EP2563959A1 - Hybridgarn zur herstellung von formteilen - Google Patents

Hybridgarn zur herstellung von formteilen

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Publication number
EP2563959A1
EP2563959A1 EP11719783A EP11719783A EP2563959A1 EP 2563959 A1 EP2563959 A1 EP 2563959A1 EP 11719783 A EP11719783 A EP 11719783A EP 11719783 A EP11719783 A EP 11719783A EP 2563959 A1 EP2563959 A1 EP 2563959A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fibers
hybrid yarn
thermoplastic matrix
yarn
hybrid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11719783A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Heitmann
Heinrich Planck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Stuttgart
Original Assignee
Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Stuttgart
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Stuttgart filed Critical Deutsche Institute fuer Textil und Faserforschung Stuttgart
Publication of EP2563959A1 publication Critical patent/EP2563959A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • D02G3/38—Threads in which fibres, filaments, or yarns are wound with other yarns or filaments, e.g. wrap yarns, i.e. strands of filaments or staple fibres are wrapped by a helically wound binder yarn
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D02G3/36—Cored or coated yarns or threads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
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    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
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    • 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
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
    • D02J1/00—Modifying the structure or properties resulting from a particular structure; Modifying, retaining, or restoring the physical form or cross-sectional shape, e.g. by use of dies or squeeze rollers
    • D02J1/08—Interlacing constituent filaments without breakage thereof, e.g. by use of turbulent air streams
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D15/00—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
    • D03D15/20—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the material of the fibres or filaments constituting the yarns or threads
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    • D03D15/44—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the structure of the yarns or threads with specific cross-section or surface shape

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid yarn for producing molded articles comprising a thermoplastic matrix and reinforcing fibers embedded therein.
  • a hybrid yarn is one such yarn comprising at least two different types of fibers.
  • special hybrid yarns are known, which are suitable for the production of molded parts with a thermoplastic matrix and with embedded reinforcing fibers.
  • a shaped part is understood to mean a workpiece which, after its completion, remains in a structural shape predetermined by the manufacturing process.
  • a hybrid yarn which contains both thermoplastic matrix fibers and reinforcing fibers is first processed into a textile fabric.
  • the reinforcing fibers have a higher specific tensile strength and a higher melting or decomposition temperature than the thermoplastic matrix fibers.
  • This textile fabric is then placed in a mold, such as a press, and heated, so that the thermoplastic matrix fibers, but not the reinforcing fibers, melt.
  • a uniform thermoplastic liquid with embedded reinforcing fibers which assumes the shape predefined by the molding tool, arises from the originally discrete thermoplastic matrix fibers.
  • thermoplastic matrix fibers After cooling and solidification, the now consolidated thermoplastic matrix fibers form a uniform thermoplastic matrix in which the reinforcing fibers are embedded.
  • a molded part is produced whose mechanical properties are superior to the properties of the two components. In particular, there is a particularly good ratio of strength and weight. Nevertheless, there is a need for further improved moldings.
  • the object of the present invention is to provide a hybrid yarn which enables the production of improved molded articles with a thermoplastic matrix and with reinforcing fibers embedded therein.
  • a hybrid yarn of the type mentioned at the outset in that it comprises a core consisting essentially of staple fibers arranged in a straight line in a longitudinal direction of the hybrid yarn and a jacket consisting essentially of staple fibers wound around the core in a helical manner, wherein the staple fibers forming the core and the staple fibers forming the sheath each consist of an intimate mixture of thermoplastic matrix fibers and reinforcing fibers.
  • the hybrid yarn according to the invention comprises a core and a jacket arranged around the core.
  • Both the core and the sheath consist at least essentially of staple fibers.
  • staple fibers are meant single fibers which are limited in their length.
  • the sheath can have such a high number of staple fibers per unit length that the sheath forms a closed layer through which the staple fibers of the core are completely covered.
  • such a small number of staple fibers per unit length can be provided in the jacket that the staple fibers of the core remain at least partially visible through spaces between the staple fibers of the jacket.
  • Formed from hybrid fibers containing staple fibers have higher strength transverse to the longitudinal direction of the yarns, as such moldings, which are made of continuous fibers, also called filaments, existing hybrid yarns.
  • the cohesion of the individual layers can thus be improved in the case of molded parts which are produced from textile fabrics arranged in layers.
  • hybrid yarns with staple fibers have a smaller void fraction than hybrid yarns with continuous fibers, which reduces the risk of undesired air pockets during molding of the molded article, ie when consolidating the textile fabric. In this way, the strength of the molded part is improved.
  • textile fabrics made from staple fiber-containing hybrid yarns are more drapeable than their filament counterparts. This facilitates the wrinkle-free insertion of the textile fabric into the mold, at the same time reducing the risk of damage to the structure of the textile fabric. In this way, the manufacturing cost of the molding can be reduced.
  • more complex shaped molded parts can be produced from textile fabrics, since the textile fabrics can be better applied to the contour of the molding tool.
  • both the core and the sheath of the hybrid yarn consists of staple fibers, the above-mentioned advantages that can be achieved by using staple fibers can be maximally utilized.
  • the linear arrangement of the staple fibers of the core in the longitudinal direction of the hybrid yarn causes the later molded part in the longitudinal direction of the hybrid yarn, a higher strength, in particular a higher tensile strength, than when using conventional hybrid yarns, in which the fibers over the entire cross section twisted, would be possible.
  • the reason for this is that in the molded part, a substantial proportion of the reinforcing fibers, namely the reinforcing fibers of the core of the hybrid yarn, runs parallel to one another in the longitudinal direction of the hybrid yarn.
  • the molded part can better withstand mechanical stresses. In this way, the ratio of mechanical strength and weight of the molded part can be improved.
  • hybrid yarn according to the invention under certain conditions (rotation coefficient, yarn count, etc.) may have a lower strength than a corresponding hybrid yarn, in which the fibers are uniformly twisted over the entire cross section, but this is secondary, since the strength of the molded part inter alia the consolidation of the thermoplastic matrix fibers is increased and therefore substantially independent of the strength of the hybrid yarn.
  • the strength of the hybrid yarn must be at least so high that a further processing to a textile fabric and on to a molded part is possible. This necessary strength is ensured in the case of the hybrid yarn according to the invention in that the staple fibers forming the sheath are wound helically around the core and consequently twisted.
  • the reinforcing fibers contained in the sheath thereby improve the strength of the later molded part transversely to the longitudinal direction of the hybrid yarn raised therein, in comparison with those shaped parts which are manufactured from hybrid fibers consisting of continuous fibers.
  • the cohesion of the individual layers can be further improved in the case of molded parts which are produced from textile fabrics arranged in layers.
  • the staple fibers forming the core each consist of an intimate mixture of thermoplastic matrix fibers and reinforcing fibers.
  • An intimate mixture of fibers of different types is understood here as meaning a mixture in which a substantially homogeneous mixture is present at the level of the individual fibers. This means that the fibers of the various types are mixed so that groupings of exclusively identical fibers essentially no longer occur.
  • the intimate mixture or the intimate mixtures can be done even before the actual formation of the hybrid yarn.
  • the use of staple fibers facilitates the production of uniform mixtures, which can be produced, for example, with a spinning preparation machine, for example with a mixing machine or a doubling section.
  • the use of intimate mixtures ensures that the thermoplastic matrix fibers and the reinforcing fibers are homogeneously distributed in the textile fabric produced from the hybrid yarn. In this way it can be achieved that the reinforcing fibers are completely wetted during melting of the thermoplastic matrix fibers, so that the interactions between the thermoplastic matrix and the reinforcing fibers are maximized in the later molding by an improved cohesive connection, so that a mechanically highly resilient molding with low Weight is created.
  • the volume-related proportion of the reinforcing fibers in a said intimate mixture is at least 40%, preferably at least 45%, particularly preferably at least 50%. This makes it possible to produce a molded part with particularly high strength from the hybrid yarn.
  • the volume-related proportion of the thermoplastic matrix fibers in a said intimate mixture is at least 20%, preferably at least 30%, particularly preferably at least 35%.
  • the staple fibers forming the core and the staple fibers forming the sheath correspond in terms of their said intimate mixture.
  • the proportion of the thermoplastic matrix fibers at the core is equal to the proportion of the thermoplastic matrix fibers in the sheath
  • the proportion of the reinforcing fibers at the core is equal to the proportion of the reinforcing fibers in the sheath.
  • the thermoplastic matrix fibers in the core and the cladding correspond in terms of their material and their dimensions as well as the reinforcing fibers in the core and the cladding. In this way, the production of moldings is simplified, since so the core and the shell of a starting mixture can be produced.
  • the sum of the volume-related proportion of the thermoplastic matrix fibers and the volume-related proportion of the reinforcing fibers on the hybrid yarn is at least 90%, preferably at least 95%, particularly preferably at least 98%.
  • the remaining volume fractions can be attributed, for example, to a size or adhesion promoter.
  • a size is understood to mean a typically viscous coating which protects the hybrid yarn, in particular during further processing into a textile fabric, against mechanical effects.
  • an adhesion promoter is understood to mean a coating which improves the cohesive connection between matrix and reinforcing fibers which is produced during the melting and cooling of the thermoplastic matrix.
  • the staple fibers forming the core and / or the staple fibers forming the sheath have a length of at least 2.5 cm, preferably of at least 5 cm, more preferably of at least 10 cm and / or a length of at most 25 cm , preferably of at most 20 cm, more preferably of at most 15 cm, on.
  • Such staple lengths lead to particularly solid moldings.
  • such staple fibers can be produced and processed using conventional machines.
  • the thermoplastic matrix fibers have a fineness-related maximum tensile force of at least 20 cN / tex, preferably of at least 30 cN / tex, more preferably of at least 50 cN / tex.
  • the maximum tensile force is that tensile force at which a fiber just barely ruptures. In this way it can be ensured that the matrix whose specific maximum tensile force corresponds to the fineness-related maximum tensile force of the thermoplastic fibers, in particular in the finished molded part, transversely to adjacent reinforcing elements. fibers can absorb mechanical stresses occurring, which further improves the load capacity of the molded part.
  • the thermoplastic matrix fibers comprise polyurethane fibers (in particular fibers of PU), polyamide fibers (in particular fibers of PA), polyether ketone fibers (in particular fibers of PAEK and of its derivatives, in particular PEEK, PEK, PEEEK, PEEKEK, PEKK), polypropylene fibers (in particular PP fibers), acrylonitrile-butadiene-styrene fibers (in particular ABS fibers) and / or polyester fibers (in particular fibers from PES and from its derivatives, in particular PBT, PC, PET, PEN).
  • polyurethane fibers in particular fibers of PU
  • polyamide fibers in particular fibers of PA
  • polyether ketone fibers in particular fibers of PAEK and of its derivatives, in particular PEEK, PEK, PEEEK, PEEKEK, PEKK
  • polypropylene fibers in particular PP fibers
  • acrylonitrile-butadiene-styrene fibers in
  • thermoplastic matrix fibers consist of a single material. In this way, in the finished molding in a simple manner, a homogeneous thermoplastic matrix, which improves its mechanical properties.
  • the reinforcing fibers have a fineness-related maximum tensile force of at least 100 cN / tex, preferably of at least 150 cN / tex, more preferably of at least 200 cN / tex.
  • the molded part produced therefrom can absorb particularly high mechanical loads, in particular in the fiber direction.
  • the reinforcing fibers comprise glass fibers, carbon fibers and / or aramid fibers.
  • Such materials meet the requirements of reinforcing fibers in particular with regard to their strength, are still inexpensive and easy to process. But there are also other high modulus fibers possible
  • the reinforcing fibers consist of a single material. In this way, the properties of a material suitable for reinforcing fibers can be utilized to the greatest extent possible.
  • the rotation coefficient a m of the hybrid yarn is at most 200, preferably at most 170, particularly preferably at most 150, and / or at least 70, preferably at least 90, particularly preferably at least 1 10.
  • the hybrid yarn generally has good strength, which makes it possible to keep the proportion of staple fibers in the sheath based on the total staple fibers low. Conversely, so the proportion of staple fibers in the core can be increased based on the total staple fibers, which is the strength of the subsequent molding useful.
  • the hybrid yarn has a total titer of at least 100 dtex, preferably of at least 150 dtex, more preferably of at least 200 dtex, and / or of at most 15000 dtex, preferably of at most 12000 dtex, more preferably of at most 10000 dtex, on.
  • Hybrid yarns having a total titer in the ranges mentioned are particularly suitable for the production of textile fabrics. So they usually have the required strength for further processing. Nevertheless, it is also possible to produce thin-walled molded parts from the textile fabrics obtained therefrom. If thicker-walled molded parts are to be produced, then several of the textile fabrics thus obtained can be arranged in layers and in particular be consolidated together. Hybrid yarns with such a total titre can also be processed on common textile machines.
  • the proportion of the staple fibers forming the sheath on the staple fibers is at least 2%, preferably at least 5%, more preferably at least 15% and / or at most 45%, preferably at most 35%, particularly preferably at most 25%.
  • the hybrid yarn generally has a sufficient strength for further processing, at the same time it has a high proportion of staple fibers and thus a high proportion of reinforcing fibers in the core, so that particularly stable moldings can be produced.
  • the Kringelne Trent is at most 200 1 / m, preferably at most 180 1 / m, more preferably at most 160 1 / m.
  • the curl tendency is the tendency of a yarn, caused by its rotation, to twist together when it is suspended in a loop freely between two points.
  • yarn sections of, for example, 500 mm in length can be used, whose yarn ends are clamped so that the yarn section is arranged horizontally.
  • a weight can then be hung in the middle and the yarn ends moved towards one another. The weight starts to rotate and the rotations can be counted by means of a light barrier until the direction of rotation reverses.
  • the values of 10 measurements are evaluated and output as a measured value.
  • Hybrid yarns with the mentioned values of the tendency to curl can be processed particularly well.
  • textile fabrics produced therefrom can be inserted into a mold in a simple and wrinkle-free manner.
  • the hybrid yarn is produced by means of an air-spinning process.
  • an air spinning process a substantially untwisted sliver is stretched to the desired fineness and passed through an air stream which gives the drawn sliver a false twist.
  • the outer fibers of the drawn sliver are much more twisted than the inner fibers.
  • Upon further transport of the drawn sliver of false twisting wire is dissolved, with a core of the yarn thus produced almost completely loses its rotation.
  • On the other hand remains in a coat of the yarn a permanent rotation, which holds the yarn together.
  • the yarns thus obtained have a high uniformity.
  • the hybrid yarn according to the invention can now be produced simply by supplying to an air-spinning device a sliver of an intimate mixture of thermoplastic matrix fibers and reinforcing fibers.
  • the core and sheath of the hybrid yarn are then simultaneously formed while passing through the air spinning device from a common fiber source, namely from the sliver presented to the air sliver.
  • the hybrid yarn according to the invention can be produced inexpensively and nevertheless with a uniform shape.
  • the air spinning process is a two-nozzle air spinning process.
  • the dissolving of the false twisting wire produced with a first swirling nozzle takes place with an oppositely acting second swirling nozzle.
  • Such processes are particularly suitable for the production of hybrid yarns of longer staple fibers with a small proportion of fibers in the sheath.
  • the air spinning process is an injection air spinning process. In such a method, the yarn formation takes place with only one swirl nozzle, which is arranged so that before the rotation of a portion of the outer fibers are spread apart. These splayed fibers are then wound around the core during reverse rotation.
  • Such methods are particularly suitable for producing hybrid yarns of shorter staple fibers having a higher proportion of fibers in the sheath.
  • the invention in another aspect, relates to a fabric for making molded articles comprising a thermoplastic matrix and reinforcing fibers embedded therein. It is provided that the textile fabric comprises a hybrid yarn of the type described above, or that it consists of hybrid yarn of the type described above. This results in the already mentioned advantages.
  • the textile fabric is a knitted fabric, a knitted fabric, a woven fabric, a braid or a scrim.
  • the hybrid yarn according to the invention can be processed with available textile machines in a simple manner with high efficiency in particular to knitted fabrics, knitted fabrics and braids.
  • the production of loops is usually more complex, since scrims usually have to be stabilized by aids, for example by surrounding frames.
  • the use of the loops gives rise to greater flexibility in the arrangement of the hybrid yarn, which in the case of knitted fabrics, knitted fabrics, woven fabrics and braids is at least partially predetermined by the technology used. In this way, moldings can be particularly well adapted to the expected mechanical loads.
  • the invention relates to a molded part which has a thermoplastic matrix and reinforcing fibers embedded therein.
  • the molding is produced by hot pressing a textile fabric of the type described above. This results in the already mentioned advantages.
  • the invention likewise relates to a method for producing a hybrid yarn of the type described above. It is provided that in one method step, a sliver consisting of an intimate mixture of thermoplastic matrix fibers and reinforcing fibers is produced, and in a further method step, the sliver by means of an air spinning device is spun.
  • Figure 1 is an advantageous embodiment of an inventive
  • Hybrid yarn in a schematic side view
  • Figure 2 is a block diagram of a method for producing a
  • Molded part which is the production of a hybrid yarn according to FIG. 1 and the production of a textile fabric from the hybrid yarn.
  • Figure 1 shows an advantageous embodiment of a hybrid yarn 1 according to the invention for the production of moldings in a schematic side view.
  • a longitudinal section A of the hybrid yarn 1 is shown, which merely shows a core 2 of the hybrid yarn 1 in order to illustrate the structure of the hybrid yarn 1.
  • the hybrid yarn 1 is shown completely, with a jacket 3 of the hybrid yarn 1 covering the core 2.
  • the core 2 consists of at least substantially in a longitudinal direction LR of the hybrid yarn 1 rectilinear staple fibers 4, 5.
  • the staple fibers 4, 5 of the core 2 consist of thermoplastic matrix fibers 4 and of reinforcing fibers 5.
  • the staple fibers 4, 5 forming the core 2 consist of an intimate mixture 4, 5 of thermoplastic matrix fibers 4 and of reinforcing fibers 5.
  • the jacket 3, however, consists of staple fibers 6, 7, which are arranged helically around the staple fibers 4, 5 around.
  • the staple fibers 6, 7 of the shell 3 are also made of thermoplastic matrix fibers 6 and of reinforcing fibers 7. Again, only some of the staple fibers 6, 7 provided with reference numerals. In this case, the thermoplastic matrix fibers 6 are also white and the reinforcing fibers 7 also filled with a dashed line to distinguish.
  • the staple fibers 6, 7 forming the sheath 3 consist of an intimate mixture 6, 7 of thermoplastic matrix fibers 6 and of reinforcing fibers 7.
  • the hybrid yarn 1 has a lower void content than hybrid yarns with continuous fibers, which reduces the risk of undesirable air pockets during molding of the molded part, ie during consolidation of the textile fabric. In this way, the strength of the molded part is improved.
  • a fabric made of the hybrid yarn 1 is better drapable than a filament counterpart. This facilitates the wrinkle-free insertion of the textile fabric into the mold, at the same time reducing the risk of damage to the structure of the textile fabric. In this way, the manufacturing cost of the molding can be reduced. In addition, more complex shaped molded parts can be produced from textile fabrics, since the textile fabrics can be better applied to the contour of the molding tool.
  • both the core 2 and the sheath 3 of the hybrid yarn 1 consists of staple fibers 4, 5, 6, 7, the aforementioned, by the use of staple fibers 4, 5, 6, 7 achievable advantages can be used to the maximum.
  • the rotation T in the hybrid yarn 1 according to the invention is shown as a function of the location x along a diameter of the hybrid yarn 1. It can be seen that in the region of the core 2 no rotation T is present. On the other hand, an essentially constant rotation T occurs in the region of the jacket 3.
  • FIG. 1 is an idealized representation of an exemplary embodiment of a hybrid yarn 1 according to the invention.
  • the illustrated structure of the hybrid yarn 1 may include a core 2 of staple fibers 4, 5 rectilinearly oriented in a longitudinal direction LR of the hybrid yarn 1 and a sheath 3 of staple fibers 6, 7 helically arranged around the staple fibers 4, 5 of the core 2 be achieved with sufficient approximation, so that the advantages of the invention can be achieved.
  • FIG. 1 is not a true-to-scale representation.
  • the rectilinear arrangement that is, the untwisted arrangement of the staple fibers 4, 5 of the core 2 in the longitudinal direction LR of the hybrid yarn 1, that the later molding in the longitudinal direction LR of the hybrid yarn 1 has a higher strength, in particular a higher tensile strength, than that in the Use of conventional hybrid yarns, in which the fibers are twisted over the entire cross section, would be possible.
  • the reason for this is that in the molded part a substantial proportion of the reinforcing fibers 5, 7, namely the reinforcing fibers 5 of the core 2 of the hybrid yarn 1, runs parallel to one another in the longitudinal direction LR of the hybrid yarn 1.
  • the hybrid yarn 1 is arranged in the textile fabric so that its longitudinal direction LR at least partially corresponds to a main load direction of the later molded part, the molded part can better withstand mechanical stresses. In this way, the be improved ratio of mechanical strength and weight of the molding.
  • the shell 3 forming staple fibers 6, 7 are wound helically around the core 2 and thus twisted.
  • the reinforcing fibers contained in the sheath 3 thereby improve the strength of the later molded part transversely to the longitudinal direction LR of the hybrid yarn 1 raised therein, in comparison with those shaped parts which are produced from hybrid fibers consisting of continuous fibers.
  • the cohesion of the individual layers can be further improved in the case of molded parts which are produced from textile fabrics arranged in layers.
  • the volume-related proportion of the reinforcing fibers 5, 7 to a said intimate mixture 4, 5 or 6, 7 can expediently be at least 40%, preferably at least 45%, particularly preferably at least 50%. Furthermore, the volume-related proportion of the thermoplastic matrix fibers 4, 6 to a said intimate mixture can be 4, 5 or 6, 7 at least 20%, preferably at least 30%, particularly preferably at least 35%.
  • the intimate mixtures 4, 5 and 6, 7 can differ with respect to the thermoplastic matrix fibers 4 and 6 respectively contained therein. It is conceivable, for example, a different material composition and / or a different size, in particular a different thickness and / or staple length. Likewise, the intimate mixtures 4, 5 and 6, 7 can differ in terms of material and / or size with respect to the respectively contained therein reinforcing fibers 5 and 6 respectively. It is also possible that the proportionate composition of the intimate mixture 4, 5 differs from the proportionate composition of the intimate mixture 6, 7. Preferably, however, the intimate mixture 4, 5 forming the core 3 and the intimate mixture 6, 7 forming the shell 3 correspond in terms of their material and the dimensions of their staple fibers 4, 5; 6.7.
  • the sum of the volume-related portion of the thermoplastic matrix fibers 4, 6 and the volume-related portion of the reinforcing fibers 5, 7 on the hybrid yarn 1 can be at least 90%, preferably at least 95%, particularly preferably at least 98%.
  • the remaining volume fractions can be attributed, for example, to a size or adhesion promoter.
  • the staple fibers 4, 5 forming the core 2 and / or the staple fibers 6, 7 forming the shell 3 may have a length of at least 2.5 cm, preferably of at least 5 cm, more preferably of at least 10 cm and / or a length of at most 25 cm, preferably of at most 20 cm, more preferably of at most 15 cm.
  • the thermoplastic matrix fibers 4, 6 may in particular have a fineness-related maximum tensile force of at least 20 cN / tex, preferably of at least 30 cN / tex, more preferably of at least 50 cN / tex.
  • the thermoplastic matrix fibers 4, 6 preferably comprise polyurethane fibers, polyamide fibers and / or polyester fibers.
  • the thermoplastic matrix fibers 4, 6 of the hybrid yarn 1 preferably consist of a single material.
  • the reinforcing fibers 5, 7 may have a tenacity of at least 100 cN / tex, preferably at least 150 cN / tex, more preferably at least 200 cN / tex.
  • the reinforcing fibers 5, 7 preferably comprise glass fibers, carbon fibers and / or arabin fibers.
  • the reinforcing fibers 5, 7 consist of a single material.
  • the rotation coefficient a m of the hybrid yarn 1 is expediently at most 200, preferably at most 170, particularly preferably at most 150, and / or at least 70, preferably at least 90, particularly preferably at least 110.
  • the hybrid yarn 1 preferably has a total titer of at least 100 dtex, preferably of at least 150 dtex, more preferably of at least 200 dtex, and / or of at most 15000 dtex, preferably of at most 12000 dtex, more preferably of at most 10000 dtex.
  • the proportion of the staple fibers forming the sheath on the staple fibers can be at least 5%, preferably at least 10%, particularly preferably at least 15% and / or at most 45%, preferably at most 35%, particularly preferably at most 25%.
  • the Kringelne Trent of the hybrid yarn 1 may be at most 200 1 / m, preferably at most 180 1 / m, more preferably at most 160 1 / m.
  • FIG. 2 illustrates a method for producing a molded part 8, which comprises the production of a hybrid yarn 1 according to FIG. 1 and the production of a textile fabric 9 from the hybrid yarn 1.
  • the definition is that procedural steps are represented by rectangles and the results of the method steps by octagons.
  • the production of the hybrid yarn 1 comprises a method step 10 for producing a substantially untwisted sliver 1 1, which consists of an intimate mixture 4, 5, 6, 7 of thermoplastic matrix fibers 4, 6 and of reinforcing fibers 5, 7.
  • the method step 10 may be configured such that staple fibers 4, 5 which are in the form of flakes and which are thermoplastic matrix fibers 4, 5, and also flake-form staple fibers 6, 7, which are reinforcing fibers 6, 7, are fed to a flake mixing machine.
  • an intimate mixture 4, 5, 6, 7 can be prepared in flake form, which can then be supplied to a card.
  • this intimate mixture 4, 5, 6, 7 then be formed into a sliver.
  • This sliver can then optionally one or more times guided over a distance and thereby refined and / or homogenized, that a spinnable sliver 1 1 is formed, which is an intimate mixture of thermoplastic matrix fibers 4, 5 and of reinforcing fibers 6, 7, respectively Stack form, includes.
  • the method step 10 may be configured such that the staple fibers 4, 5 present in flake form, which are thermoplastic matrix fibers 4, 5, are formed by means of a card into sliver of a first type, which essentially comprises thermoplastic matrix fibers 4, 5. From the present in flake form staple fibers 6, 7, which are reinforcing fibers 6, 7, sliver of a second type is also produced by means of a card, which essentially comprises reinforcing fibers 6, 7.
  • a spinnable sliver 1 1 can be prepared which comprises an intimate mixture of thermoplastic matrix fibers 4, 5 and of reinforcing fibers 6, 7, each in a stacked form.
  • the sliver 1 1 is then fed to an air-spinning device.
  • the substantially untwisted sliver 1 1 is stretched to the desired fineness and passed through an air stream, which gives the stretched sliver 1 1 a false twist.
  • the outer staple fibers 6, 7 of the drawn sliver 1 1 are rotated much stronger than the inner staple fibers 4, 5.
  • the drawn sliver 1 1 of the false twisting wire is substantially dissolved, with the untwisted core 2 and the twisted shell 2 of Hybrid yarn 1 trains.
  • the air spinning device can work according to a two-nozzle air spinning process.
  • the dissolving of the false twisting wire produced with a first swirling nozzle takes place with an oppositely acting second swirling nozzle.
  • the air spinning device may be based on an injection air spinning process.
  • the formation of the hybrid yarn 1 is carried out with only one swirl nozzle, which is arranged so that prior to the twisting part of the outer staple fibers 6, 7 are spread apart. These splayed staple fibers 6, 7 are then wound around the core 2 during reverse rotation.
  • the staple fibers 4, 6 made of thermoplastic material supplied to method step 10 can be produced by first producing continuous fibers 14 of thermoplastic material in a method step 13. These endless fibers 14 can be produced, for example, by melt spinning can be generated. In a further method step 15, the continuous fibers 14 can be brought to the required length, for example by cutting or by tearing, so that the staple fibers 4, 6 are formed.
  • the staple fibers 5, 7 supplied to the method step 10 can be produced from reinforcing material, by first producing endless fibers 17 from reinforcing material in a method step 16.
  • These endless fibers 17 can also be, for example, by
  • melt spinning can be generated.
  • the endless fibers 17 can be cut to length by cutting or tearing, for example, so that the staple fibers 5, 7 are formed.
  • a method step 19 is provided. This may include a common method of making a knitted fabric, a knit fabric, a woven fabric, a braid or a fabric.
  • a molded part 8 can then be produced in a method step 20 by consolidating the thermoplastic matrix fibers 4, 6.
  • known hot pressing methods can be used.
  • the novel molding 8 thereby obtains its superior mechanical properties essentially by the use of the hybrid yarn 1 described above in the production of the molding.

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Hybridgarn (1) zur Herstellung von Formteilen (8), welche eine thermoplastische Matrix und darin eingebettete Verstrkungsfasern (4, 5, 6, 7) aufweisen, wobei das Hybridgarn (1) einen Kern (2), der im Wesentlichen aus in einer Längsrichtung (LR) des Hybridgarns (1) geradlinig ausgerichteten Stapelfasern (4, 5) besteht, und einen Mantel (3), der im Wesentlichen aus schraubenlinienformig um den Kern (2) geschlungenen Stapelfasern (6, 7) besteht, umfasst, wobei die den Kern (2) bildenden Stapelfasern (4, 5) und die den Mantel (3) bildenden Stapelfasern (6, 7) jeweils aus einer innigen Mischung (4, 5; 6, 7) von thermoplastischen Matrixfasern (4, 6) und von Verstärkungsfasern (5, 7) bestehen.

Description

Hvbridqarn zur Herstellung von Formteilen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgarn zur Herstellung von Formteilen, welche eine thermoplastische Matrix und darin eingebettete Verstärkungsfasern aufweisen.
Unter einem Garn wird allgemein ein strangförmiger Faserverband verstanden, dessen Fasern durch Verdrehen verfestigt sind. Bei einem Hybridgarn handelt es sich hierbei um ein solches Garn, welches wenigstens zwei unterschiedliche Arten von Fasern umfasst. Unter anderem sind spezielle Hybridgarne bekannt, welche zur Herstellung von Formteilen mit einer thermoplastischen Matrix und mit darin eingebetteten Verstärkungsfasern geeignet sind. Unter einem Formteil wird dabei ein Werkstück verstanden, welches nach seiner Fertigstellung in einer durch den Fertigungsprozess vorgegebenen strukturellen Gestalt verbleibt.
Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von derartigen Formteilen wird ein Hybridgarn, welches sowohl thermoplastische Matrixfasern als auch Verstärkungsfasern enthält, zunächst zu einem textilen Flächengebilde verarbeitet. Die Verstärkungsfasern weisen dabei eine höhere spezifische Zugfestigkeit und eine höhere Schmelz- bzw. Zersetzungstemperatur als die thermoplastischen Matrixfasern auf. Dieses textile Flächengebilde wird sodann in ein Formwerkzeug, beispielsweise einer Presse, eingelegt und beheizt, so dass die thermoplastischen Matrixfasern, nicht aber die Verstärkungsfasern, schmelzen. Hierdurch entsteht aus den ursprünglich diskreten thermoplastischen Matrixfasern zunächst eine einheitliche thermoplastische Flüssigkeit mit eingebetteten Verstärkungsfasern, welche die durch das Formwerkzeug vorgegebene Form annimmt. Nach dem Erkalten und Erstarren bilden die nunmehr konsolidierten thermoplastischen Matrixfasern eine einheitliche thermoplastische Matrix, in welche die Verstärkungsfasern eingebettet sind. Durch die gegenseitigen Wechselwirkungen der thermoplastische Matrix und der Verstärkungsfasern entsteht so ein Formteil, dessen mechanische Eigenschaften den Eigenschaften der beiden Komponenten überlegen sind. Insbesondere ergibt sich ein besonders gutes Verhältnis aus Festigkeit und Gewicht. Gleichwohl besteht ein Bedürfnis nach weiter verbesserten Formteilen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hybridgarn zu schaffen, welches die Herstellung verbesserter Formteile mit einer thermoplastische Matrix und mit darin eingebetteten Verstärkungsfasern ermöglicht.
Die Aufgabe wird bei einem Hybridgarn der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass es einen Kern, der im Wesentlichen aus in einer Längsrichtung des Hybridgarns geradlinig angeordneten Stapelfasern besteht, und einen Mantel, der im Wesentlichen aus schraubenlinienförmig um den Kern geschlungenen Stapelfasern besteht, umfasst, wobei die den Kern bildenden Stapelfasern und die den Mantel bildenden Stapelfasern jeweils aus einer innigen Mischung von thermoplastischen Matrixfasern und von Verstärkungsfasern bestehen.
Das erfindungsgemäße Hybridgarn umfasst einen Kern und einen um den Kern herum angeordneten Mantel. Sowohl der Kern als auch der Mantel bestehen dabei zumindest im Wesentlichen aus Stapelfasern. Unter Stapelfasern werden dabei Einzelfasern verstanden, welche in ihrer Länge begrenzt sind. Der Mantel kann dabei eine derart hohe Anzahl von Stapelfasern je Längeneinheit aufweisen, dass der Mantel eine geschlossene Schicht bildet, durch welche die Stapelfasern des Kerns vollständig verdeckt sind. Im Mantel kann aber auch eine derart geringe Anzahl von Stapelfasern je Längeneinheit vorgesehen sein, dass die Stapelfasern des Kerns durch Zwischenräume zwischen den Stapelfasern des Mantels hindurch zumindest teilweise sichtbar bleiben. Aus Stapelfasern beinhaltenden Hybridgarnen gefertigte Formteile weisen quer zur Längsrichtung der Garne eine höhere Festigkeit auf, als solche Formteile, welche aus Endlosfasern, auch Filamente genannt, bestehenden Hybridgarnen gefertigt sind. Insbesondere kann so bei Formteilen, welche aus schichtweise angeordneten textilen Flächengebilden gefertigt sind, der Zusammenhalt der einzelnen Schichten verbessert werden.
Zudem weisen Hybridgarne mit Stapelfasern einen geringeren Hohlraumanteil als Hybridgarne mit Endlosfasern auf, was die Gefahr von unerwünschten Lufteinschlüssen beim Formen des Formteils, also beim Konsolidieren des textilen Flächengebildes, verringert. Auf diese Weise wird die Festigkeit des Formteils verbessert.
Weiterhin sind aus Stapelfasern beinhaltenden Hybridgarnen gefertigte texti- le Flächengebilde besser drapierbar als ihre Pendants aus Filamenten. Hierdurch erleichtert sich das faltenfreie Einlegen der textilen Flächengebilde in das Formwerkzeug, wobei gleichzeitig die Gefahr einer Beschädigung der Struktur des textilen Flächengebildes verringert wird. Auf diese Weise können die Herstellkosten des Formteils gesenkt werden. Zudem können so aus textilen Flächengebilden komplexer geformte Formteile hergestellt werden, da sich die textilen Flächengebilde besser an die Kontur des Formwerkzeugs anlegen lassen.
Weiterhin wird durch die Verwendung von Stapelfasern die Gefahr verringert, dass die Fasern bei der Weiterverarbeitung, insbesondere beim Drapieren, geknickt werden. Dies wiederum ist vorteilhaft für die Festigkeit des späteren Formteils.
Indem nun sowohl der Kern als auch der Mantel des Hybridgarns aus Stapelfasern besteht, können die genannten, durch die Verwendung von Stapelfasern erzielbaren Vorteile maximal genutzt werden. Weiterhin bewirkt die geradlinige Anordnung der Stapelfasern des Kerns in Längsrichtung des Hybridgarns, dass das spätere Formteil in Längsrichtung des Hybridgarns eine höhere Festigkeit, insbesondere eine höhere Zugfestigkeit, aufweist, als dies bei der Verwendung von herkömmlichen Hybridgarnen, bei denen die Fasern über den gesamten Querschnitt verdreht sind, möglich wäre. Der Grund hierfür liegt darin, dass so im Formteil ein wesentlicher Anteil der Verstärkungsfasern, nämlich die Verstärkungsfasern des Kerns des Hybridgarns, parallel zueinander in Längsrichtung des Hybridgarns verläuft.
Wenn nun das Hybridgarn im textilen Flächengebilde so angeordnet wird, dass dessen Längsrichtung zumindest abschnittsweise einer Hauptbelastungsrichtung des späteren Formteils entspricht, so kann das Formteil mechanischen Belastungen besser standhalten. Auf diese Weise kann das Verhältnis von mechanischer Belastbarkeit und Gewicht des Formteils verbessert werden.
Zwar kann das erfindungsgemäße Hybridgarn selbst unter bestimmten Bedingungen (Drehungsbeiwert, Garnfeinheit usw.) eine geringere Festigkeit aufweisen als ein korrespondierendes Hybridgarn, bei dem die Fasern über den gesamten Querschnitt gleichmäßig verdreht sind, allerdings ist dies zweitrangig, da die Festigkeit des Formteils unter anderem durch das Konsolidieren der thermoplastischen Matrixfasern erhöht wird und daher im Wesentlichen unabhängig von der Festigkeit des Hybridgarns ist. Die Festigkeit des Hybridgarns muss allerdings wenigstens so hoch sein, dass eine Weiterverarbeitung zu einem textilen Flächengebilde und weiter zu einem Formteil möglich ist. Diese notwendige Festigkeit wird bei dem erfindungsgemäßen Hybridgarn dadurch gewährleistet, dass die den Mantel bildenden Stapelfasern schraubenlinienförmig um den Kern geschlungen und folglich verdreht sind. Die in dem Mantel enthaltenen Verstärkungsfasern verbessern dabei die Festigkeit des späteren Formteils quer zur Längsrichtung des darin aufgegangenen Hybridgarns gerade im Vergleich zu solchen Formteilen, welche aus Endlosfasern bestehenden Hybridgarnen gefertigt sind. Hierdurch kann bei Formteilen, welche aus schichtweise angeordneten textilen Flächengebilden gefertigt sind, der Zusammenhalt der einzelnen Schichten weiter verbessert werden.
Die den Kern bildenden Stapelfasern bestehen ebenso wie die den Mantel bildenden Stapelfasern jeweils aus einer innigen Mischung von thermoplastischen Matrixfasern und von Verstärkungsfasern. Unter einer innigen Mischung von Fasern verschiedener Arten wird dabei eine solche Mischung verstanden, bei der auf der Ebene der Einzelfasern eine im Wesentlichen homogene Mischung vorliegt. Das bedeutet, dass die Fasern der verschiedenen Arten so durchmischt sind, dass Gruppierungen von ausschließlich gleichartigen Fasern im Wesentlichen nicht mehr auftreten. Die innige Mischung oder die innigen Mischungen können dabei schon vor der eigentlichen Formung des Hybridgarns erfolgen. Hierbei erleichtert die Verwendung von Stapelfasern die Herstellung von gleichmäßigen Mischungen, welche beispielsweise mit einer Spinnereivorbereitungsmaschine, beispielsweise mit einer Mischmaschine oder einer Doublierstrecke hergestellt werden können.
Durch die Verwendung von innigen Mischungen ist sichergestellt, dass in dem aus dem Hybridgarn hergestellten textilen Flächengebilde die thermoplastischen Matrixfasern und die Verstärkungsfasern homogen verteilt sind. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Verstärkungsfasern beim Aufschmelzen der thermoplastischen Matrixfasern vollständig benetzt werden, so dass im späteren Formteil die Wechselwirkungen zwischen thermoplastischer Matrix und den Verstärkungsfasern durch eine verbesserte stoffschlüssige Verbindung maximiert werden, so dass ein mechanisch hoch belastbares Formteil mit gleichzeitig geringem Gewicht geschaffen ist. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt der volumenbezogene Anteil der Verstärkungsfasern an einer besagten innigen Mischung wenigstens 40%, bevorzugt wenigstens 45%, besonders bevorzugt wenigstens 50%. Hierdurch wird es möglich, aus dem Hybridgarn ein Formteil mit besonders hoher Festigkeit herzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt der volumenbezogene Anteil der thermoplastischen Matrixfasern an einer besagten innigen Mischung wenigstens 20%, bevorzugt wenigstens 30%, besonders bevorzugt wenigstens 35%. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Verstärkungsfasern nach dem Konsolidieren der thermoplastischen Matrixfasern jeweils vollständig von der thermoplastischen Matrix umgeben sind, was die stoffschlüssige Verbindung von thermoplastischer Matrix und Verstärkungsfasern verbessert und damit den mechanischen Eigenschaften des Formteils zugutekommt.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung entsprechen sich die den Kern bildenden Stapelfasern und die den Mantel bildenden Stapelfasern hinsichtlich ihrer besagten innigen Mischung. Das bedeutet, dass einerseits der Anteil der thermoplastischen Matrixfasern am Kern gleich dem Anteil der thermoplastischen Matrixfasern im Mantel ist, und dass andererseits der Anteil der Verstärkungsfasern am Kern gleich dem Anteil der Verstärkungsfasern im Mantel ist. Zudem entsprechen sich die thermoplastischen Matrixfasern im Kern und im Mantel hinsichtlich ihres Materials und ihrer Abmessungen ebenso wie die Verstärkungsfasern im Kern und im Mantel. Auf diese Weise ist die Herstellung von Formteilen vereinfacht, da so der Kern und der Mantel aus einer Ausgangsmischung herstellbar ist. Zudem kann so eine homogene Ausbildung der thermoplastischen Matrix im späteren Formteil gewährleistet werden, was dessen mechanischen Eigenschaften zugutekommt. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung beträgt die Summe des volumenbezogenen Anteils der thermoplastischen Matrixfasern und des volumenbezogenen Anteils der Verstärkungsfasern an dem Hybridgarn wenigstens 90%, bevorzugt wenigstens 95%, besonders bevorzugt wenigstens 98%. Auf diese Weise können Formteile mit einer besonders guten Festigkeit bei geringem Gewicht hergestellt werden. Die verbleibenden Volumenanteile können beispielsweise auf eine Schlichte oder auf Haftungsvermittler entfallen. Dabei wir unter einer Schlichte eine typischerweise zähflüssige Be- schichtung verstanden, welche das Hybridgarn insbesondere bei der Weiterverarbeitung zu einem textilen Flächengebilde gegen mechanische Einwirkungen schützt. Weiterhin wird unter einem Haftungsvermittler eine Be- schichtung verstanden, welche die beim Aufschmelzen und Abkühlen der thermoplastischen Matrix entstehende stoffschlüssige Verbindung zwischen Matrix und Verstärkungsfasern verbessert.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die den Kern bildenden Stapelfasern und/oder die den Mantel bildenden Stapelfasern eine Länge von wenigstens 2,5 cm, bevorzugt von wenigstens 5 cm, besonders bevorzugt von wenigstens 10 cm und/oder eine Länge von höchstens 25 cm, bevorzugt von höchstens 20 cm, besonders bevorzugt von höchstens 15 cm, auf. Derartige Stapellängen führen zu besonders festen Formteilen. Zudem können derartige Stapelfasern mit gängigen Maschinen hergestellt und weiterverarbeitet werden.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weisen die thermoplastischen Matrixfasern eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von wenigstens 20 cN/tex, bevorzugt von wenigstens 30 cN/tex, besonders bevorzugt von wenigstens 50 cN/tex, auf. Die Höchstzugkraft ist dabei diejenige Zugkraft, bei der eine Faser gerade noch nicht reißt. Auf diese Weise kann bewirkt werden, dass die Matrix, deren spezifische Höchstzugkraft mit der fein- heitsbezogenen Höchstzugkraft der thermoplastischen Fasern korrespondiert, im fertigen Formteil insbesondere quer zu benachbarten Verstärkungs- fasern auftretende mechanische Belastungen aufnehmen kann, was die Belastbarkeit des Formteils weiter verbessert.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfassen die thermoplastischen Matrixfasern Polyurethanfasern (insbesondere Fasern aus PU), Polyamidfasern (insbesondere Fasern aus PA), Polyetherketonfasern (insbesondere Fasern aus PAEK sowie aus seinen Abkömmlingen, insbesondere PEEK, PEK, PEEEK, PEEKEK, PEKK), Polypropylenfasern (insbesondere Fasern aus PP), Acrynitril-Butadien-Styrol-Fasern (insbesondere Fasern aus ABS) und/oder Polyesterfasern (insbesondere Fasern aus PES sowie aus seinen Abkömmlingen, insbesondere PBT, PC, PET, PEN). Derartige Materialien erfüllen insbesondere die Anforderungen hinsichtlich ihrer Festigkeit, sind preiswert und gut verarbeitbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bestehen die thermoplastischen Matrixfasern aus einem einzigen Material. Auf diese Weise entsteht im fertigen Formteil in einfacher Weise eine homogene thermoplastische Matrix, was dessen mechanische Eigenschaften verbessert.
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weisen die Verstärkungsfasern eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von wenigstens 100 cN/tex, bevorzugt von wenigstens 150 cN/tex, besonders bevorzugt von wenigstens 200 cN/tex, auf. Auf diese Weise kann das daraus gefertigte Formteil insbesondere in Faserrichtung besonders hohe mechanische Belastungen aufnehmen.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfassen die Verstärkungsfasern Glasfasern, Kohlenstofffasern und/oder Aramidfasern. Derartige Materialien erfüllen die Anforderungen an Verstärkungsfasern insbesondere hinsichtlich ihrer Festigkeit, sind weiterhin preiswert und gut verarbeitbar. Es sind aber auch andere Hochmodulfasern möglich Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bestehen die Verstärkungsfasern aus einem einzigen Material. Auf diese Weise können die Eigenschaften eines für Verstärkungsfasern geeigneten Materials bestmöglichst ausgenutzt werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung beträgt der Drehungsbeiwert am des Hybridgarns höchstens 200, bevorzugt höchstens 170, besonders bevorzugt höchstens 150, und/oder mindestens 70, bevorzugt mindestens 90, besonders bevorzugt mindestens 1 10. Der Drehungsbeiwert cim ergibt sich nach der Formel am = T / Nm1/2 wobei T die Anzahl der Drehungen pro Meter Garnlänge und Nm/2 die Wurzel aus der metrischen Garnnummer ist. In den genannten Bereichen weist das Hybridgarn allgemein eine gute Festigkeit auf, was es erlaubt, den Anteil der Stapelfasern im Mantel bezogen auf die gesamten Stapelfasern gering zu halten. Umgekehrt kann so der Anteil der Stapelfasern im Kern bezogen auf die gesamten Stapelfasern erhöht werden, was der Festigkeit des späteren Formteils dienlich ist.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist das Hybridgarn einen Gesamttiter von wenigstens 100 dtex, bevorzugt von wenigstens 150 dtex, besonders bevorzugt von wenigstens 200 dtex, und/oder von höchstens 15000 dtex, bevorzugt von höchstens 12000 dtex, besonders bevorzugt von höchstens 10000 dtex, auf. Hybridgarne mit einem Gesamttiter in den genannten Bereichen sind besonders gut zur Herstellung von textilen Flächengebilden geeignet. So weisen sie in aller Regel die erforderliche Festigkeit für die Weiterverarbeitung auf. Dennoch können aus den daraus erhaltenen textilen Flächengebilden auch dünnwandige Formteile hergestellt werden. Sollen dickwandigere Formteile hergestellt werden, so können mehrere der so erhaltenen textile Flächengebilde schichtweise angeordnet und insbe- sondere gemeinsam konsolidiert werden. Hybridgarne mit einem derartigen Gesamttiter können zudem auf gängigen Textilmaschinen verarbeitet werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt der Anteil der den Mantel bildenden Stapelfasern an den Stapelfasern wenigstens 2%, bevorzugt wenigstens 5%, besonders bevorzugt wenigstens 15% und/oder höchstens 45%, bevorzugt höchstens 35%, besonders bevorzugt höchstens 25%. In den genanten Bereichen weist das Hybridgarn im Allgemeinen eine hinreichende Festigkeit für die Weiterverarbeitung auf, gleichzeitig weist es einen hohen Anteil von Stapelfasern und damit einen hohen Anteil von Verstärkungsfasern im Kern auf, so dass daraus besonders stabile Formteile herstellbar sind.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung beträgt die Kringelneigung höchstens 200 1 /m, bevorzugt höchstens 180 1 /m, besonders bevorzugt höchstens 160 1 /m. Die Kringelneigung ist die durch seine Drehung hervorgerufene Neigung eines Garnes sich zusammenzudrehen, wenn es in einer Schleife frei zwischen zwei Punkten aufgehängt wird. Zur Messung der Kringelneigung können Garnabschnitte von beispielsweise 500 mm Länge verwendet werden, deren Garnenden so geklemmt werden, dass der Garnabschnitt waagerecht angeordnet ist. Mittig kann dann ein Gewicht eingehängt und die Garnenden aufeinander zu bewegt werden. Das Gewicht fängt an zu drehen und die Drehungen können mittels einer Lichtschranke gezählt werden, bis es zu einer Umkehrung der Drehrichtung kommt. Die Werte von 10 Messungen werden ausgewertet und als ein Messwert ausgegeben. Hybridgarne mit den genannten Werten der Kringelneigung können besonders gut weiter verarbeitet werden. Insbesondere können daraus hergestellte textile Flächengebilde einfach und faltenfrei in ein Formwerkzeug eingelegt werden. Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Hybridgarn mittels eines Luftspinnverfahrens hergestellt. Bei einem Luftspinnverfahren wird ein im Wesentlichen unverdrehtes Faserband bis zur gewünschten Feinheit verstreckt und durch einen Luftstrom geführt, der dem verstreckten Faserband einen Falschdraht erteilt. Hierbei werden die äußeren Fasern des verstreckten Faserbands wesentlich stärker verdreht als die inneren Fasern. Beim Weitertransport des verstreckten Faserbands wird der Falschdraht aufgelöst, wobei ein Kern des so erzeugten Garns seine Drehung praktisch vollständig verliert. Hingegen verbleibt in einem Mantel des Garns eine dauerhafte Drehung, welche das Garn zusammenhält. Die so erhaltenen Garne weisen eine hohe Gleichmäßigkeit auf.
Das erfindungsgemäße Hybridgarn kann nun einfach hergestellt werden, indem einer Luftspinnvorrichtung ein Faserband aus einer innigen Mischung von thermoplastischen Matrixfasern und Verstärkungsfasern zugeführt wird. Kern und Mantel des Hybridgarns werden dann bei Durchlaufen der Luftspinnvorrichtung gleichzeitig aus einer gemeinsamen Faserquelle, nämlich aus dem der Luftspinnvorrichtung vorgelegten Faserband gebildet. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Hybridgarn kostengünstig und dennoch mit gleichmäßiger Gestalt hergestellt werden. Diese Vorteile gelten insbesondere gegenüber der Verwendung von Umwindvorrichtungen, bei denen die den Kern des Garnes bildenden Fasern und die den Mantel bildenden Fasern getrennt zugeführt werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist das Luftspinnverfahren ein Zweidüsen-Luftspinnverfahren. Bei einem derartigen Verfahren erfolgt das Auflösen des mit einer ersten Dralldüse erzeugten Falschdrahts mit einer entgegengesetzt wirkenden zweiten Dralldüse. Derartige Verfahren sind insbesondere zur Herstellung von Hybridgarnen aus längeren Stapelfasern mit einem geringen Anteil an Fasern im Mantel geeignet. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist das Luftspinnverfahren ein Eindüsen-Luftspinnverfahren. Bei einem derartigen Verfahren erfolgt die Garnbildung mit nur einer Dralldüse, die so angeordnet ist, dass vor der Verdrehung ein Teil der außenliegenden Fasern abgespreizt werden. Diese abgespreizten Fasern werden dann beim Rückdrehen um den Kern herumgewickelt. Derartige Verfahren sind insbesondere zur Herstellung von Hybridgarnen aus kürzeren Stapelfasern mit einem höheren Anteil an Fasern im Mantel geeignet.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein textiles Flächengebilde zur Herstellung von Formteilen, welche eine thermoplastische Matrix und darin eingebettete Verstärkungsfasern aufweisen. Dabei ist vorgesehen, dass das textile Flächegebilde ein Hybridgarn der vorstehend beschriebenen Art um- fasst, oder dass es aus Hybridgarn der vorstehend beschriebenen Art besteht. Es ergeben sich die bereits erwähnten Vorteile.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist das textile Flächengebilde ein Gewirk, ein Gestrick, ein Gewebe, ein Geflecht oder ein Gelege. Das erfindungsgemäße Hybridgarn kann mit verfügbaren Textilmaschinen in einfacher weise mit hoher Wirtschaftlichkeit insbesondere zu Gewirken, Gestricken, Geweben und Geflechten verarbeitet werden. Die Herstellung von Gelegen ist in der Regel aufwändiger, da Gelege üblicherweise durch Hilfsmittel, beispielsweise durch umlaufende Rahmen, stabilisiert werden müssen. Allerdings entstehen durch die Verwendung von Gelegen größere Spielräume bei der Anordnung des Hybridgarns, welche bei Gewirken, Gestricken, Geweben und Geflechten zumindest teilweise durch die verwendete Technologie vorgegeben ist. Auf dies Weise können Formteile besonders gut an die zu erwartenden mechanischen Belastungen angepasst werden. Soll beispielsweise das Formteil oder ein Bereich des Formteils lediglich in einer Richtung belastet werden, so können dort sämtliche Abschnitte des Hybridgarns so gelegt werden, dass deren Längsrichtung mit der Richtung der Belastung übereinstimmt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Formteil, welches eine thermoplastische Matrix und darin eingebettete Verstärkungsfasern aufweist. Dabei ist das Formteil durch Warmpressen eines textilen Flächengebildes der vorstehend beschriebenen Art hergestellt. Es ergeben sich die bereits erwähnten Vorteile.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridgarns der vorstehend beschriebenen Art. Dabei ist vorgesehen, dass in einem Verfahrensschritt ein Faserband bestehend aus einer innigen Mischung aus thermoplastischen Matrixfasern und aus Verstärkungsfasern hergestellt wird, und dass in einem weiteren Verfahrensschritt das Faserband mittels einer Luftspinnvorrichtung versponnen wird.
Sonstige vorteilhafte Aus- und/oder Weiterbildungen des erfindungsgemäßen textilen Flächengebildes, des erfindungsgemäßen Formteils und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vorstehend und/oder in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die vorstehenden vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung und/oder die in den abhängigen Ansprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander vorgesehen sein.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile sind nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Hybridgarns in einer schematischen Seitenansicht und
Figur 2 eine Blockdarstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines
Formteils, welches die Herstellung eines Hybridgarns gemäß der Figur 1 und die Herstellung eines textilen Flächengebildes aus dem Hybridgarn umfasst.
Figur 1 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridgarns 1 zur Herstellung von Formteilen in einer schematischen Seitenansicht. Dabei ist ein Längsabschnitt A des Hybridgarns 1 dargestellt, der zur Veranschaulichung der Struktur des Hybridgarns 1 lediglich einen Kern 2 des Hybridgarns 1 zeigt. In einem weiteren dargestellten Längsabschnitt A2 des Hybridgarns 1 ist das Hybridgarn 1 vollständig gezeigt, wobei ein Mantel 3 des Hybridgarns 1 den Kern 2 verdeckt.
Der Kern 2 besteht aus zumindest im Wesentlichen in einer Längsrichtung LR des Hybridgarns 1 geradlinig ausgerichteten Stapelfasern 4, 5. Die Stapelfasern 4, 5 des Kerns 2 bestehen dabei aus thermoplastischen Matrixfasern 4 und aus Verstärkungsfasern 5. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur einige der Stapelfasern 4, 5 mit Bezugszeichen versehen. Zur Unterscheidbarkeit der thermoplastischen Matrixfasern 4 und der Verstärkungsfasern 5 sind erstere weiß und letztere mit einer gestrichelten Linie ausgefüllt. Die den Kern 2 bildenden Stapelfasern 4, 5 bestehen dabei aus einer innigen Mischung 4, 5 von thermoplastischen Matrixfasern 4 und von Verstärkungsfasern 5.
Der Mantel 3 besteht hingegen aus Stapelfasern 6, 7, welche um die Stapelfasern 4, 5 herum schraubenlinienförmig angeordnet sind. Die Stapelfasern 6, 7des Mantels 3 bestehen ebenfalls aus thermoplastischen Matrixfasern 6 und aus Verstärkungsfasern 7. Auch hier sind nur einige der Stapelfasern 6, 7 mit Bezugszeichen versehen. Dabei sind zur Unterscheidbarkeit die thermoplastischen Matrixfasern 6 ebenfalls weiß und die Verstärkungsfasern 7 ebenfalls mit einer gestrichelten Linie ausgefüllt. Hierbei bestehen die den Mantel 3 bildenden Stapelfasern 6, 7 aus einer innigen Mischung 6, 7 von thermoplastischen Matrixfasern 6 und von Verstärkungsfasern 7. Aus dem Stapelfasern 4, 5, 6, 7 beinhaltenden Hybridgarn 1 gefertigte Formteile weisen quer zur Längsrichtung LR des Hybridgarns 1 eine höhere Festigkeit auf, als solche Formteile, welche aus Endlosfasern, auch Filamente genannt, bestehenden Hybridgarnen gefertigt sind. Insbesondere kann so bei Formteilen, welche aus schichtweise angeordneten textilen Flächengebilden gefertigt sind, der Zusammenhalt der einzelnen Schichten verbessert werden.
Zudem weist das Hybridgarn 1 einen geringeren Hohlraumanteil als Hybridgarne mit Endlosfasern auf, was die Gefahr von unerwünschten Lufteinschlüssen beim Formen des Formteils, also beim Konsolidieren des textilen Flächengebildes, verringert. Auf diese Weise wird die Festigkeit des Formteils verbessert.
Weiterhin ist ein aus dem Hybridgarn 1 gefertigtes textiles Flächengebilde besser drapierbar als ein Pendants aus Filamenten. Hierdurch erleichtert sich das faltenfreie Einlegen der textilen Flächengebilde in das Formwerkzeug, wobei gleichzeitig die Gefahr einer Beschädigung der Struktur des textilen Flächengebildes verringert wird. Auf diese Weise können die Herstellkosten des Formteils gesenkt werden. Zudem können so aus textilen Flächengebilden komplexer geformte Formteile hergestellt werden, da sich die textilen Flächengebilde besser an die Kontur des Formwerkzeugs anlegen lassen.
Ebenso wird durch die Verwendung von Stapelfasern 4, 5, 6, 7 die Gefahr verringert, dass die Fasern bei der Weiterverarbeitung, insbesondere beim Drapieren, geknickt werden. Dies wiederum ist vorteilhaft für die Festigkeit des späteren Formteils.
Indem nun sowohl der Kern 2 als auch der Mantel 3 des Hybridgarns 1 aus Stapelfasern 4, 5, 6, 7 besteht, können die genannten, durch die Verwendung von Stapelfasern 4, 5, 6, 7 erzielbaren Vorteile maximal genutzt werden. In einem unteren Abschnitt der Figur 1 ist die Drehung T im erfindungsgemäßen Hybridgarn 1 in Abhängigkeit vom Ort x längs eines Durchmessers des Hybridgarns 1 dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass im Bereich des Kerns 2 keine Drehung T vorhanden ist. Hingegen tritt im Bereich des Mantel 3 eine im Wesentlichen konstante Drehung T auf.
Es ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei der Figur 1 um eine idealisierte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hybridgarns 1 handelt. In der Praxis kann die dargestellte Struktur des Hybridgarns 1 mit einem Kern 2 von in einer Längsrichtung LR des Hybridgarns 1 geradlinig ausgerichteten Stapelfasern 4, 5 und einem Mantel 3 von um die Stapelfasern 4, 5 des Kerns 2 herum schraubenlinienförmig angeordneten Stapelfasern 6, 7 allerdings mit hinreichender Näherung erreicht werden, so dass die erfindungsgemäßen Vorteile erzielt werden. Ebenso ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei der Figur 1 nicht um eine maßstäbliche Darstellung handelt.
Dabei bewirkt die geradlinige Anordnung, also die unverdrehte Anordnung der Stapelfasern 4, 5 des Kerns 2 in Längsrichtung LR des Hybridgarns 1 , dass das spätere Formteil in Längsrichtung LR des Hybridgarns 1 eine höhere Festigkeit, insbesondere eine höhere Zugfestigkeit, aufweist, als dies bei der Verwendung von herkömmlichen Hybridgarnen, bei denen die Fasern über den gesamten Querschnitt verdreht sind, möglich wäre. Der Grund hierfür liegt darin, dass so im Formteil ein wesentlicher Anteil der Verstärkungsfasern 5, 7, nämlich die Verstärkungsfasern 5 des Kerns 2 des Hybridgarns 1 , parallel zueinander in Längsrichtung LR des Hybridgarns 1 verläuft.
Wenn nun das Hybridgarn 1 im textilen Flächengebilde so angeordnet wird, dass dessen Längsrichtung LR zumindest abschnittsweise einer Hauptbelastungsrichtung des späteren Formteils entspricht, so kann das Formteil mechanischen Belastungen besser standhalten. Auf diese Weise kann das Ver- hältnis von mechanischer Belastbarkeit und Gewicht des Formteils verbessert werden.
Die zur Weiterverarbeitung des Hybridgarns 1 notwendige Festigkeit wird bei dem erfindungsgemäßen Hybridgarn 1 im Wesentlichen dadurch gewährleistet, dass die den Mantel 3 bildenden Stapelfasern 6, 7 schraubenlinienförmig um den Kern 2 geschlungen und folglich verdreht sind.
Die in dem Mantel 3 enthaltenen Verstärkungsfasern verbessern dabei die Festigkeit des späteren Formteils quer zur Längsrichtung LR des darin aufgegangenen Hybridgarns 1 gerade im Vergleich zu solchen Formteilen, welche aus Endlosfasern bestehenden Hybridgarnen gefertigt sind. Hierdurch kann bei Formteilen, welche aus schichtweise angeordneten textilen Flächengebilden gefertigt sind, der Zusammenhalt der einzelnen Schichten weiter verbessert werden.
Die den Kern 2 bildenden Stapelfasern 4, 5 bestehen ebenso wie die den Mantel 3 bildenden Stapelfasern 6, 7 jeweils aus einer innigen Mischung 4, 5 bzw. 6, 7 von thermoplastischen Matrixfasern 4 bzw. 6 und von Verstärkungsfasern 5 bzw. 7. Durch die Verwendung von innigen Mischungen 4, 5 bzw. 6, 7 ist sichergestellt, dass in dem aus dem Hybridgarn 1 hergestellten textilen Flächengebilde die thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 und die Verstärkungsfasern 5, 7 homogen verteilt sind. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Verstärkungsfasern 5, 7 beim Aufschmelzen der thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 vollständig benetzt werden, so dass im späteren Formteil die Wechselwirkungen zwischen thermoplastischer Matrix und den Verstärkungsfasern 5, 7 durch eine verbesserte stoffschlüssige Verbindung maximiert werden, so dass ein mechanisch hoch belastbares Formteil mit gleichzeitig geringem Gewicht geschaffen ist.
Der volumenbezogene Anteil der Verstärkungsfasern 5, 7 an einer besagten innigen Mischung 4, 5 bzw. 6, 7 kann zweckmäßigerweise wenigstens 40%, bevorzugt wenigstens 45%, besonders bevorzugt wenigstens 50%, betragen. Weiterhin kann der volumenbezogene Anteil der thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 an einer besagten innigen Mischung 4, 5 bzw. 6, 7 wenigstens 20%, bevorzugt wenigstens 30%, besonders bevorzugt wenigstens 35%, betragen.
Grundsätzlich können sich die innigen Mischungen 4, 5 und 6, 7 hinsichtlich der darin jeweils enthaltenen thermoplastischen Matrixfasern 4 bzw. 6 unterscheiden. Denkbar ist beispielsweise eine unterschiedliche Materialzusammensetzung und/oder eine unterschiedliche Größe, insbesondere eine unterschiedliche Stärke und/oder Stapellänge. Ebenso können sich die innigen Mischungen 4, 5 und 6, 7 hinsichtlich der darin jeweils enthaltenen Verstärkungsfasern 5 bzw. 6 nach Material und/oder Größe unterscheiden. Dabei ist es auch möglich, dass sich die anteilsmäßige Zusammensetzung der innigen Mischung 4, 5 von der anteilsmäßigen Zusammensetzung der innigen Mischung 6, 7 unterscheidet. Vorzugsweise jedoch entsprechen sich die den Kern 3 bildende innige Mischung 4, 5 und die den Mantel 3 bildende innige Mischung 6, 7 hinsichtlich ihres Materials und der Abmessungen ihrer Stapelfasern 4, 5; 6,7.
Bei dem Hybridgarn 1 kann die Summe des volumenbezogenen Anteils der thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 und des volumenbezogenen Anteils der Verstärkungsfasern 5, 7 an dem Hybridgarn 1 wenigstens 90%, bevorzugt wenigstens 95%, besonders bevorzugt wenigstens 98% betragen. Die verbleibenden Volumenanteile können beispielsweise auf eine Schlichte oder auf Haftungsvermittler entfallen.
Dabei können die den Kern 2 bildenden Stapelfasern 4, 5 und/oder die den Mantel 3 bildenden Stapelfasern 6, 7 eine Länge von wenigstens 2,5 cm, bevorzugt von wenigstens 5 cm, besonders bevorzugt von wenigstens 10 cm und/oder eine Länge von höchstens 25 cm, bevorzugt von höchstens 20 cm, besonders bevorzugt von höchstens 15 cm, aufweisen. Die thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 können insbesondere eine feinheits- bezogene Höchstzugkraft von wenigstens 20 cN/tex, bevorzugt von wenigstens 30 cN/tex, besonders bevorzugt von wenigstens 50 cN/tex, aufweisen. Dabei umfassen die thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 bevorzugt Polyurethanfasern, Polyamidfasern und/oder Polyesterfasern. Die thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 des Hybridgarns 1 bestehen dabei bevorzugt aus einem einzigen Material.
Die Verstärkungsfasern 5, 7 können eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von wenigstens 100 cN/tex, bevorzugt von wenigstens 150 cN/tex, besonders bevorzugt von wenigstens 200 cN/tex, aufweisen. Die Verstärkungsfasern 5, 7 umfassen bevorzugt Glasfasern, Kohlenstofffasern und/oder Ara- midfasern. Bevorzugt bestehen die Verstärkungsfasern 5, 7 aus einem einzigen Material.
Der Drehungsbeiwert am des Hybridgarns 1 beträgt zweckmäßigerweise höchstens 200, bevorzugt höchstens 170, besonders bevorzugt höchstens 150, und/oder mindestens 70, bevorzugt mindestens 90, besonders bevorzugt mindestens 1 10.
Das Hybridgarn 1 weist bevorzugt einen Gesamttiter von wenigstens 100 dtex, bevorzugt von wenigstens 150 dtex, besonders bevorzugt von wenigstens 200 dtex, und/oder von höchstens 15000 dtex, bevorzugt von höchstens 12000 dtex, besonders bevorzugt von höchstens 10000 dtex, auf. Dabei kann der Anteil der den Mantel bildenden Stapelfasern an den Stapelfasern wenigstens 5%, bevorzugt wenigstens 10%, besonders bevorzugt wenigstens 15% und/oder höchstens 45%, bevorzugt höchstens 35%, besonders bevorzugt höchstens 25%, betragen. Insbesondere kann die Kringelneigung des Hybridgarns 1 höchstens 200 1/m, bevorzugt höchstens 180 1 /m, besonders bevorzugt höchstens 160 1 /m betragen. Figur 2 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils 8, welches die Herstellung eines Hybridgarns 1 gemäß der Figur 1 und die Herstellung eines textilen Flächengebildes 9 aus dem Hybridgarn 1 umfasst. Dabei gilt die Festlegung, dass Verfahrensschritte durch Rechtecke und die Ergebnisse der Verfahrensschritte durch Achtecke dargestellt sind.
Die Herstellung des Hybridgarns 1 umfasst einen Verfahrensschritt 10 zur Herstellung eines im Wesentlichen ungedrehten Faserbands 1 1 , welches aus einer innigen Mischung 4, 5, 6, 7 aus thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 und aus Verstärkungsfasern 5, 7 besteht.
Der Verfahrensschritt 10 kann so ausgestaltet sein, dass in Flockenform vorliegende Stapelfasern 4, 5, welche thermoplastische Matrixfasern 4, 5 sind, sowie in Flockenform vorliegende Stapelfasern 6, 7, welche Verstärkungsfasern 6, 7 sind, einer Flockenmischmaschine zugeführt werden. Hierdurch kann eine innige Mischung 4, 5, 6, 7 in Flockenform hergestellt werden, die dann einer Karde zugeführt werden kann. Mittels der Karde kann diese innige Mischung 4, 5, 6, 7 dann zu einem Faserband geformt werden. Dieses Faserband kann dann optional ein- oder mehrfach über eine Strecke geführt und dabei so verfeinert und/oder vergleichmäßigt werden, dass ein verspinnbares Faserband 1 1 entsteht, welches eine innige Mischung aus thermoplastischen Matrixfasern 4, 5 und aus Verstärkungsfasern 6, 7, jeweils in Stapelform, umfasst.
Alternativ kann der Verfahrensschritt 10 so ausgestaltet sein, dass die in Flockenform vorliegenden Stapelfasern 4, 5, welche thermoplastische Matrixfasern 4, 5 sind, mittels einer Karde zu Faserband einer erster Art geformt werden, welches im Wesentlichen thermoplastische Matrixfasern 4, 5 umfasst. Aus den in Flockenform vorliegenden Stapelfasern 6, 7, welche Verstärkungsfasern 6, 7 sind, wird ebenfalls mittels einer Karde Faserband einer zweiten Art hergestellt, welches im Wesentlichen Verstärkungsfasern 6, 7 umfasst. Durch gemeinsames ein- oder mehrmaliges Verstecken wenigs- tens eines Faserbands der ersten Art und wenigstens eines Faserbands der zweiten Art mittels einer Doublierstrecke kann dann ein verspinnbares Faserband 1 1 hergestellt werden, welches eine innige Mischung aus thermoplastischen Matrixfasern 4, 5 und aus Verstärkungsfasern 6, 7, jeweils in Stapelform, umfasst.
In einem Verfahrensschritt 12 wird dann das Faserband 1 1 einer Luftspinnvorrichtung zugeführt. Dabei wird das im Wesentlichen unverdrehte Faserband 1 1 bis zur gewünschten Feinheit verstreckt und durch einen Luftstrom geführt, der dem verstreckten Faserband 1 1 einen Falschdraht erteilt. Hierbei werden die äußeren Stapelfasern 6, 7 des verstreckten Faserbands 1 1 wesentlich stärker verdreht als die inneren Stapelfasern 4, 5. Beim Weitertransport des verstreckten Faserbands 1 1 wird der Falschdraht im Wesentlichen aufgelöst, wobei sich der unverdrehte Kern 2 sowie der verdrehte Mantel 2 des Hybridgarns 1 ausbildet.
Die Luftspinnvorrichtung kann dabei nach einem Zweidüsen-Luftspinnverfahren arbeiten. Bei einem derartigen Verfahren erfolgt das Auflösen des mit einer ersten Dralldüse erzeugten Falschdrahts mit einer entgegengesetzt wirkenden zweiten Dralldüse.
Alternativ kann die Luftspinnvorrichtung auf einem Eindüsen-Luftspinn- verfahren beruhen. Bei einem derartigen Verfahren erfolgt die Bildung des Hybridgarns 1 mit nur einer Dralldüse, die so angeordnet ist, dass vor der Verdrehung ein Teil der außenliegenden Stapelfasern 6, 7 abgespreizt werden. Diese abgespreizten Stapelfasern 6, 7 werden dann beim Rückdrehen um den Kern 2 herumgewickelt.
Die dem Verfahrensschritt 10 zugeführten Stapelfasern 4, 6 aus thermoplastischem Material können hergestellt werden, indem zunächst in einem Verfahrensschritt 13 Endlosfasern 14 aus thermoplastischem Material hergestellt werden. Diese Endlosfasern 14 können beispielsweise durch Schmelzspin- nen erzeugt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt 15 können die Endlosfasern 14 beispielsweise durch Schneiden oder durch Reißen auf die erforderliche Länge gebracht werden, so dass die Stapelfasern 4, 6 entstehen.
Analog können die dem Verfahrensschritt 10 zugeführten Stapelfasern 5, 7 aus Verstärkungsmaterial hergestellt werden, indem zunächst in einem Verfahrensschritt 16 Endlosfasern 17 aus Verstärkungsmaterial hergestellt werden. Diese Endlosfasern 17 können ebenfalls beispielsweise durch
Schmelzspinnen erzeugt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt 18 können die Endlosfasern 17 beispielsweise durch Schneiden oder Reißen auf die erforderliche Länge abgelängt werden, so dass die Stapelfasern 5, 7 entstehen.
Um nun aus dem Hybridgarn 1 ein textiles Flächengebilde 9 herzustellen, ist ein Verfahrensschritt 19 vorgesehen. Dieser kann ein gängiges Verfahren zur Herstellung eines Gewirks, eines Gestricks, eines Gewebes, eines Geflechts oder eines Geleges umfassen.
Aus dem so hergestellten textilen Flächengebilde 9 oder aus mehreren so hergestellten textilen Flächengebilden 9 kann dann in einem Verfahrensschritt 20 durch konsolidieren der thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 ein Formteil 8 hergestellt werden. Hierbei können bekannte Warmpressverfahren eingesetzt werden.
Das neuartige Formteil 8 erlangt dabei seine überlegenen mechanischen Eigenschaften im Wesentlichen durch die Verwendung des vorstehend beschriebenen Hybridgarns 1 bei der Herstellung des Formteils.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Hybridgarn (1 ) zur Herstellung von Formteilen (8), welche eine thermoplastische Matrix und darin eingebettete Verstärkungsfasern (4, 5, 6, 7) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Kern (2), der im Wesentlichen aus in einer Längsrichtung (LR) des Hybridgarns (1 ) geradlinig ausgerichteten Stapelfasern (4, 5) besteht, und einen Mantel (3), der im Wesentlichen aus schraubenlinienförmig um den Kern (2) geschlungenen Stapelfasern (6, 7) besteht, umfasst, wobei die den Kern (2) bildenden Stapelfasern (4, 5) und die den Mantel (3) bildenden Stapelfasern (6, 7) jeweils aus einer innigen Mischung (4, 5; 6, 7) von thermoplastischen Matrixfasern (4, 6) und von Verstärkungsfasern (5, 7) bestehen.
2. Hybridgarn (1 ) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der volumenbezogene Anteil der Verstärkungsfasern (5, 7) an einer besagten innigen Mischung (4, 5; 6, 7) wenigstens 40%, bevorzugt wenigstens 45%, besonders bevorzugt wenigstens 50%, beträgt.
3. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der volumenbezogene Anteil der thermoplastischen Matrixfasern (4, 6) an einer besagten innigen Mischung (4, 5; 6, 7) wenigstens 20%, bevorzugt wenigstens 30%, besonders bevorzugt wenigstens 35%, beträgt.
4. Hybridgarn(1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die den Kern (2) bildenden Stapelfasern (4, 5) und die den Mantel (3) bildenden Stapelfasern (6, 7) hinsichtlich ihrer besagten innigen Mischung (4, 5; 6, 7) entsprechen.
5. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe des volumenbezogenen Anteils der thermoplastischen Matrixfasern (4, 6) und des volumenbezogenen Anteils der Verstärkungsfasern (5, 7) an dem Hybridgarn (1 ) wenigstens 90%, bevorzugt wenigstens 95%, besonders bevorzugt wenigstens 98%, beträgt.
6. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kern (2) bildenden Stapelfasern (4, 5) und/oder die den Mantel (3) bildenden Stapelfasern (6, 7) eine Länge von wenigstens 2,5 cm, bevorzugt von wenigstens 5 cm, besonders bevorzugt von wenigstens 10 cm und/oder eine Länge von höchstens 25 cm, bevorzugt von höchstens 20 cm, besonders bevorzugt von höchstens 15 cm, aufweisen.
7. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Matrixfasern (4, 6) eine fein- heitsbezogene Höchstzugkraft von wenigstens 20 cN/tex, bevorzugt von wenigstens 30 cN/tex, besonders bevorzugt von wenigstens 50 cN/tex, aufweisen.
8. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Matrixfasern (4, 6) Polyurethanfasern, Polyamidfasern, Polyetherketonfasern, Polypropylenfasern, Acrynitril-Butadien-Styrol-Fasern und/oder Polyesterfasern umfassen.
9. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Matrixfasern (4, 6) aus einem einzigen Material bestehen.
10. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (5, 7) eine feinheitsbezoge- ne Höchstzugkraft von wenigstens 100 cN/tex, bevorzugt von wenigstens 150 cN/tex, besonders bevorzugt von wenigstens 200 cN/tex, aufweisen.
1 1 . Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (5, 7) Glasfasern, Kohlenstofffasern und/oder Aramidfasern umfassen.
12. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (5, 7) aus einem einzigen Material bestehen.
13. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Drehungsbeiwert am höchstens 200, bevorzugt höchstens 170, besonders bevorzugt höchstens 150, und/oder mindestens 70, bevorzugt mindestens 90, besonders bevorzugt mindestens 1 10, beträgt.
14. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Gesamttiter von wenigstens 100 dtex, bevorzugt von wenigstens 150 dtex, besonders bevorzugt von wenigstens 200 dtex, und/oder von höchstens 15000 dtex, bevorzugt von höchstens 12000 dtex, besonders bevorzugt von höchstens 10000 dtex, aufweist.
15. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der volumenbezogene Anteil der den Mantel (3) bildenden Stapelfasern (6, 7) an den Stapelfasern (4, 5, 6, 7) wenigstens 2%, bevorzugt wenigstens 5%, besonders bevorzugt wenigstens 15% und/oder höchstens 45%, bevorzugt höchstens 35%, besonders bevorzugt höchstens 25%, beträgt.
16. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kringelneigung höchstens 200 1 /m, bevorzugt höchstens 180 1 /m, besonders bevorzugt höchstens 160 1 /m, beträgt.
17. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mittels eines Luftspinnverfahrens (12) hergestellt ist.
18. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftspinnverfahren (12) ein Zweidüsen- Luftspinnverfahren ist.
19. Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftspinnverfahren (12) ein Eindüsen- Luftspinnverfahren ist.
20. Textiles Flächengebilde (9) zur Herstellung von Formteilen (8), welche eine thermoplastische Matrix und darin eingebettete Verstärkungsfasern (5, 7) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass es Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche umfasst, oder dass es aus Hybridgarn (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche besteht.
21 . Textiles Flächengebilde (9) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gewirk, ein Gestrick, ein Gewebe, ein Geflecht oder ein Gelege ist.
22. Formteil (8), welches eine thermoplastische Matrix und darin eingebettete Verstärkungsfasern (5, 7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Warmpressen eines textilen Flächengebildes (9) nach einem der Ansprüche 20 bis 21 hergestellt ist. Verfahren zur Herstellung eines Hybridgarns (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrenschritt (10) ein Faserband (1 1 ) bestehend aus einer innigen Mischung (4, 5, 6, 7) aus thermoplastischen Matrixfasern (4, 6) und aus Verstärkungsfasern (5, 6) hergestellt wird, und dass in einem weiteren Verfahrenschritt (12) das Faserband (1 1 ) mittels einer Luftspinnvorrichtung versponnen wird.
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