DE69312831T2

DE69312831T2 - Gewebe aus Kohlenstofffasern, und Verfahren und Vorrichtung zum Weben

Info

Publication number: DE69312831T2
Application number: DE69312831T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Homma; Ikuo Horibe; Akira Nishimura
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1992-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2013-09-09
Also published as: DE69333148T2; EP0589286B1; EP0713934A2; EP0738794B1; DE69328379D1; EP0737765A2; DE69328379T2; EP0589286A1; US5538049A; DE69332720D1; EP0737765B1; HK1006936A1; EP0713934B1; US5396932A; US5662146A; JPH06136632A; EP0737765A3; US5455107A; DE69312831D1; EP0713934A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aus flachem Kohlenstoff-Fasergarn bestehendes Gewebe aus Kohlenstofffasern, welches sehr gute Eigenschaften als Faserverbundmaterial aufweist.

Beschreibung des Standes der Technik

Das Gewebe aus Kohlenstoffasern, welches aus Kohlenstoffasern mit einem hohen spezifischen Elastizitätsmodul bzw. Young-Modul und einer hohen spezifischen Festigkeit besteht, wird normalerweise durch einen allgemein üblichen Schiffchenwebstuhl oder Greiferwebstuhl gewebt. Ein derartiges Gewebe aus Kohlenstoffasern wird häufig als Verstärkungs-Basisgewebe für Verbundmaterialien mit Kohlenstoffasern verstärkten Kunststoffen (wird nachfolgend als "CFRP" bezeichnet) verwendet, indem es mit einem Matrixkunststoff vermischt bzw. versetzt wird, und dieses Gemisch anschließend in eine spezifische Form gegossen wird.
Als Verbundmaterial mit einem derartigen verstärkten Basisgewebe wird das CFRP beispielsweise seit kurzem als Strukturmaterial oder dergleichen für Flugzeuge aufgrund der exzellenten Eigenschaften dieses Materials verwendet. Um das Anwendungsgebiet des CFRP weiter zu vergrössern, müssen die Gießkosten als auch die Kosten der Kohlenstoffasern und des verstärkten Basisgewebes für das Gewebe aus Kohlenstoffasern vermindert werden (wird nachfolgend als "CF-Gewebe" bezeichnet).
Das Kohlenstoffasergarn (wird nachfolgend als "CF-Garn" bezeichnet) kann mit einer höheren Produktivität in einem Zwischenstoff bzw. Vorläufer, Oxidationsprozeß oder Karbonisierungsprozeß sowie mit niedrigeren Kosten hergestellt werden, sofern die Garngröße zunimmt.
Ein typisches CF-Gewebe besteht jedoch aus CF-Garn, welches derart aneinander haftet, daß es einen fast runden Querschnitt aufweist; demzufolge ist in gewebtem Zustand der Querschnitt des CF-Garns an der Stelle, an welcher die Kette und der Schuß einander kreuzen, elliptisch, wobei das Webgarn in beträchtlichem Umfang gekräuselt ist. Diese Erscheinung ist insbesondere bei einem CF-Gewebe auffallend, welches ein CF-Garn mit einer hohen Garngröße einsetzt, da die Kette und der Schuß mit hoher Garngröße einander kreuzen.
Somit ist beim CF-Gewebe mit in beträchtlichem Umfang gekräuseltem CF-Garn die Faserdichte ungleichförmig, wodurch eine hohe Festigkeit, welche ein Merkmal der Kohlenstoffaser darstellt, nicht erreicht wird. Zudem ergibt sich bei dem CF-Gewebe mit CF-Garn mit großer Garngröße normalerweise ein zusätzliches Gewebegewicht (g/m²) und eine erhöhte Dicke. Dies beeinflußt im Umkehrschluß wiederum die Kunststoff-Infiltrationseigenschaft, wenn ein vorimprägniertes Material (wird nachfolgend einfach als "Prepreg" bezeichnet) hergestellt oder ein faserverstärkter Kunststoff (wird nachfolgend als "FRP" bezeichnet) gegossen wird.
Somit weist das durch CF-Gewebe mit CF-Garn großer Garngröße hergestellte CFRP in unvermeidbarer Form mehrere Lücken bzw. Hohlräume oder Poren im Kunststoff auf, wodurch keine hohe Festigkeit erzielbar ist.
Andererseits sind bei einem CF-Gewebe, welches mit CF-Garn großer Garngröße gewebt ist und ein niedriges Gewicht des gewebten Gewebes aufweist, die zwischen den CF-Garnen ausgebildeten Spalten größer. Aus diesem Grund ergibt sich bei der Ausgestaltung von CFRP unter Verwendung des CF-Gewebes mit geringerem Gewebegewicht der Nachteil, daß der CF-Garngehalt niedrig ist und Kunststofflücken in starkem Maße in den Spalten auftreten, welche zwischen den CF-Garnen ausgebildet werden, wodurch kein Hochleistungs-CFRP erzielbar ist.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 58-191244 beschreibt ein dünn gewebtes Gewebe, welches ein dünnes, breites und flaches CF-Garn verwendet und eine Dicke von 0,09 mm oder weniger und ein gewebtes Gewebegewicht von 85 g/m² oder weniger aufweist, sowie ein Webverfahren, welches die obigen Probleme vermeidet. Da dieses gewebte Gewebe sehr dünn ist, ist auch der Kräuselanteil des Webgarns niedrig; somit wird eine hohe Verstärkungswirkung gewährleistet, so daß ein geeignetes Grundgewebe zum Gießen eines dünnen CFRP geschaffen wird.
Das CF-Gewebe mit einem derart flachen CF-Garn wird durch sukzessives Fachbilden einer Kette mittels einer Weblitze, wobei die Kette von einem Kettenbaum zugeführt wird, um welchen die erforderliche Anzahl an CF-Garnen zugeführt wird, oder durch eine blattförmige, von einer CF-Garnspule, welche auf einem Gestell montiert ist, zugeführten Kette fachgebildet wird und indem die Kette intermittierend in das offene Webfach mittels eines Schiffchens oder eines Greifers zugeführt wird.
Hierbei wird die Kette durch einen Kettenbaum oder direkt von einer Spule, wie oben beschrieben, zugeführt. Bei jeder Maßnahme ergeben sich zwei Verfahren; das eine Verfahren stellt sich durch die transverse Herausnahme dar, bei welcher die Kette herausgezogen wird, während die CF-Garnspule langsam gedreht wird, indem die Kette in eine Richtung herausgezogen wird, so daß sie die Drehachse rechtwinklig kreuzt, und das andere Verfahren wird als longitudinale Herausnahme bezeichnet, bei welchem die Kette herausgenommen wird, indem sie in Richtung zur Spulenachse gezogen wird.
Da die Kette in Achsenrichtung der Spule longitudinal herausgezogen wird bzw. abgerollt wird, ist dieses Verfahren gegenüber der transversalen Herausnahme bevorzugt, da die Kette sofort mit hoher Geschwindigkeit ohne Widerstand zuführbar ist. Bei der longitudinalen Nabe wird jedoch die Kette jeweils einmal verdreht, wenn die Kette von der Spule abgerollt wird. Somit ist der flache Bereich der Kette am verdrehten Bereich verknäult und teilweise verschnürt. Hierdurch ergibt sich das Problem, daß das CF-Gewebe mit einer gleichförmigen Kettengarnbreite nicht erzielt werden kann.
Um dieses Problem zu lösen, wird ein Webverfahren berücksichtigt, bei welchem eine Verdrehung der Kette verhindert wird, indem als Ersatz die transversale Entnahme verwendet wird. Bei einer bekannten Weblitze wird jedoch das Auge bzw. das Litzenhäuschen länger als breit ausgebildet, um die Störungswahrscheinlichkeit mit der Kette zu minimieren. Hierdurch quetscht jedoch das Auge oder der Kamm, welcher eine gleichmäßige Dichte der Kette erzeugt, die Flachheit der Kette und ein Gewebe mit gleichförmiger Garnbreite im kompletten Gewebe kann nicht erzeugt werden.
Andererseits muß der Schuß sehr schnell dem oben genannten offenen Webfach zugeführt werden; somit muß die Schußzuführgeschwindigkeit höher als die der Kette sein. Folglich wird zur schnellen Entnahme des Schusses von der Fasergarnspule die longitudinale Entnahme verwendet, bei welcher der Schuß in Richtung der Achse der Fasergarnspule abgewickelt wird. Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, daß das Garn verdreht wird.
Um dieses Problem zu lösen, wird in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2-74645 ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem eine Spule mit umwickeltem Schuß aktiv durch einen Motor gedreht und der Schuß mit der erforderlichen Länge zum Einführen mittels Gravitation gehalten wird.
Jedoch stellt dieses Verfahren mit aktiver Rotation der Spule insofern ein Problem dar, als die Entnahmegeschwindigkeit entsprechend der um die Spule gewickelten Schußmenge verändert werden muß. Zusätzlich wird der Motor intermittierend entsprechend dem Einfügen des Schusses gedreht und somit der Motor häufig gestartet und gestoppt, wodurch eine Lockerung des flachen CF-Garns auftritt und somit, insbesondere aufgrund der Verzögerung der Stopbewegung, verdreht wird.
Des weiteren sollte die Faser, welche das Webgarn bildet, die größtmögliche Garngröße aufweisen, das Webgarn dünner sein und die Kette und der Schuß Garnintervalle bei der Herstellung des Gewebes aufweisen, welche fast ihrer Garnbreite entsprechen, um ein Kräuseln des Webgarns am Kreuzungspunkt von Schuß und Kette zu minimieren.
Andererseits tendiert die Garnbreite jedoch zu einer beträchtlichen Zunahme, wenn die Garnbreite des Webgarns zunimmt, wodurch die Ebenheit des Garns während des Webzeitpunktes verknäult wird, so daß die Herstellung eines Gewebes mit einer gleichförmigen Faserdichte unmöglich ist. Wenn das Webgarn sehr dünn ist und eine extrem schmale Breite aufweist, besteht ein weiteres Problem darin, daß dann die Starrheit in Richtung der Garnbreite niedrig wird, so daß die Garn-Ebenheit sehr leicht während des Webens verknäult wird.
In diesem Fall sollte ein Schlichtmittel auf das Webgarn aufgebracht werden, um die Ebenheit bzw. Flachheit des Webgarns beizubehalten. Eine übermäßige Aufbringung des Reaktionsmittels verhindert jedoch die Kunststoffinfiltration für das CFRP zum Zeitpunkt des Gießvorganges und das resultierende CFRP weist nicht die hohe Festigkeit auf. Die geeignete Menge an auf zutragendem Schlichtmittel beträgt 0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent.
US 4,320,160 beschreibt eine Gewebestruktur für faserverstärkte Kunststoffe, welche zumindest zwei Garngruppen aufweist, die aus geraden verstärkten faserförmigen Garnen bestehen, welche wiederum aus Kohlenstoffasern zusammengesetzt sind, welche von Fasergefügen frei sind und in eine Richtung in blattähnlicher Form sortiert sind. Die Garngruppen sind ineinander durch zusätzliche faserförmige Garne integriert, so daß die blattförmigen Flächen der Garngruppen einander zugewandt ausgebildet sind und verstärkende faserförmige Garne der einen Garngruppe die verstärkten faserförmigen Garne der anderen Garngruppe schneiden. Die zusätzlichen faserförmigen Garne weisen eine höhere Bruchdehnung als die verstärkten faserförmigen Garne auf. Jedoch sind bei dem Fasergefüge dieses Dokuments die zusätzlichen faserförmigen Garne, welche die beiden Garngruppen integral halten, unentbehrlich. Zudem sind die zusätlichen faserförmigen Garne, welche rechtwinklig zu den verstärkten faserförmigen Garnen verlaufen, stark gekräuselt und halten die verstärkten faserförmigen Garne eng aneinander, da die Anzahl an geraden verstärkten faserförmigen Garnen in Richtung parallel zueinander ohne Verkräuselung sortiert sind. Somit sind die Oberflächen des FRP uneben und ein höherer Fasergehalt kann nicht erzielt werden, wenn FRP unter Verwendung dieses Gewebegefüges ausgebildet wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein kostengünstiges CF-Gewebe zu schaffen, welches eine hohe Verformung als verstärktes Basisgewebe für Verbundmaterialien ausführen kann.
Entsprechend der Erfindung wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst; die Unteransprüche haben bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung zum Inhalt.
Vorzugsweise weist beim CF-Gewebe das flache CF-Garn 6.000 bis 24.000 Kohlenstoffasern, eine Garngröße von 3.000 bis 20.000 Deniers und eine Breite von 0,07 bis 0,2 mm auf, sowie das CF-Gewebe eine Garndicke von 0,07 bis 0,2 mm, ein Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis von 30 bis 150, eine Dicke des gewebten Gewebes von 0,1 bis 0,4 mm und ein Gewicht des gewebten Gewebes von 100 bis 300 g/m² auf.
Bevorzugt erfüllen das Gewicht des gewebten Gewebes und die Garngröße des CF-Garns des CF-Gewebes die in der folgenden dargestellten Gleichung vorgegebene Beziehung und zudem beträgt der Bedeckungsfaktor 95 bis 100%.
W = k D1/2
wobei W: das Gewicht des gewebten Gewebes
k: die Proportionalitätskonstante (1,6 bis 3,5)
D: die Garngröße der Kette oder des Schusses, welche den CF-Garn repräsentieren, darstellen.
Vorzugsweise weist im CF-Gewebe das flache CF-Garn 6.000 bis 24.000 Kohlenstoffasern, eine Garngröße von 3.000 bis 20.000 Deniers und eine Dicke von 0,07 bis 0,2 mm auf und stellt das CF-Gewebe ein ungerichtetes gewebtes Gewebe mit einer Garndicke von 0,07 bis 0,2 mm, einem Garnbreiten- Garndicken-Verhältnis von 30 bis 150, einer Gewebedicke von 0,1 bis 0,3 mm und einem Gewicht des gewebten Gewebes von 90 bis 200 g/m² dar.
Weiter bevorzugt erfüllen das Gewicht des gewebten Gewebes und die Garngröße des CF-Garns des CF-Gewebes die durch die nachfolgend dargestellte Gleichung vorgegebene Beziehung und zudem beträgt der Bedeckungsfaktor 95 bis 100%.
W = k D1/2
wobei W: das Gewicht des gewebten Gewebes
k: die Proportionalitätskonstante (0,9 bis 2,0)
D: die Garngröße der Kette oder des Schusses, welche das CF-Garn repräsentieren, darstellen.
Vorzugsweise besteht im CF-Gewebe das flache CF-Garn aus mehreren Schichten eines flachen Einheits-CF-Garns, wobei die Anzahl der Kohlenstoffasern des Einheits-CF-Garns 3.000 bis 12.000, die Garngröße 1.500 bis 10.000 Deniers, die Garnbreite 4 bis 16 mm, die Garndicke 0,07 bis 0,2 mm und das Verhältnis aus Garnbreite zu Garndicke 30 bis 150 beträgt, sowie das CF-Gewebe eine Garnbreite von 4 bis 16 mm, eine Garndicke von 0,07 bis 0,6 mm, ein Verhältnis aus Garnbreite zu Garndicke von 20 bis 100, ein Verhältnis aus Webgarnabstand zu Garnbreite von 0,1 bis 1,2, eine Gewebedicke von 0,2 bis 0,6 mm, ein Gewicht des gewebten Gewebes von 200 bis 500 g/m² und eine Faserdichte des gewebten Gewebes von 0,8 bis 1,2 g/cm³ aufweist.
Weiter bevorzugt erfüllt das Gewicht des gewebten Gewebes und die Garngöße des CF-Garns, welches aus mehreren Schichten von Einheits-CF-Garnen des CF-Gewebes besteht, die durch die nachfolgend dargestellte Formel vorgegebene Beziehung und zudem beträgt der Bedeckungsfaktor 95 bis 100%.
W = k D1/2
wobei W: das Gewicht des gewebten Gewebes
k: die Proportionalitätskonstante (2,0 bis 4,2)
D: die Garngröße des CF-Garns darstellt, welches aus mehreren Schichten von Einheits-CF-Garn besteht.
Vorzugsweise ist jedes des vorgenannten CF-Gewebes mit einem Matrix-Kunststoff zu 30 bis 67 Gewichtsprozent infiltriert, um es in ein Prepreg umzuwandeln.
Bevorzugt ist jedes der vorgenannten CF-Gewebe mit einem Matrix-Kunststoff zu 30 bis 67 Gewichtsprozent infiltriert, um es in einen faserverstärkten Kunststoff umzuwandeln.
Weiter bevorzugt stellt der Matrix-Kunststoff einen aushärtbaren Kunststoff, dessen Zugbruchdehnung bzw. Zugbelastung 3,5 bis 10% beträgt, oder einen thermoplastischen Kunststoff dar, dessen Zugbelastung 8 bis 200% beträgt.
Das CF-Gewebe besteht aus sich kreuzenden Ketten und Schüssen, welche aus flachen CF-Garnen bestehen, und dessen gewebte Gewebestruktur ist nicht besonders eingeschränkt. Selbst bei einem Gefüge, welches durch ein ebenes Gewebe dargestellt ist, bei welchem individuelle Webgarne alternativ einander kreuzen und in einfacher Form große Kräuselungen bilden, sind die Webgarne flach und dünn; somit werden im tatsächlichen Gewebe die Kräuselungen der Webgarne auf ein Minimum gesteuert bzw. geregelt und die Festigkeit nicht beeinflußt.
Beim glatten CF-Garn kann ein Faserbündel mit mehreren Fasern zu einer bandähnlichen Form gekämmt werden, bevor es den Schichtungsvorgang beim Faserherstellungsprozeß erreicht und das Schichtungsmittel wird auf die Fasern aufgebracht, um die Form beizubehalten, und anschließend wird das bandförmige Faserbündel um eine Spule gewickelt. Alternativ kann das CF-Garn geöffnet und zu einer bandähnlichen Form in einem abweichendem Vorgang geformt werden, bevor es mit einem Schichtungsmittel zusammengeklebt wird.
Das CF-Garn weist insbesondere eine hohe Festigkeit und ein hohes Elastizitätsmodul auf, jedoch kann es nicht die hohe Festigkeit vollständig ausüben, welche ein Merkmal des CF ist, wenn das Webgarn, wie oben beschrieben, gekräuselt ist. Demzufolge ist es notwendig, ein dünnes, flaches, verdrehungsfreies CF-Garn zu verwenden und das Garn zu einem Gewebe mit einem Abstand zu weben, welcher fast der Garnbreite entspricht, um ein CF-Gewebe mit einem geringen Kräuselungsgrad und einer gleichmäßigen Faserdichte zu erzielen.
Das flache CF-Garn ist vorzugsweise verdrehungsfrei und die Anzahl von dessen CFs beträgt 6.000 bis 24.000 und die Garngröße 3.000 bis 20.000 Deniers. Um eine geeignete Gewebedicke zu erzielen, sollte die Garnbreite 4 bis 16 mm, die Garndicke 0,07 bis 0,2 mm und das Verhältnis aus Garnbreite zu Garndicke 30 bis 150 betragen.
Das flache CF-Garn kann zudem aus mehreren Schichten aus flachem, verdrehungsfreiem Einheits-CF-Garn bestehen, wobei dessen Anzahl an Kohlenstoffasern von 3.000 bis 12.000, die Garngröße von 1.500 bis 10.000 Deniers, die Garnbreite von 4 bis 16 mm, die Garndicke von 0,07 bis 0,2 mm und das Verhältnis aus Garnbreite zu Garndicke von 30 bis 150 reicht.
Um die Ebenheit des CF-Garns beizubehalten, erscheint es geeignet, eine geringe Menge an Schichtmittel von ungefähr 0,5 bis 2,0 Gewichtsprozent auf das CF-Garn aufzubringen.
Das CF-Garn darf keinesfalls Verdrehungen aufweisen. Sollte das CF-Garn eine Verdrehung aufweisen, wird das Garn gequetscht und die Garnbreite am verdrehten Bereich verringert, wodurch eine erhöhte Dicke resultiert, so daß Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des gewebten Gewebes auftreten. Somit wird sich die Spannung auf den verdrehten Bereich konzentrieren, wenn eine externe Kraft auf das gewebte Gewebe aufgebracht wird, und zu einer ungleichförmigen Festigkeit führen, wenn das Gewebe zu einem FRP oder dergleichen geformt wird.
In der Vergangenheit wurde selbst bei einem flachen Hochleistungs-CF-Garn mit hoher Zugfestigkeit und hohem Elastizitätsmodul die Ebenheit bzw. Flachheit des CF-Garns teilweise oder vollständig während des Gewebe-Herstellungsvorganges gekräuselt, woraus ein elliptischer Querschnitt des CF-Garns resultierte. Demgemäß nahm auch das Webgarn, welches das CF-Gewebe bildete, eine elliptische Form mit großen Kräuselungen ein und wenn ein CFRP durch Infiltration des CF-Gewebes mit einem Matrix-Kunststoff hergestellt wurde, fand eine Zugkonzentration an den gebogenen Bereichen des Webgarns statt, so daß keine maximale Zugfestigkeit oder Elastizitätsmodul des verwendeten CF- Garns erreicht wurde. Insbesondere führte das gekräuselte Webgarn zu einer beeinträchtigten Zugfestigkeit oder zu einem beeinträchtigten Elastizitätsmodul.
Das erfindungsgemäße CF-Gewebe, welches mittels eines Webverfahrens und eines Webstuhls gewebt wurde, weist kleine Kräuselungen des Webgarns und eine kleine Poren- bzw. Spaltfläche in der kompletten Gewebefläche auf. Aus diesem Grund wird der ungleichmäßig in die Spalten des Gewebes gefüllte Kunststoff vermindert, wenn das erfindungsgemäße CF-Gewebe mit Kunststoff infiltriert wird, um es zu einem Verbundmaterial umzuwandeln. Somit erzeugt der Kunststoff in den Spalten keine Risse, wenn das Verbundmaterial einer Zugbeanspruchung ausgesetzt wird, so daß das gewebte Gewebegefüge eine hohe Festigkeit aufweist.
In diesem Fall entspricht das verwendete flache CF-Garn demjenigen, welches eine Zugbruchdehnung von 1,5 bis 2,3%, eine Zugbruchfestigkeit von 200 bis 800 kg f/mm² und ein Elastizitätsmodul von 20.000 bis 70.000 kg f/mm² entsprechend der ASTM D3039 (Zugeigenschaften von Faser-Kunststoff-Zusammensetzungen) aufweist.
Das erfindungsgemäße CF-Gewebe weist insbesondere kleine Kräuselungen auf. Im CFRP, welches gewöhnliches CF-Gewebe einsetzt, bricht der Matrix-Kunststoff normalerweise vor dem CF-Garn in einer Fläche, welche geringe Zugverwerfungen erzeugt, die durch Kräuselungen des Webgarns verursacht werden. Im CFRP mit erfindungsgemäßem CF-Gewebe mit kleinen Kräuselungen findet ein Bruch des Matrix-Kunststoffes, welcher durch Kräuselungen des oben beschriebenen Webgarns verursacht werden, nicht statt.
Somit leidet das das erfindungsgemäße CF-Gewebe einsetzende CFRP nicht an Festigkeitsbeeinträchtigungen, welche aufgrund des Bruches des Matrix-Kunststoffes resultieren, und somit liefert es eine hohe Zugbruchfestigkeit und ein hohes Elastizitätsmodul, selbst wenn ein CF-Garn mit einer hohen Zugbruchdehnung oder Zugbruchfestigkeit eingesetzt wird.
Das gewebte CF-Gewebe mit Kette und Schuß, welche aus dem flachen CF-Garn bestehen, weist eine Gewebestruktur auf, welche Räume zwischen dem Garn beibehält, die fast der Garnbreite entsprechen. Das heißt, es existieren fast keine Spalten an den Kreuzungsbereichen der Kette und des Schusses, so daß ein Gewebe mit hoher Faserdichte resultiert.
Bei dem gewebten CF-Gewebe kreuzen sich jedoch Kette und Schuß und es ist schwierig, den Raum zwischen den Webgarnen gleich der Garnbreite auszugestalten. Um dieses Problem in den Griff zu bekommen, wird beim gewebten CF-Gewebe der Raum zwischen entweder den Ketten oder den Schüssen gleich der Garnbreite ausgestaltet, während der Raum zwischen Kette und Schuß geringfügig größer als die Garnbreite sein kann. Wenn jedoch der Raum zwischen den Webgarnen das 1,2-fache der Garnbreite übersteigt, sind die Spalten größer und es kann kein Gewebe mit hoher Faserdichte hergestellt werden.
Aus diesem Grund sollte der Webgarnabstand von Kette und Schuß das 1,0- bis 1,2-fache der Garnbreite betragen, das heißt das Verhältnis aus Webgarnabstand zu Webgarnbreite beträgt 1,0 bis 1,2.
Die Faserdichte des gewebten Gewebes betrifft den Wert, welcher durch die folgende Gleichung festgelegt ist:
Faserdichte des gewebten Gewebes (g/cm³) = [Gewicht des gewebten Gewebes (g/m²)] / [Dicke des gewebten Gewebes (mm)]
Die Werte des Gewebegewichtes (g/m²) und die Dicke des Gewebes (mm) werden entsprechend ASTM D3776 (Standardtestverfahren für die Masse pro Einheitsfläche gewebten Gewebes) und D1777 (Standardverfahren zum Messen der Dicke von Textilmaterialien) ermittelt.
Wenn das erfindungsgemäße CF-Gewebe mit Kette und Schuß gewebt wird, welche aus einem flachen laminatfreien CF- Garn bestehen und eine Garnbreite von 4 bis 16 mm und eine Garndicke von 0,07 bis 0,2 mm aufweisen, hat das resultierende CF-Gewebe ein Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis von 30 bis 150, ein Webgarnabstand zu Garnbreitenverhältnis von 1,0 bis 1,2, eine Gewebedicke von 0,1 bis 0,4 mm, ein Gewebegewicht von 100 bis 300 g/m² und eine Faserdichte von 0,8 bis 1,2 g/cm³.
Wenn zudem das erfindungsgemäße ungerichtete CF-Gewebe mit Kette und Schuß gewebt wird, welche aus einem flachen CF- Garn bestehen, das eine Garnbreite von 4 bis 16 mm und eine Garndicke von 0,07 bis 0,2 mm sowie ein zusätzliches Garn aufweist, hat das resultierende CF-Gewebe ein Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis von 30 zu 150, ein Webgarnabstand-Garnbreitenverhältnis von 1,0 zu 1,2, eine Gewebedicke von 0,1 bis 0,3 mm, ein Gewebegewicht von 90 bis 200 g/m² und eine Faserdichte von 0,8 bis 1,2 g/cm³.
Wenn zudem das erfindungsgemäße CF-Gewebe mit Kette und Schuß gewebt wird, welche aus mehreren Schichten eines flachen Einheits-CF-Garns bestehen, welches eine Garnbreite von 4 bis 16 mm und eine Garndicke von 0,07 bis 0,2 mm aufweist, hat das resultierende CF-Gewebe ein Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis von 20 bis 100, ein Webgarnabstand-Garnbreitenverhältnis von 1,0 bis 1,2, eine Gewebedicke von 0,2 bis 0,6 mm, ein Gewebegewicht von 200 bis 500 g/m² und eine Faserdichte von 0,8 bis 1,2 g/cm³.
Wenn in diesem Fall ein CF-Gewebe mit einem CF-Garn oder Einheits-CF-Garn gewebt wird, beträgt dessen Faseranzahl 6.000 bis 36.000 und die Garngröße 3.000 bis 30.000 Deniers, und wenn das Fasergewicht kleiner als 90 g/m² ist, bedeutet dies, daß das CF-Gewebe mit einem extrem flachen CF-Garn gewebt wurde, wodurch der Webvorgang schwierig ist. Selbst wenn das Gewebe gewebt wird, würde die Ebenheit des CF-Garns zerklüftet und ein Gewebe mit einer extrem groben Struktur resultieren. Wenn andererseits das Gewebegewicht größer als 500 g/m² ist, dann würde die Infiltration eines Matrix-Kunststoffes zum Ausbilden eines Prepreg oder CFRP im umgekehrten Sinn beeinflußt und viele Lücken bzw. Hohlräume im Kunststoff erzeugt.
Das gleiche trifft für das erfindungsgemäße CF-Gewebe zu, wenn das CF-Gewebe mit einem flachen CF-Garn und einem zusätzlichen Garn gewebt wird.
Wenn in analoger Form die Dicke des CF-Gewebes dünner als 0,1 mm ist, sind mehr Schichten mit folglich komplizierter Laminierungsarbeit zur Produktion des CFRP erforderlich und zudem resultieren mehr Räume zwischen den Schichten, die zu den Nachteilen des CFRP beitragen. Wenn andererseits die Dicke des CF-Gewebes größer als 0,6 mm ist, wird die Infiltration des Matrix-Kunststoffes in umgekehrtem Maße beim Ausbildungsvorgang eines Prepreg oder CFRP beeinflußt und viele Lücken im Kunststoff erzeugt, analog dem Fall, bei welchem das Gewebegewicht zu hoch ist. Die gleichen Probleme, welche der oben beschriebenen Dicke des CF-Gewebes zugeordnet sind, treten auf, wenn ein flaches CF-Garn und ein zusätzliches Garn beim Weben des erfindungsgemäßen CF-Gewebes verwendet werden.
Das erfindungsgemäße CF-Gewebe ist dadurch gekennzeichnet, daß die oben beschriebenen Bedingungen erfüllt sind und die durch die vorgenannte Gleichung festgelegte Faserdichte 0,8 bis 1,2 g/cm³ beträgt.
Im allgemeinen hängt die Festigkeit eines CFRP vom Volumengehalt des CF ab und somit ist ein Grundgewebe mit hoher Faserdichte erforderlich, um eine hohe Festigkeit zu erzielen.
Der Volumengehalt der Faser im FRP ist abhängig vom Verhältnis des Volumens des Basisgewebes zum Volumen des FRP.
In diesem Fall kann ein CF-Gewebe mit hoher Faserdichte erzielt werden, indem die Webdichte des verwendeten CF- Garns erhöht wird.
In der Vergangenheit bewirkte jedoch die Erhöhung der Webdichte größere Kräuselungen des CF-Garns im CF-Gewebe und es konnte kein CFRP mit hoher Festigkeit erzeugt werden.
Hierdurch war es bei bekannten CF-Geweben erforderlich, die Faserdichte der Gewebe auf einen 0,8 g/cm³ unterschreitenden Wert einzustellen. Insbesondere wenn ein CF- Garn mit großer Garngröße verwendet wird, muß die Faserdichte des Gewebes auf einen noch kleineren Wert eingestellt werden.
Das erfindungsgemäße CF-Gewebe verwendet ein flaches CF Garn mit großer Garngröße, einer Garnbreite von 4 bis 16 mm, einem Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis von 20 bis 150 und es wird mit einem Garnintervall bzw. -abstand gewebt, welcher fast der Garnbreite - das 1,0- bis 1,2-fache - entspricht (das Webgarnabstand/Garnbreiten-Verhältnis = 1,0 bis 1,2).
Somit weist das erzielte CF-Gewebe ein Minimum an Lücken oder Verknäuelungen des Webgarns sowie eine hohe Faserdichte des Gewebes auf und kann zudem eine hohe Festigkeit ausüben, selbst wenn die Faserdichte 0,8 g/cm³ übersteigt.
Des weiteren sollte das erfindungsgemäße CF-Gewebe die oben beschriebenen Bedingungen erfüllen und dessen Gewebegewicht und die Garngröße des CF-Garns die Beziehung W = k D1/2 erfüllen sowie der Abdeckungsfaktor 95 bis 100% betragen.
Wenn der Bedeckungsfaktor kleiner als 95% ist, werden wahrscheinlich mehr Lücken zwischen den CF-Garnen erzeugt, so daß der Matrix-Kunststoff ungleichmäßig in den Lücken vorliegt, wenn ein Prepreg oder CFRP erzeugt wird, wodurch die Festigkeit gegensätzlich beeinflußt wird.
In diesem Fall bezeichnet "W" das Gewebegewicht (g/m²), "k" die Proportionalitätskonstante (1,6 bis 3,5) und "D" die Garngröße (Denier) eines CF-Garns, welches aus vielen Kohlenstoffasern besteht.
Zusätzlich sollten bei einem ungerichteten Gewebe mit Kette und Schuß, welche aus einem CF-Garn und einem zusätzlichen Garn bestehen, die Proportionalitätskonstante "k" 0,9 bis 2,0 oder 2,0 bis 4,2 bei einem Gewebe betragen, welches ein aus mehreren Schichten eines Einheits-CF-Garns bestehendes CF-Garn aufweist.
Das Weben eines CF-Gewebes mit einem relativ geringen Gewebegewicht sowie eines CF-Garns mit einer großen Garngröße bei einem Bedeckungsfaktor von 95 bis 100% bedeutet, daß unter Verwendung eines CF-Garns mit einer extrem grossen Garnbreite gewebt wird. Somit stellt das resultierende CF-Gewebe kein hochqualitatives Gewebe dar, dessen CF-Garn primär gleichmäßig verteilt ist, da die Breite des CF- Garns in Breitenrichtung beim Weben gequetscht wird.
Wenn andererseits ein CF-Gewebe mit einem relativ hohen Gewebegewicht mit einem CF-Garn mit kleiner Garngröße gewebt wird, dann ergibt sich ein Gewebe mit relativ großen Kräuselungen auf dem Webgarn.
Hier betrifft der Bedeckungsfaktor Cf einen Faktor, welcher zur Größe eines Spaltes bzw. Pore führt, die zwischen Webgarnen ausgebildet wird und ihr Wert wird durch die folgende Gleichung festgelegt, wenn die Fläche S&sub1; auf dem Gewebe eingestellt und die Fläche des zwischen den Webgarnen in der Fläche S&sub1; ausgebildeten Spaltes als S&sub2; bezeichnet wird:
Cf = {(S&sub1; - S&sub2;) / S&sub1;} x 100 (%)
Bei dem CF-Gewebe wird, je größer der Wert des Bedeckungsfaktors Cf ist, desto kleiner die Fläche des Spaltes. Dies verhindert bei der Infiltration eines Matrix-Kunststoffes, daß der Matrix-Kunststoff ungleichmäßig in den Spalt gefüllt wird. Wie aus obiger Formel ersichtlich, übersteigt jedoch der Wert des Bedeckungsfaktors Cf nie 100%.
Wenn das erfindungsgemäße CF-Gewebe mit Kette oder Schuß gewebt wird, welche aus einem flachen CF-Garn und einem zusätzlichen Garn bestehen, ist das zusätzliche Garn vorzugsweise ein flaches Webgarn, welches aus einer dünnen Faser mit einer Garngröße von 2.000 Deniers oder weniger und insbesondere 50 bis 600 Deniers besteht.
Ein zusätzliches Garn größerer Garngröße neigt zu größeren Verknäuelungen, während ein Garn mit kleinerer Garngröße ein einfaches Schneiden beim Weben oder Bearbeiten ermöglicht.
Das zusätzliche Garn wird eingesetzt, um flache Webgarne zusammen parallel zu halten. Es existiert keine besondere Begrenzung hinsichtlich des als zusätzliches Garn verwendeten Garntypes. Es kann eine anorganische Faser, wie etwa ein CF und eine Glasfaser, oder eine organische Faser, wie etwa eine Aramidfaser, Vinylonfaser und Polyesterfaser sein.
Ein CF-Gewebe mit Kette und Schuß besteht aus einem flachen CF-Garn, welches aus vielen Kohlenstoffasern mit kleinen Verknäuelungen hergestellt ist. Somit erzeugt das CFRP mit diesem Gewebe keinen Defekt des Matrix-Kunststoffes vor dem Bruch des CF-Garns in einer Fläche mit geringer Zugbeanspruchung, welche durch Verknäuelungen des Webgarns verursacht wird; somit nimmt die Bruchdehnung in Richtung der Zugspannungsarbeit zu, was zu einer erhöhten Festigkeit führt.
Folglich ist beispielsweise das CFRP in Kettenrichtung fester, wenn es in Richtung der für das Gewebe verwendeten Kette gezogen wird. Das CFRP erzeugt jedoch Mikrorisse entlang des CF, wenn es im rechten Winkel quer zur Zugspannung gezogen wird, das heißt in Richtung des Schusses, da der Schuß in Richtung rechtwinklig relativ zur Ausrichtung der Faser gezogen wird, und zudem, da der Schuß breiter als das herkömmliche Webgarn ist.
Die Erfinder studierten das Auftreten von Mikrorissen aus der Sicht des Matrix-Kunststoffes und ermittelten, daß die Erhöhung der Zugbruchdehnung wirkungsvoll das Auftreten von Mikrorissen steuert bzw. regelt.
Demgemäß beträgt die geeignete Zugbruchbeanspruchung des Matrix-Kunststoffes 3,5 bis 10% bei aushärtbarem Kunststoff oder 8 bis 200% für thermoplastischen Kunststoff, wenn der Kunststoff entsprechend dem ASTM D638 (Standardtestverfahren für die Zugeigenschaften von Kunststoffen) ermittelt wird.
Das erfindungsgemäße CF-Gewebe, welches mit Kette und Schuß gewebt ist, die aus einem flachen verdrehungsfreien CF-Garn bestehen, das eine Garnbreite von 4 bis 16 mm und ein Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis von 20 bis 150 aufweist, sowie ein Webgarnabstand-Garnbreitenverhältnis von 1,0 bis 1,2, eine Gewebedicke von 0,1 bis 0,6 mm, ein Gewebegewicht von 90 bis 500 g/m² und eine Faserdichte von 0,8 bis 1,2 g/cm³ aufweist, ermöglicht ein ebenes Weben, wobei sowohl Kette als auch Schuß unbeeinflußt sind, so daß Verknäuelungen an Punkten gesteuert bzw. geregelt werden, an welchen Kette und Schuß einander kreuzen, und eine resultierende gleichmäßige Faserdichte im Gewebe erzielt wird.
Zudem wird das erfindungsgemäße CF-Gewebe mit Kette und Schuß gewebt, welche aus einem flachen CF-Garn mit einer extrem groben Garndichte besteht, und es weist kleine Verknäuelungen auf dem Webgarn auf, so daß das Gewebe in einfacher Form einer Scherverformung ausgesetzt wird. Mit anderen Worten, wird das erfindungsgemäße CF-Gewebe einer Scherverformung ausgesetzt, kann eine beträchtliche Verformung auftreten, ohne daß Falten erzeugt werden, da das Gewebe die geeignete Möglichkeit besitzt, die Räume zwischen Kette und Schuß zu vermindern, so daß die Räume zwischen den Garnen verringerbar sind, während die Garnbreite des flachen CF-Garns abnimmt. Hierdurch besteht die Möglichkeit, das CF-Gewebe an ein Gießwerkzeug anzupassen, welches eine komplizierte Form aufweist.
Zudem weist das erfindungsgemäße CF-Gewebe eine gleichförmige Faserdichte und schmale Spalten zwischen Kette und Schuß auf, so daß das Gewebe auf ein Gießwerkzeug gepaßt werden kann, indem lediglich der Bereich, welcher die gekrümmte Oberfläche des Gießwerkzeuges berührt, einer Scherverformung ausgesetzt wird. Somit wird beim erfindungsgemäßen CF-Gewebe selbst bei einer großen Krümmung des Gießwerkzeuges eine Oberfläche geschaffen, welche mit einer gleichmäßig hohen Faserabdeckung versehen ist.
Zusätzlich weist das erfindungsgemäße CF-Gewebe eine glatte Oberfläche auf; somit ist die Oberfläche, wenn das Gewebe zur Erzeugung eines CFRP verwendet wird, glatt, so daß ein einfacher Farbauftrag ermöglicht wird.
Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung ersichtlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau des Webstuhls zum Weben eines CF-Gewebes, indem das Webverfahren für das erfindungsgemäße CF-Gewebe angewandt wird;
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Hauptbereiches, welche eine Antriebseinheit für einen Greifer im Webstuhl von Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Hauptbereiches, welcher mehr Details in einem Teilschnitt von Fig. 2 darstellt;
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Spitze des Greifers;
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer vergrösserten Ansicht einer Halteführung für das Garnende;
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Modus, bei welchem der Schuß durch den Greifer gehalten wird;
Fig. 7 zeigt eine Querschnittansicht des erfindungsgemäßen CF-Gewebes, welches mit Kette und Schuß gewebt ist, die aus einem einzelnen flachen CF-Garn bestehen;
Fig. 8 zeigt eine Querschnittansicht des erfindungsgemäßen CF-Gewebes, welches mit Kette und Schuß gewebt ist, welche aus zwei schichtweisen flachen Einheits-CF-Garnen bestehen; und
Fig. 9 zeigt ein Eigenschaftsdiagramm der Zugfestigkeit, welches dem Zug-Beanspruchungsgraphen eines CFRP zugeordnet ist, das aus dem erfindungsgemäßen CF- Gewebe hergestellt ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen CF-Gewebes anhand der Fig. 1 bis 9 detailliert beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Webmaschine, welche ein CF-Gewebe mittels des Webverfahrens für das erfindungsgemäße CF-Gewebe webt. Die Webmaschine weist eine Spule 1, eine Abwickelrolle 3, eine Spanneinrichtung 4, Führungsrollen 5 bis 7, eine Blattfeder-Spanneinrichtung 8, eine Druckplattenführung 9 und einen Greifer 11 als Hauptelemente einer Schußzuführeinheit sowie ein Gestell 20, einen Kamm 21, eine Horizontalführung 22, eine Weblitze 23 und ein Webeblatt 24 als Kettenzuführeinheit auf.
Als erstes wird die Schußzuführeinheit erläutert. Die Spule 1 ist mit einem Schuß Twf umwickelt, welcher ein flaches aus vielen Kohlenstoffasern bestehendes CF-Garn darstellt und der Schuß Twf wird zur Abwickelrolle 3 durch die Spannrolle 2 geführt und anschließend mit konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit von der Abwickelrolle 3 abgewikkelt.
Hierbei befindet sich bei der Entnahme des Schusses Twf von der Spule 1 die Spannrolle 2 in ihrer oberen Position, während sich die Rolle automatisch nach unten bewegt, wenn die Umdrehungsbewegung der Abwickelrolle 3 stoppt, und eine Bremse wird betätigt, um die Eigenrotation bzw. Trägheitsrotation der Spule 1 anzuhalten. Die mit einer Hauptrotationswelle 26 der später zu beschreibenden Webmaschine verbundene Abwickelrolle 3 rotiert und die Hauptrotationswelle 26 wird durch einen später zu erläuternden Antriebsmotor 25 (siehe Fig. 3) gedreht.
Die Abwickelgeschwindigkeit des Schusses Twf, das heißt die durch die Rotation der Abwickelrolle 3 erzielte Oberflächengeschwindigkeit kann in einfacher Form festgelegt werden, wenn die Umdrehungszahl (rpm) der Hauptrotationswelle 26 und die für eine Rotation erforderliche Länge (m) des Schusses ermittelt werden.
Das CF-Garn für den Schuß Twf und die Kette Twr ist verdrehungsfrei und weist 6.000 bis 36.000 Kohlenstoffasern auf. Das CF-Garn wird in flacher Form beibehalten, unter Vorabverwendung eines Schichtmittels oder dergleichen, und wird um die Spule 1 gewickelt, welche ein zylindrisches Rohr mit einer vorgegebenen Querbreite darstellt, oder um Spulen 20a und 20b des später zu beschreibenden Gestells 20 gewickelt.
Das zu verwendende CF-Garn weist eine Garngröße von 3.000 bis 30.000 Deniers, eine Garnbreite von 4 bis 16 mm, eine Garndicke von 0,07 bis 0,6 mm und ein Garnbreiten-Garndikken-Verhältnis von 20 bis 150 auf. Wenn ein in mehrere Schichten geformtes Einheits-CF-Garn verwendet wird, muß das Einheits-CF-Garn verdrehungsfrei sein und 3.000 bis 12.000 Kohlenstoffasern, eine Garngröße von 1.500 bis 10.000 Deniers, eine Garnbreite von 4 bis 16 mm, eine Garndicke von 0.07 bis 0,2 mm und ein Garnbreiten-Garndikken-Verhältnis von 30 bis 150 aufweisen.
Der von der Abwickelrolle 3 abgewickelte Schuß Twf wird durch die horizontale Führungsrolle 5, eine vertikale Führungsrolle 6 und eine horizontale Führungsrolle 7 mittels einer Führung 4a der Spanneinrichtung 4 geführt der Blattfeder-Spanneinrichtung 8 zugeleitet.
Jede Führungsrolle 5 bis 7 weist vorzugsweise einen Durchmesser von ungefähr 10 bis 20 mm und eine Länge von 100 bis 300 mm auf und ist vorzugsweise drehbar und nimmt ein Lager auf. Wenn der Durchmesser zu klein ist, dann verbiegt sich das den Schuß Twf bildende CF, wodurch oftmals ein Bruch des einzigen Garns auftritt. Wenn andererseits der Durchmesser 20 mm übersteigt, tritt aufgrund der Zunahme der Trägheitsrotation ein Problem auf, welches erhöhte Spannungsänderungen zum Zeitpunkt des Anfahrens und Anhaltens verursacht.
Die Führungsrollen 5 bis 7 sollten eine ausreichende Länge aufweisen, so daß der vorbeilaufende Schuß Twf nicht mit dem Stützbereich in Kontakt gelangt, welcher die Führungsrollen 5 bis 9 stützt, wenn der Schuß Twf sich horizontal oder vertikal bewegt. Wenn der Schuß Twf den Stützbereich der Führungsrollen 5 bis 7 berühren sollte, wird die Ebenheit bzw. Flachheit beeinträchtigt bzw. gequetscht.
Die horizontale Führungsrolle 5 und 7 bestimmt die Höhe des zu führenden Schusses Twf, während die vertikale Führunsgrolle 6 die Horizontalposition des Schusses Twf bestimmt. Demgemäß müssen zumindest die horizontalen und vertikalen Führungsrollen 5 bis 7 abwechselnd montiert werden.
Hierbei ist es erforderlich, die flachen Oberflächen des Schusses Twf um 90 Grad zwischen der horizontalen Führungsrolle 5 und der vertikalen Führungsrolle 6 sowie zwischen der vertikalen Führungsrolle 6 und der horizontalen Führungsrolle 7 zu verdrehen. Aus diesem Grund sollte ein Abstand von 50 mm oder mehr zwischen den Führungsrollen 5 und 6 und zwischen den Führungsrollen 6 und 7 vorgesehen werden, obgleich der Abstand in Abhängigkeit von der Breite des Schusses Twf variiert.
Wenn der Abstand zwischen den Führungsrollen kleiner als 50 mm ist, läuft der Schuß Twf durch die vertikale Führungsrolle 6 und die horizontale Führungsrolle 7 und wird im verdrehten Zustand gewebt. Analog wird, wenn das CF- Garn innerhalb einer kürzeren Distanz um 90 Grad gedreht wird, Spannung auf beide Enden des CF-Garns aufgebracht, so daß Störungen bzw. Störgeräusche erzeugt werden.
Es besteht die Möglichkeit, lediglich eine einzige Führungsrolle anstelle aller Rollen 5 bis 7 zu verwenden, jedoch gewährleistet die Verwendung eines Rollenpaares, so daß der Schuß Twf in S-Form hindurchläuft, eine auf den Schuß Twf aufbringbare geeignete Spannung und ermöglicht somit eine genaue Positionierung des Schusses Twf.
Die Spanneinrichtung 4 funktioniert derart, daß sie den Schuß Twf konstant gespannt hält, indem die Verzögerung zwischen der Abwickelrolle 3 und den horizontalen Führungsrollen 5 des Schusses Twf absorbiert wird, welcher mit konstanter Geschwindigkeit durch die Abwickelrolle 3 abgewickelt wird, wenn der Schuß Twf intermittierend durch den später zu erläuternden Greifer 11 eingefügt wird. Sofern der Schuß Twf nicht durch eine Feder 4b gespannt gehalten wird, dreht sich der Schuß, wenn er im spannungslosen Zustand ist und durch die Führungsrollen 5 bis 7 läuft und wird im verdrehten Zustand gewebt. Eine am unteren Ende der Feder 4b angeordnete Führung 4a ist an der Seite positioniert, so daß die flachen Oberflächen des CF-Garns horizontal geführt werden.
Als weiteres Verfahren zum Beibehalten der Spannung des Schusses Twf existiert ein auf Luftansaugung basierendes Verfahren, jedoch weist dieses Verfahren insofern ein Problem auf, als der Schuß Twf während dem Ansaugvorgang verdreht wird. Analog treten bei einem Verfahren, bei welchem ein Gewicht zum Beibehalten der Spannung des Schusses Twf verwendet wird, Spannungsänderungen auf, welche teilweise zu hoch sind, so daß die den Schuß Twf bildenden Kohlenstoffasern beschädigt werden. Demgemäß stellt das eine Feder verwendende Verfahren, wie oben beschrieben, das einfachste und verläßlichste Verfahren dar.
Auf der stromabwärts liegenden Seite der horizontalen Führungsrolle 7 des Schusses Twf ist eine Spanneinrichtung 8 vorgesehen, welche eine gleichmäßige Spannung des Schusses Twf beibehält. Die Spannungseinrichtung 8 hält eine gleichmäßige Spannung des Schusses Twf aufrecht, indem der Schuß Twf mit zwei breiten Blattfedern 8a und 8b gehalten wird.
Bei dem Verfahren zum Zuführen des Schusses Twf der CF-Gewebewebemaschine wird der Gamweg des Schusses Twf prinzipiell durch die vertikale Führungsrolle 6 festgelegt, jedoch variiert der Garnweg des Schusses Twf manchmal aufgrund von Änderungen der Spannung oder beim Einrasten in den Greifer bzw. die Greiferstange. Aus diesem Grund muß gewährleistet werden, daß kein Hindernis vorliegt, welches den Seitenrand des Schusses Twf beeinträchtigt, wenn der Schuß Twf sich in Breitenrichtung bewegt und aus diesem Grund wird die Spanneinrichtung 8 mit den breiten Blattfedern 8a und 8b verwendet. Die Breite der Blattfeder 8a und 8b sollte das Fünffache der Garnbreite des Schusses Twf oder mehr betragen.
Die Druckplattenführung 9 ist auf der stromabwärts liegenden Seite des Schusses Twf der Blattfeder-Spanneinrichtung 8 angeordnet und weist eine V-förmige Führungsfläche 9a an ihrem Ende auf. Die Führung 9 ist mit dem dem Greifer 11 zuzuführenden Garn verbunden und wird, wie durch den Pfeil in Fig. 1 dargestellt, in Längsrichtung mittels des Nokkens 9b angetrieben, auf welchen die Rotation der Hauptrotationswelle 26 übertragen wird.
Eine Garnende-Halteführung 10 ist nahe der stromabwärts liegenden Seite der Druckplattenführung 9 positioniert. Die Garnenden-Halteführung 10 weist, wie in Fig. 5 dargestellt, ein L-förmiges Aufnahmeelement 10a und ein Druckelement 10b auf, welche durch eine nicht dargestellte Antriebseinheit nach oben und unten angetrieben werden. Das Druckelement 10b der Führung 10 fährt nach unten und hält das Ende des Schusses Twf, indem das Ende gegen das Aufnahmeelement 10a gedrückt wird.
Wenn somit die Druckplattenführung 9 in Richtung des Pfeiles nach außen gedrückt wird und die flache Oberfläche des Schusses Twf sich nach unten bewegt, während der Schuß entlang der Neigung der V-förmigen Führungsfläche 9a geführt wird, bewegt sich auch die Garnende-Halteführung 10 nach unten. Somit wird der Schuß Twf, welcher das Ende des Greifers 11 kreuzt und gleichzeitig die Ebenheit beibehält, in geeigneter Form in einen Haken 11a des später zu erläuternden Greifers 11 eingehakt.
Hierbei wird normalerweise der Schuß Twf in einer Standby-Position bzw. Ruheposition durch die Garnende-Halteführung 10 und eine Garnzufuhrführung mit einer Führungsöffnung gehalten, so daß der Schuß Twf den Greifer 11 von der Seite kreuzt, und wenn der Greifer 11 die Garnzuführposition erreicht, werden beide Führungen nach unten bewegt, um ein Einhaken des Schusses Twf in den Haken 11a des Greifers 11 zu bewirken. Wenn jedoch eine Standard-Garnzufuhrführung für einen Schuß Twf eingesetzt wird, welcher aus einem flachen CF-Garn besteht, um das Garn dem Greifer 11 zuzuführen, dann reibt die oben genannte Führungsöffnung am Schuß Twf und beschädigt dessen Ebenheit.
Um dieses Problem zu vermeiden, ist bei der Webmaschine entsprechend der vorliegenden Erfindung die Druckplattenführung 9 zwischen der Blattfeder-Spanneinrichtung 8 und der Garnende-Halteführung 10 angeordnet. Somit bewegt sich die Garnende-Halteführung 10 nach unten und die Druckplattenführung 9 nach vorne, wenn das Garn dem Greifer 11 zugeführt wird, wodurch der Schuß Twf gegen die Rückseite der Webmaschine (entfernte Seite in Fig. 1) gedrückt wird und der Schuß Twf quer über den Greifer 11 verläuft.
Wie in Fig. 1 dargestellt, stellt der Greifer 11 ein längliches Element dar, welches nahe einem später zu erläuternden Webblatt 24 angeordnet ist und es wird intermittierend seitlich bewegt, um den Schuß Twf zwischen mehrere Ketten Twr einzufügen. Der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Greifer 11 wird intermittierend durch die Antriebskraft bewegt, welche von einem Antriebsmotor 25 durch eine Verbindungseinheit 27 übertragen wird, welche Arme 27a bis 27d aufweist. Wie in Fig. 4 dargestellt, weist der Greifer 11 an seiner Spitze den Haken 11a zum Einhaken des flachen Schusses Twf und ein Druckelement 11b auf, welches nahe dem Haken 11a befestigt ist.
Demgemäß wird der Schuß Twf in den Haken 11a des Greifers 11 eingehakt, wenn der Greifer 11 sich in Fig. 1 nach rechts bewegt und anschließend durch das Druckelement 11b gepreßt sowie gehalten.
Um den flachen Schuß Twf durch den Greifer 11 zu ergreifen, wird das Ende des zur Spitze des Greifers 11 geführten Schusses Twf durch ein Klemmwerkzeug 12, wie in Fig. 6 dargestellt, ergriffen. Hierdurch wird das Einführen des Schusses Twf ermöglicht, während dessen Ebenheit fast unbeeinträchtigt bleibt.
Bei der Webmaschine für das CF-Gewebe wird der um die Spule 1 gewickelte Schuß Twf mit konstanter Geschwindigkeit durch die Abwickelrolle 3 während des Schußzuführvorganges abgewickelt, welcher durch die oben beschriebene Schußzuführeinheit durchgeführt wird, und das Spiel bzw. die fehlende Spannung, welche auftritt, wenn der Schuß Twf intermittierend durch den Greifer 11 eingeführt wird, wird durch die Feder 4b der Spanneinrichtung 4 absorbiert.
Anschließend wird der quer von der Spule 1 abgewickelte Schuß Twf durch die Führungsrollen 5 bis 7 geführt und in den Haken 11a des Greifers 11 durch das Zusammenwirken der Druckplattenführung 9 und der Garnenden-Halteführung 10 eingehakt, während die Spannung des Schusses Twf durch die Blattfeder-Spanneinrichtung 8 beigehalten wird, und anschließend wird der Schuß zwischen die vielen Ketten Twr, wie in Fig. 1 dargestellt, eingeführt.
Demgemäß kann der aus CF-Garn bestehende Schuß Twf ohne Verdrehung oder auftretende Beschädigung hinsichtlich der Ebenheit bzw. Flachheit eingewebt werden.
Nachfolgend wird die Kettenzuführeinheit beschrieben. Das Gestell 20 stützt viele Spulen 20a derart, daß sie frei rotieren können. Analog der Spule 1 der Schußzuführeinheit ist jede Spule 20a mit einer aus CF-Garn bestehenden Kette Twr umwickelt. Die Kette Twr wird quer abgewickelt und zum Stoffbalg bzw. "cloth fell" durch den Kamm 21, die Horizontalführung 22, die Weblitze 23 und das Webeblatt 24 geführt.
Hierbei ist die Geschwindigkeit, mit welcher die Kette Twr von der Spule 20a abgewickelt wird, sehr viel niedriger als die Geschwindigkeit für den Schuß Twf und die Geschwindigkeit ist konstant; folglich ist die Spule 20a nur mit einer leichten Bremse ausgestattet.
Der Kamm 21 besteht aus mehreren Drähten 21b, welche vertikal zwischen dem oberen und unteren Stützrahmen 21a und 21a in gleichen Abständen wie diejenigen der Ketten Twr des Gewebes angeordnet sind. Die Vielzahl an Ketten Twr verläuft zwischen den Drähten 21b und 21b, eine neben der anderen, so daß sie relativ zur Horizontalrichtung Positioniert sind, wodurch die Ketten Twr mit erwünschter Dichte gekämmt werden.
In diesem Fall ist es notwendig, daß die Drähte 21b auf eine spezielle Länge eingestellt werden, so daß die von den Spulen 20a des Gestells 20 zugeführten flachen Ketten Twr nicht die Stützrahmen 21a und 21a berühren, jedoch die flachen Oberflächen der Ketten Twr lediglich die Drähte 21b touchieren. Wenn die Drähte 21b kürzer als die spezifische Länge sind, werden die Ketten Twr gequetscht. Die optimale Länge der Drähte 21b wird durch die Höhe des Gestells 20 und die Abstände des Gestells 20 vom Kamm 21 und zur Horizontalführung 22 bestimmt, sie muß jedoch ungefähr 300 mm betragen.
Die Horizontalführung 22 weist zwei Führungsstangen 22a auf und sie spult die Ketten Twr, welche von der Spule 20a abgewickelt wurden, auf die beiden Führungsstangen 22a in S-Form, um die Vertikalposition zu begrenzen.
Es ist nunmehr erforderlich, die flachen Oberflächen der Ketten Twr um 90 Grad zwischen dem Kamm 21 und der Horizontalführung 22 zu verdrehen. Hierfür muß der Kamm 21 von der Horizontalführung 22 um zumindest 50 mm beabstandet sein, obgleich der Abstand in Abhängigkeit von der Breite der Ketten Twr variiert. Wenn der Abstand zwischen dem Kamm 21 und der Horizontalführung 22 kleiner als 50 mm ist, dann laufen die Ketten Twr durch die Horizontalführung 22 und werden eingewebt, während sie ihren verdrehten Zustand beibehalten.
Jeweils eine Weblitze 23 ist für eine Kette Twr vorgesehen und sie führen die individuellen Ketten Twr, welche durch die Horizontalführung 22 vertikal positioniert wurden, zum Webeblatt 24. Die Weblitzen 23 werden durch nicht dargestellte Antriebsmittel nach oben und unten bewegt, wodurch ein Schiffchenweg erzeugt wird, so daß der Schuß Twf zwischen der Vielzahl an Ketten Twr auf der stromabwärts liegenden Seite des Webeblattes 24 hindurchlaufen kann.
Bei der bekannten Weblitze ist das Litzenhäuschen bzw. Auge in Längsrichtung länger ausgebildet, um Störungen zwischen dem benachbarten Garn und der Weblitze zu vermeiden. Beim Hindurchlaufen einer CF-Faser durch ein derartiges in Längsrichtung länger ausgebildetes Litzenhäuschen wird die Ebenheit bzw. Flachheit beeinträchtigt, wordurch ein Webvorgang verhindert wird, bei welchem die Flachheit bzw. Ebenheit beibehalten wird. Aus diesem Grund sollte das Litzenhäuschen 23a der Weblitze 23 in Längsrichtung länger ausgebildet sein und sollte die Seitenlänge des Litzenhäuschens 23a gleich oder geringfügig länger als die Garnbreite des als Kette Twr verwendeten CF-Garns eingestellt werden. Die Form des Litzenhäuschens 23a sollte rechteckförmig oder ellipsenförmig mit der langen Seite in Horizontalrichtung ausgebildet sein.
Das Webeblatt 24 funktioniert derart, daß es die Vielzahl an von den vielen auf dem Gestell 20 montierten Spulen 20a abgewickelten Ketten Twr mit spezifischer Dichte anordnet und daß es den Schuß Twf, welcher in den Schiffchenweg gelaufen ist, gegen den Stoffbalken drückt. Der Rahmen 24a weist viele vertikal angeordnete Auszahnungen 24b auf. Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, ist das Webeblatt 24 in Laufrichtung der Ketten Twr, wie durch den Pfeil in Fig. 3 dargestellt, durch einen Nocken 28 hin- und herfahrbar, auf welchen die Rotation des Antriebsmotors 25 übertragen wird, so daß der Schuß Twf gegen den Stoffbalg bzw. das Stoffell gedrückt wird.
Hierbei sollte die Spannung der Ketten Twr 50 niedrig als möglich eingestellt werden. Die niedrige Spannung der Kette Twr verhindert eine Beeinträchtigung der Ebenheit bzw. Flachheit, selbst wenn die Seitenposition des Webeblattes 24 geringfügig versetzt ist, wodurch die Kette Twr durch die Weblitze 23 derart geführt wird, daß sie die Auszahnung 24b berührt, oder selbst wenn die Weblitze 23 wackelt und die Kette Twr versetzt ist und auf eine Seite des Litzenhäuschens 23a bewegt wird.
Bei der oben beschriebenen Kettenzuführeinheit werden die Ketten Twr entsprechend den folgenden Schritten zur erwünschten bzw. geeigneten Dichte gekämmt und der durch die Schußzuführeinheit zugeführte Schuß Twf gegen das Stoffell gedrückt, wodurch das CF-Gewebe gewebt wird.
Zuerst werden die Ketten Twr von allen auf dem Gestell 20 befestigten Spulen 20a abgerollt.
Die einzelnen Ketten Twr werden durch den Kamm 21 horizontal positioniert und anschließend um 90 Grad gedreht, bevor sie der Horizontalführung 22 zugeführt werden.
Die der Horizontalführung 22 zugeführten Ketten Twr werden durch die Führungsstangen 22a und 22a vertikal positioniert, anschließend zu den Weblitzen 23 geführt, welche durch die nicht dargestellten Antriebsmittel nach oben und unten bewegt werden, wobei jede andere Kette hierdurch den Schiffchenweg bildet, um den Schuß Twf zwischen die Vielzahl an Ketten Twr auf der stromabwärts liegenden Seite des Webeblattes 24 einzufügen.
Die Vielzahl an von der Vielzahl der am Gestell 20 befestigten Spulen 20a abgewickelten Ketten Twr wird durch das Webeblatt 24 mit spezifischer Dichte angeordnet und zum Stoffell geführt.
Wenn der Schiffchenweg durch die Weblitzen 23 gebildet wird, wird der Schuß Twf zwischen die Vielzahl an Ketten Twr durch den intermittierenden Betrieb des Greifers 11 eingefügt und der eingefügte Schuß Twf gegen den Stoffbalg bzw. Stoffell durch das Webeblatt 24 gedrückt. Somit wird das CF-Gewebe, wie in Fig. 1 dargestellt, gewebt.
Dieser Kettenzuführvorgang bildet alle Ketten Twr zu einer blattförmigen Form aus, in welcher sie gleich beabstandet angeordnet sind, so daß ein stabiler Webvorgang ermöglicht wird.
Somit wird beim Webverfahren und der Webmaschine für das CF-Garn die Kette und der Schuß, welche aus einem flachen CF-Garn großer Garngröße bestehen, zu einem dünnen CF-Gewebe mit gleichförmiger Faserdichte gewebt, wobei die Ebenheit bzw. Flachheit von Kette und Schuß beibehalten wird. Wie in Fig. 7 dargestellt, werden fast keine Kräusel bzw. "Crimps" an den Bereichen beobachtet, an welchen die Ketten Twr den Schuß Twf kreuzen.
Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Querschnittes des gewebten CF-Gewebes. Die Fig. hebt die die Ketten und den Schuß darstellenden CF-Garne hervor, so daß sie als Modell dienen.
Des weiteren wird im folgenden beschrieben, wie ein CF-Gewebe mit Kette und Schuß gewebt wird, welche aus mehreren Schichten eines flachen Einheits-CF-Garns bestehen.
Zwei oder mehr Spulen 1 werden für den Schuß präpariert, wobei der von jeder Spule 1 abgewickelte Schuß Twf als Einheits-CF-Garn verwendet wird. Die zwei oder drei Schüsse Twf werden zu der Abwickelrolle 3 derart geführt, daß sie auf der Aufwickelrolle 3 übereinander geschichtet sind, und anschließend laufen sie durch die Spanneinrichtung 4 und die Blattfeder-Spanneinrichtung 8.
Durch Einfügen der laminierten Schüsse Twf zwischen die Vielzahl von Ketten Twr durch den Greifer 11 können die laminierten Schüsse Twf zwischen die Vielzahl von Ketten Twr eingefügt werden, ohne daß die Flachheit des laminierten Schusses Twf gequetscht oder beeinträchtigt werden.
Bei den Ketten, welche von zwei oder drei Spulen 20a abgerollt werden, sind die Ketten Twr als Einheits-CF-Garne übereinander gestapelt. Die laminierten Ketten Twr laufen zwischen den Drähten 21b und 21b des Kammes 21 durch und werden anschließend zwischen die Auszahnungen 24b und 24b des Webeblattes 24 durch die Horizontalführung 22 und die Weblitzen 23 geführt.
Somit wird bei dem Webverfahren und der Webmaschine für das CF-Garn ein CF-Gewebe erzielt, welches mit den Schüssen Twf und den Ketten Twr aus laminierten Einheits-CF- Garnen bestehend gewebt ist.
Das derart gewebte CF-Gewebe mit den Schüssen Twf und den Ketten Twr aus zwei Schichten Einheits-CF-Garnen bestehend, zeigt eine einheitliche Faserdichte, jedoch kaum Verknäuelungen an den Bereichen, an welchen die Ketten Twr und die Schüsse Twf einander kreuzen, wie in Fig. 8 dargestellt ist.
Fig. 8 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt des gewebten CF-Gewebes und der CF-Garne, welche die in Fig. 7 hervorgehobenen Ketten und den Schuß bezeichnen.
Basierend auf den oben beschriebenen Webverfahren werden im folgenden Ausführungsbeispiele erläutert, welche das CF-Gewebe betreffen, das die vorgenannte Webmaschine einsetzt.

Beispiel 1

Das erfindungsgemäße CF-Gewebe wurde durch das Webverfahren und die Webmaschine gewebt, wobei die Hauptrotationswelle 26 mit einer Geschwindigkeit von 120 Upm läuft, ein flaches CF-Garn mit 6,5 mm Breite und 0,12 mm Dicke verwendet wurde und dessen Form durch das Aufbringen von 0,8% eines Schichtmittels beibehalten wurde, sowie das flache CF-Garn aus einem verdrehungsfreien CF-Garn [TORAYCA T700SC-12K (Kohlenstoffasernanzahl: 12.000; Garngröße: 7.200 Deniers)] besteht, welches von Toray Industries, Inc. hergestellt wird und eine Zugbruchfestigkeit von 500 kg f/mm², ein Spannungsmodul von 23.500 kg f/mm² und eine Zugbruchdehnung von 2,1% aufweist.
Das erzielte CF-Gewebe ist ein ebenes Webgut, wobei die Dichte der Ketten und der Schüsse 1,25 Enden/cm, die Garnbreite der Kette und des Schusses 7,6 mm, die Garndicke 0,11 mm, das Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis 69,1, das Verhältnis aus Webgarnabstand zwischen Ketten und Schüssen zu Garnbreite 1,05, die Gewebedicke 0,22 mm, das Gewicht des gewebten Gewebes 200 g/m² und die Faserdichte 0,91 g/cm³ beträgt.
Die Ketten und Schüsse des CF-Gewebes sind frei von abgerollten Verdrehungen und weisen einen Bedeckungsfaktor von 99.8% auf, das heißt es existieren fast keine Spalten bzw. Poren. Somit weist das CF-Gewebe eine gleichmäßige Faserdichte und eine glatte Oberfläche auf.
Zudem beträgt die Webgarndichte des CF-Gewebes 1/4 derjenigen des bekannten CF-Gewebes, welches ein ebenes, aus einem ähnlichen CF-Garn hergestelltes Webgut darstellt [TORAYCA T3008-3K (Kohlenstoffasernanzahl: 3.000; Garngrösse: 1.800 Deniers)], welches von Toray Industries, Inc. hergestellt wurde und eine Ketten- und Schußdichte von 5,0 Enden/cm sowie ein Gewicht an gewebtem Gewebe von 200 g/m² aufweist. Folglich beträgt die Webgeschwindigkeit des CF-Gewebes das Vierfache von derjenigen für das bekannte Gewebe, so daß eine beträchtlich verbesserte Produktivität resultiert.
Als nächstes wurde das erzielte CF-Gewebe mit 36 Gewichtsprozent eines Epoxy-Kunststoffes mit einer Zugbruchdehnung von 3,5% infiltiert, um ein Prepreg zu erzeugen. Das Prepreg weist eine glatte Oberfläche analog dem CF-Gewebe und eine gleichförmige Verteilung der Kohlenstoffasern auf.
Anschließend wurde das Prepreg vierlagig mit gleicher Orientierung aufgeschichtet, um ein CFRP durch das Autoclav-Gießverfahren herzustellen. Die Zugbruchfestigkeit und das Zugmodul bzw. Elastizitätsmodul des CFRP wurden entsprechend dem CFRP-Zugprüfverfahren von ASTM D3039 gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt, welche zudem den Volumengehalt der Kohlenstoffasern angibt. Während der Messung brach das CFRP bei einer Dehnung von 1,6% des CF- Garns, es entwickelte jedoch keine Mikrorisse im Matrix- Kunststoff in Querrichtung, welche die Zugrichtung rechtwinklig kreuzt. Tabelle 1
Bsp.: Beispiel
Vgl.: Vergleichsbeispiel
Zug-B.-Festigkeit: Zugbruchfestigkeit

Vergleichsbeispiel 1-1

Zu Vergleichszwecken wurde das CF-Garn des Beispieles 1 zum Weben eines eben gewebten CF-Gewebes mit einer Kettenund Schußdichte von 1,25 Enden/cm verwendet, wobei ein bekannter einseitiger Greiferwebstuhl entsprechend einem bekannten Webverfahren eingesetzt wurde, bei welchem der Schuß longitudinal und die Vielzahl an Ketten quer entnommen, anschließend die einzelnen Ketten der Reihe nach der runden Öffnungsführung des Kettengestells zugeführt werden und die ordnende Führung und die Weblitzen Litzenhäuschen aufweisen, welche in Vertikalrichtung länger sind.
Die Ketten des resultierenden Gewebes wurden in gequetschter Form gewebt, wobei ihre Flachheit bzw. Ebenheit zerstört wurde. Der Schuß wurde mit 3 bis 4 abgespulten Umdrehungen pro Meter zusammengedrückt und der Abdeckungsfaktor betrug 85,0%, was zu einem extrem groben Stoff führt, wobei die Gewebeoberfläche Unregelmäßigkeiten aufwies. Bei dem gewebten Gewebe betrug die Garnbreite der Ketten und des Schusses 4,9 mm, das Garnbreiten-Garndikken-Verhältnis 28,8, das Verhältnis aus Webabstand zu Garnbreite 1,63, die Gewebedicke 0,34 mm, das Gewicht des gewebten Gewebes 200 g/m² und die Faserdichte 0,59 g/cm³.
Das Gewebe wurde mit einem Epoxy-Kunststoff mit einer Zugbruchdehnung von 3,5% analog dem Beispiel 1 imprägniert, um ein Prepreg herzustellen. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Kunststoff in den Spalten des Gewebes entnommen und durch einen Gußlösefilm entfernt. Somit mußte Kunststoff hinzugefügt werden, um die leeren Bereiche zu füllen.
Das derart erzeugte Prepreg wurde vierschichtig mit gleicher Orientierung aufgestapelt, um ein CFRP durch das Autoclav-Gießverfahren entsprechend dem Beispiel 1 herzustellen.
Das erzielte CFRP wies eine unebene Oberfläche mit Ausnehmungen an den Spalten im Gewebe auf und viele Lücken bzw. Poren wurden beobachtet.
Die Zugbruchfestigkeit und das Zugmodul des CFRP wurden entsprechend dem im Beispiel 1 verwendeten Testverfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt, welche zudem den Volumengehalt der Kohlenstoffasern zeigt.
Die tatsächliche Messung des Volumengehalts der Kohlenstoffasern des erzielten CFRP ergab 44%; demzufolge zeigt Tabelle 1 die durch Umwandlung des Volumengehalts der Kohlenstoffasern auf 55% erzielten Werte.
Wie aus den Ergebnissen von Tabelle 1 ersichtlich ist, liefert das aus dem erfindungsgemäßen CF hergestellte CFRP eine sehr hohe Zugbruchfestigkeit und zudem ein hohes Zugmodul bzw. Elastizitätsmodul, welche mit dem bekannten CF-Basisgewebe undenkbar sind.
Im Gegensatz zum oben genannten CFRP verwendet das CFRP des Vergleichsbeispiels 1-1 ein verstärktes Basisgewebe, welches eine niedrige Faserdichte von 0,60 g/cm³ aufweist; somit ist der Volumengehalt der Kohlenstoffasern entsprechend niedrig und der Matrix-Kunststoff liegt in den Spalten des Gewebes ungleichmäßig vor, so daß Risse auftreten. Wie aus den Ergebnissen des Vergleichsbeispiels 1-1 ersichtlich, weist dieses CFRP eine niedrigere Zugbruchfestigkeit als das CFRP des Beispiels 1 auf.

Vergleichsbeispiel 1-2

Das erfindungsgemäße CF-Gewebe von Beispiel 1 wurde gewebt und das Gewebe mit einem Epoxy-Kunststoff mit einer Zugbruchdehnung von 1,7% infiltriert, um Prepregs herzustellen, und anschließend wurde ein CFRP analog dem Beispiel 1 gefertigt.
Die Zugbruchfestigkeit und das Zugmodul des CFRP wurde entsprechend dem beim Beispiel 1 eingesetzten Testverfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt, welche zudem den Volumengehalt der Kohlenstoffasern aufzeigt.
Da das CFRP eine niedrige Matrix-Zugbruchdehnung von 1,7% aufweist, können Mikrorisse frühzeitig in Längsrichtung auftreten, welche die Zugrichtung kreuzen. Wie in Tabelle 1 angegeben, ist die Zugbruchfestigkeit des CFRP niedriger als beim Beispiel 1.

Beispiel 2

Unter Verwendung des CF-Garns von Beispiel 1 wurde das erfindungsgemäße CF-Gewebe durch das Webverfahren und die Webmaschine gewebt. Das Gewebe wurde mit einem Vinyl- Esterharz (RIPOXY, R804 von SHOWA HIGHPOLYMER CO., LTD.) manuell infiltriert sowie vier Gewebeschichten bei Raumtemperatur (25ºC) geschichtet und ausgehärtet, um ein CFRP zu erzeugen.
Ungeachtet der Tatsache, daß das CFRP durch Hand ausgelegtes oder harzgetränktes Spritzen erzeugt wurde, weist es einen hohen Volumengehalt an Kohlenstoffasern von 45% auf und wurde sorgfältig mit Harz bzw. Kunststoff sowie frei von Lücken infiltriert. Dies war durch die hohe Faserdichte von 0,91 g/cm³ des gewebten CF-Gewebes möglich.
Die Zugbruchfestigkeit und das Zugmodul des derart erzielten CFRP wurde entsprechend dem bei Beispiel 1 verwendeten Testverfahren gemessen. Wie in Tabelle 2 dargestellt, ergab sich eine ebenso hohe Festigkeit beim CFRP wie bei dem CFRP, welches durch das Autoclave-Gießverfahren in Beispiel 1 erzielt wurde.
Die in Tabelle 2 dargestellte Retention der Zugfestigkeit betrifft den Prozentwert der tatsächlichen Messungen zu den theoretischen Festigkeitswerten, welche aus der Festigkeit von CF berechnet wurden. Tabelle 2
Bsp.: Beispiel
Vgl.: Vergleichsbeispiel
Zug-B.-Festigkeit: Zugbruchfestigkeit

Vergleichsbeispiel 2

Ein CF-Gewebe wurde durch das im Vergleichsbeispiel 1-1 dargestellte Webverfahren gewebt, wobei ein flaches CF- Garn mit 2 mm Breite und 0,1 mm Dicke verwendet wurde und dessen Form durch Aufbringen von 1,0% eines Schichtmittels beibehalten wurde und das flache CF-Garn aus einem CF-Garn [TORAYCA T3008-3K (Kohlenstoffaseranzahl: 3.000; Garngröße: 1.800 Deniers)] besteht, welches von Toray Industries, Inc. hergestellt wird und eine Zugbruchfestigkeit von 360 kg f/mm², ein Zugmodul von 23.500 kg f/mm² und eine Zugbruchdehnung von 1,5% aufweist.
Das erzielte CF-Gewebe stellte ein ebenes Webgut dar, wo bei die Dichte der Ketten und Schüsse 5,0 Enden/cm, die Garnbreite der Kette und des Schusses 1,6 mm, die Garndicke 0,13 mm, das Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis 12,3, das Verhältnis aus Webgarnabstand zu Webgarnbreite 1,25, die gewebte Gewebedicke 0,27 mm, das Gewicht des gewebten Gewebes 200 g/m² und die Faserdichte 0,74 g/cm³ betrug.
Wie im Beispiel 2 wurde das gewebte Gewebe mit dem vorgenannten Vinyl-Esterharz durch Harztränken mittels Hand infiltriert und das gewebte Gewebe zu vier Lagen geschichtet und anschließend bei Raumtemperatur (25ºC) ausgehärtet, um ein CFRP zu erzeugen. Das resultierende CFRP weist einen normalen Volumengehaltwert der Kohlenstoffasern von 32,1% und gute Harzinfiltrationseigenschaften auf.
Die Zugbruchfestigkeit und das Zugmodul des CFRP wurden entsprechend dem im Beispiel 1 verwendeten Testverfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt, welche zudem den Volumengehalt der Kohlenstoffasern und die Retention der Zugfestigkeit angibt.
Das CF-Gewebe des Vergleichsbeispiels 2 zeigt keine Probleme bei den Harz- bzw. Kunststoffinfiltrationseigenschaften auf und unterscheidet sich vom CF-Gewebe des Beispiels 2 lediglich im verwendeten CF-Garn. Wie in Tabelle 2 dargestellt, ist jedoch die Zugbruchfestigkeit des CFRP des Vergleichsbeispiels 2 sehr niedrig, verglichen mit dem CFRP des Beispiels 2. Dieses Ergebnis ergibt sich aus der Retention der Zugfestigkeit, da Verknäuelungen der Web- CF-Garne zur Festigkeit des CFRP beitragen.
Während die Faserdichte des CF-Gewebes des CFRP im Vergleichsbeispiel 2 0,74 g/cm³ betrug, ergab sich für das beim CFRP im Beispiel verwendeten CF-Gewebe eine hohe Faserdichte von 0,91 g/cm³ und folglich war der Volumengehalt der Kohlenstoffasern im CFRP dementsprechend höher und zudem hatte das CF-Gewebe im Beispiel 2 kleinere Verknäuelungen im Webgarn, wodurch eine höhere Festigkeit resultierte.
Basierend auf dem Zugtest in den Beispielen 1 und 2, dem Vergleichsbeispiel 1-1, 1-2 und dem Vergleichsbeispiel 2 wurde das in Fig. 9 dargestellte Charakteristikdiagramm der Festigkeit aufgezeichnet, wobei die Zugbeanspruchung (%) auf der X-Achse und die Zugspannung (kg f/mm²) auf der Y-Achse aufgetragen wurden.
Wie aus Fig. 9 ersichtlich, wird eine Senkung des Zugmoduls vor der Bruchbeanspruchung beobachtet, welche aufgrund des Auftretens von Rissen in Betracht gezogen wird, die an einem Spalt beginnen, welcher sehr viel Matrix- Kunststoff im CFRP des Vergleichsbeispiels 1-1 aufweist, oder aufgrund des Auftretens von Mikrorissen in Längsrichtung in Betracht gezogen wird, welche die Zugrichtung rechtwinklig im CFRP des Vergleichsbeispiels 1-2 kreuzen.
Zudem begann beim CFRP des Vergleichsbeispiels 2 die Änderungsrate des Zugmoduls um eine Zugbeanspruchung von 0,6% abzusinken. Dies wird auf die Dehnung der Verknäuelungen des verwendeten CF-Garns zurückgeführt und der infiltrierte Kunststoff konnte nicht länger das CF-Garn stützen. Diese Annahme basiert auf den Rissen, welche im Kunststoff des CFRP vom Vergleichsbeispiel 2 beobachtet wurden.
Wenn somit dieses CFRP als Strukturmaterial verwendet wird, ist es gefährlich als Ansatz die Abhängigkeit von der Zugbruchfestigkeit heranzuziehen. Es muß eine niedrigere Zugbruchfestigkeit als Basis herangezogen werden.

Beispiel 3

Das erfindungsgemäße CF-Gewebe wurde durch das Webverfahren und die Webmaschine gewebt, wobei ein flaches CF-Garn mit 6,5 mm Breite und 0,12 mm Dicke verwendet und dessen Form durch Aufbringen von 0,8% eines Schichtmittels beibehalten wurde sowie das flache CF-Garn aus einem verdrehungsfreien CF-Garn besteht [TORAYCA T700SC-12K (Kohlenstoffaseranzahl: 12.000; Garngröße: 7.200 Deniers)], welches von Toray Industries, Inc. hergestellt wird und eine Zugbruchfestigkeit von 500 kg f/mm², ein Zugmodul von 23.500 kg f/mm² und eine Zugbruchdehnung von 2,1% als Kette aufweist, sowie aus einem Glasfasergarn besteht [ECE225-1/2 (Faseranzahl: 460; Garngröße: 405 Deniers), von Nitto Boseki Co., Ltd.], welches als zusätzliches Garn für den Schuß verwendet wird.
Das erzielte CF-Gewebe stellt ein ungerichtetes ebenes Webgut dar, wobei die Dichte der Kette 1,25 Enden/cm, die Dichte des Schusses 2,5 Enden/cm, die Garnbreite der Kette 7,8 mm, die Kettendicke 0,1 mm, das Garnbreiten-Garndikken-Verhältnis der Kette 78, das Verhältnis aus Webgarnabstand zu Webgarnbreite der Kette 1,03, die Gewebedicke 0,11 mm, das Gewicht des gewebten Gewebes 111 g/m² und die Faserdichte 1,01 g/cm³ beträgt.
Das CF-Gewebe war ein dünnes Gewebe mit gleichförmiger Faserdichte und ohne Spalten zwischen benachbarten Ketten.
Das Gewebe wurde mit dem Vinyl-Esterharz vom Beispiel 2 durch manuelles Harzauftragen infiltriert und vier Lagen des resultierenden Gewebes wurden mit gleicher Orientierung geschichtet und anschließend bei Raumtemperatur (25ºC) ausgehärtet, um ein CFRP zu erzeugen.
Die Zugbruchfestigkeit des CFRP in Richtung der CF-Faserorientierung wurde entsprechend dem im Beispiel 1 verwendeten Testverfahren bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt, welche zudem den Volumengehalt der Kohlenstoffasern und das Zugmodul angibt.
Das erzielte CFRP weist einen hohen Kohlenstoffasergehalt und eine hohe Zugbruchfestigkeit auf, obgleich es durch das "Hand-Lay-up-Gießen" erzeugt wurde.

Vergleichsbeispiel 3

Ein ebenes gewebtes ungerichtetes CF-Gewebe wurde entsprechend dem im Vergleichsbeispiel 1-1 beschriebenen Webverfahren gewebt, wobei ein CF-Garn als Kette (Kettengarndichte: 1,25 Enden/cm) und ein Glasfasergarn (zusätzliches Garn) als Schuß (Schußgarndichte: 2,5 Enden/cm) im Beispiel 3 jeweils verwendet wurden.
Das erzielte CF-Gewebe hatte eine sehr grobe Struktur mit Spalten zwischen den Ketten, wobei die Kettenbreite 5,0 mm, die Kettendicke 0,15 mm, das Verhältnis aus Garnbreite zu Garndicke der Kette 33, das Verhältnis aus Webabstand zur Garnbreite der Kette 1,60, die Gewebedicke 0,16 mm, das Gewicht des gewebten Gewebes 111 g/m² und die Faserdichte 0,69 g/cm³ betrug.
Dieses Gewebe wurde zur Herstellung eines CFRP durch das im Beispiel 3 beschriebene "Hand-Lay-up"-Gießen hergestellt und die Zugbruchfestigkeit entsprechend dem in Beispiel 1 verwendeten Testverfahren beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3
Bsp.: Beispiel
Vgl.: Vergleichsbeispiel
Zug-B.-Festigkeit: Zugbruchfestigkeit
Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, betrugen der Volumengehalt der Kohlenstoffasern und die Zugbruchfestigkeit des CFRP des Vergleichsbeispiels ungefähr 34% bzw. 105 kg f/mm², wobei beide Werte niedriger als diejenigen des CFRP vom Beispiel 3 sind.
Die Beobachtung des CFRP vom Beispiel 3 zeigte, daß dessen Kunststoff gleichmäßig in das CF-Gewebe mit fast keinen Lücken bzw. Poren infiltrierte, im Gegensatz zum CFRP des Vergleichsbeispiels 3.

Beispiele 4 - 8

CF-Gewebe wurden durch das Webverfahren und die Webmaschine gewebt, welche das verdrehungsfreie CF-Garn einsetzt (TORAYCA T700SC von Toray Industries, Inc. hergestellt) welches in Beispiel 1 aber mit unterschiedlichen Faseranzahlen, unterschiedlichen Garndicken und unterschiedlichen Garngrößen verwendet wurde. Tabelle 4 zeigt die verwendeten CF-Garne, die Spezifikati0nen der gewebten Gewebe und die gewebten Gewebecharakteristika der erzielten CF-Gewebe.
Anschließend wurde jedes CF-Gewebe mit 36 Gewichtsprozent eines Epoxyharzes bzw. -kunststoffes mit einer Zugbruchdehnung von 3,5% infiltriert, um Prepregs zu erzeugen. Vier Lagen jedes Prepregs wurden mit gleicher Orientierung geschichtet und CFRP durch das Autoclave-Gießverfahren erzeugt. Die Zugbruchfestigkeit und die Zugmodule aller CFRPs wurden entsprechend dem CFRP-Zugtestverfahren ASTM D3039 gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt, welche zudem den Volumengehalt der Kohlenstoffasern, die Oberflächenebenheit und den Porengrad darstellt. Tabelle 4
Garn-B./D.-Verhältnis: Garnbeiten/dicken-Verhältnis
WG-Abstand/GB-Verhältnis: Verhältnis: aus Webgarnabstand zu Garnbreite
Gewebe-D.: Ge-webedicke
Faser-D.: Faserdichte Tabelle 5

Vergleichsbeispiele 4-8

Zu Vergleichszwecken wurden fünf CF-Gewebe mit dem gleichen bei den Beispielen 4-8 verwendeten CF-Garn hergestellt, welche jedoch in der Garnbreite, dem Garnbreiten- Garndicken-Verhältnis, dem Webabstand-Garndickenverhältnis, dem Gewicht des gewebten Gewebes, der Gewebedicke und der Faserdichte abweichen. Tabelle 4 zeigt die Spezifikationen und Charakteristika dieser CF-Gewebe.
Anschließend wurde jedes CF-Gewebe mit 36 Gewichtsprozent eines Epoxyharzes mit einer Zugbruchdehnung von 3,5% infiltriert, um Prepregs zu erzeugen. Vier Lagen jedes Prepregs wurden mit gleicher Orientierung aufeinander geschichtet und CFRPs durch das Autoclave-Gießverfahren erzeugt. Die Zugbruchfestigkeit und das Zugmodul bzw. Elastizitätsmodul aller CFRPs wurden entsprechend dem CFRP- Zugprüfverfahren ASTM D 3039 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt, welche zudem den Volumengehalt der Kohlenstoffasern, die Oberflächenebenheit und die Lücken- bzw. Porenrate angibt.
Wie aus Tabelle 4 ersichtlich, weisen die CF-Gewebe der Beispiele 4 bis 8 im Durchschnitt höhere Bedeckungsfaktoren und ebenere Gewebeoberflächen als die CF-Gewebe der Vergleichsbeispiele 4 bis 8 auf.
Die CF-Gewebe der Vergleichsbeispiele 4 und 6 wurden durch das Webverfahren und die Webmaschine derart gewebt, daß die Glattheit des CF-Garns nicht beeinträchtigt bzw. gequetscht wurde. Jedoch ist das Gewicht des gewebten Gewebes und die Gewebedicke im Bezug auf die Garngröße des verwendeten CF-Garns sehr klein und somit ergaben sich zwischen Kette und Schuß sehr große Spalten mit einem resultierenden kleinen Bedeckungsfaktor.
Zusätzlich hatten die CF-Gewebe der die Vergleichsbeispiele 4 und 6 verwendenden CFRPs größere Spalten zwischen Kette und Schuß als diejenigen der CFRPs, welche die CF- Gewebe der Beispiele 4 bis 8 einsetzten; demzufolge zeigten sie eine geringere Zugbruchfestigkeit und ein geringeres Zugmodul, wie in Tabelle 5 gezeigt ist.
Das Gewicht des gewebten Gewebes und die Gewebedicke der CF-Gewebe der Vergleichsbeispiele 5, 7 und 8 sind relativ zur Garngröße des verwendeten CF-Garns sehr hoch und folglich haben die CF-Gewebe einen hohen Bedeckungsfaktor und eine hohe Faserdichte, jedoch ist die Ebenheit schlecht und sie sind zu dick, wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist.
Somit zeigen die, wie aus Tabelle 5 ersichtlich, die CF- Gewebe der Vergleichsbeispiele 5, 7 und 8 verwendenden CFRPs eine schlechte Oberflächenebenheit und einen hohen Grad an Poren bzw. Lücken; folglich ist deren Zugbruchfestigkeit und Zugmodul niedriger als bei den CFRPs, welche die CF-Gewebe der Beispiele 4 bis 8 verwenden.

Beispiel 9

Ein CF-Gewebe wurde durch das Webverfahren gewebt, wobei das flache, verdrehungsfreie CF-Garn (Kohlenstoffaseranzahl: 12.000; Garngröße: 7.200 Deniers; Garnbreite: 6,5 mm, Garndicke: 0,12 mm), welches im Beispiel 1 eingesetzt wurde, als Einheits-CF-Garn verwendet, sowie das Einheits-CF-Garn durch die Abwickelrolle 3 der Schußzuführeinheit von den Spulen 1, welche davor montiert sind, und zwei Garne geschichtet wurden, um den Schuß zu erzeugen, sowie die Einheits-CF-Garne von den beiden Spulen 20a der Kettenzuführeinheit abgewickelt wurden und die beiden Garne übereinander geschichtet wurden, um die Kette der Webmaschine auszubilden und schließlich die Dichte von Kette und Schuß 1,56 Enden/cm betrug.
Das verwendete CF-Garn, die Gewebespezifikationen und die Gewebecharakteristika des erzielten CF-Gewebes sind in der nachfolgenden Tabelle 6 dargestellt. Tabelle 6
Garn-B./D.-Verhältnis: Garnbreiten/dicken-Verhältnis
WG-Abstand/GB-Verhältnis: Verhältnis aus Webgarnabstand zu Garnbreite
Gewebe-D.: Gebwebedicke
Faser-D.: Faserdichte
Anschließend wurde jedes hergestellte CF-Gewebe mit 36 Gewichtsprozent eines Epoxyharzes mit einer Zugbruchdehnung von 3,5% infiltriert, um Prepregs wie in den Beispielen 4 bis 8 zu erzeugen. Vier Lagen jedes Prepregs wurden mit gleicher Orientierung bzw. Ausrichtung übereinander geschichtet und CFRPs durch das Autoclave-Gießverfahren erzeugt. Die Zugbruchfestigkeit und das Zugmodul aller CFRPs wurde entsprechend dem CFRP-Zugprüfverfahren ASTM D3039 gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt, welche zudem den Volumengehalt der Kohlenstoffasern, die Oberflächenebenheit und den Porengrad darstellt.
Wie aus Tabelle 6 ersichtlich, weist das CF-Gewebe entsprechend diesem Beispiel ein hohes Gewicht des gewebten Gewebes und möglicherweise eine schlechte Harzinfiltration auf.
Jedoch liegen die CF-Garne dieses CF-Gewebes bei diesem Ausführungsbeispiel flach übereinander und somit konnte das Harz vollständig durch die Spalten zwischen den flachen CF-Garnen zum Zeitpunkt des Gießvorganges des Prepregs infiltrieren, so daß das Auftreten großer Lücken bzw. Poren verhindert wird. Das erzeugte CFRP weist eine hohe Zugbruchfestigkeit, wie is Tabelle 7 dargestellt, auf. Tabelle 7

Vergleichsbeispiel 9

Aus Vergleichszwecken wurde ein CF-Gewebe durch die Webmaschine und das Webverfahren gewebt, um das Vergleichsbeispiel 9 zu erzielen. Beim Vergleichsbeispiel 9 wurde das verdrehungsfreie flache Einheits-CF-Garn, welches beim Beispiel 9 eingesetzt wurde, nicht schichtweise angeordnet und derart gewebt, daß das Gewebe ein ebenes Webgut mit einer Kette-Schuß-Dichte von 3,13 Enden/cm aufweist sowie das Gewicht des gewebten Gewebes entsprechend 500 g/m³ beträgt, wie das im Beispiel 9 erzielte CF-Gewebe, und Kette als auch Schuß nicht verdreht sind. Das verwendete CF-Garn, die Gewebespezifikationen und Gewebeeigenschaften des erzielten CF-Gewebes sind in Tabelle 6 dargestellt.
Wie in Tabelle 6 gezeigt, hat das erzielte Gewebe einen gleich hohen Bedeckungsfaktor wie das Beispiel 9, jedoch beträgt dessen Webgarnabstand von Kette und Schuß 3,2 mm (= 3 x 1,07), welcher Wert kleiner als der Webabstand des Beispiels 9 ist (Kette: 6,2 mm = 6,1 x 1,02; Schuß: 6,2 mm = 6.0 x 1,04) und somit wurde das flache CF-Garn in Breitenrichtung gequetscht, wodurch eine unebene Oberfläche erzeugt wird.
Unter Verwendung des derart erzeugten CF-Gewebes wurde ein Prepreg analog dem Beispiel 9 ausgebildet, um ein CFRP herzustellen. Die Zugbruchfestigkeit und das Zugmodul des erzielten CFRP wurden wie im Beispiel 9 gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt, welche zusätzlich den Volumengehalt der Kohlenstoffasern, die Oberflächenebenheit und den Porengrad zeigt.
Das CF-Gewebe dieses Vergleichsbeispiels hatte ein höheres Gewicht an gewebtem Gewebe und zudem einige Bereiche, in welchen die Spalten, durch welche der Matrix-Kunststoff eindringt, vollständig gestoppt waren. Dies führt zu einer schlechten Harzinfiltration beim Herstellungsprozeß des Prepreg.
Aus diesem Grund hat das erzeugte CFRP, wie in Tabelle 7 dargestellt, eine schlechte Oberflächenebenheit und einen hohen Porengrad. Zudem sind auch die Zugbruchfestigkeit und das Zugmodul bei diesem CFRP niedriger als beim CFRP, welches das CF-Gewebe vom Beispiel 9 verwendet.
Dementsprechend beeinflussen, wie aus den Ergebnissen des Beispiels 9 und des Vergleichsbeispiels 9 ersichtlich, die Harzinfiltrationseigenschaften das CF-Gewebe nicht, welches mit Kette und Schuß aus Schichten eines flachen, verdrehungsfreien Einheits-CF-Garns gewebt ist, selbst wenn das gewebte Gewebe ein hohes Gewicht aufweist.

Claims

1. Gewebe aus Kohlenstoffasern mit flachem Kohlenstoffgarn als dessen Kette (Twr) und/oder Schuß (Twf), wobei das Garn aus vielen Kohlenstoffasern besteht,

wobei das flache Kohlenstoffasergarn verdrehungsfrei ist und dessen Anzahl an Kohlenstoffasern zwischen 6.000 bis 36.000, die Garngröße zwischen 3.000 und 30.000 Deniers, die Garnbreite von 4 bis 16 mm, die Garndicke von 0,07 bis 0,6 mm und das Garnbreiten- Garndicken-Verhältnis zwischen 20 und 150 beträgt, und

wobei das Gewebe aus Kohlenstoffasern das flache Kohlenstoffasergarn einsetzt, welches eine Garnbreite von 4 bis 16 mm, eine Garndicke von 0,07 bis 0,6 mm, ein Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis von 20 bis 150, ein Verhältnis des Webgarnabstandes zwischen den Ketten und zwischen den Schüssen zur Garnbreite von 1,0 bis 1,2, eine Gewebedicke von 0,1 bis 0,6 mm, ein Gewicht des gewebten Gewebes von 90 bis 500 g/m² und eine Faserdichte des gewebten Gewebes von 0,8 bis 1,2 g/cm³ aufweist.

2. Gewebe aus Kohlenstoffasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Kohlenstoffasergarn 6.000 bis 24.000 Kohlenstoffasern, eine Garngröße von 3.000 bis 20.000 Deniers und eine Dicke von 0,07 bis 0,2 mm aufweist, und

daß das Gewebe aus Kohlenstoffasern eine Garndicke von 0,07 bis 0,2 mm, ein Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis von 30 bis 150, eine gewebte Gewebedicke von 0,1 bis 0,4 mm und ein Gewicht an gewebtem Gewebe von 100 bis 300 g/m² aufweist.

3. Gewebe aus Kohlenstoffasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Kohlenstoffasergarn 6.000 bis 24.000 Kohlenstoffasern, eine Garngröße von 3.000 bis 20.000 Deniers und eine Dicke von 0,07 bis 0,2 mm aufweist, sowie

daß das Gewebe aus Kohlenstoffasern ein ungerichtetes Gewebe ist und eine Garndicke von 0,07 bis 0,2 mm, ein Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis von 30 bis 150, eine gewebte Gewebedicke von 0,1 bis 0,3 mm und ein Gewicht an gewebtem Gewebe von 90 bis 200 g/m² aufweist.

4. Gewebe aus Kohlenstoffasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Kohlenstoffasergarn aus mehreren Schichten eines flachen Einheits-Kohlenstoffasergarns besteht, die Anzahl an Kohlenstoffasern des Einheits-Kohlenstoffasergarns 3.000 bis 12.000, die Garngröße 1.500 bis 10.000 Deniers, die Garnbreite 4 bis 16 mm, die Garndicke 0,07 bis 0,2 mm und das Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis 30 bis 150 beträgt, sowie

daß das Gewebe aus Kohlenstoffasern eine Garnbreite von 4 bis 16 mm, eine Garndicke von 0,07 bis 0,6 mm, ein Garnbreiten-Garndicken-Verhältnis von 20 bis 100, ein Verhältnis aus Webgarnabstand zu Garnbreite von 1,0 bis 1,2, eine gewebte Gewebedicke von 0,2 bis 0,6 mm, ein Gewicht an gewebtem Gewebe von 200 bis 500 g/m² und eine Faserdichte an gewebtem Gewebe von 0,8 bis 1,2 g/cm³ aufweist.

5. Gewebe aus Kohlenstoffasern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des gewebten Gewebes und die Garngröße des Kohlenstoffasergarns die in der nachfolgend dargestellten Formel angegebene Beziehung erfüllt und zudem der Bedeckungsfaktor im Bereich von 95 bis 100% liegt.

W = k D1/2

wobei W: das Gewicht des gewebten Gewebes darstellt

k: die Proportionalitätskonstante darstellt (1,6 bis 3,5)

D: die Garngröße von aus Kohlenstoffasergarn bestehender Kette oder Schuß darstellt.

6. Gewebe aus Kohlenstoffasern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des gewebten Gewebes und die Garngröße des Kohlenstoffasergarns die in der nachfolgend dargestellten Formel angegebene Beziehung erfüllt und zudem der Bedeckungsfaktor im Bereich von 95 bis 100% liegt.

W = k D1/2

wobei W: das Gewicht des gewebten Gewebes darstellt

k: die Proportionalitätskonstante darstellt (0,9 bis 2,0)

7. Gewebe aus Kohlenstoffasern nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des gewebten Gewebes und die Garngröße des Kohlenstoffasergarns, welches aus mehreren Schichten von Einheits-Kohlenstoffasergarnen besteht, die in der nachfolgend dargestellten Formel angegebene Beziehung erfüllt und zudem der

Bedeckungsfaktor im Bereich von 95 bis 100% liegt.

W = k D1/2

wobei W: das Gewicht des gewebten Gewebes darstellt

k: die Proportionalitätskonstante darstellt (2,0 bis 4,2)