die genannte Faser (10a) auf zutreffen und sie zu beschichten, die durch den genannten Beschichtungsabschnitt (17a) oberhalb des genannten Wirbelbetts bewegt wird.

2. Das System des Anspruchs 1, in dem die genannte Schwingungsvorrichtung eine akustische Lautsprechervorrichtung ist.

3. Das System des Anspruchs 1 oder 2, in dem eine Gaszufuhr (26) und eine Auslaßeinrichtung (21) in der Kammereinrichtung (17) vorgesehen sind, die das Wirbeln der Teilchen (P&sub1;, P&sub2;) erleichtern.

4. Das System des Anspruchs 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner umfaßt:

eine Zuführvorrichtung (13, 15) zum Zuführen des Faserstrangs (10);

eine Ausbreitungsvorrichtung (14) zum Ausbreiten eines Strangs von Fasern (10a) von der Zuführvorrichtung; und

eine Aufnahmevorrichtung für den beschichteten Faserstrang.

5. Das System des Anspruchs 4, in dem eine Heizeinrichtung (19) um den Faserstrang herum vorgesehen ist, um das Verbinden des Pulvers (P, P&sub1;) mit dem beschichteten Strang aus Fasern zu unterstützen.

6. Das System des Anspruchs 5, in dem die Heizeinrichtung (19) zwischen der Aufnahmevorrichtung und der Kammereinrichtung (17) ist.

7. Das System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, in dem die Ausbreitungsvorrichtung (14) eine Lautsprechervorrichtung (14) ist, die nahe dem Strang aus Fasern angebracht ist.

8. Das System des Anspruchs 3, in dem die genannte Kammereinrichtung einen Einlaß und einen Auslaß für ein Gas hat, das beim Wirbeln und Dispergieren des Pulvers um den Strang aus Fasern herum hilft.

9. Das System des Anspruchs 4, in dem Klemmwalzen nahe jeder Seite der ausgebreiteten Fasern und nahe der Ausbreitungsvorrichtung vorgesehen sind.

10. Das System des Anspruchs 4 oder 7, in dem die Kammereinrichtung (17) eine Führungsvorrichtung (16) an einein Einlaß zu dem Gehäuse für die Fasern hat, um die ausgebreiteten Fasern von der Ausbreitungsvorrichtung beizubehalten.

11. Das System des Anspruchs 4 bis 10, als eine einheitliche Maschine.

12. Ein Verfahren zum Beschichten einer Faser mit Teilchen,

das umfaßt:

Bereitstellen eines Systems zum Beschichten einer Faser (10a) mit Teilchen (P, P&sub1;) aus einem Material, das umfaßt eine Kammereinrichtung (17) um die Faser (10a) herum zum Aufnehmen der Teilchen (P, P&sub1;), die auf der Faser abgeschieden werden sollen;

Bereitstellen eines Wirbelbetts in der genannten Kammereinrichtung, durch Wirbeln der Teilchen durch eine Schwingungsvorrichtung;

Bereitstellen der Faser in der Kammereinrichtung (17) in dem System, in der die Faser mit den Teilchen beschichtet wird, wenn die Schwingungsvorrichtung aktiviert wird; und

Aktivieren der Schwingungsvorrichtung (17b), um die Faser zu beschichten,

gekennzeichnet durch

Hundurchbewegen der genannten Faser (10a) durch einen Beschichtungsabschnitt (17a) in der genannten Kammereinrichtung (17) oberhalb des genannten Wirbelbetts, wo zerstäubte Teilchen (P&sub1;) auf die genannten Fasern (10a) auftreffen und sie beschichten.

13. Das Verfahren des Anspruchs 12, in dem eine Heizeinrichtung (19) um die Faser (10a) herum vorgesehen wird, um das Verbinden des Pulvers mit der Faser zu unterstützen.

14. Das Verfahren des Anspruchs 12, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner umfaßt, eine Ausbreitungsvorrichtung zum Ausbreiten eines Strangs von Fasern vorzusehen, die beschichtet werden sollen.

15. Das Verfahren des Anspruchs 14, in dem eine Heizeinrichtung (19) um den Strang aus Fasern (10a) zwischen der Aufnahemvorrichtung und der Kammereinrichtung vorgesehen wird, um das Verbinden des Pulvers mit dem Strang von Fasern zu unterstützen.

16. Das Verfahren des Anspruchs 12 oder 14, in dem die Ausbreitungsvorrichtung eine Lautsprechervorrichtung ist, die nahe dem Strang von Fasern angeordnet ist und die aktiviert wird und den Strang von Fasern ausbreitet.

17. Das Verfahren des Anspruchs 14, in dem die Kammereinrichtung einen Einlaß (26) und einen Auslaß (21) für ein Gas hat, das in die Kammereinrichtung (17) eingebracht wird, um beim Wirbeln und Dispergieren des Pulvers um den Strang aus Fasern herum und dessen Beschichten zu unterstützen.

18. Das Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 17, in dem Klemmwalzen nahe beider Seiten der Ausbreitung des Strangs aus Fasern und nahe der Ausbreitungsvorrichtung vorgesehen sind, um den ausgebreiteten Faserstrang beizubehalten.

19. Das Verfahren des Anspruchs 14 oder 18, in dem die Kammereinrichtung (17) eine Führungseinrichtung (16) an einem Einlaß zu dem Gehäuse hat, die den ausgebreiteten Faserstrang von der Ausbreitungsvorrichtung beibehält.

20. Verwendung des Verfahrens des Anspruchs 12 für ein Vorimprägnierungsverfahren für ein Schichtprodukt, das einen Strang aus Fasern (10a) umfaßt, die Kugeln aus einem thermoplastischen Polymer entlang der Länge jeder Faser oder Gruppe von Fasern bei dem Faserstrang aufweisen.

21. Die Verwendung des Verfahrens des Anspruchs 20, bei der der Faserstrang aus Kohlenstoff zusammengesetzt ist.

22. Die Verwendung des Verfahrens des Anspruchs 20, bei der das Polymer ein Polyamid ist.

23. Die Verwendung des Verfahrens des Anspruchs 20, bei der der Faserstrang aus Kohlenstoff gebildet ist.