EP0486884A1 - Verfahren zur Herstellung von Mischgarn - Google Patents

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EP0486884A1 EP91118964A EP91118964A EP0486884A1 EP 0486884 A1 EP0486884 A1 EP 0486884A1 EP 91118964 A EP91118964 A EP 91118964A EP 91118964 A EP91118964 A EP 91118964A EP 0486884 A1 EP0486884 A1 EP 0486884A1
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thermoplastic
hybrid yarn
fibers
reinforcing
fibres
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/22—Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre
    • D02G3/40—Yarns in which fibres are united by adhesives; Impregnated yarns or threads
    • D02G3/402—Yarns in which fibres are united by adhesives; Impregnated yarns or threads the adhesive being one component of the yarn, i.e. thermoplastic yarn

Definitions

  • the invention relates to a method for producing hybrid yarn with improved processability.
  • Hybrid yarn is a mixed yarn in which endless thermoplastic fibers and reinforcing fibers are homogeneously mixed together.
  • Such yarn can be - in the form of textile fabrics, e.g. of scrims or fabrics - easily deform and drape into three-dimensional structures. By pressing these structures at temperatures above the softening point of the thermoplastic, high-quality fiber composite materials are created.
  • EP-B 156 599 describes a process for producing a hybrid yarn, in which a thermoplastic fiber cable and a carbon fiber cable are each spread apart and then brought together again and mixed intimately.
  • the two fiber cables should be spread to a practically identical width.
  • the hybrid yarn produced in this way can be provided with a size and, among other things, processed into a fabric. It has now been found that yarns which have been produced in accordance with EP-B 156 599 do not optimally take up the size, so that the fibers can also splay open and fiber breaks can occur, with the result that the laminates produced from the fabrics do not have equally good mechanical properties.
  • the invention was therefore based on the object of improving the hybrid yarn produced according to EP-B 156 599 in such a way that it can optimally take size and can be woven without problems, so that laminates produced therefrom always have uniformly good mechanical properties, in particular good tensile strength .
  • This object is achieved in that the spread is carried out so that the reinforcing fiber band is 20 to 100% wider than the thermoplastic fiber band.
  • fibers When the term “fibers” is used in the present patent application, this means bundles of endless, parallel single filaments.
  • thermoplastic materials that can be spun into fibers are suitable for the thermoplastic fibers.
  • Prefers are semi-crystalline thermoplastics with a melting point above 50 ° C, preferably above 100 ° C.
  • Polyether ketones, polyimides, polyphenylene sulfide, polyamides, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate and liquid-crystalline polyesters are particularly suitable.
  • the fibers generally have a titer of 500 to 20,000 dtex, preferably 500 to 5000 dtex; they consist of 100 to 10,000 individual filaments with a diameter between 10 and 60 microns, preferably from 20 to 40 microns.
  • Fibers made of carbon, glass, metal, boron, boron nitride, silicon carbide and aromatic polyamide are suitable as reinforcement materials.
  • Glass and in particular carbon fibers are preferred. They generally have a titer between 1,000 and 10,000 d tex; they consist of 1000 to 45,000, preferably 3000 to 12,000 individual filaments with a diameter between 3 and 150 microns.
  • the proportion of thermoplastic fibers in the hybrid yarn can be adjusted by a suitable choice of the titer of the thermoplastic fibers and reinforcing fibers.
  • the thermoplastic fibers can also be drawn off and brought together from several coils.
  • the thermoplastic content in the finished hybrid yarn should preferably be between 30 and 75% by volume, in particular between 35 and 65% by volume.
  • the figure shows schematically the sequence of the method according to the invention.
  • Carbon fibers (1a) and thermoplastic fibers (1b) are drawn off from spools (2a) and (2b).
  • the fibers then pass through the spreading devices (3a) or (3b).
  • the spreading can in principle take place via spreading combs; devices in which the fibers are exposed to a liquid jet or a gas jet are preferred.
  • a particularly preferred air jet device is described in detail in EP-B 156 599.
  • the gas pressure should be so high that the capillary forces that hold the individual filaments together are overcome, but it must not be so high that the fibers break.
  • Air pressures of 0.05 to 1 bar are sufficient for carbon fibers; pressures between 0.05 and 2 bar can be used for thermoplastic fibers.
  • the width of the strips which arise during spreading can also be influenced by the fiber tension, which is generally between 20 and 200, preferably between 30 and 120 g.
  • the width of the bands can vary between 2 and 10 cm, preferably between 3 and 8 cm.
  • the reinforcing fiber band must be 20 to 100%, preferably 40 to 80% wider than the thermoplastic fiber band.
  • the belts are brought together via rollers or rods (4), rollers or rods preferably being arranged such that the mixing belt is deflected twice. It is thereby achieved that the two types of fibers are mixed homogeneously, so that thermoplastic filaments and reinforcing material filaments are ideally distributed in the hybrid yarn.
  • the mixing belt can be fed to another gas jet device in which it is swirled. This can improve the mixing in some cases.
  • the mixing belt can then be passed through a liquid bath (5) which contains a size solution.
  • a size solution e.g. those based on polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone or polyacrylates.
  • the size enables further processing into textile fabrics, e.g. the weaving of the yarn.
  • the mixing belt passes through a drying device (6) in which the solvent of the size solution is removed again.
  • the band is combined into a compact cross-section in a device (7).
  • the device (7) can e.g. be a roll that has a V-shaped or U-shaped inner cross-section.
  • the hybrid yarn is wound on a spool (8).
  • the hybrid yarn produced according to the invention can be further processed without problems on fiber looms to woven or knitted fabrics in conventional looms. Fiber composites can then be produced from these by pressing at temperatures above the melting point of the thermoplastic.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hybridgarn aus Thermoplastfasern und Verstärkungsfasern, wobei die Fasern jeweils für sich zu einem Band aufgespreizt werden und die beiden Bänder über Rollen oder Stäbe zusammengeführt und homogen vermischt werden. Die Spreizung wird so durchgeführt, daß das Verstärkungsfaserband um 20 bis 100 % breiter ist als das Thermoplastfaserband. Das Hybridgarn kann geschlichtet und zu Gewebe weiterverarbeitet werden, das zu Faserverbundwerkstoffen verpreßt werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hybridgarn mit verbesserter Verarbeitbarkeit.
  • Hybridgarn ist ein Mischgarn, in dem endlose Thermoplastfasern und Verstärkungsfasern homogen miteinander vermischt sind. Solches Garn läßt sich - in Form textilen Flächengebilden, z.B. von Gelegen oder Geweben - leicht verformen und zu dreidimensionalen Gebilden drapieren. Durch Verpressen dieser Gebilde bei Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes des Thermoplasten entstehen hochwertige Faserverbundwerkstoffe.
  • In der EP-B 156 599 ist ein verfahren zur Herstellung eines Hybridgarns beschrieben, bei dem ein Thermoplast-Faserkabel und ein Kohlenstoff-Faserkabel jeweils für sich gespreizt und anschließend wieder zusammengeführt und innig vermischt werden.
  • Die beiden Faserkabel sollen dabei zu praktisch identischer Breite gespreizt werden. Das so hergestellte Hybridgarn kann mit einer Schlichte versehen und u.a. zu einem Gewebe weiterverarbeitet werden. Es hat sich nun gezeigt, daß Garne, die nach EP-B 156 599 hergestellt worden sind, die Schlichte nicht optimal aufnehmen, so daß beim Neben die Fasern aufspleißen und Faserbrüche auftreten können, was zur Folge hat, daß die aus den Geweben hergestellten Laminate nicht gleichmäßig gute mechanische Eigenschaften aufweisen.
  • Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, das nach EP-B 156 599 hergestellte Hybridgarn so zu verbessern, daß es optimal Schlichte aufnehmen kann und problemlos verwebt werden kann, so daß daraus hergestellte Laminate stets gleichmäßig gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine gute Zugfestigkeit, aufweisen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spreizung so durchgeführt wird, daß das Verstärkungsfaserband um 20 bis 100 % breiter ist als das Thermoplastfaserband.
  • Wenn in der vorliegenden Patentanmeldung die Rede von "Fasern" ist, so sind dabei Bündel von endlosen, parallelen Einzelfilamenten gemeint.
  • Für die Thermoplastfasern kommen grundsätzlich alle thermoplastischen Kunststoffe in Frage, die zu Fasern versponnen werden können. Bevorzugt sind teilkristalline Thermoplasten mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 50°C, vorzugsweise oberhalb von 100°C. Besonders geeignet sind Polyetherketone, Polyimide, Polyphenylensulfid, Polyamide, Polybutylenterephthalat, Polyethylenterephthalat und flüssig-kristalline Polyester. Die Fasern weisen im allgemeinen einen Titer von 500 bis 20000 dtex, vorzugsweise 500 bis 5000 dtex, auf; sie bestehen aus 100 bis 10.000 Einzelfilamenten mit einem Durchmesser zwischen 10. und 60. µm, vorzugsweise von 20 bis 40 µm.
  • Als Verstärkungsmaterialien kommen Fasern aus Kohlenstoff, Glas, Metall, Bor, Bornitrid, Siliciumcarbid sowie aromatischem Polyamid in Frage. Bevorzugt sind Glas- und insbesondere Kohlenstoffasern. Sie weisen im allgemeinen einen Titer zwischen 1.000 und 10.000 d tex auf; sie bestehen aus 1000 bis 45.000, vorzugsweise 3000 bis 12.000 Einzelfilamenten mit einem Durchmesser zwischen 3 und 150 µm.
  • Der Anteil der Thermoplastfasern im Hybridgarn kann durch geeignete Wahl des Titers der Thermoplastfasern und Verstärkungsfasern eingestellt werden. Außerdem können die Thermoplastfasern auch von mehreren Spulen abgezogen und zusammengeführt werden. Im fertigen Hybridgarn soll der Thermoplastgehalt vorzugsweise zwischen 30 und 75 Vol.-%, insbesondere zwischen 35 und 65 Vol.-% liegen.
  • Die Abbildung zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Kohlenstoffasern (1a) und Thermoplastfasern (1b) werden von Spulen (2a) bzw. (2b) abgezogen. Anschließend durchlaufen die Fasern die Spreizvorrichtungen (3a) bzw. (3b). Die Spreizung kann grundsätzlich über Spreizkämme erfolgen, bevorzugt sind Vorrichtungen, in denen die Fasern einem Flüssigkeitsstrahl oder einem Gasstrahl ausgesetzt sind. Eine besonders bevorzugte Luftstrahl-Vorrichtung ist in EP-B 156 599 ausführlich beschrieben. Der Gasdruck soll dabei so hoch sein, daß die Kapillarkräfte, welche die Einzelfilamente zusammenhalten, überwunden werden, er darf aber nicht so hoch sein, daß die Fasern brechen. Bei Kohlenstoffasern sind Luftdrücke von 0,05 bis 1 bar ausreichend, bei Thermoplastfasern können Drücke zwischen 0,05 und 2 bar angewandt werden.
  • Die Breite der beim Spreizen entstehenden Bänder kann außer durch den Druck der auftreffenden Flüssigkeit oder Luft auch noch durch die Faserspannung beeinflußt werden, die im allgemeinen zwischen 20 und 200, vorzugsweise zwischen 30 und 120 g liegt. Die Breite der Bänder kann zwischen 2 und 10 cm, vorzugsweise zwischen 3 und 8 cm schwanken. Erfindungsgemäß muß das Verstärkungsfaserband um 20 bis 100 %, vorzugsweise um 40 bis 80 % breiter sein als das Thermoplastfaserband.
  • Nach dem Spreizen werden die Bänder über Rollen oder Stäbe (4) zusammengeführt, wobei vorzugsweise Rollen bzw. Stäbe so angeordnet sind, daß das Mischband zweimal umgelenkt wird. Dadurch wird erreicht, daß die beiden Faserarten homogen gemischt werden, so daß im Idealfall Thermoplastfilamente und Verstärkungsmaterial-Filamente im Hybridgarn statistisch verteilt sind. Zusätzlich zu den Rollen bzw. Stäben kann das Mischband noch einer weiteren Gasstrahlvorrichtung zugeführt werden, in der es verwirbelt wird. Dadurch kann in manchen Fällen die Vermischung noch verbessert werden.
  • Das Mischband kann anschließend durch ein Flüssigkeitsbad (5) geführt werden, welches eine Schlichtelösung enthält. Geeignet sind übliche Textilschlichten, z.B. solche auf Basis von Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon oder Polyacrylaten. Die Schlichte ermöglicht das Weiterverarbeiten zu textilen Flächengebilden, z.B. das Verweben des Garns. Nach dem Schlichtebad durchläuft das Mischband eine Trocknungsvorrichtung (6), in der das Lösungsmittel der Schlichtelösung wieder entfernt wird. Dann wird in einer Vorrichtung (7) das Band zu einem kompakten Querschnitt zusammengefaßt. Die Vorrichtung (7) kann z.B. eine Rolle sein, die einen V- oder U-förmigen Innenquerschnitt hat. Schließlich wird das Hybridgarn auf einer Spule (8) aufgewickelt.
  • Das erfindungsgemäß hergestellte Hybridgarn kann problemlos, ohne daß es zu Faserbrüchen kommt, auf üblichen Webstühlen zu Geweben oder Gewirken weiterverarbeitet werden. Aus diesen können dann durch Verpressen bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes des Thermoplasten Faserverbundwerkstoffe hergestellt werden.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Herstellung von Hybridgarn, wobei Fasern aus einem thermoplastischen Kunststoff und Fasern aus einem Verstärkungsmaterial jeweils für sich zu einem Band aus parallelen Einzelfilamenten aufgespreizt werden, die beiden Bänder über Stäbe oder Rollen zusammengeführt, homogen vermischt, mit einer Schlichte versehen und wieder zu einem kompakten Querschnitt zusammengefaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizung so durchgeführt wird, daß das Verstärkungsfaserband um 20 bis 100 % breiter ist als das Thermoplastfaserband.
EP91118964A 1990-11-20 1991-11-07 Verfahren zur Herstellung von Mischgarn Expired - Lifetime EP0486884B1 (de)

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