WO2002063083A1 - Maschenware aus polyamidgarnen zur herstellung von schichtverbundkörpern, sowie deren verwendung - Google Patents

Maschenware aus polyamidgarnen zur herstellung von schichtverbundkörpern, sowie deren verwendung Download PDF

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Max Kurt
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Definitions

  • Knitted fabric made of polyamide yarns for the production of composite layers, and their use.
  • the invention relates to a knitted fabric made of polyamide yarns for the production of layered composite bodies which are formed from unidirectionally oriented filament yarns, consisting of a matrix yarn and a reinforcement, and the use thereof.
  • Knitted fabrics are to be understood in particular as knitted fabrics, knitted fabrics, warp or weft knitted fabrics. According to EP-A2-0 691 197, thermoplastics which have been formed from differently oriented and bonded threads should be suitable for use in laminated composites.
  • Threads made of thermoplastic materials for the production of such reinforced, textile knitwear are not specified. There will only be construction and
  • reinforced textile knitwear consisting of a thermoplastic yarn as a matrix polymer and high-strength filament yarns as a reinforcing material for thermoplastic composite material is considered to be particularly suitable for producing layered composite bodies.
  • the knitted and matrix yarns each consist of the same type of polymer, which does not ensure that the parallel and straight high-strength filament yarns are not inadvertently shifted during the melting of the matrix yarns.
  • the object of the invention is to provide a knitted fabric which can be produced from filament yarns available in large quantities and whose components have sufficiently large melting points and the matrix yarn has a low melt viscosity.
  • the matrix yarn consists of polyamide 6 filaments and the connecting mesh threads consist of heat-protected, textured polyamide 66 filaments.
  • polyamide 6 as matrix yarn and polyamide 66 as mesh yarn represent an optimal combination due to the melting point differences.
  • a polyamide 6 copolymer or a polyamide 6 with additive can also be used. If the matrix yarn consists of PA 6 (mp. 218 ° C) and the knitting yarn of PA 6.6 (mp. 258 ° C), only the matrix yarn melts during melting and pressing at 240 ° C and penetrates the filament bundles of the high-strength carrier material, while the Knitting yarn holds them in a parallel position.
  • the layered composite body (semi-finished product) thus obtained is heated up as a single or multi-layer stack and shaped and welded into the finished layered composite body, the still unmelted, stretchable mesh yarn ensures the best possible stabilization of the high-strength carrier material during the deformation.
  • the other part of the oriented and bound yarns can consist of glass, aramid or carbon fibers as well as natural fibers, which are inserted in parallel, mixed or twisted with the PA 6 filaments on Raschel or warp knitting machines as weft or warp threads.
  • polyamide 6 filaments with a total titer of 1000 to 10000 dtex and with a single fibril titer of 5 to 20 dtex.
  • a total titer below 1000 dtex leads to a matrix that is too weak; More than 1000 dtex leads to a matrix which is difficult to handle due to its thickness and which is not very economical.
  • Individual fibril titers of less than 5 dtex already lead to spatial disabilities when spinning with increased fibril breaks, with a total titer strength of 1000 dtex, which result in running problems during processing into the knitted fabric according to the invention.
  • Individual fibrils over 20 dtex make it difficult to melt and thereby penetrate the high-strength reinforcement filaments quickly.
  • textured polyamide 66 filaments with a total titer of 50 to 300 dtex and a single fibril titer of 2 to 7 dtex.
  • a total titer of less than 50 dtex results in meshes that are too fine and cannot withstand the stress of melting and shaping.
  • Total titers over 300 dtex lead to heavy and therefore less malleable knitwear.
  • Single-filament titres of less than 2 dtex are less thermally stable and result in processing problems, while single-fibril titres above 5 dtex reduce the elasticity achieved with texturing and thus lead to the reinforcement threads being compressed.
  • the knitted polyamide 6 filaments must simultaneously meet all of the following characteristics:
  • the polyamide 6 matrix yarn can preferably be dyed with 0.5-4.0% pigment.
  • the PA 6 yarn from a polymer with at least 90% PA 6, which has a melt viscosity of ⁇ 700 Pa s, preferably less than 300 Pa s, at 240 ° C. and a shear rate of 100 s "1. If the melt viscosity is higher, the PA 6 matrix can only be completely penetrated between the filaments of the reinforcement when the knitted fabric is thermally formed, which results in the properties of the composite layer significantly reduces.
  • a pigmented PA 6 polymer preferably soot pigmented and in concentrations of 0.5-4.0%. This promotes energy absorption when heating or welding with infrared or high frequency, and improves the optical appearance of the layered composite body, without the risk of fading or bleeding in strong sunlight.
  • Concentrations> 4% increase the conductivity to such an extent that they have a negative influence on high-frequency welding.
  • the knitted polyamide 66 filaments must simultaneously meet all of the following characteristics:
  • the knitted fabric according to the invention is particularly suitable for the production of thermoplastic composite materials for laminated composites with 25 to 50% by weight of polyamide 6 filaments as matrix yarn and 5 to 15% by weight of polyamide 66 filaments as mesh yarn and 40 to 60% by weight. -% suitable for textile or metallic reinforcement filaments.
  • Fig. 1 the knitted fabric according to the invention before a thermal treatment
  • Fig. 2 shows the knitted fabric according to the invention after a thermal treatment
  • a matrix yarn is designated by the reference numeral 1.
  • the matrix yarn 1 is formed from the polyamide 6 filaments according to the invention, while the non-melting reinforcement 2, which is introduced in parallel, consists of glass, aramid or carbon filaments and natural fibers.
  • the strength member 2 can also be twisted with the PA 6 matrix yarn or entered as a hybrid yarn (filaments of both yarns mixed).
  • the stitch threads 3 consist of the PA 6.6 filaments which are not yet melting at 240 ° C. and hold the filaments of the reinforcement in position during the thermal forming of the knitted fabric. These hold the raw knitwear together loosely.
  • FIG. 2 shows a thermoformed body which essentially consists of the melted yarn V and the unmelted stitch threads 3 'and the reinforcement 2'.
  • the stitch threads 3 give the unidirectional knitwear the deformability required in the production of three-dimensional layer composite bodies.
  • knitwear in which the stitches are formed from parallel or hybrid threads (consisting of a part of PA 6 matrix yarn and a part of strength yarn carriers).
  • Such a knitted fabric has the advantage that it can be deformed to the maximum and allows three-dimensional composite structures with a high load capacity that would otherwise not be possible in such a simple manufacturing process.

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  • Textile Engineering (AREA)
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Abstract

In einer Maschenware aus Polyamidgarnen zur Herstellung von Schichtverbundkörpen, die aus unddirektonal orientierten Filamentgarnen gebildet sind, bestehen aus einem Matrixgarn (1) aus Polyamid-6-Filamenten und die verbindenden Maschenfäden (3) aus wärmegeschützen, texturierten Polyamid-66-Filamenten. Die Verwendung der Maschenware ist besonders zur Herstellung von Schichtverbundkörpern mit 25 bis 50 Gew.-% an Polyamid-6-Filamenten als Matrixgarn und 5 bis 15 % Gew.-% an Polyamid-66-Filamenten als Maschengarn sowie 40 bis 60 Gew.-% an textilen oder metallischen Verstärkungsfilamenten geeignet.

Description

Maschenware aus Polyamidgarnen zur Herstellung von Schichtverbundkörpern, sowie deren Verwendung.
Die Erfindung betrifft eine Maschenware aus Polyamidgarnen zur Herstellung von Schichtverbundkörpern, die aus unidirektional orientierten Filamentgarnen gebildet sind, bestehend aus einem Matrixgarn und einem Festigkeitsträger sowie deren Verwendung.
Unter Maschenware sind insbesondere Gestricke, Gewirke, Kett - oder Schussraschelware zu verstehen. Zum Einsatz in Schichtverbundkörper sollen nach der EP-A2- 0 691 197 thermoplastische Kunststoffe, die aus verschieden orientierten und miteinander gebundenen Fäden gebildet wurden geeignet sein.
Angaben oder Beispiele über die Art und die Eigenschaften der dabei erforderlichen
Fäden aus thermoplastischen Kunststoffen zur Herstellung solcher verstärkter, textiler Maschenware sind nicht angegeben. Es werden nur Aufbau und
Verwendung der verstärkten textilen Maschenware für Autositze und Türrahmen im
Prinzip dargelegt.
Nach US 5,118,569 wird verstärkte textile Maschenware, bestehend aus einem thermoplastischen Garn als Matrixpolymer und hochfesten Filamentgarnen als Verstärkungsmaterial für thermoplastischen Verbundwerkstoff zur Herstellung von Schichtverbundkörpern als besonders geeignet betrachtet. Das Maschen- und Matrixgarn besteht jeweils aus demselben Polymertyp, womit nicht sichergestellt ist, dass die parallel und geradlinig verlaufenden hochfesten Filamentgarne während des Schmelzens der Matrixgarne nicht ungewollt verschoben werden.
Viele theoretisch denkbare Matrixgarne auf Basis Polyester, Polyetheretherketonen, Polyacrylat- Polycarbonat oder Copolymeren haben sich als wenig geeignet erwiesen. Polyestercopolymere sind in den erforderlichen Mengen nicht leicht verfügbar. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Maschenware zur Verfügung zu stellen, welche aus in grossen Mengen verfügbaren Filamentgarnen hergestellt werden kann und deren Komponenten genügend grosse unterschiedliche Schmelzpunkte und das Matrixgarn eine niedrige Schmelzviskosität aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Matrixgarn aus Polyamid-6-Filamenten und die verbindenden Maschenfäden aus wärmegeschützten, texturierten Polyamid-66-Filamenten bestehen.
Das hat den Vorteil, dass beim Erhitzen während der Herstellung des Verbundkörpers Polyamid 6 als Matrixgarn und das Polyamid 66 als Maschengarn durch die Schmelzpunktunterschiede eine optimale Kombination darstellt. Anstelle von Polyamid 6 kann auch ein Polyamid 6 Copolymer oder ein Polyamid 6 mit Additiv verwendet werden. Besteht das Matrixgarn aus PA 6 (Smp. 218°C) und das Maschengarn aus PA 6.6 (Smp. 258°C), so schmilzt beim Aufschmelzen und Pressen bei 240°C nur das Matrixgarn und durchdringt die Filamentbündel des hochfesten Trägermaterials, während das Maschengarn diese in parallel ausgerichteter Position hält. Wird der so erhaltene Schichtverbundkörper (Halbfabrikat) als Einzel- oder Mehrschichtstapel aufgeheizt und zum fertigen Schichtverbundkörper umgeformt und verschweisst, so sichert das noch immer ungeschmolzene, dehnbare Maschengarn eine bestmögliche Stabilisierung des hochfesten Trägermaterials während der Verformung.
Der andere Teil der orientierten und gebundenen Garne kann aus Glas-, Aramid -, oder Kohlenstofffasern sowie Naturfasern bestehen, die parallel, vermischt oder gezwirnt mit den PA 6 Filamenten auf Raschel- oder Wirkmaschinen als Schussfaden oder Kettfaden eingetragen sind.
Es ist zweckmässig, die Polyamid-6-Filamente mit einem Gesamttiter von 1000 bis 10O00 dtex und mit einem Einzelfibrillentiter von 5 bis 20 dtex zu verwenden.
Ein Gesamttiter unter 1000 dtex führt zu einer zu schwachen Matrix; über 10O00 dtex führt zu einer Matrix, die wegen ihrer Dicke nur schwierig zu handhaben ist und sich als wenig wirtschaftlich erweist. Einzelfibrillentiter von weniger als 5 dtex führen schon bei einer Gesamttiterstärke von 1000 dtex zu räumlichen Behinderungen beim Spinnen mit vermehrten Fibrillenbrüchen, die bei der Verarbeitung zur erfindungsgemässen Maschenware Laufprobleme ergeben. Einzelfibrillen über 20 dtex erschweren das Aufschmelzen und dadurch das rasche Durchdringen der hochfesten Verstärkungsfilamente.
Es ist zweckmässig, texturierte Polyamid-66-Filamente mit einem Gesamttiter von dtex 50 bis 300 dtex mit einem Einzelfibrillentiter von 2 bis 7 dtex zu verwenden.
Ein Gesamttiter unter 50 dtex ergibt zu feine Maschen, die der Belastung beim Schmelzen und Verformen nicht standhalten. Gesamttiter über 300 dtex führen zu schweren und damit weniger formbaren Maschenwaren. Einzelfilbrillentiter von weniger als 2 dtex sind thermisch weniger belastbar und ergeben Verarbeitungsprobleme, während Einzelfibrillentiter über 5 dtex die mit der Texturierung erreichte Elastizität mindern und so zur Verdichtung der Verstärkungsfäden führen.
Die Polyamid-6-filamente der Maschenware müssen gleichzeitig alle folgenden Merkmale erfüllen:
• eine Schmelzviskosität von 80 bis 700 Pa s, gemessen bei 240°C und einer Schergeschwindigkeit von 100 s'1,
• unverstreckt -, oder teilverstreckt als LOY oder POY gesponnen,
• einen Thermoschrumpf von -10 % bis + 10 %, gemessen bei 180°C und einer Vorspannung von 0.1 cN/tex
• eine Festigkeit von mehr als 8 cN/tex,
• eine Schrumpfkraft von 0 bis 4 cN/tex, gemessen bei 180°C und einer Vorspannung von 0.1 cN/tex,
• einen Spinnavivagegehalt von 0-0.3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Garnes und
Das Polyamid 6 Matrixgarn kann vorzugsweise mit 0.5 - 4.0 % Pigmentanteilen spinngefärbt sein.
Es ist zweckmässig, das PA 6 Garn aus einem Polymer mit mindestens 90% PA 6 zu produzieren, das eine Schmelzviskosität von < 700 Pa s, vorzugsweise weniger als 300 Pa s, bei 240°C und einer Schergeschwindigkeit von 100 s"1 hat. Ist die Schmelzviskosität höher, so wird beim thermischen Umformen der Maschenware das vollständige Durchdringen der PA 6 Matrix zwischen die Filamente des Festigkeitsträgers nur teilweise erreicht, was die Eigenschaften des Schichtverbundkörpers wesentlich mindert.
Im weiteren ist es zweckmässig, ein pigmentiertes PA 6 Polymer, vorzugsweise russpigmentiert und in Konzentrationen von 0.5 - 4.0 % zu verwenden. Dadurch wird die Energieaufnahme beim Aufheizen oder Verschweissen mit Infrarot oder Hochfrequenz gefördert sowie das optische Aussehen des Schichtverbundkörpers verbessert, ohne Gefahr des Verblassens oder Ausblutens bei starker Sonnenbestrahlung.
Konzentrationen > 4% erhöhen die Leitfähigkeit in so einem Masse, dass sie das Hochfrequenzschweissen negativ beeinflussen.
Um beim Schmelzen der PA 6 Filamente den Warenschwund der Maschenware möglichst gering zu halten, ist es zweckmässig, Thermoschrumpf und Schrumpfkraft der PA 6 - sowie der PA 6.6 - Garne möglichst tief zu halten. Thermoschrumpfwerte von ≥ 10% bei 180°C ergeben beim thermischen Umformen der Maschenware einen unerwünscht hohen Warenschwund.
Die Polyamid-66-filamente der Maschenware müssen gleichzeitig alle folgenden Merkmale erfüllen:
• einen Wärmeschutz,
• eine Festigkeit von wenigstens 15 bis 60 cN/tex,
• eine Bruchdehnung von 18 bis 280 %,
• einen LÄSE 2 % im Bereich von 0.03 bis 0.07 N/tex,
• einen LÄSE 5 % im Bereich von 0.05 bis 0.14 N/tex und • einen Kochschrumpf nach der Texturierung von 2.0 bis 6 % sowie
• eine Gamavivage von 0 bis 0.5 Gew.- %, bezogen auf das Gewicht des Garnes.
Es ist zweckmässig, bei den PA 6.6- und ganz besonders bei den PA 6-
Filamenten, die Spinnpräparation zwischen 0 - 0.5%, vorzugsweise 0 - 0.2% zu halten oder gar auszuwaschen. Damit entstehen beim thermischen Umformen der Maschenware keine Adhäsionsminderung zum Festigkeitsträger und keine Geruchsbelästigungen oder gar Einschlüsse von Ölblasen im Schichtverbundkörper.
Die erfindungsgemässe Maschenware ist besonders zur Herstellung von thermoplastischen Verbundwerkstoffen für Schichtverbundkörper mit 25 bis 50 Gew.-% an Polyamid-6-Filamenten als Matrixgarn und 5 bis 15 Gew.-% an Polyamid-66-Filamenten als Maschengarn sowie 40 bis 60 Gew.-% an textilen oder metallischen Verstärkungsfilamenten geeignet.
Die Erfindung soll anhand einer schematischen Zeichnung näher beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1 die erfindungsgemässe Maschenware vor einer thermischen Behandlung
Fig. 2 die erfindungsgemässe Maschenware nach einer thermischen Behandlung
In Fig. 1 ist ein Matrixgarn mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Das Matrixgarn 1 wird aus den erfindungsgemässen Polyamid 6 Filamenten gebildet, während der parallel dazu eingetragen, nicht schmelzende Festigkeitsträger 2 aus Glas, - Aramid- oder Kohlenstofffilamenten sowie Naturfasern besteht. Der Festigkeitsträger 2 kann mit dem PA 6 Matrixgarn auch verzwirnt, oder als Hybridgarn (Filamente beider Garne gemischt) eingetragen werden. Die Maschenfäden 3 bestehen aus den bei 240°C noch nicht schmelzenden PA 6.6 Filamenten, welche die Filamente des Festigkeitsträgers beim thermischen Umformen der Maschenware in Position halten. Diese halten die rohe Maschenware locker zusammen.
Fig. 2 zeigt einen thermisch umgeformten Körper, der im wesentlichen aus dem geschmolzenen Garn V und den nicht geschmolzenen Maschenfäden 3' und dem Festigkeitsträger 2' besteht. Die Maschenfäden 3 geben der unidirektionalen Maschenware die bei der Herstellung von dreidimensionalen Schichtverbundkörpern erforderliche Verformbarkeit. Durch mehrlagige und mit unterschiedlichem Winkel aufeinander gelegte unidirektionale Maschenware, oder schon thermisch umgeformte Halbfabrikate (prepregs) lassen sich Formen von multidimensionalen Schichtverbundkörpern herstellen, die mit bi-, oder tridirektionalen Geweben nicht machbar sind.
Auch können Maschenwaren, bei denen die Maschen aus parallelen oder Hybridfäden, (bestehend aus einem Teil PA 6 Matrixgarn und einem Teil Festigkeitsgarnträgern) gebildet werden. Solch eine Maschenware hat den Vorteil, dass sie maximal verformbar ist und dreidimensionale Schichtverbundkörper mit noch immer hoher Belastbarkeit zulässt, die sonst in einem so einfachen Herstellungsprozess nicht möglich wären.

Claims

Patentansprüche
Maschenware aus Polyamidgarnen zur Herstellung von Schichtverbundkörpern, die aus unidirektional orientierten Filamentgarnen gebildet sind, bestehend aus einem Matrixgarn (1) und einem Festigkeitsträger (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixgarn (1 ) aus Polyamid-6-Filamenten und die verbindenden Maschenfäden (3) aus wärmegeschützten, texturierten Polyamid-66-Filamenten bestehen.
2. Maschenware nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamid-6- Filamente einen Gesamttiter von 1000 bis 10O00 dtex mit einem Einzelfibrillentiter von 5 bis 20 dtex aufweisen.
3. Maschenware nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamid- 66-Filamente texturiert sind, einen Gesamttiter von dtex 50 bis 300 dtex mit einem Einzelfibrillentiter von 2bis 7 dtex aufweisen.
4. Maschenware nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamid-66-Filamente im Schmelzpunkt wenigstens um 30°C höher liegen als die PA 6 Filamente.
5. Maschenware nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamid-6-Filamente gleichzeitig folgende wesentliche Eigenschaften aufweisen:
• eine Schmelzviskosität von 80 bis 700 Pa s, gemessen bei 240°C und einer Schergeschwindigkeit von 100 s"1,
• un-, oder teilverstreckt als LOY oder POY gesponnen sind,
• einen Thermoschrumpf von 0 + 10 %, gemessen bei 180°C und einer Vorspannung von 0.1 cN/tex
• eine Festigkeit von mehr als 8 cN/tex,
• eine Schrumpfkraft von 0 bis 4 cN/tex, gemessen bei 180°C und einer Vorspannung von 0.1 cN/tex,
• einen Spinnavivagegehalt von 0-0.3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Garnes und
6. Maschenware nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyamid-66-Filamente gleichzeitig folgende wesentliche Eigenschaften aufweisen:
• einen Wärmeschutz, • eine Festigkeit von wenigstens 15 bis 60 cN/tex,
• eine Bruchdehnung von 18 bis 280 %,
• einen LÄSE 2 % im Bereich von 0.03 bis 0.07 N/tex,
• einen LÄSE 5 % im Bereich von 0.05 bis 0.14 N/tex und
• einen Kochschrumpf nach der Texturierung von 2 bis 8 % sowie • eine Garnavivage von 0 bis 0.5 Gew.- %, bezogen auf das Gewicht des
Garnes.
7. Verwendung der Maschenware nach den Ansprüchen 1 bis 5, zur Herstellung von Schichtverbundkörpern mit 25 bis 50 Gew.-% an Polyamid-6-Filamenten als Matrixgarn und 5 bis 15 Gew.-% an Polyamid-66-Filamenten als Maschengarn sowie 40 bis 60 Gew.-% an textilen oder metallischen Verstärkungsfilamenten.
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