NO316324B1 - Spredemikset komposittfiber - Google Patents

Description

Innledning.

Oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å fremstille komposittfiber med en forbedret fordeling av strukturelle fibre, f eks filamenter av karbon, bor, aramid eller tilsvarende, og matnsefibre, f eks filamenter av termoplast

Kjent teknikk.

En metode for vakuum-injisenng av resin i strukturelle fibre kalles "Scrimp"-metoden, hvor det ved hjelp av vakuum suges resin inn i et "layup" av strukturelle fibre, for eksempel glassfiber eller karbonfiber, under en vakuumduk krever at resin er i flytende form før det kommer i kontakt med de strukturelle fibre En mer avansert og renere løsning er å anvende en "commingled fibre"-duk som består av strukturelle fibre og smeltefibre av f eks termoplast, og legge denne duken rett i formen og vakuumsmelte det hele slik at smeltefibrene smelter og omslutter de strukturelle fibrene, hvorpå et fiberkomposittemne er dannet og kan kjøles eller på annen måte herdes og deretter tas ut av formen

Det første motholdte dokument D1 NO 1989 4117 "Fremgangsmåte og innretning av en tråd eller en bane av armenngsfibre og et termoplastisk organisk materiale", beskriver trekking av glassfiber direkte fra et bad av smeltet glass, og trekking av "våte" tråder av fiber av organisk materiale

Karbonfiberftlamentene det arbeides med i foreliggende søknad er av diameter mellom 5 og 20 my, og i den foretrukne utførelse av f eks karbon, bor eller aramid Den strukturelle fiber skat benyttes i en prosess hvor den føres sammen med en tilsvarende bunt av termoplastmatenale med filamentdiameter i området 10-40 my

Motholdt dokument D1, NO 1989 4117 beskriver i innledningen at mekaniske egenskaper ved et komposittmatenafe er en funksjon av kvaliteten j sammenføyningen som foreligger mellom det organiske materialet og fibrene som forsterker dette Omhylling av fibrene med organisk materiale ses som tungvindt Det beskrives i D1 på side 5, linje 9, at "de organiske fibre eller tråder kan trekkes eller føres med i flere forheng Disse stammer fra et antall utgangspunkter, for eksempel på sirkelbuer eller ringdeler Som tidligere tilsvarer disse punktene enten en endring i bevegelsesveien for trådene eller ektrudenngsmunninger for fibrene De forskjellige duker konvergerer mot sammenføringspunktet med forsterkningsfibrene"

Det fremgår ikke av dokument D1 at man søker å danne et bredt bånd, men at fibrene etter sammenføyning samles til en kompositt-tråd eller bånd I figur 11 D1 fremgår det at polymerdysen 10 danner paralleltløpende polymerfibre, men at glassdysen 15 danner glassfibre som samles til fire bunter som samles i fire hakk i en kam 19 til fire tråder, før glassbuntene møter polymerfibrene Videre, etter sammenføyningen i D1, blir den forente fiberbunt smalnet ytterligere av ved å føre den gjennom et hakk 24 i en sammenføyningsmnretning 23 Det er altså ikke tale om å danne et bredest mulig komposittbånd Foreliggende oppfinnelse sørger, i motsetning til D1, for å spre buntene over ruller før sammenføyningen av de resulterende brede, bånd med liten tykkelse i forhold til bredden

Det fremgår ikke av D1 at man lar komposittbåndet beholde en stor bredde i forhold til tykkelsen Tvert imot viser figurene 2, 3, 4 og 5 alle at det er tale om sterk konvergens av filamentene, som alle samles fra en spredt tilstand til en kompositt-tråd eller et smalt komposittbånd, altså i direkte motsetning til foreliggende oppfinnelse som sprer bunter av henholdsvis armenngsfiber og matnsefiber til et bredt komposittbånd

Vi kan ikke se at problemstillingen med å få matrisefiberfilamenter til å smette inn mellom armeringsfiberfilamenter eller vice versa er en problemstilling som løses i dokument D1 I foreliggende oppfinnelse løses dette ved at buntene av de to typer filamenter spres til brede bånd over flere ruller før de to typer brede bånd varmes og føres sammen over en kollektorrulle og beholder sin store bredde under og også etter sammenfønngen Dette sikrer en god blanding av de to filamenttyper etter sammenfønngen, slik som illustrert i figur 61 søknaden

Det motholdte dokument D2, NO 1998 0939, "Innretning for fremstilling av et kompositt-gam", omfatter også ekstrudenng av glassfiber, og karakteriseres ved en optisk innretning for detektenng av et ark med termoplastiske filamenter som løper gjennom et definert område mellom trekkeinriretninger, og hvor den optiske innretningen er forbundet med en krets som kontrollerer rotasjonshastigheten for minst en av tromlene Figur 1 i D2 viser klart samling av glassfiber og matnsefiber til en samlet tråd 20 over et hakk 19 før tråden 20 vikles opp på en spole 21

Det motholdte dokument D3, norsk patent NO 175 683, "innretning for fremstilling av en kompositt-tråd bestående av armeringsfibre og et organisk termoplastisk materiale" viser også trekking av glassfiber og termoplastisk materiale som samles over en smal passasje til en tråd

Det motholdte dokument D4, "Fremgangsmåte og innretning for fremstilling av en komposittråd" viser likeledes samtidig trekking av glassfilamenter og termoplastfilamenter, og endelig samling av disse til en tråd Heller ikke i D4 er formålet å beholde et komposittbånd med stor bredde i forhold til tykkelsen D4 sier på side 7, linje 30 "fig 4a, b og c skjematisk viser tverrsnitt gjennom komposittråder som er fremstilt ifølge oppfinnelsen og i henhold til tidligere teknikker" Det er klart at figur 4a, b og c i D4 viser tverrsnitt av så godt som helt runde kompositt-tråder, hvilket ikke er et formålstjenlig produkt ifølge foreliggende søknad Det hevdes videre i D4, side 13, linje 14, at "Man ser en homogen fordeling av de termoplastiske filamenter 25 og av glassfilamentene 26" Vi tillater oss å si at fordelingen ikke er homogen, men tross alt mindre inhomogen enn i fig 4b og fig c, og således representerer et fremskritt Men resultatet kan ikke benyttes for søkerens formål, nemlig å fremstille brede, tynne bånd av komposittmateriale av karbon og termoplast, vist i tverrsnitt i vår søknads figur 6

Det motholdte dokument D5, norsk patent NO 303 073 "Fremgangsmåte og apparatur for fremstilling av en kompositt-tråd", altså dreier det seg også her om samling av filamenter som i utgangspunktet er spredt, til en tråd med rundt tverrsnitt og svak homogenisenngsgrad

Det motholdte dokument D6, som er en utskrift av Derwent World Patent Index, US patentsøknad 7/917 652 beskriver en polarisering av en tørr bunt for spredning av buntens filamenter før buntens inngang i et hmbad av motsatt ladning, slik at filamentene tiltrekkes limet

Det motholdte dokument D7 US 4 799 985, omhandler en prosess for å preparere fibertau som formes til polymere plastkompositter Prosessen omfatter trinnene med (a) å danne et tau av sterke filamentmatenaler, (b) dannelse av et termoplastisk polymer fibertau, (c) å blande de to tauene, og (d) å trekke ut det blandede tauet for videre bruk

I motholdets kolonne 11 og 12 beskrives det at et armenngsfibertau 1 rulles ut og ledes gjennom en fiberleder 3 til en Godet-rull 4 som er synkronisert med en noe langsommere Godet-rull 11 slik at fibrene slakkes og blir spenningsfne Individuelle tråder av termoplastfiber vikles av spoler 2 og sendes gjennom en annen fiberleder 3 over den første Godet-rullen 4 Imidlertid blandes ikke fibrene på den første Godet-rullen, men armeringsfibrene sendes for seg gjennom en fiberleder 5 til en gass-fiberspredeboks 40 sprer armeringsfibrene i sideveis retning Termoplastfibrene ledes fra den første Godet-rullen 4 til en annen prosess gjennom en annen fiberleder 5 Etter gass-fiberspredeboksen 40 blandes armenngsfibrene og matnsefibrene (som var spredt i utgangspunktet) over en stillestående stang 8 En ulempe ved D7 er at det er beskrevet en vridning av det fremstilte bånd en halv gang per 0,91 m av båndet En slik vridning av båndet er i direkte motsetning til foreliggende oppfinnelse, hvor det tilstrebes så lite vridning som mulig i det dannede bånd, for å bibeholde armeringsfibrenes styrke

De motholdte patentskriftene D8 US 4818318, "Method of forming composite fiber blends", D9 US 4871491, "Process for preparing composite articles from composite fiber blends" og D10 US 4874563, "Process for preparing tows from composite fiber blends", alle med Paul Mc Mahon, Tai-Shung Chung som oppfinnere, som i D7, beskriver varianter av det amerikanske patentskriftet D7, med samme tegninger og med stort sett like beskrivelser som D7

I den foreliggende oppfinnelsen hvor det tilstrebes dannelse av et komposittbånd hvor struktur- og matrise-filamentene er godt blandet men ikke vridd over hverandre / tvunnet og således parallelle, og at komposittbåndet beholder en stor bredde i forhold til tykkelsen i den videre oppvikhng eller bruk av komposittbåndet I motsetningen til gass-fiberspredeboksen 40 i motholdet skjer spredningen av armeringsfibrene i foreliggende oppfinnelse ved å la bunten (9) av strukturelle filamenter (1) løpe over ruller 211, 212, 223 som vist i Fig 1 til bunten er omdannet til et bredt bånd (6) som vist i Fig 2 Tilsvarende skjer det en spredning av matnsefiberfilamenter fra en bunt (10) som løper ut over ruller 231, 232, 244 til et bredt bånd (7) Disse samles i motsetning til motholdets stenger over en rulle 3

EPP 0 033 244 legger en matrise utenpå en fiber ved å la fiberen passere gjennom en ekstrusjonspresse eller et bad med smeltet termoplastmatenale

US-patent 5 425 796 og US 5 011 523 gjelder begge fremstilling av glassfiberfilamenter og termoplastfilamenter som las løpe sammen til en tråd som har en relativt dårlig fordeling av glassfiber med et omkringliggende dekke av termoplastfilamenter, se fig 3 a, b og c i angjeldende US-patent US

5 011 523 viser også at den ferdige kompositt-tråd kappes i korte biter, noe som gjør ftberstrukturen i tråden uegnet for av komposittemner til bærende konstruksjoner som krever høyest mulig styrke i forhold til vekt Karbonfiber kan i motsetning til de viste US-patenter ikke dras rett ut av en smelte, men må dannes gjennom en noe mer kompleks prosess hvor en precursor-tråd, for eksempel av acrylfiber, dras gennom en høytemperatur-ovn hvor den forkulles til en ikke-smeltbar karbonfiber, som er ett av de ønskede utgangspunktene for foreliggende oppfinnelse

PCT/FR97/01184 viser ekstrudenng av glass og dannelse av termoplastbelagt glassfibertråd, og vikling av det ferdige materialet på en spole

US 3 091 018 belegger også en glassfibertråd med resinfiber ved oppvarming, hvor det dannes en kappe av resinfiber utenpå glassfibertråden Hensikten er ikke en homogen fordeling av glass og resinfiber, men en kjerne av det ene materialet

DE 2018019 sammenkjører to filamenter av to forskjellige fibertyper i en kam og kjøres over på ruller som er stilt 90 grader på tvers av kammens plan, og som således samler planet til en tråd

EP 0 182 335 beskriver to garn som vris eller "tvistes" og som derved ikke har de ønskede egenskaper for foreliggende oppfinnelses brede bånd som skal være hovedsakelig uten vridning for å unngå svakheter i karbon- bor- eller aramid-filamentene i det ferdige komposittmateriale, og som må være mest mulig uten vridning for å unngå kryssede strukturfiberfilamenter og matnsefiberfilamenterfør sammenfønng for å oppnå en best mulig fordeling og blanding av disse to typene filamenter

DE 36 34 904 viser glassfiber som trekkes fra en smelte hvorfra glassfiberfilamenter løper inn på en rulle hvor den blir påført seis, og så løper den seisede glassfibertråden mn i et rotasjonskammer hvor fiberen slynges og påføres en vridning, hvorpå den vndde tråden av mange filamenter vikles på en spole

US 4 539 249 tvinner først en grafittfiber og omspinner så tråden av grafittfiber med en resinfiber slik at det dannes et enkelt garn som kan veves til hybride duker for bruk i en form hvor smeltestoffet kan varmes opp og danne et resin-grafittlaminat Den uønskede tvinning av grafittfiberen svekker grafittfilamentene i et komposittfiberemne som bygges ut av en tråd dannet ifølge US-patentet

Problemstilling.

Forekomst av "reir" hvor strukturelle fibre ikke er i kontakt med resin, og forekomst av områder med for mye resin og mangel på strukturelle fibre, gir et svekket komposittfibermatenaie

Den strukturelle fiber kan foreligge som en ganske løs bunt av for eksempel 1000 til 100 000 filamenter, for eksempel av karbon, bor, aramid, keramisk stoff eller metall, hvor bunten vanligvis foreligger viklet uten vridning ("non-twisted") på en spole Diameteren av hvert enkelt filament kan være 5 til 20 my

Den strukturelle fiber skal benyttes i en prosess hvor den føres sammen med en tilsvarende bunt av matrisefiber av termoplast-matenale som PP, PET, PBT, PEN, PS, PEEK eller andre Filamentenes antall i bunten kan være 1000

-100 000 filamenter med en diameter for eksempel i området 10 - 40 my

Det er to vesentlige problemer ved sammenfønng av bunter av strukturelle fibre med bunter av matnsefibre

Det ene problemet er at dersom man fører sammen bunten med strukturelle fibre med bunten med matnsefibre, oppstår en komposittfiberbunt hvor det ikke nødvendigvis foreligger noen jevn fordeling av strukturelle fibre og matnsefibre, men at de respektive materialer legger seg i tynnere bunter av strukturelle filamenter og matrisefilamenter som er dårlig fordelt på filamentnivå Spesielt karbonfiberbunter kan ha svært tynne filamenter som ligger tett og som kan være vanskelige å skille fra hverandre for av matrisefilamenter eller inntrengning av smeltet matrisemateriale En årsak til dette at matrisefilamenter ikke klarer å legge seg mellom karbonfilamentene kan være karbonfilamentenes mindre diameter og deres høye stivhet

Det andre problemet spesielt ved bruken av karbonfiber, er at filamentene bør ligge rettest mulig, uten knekk eller bukter på fibrene Et avvik i retthet for ett enkelt fiberfilament med mer enn halve fitamentets diameter kan medføre vesentlig reduksjon i filamentets kompresjonsmodulus og kompresjonsstyrke, samt andre kompresjonsegenskaper, og også strekkmodulen, strekkstyrken og bruddtøyning, både kompresjonsbruddtøyning og strekkbruddtøyning

Det er altså ønskelig å oppnå en jevn fordeling av strukturelle filamenter og matrisefilamenter Det er ytterligere ønskelig at spesielt de strukturelle filamentene er rettest mulig for å unngå knekk på filamentene Dersom filamentene ligger rett vil også fordelingen og blandingen av strukturelle fibre og matnsefibre kunne skje lettere

Kort sammenfatning av oppfinnelsen

En løsning på de ovennevnte problemer er en fremgangsmåte for å fremstille komposittfiber med en forbedret fordeling av ikke-smeltbare strukturelle fibre av karbon, bor eller aramid, og matrisefiberfilamenter av termoplast, for eksempel PET, PP, PCB, PEEK, omfattende følgende trinn

spredning av minst en bunt av strukturelle filamenter som føres over flere ruller til minst ett første bredt bånd med minst en flatside og med en

tykkelse tilsvarende en eller et lite antall strukturelle filamenter, hvor spredningen av bunten av strukturelle fibre danner hovedsakelig parallelt løpende og kontinuerlige strukturelle filamenter,

spredning av minst en bunt av matrisefilamenter som føres over flere andre ruller til minst et andre bredt bånd med minst en flatside og med en tykkelse tilsvarende en eller et lite antall matrisefilamenter, hvor spredningen av bunten av matrisefilamenter danner hovedsakelig parallelt og kontinuerlig løpende matrisefilamenter,

hvor det nye og oppfinnenske ved oppfinnelsen omfatter følgende trinn

at minst ett av båndet med strukturelle filamenter eller båndet med matrisefilamenter varmes før sammenfønngen av båndene slik at filamentene hefter i det minste delvis sammen etter sammenfønngen, slik at komposittbåndet gjøres i det minste delvis konsolidert, og

at man fører det første båndet med den minst ene flatsiden mot det andre båndets minst ene flatside sammen over minst en kollektorrulle for å danne et komposittbånd hvor man lar komposittbåndet beholde en stor bredde i forhold til tykkelsen, og hvor man unngår å vri komposittbåndet i den videre oppvikhng eller bruk av komposittbåndet

Oppfinnelsen er også et komposittfiber med en forbedret fordeling av ikke-smeltbare strukturelle fibre av karbon, bor eller aramid, og matrisefiberfilamenter av termoplast, for eksempel PET, PP, PCB, PEEK, hvor det nye ved oppfinnelsen er følgende trekk

at den er fremstilt ved sammenløping i samme retning av et første strukturfilament-bånds minst ene flatside mot minst et andre termoplastisk matnsefilament-bånds minst ene flatside til et komposittbånd, hvor man lar komposittbåndet beholde en stor bredde i forhold til tykkelsen i den videre oppvikhng eller bruk av komposittbåndet,

hvor minst en bunt av strukturelle filamenter er spredt ved å la det løpe over ruller til minst et første bredt bånd med den minst ene flatside og med en tykkelse tilsvarende en eller et lite antall strukturelle filamenter, hvor spredningen av bunten av strukturelle fibre danner hovedsakelig parallellt løpende og kontinuerlige strukturelle filamenter,

hvor minst en bunt av matrisefilamenter er spredt til minst et andre bredt bånd med dets minst ene flatside og med en tykkelse tilsvarende en eller et lite antall matrisefilamenter, hvor spredningen av bunten av matrisefilamenter danner hovedsakelig parallellt og kontinuerlig løpende matrisefilamenter

Fordeler ved oppfinnelsen

Ved oppfinnelsen kan man oppnå en jevn fordeling av strukturelle filamenter og matrisefilamenter Det er ved oppfinnelsens fremgangsmåte mulig å oppnå at spesielt de strukturelle filamentene ligger rett for å unngå knekk på filamentene, og at de innbakte fiiamentenes trykkfasthet på mikronivå dermed summerer seg opp til en trykkfasthet tilsvarende deres antall også på makronivå for komposittmaterialet Ved at filamentene ligger rett og parallellt vil også fordelingen og blandingen av strukturelle fibre og matnsefibre skje lettere, og man oppnår et bånd med svært godt fordelte strukturelle filamenter og matrisefilamenter også helt ned på filament-nivå Dette gir gode laminategenskaper En jevn fordeling av filamenter på mikronivå vil redusere den gjennomsnittlige strømningsveien som hvert enkelt mikrovolum av smeltet matrise behøver å vandre for å finne sin plass i kontakt med strukturelle fibre Dette reduserer prosessenngstiden og impregnenngstiden for hvert enkelt strukturfilament og dermed impregnenngstiden for hele komposittmaterialet

Kort figurbesknvelse

Figurene 1 og 2 illustrerer et sidenss og et plannss av en utførelse av oppfinnelsen med et oppsett med et stativ av spoler med strukturelle fiberbunter og matrisefiberbunter som hver for seg rulles av spolene og rulles over brede ruller og spres til hvert sitt brede bånd inntil de to båndene samles i en prosess ifølge oppfinnelsen til et bredt bånd som da vil være av komposittfiber Figur 3 er et sidenss av de to spredte båndene som løper inn på rullen som kan kalles en kollektor eller samler eller blandestasjon, hvor det dannes et komposittfiberbånd Figur 4 er et tenkt snitt gjennom et slikt komposittfiberbånd, hvor en flatside av det første båndet ligger an mot en flatside av det andre båndet Figur 5 er et tenkt forstørret snitt gjennom et slikt komposittfiberbånd i begynnelsen av sammenfønngsprosessen hvor man ser strukturelle filamenter 1 liggende overfor matrisefilamenter 2 Figur 6 er et tenkt forstørret snitt gjennom et slikt komposittfiberbånd i slutten av eller etter sammenfønngsprosessen hvor man ser strukturelle filamenter liggende fordelt mellom matnsefilamenter

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen.

Figurene 1 og 2 illustrerer i sidenss og i plannss en utførelse av oppfinnelsen med et oppsett med et stativ 16 med spoler 11,12 med strukturelle fiberbunter 9 og spoler 13,14,15 med matrisefiberbunter 10 som hver for seg rulles av spolene og rulles over brede ruller 122, 121, 213, 221, 222, 223 for strukturelle fibre og spoler 231, 232, 241, 242, 243, 244 inntil de hver for seg er spredt til brede, flate bånd som samles i en prosess ifølge oppfinnelsen til et bredt bånd 8 av komposittfiber

Strukturelle filamenter 1 inneholdes i den minst ene strukturelle fiberbunt 9 Rullene 211 til 223 former bunten 9 til et bredere bånd 6 omfattende spredte strukturelle fibre eller fiberfilamenter 1 Matrisefilamenter 2 inneholdes i en matrisefiberbunt 10 Rullene 231 til 244 former bunten 10 til et bredere bånd 7 av spredte matnsefibre eller matrisefilamenter 2 Figur 3 er et sidenss av de spredte båndene 6 og 7 som løper inn på en kollektorrulle 3 hvor det dannes et komposittfiberbånd 8 Kollektorrullen 3 inngår som et sentralt element i oppfinnelsens fremgangsmåte og kan også kalles en samler eller blandestasjon 3 Kollektorrullen fører sammen båndene 6 og 7 til et komposittfiberbånd 8, sammensatt av strukturelle fibre eller strukturelle filamenter 1 og matnsefibre eller matrisefilamenter 2 Man kan anta at båndet 6 med de strukturelle fibre kan føres inn utenpå båndet 7 med matnsefiber fordi de strukturelle fibrene 1 ofte vil være stivere enn matnsefibrene 2 og dermed vil tvinge seg ned mellom disse på grunn av forskjellen i stivhet En stabilisator 4, som ikke er absolutt påkrevet, kan benyttes for å lede for det spredemiksede komposittfiberbåndet 6 inn på en komposittfiberspole 5 for den fremstilte komposittfiberbånd 8, eller komposittfiberbåndet 8 kan ledes direkte inn i en prosess hvor det skal bygges et komposittprodukt

Figur 4 er et tenkt snitt på langs, tidlig i sammenfønngsprosessen, gjennom et slikt komposittfiberbånd 8, hvor en flatside 18 av båndet 6 ligger an mot en flatside 19 av båndet 7 Figur 5 er et forstørret utsnitt på tvers gjennom en del av et slikt komposittfiberbånd 8, her sett i begynnelsen av sammenfønngsprosessen hvor man ser strukturelle filamenter 1 liggende

overfor matrisefilamenter 2 Figur 6 er et tenkt forstørret utsnitt gjennom en del av et slikt komposittfiberbånd 81 slutten av eller etter sammenfønngsprosessen hvor man ser strukturelle filamenter 1 liggende fordelt mellom matrisefilamenter 2 I den sammenførte tilstand kan komposittfiberbåndet være konsolidert ved en delvis smelting av matnsefilamentene slik at disse har heftevne overfor strukturfiberfilamentene, eller båndet kan være ukonsohdert

Vanligvis foreligger den strukturelle fiberbunt 9 fra produsentens side som en spole hvor den strukturelle fiberbunt som ikke er spredt På samme måte foreligger vanligvis en ikke spredt matnsefiberbunt 10 fra produsentens side på en matnsefiberspole Imidlertid kan man tenkes å kreve at produsenten fremstiller strukturelle filamenter 1 som et bredt bånd 6 viklet lagvis i kryss på en spole ved fremstillingen av de strukturelle filamenter, slik at man unngår å måtte spre bunten 9 in situ når den skal føres sammen i foreliggende prosess Tilsvarende kan matrisefibefrilamenter 2 tenkes levert som et bredt bånd 7 på en spole slik at man unngår trinnet med å spre bunten 10 til et bredt bånd 7 før kollektorrullen 3

Oppfinnelsen er altså en fremgangsmåte for å fremstille komposittfiber med en forbedret fordeling av ikke-smeltbare strukturelle fibre av karbon, bor eller aramid, og matnsefiber-filamenter av termoplast, for eksempel PET, PP, PCB og PEEK Det særegne ved fremgangsmåten er følgende trinn

a) spredning av minst en bunt (9) av strukturelle filamenter (1) til minst et første bredt bånd (6) med mtnst en flatside (18) og med en tykkelse tilsvarende

en eller et lite antall strukturelle filamenter (1), hvor spredningen av bunten (9)

av strukturelle fibre danner hovedsakelig parallellt løpende og kontinuerlige strukturelle filamenter (1),

b) spredning av minst en bunt (10) av matrisefilamenter (2) til minst et andre bredt bånd (7) med minst en flatside (19) og med en tykkelse tilsvarende

en eller et lite antall matrisefilamenter (2), hvor spredningen av bunten (10) av matrisefilamenter (2) danner hovedsakelig parallellt og kontinuerlig løpende matrisefilamenter (2), c) at man fører det første båndet (6) og det andre båndet (7) hovedsakelig parallelt og i samme retning, d) at man i den parallelle stilling sammenfører eller lar sammenløpe det første båndet (6) med den minst ene flatside (18) mot minst det andre båndets

(7) minst ene flatside (19) til et komposittbånd (8), hvor man lar komposittbåndet (8) beholde en stor bredde i forhold til tykkelsen i den videre oppvikhng eller bruk av komposittbåndet (8)

Ifølge en foretrukket utførelse lar man komposittbåndet (8) beholde en stor bredde i forhold til tykkelsen før det rulles opp flatt på spolen (5) Imidlertid kan det tenkes at dersom hovedhensikten med prosessen kun er å få en jevnt fordeling av komposittfibrene (1,2) og ønsker å få en tykk bunt med rundt tverrsnitt ut av prosessen, kan det tenkes å samle båndet (8) til en bunt igjen, for eksempel i stabilisatoren 4 og leder for spredemiksede komposittfiber Ifølge den foretrukne utførelse av oppfinnelsen ledes båndet flatthggende inn og rulles opp på rullen 5

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelse dannes det i spredningen av bunten (9) av strukturelle fibre hovedsakelig parallellt løpende strukturelle filamenter (1) Likeledes dannes det i den foretrukne utførelse under spredningen av bunten (10) av matrisefilamenter (2) hovedsakelig parallellt løpende matrisefilamenter (2) Tykkelsen av de strukturelle filamentene (1) og matnsefilamentene (2) er av helst av samme størrelsesorden, og vanligvis slik at de strukturelle filamentene er noe flere og tynnere enn de færre og smeltbare matnsefilamentene, men dette er ikke en betingelse for at fremgangsmåten skal virke

Som en variant kan minst ett av båndet (6) med strukturelle filamenter (1) eller båndet (7) med matrisefilamenter (2) varmes før sammenfønngen av båndene (6,7) slik at båndene hefter helt eller delvis sammen etter sammenfønngen Båndet (7) med matrisefilamenter (2) kan tilføres varme slik at det oppnår delvis smelting eller på annen måte får hefteevne til båndet (6) med strukturelle filamenter (1) Alternativt kan båndet (6) med strukturelle filamenter (1) tilføres varme slik at det ved sammenfønng med båndet (7) med matrisefilamenter (2) overfører varme og delvis smelter båndet (7) med matrisefilamenter (2) eller på annen måte påfører det hefteevne overfor de strukturelle filamenter (1) Fordelen ved å varme båndet (6) med strukturelle fibre er at dette båndet er ikke-smeltbart, og man vil derfor ikke risikere at noen av båndene ryker helt eller delvis før sammenfønngen på kollektorrullen (3) Dersom man tilfører varme til båndet (7) med smeltbare fiamenter (2) foran kollektorrullen (3), risikerer man at ett eller flere av filamentene (2) lokalt kan svekkes og ryke, noe som ville forstyrre prosessen

Ifølge en annen utførelse av oppfinnelsen kan minst ett av båndene (6,7) med strukturelle filamenter (1) eller matrisefilamenter (2) lades før sammenfønngen av båndene, slik at de strukturelle filamentene (1) eller matnsefilamentene (2) spres innbyrdes Dette kan utføres ved å montere børster eller elektroder ved buntene 9,10 og sette på en spenning Båndene (6,7) med strukturelle filamenter (1) og med matrisefilamenter (2) kan lades med motsatte fortegn på ladningene slik at de minst to båndene (6,7) tiltrekker hverandre ved sammenfønngen til ett komposittfiberbånd (8)

Ifølge den foretrukne utførelse av oppfinnelsen er bunten (9) av strukturelle filamenter (1) uten vridning Dette er helt vesentlig for å unngå knekk i de strukturelle filamentene, spesielt karbonfilamenter Bunten (10) av matrisefilamenter (2) bør også være uten vndning, men dette er mindre vesentlig enn at de strukturelle filamentene skal være uten vridning, fordi matnsefilamentene uansett skal smeltes helt eller delvis til slutt Imidlertid kan det være en stor fordel for blandingen av de to båndene (6) og (7) at begge bunter er helt uten vridning, dvs uten kryssende filamenter i særlig grad etter spredning

Ved å benytte fordeling av flere alternerende lag av bånd (6,7) kan man bygge opp et komposittbånd av ønsket struktur og tykkelse, og med en kontrollert fordeling av filamenter

Det kan monteres sensorer for å kontrollere om båndene (6,7) har oppnådd ønsket minste bredde før kollektorrullen (3) Etter kollektorrullen (3) kan det være anordnet ruller (ikke vist) for å ivareta fordelingen og for å oppnå ytterligere blanding av strukturelle filamenter (1) og matrisefilamenter (2) Disse rullene kan bidra til bedre å styre båndet (8) inn på komposittfiberspolen (5) eller en større coil, eller for å lede båndet (8) inn i en ønsket prosess som anvender et slikt komposittfiberbånd som er bedre fordelt innbyrdes Komposittfiberbåndet (8) kan også innsnevres til en bunt igjen, da med sterkt forbedret fordeling av matrisefilamenter (2) og strukturelle filamenter (1)

Forskjellige fibre krever forskjellig oppsett i systemet for å få en passende spredning av filamentene Filamentdiameter-forholdet mellom strukturfiber og matrisefiber er med på å bestemme antall spoler av forskjellig type Vektforholdet mellom fibrene kan defineres innenfor små toleranser basert på tex i hver av spolene

Henvisningstall

1 Strukturelle filamenter i en strukturell fiber /fiberbunt

2 Matrisefilamenter i en matnsefiber / matnsefiberbunt

3 En kollekter eller samler eller blandestasjon

4 Stabilisator og leder for spredemiksede komposittfiber

5 Komposittfiberspole for den fremstilte komposittfiber

6 Spredte strukturelle fibre eller -filamenter 1

7 Spredte matnsefibre eller -filamenter 2

8 Komposittfiber, sammensatt av strukturelle fibre eller -filamenter 1 og matnsefibre eller -filamenter 2

9 Strukturelle fiberbunt fra spole, ikke spredt

10 Matnsefiber fra spole, ikke spredt

11 Strukturell fiber 1 på spole

12 Strukturell fiber på spole

13 Matnsefiber på første spole

14 Matnsefiber på andre spole

15 Matnsefiber på tredje spole

16 Stativ for spoleoppheng

17 strekkstynngssystem, bremseenhet

18 Flatside av bånd med strukturelle filamenter 1

19 Flatside av bånd med restn/matnsefilamenter 2

20 Stativsystem for spoler

21 Skiller for strukturelle fibre og matnsefibre

51 Roterende aksling for å holde spole for komposittfiber

52 Stativ for komposittfiberspoler

53 Spenningsstynng og rotasjonsstynng for spole

54 Styring for fyllmgsmåte for spole

201 Ledeøyne for strukturell fiberbunt, fiberstøtte ut fra spolen 202 Ledeøyne for matnsefiberbunt, fiberstøtte ut fra spolen 211 Første rulle in sprede-rulle system for strukturell fibre 212 andre rulle in spreder-bar system for strukturell fibre

213 tredje rulle in spreder-bar system for strukturell fibre

221 fjerde rulle, hovedspreder unit for strukturell fibre 222 femte rulle, hovedspreder unit for strukturell fibre 223 sjette rulle, hovedspreder unit for strukturell fibre

231 første rulle i matnsefiber spreder-bar unit 232 andre rulle i matnsefiber spreder-bar unit

241 tredje rulle, hoved spreder-bar unit for matnsefiber 242 fjerde rulle, hoved spreder-bar unit for matnsefiber 243 femte rulle, hoved spreder-bar unit for matnsefiber 244 Rulle for å lede spread matnsefiber mot kollektorrullen 5 246 plasmapåfønngsapparat for å skyte plasma på strukturelle fiberfilamenter (1)

Claims (8)

1 Fremgangsmåte for å fremstille komposittfiber med en forbedret fordeling av ikke-smeltbare strukturelle fibre av karbon, bor eller aramid, og matnsefiberfilamenter av termoplast, for eksempel PET, PP, PCB, PEEK, omfattende følgende trinn spredning av minst en bunt (9) av strukturelle filamenter (1) som føres over flere ruller (211, 212, 213, ) til minst ett første bredt bånd (6) med minst en flatside (18) og med en tykkelse tilsvarende en eller et lite antall strukturelle filamenter (1), hvor spredningen av bunten (9) av strukturelle fibre danner hovedsakelig parallelt løpende og kontinuerlige strukturelle filamenter (1), spredning av minst en bunt (10) av matrisefilamenter (2) som føres over flere andre ruller (231, 232, 241, ) til minst et andre bredt bånd (7) med minst en flatside (19) og med en tykkelse tilsvarende en eller et lite antall matrisefilamenter (2), hvor spredningen av bunten (10) av matrisefilamenter (2) danner hovedsakelig parallelt og kontinuerlig løpende matrisefilamenter (2), karakterisert ved at minst ett av båndet (6) med strukturelle filamenter (1) eller båndet (7) med matrisefilamenter (2) varmes før sammenfønngen av båndene (6,7) slik at filamentene (1, 2) hefter i det minste delvis sammen etter sammenfønngen, slik at komposittbåndet (8) gjøres i det minste delvis konsolidert, og at man fører det første båndet (6) med den minst ene flatsiden (18) mot det andre båndets (7) minst ene flatside (19) sammen over minst en kollektorrulle (5) for å danne et komposittbånd (8) hvor man lar komposittbåndet (8) beholde en stor bredde i forhold til tykkelsen, og hvor man unngår å vri komposittbåndet (8) i den videre oppvikhng eller bruk av komposittbåndet (8)

2 Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor tykkelsen av de strukturelle filamentene (1) er mindre enn tykkelsen av matnsefilamentene (2)

3 Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor antallet av de strukturelle filamentene (1) er større eller likt antallet av matnsefilamentene (2)

4 Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor båndet (6) med strukturelle filamenter (1) tilføres varme slik at det ved sammenfønng med båndet (7) med matrisefilamenter (2) overfører varme og delvis smelter båndet (7) med matrisefilamenter (2) eller på annen måte påfører det hefteevne overfor de strukturelle filamenter (1) slik at komposittbåndet (8) gjøres helt eller delvis konsolidert

5 Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor minst ett av båndene (6,7) med strukturelle filamenter (1) eller matrisefilamenter (2) lades elektrostatisk før sammenfønngen av båndene, slik at de strukturelle filamentene (1) eller matnsefilamentene (2) kan spres innbyrdes på grunn av lik ladning

6 Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor båndene (6,7) med strukturelle filamenter (1) og med matrisefilamenter (2) lades med motsatte elektrostatiske ladninger slik at båndene (6,7) tiltrekker hverandre ved sammenfønngen til et komposittfiberbånd (8)

7 Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor bunten (9) av strukturelle filamenter (1) er uten vridning før spredeprosessen over rullene påbegynnes

8 Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor bunten (10) av matnsefilamenter (2) er uten vridning før spredeprosessen over rullene påbegynnes