EP3755833B1 - Fadenstruktur - Google Patents

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EP3755833B1
EP3755833B1 EP19721187.3A EP19721187A EP3755833B1 EP 3755833 B1 EP3755833 B1 EP 3755833B1 EP 19721187 A EP19721187 A EP 19721187A EP 3755833 B1 EP3755833 B1 EP 3755833B1
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EP
European Patent Office
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filament
bundles
thread
filament structure
bundle
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EP19721187.3A
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Christoph Baumgart
Florian Neumann
Dirk Lange
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Delcotex Delius Techtex & Co KG GmbH
Original Assignee
Delcotex Delius Techtex & Co KG GmbH
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    • D03D15/00Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
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    • D03D15/47Woven 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 multicomponent, e.g. blended yarns or threads
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    • D03D15/00Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
    • D03D15/50Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the properties of the yarns or threads
    • D03D15/587Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the properties of the yarns or threads adhesive; fusible
    • DTEXTILES; PAPER
    • D10INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10BINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2401/00Physical properties
    • D10B2401/04Heat-responsive characteristics
    • D10B2401/041Heat-responsive characteristics thermoplastic; thermosetting
    • DTEXTILES; PAPER
    • D10INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10BINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00Industrial
    • D10B2505/02Reinforcing materials; Prepregs

Definitions

  • the present invention relates to a thread structure according to claim 1.
  • Prepregs are well known.
  • the DE 69003875 T2 discloses a prepreg consisting of warp threads and weft threads, the weft threads running obliquely to the direction of the warp threads. This structure is created for a specific carrier and is no longer changed.
  • U.S. Patent 5,53,6554 discloses a belt of reinforced construction.
  • the individual reinforcement elements are laid in different directions.
  • the US 2005 / 0085147A1 discloses a prepreg woven from bundles of fibers with gaps between the bundles which are filled by auxiliary games so as not to create openings in the final product.
  • the US 2007/141335 A1 discloses a method of making a precursor yarn that can be heat treated to expand.
  • the precursor yarn is made by passing a central filament through a first bath comprising microspheres in an adhesive binder so that the central filament is coated with the microspheres.
  • the central filament coated in this way is then encased in a thermoplastic layer, which can be added via a second bath or an extrusion step.
  • These precursor yarns can then be woven into a fabric which can also have gaps between the precursor yarns.
  • the object of the present invention is to produce such prepregs with an increased utility value in a simple manner, whereby it should be ensured that the Composite structure stabilizes the end product evenly over the entire flat design of the end product.
  • the invention solves this problem with the features of the main claim.
  • the invention has the advantage that such a thread structure can be produced in the simplest possible way, practically as a raw fabric, in open form, which already has a dimensionally stable structure a priori, because the thermoplastic matrix in the individual thread bundles not only stabilizes the thread bundles, but also the entire thread structure.
  • thermoplastic matrix is present in a volume which, in a subsequent pressing process, under the known influencing variables of pressure, temperature and time, can flow into the intermediate spaces provided between the individual thread bundles and in this way for a subsequent pressing process ensures even laying of the individual threads in the end product.
  • thermoplastic matrix present in the respective thread bundle it is therefore an essential idea of the invention to determine the distances between the individual laid thread bundles, which run parallel to each other and form gaps between them in the transverse direction, with regard to the thermoplastic matrix present in the respective thread bundle, that this thermoplastic matrix together with the below Pressure from each bundle of threads outwardly flowing single threads forms a composite body evenly interspersed with single threads in every direction, which is also interspersed with the thermoplastic matrix over the entire longitudinal and transverse dimensions due to the excess of thermoplastic matrix provided by the manufacturer.
  • the dimensioning of the thread bundles that is to say their cross-sectional dimensions and the associated exposed points between the thread bundles, can easily be matched to the respective end product.
  • the open lattice structure naturally applies in all directions that are transverse to the respective laying directions of the direction-parallel thread bundles.
  • the thread structure according to the present invention can be manufactured as a semi-finished product, sandwich or lightweight panel.
  • thermoplastic matrix it is essential that the thermoplastic matrix penetrate the entire thread bundle. This means that practically no air inclusions should be permitted in the thermoplastic matrix, at least not in the technically feasible range, so that the flow of the matrix in the downstream process can also lead to a full-volume matrix portion in the end product.
  • thermoplastic material in the downstream process, a supplementary thermoplastic material can easily be processed, so that thanks to the invention, this supplementary thermoplastic material is anchored on both sides as a result of the penetration through the plastic matrix present in the original prepreg to improve the material properties.
  • the invention offers the additional advantage that, in the second processing step, a lower pressure is also sufficient to bring the thermoplastics into a capillary bond with one another.
  • thermoplastic material into the originally existing bundle of threads also deserves attention.
  • thermoplastics used today have well-known kinematic state variables that can be set in such a way that each individual thread bundle can be fully saturated so that later end products no longer have any air inclusions.
  • the invention thus shows that, previously unknown, it can also have constant lattice values in the structure of the end product, so that reliable predictions can be made with regard to the material characteristics.
  • the invention basically has holes defined by longitudinal and transverse dimensions in all embodiments, which are located between the individual thread bundles, at least before the thread bundles are pressed in a further processing step under the influencing variables of temperature, pressure and time, such a thread structure can also use its Grid values are defined.
  • Grid values are those parameters which define the size of the recesses between the thread bundles, for example the X or Y values in a Cartesian coordinate system.
  • thermoplastics used subsequently are of particular advantage and the already mentioned possibility of changing the thread geometry with regard to the structure of the end product.
  • the manufacture of the thread structure as a roller conveyor offers the lowest costs per unit of length in terms of production technology and, in particular, the possibility of preparing the roller conveyor in the form of blanks for further processing.
  • the figures show a thread structure 1 with thread bundles 2, 3, 4 laid parallel to one another in directions; 2 ', 3', 4 '; 2 ⁇ , 3 ⁇ , 4 ⁇ .
  • the invention also applies to, for example, unidirectionally laid thread bundles in which there are significant distances within the meaning of the invention only transversely to the direction of the thread bundles laid.
  • Unidirectional thread bundles could in this case be fixed to one another by occasionally transverse auxiliary threads.
  • This product of the thread structure can be used in a downstream process, for example by injection molding or forming, to manufacture components for all kinds of industrial applications.
  • the thread structure is completely and uniformly impregnated with a thermoplastic matrix in a form-fitting manner and that the thread bundles are relatively can no longer move to each other after the thread structure has been preconsolidated accordingly.
  • Pre-consolidation in this sense means that dimensional stability of the lattice structure with the openings in it must be achieved.
  • FIG. 3 shows the thread bundles 2,3,4; 2 ', 3', 4 '; 2 ⁇ , 3 ⁇ , 4 ⁇ completely penetrated by the thermoplastic matrix 6.
  • Each thread bundle consists of a large number of individual threads 5 shown, which are embedded in the full-volume thermoplastic matrix.
  • thermoplastic matrix present in each thread bundle connects the pairs of intersecting thread bundles with one another in a dimensionally stable manner, so that semi-finished products made from the thread structure can be tailored precisely to the respective end product.
  • the thread bundles have the same width and the same thickness in every direction.
  • the fabric or lay-up constructions have a thread spacing of more than 2 mm and, depending on the requirement profile for the end product, are arranged at right angles and / or in different directions biaxially and / or multiaxially.
  • each thread bundle has individual threads 5 arranged in multiple layers, which are distributed more or less evenly in the thread bundle and are enclosed flush and full-volume by the thermoplastic matrix.
  • the thread bundles have a width 9 and a height 10, so that so many layers of single threads can be accommodated in each thread bundle and so much thermoplastic matrix can enclose these single threads that when pressing the thread structure under the known parameters of pressure, temperature and time the originally existing parameters pressure, temperature and time the originally existing distances 7.8 between the individual thread bundles are filled by the flow of the individual threads 5 into the adjacent originally exposed distances 7.8.
  • thermoplastic matrix is at least in the originally exposed spaces 7, 8 with the in its embedded individual threads 5 can squeeze, so that in the end a three-dimensionally shaped end product is created with evenly embedded individual threads originating from the original thread bundles.
  • FIG. 6 The presentation of the thread structure according to the invention as a roller conveyor 12, which can be used, for example, to produce blanks 13 which, after appropriate 3-D deformation, can be processed as an end product, here for example as a can lid 14.
  • the thread structure can also be produced in the form of a presentation in a carbon look, in order to be able to serve appropriate customer groups if necessary.
  • thermoplastic plastics can be used, but also thermosetting plastics.
  • thermosetting plastics of only small thickness since these - assuming correspondingly small thickness dimensions - remain elastic during curing.
  • the invention also relates to a method for producing the thread structure according to the invention, which has been found to be advantageous.
  • a liquefied plastic which can be either theoretically or thermosetting, is then applied to this intermediate structure so abundantly that the excess plastic must be removed after the application.
  • the lattice structure prepared in this way be subjected to a subsequent drying process, this can be done without contact, for example by infrared heating or the like in an oven or under an infrared heater, so that the dried finished product, the thread structure according to the invention, can be rolled up so as to become the roll make-up.
  • thermosetting plastic can also be rolled up.
  • thermosetting plastic on the thread structure allows a high degree of flexibility without the risk of breakage, even though it is a thermosetting plastic.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fadenstruktur nach Anspruch 1.
  • Prepregs sind allgemein bekannt.
  • Die DE 69003875 T2 offenbart einen Prepreg, der aus Kettfäden und Schussfäden besteht, wobei die Schussfäden schräg zur Richtung der Kettfäden verlaufen. Diese Struktur wird für einen bestimmten Träger erstellt und nicht mehr geändert.
  • Die US PS 5,53 6,554 offenbart einen Riemen mit verstärktem Aufbau. Die einzelnen Verstärkungselemente weisen unterschiedliche Richtungen der Verlegung auf.
  • Die US 2005/0085147A1 offenbart einen Prepreg, gewebt aus Bündeln von Fasern mit Lücken zwischen den Bündeln, die durch Hilfsgame ausgefüllt sind, damit keine Öffnungen in dem Endprodukt entstehen.
  • Die US 2007/141335 A1 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen eines Vorläufergarns, das wärmebehandelt werden kann, so dass sich dieser ausdehnt bzw. dieser expandiert wird. Das Vorläufergarn wird hergestellt, indem ein zentrales Filament durch ein erstes Bad geführt wird, das Mikrokugeln in einem Klebebinder umfasst, so dass das zentrale Filament mit den Mikrokugeln beschichtet wird. Das so beschichtete zentrale Filament wird dann von einer thermoplastischen Schicht ummantelt, die über ein zweites Bad oder einen Extrusionsschritt zugegeben werden kann. Diese Vorläufergarne können dann zu einem Stoff gewebt werden, der auch Lücken zwischen den Vorläufergarnen aufweisen kann.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, derartige Prepregs mit einem erhöhten Gebrauchswert auf einfache Weise herzustellen, wobei sichergestellt sein soll, dass die Verbundstruktur das Endprodukt über die gesamte flächige Gestaltung des Endprodukts gleichmäßig stabilisiert.
  • Diese Aufgabe löst die Erfindung durch die Merkmale des Hauptanspruchs.
  • Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine derartige Fadenstruktur auf einfachste Weise herstellbar ist, praktisch als ein Rohgewebe, in offener Form, welches bereits a priori eine dimensionsstabile Struktur aufweist, denn die Thermoplastmatrix in den einzelnen Fadenbündeln stabilisiert nicht nur die Fadenbündel, sondern auch die gesamte Fadenstruktur.
  • Es kommt wesentlich drauf an, dass die Thermoplastmatrix in einem Volumen vorliegt, welches in einem nachfolgenden Pressvorgang unter den bekannten Einflussgrößen Druck, Temperatur und Zeit, in die zwischen den einzelnen Fadenbündeln herstellungsseitig vorgesehenen Zwischenräume hineinfließen kann und auf diese Weise in diesem nachgelagerten Pressvorgang für eine gleichmäßige Verlegung der Einzelfäden im Endprodukt sorgt.
  • Es ist also wesentlicher Gedanke der Erfindung, zwischen den einzelnen verlegten Fadenbündeln, die jeweils richtungsparallel verlaufen und zwischen sich in der Querrichtung Abstände bilden, die Abstände so groß zu bestimmen im Hinblick auf die im jeweiligen Fadenbündel vorhandene Thermoplastmatrix, dass diese Thermoplastmatrix zusammen mit den unter Druck aus jedem Fadenbündel nach außen fließenden Einzelfäden einen durch und durch gleichmäßig mit Einzelfäden in jeder Richtung durchsetzten Verbundkörper bildet, der darüber hinaus durch den herstellerseitig vorgesehenen Überschuss an Thermoplastmatrix auch über die gesamte Längs- und Querabmessung mit der Thermoplastmatrix durchsetzt ist.
  • Hier liegt ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, denn die Erfindung hat erkannt, dass der Fließvorgang der Einzelfäden in die ursprünglich vorhandenen freien Bereiche zwischen den Fadenbündeln in jeder Richtung praktisch homogene Werkstoffeigenschaften hervorruft, so dass auch entsprechende Werkstoffkennwerte wie Zugfestigkeit etc. gewährleistet werden können.
  • Dabei ist insbesondere von Vorteil, dass die Dimensionierung der Fadenbündel, also deren Querschnittsabmessungen und der dazugehörigen freigelassenen Stellen zwischen den Fadenbündeln leicht auf das jeweilige Endprodukt abgestimmt werden können.
  • Die offene Gitterstruktur gilt natürlich in allen Richtungen, die quer zu den jeweiligen Verlegerichtungen der richtungsparallelen Fadenbündel liegen.
  • Die Fadenstruktur nach vorliegender Erfindung kann als Halbzeug, Sandwich oder Leichtbauplatte hergestellt werden.
  • Wesentlich ist in jedem Falle die Durchsetzung der Thermoplastmatrix durch das gesamte Fadenbündel. Das bedeutet, dass praktisch keinerlei Lufteinschlüsse in der Thermoplastmatrix zugelassen sein sollen, zumindest im technisch machbaren Bereich nicht, so dass die Strömung der Matrix im nachgelagerten Verfahren auch zu einem vollvolumigen Matrixanteil im Endprodukt führen kann.
  • Im nachgelagerten Prozess kann auch ohne weiteres ein ergänzender Thermoplastwerkstoff zur Bearbeitung kommen, so dass Dank der Erfindung auch eine beidseitige Verankerung dieses ergänzenden Thermoplastwerkstoffs infolge des Durchgriffs durch die im ursprünglichen Prepreg vorhandene Kunststoffmatrix zur Verbesserung der Werkstoffkennwerte führt.
  • Empfehlenswert ist natürlich die Verwendung von Kunststoffen, die mit dem ursprünglichen Kunststoff der Prepregs kompatibel sind.
  • Insoweit bietet die Erfindung den zusätzlichen Vorteil, dass im zweiten Verarbeitungsschritt auch ein geringerer Druck ausreicht, um die thermoplastischen Kunststoffe miteinander in Kapillarverbund zu bringen.
  • Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die in den ursprünglichen Fadenbündeln bereits vorhandenen Elemente mit einer thermoplastischen Matrix durchtränkt sind und deshalb die im Endprodukt vorhandene Fadenstruktur lediglich nur noch im mikroskopischen Bereich von den ergänzend aufgebrachten Thermoplasten kontaktiert werden muss unter einem Druck, der lediglich noch den Kapillarverbund herstellt.
  • Dabei kommt auch der Injektionstechnik zur Injektion von thermoplastischem Material in die ursprünglich vorhandenen Fadenbündel Aufmerksamkeit zu.
  • Die heute verwendeten thermoplastischen Kunststoffe haben allseits bekannte kinematische Zustandsgrößen, die so eingestellt werden können, dass es zu einer vollvolumigen Durchtränkung jedes einzelnen Fadenbündels kommen kann, so dass spätere Endprodukte keine Lufteinschlüsse mehr besitzen.
  • Damit zeigt die Erfindung, dass sie, bislang unbekannt, in der Struktur des Endprodukts auch konstante Gitterwerte aufweisen kann, so dass zuverlässige Voraussagen hinsichtlich der Werkstoffkennwerte getroffen werden können.
  • Da die Erfindung grundsätzlich in allen Ausführungsformen durch Längs- und Querabmessungen definierte Löcher aufweist, die sich zwischen den einzelnen Fadenbündeln befinden, zumindest bevor in einem weiteren Bearbeitungsschritt die Fadenbündel unter den Einflussgrößen Temperatur, Druck und Zeit verpresst werden, kann eine derartige Fadenstruktur auch über ihre Gitterwerte definiert werden.
  • Gitterwerte sind diejenigen Kenngrößen, welche die Größe der Ausnehmungen zwischen den Fadenbündeln definieren, in einem kartesischen Koordinatensystem zum Beispiel die X - oder Y - Werte.
  • Im Falle multidirektional verlegter Fadenbündel gilt dies entsprechend.
  • Von besonderem Vorteil ist neben der Verankerung im Kapillarverbund auch eventuell eine Möglichkeit zur chemischen Verankerung der nachträglich verwendeten Thermoplastkunststoffe und die bereits erwähnte Möglichkeit zur Veränderung der Fadengeometrie im Hinblick auf die Struktur des Endprodukts.
  • Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Es können lediglich zwei sich vorzugsweise senkrecht kreuzende Richtungen für die Fadenbündel vorgesehen sein.
  • Je nach Anforderung an das Endprodukt kann es auch vorteilhaft sein, mehr als zwei Richtungen vorzusehen. Hierfür werden Ausführungsbeispiele gegeben.
  • Von wesentlicher Bedeutung ist aber in jedem Fall, dass in jedem Fadenbündel mindestens so viele Lagen an Einzelfäden vorgesehen sind, und so viel Thermoplastmatrix, dass die in der ursprünglichen Fadenstruktur vorhandenen Seitenabstände zwischen den Fadenbündeln durch Fließen der Einzelfäden in die benachbarten ursprünglich freigelassenen Seitenabstände aufgefüllt werden.
  • Die Herstellung der Fadenstruktur als Rollenbahn bietet fertigungstechnisch die geringsten Kosten pro Längeneinheit und insbesondere auch die Möglichkeit, die Rollenbahn in Form von Zuschnitten zur Weiterverarbeitung vorzubereiten.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1
    das Grundprinzip der Erfindung;
    Fig.2
    eine dreidimensionale Ansicht der Erfindung, hier in Form eines Gewebes;
    Fig. 3
    eine vergrößerte Ansicht eines Fadenbündels;
    Fig. 4
    eine in mehr als zwei parallelen Richtungen verlegte Anordnung von Fadenbündeln;
    Fig. 5
    schematische Darstellung des Fließvorgangs;
    Fig. 6
    Aufmachung der Fadenstruktur, Zuschnitt, Endprodukt.
  • Sofern im Folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung für alle Figuren.
  • Die Figuren zeigen eine Fadenstruktur 1 mit zueinander Richtungsparallel verlegten Fadenbündeln 2, 3, 4; 2′ ,3′ ,4′; 2ʺ ,3ʺ ,4ʺ.
  • Wesentlich ist, dass zwischen den jeweils parallel verlegten Fadenbündeln in einer Richtung quer dazu Abstände bestehen, in denen sich keinerlei Material befindet, und dies jeweils quer zu allen Verlegerichtungen, in denen die jeweiligen Fadenbündel verlegt sind.
  • Es handelt sich um ein offenes Gewebe, allerdings ist auch durchaus ein Gelege möglich oder eine andere Form des jeweils flächigen Endprodukts der Fadenstruktur ohne Beschränkung der Erfindung hierauf.
  • Insoweit gilt die Erfindung auch für zum Beispiel unidirektional verlegte Fadenbündel, bei denen lediglich quer zur Richtung der verlegten Fadenbündel signifikante Abstände im Sinne der Erfindung bestehen.
  • Unidirektional verlegte Fadenbündel könnten in diesem Falle durch gelegentlich quer verlaufende Hilfsfäden zueinander fixiert werden.
  • Aus diesem Produkt der Fadenstruktur lassen sich durch einen nachgelagerten Prozess, zum Beispiel durch Spritzgießen oder Umformungen unterschiedlichst aufbereitete Bauteile für alle möglichen industriellen Anwendungen fertigen.
  • Wesentlich ist insoweit, dass die Fadenstruktur vollständig und gleichmäßig mit einer thermoplastischen Matrix formschlüssig durchtränkt ist und dass sich die Fadenbündel relativ zueinander nicht mehr bewegen können, nachdem die Fadenstruktur entsprechend vorkonsolidiert wurde. Vorkonsolidierung in diesem Sinne heißt, dass eine Dimensionsstabilität der Gitterstruktur mit den darin befindlichen Öffnungen erzielt werden muss.
  • Dies ist durch an sich bekannte Herstellverfahren wie Herstellung eines Geleges, eines Gewebes oder dergleichen Stand der Technik.
  • Wie insbesondere Fig.3 zeigt, sind die Fadenbündel 2,3,4; 2′ ,3′ ,4′; 2ʺ ,3ʺ ,4ʺ von der Thermoplastmatrix 6 vollständig durchsetzt.
  • Jedes Fadenbündel besteht aus einer Vielzahl gezeigter Einzelfäden 5, die in die vollvolumige Thermoplastmatrix eingebettet sind.
  • Dabei verbindet die in jedem Fadenbündel vorhandene Thermoplastmatrix an den Verbindungsstellen des Gewebes/Geleges die paarweise sich kreuzenden Fadenbündel dimensionsstabil miteinander, so dass sich aus der Fadenstruktur gefertigte Halbzeuge passgenau auf das jeweilige Endprodukt hin bezogen beliebig zuschneiden lassen.
  • Dies bietet den Vorteil, dass es für den Endanwender leicht möglich ist, dass Halbzeug als Zuschnitt zielgenau im Endprodukt zu positionieren, ohne dass sich die Grundstruktur des Geleges/Gewebes in der Weiterverarbeitung verändert.
  • Zur Erzielung eines homogenen Verlegebildes der jeweiligen Fadenbündel im Endprodukt wird vorgeschlagen, dass die Fadenbündel in jeder Richtung gleiche Breite und gleiche Dicke aufweisen.
  • Vorgeschlagen wird für ein Ausführungsbeispiel, dass die Gewebe- bzw. Gelegekonstruktionen einen Fadenabstand von mehr als 2 mm aufweisen und je nach Anforderungsprofil für das Endprodukt rechtwinklig und/oder in verschiedenen Richtungen biaxial und/oder multiaxial angeordnet werden.
  • Das ist allerdings keine Beschränkung der Erfindung. Insofern sind alle technisch sinnvollen Gitterstrukturen mit entsprechenden Längs - und Querabmessungen der Abstände zwischen den Fadenbündeln von dem Patentanspruch mit erfasst.
  • Wie insbesondere Fig. 3 auch zeigt, weist jedes Fadenbündel mehrlagig angeordnete Einzelfäden 5 auf, die sich mehr oder weniger gleichmäßig im Fadenbündel verteilen und von der Thermoplastmatrix bündig und vollvolumig umschlossen werden.
  • Aus diesem Grunde besitzen die Fadenbündel eine Breite 9 und eine Höhe 10, so dass in jedem Fadenbündel so viele Lagen an Einzelfäden untergebracht werden können und so viel Thermoplastmatrix diese Einzelfaden umschließen kann, dass bei Pressen der Fadenstruktur unter den bekannten Parametern Druck, Temperatur und Zeit die ursprünglich vorhandenen Parametern Druck, Temperatur und Zeit die ursprünglich vorhandenen Abstände 7,8 zwischen den einzelnen Fadenbündeln durch Fließen der Einzelfäden 5 in die benachbarten ursprünglich freigelassenen Abstände 7,8 aufgefüllt werden.
  • Es ist bei diesem Vorgang wesentlich, dass im Prozess der Nachbearbeitung zur Herstellung des Endprodukts 14 so viel Druck, Temperatur und Zeit auf die ursprünglich vorhandene Struktur ausgeübt wird, dass die vorhandene Thermoplastmatrix sich zumindest in die ursprünglich freigelassenen Abstände 7,8 unter Mitnahme der in ihr eingebetteten Einzelfäden 5 verdrücken kann, so dass im Endeffekt ein dreidimensional geformtes Endprodukt entsteht mit gleichmäßig eingelagerten Einzelfäden aus den ursprünglichen Fadenbündeln stammend.
  • Ergänzend hierzu zeigt die Fig.6 die Aufmachung der erfindungsgemäßen Fadenstruktur als Rollenbahn 12, die beispielsweise zur Herstellung von Zuschnitten 13 dienen kann, die nach entsprechender 3-D Verformung als Endprodukt verarbeitet werden können, hier zum Beispiel als Dosendeckel 14.
  • Weiterhin soll ausdrücklich erwähnt sein, dass die Fadenstruktur auch in Form einer Aufmachung in Carbon- Look herstellbar ist, um ggf. entsprechende Kundenkreise bedienen zu können.
  • Die Erfindung hat ferner die überraschende Feststellung ermöglicht, dass nicht nur allein thermoplastische Kunststoffe Verwendung finden können, sondern auch duroplastische Kunststoffe.
  • Dies zeigte sich insbesondere bei duroplastischen Kunststoffen von lediglich geringer Dicke, da diese ― entsprechend geringe Dickenabmessung vorausgesetzt- beim Aushärten elastisch bleiben.
  • Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fadenstruktur, welches sich als vorteilhaft herausgestellt hat.
  • Bei diesem Verfahren, welches für alle bereits genannten Ausführungsbeispiele gilt, wird zunächst einmal eine Zwischenstruktur eines flächigen Gebildes, wie zum Beispiel ein Gewebe oder ein Gelege erzeugt, wobei die Fadenbündel der anschließend gewünschten Fadenstruktur entsprechend verlegt werden sollen.
  • Diese Zwischenstruktur wird dann mit einem verflüssigten Kunststoff, der sowohl theormoplastisch als auch duroplastisch sein kann, so reichlich beaufschlagt, dass nach der Beaufschlagung der überschüssige Kunststoff entfernt werden muss.
  • Dabei wird dieser überschüssige Kunststoff jedoch lediglich so weit entfernt, dass jedes Fadenbündel von verbleibendem Kunststoff volumenfüllend satt durchsetzt bleibt.
  • Auf diese Weise ist sichergestellt, dass jedes einzelne Fadenbündel einen Verbundwerkstoff für sich bildet mit einer Kunststoffmatrix, die praktisch frei von Lufteinschlüssen ist und auf diese Weise der Fadenstruktur in jeder Hauptrichtung der verlegten Fadenbündel erhebliche Festigkeitseigenschaften gibt.
  • Noch während die ursprünglich verflüssigten Kunststoffe flüssig sind, werden die unerwünschten Zuvielmengen durch geeignete Maßnahmen mechanisch oder aerodynamisch von der Zwischenstruktur entfernt.
  • Dies kann zum Beispiel über Rollenpaare oder Querblasströme erfolgen.
  • Danach sind zumindest einmal die zwingend vorgesehenen Löcher zwischen den einzelnen Fadenbündeln frei.
  • Sollte der ursprünglich verflüssige Kunststoff noch nicht abgetrocknet sein, wird empfohlen, die so vorbereitete Gitterstruktur einer anschließenden Trocknung zu unterziehen, dies kann berührungslos, zum Beispiel durch Infrarotheizung oder dergleichen in einem Ofen oder unter einem Infrarotstrahler erfolgen, so dass anschließend das getrocknete fertige Produkt, die erfindungsgemäße Fadenstruktur, aufgerollt werden kann, um so zur Rollenaufmachung zu werden.
  • Erstaunlicherweise hat sich gezeigt, dass auch eine mit duroplastischem Kunststoff durchsetzte Fadenstruktur aufrollbar ist.
  • Die geringe Dicke des duroplastischen Kunststoffs auf der Fadenstruktur lässt eine hohe Biegsamkeit zu, ohne dass Bruchgefahr besteht, obwohl es ein duroplastischer Kunststoff ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Fadenstruktur
    2
    Fadenbündel, horizontal
    3
    Fadenbündel
    4
    Fadenbündel
    2′
    Fadenbündel, vertikal
    3′
    Fadenbündel, vertikal
    4′
    Fadenbündel, vertikal
    Fadenbündel, diagonal
    Fadenbündel, diagonal
    Fadenbündel, diagonal
    5
    Einzelfaden
    6
    Thermoplastmatrix
    7
    Abstand zwischen 2,3,4
    8
    Abstand zwischen 2′ ,3′ ,4′
    9
    Breite
    10
    Dicke
    11
    Fließvorgang
    12
    Rollenbahn
    13
    Zuschnitt
    14
    Dosendeckel

Claims (12)

  1. Fadenstruktur (1) mit zueinander richtungsparallel verlegten Fadenbündeln (2, 3, 4); (2′, 3′, 4′); (2ʺ, 3ʺ, 4ʺ), die aus Einzelfäden zusammengesetzt sind und sich gegenseitig kreuzend unter Bildung von quer zu ihrer jeweiligen Verlegerichtung ausgebildeten Abständen zum jeweils benachbarten Fadenbündel verlegt sind, wobei lediglich die Fadenbündel (2, 3, 4); (2′, 3′, 4′); (2ʺ, 3ʺ, 4ʺ) unter Freilassung der Abstände (7,8) dazwischen nach Art eines Verbundwerkstoffs mit einer Thermoplastmatrix versehen sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jedes Fadenbündel (2, 3, 4); (2′, 3′, 4′); (2ʺ, 3ʺ, 4ʺ) mehrlagig verlegte Einzelfaden aufweist und dass
    an jedem Fadenbündel (2, 3, 4); (2′, 3′, 4′); (2ʺ, 3ʺ, 4ʺ) so viele Lagen an Einzelfäden (5) vorgesehen sind und so viel Thermoplastmatrix (6), dass bei Pressen der Fadenstruktur unter den bekannten Parametern Druck, Temperatur und Zeit die ursprünglichen Abstände (7,8) zwischen den einzelnen Fadenbündeln (2, 3, 4); (2′, 3′, 4′); (2ʺ, 3ʺ, 4ʺ) durch Fließen (11) der Einzelfäden (5) in die benachbarten ursprünglich freigelassenen Abstände (7,8) aufgefüllt werden.
  2. Fadenstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenbündel (2′ 3′ 4); (2ʺ 3" 4′); (2‴ 3‴ 4ʺ) von der Thermoplastmatrix (6) satt durchsetzt sind.
  3. Fadenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenbündel (2, 3, 4) und (2′, 3′, 4′) in lediglich zwei sich kreuzenden Richtungen vorgesehen sind.
  4. Fadenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenbündel (2, 3, 4); (2′, 3 ′, 4′); (2ʺ, 3ʺ, 4ʺ) in mehr als zwei sich kreuzenden Richtungen vorgesehen sind.
  5. Fadenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenbündel (2, 3, 4); (2′, 3′, 4′); (2ʺ, 3ʺ, 4ʺ) in jede Richtung gleiche Breite (9) und gleiche Dicke (10) aufweisen.
  6. Fadenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenstruktur (1) als Rollenbahn (12) aufgemacht ist.
  7. Fadenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenstruktur (1) Carbon-Look Aufmachung hat.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Fadenstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erzeugung eines flächigen Gebildes als Zwischenstruktur, welches anschließend der Fadenstruktur (1) entspricht, die Zwischenstruktur mit einem verflüssigten Kunststoff so reichlich beaufschlagt wird, dass nach der Beaufschlagung der überschüssige Kunststoff lediglich so weit entfernt wird, dass jedes Fadenbündel (3, 4) von verbleibendem Kunststoff volumenfüllend satt durchsetzt bleibt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der überschüssige Kunststoff durch ein parallel zur Bewegungsbahn der Fadenstruktur (1) beidseits zu dieser angeordnetes Rollenpaar abgequetscht wird und dass vor der anschließenden Trocknung ein Querblasstrom auf das Zwischenprodukt gelenkt wird, um die zwischen den Fadenbündeln jeweils befindlichen Löcher freizumachen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abquetschvorgang die Thermoplastmatrix durch eine vorzugsweise berührungslose Trocknung verfestigt wird
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung mittels einer Infrarotquelle erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadenstruktur nach der Trocknung einer Aufrollstation zugeführt wird, wo sie zu einer Rolle aufgewickelt wird.
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