WO2013092738A2 - Verfahren zur herstellung eines strangförmigen verbundwerkstoffes und anlage hierzu - Google Patents

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WO2013092738A2
WO2013092738A2 PCT/EP2012/076189 EP2012076189W WO2013092738A2 WO 2013092738 A2 WO2013092738 A2 WO 2013092738A2 EP 2012076189 W EP2012076189 W EP 2012076189W WO 2013092738 A2 WO2013092738 A2 WO 2013092738A2
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filling component
injection box
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Thomas Kleiner
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Lothar Wolf
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    • B29K2309/08—Glass

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a strand-like composite body from a fiber bundle and at least one filling component, wherein the fiber bundle is fed into an injection box with an injection chamber, in which the filling component is injected in a flowable state, so that the fiber bundle is impregnated with the filling component and whereby a composite material is formed.
  • the pultrusion plant has an injection box through which a bundle of glass fibers is drawn.
  • the glass fibers are drawn into the injection box, and in the injection chamber of the injection box, the glass fibers are impregnated with two filling components.
  • filling components a polyisocyanate and a polyol are given.
  • the two filling components are passed through a feed system in the injection box, and the feed system can meter the two filling components to each other and in particular mix with each other.
  • the two filling components react with one another, for example, to form a polyurethane, and at the same time the fibers of the fiber bundle are impregnated, in particular the filling components can wet the fiber bundles.
  • a polyurethane can be formed, so that the composite body of glass fibers in a polyurethane matrix.
  • a cooling station and a subsequent heating station is supplied, and at the same time there is a shaping of the composite body, so that this example can leave as extrusion profile di e Pultrusionsstrom.
  • a traction device with which initially the fiber bundle is drawn into the injection box, and the material composite is then pulled through the following process stations.
  • EP 1 960 184 B1 shows an injection box with an injection chamber, through which the fiber bundle is pulled, and in which the fiber bundle is impregnated with filling components.
  • the injection box On the input side, the injection box has a guide plate with holes arranged in a matrix, through which the fibers of the fiber bundle are passed.
  • the fibers are impregnated with the filling components and pass through a si ch ssch e V V V V s s tion of the ej ekti ons chamber, which is followed by a curing tool.
  • EP 513 927 A1 describes the production of plastic profiles by a pultrusion process. If the plastics are produced from two components, ultrasound is used for better mixing of the two components.
  • the passage speed of the fiber bundles through the injection box is limited, since a pulling speed may only be selected to be so great that complete impregnation of the fibers of the fiber bundle with the at least one filling component is ensured.
  • a pulling speed may only be selected to be so great that complete impregnation of the fibers of the fiber bundle with the at least one filling component is ensured.
  • it must be ensured that the wetting of the fibers by the filling component is complete, and it has been shown that at an excessive speed of passage of the fiber bundle through the injection box, a blistering can occur, can be caused by the defects in the composite body. Therefore, it is necessary to avoid blistering, whereby the maximum speed of passage of the fiber bundles through the injection box is determined.
  • the speed of passage of the fiber bundle through the injection box at the same time determines the speed with which the extruded composite body can be provided by the pultrusion system.
  • pultrusion speeds of, for example, max i times 0.5 m / min can be achieved become .
  • higher speed would be desirable to make the pultrusion process more cost effective.
  • air bubbles form at higher process speeds, and fragile composites may be formed which, for example, are in the form of a profile and can not withstand predetermined loads.
  • This object is achieved by providing a method for producing a strand-like composite body from a fiber bundle and at least one filling component, wherein the fiber bundle is guided into an injection box with an injection chamber into which the Fill component is injected in a flowable state, so that the fiber bundle is impregnated with the filling component and a composite material is formed, wherein energy is introduced into the injection chamber, so that the impregnation of the fiber bundle is performed with the filling component under energization, and the injection of the filling components independently from the entry of energy.
  • This object is achieved by the provision of a method for producing a strand-like composite body of a fiber bundle and at least one filling component, wherein the fiber bundle is guided into a Injetationsbo with an injection chamber into which the filling component is injected in a flowable state, so that the fiber bundle with the Fill component is impregnated and whereby a composite material is formed, wherein the injection chamber energy is introduced, so that the impregnation of the fiber bundle is performed with the filling component under energization, and the injection of the filling components onsunconnect regardless of the entry of energy, so that prevents bubbles on the fiber bundle becomes.
  • This object is also achieved by the provision of a method for producing a strand-like composite body from a fiber bundle and at least one filling component, wherein the fiber bundle is guided into an injection bo with an injection chamber into which the filling component is injected in a flowable state, so that the Fiber bundle is impregnated with the filling component and whereby a composite material is formed, wherein energy is introduced into the injection chamber, so that the impregnation of the fiber bundle is carried out with the filling component under energy supply, and the injection of the filling components takes place at a position other than the entry of energy such that blistering on the fiber bundle is prevented.
  • the invention includes the technical teaching that energy is introduced into the injection chamber so that the impregnation of the fiber bundle with the filling component is carried out while supplying energy.
  • the energy in the form of waves is preferably selected from the group consisting of microwave waves, ultrasound, high-frequency waves and shock waves
  • Injection chamber introduced.
  • the invention is based on the inventive idea that the blistering at elevated process speed for impregnating the fiber bundle with the at least one filling component can be reduced or prevented if the impregnation of the fiber bundle with the filling component takes place while supplying energy.
  • the supplied energy does not need to be present or not only in the form of an introduced heat to increase the temperature, but the energy can be introduced, for example, in the form of a vibration excitation by a sound and / or by an electromagnetic radiation in the injection chamber.
  • the energy can be introduced by an ultrasonic vibration in the injection box.
  • H i ore e can be used in an ultrasonic generator, which can be designed peripherally to the injection box or as part of the injection box.
  • the ultrasonic vibration is introduced in particular into the injection chamber of the injection box, so that the filling component and / or the fibers of the fiber bundle are excited by the ultrasonic oscillation.
  • the frequency of the ultrasonic vibration may preferably be at least 16 kHz to at most 1 GHz, more preferably at least 16 kHz to 1 MHz.
  • the energy can also be introduced by hypersonic into the injection chamber, for example, if the sound frequency is greater than 1 GHz.
  • the wavelength of the ultrasound 1 oscillation may have a value that is greater than the value of the diameter of the fibers of the fiber bundle.
  • the type of energy input based on a U 1 traschallschwingung is thus ensured that the energy input not only edge, but the introduced energy penetrates the fiber bundle and accompanies the impregnation of the fiber bundle with the filling component over the entire cross-section of the formed material composite and consequently the formed composite body so that it can be made bubble-free even at elevated pultrusion rate.
  • the energy can be introduced into the injection chamber by means of at least one ultrasound probe, and the ultrasound probe can preferably be designed protruding into the injection chamber as an ultrasound finger.
  • a part of the injection box can be designed as an ultrasonic probe, which part can be displaced, for example, in ultrasonic vibration, and the ultrasonic vibration can be transmitted to the at least one filling component.
  • the ultrasonic probe designed as a part of the injection bo form an inner wall of the injection box, which limits the injection chamber. If the ultrasonic probe is designed as an ultrasonic finger, the ultrasonic finger can protrude into the injection chamber in such a way that the ultrasonic finger penetrates the fiber bundle, for example, into the core of the fiber bundle. With particular advantage, multiple ultrasonic fingers be provided, which protrude in, for example, regular intervals in the injection chamber.
  • the ultrasonic fingers can protrude into the injection chamber from at least two sides of the injection box.
  • the ultrasonic probe may be connected to an ultrasonic generator to generate the ultrasonic vibration in the ultrasonic probe.
  • the energy is introduced into the injection chamber close to the location of the fiber bundles.
  • the ultrasound probe can be arranged close to the location of the fiber bundles in the injection chamber.
  • the injection of the filling component can be introduced by an overpressure from an injection line into the injection chamber, or the at least one filling component is entered at normal pressure in the injection chamber.
  • a corresponding opening may be present in the injection box, through which the at least one filling component is entered into the injection chamber at normal pressure.
  • injection tubes can at least partially protrude into the injection chamber, au which end or over the tube length distributes the filling component is given into the injection chamber.
  • the injection tubes themselves can not be designed as ultrasonic fingers, so that only the function of injection of the filling component is fulfilled by an injection tube designed as an ultrasonic finger.
  • the fibers of the fiber bundle can be vibrated with ultrasound, in particular if the fibers are impregnated with the filling component.
  • the ultrasound oscillation can first be transmitted from the ultrasound probe to the filling component in order subsequently to be transferred from the filling component to the fibers of the fiber bundle. Consequently, it may be sufficient that the ultrasonic probe is arranged such that the surface of the ultrasonic probe is brought into contact with the filling component.
  • the energy can be introduced by microwave radiation into the injection box.
  • the wavelength of the microwave radiation can be chosen so that it also penetrates the preferably already impregnated with the filling component fiber bundles into its core.
  • the microcontroller is used in the range of 1GHz to 300GHz.
  • the pultrusion rate depends, inter alia, on the nature and geometry of the composite to be produced and can thus vary.
  • the method according to the invention is characterized in particular by the fact that the fiber bundle drives the injection box at a speed of preferably at least 1 m / min, more preferably at least 1.4 m / min and most preferably at least 2m / min goes through.
  • the method is characterized in that the pultrusion rate is preferably greater than 1 / min, in particular when the injection box, for example, has a length of 400mm.
  • a material composite is provided, which can then be fed to a shaping step and, subsequently, to a hardening step.
  • the material composite can first pass through a cooling station, with the material composite already substantially corresponding to the profile that the composite body itself has when it leaves the injection box.
  • the at least one filling component for example formed by a polyurethane
  • at least one curing station can follow, into which thermal energy is introduced into the composite material, the introduction of the energy for hardening the composite material by thermal energy is provided by, for example, a curing tool is heated accordingly.
  • the filling component does not contain compounds having cyano groups.
  • the object of the present invention is further achieved by a Injetationsbo for a Pu 1 tru si onsan läge for producing a strandförtnigen composite body of a fiber bundle and at least one filling component, wherein the injection box has at least two feed channels and an injection chamber, in which the fiber bundle enters and in in which the filling component is injectable in a flowable state, it being provided according to the invention that the injection box has means for introducing energy into the injection chamber, so that an impregnation of the fiber bundle with the filling component can be carried out with energy supply, wherein the means for the Fnergieeintrag not simultaneously serve as feed channels.
  • the means may be formed by at least one ultrasound probe, in particular embodied as an ultrasound finger and / or executed as part of the injection box. Alternatively or additionally, the means may be formed by at least one microwave generator.
  • the present invention relates to a pultrusion plant with a Injetechnischsbo with features, as described together with the respective advantages above.
  • Figure 1 is a schematic view of a pultrusion plant for producing a strangförmi gene composite body with e iner ek ti onsbox and an ultrasonic generator for introducing energy into the injection box and
  • Figure 2 is a cross-sectional view of an embodiment of an injection box with
  • FIG. 1 schematically shows a pultrusion system 1 with an injection box 14, and the injection box 14 is operatively connected to an ultrasound generator 1 in order to introduce energy in the form of an ultrasonic vibration into the injection box 14 via ultrasound probes 17.
  • a fiber bundle 1 1 enters, and the fiber bundle 1 1 has a plurality of fibers 20.
  • the fibers 20 are drawn by a tensile force F in the injection box 14, wherein the tensile force F is consumed in the finished composite body 10, which leaves the pultrusion unit 1 with a given profile.
  • the fiber bundle 1 1 is impregnated with filling components 12 and 13.
  • the filling component 12 may, for example, be a polyisocyanate and the filling component 13 may comprise a polyol.
  • the two filling components 12 and 13 are dosed by dosing 21 in a predetermined ratio to one another via an extrusion mixer 22 in the injection box 14 injected, wherein the injection of the filling components 12 and 13 can be carried out by the extrusion mixer 22 under a pressure or without pressure.
  • the fibers 20 of the fiber bundle 1 1 are soaked with the filling components 12 and 13, for example, the fibers 20 may be incorporated in a polyurethane matrix, which in the injection box 14 by a reaction the filling components polyisocyanate 12 and polyol 13 forms.
  • the composite material thus formed passes through a cooling station 23, wherein at least one die can be introduced in the outlet of the injection box 14 in order to form the composite material into a composite body 10.
  • the composite material thus formed passes through a plurality of heating and cooling stations 24, 25 and 26.
  • a plurality of ultrasound probes 17, which are connected to the ultrasound generator 19, are shown by way of example.
  • An exemplary arrangement of the ultrasound probes 17 on and in the injection box 14 is shown in more detail in the following FIG.
  • FIG. 2 shows a cross section through an injection box 14 into which a fiber bundle 11 of a plurality of fibers 20 enters.
  • the fibers 20 pass through holes 27, which in a front guide plate 28 are introduced. Subsequently, the fibers 20 enter into an injection chamber 15 of the injection box 14.
  • a plurality of supply channels 29 are shown in a front section of the injection chamber 15 through which the filling components 12 and 13, which have already been mixed with one another, are introduced into the injection chamber 15.
  • the mixture of the filling components 12 and 13 thereby impregnates the fibers 20 of the fiber bundle 11, so that the wetting of the fibers 20 takes place during the passage of the fibers 20 through the injection chamber 15.
  • ultrasonic fingers 17 which are exemplified as sonotrodes and project into the injection chamber 15 Inj.
  • the ultrasonic fingers 17 are activated by the ultrasonic generator 19, the ultrasonic vibration is transmitted to the mixture of the filling components 12 and 13, and the ultrasonic vibration is finally transmitted to the fibers 20 from the filling components 12 and 13.
  • a bubble jet is reduced or reduced by the introduced oil wash, so that sd
  • the passage speed of the fiber bundle 1 1 through the injection chamber 14 can be increased.
  • ultrasound probes 18 are shown, which are designed as parts 18 in the edge area of the injection box 14.
  • the parts 18 are shown by way of example plate-shaped and can also be vibrated by an ultrasonic generator 19 in ultrasound vibration to transfer them to the filling components 12 and 13 in the interior of the injection chamber 1 5.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Pultrusionsanlage (1) zur Herstellung eines strangförmigen Verbundkörpers (10) aus einem Faserbündel (11) und wenigstens einer Füllkomponente (12, 13), wobei das Faserbündel (11) in eine Injektionsbox (14) mit wenigstens zwei Zufuhrkanälen (29) und einer Injektionskammer (15) geführt wird, in die die Füllkomponente (12, 13) in einem fließfähigen Zustand injiziert wird, sodass das Faserbündel (11) mit der Füllkomponente (12, 13) getränkt wird und wodurch ein Werkstoffverbund (16) gebildet wird. Erfindungsgemäß wird in die Injektionskammer (15) Energie eingebracht, sodass die Tränkung des Faserbündels (11) mit der Füllkomponente (12, 13) unter Energiezufuhr ausgeführt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines strangformigen Verbundwerkstoffes und Anlage hierzu
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines strangformigen Verbundkörpers aus einem Faserbündel und wenigstens einer Füllkomponente, wobei das Faserbündel in eine Injektionsbox mit einer Injektionskammer geführt wird, in die die Füllkomponente in einem fließfähigen Zustand injiziert wird, sodass das Faserbündel mit der Füllkomponente getränkt wird und wodurch ein Werkstoffverbund gebildet wird.
Aus der WO 2007/ 107007 Λ 1 i st ein Verfahren zur Herstel lung eines strangformigen Verbundkörpers aus einem Faserbündel bekannt, und das Verfahren wird mit einer sogenannten Pultrusionsanlage ausgeführt. Die Pultrusionsanlage weist eine Injektionsbox auf, durch die ein Bündel aus Glasfasern gezogen wird. Die Glasfasern werden in die Injektionsbox eingezogen, und in der Injektionskammer der Injektionsbox werden die Glasfasern mit zwei Füllkomponenten getränkt. Als Füllkomponenten sind ein Polyisocyanat und ein Polyol angegeben. Die beiden Füllkomponenten werden durch ein Zuführsystem in die Injektionsbox geleitet, und das Zuführsystem kann die beiden Füllkomponenten zueinander dosieren und insbesondere miteinander vermischen. In der Injektionsbox reagieren die beiden Füllkomponenten miteinander beispielsweise zu einem Polyurethan und zugleich werden die Fasern des Faserbündels getränkt, insbesondere können die Fül lkomponenten die Faserbündel benetzen. Durch die Reaktion der Füllkomponenten kann beispielsweise ein Polyurethan entstehen, sodass der Verbundkörper aus Glasfasern in einer Polyurethan-Matrix besteht.
Nach dem Durchlaufen der Injektionsbo wird der so gebildete Werkstoffverbun d einer Kühlstation und einer anschließenden Erwärmungsstation zugeführt, und zugleich erfolgt eine Formgebung des Verbundkörpers, sodass dieser beispiel sweise als Strangprofil di e Pultrusionsanlage verlassen kann. Am Ende der Stationen befindet sich eine Zugeinrichtung, mit der zunächst das Faserbündel in die Injektionsbox eingezogen wird, und der Werkstoffverbund wird anschließend durch die nachfolgenden Verfahrensstationen gezogen.
Die EP 1 960 184 Bl zeigt eine Injektionsbox mit einer Injektionskammer, durch die das Faserbündel hindurchgezogen wird, und in der das Faserbündel mit Füllkomponenten getränkt wird. An der Eingangsseite weist die Injektionsbox eine Führungsplatte mit in einer Matrix angeordneten Löchern auf, durch die die Fasern des Faserbündels hindurchgeführt sind. In der Injektionskammer werden die Fasern mit den Füllkomponenten getränkt und durchlaufen einen si ch ansc h l i eßenden V erj ün gung sberei ch der I nj ekti ons kammer, an die sich ei n Aushärtungswerkzeug anschließt. EP 513 927 AI beschreibt die Herstellung von Kunststoffprofilen nach einem Pultrusionsverfahren. Sofern die Kunststoffe dabei aus zwei Komponenten hergestellt werden, wird dabei Ultraschall zur besseren Durchmischung der beiden Komponenten verwendet.
Nachteilhafterweise ist die Durchzuggeschwindigkeit der Faserbündel durch die Injektionsbox begrenzt, da eine Durchzuggeschwindigkeit nur so groß gewählt werden darf, dass eine vollständige Tränkung der Fasern des Faserbündels mit der wenigstens einen Füllkomponente sichergestellt ist. Insbesondere muss sichergestellt sein, dass die Benetzung der Fasern durch die Füllkomponente vollständig erfolgt, und es hat sich gezeigt, dass bei einer überhöhten Durchzuggeschwindigkeit des Faserbündels durch die Injektionsbox eine Blasenbildung erfolgen kann, durch die Fehlstellen im Verbundkörper entstehen können. Daher ist es erforderlich, eine Blasenbildung zu vermeiden, wodurch die maximale Durchzuggeschwindigkeit der Faserbündel durch die Injektionsbox bestimmt ist. Die Durchzugsgeschwindigkeit des Faserbündels durch die Injektionsbox bestimmt dabei zugleich die Geschwindigkeit, mit der der stranggezogene Verbundkörper durch die Pultrusionsanlage bereitgestellt werden kann. Insbesondere bei der Herstellung von Polyurethan-Verbundkörpern, die auf der Zugabe von Polyisocyanat und Polyol als Füllkomponenten basieren, können mit einer Injektionsbox, die beispielsweise eine Länge von 400mm aufweist, Pultrusionsgeschwindigkeiten von beispielsweise max i mal 0,5m /mi n real i si ert werden . A l lerdi ngs wäre eine h öhere Geschwi nd igkeit wünschenswert, um den Pultrusionsprozess kostengünstiger zu gestalten. Bei einer unvollständigen Benetzung der Fasern des Faserbündels mit dem Polyurethan bilden sich jedoch bei höheren Prozessgeschwindigkeiten Luftblasen, und es können sich brüchige Verbundkörper ergeben, die beispielsweise in Profilform vorliegen und vorgegebenen Belastungen nicht standhalten.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Herstellung eines Verbundkörpers aus einem Faserbündel und wenigstens einer Füllkomponente bei erhöhten Geschwindigkeiten erfolgen kann, wobei gleichzeitig die vorteilhaften mechanischen Eigenschaften des Verbundkörpers nicht beeinträchtigt werden. Insbesondere ergibt sich die Aufgabe, eine Injektionsbox für eine Pultrusionsanlage zu schaffen , die eine höhere Prozessgesch windi kei t ermöglicht. Schließlich ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pul trusionsanlage bereitzustellen, die bei höheren Prozessgeschwindigkeiten eine Blasenbildung im Verbundkörper vermeidet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines strangförmigen Verbundkörpers aus einem Faserbündel und wenigstens einer Füllkomponente, wobei das Faserbündel in eine Injektionsbox mit einer Injektionskammer geführt wird, in die die Füllkomponente in einem fließfahigen Zustand injiziert wird, sodass das Faserbündel mit der Füllkomponente getränkt wird und wodurch ein Werkstoffverbund gebildet wird, wobei in die Injektionskammer Energie eingebracht wird, sodass die Tränkung des Faserbündels mit der Füllkomponente unter Energiezufuhr ausgeführt wird , und die Injektion der Füllkomponenten unabhängig vom Eintrag der Energie erfolgt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines strangförmigen Verbundkörpers aus einem Faserbündel und wenigstens einer Füllkomponente, wobei das Faserbündel in eine Injektionsbo mit einer Injektionskammer geführt wird, in die die Füllkomponente in einem fließfähigen Zustand injiziert wird, sodass das Faserbündel mit der Füllkomponente getränkt wird und wodurch ein Werkstoffverbund gebildet wird, wobei in die Injektionskammer Energie eingebracht wird, sodass die Tränkung des Faserbündels mit der Füllkomponente unter Energiezufuhr ausgeführt wird , und die Injektion der Füllkomponenten onsunabhängig vom Eintrag der Energie erfolgt, derart dass eine Blasenbildung am Faserbündel verhindert wird. Ebenfalls wird diese Aufgabe gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines strangförmigen V erbundkörpers aus einem Faserbündel und wenigstens einer Füllkomponente, wobei das Faserbündel in eine Injektionsbo mit einer Injektionskammer geführt wird, in die die Füllkomponente in einem fl ießfahigen Zustand injiziert wird, sodass das Faserbündel mit der Füllkomponente getränkt wird und wodurch ein Werkstoffverbund gebildet wird, wobei in die Injektionskammer Energie eingebracht wird, sodass die Tränkung des Faserbündels mit der Füllkomponente unter Energiezufuhr ausgeführt wird , und die Injektion der Füllkomponenten an einer anderen Position als der Eintrag der Energie erfolgt, derart dass eine Blasenbildung am Faserbündel verhindert wird.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass in die Inj ektion skammer Energie eingebracht wird, sodass die Tränkung des Faserbündels mit der Füllkomponente unter Energiezufuhr ausgeführt wird. Vorzugweise wird die Energie in Form von Wellen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus M ikrowel len, Ultraschall, Hochfrequenzwellen und Stoßwellen i n die
Injektionskammer eingebracht.
Die Erfindung basiert auf dem erfinderischen Gedanken, dass die Blasenbildung bei erhöhter Prozessgeschwindigkeit zum Tränken des Faserbündels mit der wenigstens einen Füllkomponente verringert oder verhindert werden kann, wenn das Tränken des Faserbündels mit der Füllkomponente unter Energiezufuhr erfolgt. Die zugeführte Energie muss dabei nicht oder nicht nur in Form einer eingebrachten Wärme zur Temperaturerhöhung vorliegen, sondern die Energie kann beispielsweise auch in Form einer Schwingungsanregung durch eine Beschallung und/oder durch eine elektromagnetische Bestrahlung in die Inj ektionskammer eingebracht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens kann die Energie durch eine Ultraschallschwingung in die Injektionsbox eingebracht werd en . H i erz u kann e in Ultraschallgenerator verwendet werden, der peripher zur Injektionsbox oder als Bestandteil der Injektionsbox ausgeführt sein kann. Die Ultraschallschwingung wird insbesondere in die Injektionskammer der Injektionsbox eingebracht, sodass die Füllkomponente und/oder die Fasern des Faserbündels durch die Ultraschall Schwingung angeregt werden. Die Frequenz der Ultraschallschwingung kann vorzugsweise wenigstens 16kHz bis maximal 1GHz betragen, besonders bevorzugt wenigstens 16kHz bis 1 MHz. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Energie jedoch auch durch Hyperschall in die Injektionskammer eingebracht werden, wenn beispielsweise die Schallfrequenz großer als 1 GHz ist.
Mit Vorteil kann die Wellenlänge der Ultraschal 1 Schwingung einen Wert aufweisen, der größer ist als der Wert des Durchmessers der Fasern des Faserbündels. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Ultraschallschwingung nich t an den Fasern des Faserbündels streut, und es ist sichergestellt, dass die Ultraschallschwingung die Injektionskammer im Wesentlichen räumlich durchdringt. Die Ultraschallschwingung kann insbesondere bis in den Kern des Faserbündels vordringen, in dem die Blasenbildung bevorzugt auftreten und mit einer eingebrachten Energie durch Ultraschall vermieden werden kann. Durch die Art der Energieeinbringung basierend auf einer U 1 traschallschwingung wird folglich sichergestellt, dass die Energieeinbringung nicht nur randseitig erfolgt, sondern die eingebrachte Energie durchdringt das Faserbündel und begleitet die Tränkung des Faserbündels mit der Füllkomponente über den gesamten Querschnitt des gebildeten Werk stoffverbundes und folglich des gebildeten Verbundkörpers, sodass dieser auch bei erhöhter Pultrusionsgeschwindigkeit blasenfrei hergestellt werden kann. Vorteilhafterweise kann die Energie mittel s wenigstens einer Ultraschall sonde in die Injektionskammer eingebracht werden, und die Ultraschallsonde kann vorzugsweise in die Injektionskammer als Ultraschallfinger hineinragend ausgeführt sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Teil der Injektionsbox als Ultraschallsonde ausgeführt sein, welcher Teil beispielsweise in Ultraschallschwingung versetzbar ist, und die Ultraschallschwingung kann an die wenigstens eine Füllkomponente übertragen werden. Insbesondere kann der als Ultraschall sonde ausgeführte Teil der Injektionsbo eine Innenwand der Injektionsbox bilden, die die Injektionskammer begrenzt. Ist die Ultraschallsonde als Ultraschallfinger ausgeführt, kann der Ultraschallfinger derart in die Inj ektionskammer hineinragen, dass der Ultraschallfinger das Faserbündel beispielsweise bis in den Kern des Faserbündels durchdringt. Mit besonderem Vorteil können mehrere Ultraschallfinger vorgesehen sein, die in beispielsweise regelmäßigen Abständen in die Inj ektionskammer hineinragen. Dabei können die Ultraschallfinger von wenigstens zwei Seiten der Injektionsbox in die Injektionskammer hinein ragen. Die Ultraschallsonde kann mit einem Ultraschallgenerator verbunden sein, um die Ultraschallschwingung in der Ultraschallsonde zu erzeugen. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Energie nahe am Ort der Faserbündel in die Injektionskammer eingebracht wird. Beispielsweise kann die Ultraschallsonde nahe am Ort der Faserbündel in die Injektionskammer angeordnet werden. Die Injektion der Füllkomponente kann durch einen Überdruck aus einer Injektionsleitung in die Injektionskammer eingebracht werden, oder die wenigstens einen Füllkomponente wird mit Normaldruck in die Injektionskammer eingegeben. Zur Injektion der Füllkomponente kann beispielsweise eine entsprechende Öffnung in der Injektionsbox vorhanden sein, durch die die wenigstens eine Füllkomponente mit Normaldruck in die Injektionskammer eingegeben wird. Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel können Injektionsrohre wenigstens teilweise in die Injektionskammer hineinragen, au denen endseitig oder über der Rohrlänge verteilt die Füllkomponente in die Injektionskammer gegeben wird. Vorteilhafterweise können die Injektionsrohre selbst nicht als Ultraschallfinger ausgeführt werden, sodass durch ein als Ultraschallfinger ausgeführtes Injektionsrohr nur die Funktion der Injektion der Füllkomponente erfüllt wird.
Wird die Energie durch eine Ultraschallschwingung in die Injektionskammer eingebracht, so können die Fasern des Faserbündels mit Ultraschall in Schwingung versetzt werden, insbesondere wenn die Fasern mit der Füllkomponente getränkt werden. Dabei kann die Ultraschallschwingung von der Ultraschallsonde zunächst auf die Füllkomponente übertragen werden, um anschließend von der Füllkomponente auf die Fasern des Faserbündels übertragen zu werden. Folglich kann es hinreichend sein, dass die Ultraschallsonde derart angeordnet wird, dass die Oberfläche der Ultraschallsonde mit der Füllkomponente in Berührung gebracht ist. Alternativ oder zusätzlich zur Energieeinbringung mittels einer Ultraschallschwingung kann die Energie durch Mikrowellenstrahlung in die Injektionsbox eingebracht werden. Die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung kann dabei so gewählt werden, dass diese ebenfalls das vorzugsweise bereits mit der Füllkomponente getränkte Faserbündel bis in seinen Kern durchdringt. Vorzugsweise wird M i k ro w e l l en s t rah l u n g i m B e re i c h vo n 1 GHz b i s 300 G Hz v erw en de t . D i e Pultrusionsgeschwindigkeit hängt unter anderem von der Beschaffenheit und der Geometrie des herzustellenden Verbundkörpers ab und kann somit variieren. Allerdings zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Faserbündel die Injektionsbox mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise wenigstens 1 m/min, besonders bevorzugt von wenigstens 1 ,4m/min und ganz besonders bevorzugt von wenigstens 2m/min durch läuft. Damit zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass die Pultrusionsgeschwindigkeit vorzugsweise größer als 1/min ist, insbesondere wenn die Injektionsbox beispielsweise eine Länge von 400mm aufweist.
Nachdem das Faserbündel die Injektionsbox durchlaufen hat und mit der wenigstens einen Füllkomponente getränkt wurde, wird ein Werkstoffverbund bereitgestellt, der anschließend einem Verfahrensschritt zur Formgebung und weiterhin anschließend einem Verfahrensschritt zur Aushärtung zugeführt werden kann. Insbesondere kann der Werkstoffverbund nach Verlassen der Injektionsbox zunächst eine Kühlstation durchlaufen, wobei der Werkstoffverbund bereits bei Verlassen der Injektionsbox im Wesentlichen dem Profil entspricht, das auch der Verbundkörper selbst aufweist. Wurde die wenigstens eine Füllkomponente, beispielsweise gebildet durch ein Polyurethan, in die gewünschte Profilform gebracht, so kann nach Durchlaufen der Kühlstation wenigstens eine Aushärtestation folgen, in die in den Werkstoffverbund thermische Energie eingebracht wird, wobei die Einbringung der Energie zum Härten des Werkstoffverbundes durch Wärmeenergie bereitgestellt wird, indem beispielsweise ein Aushärtungswerkzeug entsprechend beheizt wird. Vorzugsweise enthält die Füllkomponente keine Verbindungen, die Cyanogruppen aufweisen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ferner gelöst durch eine Injektionsbo für eine Pu 1 tru s i onsan läge zur Herstellung eines strangförtnigen Verbundkörpers aus einem Faserbündel und wenigstens einer Füllkomponente, wobei die Injektionsbox wenigstens zwei Zuführkanäle und eine Injektionskammer aufweist, in die das Faserbündel einläuft und in die die Füllkomponente in einem fließfähigen Zustand inj i/.ierbar ist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die Injektionsbox Mittel aufweist, um in die Injektionskammer Energie einzubringen, sodass eine Tränkung des Faserbündels mit der Füllkomponente unter Energiezufuhr ausführbar ist, wobei die Mittel für den Fnergieeintrag nicht gleichzeitig als Zuführkanäle dienen. Die Mittel können durch wenigstens eine U ltraschallsonde, insbesondere ausgeführt als Ultraschallfinger und/oder ausgeführt als Teil der Injektionsbox, gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Mittel durch wenigstens einen Mikrowellengenerator gebildet sein.
Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Pultrusionsanlage mit einer Injektionsbo mit Merkmalen, wie diese gemeinsam mit den jeweiligen Vorteilen vorstehend beschrieben ist.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt: Figur 1 eine schematische Ansicht einer Pultrusionsanlage zur Herstellung eines strangförmi gen Verbundkörpers mit e iner Inj ek ti onsbox und einem Ultraschallgenerator zur Einbringung von Energie in die Injektionsbox und
Figur 2 eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Injektionsbox mit
Ultraschallsonden zur Einbringung von Energie.
Figur 1 zeigt in schematischer Weise eine Pultrusionsanlage 1 mit einer Injektionsbox 14, und die Injektionsbox 14 ist wirkverbunden mit einem Ultraschallgenerator 1 , um über Ultraschallsonden 17 Energie in Form einer Ultraschallschwingung in die Injektionsbox 14 einzubringen.
In die Injektionsbox 14 läuft ein Faserbündel 1 1 ein, und das Faserbündel 1 1 weist eine Vielzahl von Fasern 20 auf. Die Fasern 20 werden durch eine Zugkraft F in die Injektionsbox 14 eingezogen, wobei die Zugkraft F in den fertigen Verbundkörper 10 eingebraucht wird, der die Pultrusionsanlage 1 mit einem gegebenen Profil verlässt. In der Injektionsbox 14 wird das Faserbündel 1 1 mit Füllkomponenten 12 und 13 getränkt. Die Füllkomponente 1 2 kann beispielsweise ein Polyisocyanat und die Füllkomponente 13 kann ein Polyol umfassen. Die beiden Füllkomponenten 12 und 13 werden durch Dosiermittel 21 in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander dosiert über einen Extrusionsmischer 22 in die Injektionsbox 14 inj iziert, wobei die Injektion der Füllkomponenten 12 und 13 durch den Extrusionsmischer 22 unter einem Druck oder drucklos erfolgen kann.
Hat das Faserbündel 1 1 die Injektionsbox 14 durchlaufen, so sind die Fasern 20 des Faserbündels 1 1 mit den Füllkomponenten 12 und 13 getränkt, beispielsweise können die Fasern 20 in einer Polyurethan-Matrix eingebracht sein, die sich in der Injektion box 14 durch eine Reaktion der Füllkomponenten Polyisocyanat 12 und Polyol 13 bildet.
Nachfolgend durchläuft der so gebildete Werkstoffverbund eine Kühlstation 23, wobei im Auslauf der Injektionsbox 14 zumindest eine Matrize eingebracht sein kann, um den Werkstoffverbund zu einem Verbundkörper 10 zu formen . Nach der Kühlstation 23 durchläuft der so gebildete Werkstoffverbund mehrere Heiz- und Kühlstationen 24, 25 und 26.
Um begleitend zur Benetzung des Faserbündels 11 mit den Füllkomponenten 12 und 13 Energie in die Injektionsbox 14 einzubringen, sind beispielhaft mehrere Ultraschallsonden 17 gezeigt, die mit dem Ultraschallgenerator 19 verbunden sind. Eine beispielhafte Anordnung der Ultraschallsonden 17 an und in der injektionsbox 14 ist in der nachfolgenden Figur 2 näher dargestellt.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Injektionsbox 14, in die ein Faserbündel 1 1 aus einer Vielzahl von Fasern 20 einläuft. Die Fasern 20 durchlaufen dabei Bohrungen 27, die in einer vorderseitigen Führungsplatte 28 eingebracht sind. Anschließend laufen die Fasern 20 in eine Inj ektionskammer 15 der Injektionsbox 14 ein.
Beispielhaft sind in einem vorderen Abschnitt der Injektionskammer 15 mehrere Zufuhrkanäle 29 gezeigt, durch die die bereits miteinander vermischten Füllkomponenten 12 und 13 in die Injektionskammer 15 eingebracht werden. Das Gemisch der Füllkomponenten 12 und 13 durchtränkt dabei die Fasern 20 des Faserbündels 1 1 , sodass die Benetzung der Fasern 20 während des Durchlaufes der Fasern 20 durch die Injektionskammer 15 erfolgt.
Begleitend zur Tränkung der Fasern 20 mit den Füllkomponenten 12 und 13 wird Energie über Ultraschallfinger 17 eingebracht, die beispielhaft als Sonotroden dargestellt sind und in die Inj ektionskammer 15 hineinragen. Werden die Ultraschallfinger 17 durch den Ultraschal lgenerator 19 aktiviert, so wird die Ultraschallschwingung auf das Gemisch der Füllkomponenten 12 und 13 übertragen und von den Füllkomponenten 12 und 13 wird die Ultraschallschwingung schließlich auf die Fasern 20 übertragen.
An der Grenzfläche zwischen den Fasern 20 und den Füllkomponenten 12 und 13, die bereits zu einem Polyurethan miteinander vermi scht sein können, wird durch die eingebrachte U l trasch all Schw i ngu ng eine Blasenb il dun verringert oder verm i ed en, sodas s d ie Durchzuggeschwindigkeit des Faserbündels 1 1 durch die Injektionskammer 14 vergrößert werden kann.
Beispielhaft sind weitere Ultraschallsonden 1 8 gezeigt, die als Teile 18 im Randbereich der Injektionsbox 14 ausgeführt sind. Dabei sind die Teile 18 beispielhaft plattenförmig gezeigt und können ebenfalls durch einen Ultraschallgenerator 19 in Ultraschall Schwingung versetzt werden, um diese an die Füll komponenten 12 und 13 im Innenraum der Injektionskammer 1 5 zu übertragen.
I m Ergebni s wi rd e i n Werk s to ffverbun d 1 6 b ere i tge s tel l t , der tro tz h ö h erer Durchzuggeschwindigkeit des Faserbündels 1 1 durch die Injektionsbox 14 keine Lufteinschlüsse aufweist, wodurch trotz der erhöhten Pultrusionsgeschwindigkeit eine hohe Qualität eines anschließend gebildeten Verbundkörpers 10 ermöglicht ist.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile einschließlich konstruktiver Einzelhei ten oder räumliche Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bczugszcichenliste
Pultrusionsanlage Verbundkörper
Faserbündel
erste Füllkomponente
zweie Füllkomponente
Injektionsbox
Tnjektionskammer
Werkstoffverbund
Ultraschallsonde, Ultraschallfinger
Ultraschallsonde, Teil der Injektionsanlage
Ultraschallgenerator
Faser
Dosiermittel
F.xtrusionsmischer
Kühlstation
Heizstation
Heizstation
Heiz-/ Kühlstation
Bohrung
Führungsplatte
Zuführkanal Zugkraft

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen Verbundkörpers (10) aus einem Faserbündel (11) und wenigstens einer Füllkomponente (12, 13), wobei das Faserbündel (11) in eine Injektionsbox (14) mit einer Injektionskammer (15) geführt wird, in die die Füllkomponente ( 12, 13) in einem fließ fähigen Zustand injiziert wird, sodass das Faserbündel (11) mit der Füllkomponente (12, 13) getränkt wird und wodurch ein Werkstoffverbund (16) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in die Injektionskammer (15) Energie eingebracht wird, sodass die Tränkung des Faserbündels (1 1) mit der Füllkomponente (12, 1 ) unter Energiezufuhr ausgeführt wird, wobei die Injektion der Füllkomponenten (12, 13) unabhängig vom Eintrag der Energie erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie in Form von Wellen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mikrowellen, Ultraschall, Hochfrequenzwellen und Stoßwellen in die I nj ektionskammer (15) eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie durch eine Ultraschallschwingung in die Injektionskammer (15) eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wel lenlänge der Ultraschallschwingung einen Wert aufweist, der größer ist als der Wert des Durchmessers der Fasern (20) des Faserbündels (1 1).
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie mittels wenigstens einer Ultraschallsonde (17, 18) in die Injektionskammer (15) eingebracht wird, wobei die Ultraschallsonde (17, 18) vorzugsweise in die Injektionskammer ( 15) als Ultraschall finger (17) hineinragend und/oder als Teil (18) der Injektionsbox (14) ausgeführt ist.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (20) des Faserbündels (1 1) mit Ultraschall in Schwingung versetzt werden, insbesondere wenn die Fasern (20) mit der Füllkomponente (12, 13) getränkt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallschwingung von der Ultraschallsonde ( 17, 18) über die Füllkomponente (12, 13) auf die Fasern (20) des Faserbündels (11) übertragen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie durch Mikrowellenstrahlung in die Injektionskammer (15) eingebracht wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserbündel (1 1) die Injektionsbox (14) mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 1/min, durchläuft.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffverbund ( 16) nach Verlassen der Injektionsbox ( 14) wenigstens einem Verfahrensschritt zur Formgebung und wenigstens einem Verfahrensschritt zur Aushärtung zugeführt wird.
11. Injektionsbox (14) für eine Pultrusionsanlage zur Herstellung eines strangförmigen Verbundkörpers (10) aus einem Faserbündel (11) und wenigstens einer Füllkomponente (12, 13), wobei die Injektionsbox (14) wenigstens zwei Zuführkanäle (29) und eine Injektionskammer (15) aufweist, in die das Faserbündel (11) einläuft und in die die Füllkomponente (12, 13) in einem fließfähigen Zustand injizierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsbox (14) Mittel aufweist, um in die Injektionskammer (15) Energie einzubringen, sodass eine Tränkung des Faserbündels (11) mit der Füllkomponente (12, 13) unter Energiezufuhr ausführbar ist, wobei die Mittel zum Energieeintrag nicht als Zufuhrkanäle (29) dienen.
12. Injektionsbox (14) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel durch wenigstens eine Ultraschallsonde ( 17, 18), insbesondere ausgeführt als Ultraschallfinger ( 17) und/oder ausgeführt als Teil (18) der Injektionsbox (14), gebildet sind.
13. Injektionsbox (14) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel durch wenigstens einen Mikrowellengenerator gebildet sind.
14. Injektionsbox (14) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13 zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
15. Pultrusionsanlage (1 ) mit einer Injektionsbox (14) nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14.
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