WO2016173886A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines faserverbundwerkstoffs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines faserverbundwerkstoffs Download PDF

Info

Publication number
WO2016173886A1
WO2016173886A1 PCT/EP2016/058636 EP2016058636W WO2016173886A1 WO 2016173886 A1 WO2016173886 A1 WO 2016173886A1 EP 2016058636 W EP2016058636 W EP 2016058636W WO 2016173886 A1 WO2016173886 A1 WO 2016173886A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fiber
fiber bundle
melt
expanded
nozzle
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/058636
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mark Reinhard BERLIN
Udo Sondermann
Original Assignee
Evonik Degussa Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Degussa Gmbh filed Critical Evonik Degussa Gmbh
Priority to BR112017023039-9A priority Critical patent/BR112017023039B1/pt
Priority to MX2017013714A priority patent/MX2017013714A/es
Priority to KR1020177034204A priority patent/KR102459601B1/ko
Priority to CA2983701A priority patent/CA2983701C/en
Priority to JP2017556517A priority patent/JP6713487B2/ja
Priority to CN201680025032.4A priority patent/CN107635737B/zh
Priority to US15/569,460 priority patent/US11618183B2/en
Priority to EP16721669.6A priority patent/EP3288739B1/de
Publication of WO2016173886A1 publication Critical patent/WO2016173886A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
    • B29B15/122—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length with a matrix in liquid form, e.g. as melt, solution or latex
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/02—Making granules by dividing preformed material
    • B29B9/06—Making granules by dividing preformed material in the form of filamentary material, e.g. combined with extrusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/10—Making granules by moulding the material, i.e. treating it in the molten state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00—Making granules
    • B29B9/12—Making granules characterised by structure or composition
    • B29B9/14—Making granules characterised by structure or composition fibre-reinforced
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/22—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of indefinite length
    • B29C43/24—Calendering

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for the production of
  • Composite materials in which one or more fiber bundles can be gently widened and then impregnated with a melt With this method or this device also cheaper fiber types, for example made of E-glass, can be optimally expanded with minimal fiber breakage.
  • EP 0 056 703 A1 describes a method in which
  • Reinforcing fiber rovings are drawn through a melt of a thermoplastic material, in which immersed at least one heated surface for spreading the roving in the form of a heated spreader bar. Practically, however, several spreading devices are always required. However, the withdrawal forces to be applied increase sharply with the number of spreading devices, with the viscosity of the melt and with the take-off speed. Since the resulting high pull-off forces as well as the mechanical friction at the bars the
  • EP 0 602 618 A1 shows another possibility of fine fiber expansion by means of an air nozzle which widens and homogenizes the pre-spread fiber bundles.
  • a disadvantage of this procedure is the uncontrolled single fiber expansion, i. The entire clutch is fanned out by means of compressed air. Bonded fiber bundles can not always be detected.
  • the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and, in particular, to provide a method and a device in which a controlled expansion of a fiber bundle is carried out so that also glued
  • Fiber bundles are spread, with only low withdrawal forces should be necessary to
  • the invention therefore provides a process for producing a composite of unidirectional fibers and a matrix, comprising the following steps: a) a fiber bundle is guided radially over at least one deflecting bar, which has radially circumferential rounded elevations, and thus deflected and widened;
  • melt-impregnated fiber bundle is pulled through a draw-off nozzle at the end of the tool.
  • the product can then be calendered and cooled.
  • the method step a) is to be understood as meaning that a plurality of fiber bundles can also be guided via at least one such deflecting rod, and that the fiber bundles are then brought together at the latest before the draw-off nozzle.
  • Fiber bundles is understood to mean a bundle of a larger number of individual filaments, typically several thousand individual filaments.
  • the fiber bundle may consist of a roving or of a plurality of rovings, preferably consisting of one to a maximum of 1000 rovings, and more preferably from one to a maximum of 800 rovings.
  • These rovings are individually unwound or pulled off from the bobbins in the method according to the invention and so before the spreading device or at the beginning of the spreading device
  • the term "roving” generally refers to a bundle of monofilaments, which may consist of a single type of fiber or of different types of fibers. Accordingingly, all fibers of sufficient length are suitable: inorganic fibers, polymer fibers and natural fibers, examples of suitable fibers are metal fibers, glass fibers (eg of E glass, A glass, C glass, D glass, AR glass, R glass, S1 glass, S2 glass, etc.), carbon fibers, metallized carbon fibers, Boron fibers, ceramic fibers (eg of AI2O3 or S1O2), basalt fibers,
  • Silicon carbide fibers Silicon carbide fibers, aramid fibers, polyamide fibers, polyethylene fibers, polyester fibers (eg, polybutylene terephthalate), liquid crystal polyester fibers, polyacrylonitrile fibers, and polyimide, polyetherimide, polyphenylene sulfide, polyether ketone, polyether ether ketone fibers, cellulose fibers spun by the viscose method, and commonly referred to as Viscose fibers, hemp fibers, flax fibers, jute fibers and the like.
  • the cross section of the fibers may be, for example, circular, rectangular, oval, elliptical or cocoon. With fibers whose cross-section deviates from the circular shape (for example, flat glass fibers), a higher degree of fiber filling in the finished part and thus a higher strength can be achieved.
  • the matrix of the composite may be a thermoplastic molding compound, a thermosetting resin, a thermoplastic-thermoset hybrid system, a thermoplastic elastomer or a crosslinked elastomer.
  • Thermoplastic molding compounds consist of a thermoplastic as
  • thermoplastics are, for example, polyolefins (such as polyethylene or polypropylene), polyesters (such as
  • Dicarboxylic acids and diamines Dicarboxylic acids and diamines
  • polyarylene ether ketones such as polyether ether ketone, polyether ketone or polyether ether ketone ketone
  • polyphenylene sulfide polyetherimide, polymethyl methacrylate, polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymers (SAN), styrene-acrylonitrile-butadiene copolymers (ABS), polyacetal, polyurethane, polyimide, polysulfone , Polyethersulfone, polyphenylene oxide or
  • Fluoropolymers such as PVDF or ETFE.
  • This melt may also contain a solvent, which is then removed again.
  • a monomer as a melt, which is then polymerized in situ; for example, a
  • Polyamide matrix are produced by anionic lactam polymerization.
  • Another variant is that a polymer of comparatively low molecular weight is applied together with a coupling agent as a melt and then during the impregnation process and in particular after a chain extension is carried out.
  • thermosets are, for example, unsaturated polyester resins, epoxy resins, aminoplasts, phenoplasts, crosslinked polyacrylates, polyurethanes, melamine resins, vinyl ester resins or
  • the melt applied in process step b) is in this case a resin-hardener mixture or another suitable precursor, for example a prepolymer.
  • thermoplastic elastomers are, for example, TPE-0 (olefin-based thermoplastic elastomers, such as PP / EPDM), TPE-V (olefin-based cross-linked thermoplastic elastomers, in particular PP / cross-linked EPDM), TPE-U (polyurethane-based thermoplastic elastomers), TPE-E (thermoplastic polyester elastomers), TPE-S (styrenic block copolymers, such as SBS, SEBS, SEPS, SEEPS or MBS) and TPE-A (polyamide elastomers).
  • TPE-0 olefin-based thermoplastic elastomers, such as PP / EPDM
  • TPE-V olefin-based cross-linked thermoplastic elastomers, in particular PP / cross-linked EPDM
  • TPE-U polyurethane-based thermoplastic elastomers
  • TPE-E thermoplastic polyester elastomers
  • Suitable crosslinked elastomers are obtained from a rubber compound which according to the prior art contains a vulcanizing agent and optionally vulcanization aids, fillers, oils and other customary additives.
  • elastomers are EPDM, styrene / butadiene rubber, butyl rubber, silicone rubber, epoxy rubber,
  • Chloroprene rubber, acrylic rubber and the like Chloroprene rubber, acrylic rubber and the like.
  • melt is used for all, for example, the above, flowable materials which are applied to the fiber bundles and then give the matrix.
  • the expansion in process step a) depends on the geometry of the final product. If the end product is a tape, the fiber bundle is widened by a comparatively high factor. In contrast, if the end product is relatively thick, for example has a rectangular or square cross-section, the fiber bundle based on the width of the
  • a widening may preferably be a maximum of a factor of 30, more preferably a maximum of a factor of 20, particularly preferably a maximum of a factor of 14 and most preferably a maximum of a factor of 8, in each case based on the width of the end product.
  • the fiber bundle is widened so far that its average thickness is 1 to 50 times the filament diameter, more preferably 1 to 40 times
  • Filament diameter particularly preferably from 1.5 to 35 times the filament diameter and very particularly preferably from 1.8 to 30 times the filament diameter.
  • the averaging is carried out across the width of the fiber bundle.
  • the shortest cross-sectional axis is chosen as the filament diameter.
  • the instructions of the fiber manufacturer can be followed.
  • the arithmetic mean based on the number of individual filaments. If manufacturer information is not available or for fibers of the same type with different geometry, such as natural fibers, the average filament diameter by a scanning electron micrograph (SEM image), measuring and
  • the deflecting rod has at least two, preferably at least three, and more preferably at least four radially encircling rounded elevations.
  • the elevations are arranged side by side on the deflection bar and usually have the same distance from each other. In a preferred embodiment, the elevations are arranged over the entire width of the deflection bar. In a further preferred embodiment, the
  • Elevations arranged in the region of the deflection bar over which the fiber bundle is guided can vary greatly depending on the type of fibers and the type and amount of sizing adhering to the fibers.
  • two or three deflecting rods are arranged one behind the other, with about four, five, six or more deflecting rods can be arranged behind each other when using thicker fiber bundles or fiber bundles, which are loaded with a lot of sizing and thereby glued. It has proved to be advantageous if at the first
  • Umlenkstange the surveys are located at a shorter distance, while at the next deflection rods, the distances can be further.
  • the invention also includes the case that, for example, the last deflection bar has no elevations. It is only essential to the invention that at least one of the deflection rods has the elevations described in more detail below.
  • the fiber bundle is deflected at an angle which is dependent inter alia on the type of fibers and the type and amount of sizing adhering to the fibers.
  • the deflection angle is in the range of 5 ° to 120 °, preferably in the range of 10 ° to 1 10 °, more preferably in the range of 15 ° to 100 ° and particularly preferably in the range of 20 ° to 90 °.
  • the diversion is rather weak; in many cases is one
  • the expanded fiber bundle is then drawn into the impregnation chamber.
  • the melt is applied to the expanded fiber bundle.
  • This can be done, for example, by pulling the fiber bundle through a melt bath.
  • the melt is applied by means of application nozzles or with the aid of one or more distributor bars.
  • a melt is applied, which preferably has a viscosity of from 10 mPas to 400 Pas and more preferably up to 300 Pas.
  • a melt is applied, which preferably has a viscosity of from 10 mPas to 400 Pas and more preferably up to 300 Pas.
  • Viscosity according to the invention is understood to mean the quiescent shear viscosity at the process temperature, measured in a mechanical spectrometer according to ASTM D4400.
  • the melt When applying the melt is preferably carried out without excess melt, especially in higher-viscosity melts, or with only a slight melt excess. When working with melt surplus must be taken to ensure that the excess melt can flow through a designated opening.
  • the ratio of fibers to melt is adjusted so that the volume fraction of the fibers in the finished part about 10 to 85%, preferably 15 to 80% and particularly preferably 20 to 75%.
  • the applied melt penetrates into the fiber interstices. This is supported by local differential pressures as well as by relative movements of the fibers. Suitable measures for this purpose are, for example, a cross-sectional taper, a deflection around a radius and / or the shaping in front of and in the draw-off nozzle. In principle, any measure known from the prior art can be used here.
  • the extraction nozzle usually contains no integrated extraction device.
  • the strand is usually rather by a directly attached to the nozzle trigger or through
  • Calender rolls pulled Such a trigger, for example in the form of rollers or rollers, as well as calenders are state of the art.
  • the take-off speed can be adjusted as needed. It is preferably from 0.1 to 30 m / min and more preferably from 0.5 to 25 m / min.
  • the strand obtained can have any desired geometry. He may, for example, a foil, a tape, a plate, a round profile, a
  • Rectangular profile or a complex profile Rectangular profile or a complex profile.
  • the resulting strand containing a thermoplastic matrix becomes long-fiber-reinforced rod granules having a length of 4 to 60 mm, preferably 5 to 50 mm, more preferably 6 to 40 mm, particularly preferably 5 to 30 mm and most particularly preferably cut 6 to 25 mm.
  • Moldings can then be produced from this granulate by means of injection molding, extrusion, pressing or other customary shaping methods, particularly good properties of the molding with gentle
  • FIG. 1 shows a deflection bar according to the invention.
  • FIG. 2 shows two adjacent elevations in detail.
  • the deflecting rod 1 shown in FIG. 1 has three radially extending elevations 2, which in this case are arranged in the region of the deflecting bar over which the fiber bundle would be guided.
  • Flank angle a a height H and a rounded tip with a radius R.
  • a straight section of length L which may be, for example, 0.5 times to six times the original roving width.
  • Flank angle ⁇ 90 1 ° to 100 °, more preferably 90.3 ° to 95 ° and particularly preferably 90.5 ° to 92 °
  • the height H is preferably 0.2 mm to 20 mm, particularly preferably 0.5 mm to 10 mm, particularly preferably 1 mm to 6 mm and very particularly preferably 2 mm to 4 mm.
  • the radius R is preferably 0, 1 mm to 10 mm, more preferably 0, 1 mm to 5 mm and particularly preferably 0.2 to 2 mm. The radius is related to the rounding of the tip.
  • deflection bar according to the invention is used in the method which is described in the European patent application with the application file 1420041 1.8 dated 29.12.2014.
  • the method comprises the following steps: a) A fiber bundle is guided radially over at least one deflection bar, which is radial
  • the tool guides the wetted fiber bundle in the direction of the later product cross-section, i. H. in the direction of the cross-section with which the product leaves the draw-off nozzle;
  • a radius directs the wetted fibers at an angle of 5 to 60 °, preferably from 8 to
  • a calming zone makes the fiber distribution uniform to a uniform height
  • melt-impregnated fiber bundle is pulled through a draw-off nozzle at the end of the tool.
  • the cross-sectional taper in method step c ') leads to the fact that the spread of the wetted fiber bundle is reduced; that is, that its width is guided in the direction of the width of the draw-off nozzle.
  • the width of the wetted fiber bundle is guided to the width of the draw-off nozzle.
  • the width of the wetted fiber bundle is guided to a width which is greater than the width of the draw-off nozzle. In this case, the width of the wetted fiber bundle is reduced further on the way to the draw-off nozzle or in the draw-off nozzle.
  • the width of the wetted fiber bundle is guided to a width which is smaller than the width of the draw-off nozzle. In this case, the width of the wetted on the way to the exhaust nozzle
  • Process step c ') is preferably carried out so that in all considered here
  • the width of the wetted fiber bundle is reduced by at least a factor of 1, 2 and more preferably at least by a factor of 1.4.
  • the radius of the deflection is preferably 2 to 90 mm, more preferably 3 to 60 mm, particularly preferably 4 to 40 mm and most preferably 4 to 30 mm
  • Variations of the geometry are possible, for example at the deflection point the radius combined with a short elevation or the fiber bundle is guided Z-shaped at the deflection point
  • the deflection point is preferably located at the end of the cross-sectional taper; but it can also be before the end of the cross-sectional taper or after the end of the cross-sectional taper, but then it is expected that the impregnation may not reach the optimum.
  • the length of the calming zone depends, for example, on the melt viscosity, the anticipated withdrawal speed and the plant size. For example, in a laboratory installation on which a 40 mm wide tape of E or S glass and PA12 is produced, very good results are obtained with a length of 100 mm. But this is just a rough guide.
  • the calming zone can also be shorter or significantly longer.
  • the deflection bar according to the invention is used in the method which is described in the European patent application with the registration file 15162335.2 of 02/04/2015.
  • the method comprises the following steps: a) One or more fiber bundles are guided radially via one or more spreading devices, each containing at least one deflection bar, which has radially circumferential rounded elevations, and thus deflected and widened;
  • melt is applied to the expanded fiber bundles, wherein melt is supplied via horizontally oriented distributor bars, which are each arranged between two fiber webs;
  • the fiber bundle is widened and guided in such a way that at least two superimposed webs result at the latest during the melt application.
  • the web separation can be done in the tool or even before the tool.
  • At least two fiber bundles are each widened separately via a spreading device and drawn into the impregnating chamber through separate openings. This gives you directly two spatially separated fiber webs.
  • the fiber bundles, the spreading devices and the intake openings are arranged one above the other, so that the fiber webs do not have to be deflected.
  • the fiber bundles, the spreading devices and the intake openings may also be arranged differently, so that the fiber webs are deflected into the appropriate position.
  • At least two fiber bundles are each widened separately via a spreading device and pulled through a common opening into an impregnating chamber. Upon entering the impregnation chamber, the individual fiber webs divide again. The division of the previously separated tracks can be done by manual threading in the open tool. Therefore, an easy-open, at least two-part tool is to be preferred.
  • a fiber bundle is widened via a spreading device and in this case or subsequently by a suitable device into several superimposed lying, spatially separated and spread fiber webs separated.
  • the separated fiber webs must be deflected in this case. Subsequently, the fiber webs are drawn into an impregnation chamber.
  • Fiber bundles each separately expanded by a spreading and here or
  • Distributor cross section introduces the fraction of melt.
  • one or more melt distributors can be arranged, which are preferably mounted one above the other.
  • a distributor bar is supplied with melt by an extruder or a melt pump, which is connected downstream of a plasticizing unit, and doses the polymer uniformly over the latter
  • the uniform metering takes place via the inner cross section of the application nozzle.
  • the geometry of the distributor nozzle ensures a uniform application of the melt, by preferably having a nozzle opening or a plurality of juxtaposed nozzle openings over the entire width of the fiber webs.
  • a strap distributor may be attached, a Banl Wegverteilergeometrie or similar forms that allow a targeted metering and a uniform application of the melt film.
  • Distributor nozzles are known in the art.
  • a suitable source flow distributor geometry is described in greater detail in WO 2012/149129, for example.
  • the distributor bar can
  • additional melt can additionally be applied by one or two application nozzles, wherein either an application nozzle above the uppermost fibrous web, an application nozzle below the lowermost fibrous web or one application nozzle above the uppermost fibrous web and below the lowermost fibrous web is arranged.
  • the merging can also be supported in the chamber area by the chamber geometry or by an inserted insert in the form of a cross-sectional taper. In this case If the fibers are already pre-consolidated with melt in a preliminary stage, the nozzle then takes over the remaining consolidation. If the final product is a foil, it will not be
  • Cross-sectional taper needed; if it is a profile, the cross-section is reduced by a widened fiber web to the profile shape.
  • the take-off nozzle takes over the first shaping and causes a further impregnation of the web. It usually does not contain an integrated extraction device.
  • the strand is usually rather by a directly attached to the nozzle trigger or through
  • Calender rolls pulled Such a trigger, for example in the form of rollers or rollers, as well as calenders are state of the art. As a result, a further shaping can take place.
  • the curing reaction takes place in the nozzle area and after.
  • the nozzle area can be made longer. It is either worked with a quantitatively appropriate melt order or the nozzle acts as a scraper and curing takes place only afterwards.
  • the temperature control must be selected so that the curing can take place only from the nozzle area.
  • the product is optionally thermally treated after removal from the nozzle, for example in an oven.
  • the invention also relates to an apparatus for producing a fiber composite material, comprising the following elements: a) A spreading device which contains one or more deflection rods arranged one behind the other, which have radially rounded rounded elevations and over which a fiber bundle is radially guided, deflected and widened can;
  • the device contains the following
  • a spreading device containing one or more successively arranged deflecting rods, which have radially circumferential rounded elevations, and over which a fiber bundle radially guided, deflected and at least by a factor of 1, 2, preferably at least a factor of 1, 4 and more preferably can be widened more than the width of the final product by a factor of 1, 6
  • the device comprises the following elements: a) A spreading device which contains one or more deflection rods arranged one behind the other, which have radially circumferential rounded elevations and via which a fiber bundle can be radially guided, deflected and expanded so that at least there are two superimposed, spatially divided fiber webs;
  • expanded fiber bundles in the form of a horizontally oriented distribution beam, which is arranged so that it is located between two fiber webs and with the aid of melt can be applied;

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)

Abstract

Mit einem Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs, das folgende Schritte enthält: • a) Ein Faserbündel wird über mindestens eine Umlenkstange (1) geführt, die radial umlaufende gerundete Erhebungen (2) aufweist, und auf diese Weise aufgeweitet; • b) das aufgeweitete Faserbündel wird anschließend in eine Imprägnierkammer eingezogen; • c) auf das aufgeweitete Faserbündel wird eine Schmelze aufgetragen, • d) das mit Schmelze imprägnierte Faserbündel wird durch eine Abzugsdüse am Werkzeugende gezogen, sowie einer entsprechenden Vorrichtung wird eine sehr gute Imprägnierqualität erzielt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs
Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von
Verbundwerkstoffen, bei denen ein oder mehrere Faserbündel schonend aufgeweitet und danach mit einer Schmelze imprägniert werden können. Mit diesem Verfahren beziehungsweise dieser Vorrichtung können auch günstigere Fasertypen, beispielsweise aus E-Glas, bei minimalem Faserbruch optimal aufgeweitet werden.
Die Aufspreizung eines Faserbündels bei der Imprägnierung ist bekannt. Gängige Praxis der Faseraufweitung ist das Aufspreizen von Faserbündeln durch das vermehrte Umlenken über verschiedene Umlenkstangen. Je nach Stangenanzahl, Umlenkwinkel und Oberflächengüte können so gute Ergebnisse erzielt werden. Grundsätzlich wird eine hohe Faseraufweitung durch vermehrtes Umlenken erzielt. Dieses Vorgehen begünstigt allerdings den Bruch von
Einzelfilamenten im Faserbündel, was den Weiterverarbeitungsprozess erschwert und den Verarbeitungsprozess destabilisiert. Geringere Umlenkungen hingegen spreizen Fasern nicht vollständig auf. So wird in der EP 0 056 703 A1 ein Verfahren beschrieben, bei dem
Verstärkungsfaser-Rovings durch eine Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffs gezogen werden, in die mindestens eine beheizte Oberfläche zum Spreizen des Rovings in Form einer beheizten Spreizstange eintaucht. Praktisch sind jedoch immer mehrere Spreizvorrichtungen erforderlich. Die aufzubringenden Abzugskräfte steigen aber mit der Zahl der Spreizvorrichtungen, mit der Viskosität der Schmelze und mit der Abzugsgeschwindigkeit stark an. Da die daraus resultierenden hohen Abzugskräfte sowie die mechanische Reibung an den Stangen die
Verstärkungsfaser schädigen und damit die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs verschlechtern, ist das zur Verfügung stehende Arbeitsfenster sehr klein. Es kommt hinzu, dass die Imprägniergüte und damit auch die Qualität der Produkte mit steigender Viskosität der Schmelze und steigender Abzugsgeschwindigkeit abnehmen. Daher führt das Verfahren der EP 0 056 703 A1 nur bei Schmelzeviskositäten bis zu 30 Pas und bei niedrigen Abzugsgeschwindigkeiten (unter 0,3 m/min) zu guten Ergebnissen.
Die EP 0 602 618 A1 zeigt eine andere Möglichkeit der feinen Faseraufweitung durch eine Luftdüse, welche die vorgespreizten Faserbündel verbreitert und homogenisiert. Nachteilig bei diesem Vorgehen ist die nicht kontrollierte Einzelfaseraufweitung, d.h. das gesamte Gelege wird mittels Druckluft aufgefächert. Verklebte Faserbündel können so nicht immer erfasst werden.
In der WO 92/21493 wird eine Möglichkeit der Faseraufweitung über vibrierende Stangen aufgezeigt. Diese Technologie wird vor allem für Kohlenstofffasern eingesetzt. Auch hier besteht die Gefahr von unkontrolliertem Faserbruch, der den Gesamtprozess destabilisiert. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben genannten Probleme zu lösen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei denen eine kontrollierte Aufweitung eines Faserbündels so vorgenommen wird, dass auch verklebte
Faserbündel aufgespreizt werden, wobei nur geringe Abzugskräfte nötig sein sollen, um
Faserbruch so weit wie möglich zu vermeiden.
Überraschend wurde gefunden, dass diese Aufgabe gelöst wird, indem das Faserbündel über speziell geformte Umlenkstangen mit gerundeten Erhebungen geführt und dabei aufgeweitet wird. Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs aus unidirektionalen Fasern und einer Matrix, das folgende Schritte enthält: a) Ein Faserbündel wird radial über mindestens eine Umlenkstange geführt, die radial umlaufende gerundete Erhebungen aufweist, und auf diese Weise umgelenkt und aufgeweitet;
b) das aufgeweitete Faserbündel wird anschließend in eine Imprägnierkammer eingezogen; c) auf das aufgeweitete Faserbündel wird eine Schmelze aufgetragen,
d) das mit Schmelze imprägnierte Faserbündel wird durch eine Abzugsdüse am Werkzeugende gezogen.
Das Produkt kann anschließend kalandriert und abgekühlt werden.
Der Verfahrensschritt a) ist so zu verstehen, dass auch mehrere Faserbündel über jeweils mindestens eine solche Umlenkstange geführt werden können, und dass die Faserbündel dann spätestens vor der Abzugsdüse zusammengeführt werden.
Unter„Faserbündel" ist ein Bündel aus einer größeren Zahl von Einzelfilamenten zu verstehen. Üblicherweise sind es mehrere tausend Einzelfilamente. Das Faserbündel kann aus einem Roving oder auch aus einer Mehrzahl an Rovings bestehen; vorzugsweise besteht es aus einem bis maximal 1000 Rovings und besonders bevorzugt aus einem bis maximal 800 Rovings. Diese Rovings werden beim erfindungsgemäßen Verfahren einzeln von Spulen abgewickelt oder abgezogen und vor der Spreizvorrichtung oder am Beginn der Spreizvorrichtung so
zusammengeführt, dass sie ein einziges Faserbündel ergeben. Unter„Roving" versteht man hierbei generell ein Bündel von Einzelfilamenten; dieses Bündel kann aus einem einzelnen Fasertyp oder auch aus verschiedenen Fasertypen bestehen. Grundsätzlich sind alle Fasern von ausreichender Länge geeignet; es können anorganische Fasern, Polymerfasern sowie Naturfasern eingesetzt werden. Beispiele geeigneter Fasern sind Metallfasern, Glasfasern (z. B. aus E-Glas, A- Glas, C-Glas, D-Glas, AR-Glas, R-Glas, S1-Glas, S2-Glas usw.), Carbonfasern, metallisierte Carbonfasern, Borfasern, keramische Fasern (z. B. aus AI2O3 oder S1O2), Basaltfasern,
Siliciumcarbidfasern, Aramidfasern, Polyamidfasern, Polyethylenfasern, Polyesterfasern (z. B. aus Polybutylenterephthalat), Fasern aus flüssigkristallinem Polyester, Polyacrylnitrilfasern sowie Fasern aus Polyimid, Polyetherimid, Polyphenylensulfid, Polyetherketon, Polyetheretherketon, ferner Cellulosefasern, die mittels des Viskoseverfahrens ersponnen wurden und üblicherweise als Viskosefasern bezeichnet werden, Hanffasern, Flachsfasern, Jutefasern und dergleichen. Der Querschnitt der Fasern kann beispielsweise kreisförmig, rechteckig, oval, elliptisch oder kokonförmig sein. Mit Fasern, deren Querschnitt von der Kreisform abweicht (beispielsweise Flachglasfasern), kann ein höherer Faserfüllgrad im Fertigteil und damit eine höhere Festigkeit erzielt werden.
Die Matrix des Verbundwerkstoffs kann eine thermoplastische Formmasse, ein Duroplast, ein Thermoplast-Duroplast-Hybridsystem, ein thermoplastisches Elastomer oder ein vernetztes Elastomer sein. Thermoplastische Formmassen bestehen aus einem Thermoplasten als
Hauptbestandteil oder alleinigem Bestandteil. Weitere Bestandteile können beispielsweise Stabilisatoren, Verarbeitungshilfsmittel, Pigmente, Flammschutzmittel, andere Thermoplaste als Blendkomponenten, Schlagzähmodifier oder dergleichen sein. Geeignete Thermoplaste sind beispielsweise Polyolefine (wie Polyethylen oder Polypropylen), Polyester (wie
Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyarylate oder flüssigkristalline Polyester), Polycarbonat, Polyestercarbonat, Polyamide (wie PA46, PA6, PA66, PA610, PA612, PA1010, PA1 1 , PA12, teilaromatische Polyamide (PPA) oder transparente Polyamide beispielsweise auf Basis von linearen oder verzweigten aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen
Dicarbonsäuren und Diaminen), Polyarylenetherketonen (wie Polyetheretherketon, Polyetherketon oder Polyetheretherketonketon), Polyphenylensulfid, Polyetherimid, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Styrol-Acrylnitril-Copolymere (SAN), Styrol-Acrylnitril-Butadien-Copolymere (ABS), Polyacetal, Polyurethan, Polyimid, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyphenylenoxid oder
Fluorpolymere (wie PVDF oder ETFE). Diese Schmelze kann auch ein Lösungsmittel enthalten, das anschließend wieder entfernt wird. Es kann aber auch stattdessen ein Monomer als Schmelze aufgebracht werden, das dann in situ polymerisiert wird; so kann beispielsweise eine
Polyamid matrix durch anionische Lactampolymerisation erzeugt werden. Eine weitere Variante besteht darin, dass ein Polymer mit vergleichsweise niedrigem Molekulargewicht zusammen mit einem Kopplungsmittel als Schmelze aufgebracht wird und dann während des Imprägniervorgangs und insbesondere danach eine Kettenverlängerung durchgeführt wird.
Geeignete Duroplaste sind beispielsweise ungesättigte Polyesterharze, Epoxidharze, Aminoplaste, Phenoplaste, vernetzte Polyacrylate, Polyurethane, Melaminharze, Vinylesterharze oder
Bismaleinimidharze. Die im Verfahrensschritt b) aufgetragene Schmelze ist in diesem Fall ein harz- Härter-Gemisch oder eine sonstige geeignete Vorstufe, etwa ein Präpolymer.
Geeignete thermoplastische Elastomere sind beispielsweise TPE-0 (thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis, etwa PP/EPDM), TPE-V (vernetzte thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis, insbesondere PP/vernetztes EPDM), TPE-U (thermoplastische Elastomere auf Polyurethanbasis), TPE-E (thermoplastische Polyesterelastomere), TPE-S (Styrolblockcopolymere, etwa SBS, SEBS, SEPS, SEEPS oder MBS) sowie TPE-A (Polyamidelastomere). Geeignete vernetzte Elastomere werden aus einem Kautschukcompound erhalten, das dem Stand der Technik entsprechend ein Vulkanisationsmittel sowie gegebenenfalls Vulkanisationshilfsmittel, Füllstoffe, Öle sowie weitere übliche Zusätze enthält. Beispiele derartiger Elastomere sind EPDM, Styrol/Butadien-Kautschuk, Butylkautschuk, Silikonkautschuk, Epoxidkautschuk,
Chloroprenkautschuk, Acrylkautschuk und dergleichen.
Im Rahmen der Erfindung wird der Begriff„Schmelze" für alle, beispielsweise obengenannten, fließfähigen Materialien verwendet, die auf die Faserbündel aufgebracht werden und dann die Matrix ergeben.
Die Aufweitung im Verfahrensschritt a) ist abhängig von der Geometrie des Endprodukts. Wenn das Endprodukt ein Tape ist, wird das Faserbündel um einen vergleichsweise hohen Faktor aufgeweitet. Wenn das Endprodukt dagegen relativ dick ist, beispielsweise einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt hat, kann das Faserbündel bezogen auf die Breite des
Endprodukts erheblich weniger aufgeweitet werden, so dass keine sinnvolle allgemeingültige Obergrenze angegeben werden kann. Je nach Geometrie des Endprodukts kann eine Aufweitung vorzugsweise maximal um den Faktor 30, besonders bevorzugt maximal um den Faktor 20, insbesondere bevorzugt maximal um den Faktor 14 und ganz besonders bevorzugt maximal um den Faktor 8 erfolgen, jeweils bezogen auf die Breite des Endprodukts.
Hierbei ist es bevorzugt, dass das Faserbündel so weit aufgeweitet wird, dass seine mittlere Dicke dem 1- bis 50-fachen Filamentdurchmesser, besonders bevorzugt dem 1- bis 40-fachen
Filamentdurchmesser, insbesondere bevorzugt dem 1 ,5- bis 35-fachen Filamentdurchmesser und ganz besonders bevorzugt dem 1 ,8- bis 30-fachen Filamentdurchmesser entspricht. Die Mittelung erfolgt hierbei über die Breite des Faserbündels hinweg. Bei Fasern mit nicht kreisförmigem Querschnitt wird als Filamentdurchmesser die kürzeste Querschnittsachse gewählt. Hinsichtlich des Faserquerschnitts kann den Angaben des Faserherstellers gefolgt werden. Bei Mischung verschiedener Fasern wird als Filamentdurchmesser das arithmetische Mittel bezogen auf die Zahl der Einzelfilamente gewählt. Wenn Herstellerangaben nicht verfügbar sind oder bei Fasern gleicher Art mit unterschiedlicher Geometrie, etwa Naturfasern, wird der mittlere Filamentdurchmesser durch eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (REM-Aufnahme), Ausmessen und
Berechnen des arithmetischen Mittels bezogen auf die Zahl der Einzelfilamente bestimmt.
Die Umlenkstange besitzt mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und besonders bevorzugt mindestens vier radial umlaufende gerundete Erhebungen. Die Erhebungen sind auf der Umlenkstange nebeneinander angeordnet und haben im Regelfall den gleichen Abstand voneinander. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Erhebungen über die gesamte Breite der Umlenkstange angeordnet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die
Erhebungen in dem Bereich der Umlenkstange angeordnet, über den das Faserbündel geführt wird. Der Abstand der Erhebungen voneinander kann je nach Art der Fasern und der Art und Menge der an den Fasern anhaftenden Schlichte sehr stark variieren. Vorzugsweise sind hierbei zwei oder drei Umlenkstangen hintereinander angeordnet, wobei etwa beim Einsatz dickerer Faserbündel oder von Faserbündeln, die mit viel Schlichte beladen und dadurch verklebt sind, durchaus auch vier, fünf, sechs oder mehr Umlenkstangen hintereinander angeordnet sein können. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei der ersten
Umlenkstange die Erhebungen in kürzerem Abstand angeordnet sind, während bei den nächsten Umlenkstangen die Abstände weiter werden können. Die Erfindung schließt auch den Fall ein, dass beispielsweise die letzte Umlenkstange keine Erhebungen besitzt. Erfindungswesentlich ist nur, dass mindestens eine der Umlenkstangen die weiter unten näher beschriebenen Erhebungen aufweist.
An der Umlenkstange wird das Faserbündel um einen Winkel umgelenkt, der unter anderem abhängig ist von der Art der Fasern und der Art und Menge der an den Fasern anhaftenden Schlichte. Der Umlenkwinkel liegt im Bereich von 5° bis 120°, vorzugsweise im Bereich von 10° bis 1 10°, besonders bevorzugt im Bereich von 15° bis 100° und insbesondere bevorzugt im Bereich von 20° bis 90°. In der Regel ist die Umlenkung eher schwach; in vielen Fällen ist ein
Umlenkwinkel von 30° ein passender Richtwert.
Das aufgeweitete Faserbündel wird anschließend in die Imprägnierkammer eingezogen.
Anschließend wird auf das aufgeweitete Faserbündel die Schmelze aufgebracht. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Faserbündel durch ein Schmelzebad gezogen wird. Vorzugsweise wird jedoch die Schmelze mittels Auftragsdüsen oder mit Hilfe eines oder mehrerer Verteilerbalken aufgebracht.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Schmelze aufgebracht, die vorzugsweise eine Viskosität von 10 mPas bis 400 Pas und besonders bevorzugt bis 300 Pas besitzt. Bei Monomeren oder bei Präpolymeren bzw. Harz-Härter-Systemen, die nach Härtung Duroplaste oder
Thermoplast-Duroplast-Hybridsystemen ergeben, liegt die Viskosität dabei im unteren Bereich bis hinab zu 10 mPas oder noch tiefer. Bei einer Schmelze aus einer thermoplastischen Formmasse, einem thermoplastischen Elastomer oder einem Elastomercompound beträgt die Viskosität in der Regel mindestens 1 Pas. Unter Viskosität wird erfindungsgemäß die Ruhe-Scherviskosität bei der verfahrensgemäßen Temperatur verstanden, gemessen in einem mechanischen Spektrometer nach ASTM D4400.
Beim Aufbringen der Schmelze wird vorzugsweise ohne Schmelzeüberschuss, insbesondere bei höherviskosen Schmelzen, oder mit nur geringem Schmelzeüberschuss gearbeitet. Beim Arbeiten mit Schmelzeüberschuss muss Vorsorge getroffen werden, dass die überschüssige Schmelze durch eine dafür vorgesehene Öffnung abfließen kann. Das Verhältnis von Fasern zu Schmelze wird so eingestellt, dass der Volumenanteil der Fasern im Fertigteil etwa 10 bis 85 %, bevorzugt 15 bis 80 % und besonders bevorzugt 20 bis 75 % beträgt. Im folgenden Imprägnierschritt dringt die aufgebrachte Schmelze in die Faserzwischenräume ein. Dies wird unterstützt durch lokale Differenzdrucke sowie durch Relativbewegungen der Fasern. Geeignete Maßnahmen hierfür sind beispielsweise eine Querschnittsverjüngung, eine Umlenkung um einen Radius und/oder die Formgebung vor und in der Abzugsdüse. Grundsätzlich kann hier jede aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahme verwendet werden.
Die Abzugsdüse enthält in der Regel keine integrierte Abzugseinrichtung. Der Strang wird üblicherweise vielmehr durch einen direkt nach der Düse angebrachten Abzug oder durch
Kalanderwalzen gezogen. Ein derartiger Abzug, beispielsweise in Form von Rollen oder Walzen, sowie Kalander sind Stand der Technik.
Die Abzugsgeschwindigkeit ist nach Bedarf einstellbar. Sie liegt vorzugsweise bei 0, 1 bis 30 m/min und besonders bevorzugt bei 0,5 bis 25 m/min.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der erhaltene Strang jede gewünschte Geometrie besitzen. Er kann beispielsweise eine Folie, ein Tape, eine Platte, ein Rundprofil, ein
Rechteckprofil oder ein komplexes Profil sein.
In einer Variante dieses Verfahrens wird der erhaltene Strang, der eine thermoplastische Matrix enthält, zu langfaserverstärktem Stäbchengranulat mit einer Länge von 4 bis 60 mm, vorzugsweise 5 bis 50 mm, besonders bevorzugt 6 bis 40 mm, insbesondere bevorzugt 5 bis 30 mm und ganz besonders bevorzugt 6 bis 25 mm geschnitten. Aus diesem Granulat können dann Formteile mittels Spritzgießen, Extrusion, Pressen oder anderer gebräuchlicher Formgebungsverfahren hergestellt werden, wobei besonders gute Eigenschaften des Formteils mit schonenden
Verarbeitungsverfahren erreicht werden. In diesem Zusammenhang bedeutet schonend vor allem, dass ein übermäßiger Faserbruch und die damit einhergehende starke Reduktion der Faserlänge weitgehend vermieden wird. Beim Spritzguss bedeutet dies, dass bevorzugt Schnecken mit großem Durchmesser und tiefem Kompressionsverhältnis sowie großzügig dimensionierte Düsen- und Angusskanäle zum Einsatz kommen. Ergänzend sollte dafür gesorgt werden, dass die Stäbchengranulate mit Hilfe von hohen Zylindertemperaturen rasch aufschmelzen
(Kontakterwärmung) und die Fasern nicht durch übermäßige Scherbeanspruchung zu stark zerkleinert werden. Unter Berücksichtigung dieser Maßnahmen werden Formteile erhalten, die im Mittel eine höhere Faserlänge aufweisen als vergleichbare Formteile hergestellt aus
kurzfaserverstärkten Formmassen. Hierdurch wird eine deutliche Verbesserung der Eigenschaften, insbesondere beim Zug-E-Modul, der Reißfestigkeit und der Kerbschlagzähigkeit erreicht.
In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Umlenkstange wiedergegeben.
Die Figur 2 zeigt zwei nebeneinanderliegende Erhebungen im Detail. Die in der Figur 1 dargestellte Umlenkstange 1 besitzt drei radial umlaufende Erhebungen 2, die in diesem Fall in dem Bereich der Umlenkstange angeordnet sind, über den das Faserbündel geführt würde.
In der Figur 2 sind zwei Erhebungen 2 näher illustriert. Die Erhebungen besitzen einen
Flankenwinkel a, eine Höhe H sowie eine gerundete Spitze mit einem Radius R. Zwischen den Erhebungen befindet sich ein gerader Abschnitt der Länge L, der beispielsweise das 0,5-fache bis das sechsfache der Ursprungsrovingsbreite betragen kann. Vorzugsweise beträgt der
Flankenwinkel α 90, 1 ° bis 100°, besonders bevorzugt 90,3° bis 95° und insbesondere bevorzugt 90,5° bis 92°, während die Höhe H vorzugsweise 0,2 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt 0,5 mm bis 10 mm, insbesondere bevorzugt 1 mm bis 6 mm und ganz besonders bevorzugt 2 mm bis 4 mm beträgt. Der Radius R beträgt vorzugsweise 0, 1 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt 0, 1 mm bis 5 mm und insbesondere bevorzugt 0,2 bis 2 mm. Der Radius ist hierbei auf die Rundung der Spitze bezogen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die
erfindungsgemäße Umlenkstange in dem Verfahren eingesetzt wird, das in der europäischen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 1420041 1.8 vom 29.12.2014 beschrieben wird. Das Verfahren enthält hierbei folgende Schritte: a) Ein Faserbündel wird radial über mindestens eine Umlenkstange geführt, die radial
umlaufende gerundete Erhebungen aufweist, und dabei umgelenkt und mindestens um den Faktor 1 ,2, vorzugsweise mindestens um den Faktor 1 ,4 und besonders bevorzugt mindestens um den Faktor 1 ,6 stärker aufgeweitet als es der Breite des Endprodukts entspricht;
b) das aufgeweitete Faserbündel wird anschließend in eine Imprägnierkammer eingezogen; c) im aufgeweiteten Zustand wird eine Schmelze mittels mindestens einer Auftragsdüse
aufgetragen;
c') durch eine Querschnittsverjüngung führt das Werkzeug das benetzte Faserbündel in Richtung des späteren Produktquerschnitts, d. h. in Richtung des Querschnitts, mit dem das Produkt die Abzugsdüse verlässt;
c") ein Radius lenkt die benetzten Fasern um einen Winkel von 5 bis 60°, vorzugsweise von 8 bis
50°, besonders bevorzugt von 12 bis 40° und insbesondere bevorzugt von 15 bis 35° um; c'") eine Beruhigungszone vergleichmäßigt die Faserverteilung auf eine einheitliche Höhe;
d) das mit Schmelze imprägnierte Faserbündel wird durch eine Abzugsdüse am Werkzeugende gezogen.
Die Querschnittsverjüngung im Verfahrensschritt c') führt dazu, dass die Aufspreizung des benetzten Faserbündels reduziert wird; das heißt, dass dessen Breite in Richtung der Breite der Abzugsdüse geführt wird. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Breite des benetzten Faserbündels auf die Breite der Abzugsdüse geführt. In einer zweiten möglichen Ausführungsform wird die Breite des benetzten Faserbündels auf eine Breite geführt, die größer ist als die Breite der Abzugsdüse. In diesem Fall wird auf dem Weg zur Abzugsdüse oder in der Abzugsdüse die Breite des benetzten Faserbündels weiter reduziert. In einer dritten möglichen Ausführungsform wird die Breite des benetzten Faserbündels auf eine Breite geführt, die kleiner ist als die Breite der Abzugsdüse. In diesem Fall wird auf dem Weg zur Abzugsdüse die Breite des benetzten
Faserbündels durch erneute Aufspreizung wieder erhöht. Die Querschnittsverjüngung im
Verfahrensschritt c') wird vorzugsweise so durchgeführt, dass bei allen hier betrachteten
Ausführungsformen die Breite des benetzten Faserbündels mindestens um den Faktor 1 ,2 und besonders bevorzugt mindestens um den Faktor 1 ,4 reduziert wird.
Im Verfahrensschritt c") beträgt der Radius der Umlenkung vorzugsweise 2 bis 90 mm, besonders bevorzugt 3 bis 60 mm, insbesondere bevorzugt 4 bis 40 mm und ganz bevorzugt 4 bis 30 mm. Variationen der Geometrie sind möglich; beispielsweise kann an der Umlenkstelle der Radius mit einer kurzen Erhebung kombiniert werden, oder das Faserbündel wird an der Umlenkstelle Z- förmig geführt. Diese Variationen der Geometrie lassen sich so beschreiben, dass direkt hintereinander eine zweifache Richtungsänderung erfolgt, wobei dazwischen ein Wendepunkt liegt. In diesem Fall gelten der anspruchsgemäße Radius und der anspruchsgemäße Winkel für die zweite Richtungsänderung und vorzugsweise auch für die erste Richtungsänderung. Hierbei können erster Radius und zweiter Radius sowie erster Winkel und zweiter Winkel unterschiedlich sein.
Die Umlenkstelle befindet sich vorzugsweise am Ende der Querschnittsverjüngung; sie kann aber auch vor dem Ende der Querschnittsverjüngung oder nach dem Ende der Querschnittsverjüngung liegen, allerdings ist dann damit zu rechnen, dass die Imprägnierqualität eventuell nicht das Optimum erreicht.
Wenn als Schmelze ein Harz-Härter-System, ein Monomer oder ein Präpolymer aufgetragen wird, findet die Aushärtereaktion hier üblicherweise vornehmlich in der Beruhigungszone statt. Der abgezogene Strang ist dann bereits im Wesentlichen ausgehärtet.
Die Länge der Beruhigungszone ist abhängig beispielweise von der Schmelzeviskosität, der vorgesehenen Abzugsgeschwindigkeit und der Anlagengröße. Beispielsweise werden bei einer Laboranlage, auf der ein Tape von 40 mm Breite aus E- oder S-Glas und PA12 hergestellt wird, sehr gute Ergebnisse bei einer Länge von 100 mm erhalten. Dies ist aber nur ein ungefährer Anhaltspunkt. Die Beruhigungszone kann auch kürzer oder auch deutlich länger sein.
Hinsichtlich weiterer Einzelheiten des Verfahrens, der Vorrichtung sowie der Vorteile sei auf die Offenbarung der europäischen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 1420041 1.8 vom 29.12.2014 sowie der daraus resultierenden Veröffentlichung verwiesen; diese Offenbarung soll in die vorliegende Patentanmeldung ausdrücklich einbezogen sein. Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäße Umlenkstange in dem Verfahren eingesetzt wird, das in der europäischen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 15162335.2 vom 02.04.2015 beschrieben wird. Das Verfahren enthält hierbei folgende Schritte: a) Ein oder mehrere Faserbündel werden radial über eine oder mehrere Spreizvorrichtungen geführt, die jeweils mindestens eine Umlenkstange enthalten, die radial umlaufende gerundete Erhebungen aufweist, und auf diese Weise umgelenkt und aufgeweitet;
b) das oder die aufgeweiteten Faserbündel werden anschließend in eine Imprägnierkammer eingezogen, so dass mindestens zwei übereinander liegende, räumlich getrennte und aufgeweitete Faserbahnen resultieren;
c) auf die aufgeweiteten Faserbündel wird eine Schmelze aufgetragen, wobei über horizontal ausgerichtete Verteilerbalken, die jeweils zwischen zwei Faserbahnen angeordnet sind, Schmelze zugeführt wird;
c') die einzelnen Faserbahnen werden so zusammengeführt, dass sie übereinander liegen und einander kontaktieren;
d) die zusammengeführten und mit Schmelze imprägnierten Faserbahnen werden durch eine Abzugsdüse am Werkzeugende gezogen.
Das Faserbündel wird aufgeweitet und so geführt, dass spätestens beim Schmelzeauftrag mindestens zwei übereinanderliegende Bahnen resultieren. Die Bahnseparation kann im Werkzeug oder auch schon vor dem Werkzeug erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden mindestens zwei Faserbündel jeweils separat über eine Spreizvorrichtung aufgeweitet und durch separate Öffnungen in die Imprägnierkammer eingezogen. Damit erhält man direkt zwei räumlich getrennte Faserbahnen.
Zweckmäßigerweise sind die Faserbündel, die Spreizvorrichtungen und die Einzugsöffnungen hierbei übereinander angeordnet, so dass die Faserbahnen nicht umgelenkt werden müssen. In Sonderfällen können die Faserbündel, die Spreizvorrichtungen und die Einzugsöffnungen jedoch auch anders angeordnet sein, so dass die Faserbahnen in die passende Lage umgelenkt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden mindestens zwei Faserbündel jeweils separat über eine Spreizvorrichtung aufgeweitet und durch eine gemeinsame Öffnung in eine Imprägnierkammer eingezogen. Beim Eintreten in die Imprägnierkammer teilen sich die einzelnen Faserbahnen wieder auf. Die Teilung der vorher separierten Bahnen kann durch manuelles Einfädeln im geöffneten Werkzeug erfolgen. Von daher ist ein einfach zu öffnendes, mindestens zweigeteiltes Werkzeug zu bevorzugen.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Faserbündel über eine Spreizvorrichtung aufgeweitet und hierbei oder anschließend durch eine geeignete Vorrichtung in mehrere übereinander liegende, räumlich getrennte und gespreizte Faserbahnen separiert. Allerdings müssen die separierten Faserbahnen hierbei umgelenkt werden. Anschließend werden die Faserbahnen in eine Imprägnierkammer eingezogen. In einer Variante hiervon werden zwei oder mehr
Faserbündel jeweils separat über eine Spreizvorrichtung aufgeweitet und hierbei oder
anschließend durch eine geeignete Vorrichtung jeweils in mehrere übereinander liegende, räumlich getrennte und gespreizte Faserbahnen separiert, diese umgelenkt und anschließend in eine Imprägnierkammer eingezogen.
Selbstverständlich sind auch beliebige Kombinationen dieser verschiedenen Ausführungsformen möglich.
Der Benetzungsvorgang erfolgt nun zwischen den jeweiligen Faserbahnen, wo ein
Verteilerquerschnitt den Schmelzeanteil einbringt. Abhängig von den später gewünschten Produkteigenschaften sowie den verwendeten Ausgangsmaterialien können ein oder mehrere Schmelzeverteiler angeordnet werden, die vorzugsweise übereinander angebracht sind. Ein Verteilerbalken wird von einem Extruder oder einer Schmelzepumpe, die einer Plastifiziereinheit nachgeschaltet ist, mit Schmelze versorgt und dosiert das Polymer gleichmäßig über den
Bahnquerschnitt. Die gleichmäßige Dosierung erfolgt über den Innenquerschnitt der Auftragsdüse. Die Geometrie der Verteilerdüse sorgt für einen gleichmäßigen Auftrag der Schmelze, indem vorzugsweise über die gesamte Breite der Faserbahnen eine Düsenöffnung oder mehrere nebeneinander angebrachte Düsenöffnungen vorhanden sind. Hier kann ein Bügelverteiler angebracht sein, eine Quellflussverteilergeometrie oder ähnliche Formen, die eine gezielte Dosierung sowie einen gleichmäßigen Auftrag des Schmelzefilms ermöglichen. Solche
Verteilerdüsen sind dem Fachmann bekannt. Eine geeignete Quellflussverteilergeometrie ist beispielsweise in der WO 2012/149129 näher beschrieben. Der Verteilerbalken kann
beispielsweise einen runden, ovalen, elliptischen, rechteckigen oder rechteckig-gerundeten Querschnitt besitzen.
Im Rahmen der Erfindung kann zusätzlich weitere Schmelze durch eine oder zwei Auftragsdüsen aufgebracht werden, wobei entweder eine Auftragsdüse oberhalb der obersten Faserbahn, eine Auftragsdüse unterhalb der untersten Faserbahn oder jeweils eine Auftragsdüse oberhalb der obersten Faserbahn und unterhalb der untersten Faserbahn angeordnet ist.
Im folgenden Impägnierschritt werden die verschiedenen Bahnen zusammengeführt und durch eine Düse gezogen. Der Kammerbereich zwischen Schmelzeauftrag und Düse kann zur
Unterstützung mit einem leichten Schmelzeüberschuss versehen sein. In diesem Bereich legen sich die Faserbahnen zusammen und die aufgebrachte Schmelze dringt in die noch nicht imprägnierten Faserzwischenräume ein. Unterstützt wird dieser Vorgang durch lokale
Differenzdrücke, die durch die Zusammenführung im Düsenbereich entstehen können. Die Zusammenführung kann auch im Kammerbereich durch die Kammergeometrie oder durch einen eingebrachten Einsatz in Form einer Querschnittsverjüngung unterstützt werden. In diesem Fall werden die Fasern schon in einer Vorstufe mit Schmelze vorkonsolidiert, die Düse übernimmt dann die restliche Konsolidierung. Wenn das Endprodukt eine Folie ist, wird eher keine
Querschnittsverjüngung benötigt; ist es ein Profil, wird der Querschnitt dagegen von einer aufgeweiteten Faserbahn zur Profilform reduziert.
Die Abzugsdüse übernimmt die erste Formgebung und bewirkt eine weitere Imprägnierung der Bahnware. Sie enthält in der Regel keine integrierte Abzugseinrichtung. Der Strang wird üblicherweise vielmehr durch einen direkt nach der Düse angebrachten Abzug oder durch
Kalanderwalzen gezogen. Ein derartiger Abzug, beispielsweise in Form von Rollen oder Walzen, sowie Kalander sind Stand der Technik. Hierdurch kann eine weitere Formgebung erfolgen.
Wenn als Schmelze ein Harz-Härter-System, ein Monomer oder ein Präpolymer aufgetragen wird, findet die Aushärtereaktion im Düsenbereich sowie danach statt. Der Düsenbereich kann hierbei länger ausgeführt sein. Es wird entweder mit mengenmäßig passendem Schmelzeauftrag gearbeitet oder die Düse wirkt als Abstreifer und die Aushärtung erfolgt erst anschließend. Die Temperaturführung muss so gewählt werden, dass die Aushärtung erst ab dem Düsenbereich stattfinden kann. Zur Vervollständigung der Aushärtung wird das Produkt nach dem Abziehen von der Düse gegebenenfalls thermisch nachbehandelt, beispielsweise in einem Ofen.
Hinsichtlich weiterer Einzelheiten des Verfahrens, der Vorrichtung sowie der Vorteile sei auf die Offenbarung der europäischen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 15162335.2 vom 02.04.2015 sowie der daraus resultierenden Veröffentlichung verwiesen; diese Offenbarung soll in die vorliegende Patentanmeldung ausdrücklich einbezogen sein.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs, die folgende Elemente enthält: a) Eine Spreizvorrichtung, die eine oder mehrere hintereinander angeordnete Umlenkstangen enthält, die radial umlaufende gerundete Erhebungen aufweisen, und über die ein Faserbündel radial geführt, umgelenkt und aufgeweitet werden kann;
b) einen oder mehrere Einzugsbereiche in eine Imprägnierkammer;
c) in Transportrichtung folgend eine Vorrichtung zum Auftragen von Schmelze auf das
aufgeweitete Faserbündel,
d) eine anschließende Zone zur Imprägnierung des Faserbündels und
e) eine Abzugsdüse.
Details zu dieser Vorrichtung ergeben sich aus der obigen Verfahrensbeschreibung, da die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform hiervon enthält die Vorrichtung folgende
Elemente: a) Eine Spreizvorrichtung, die eine oder mehrere hintereinander angeordnete Umlenkstangen enthält, die radial umlaufende gerundete Erhebungen aufweisen, und über die ein Faserbündel radial geführt, umgelenkt und mindestens um den Faktor 1 ,2, vorzugsweise mindestens um den Faktor 1 ,4 und besonders bevorzugt mindestens um den Faktor 1 ,6 stärker aufgeweitet werden kann als es der Breite des Endprodukts entspricht,
b) einen oder mehrere Einzugsbereiche in eine Imprägnierkammer;
c) in Transportrichtung folgend eine oder mehrere Auftragsdüsen, mit denen Schmelze auf das aufgeweitete Faserbündel aufgetragen werden kann,
d) eine anschließende Zone zur Imprägnierung des Faserbündels, die hintereinander folgende Bereiche enthält:
• eine Querschnittsverjüngung des Transportkanals, mit der das benetzte Faserbündel in Richtung des späteren Produktquerschnitts geführt werden kann,
• eine Umlenkstelle mit einer Umlenkung um 5 bis 60°, vorzugsweise von 8 bis 50°, besonders bevorzugt von 12 bis 40° und insbesondere bevorzugt von 15 bis 35° und
• eine Beruhigungszone, sowie
e) eine Abzugsdüse.
Details zu dieser Ausführungsform ergeben sich aus der obigen Verfahrensbeschreibung, aus der Offenbarung der europäischen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 1420041 1.8 vom 29.12.2014 sowie der daraus resultierenden Veröffentlichung.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform enthält die Vorrichtung folgende Elemente: a) Eine Spreizvorrichtung, die eine oder mehrere hintereinander angeordnete Umlenkstangen enthält, die radial umlaufende gerundete Erhebungen aufweisen, und über die ein Faserbündel radial geführt, umgelenkt und so aufgeweitet werden kann, dass mindestens zwei übereinander liegende, räumlich geteilte Faserbahnen vorliegen;
b) einen oder mehrere Einzugsbereiche in eine Imprägnierkammer;
c) in Transportrichtung folgend eine Vorrichtung zum Auftragen von Schmelze auf das
aufgeweitete Faserbündel in Form eines horizontal ausgerichteten Verteilerbalkens, der so angeordnet ist, dass er sich zwischen zwei Faserbahnen befindet und mit dessen Hilfe Schmelze aufgetragen werden kann;
d) eine anschließende Zone zur Imprägnierung des Faserbündels, die einen
Zusammenführungsbereich enthält, und
e) eine Abzugsdüse.
Details zu dieser Ausführungsform ergeben sich aus der obigen Verfahrensbeschreibung, aus der Offenbarung der europäischen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 15162335.2 vom 02.04.2015 sowie der daraus resultierenden Veröffentlichung. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Umlenkstange wird eine gleichmäßige Aufweitung sogar von stark schlichtehaltigen Faserbündeln erzielt, wobei insbesondere auch verklebte Bereiche aufgebrochen werden. Damit wird die Voraussetzung dafür geschaffen, dass eine sehr gute Imprägnierqualität über einen sehr weiten Viskositätsbereich hinweg erzielt wird, auch bei hoher Abzugsgeschwindigkeit. Dies gilt erst recht im Zusammenwirken mit den Maßnahmen beim Schmelzeauftrag und der anschließenden Konsolidierung, die ein Fachmann wählen würde, um eine möglichst gute Faserbenetzung zu erzielen.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs aus unidirektionalen Fasern und einer Matrix, das folgende Schritte enthält:
a) Ein Faserbündel wird radial über mindestens eine Umlenkstange geführt, die radial
umlaufende gerundete Erhebungen aufweist, und auf diese Weise umgelenkt und aufgeweitet;
b) das aufgeweitete Faserbündel wird anschließend in eine Imprägnierkammer eingezogen; c) auf das aufgeweitete Faserbündel wird eine Schmelze aufgetragen,
d) das mit Schmelze imprägnierte Faserbündel wird durch eine Abzugsdüse am
Werkzeugende gezogen.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix des
Verbundwerkstoffs eine thermoplastische Formmasse, ein Duroplast, ein Thermoplast- Duroplast-Hybridsystem, ein thermoplastisches Elastomer oder ein vernetztes Elastomer ist.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) das Faserbündel so weit aufgespreizt wird, dass seine mittlere Dicke dem 1- bis 50- fachen Filamentdurchmesser entspricht.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erhaltene Strang nach Verlassen der Abzugsdüse kalandriert wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erhaltene Strang zu langfaserverstärktem Stäbchengranulat mit einer Länge von 4 bis 60 mm geschnitten wird.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erhaltene Strang eine Folie, ein Tape, eine Platte, ein Rundprofil, ein Rechteckprofil oder ein komplexes Profil ist.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
— im Schritt a) das Faserbündel mindestens um den Faktor 1 ,2 stärker aufgeweitet wird als es der Breite des Endprodukts entspricht;
— im Schritt c) die Schmelze mittels mindestens einer Auftragsdüse aufgetragen wird;
— in einem Schritt c') das benetzte Faserbündel durch eine Querschnittsverjüngung in
Richtung des späteren Produktquerschnitts geführt wird;
— in einem Schritt c") ein Radius die benetzten Fasern um einen Winkel von 5° bis 60°
umlenkt und
— in einem Schritt c'") die Faserverteilung in einer Beruhigungszone auf eine einheitliche Höhe vergleichmäßigt wird.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
— im Schritt a) eines oder mehrere Faserbündel über eine oder mehrere Spreizvorrichtungen aufgeweitet werden, die jeweils mindestens eine Umlenkstange enthalten, welche radial umlaufende gerundete Erhebungen aufweist;
— im Schritt b) das oder die aufgeweiteten Faserbündel anschließend in eine
Imprägnierkammer eingezogen werden, so dass mindestens zwei übereinander liegende, räumlich getrennte und aufgeweitete Faserbahnen resultieren;
— im Schritt c) die Schmelze über horizontal ausgerichtete Verteilerbalken, die jeweils zwischen zwei Faserbahnen angeordnet sind, zugeführt wird;
— in einem Schritt c') die einzelnen Faserbahnen so zusammengeführt werden, dass sie übereinander liegen und einander kontaktieren.
9. Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs, die folgende Elemente enthält: a) Eine Spreizvorrichtung, die eine oder mehrere hintereinander angeordnete Umlenkstangen enthält, die radial umlaufende gerundete Erhebungen aufweisen, und über die ein
Faserbündel radial geführt, umgelenkt und aufgeweitet werden kann;
b) einen oder mehrere Einzugsbereiche in eine Imprägnierkammer;
c) in Transportrichtung folgend eine Vorrichtung zum Auftragen von Schmelze auf das aufgeweitete Faserbündel,
d) eine anschließende Zone zur Imprägnierung des Faserbündels und
e) eine Abzugsdüse.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
— mit dem Element a) ein Faserbündel mindestens um den Faktor 1 ,2 stärker aufgeweitet werden kann als es der Breite des Endprodukts entspricht;
— beim Element c) die Vorrichtung zum Auftragen der Schmelze durch eine oder mehrere Auftragsdüsen ausgestaltet ist und
— das Element d) hintereinander folgende Bereiche enthält:
• eine Querschnittsverjüngung des Transportkanals, mit der das benetzte Faserbündel in Richtung des späteren Produktquerschnitts geführt werden kann,
• eine Umlenkstelle mit einer Umlenkung um 5 bis 60° und
• eine Beruhigungszone.
1 1. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
— mit dem Element a) ein Faserbündel so aufgeweitet werden kann, dass mindestens zwei übereinander liegende, räumlich geteilte Faserbahnen vorliegen;
— beim Element c) die Vorrichtung zum Auftragen der Schmelze in Form eines horizontal ausgerichteten Verteilerbalkens ausgebildet ist, der so angeordnet ist, dass er sich zwischen zwei Faserbahnen befindet und
— das Element d) einen Zusammenführungsbereich enthält.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 beziehungsweise Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel der radial umlaufenden gerundeten Erhebung 90, 1 ° bis 100° beträgt.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie 12 beziehungsweise Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der radial umlaufenden gerundeten Erhebung 0,2 mm bis 20 mm beträgt.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie 12 bis 13 beziehungsweise Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der radial umlaufenden gerundeten Erhebung, bezogen auf die Rundung der Spitze, 0, 1 mm bis 10 mm beträgt.
PCT/EP2016/058636 2015-04-30 2016-04-19 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines faserverbundwerkstoffs WO2016173886A1 (de)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR112017023039-9A BR112017023039B1 (pt) 2015-04-30 2016-04-19 Processo e dispositivo para a produção de um material compósito de fibra
MX2017013714A MX2017013714A (es) 2015-04-30 2016-04-19 Proceso y dispositivo para la produccion de un material compuesto de fibras.
KR1020177034204A KR102459601B1 (ko) 2015-04-30 2016-04-19 섬유 복합 재료를 제조하는 방법 및 장치
CA2983701A CA2983701C (en) 2015-04-30 2016-04-19 Process and device for the production of a fibre-composite material
JP2017556517A JP6713487B2 (ja) 2015-04-30 2016-04-19 繊維複合材料を製造する方法および装置
CN201680025032.4A CN107635737B (zh) 2015-04-30 2016-04-19 用于生产纤维复合材料的方法和装置
US15/569,460 US11618183B2 (en) 2015-04-30 2016-04-19 Process and device for the production of a fiber-composite material
EP16721669.6A EP3288739B1 (de) 2015-04-30 2016-04-19 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines faserverbundwerkstoffs

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15165851 2015-04-30
EP15165851.5 2015-04-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016173886A1 true WO2016173886A1 (de) 2016-11-03

Family

ID=53191474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/058636 WO2016173886A1 (de) 2015-04-30 2016-04-19 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines faserverbundwerkstoffs

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11618183B2 (de)
EP (1) EP3288739B1 (de)
JP (1) JP6713487B2 (de)
KR (1) KR102459601B1 (de)
CN (1) CN107635737B (de)
BR (1) BR112017023039B1 (de)
CA (1) CA2983701C (de)
MX (1) MX2017013714A (de)
WO (1) WO2016173886A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3626764A1 (de) 2018-09-21 2020-03-25 Evonik Operations GmbH Composite mit thermoplastischer matrix

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102201976B1 (ko) * 2018-11-21 2021-01-12 롯데케미칼 주식회사 섬유강화 플라스틱 인발성형 장치의 함침핀
CN109989204A (zh) * 2019-03-14 2019-07-09 英鸿纳米科技股份有限公司 一种高强度碳纤维生产用开纤定型装置
US20210146016A1 (en) * 2019-11-15 2021-05-20 Evonik Operations Gmbh Fiber reinforced compositions and methods of manufacture for medical device applications
CN113334271B (zh) * 2021-05-25 2022-08-09 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种单束纤维增强陶瓷基复合材料制备用工装夹具

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0056703A1 (de) 1981-01-21 1982-07-28 Imperial Chemical Industries Plc Faserverstärkte Verbundstoffe und deren Herstellungsverfahren
WO1992021493A1 (en) 1991-06-05 1992-12-10 Ferro Corporation Extruder die assembly for the production of fiber reinforced thermoplastic pellets, tapes and similar products and a process for using the same
EP0602618A1 (de) 1992-12-18 1994-06-22 Hoechst Celanese Corporation Verfahren zur Vorbereitung von entwickelter Fasermischung
US5989376A (en) * 1994-08-25 1999-11-23 The University Of North Carolina At Chapel Hill Pultruded fiber-reinforced plastic and related apparatus and method
NL1009438C2 (nl) 1998-06-18 1999-12-21 Dsm Nv Inrichting en werkwijze voor het impregneren van vezelbundels.
US6270851B1 (en) * 1997-07-14 2001-08-07 Daelim Industrial Co., Ltd. Process for manufacturing resin-coated fibers composite and an application thereof
WO2012149129A1 (en) 2011-04-29 2012-11-01 Ticona Llc Impregnation section with tension adjustment device and method for impregnating fiber rovings
WO2013094742A1 (ja) 2011-12-22 2013-06-27 帝人株式会社 補強繊維ストランドの製造方法
US20130164501A1 (en) 2008-10-22 2013-06-27 Lg Hausys, Ltd. Method of preparing thermoplastics-continuous fiber hybrid composite
WO2014140025A1 (fr) * 2013-03-15 2014-09-18 Faurecia Automotive Composites Procédé et dispositif de réalisation d'un profilé en matériau thermoplastique renforcé par des fibres, comprenant une étape de mise en tension des fibres au cours de leur imprégnation
CN102601887B (zh) * 2011-01-25 2015-02-25 句容市百事特复合材料有限公司 长纤维增强热塑性塑料的生产设备和生产方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4004512A1 (de) * 1990-02-14 1991-08-22 Hoechst Ag Verfahren zur herstellung von photopolymerplatten
US6604927B2 (en) * 1996-09-19 2003-08-12 Lawrence V. Montsinger Apparatus for forming thermoplastic composite materials
US5895622A (en) * 1997-04-07 1999-04-20 Purdue Research Foundation Method and apparatus for composite manufacture
WO2001051265A1 (en) 2000-01-12 2001-07-19 Toray Industries, Inc. Production device and method for opened fiber bundle and prepreg production method
US7547361B2 (en) * 2004-03-31 2009-06-16 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Natural Resources Method and apparatus for fabrication of polymer-coated fibers
JP2005305933A (ja) 2004-04-23 2005-11-04 Daicel Chem Ind Ltd 長繊維強化樹脂構造体製造装置、多段式クロスヘッドダイ及び該構造体の製造方法
JP2007276193A (ja) 2006-04-04 2007-10-25 Toyota Motor Corp フィラメントワインディング装置
JP4567662B2 (ja) * 2006-12-26 2010-10-20 株式会社神戸製鋼所 繊維強化樹脂ストランド製造装置
US8616110B2 (en) * 2010-09-01 2013-12-31 Ford Global Technologies, Llc Method and apparatus for making a fiber reinforced article
CA2837004C (en) 2011-05-12 2019-08-20 James Hardie Technology Limited 3-mode blended fibers in an engineered cementitious composite
JP5965834B2 (ja) 2012-12-28 2016-08-10 Ｔｍｔマシナリー株式会社 紡糸延伸装置
KR102010116B1 (ko) * 2013-04-19 2019-08-12 후쿠이 켄 섬유 다발의 개섬 방법 및 장치

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0056703A1 (de) 1981-01-21 1982-07-28 Imperial Chemical Industries Plc Faserverstärkte Verbundstoffe und deren Herstellungsverfahren
WO1992021493A1 (en) 1991-06-05 1992-12-10 Ferro Corporation Extruder die assembly for the production of fiber reinforced thermoplastic pellets, tapes and similar products and a process for using the same
EP0602618A1 (de) 1992-12-18 1994-06-22 Hoechst Celanese Corporation Verfahren zur Vorbereitung von entwickelter Fasermischung
US5989376A (en) * 1994-08-25 1999-11-23 The University Of North Carolina At Chapel Hill Pultruded fiber-reinforced plastic and related apparatus and method
US6270851B1 (en) * 1997-07-14 2001-08-07 Daelim Industrial Co., Ltd. Process for manufacturing resin-coated fibers composite and an application thereof
WO1999065657A1 (en) 1998-06-18 1999-12-23 Dsm N.V. Apparatus and method for the impregnation of fibre bundles
NL1009438C2 (nl) 1998-06-18 1999-12-21 Dsm Nv Inrichting en werkwijze voor het impregneren van vezelbundels.
US20130164501A1 (en) 2008-10-22 2013-06-27 Lg Hausys, Ltd. Method of preparing thermoplastics-continuous fiber hybrid composite
CN102601887B (zh) * 2011-01-25 2015-02-25 句容市百事特复合材料有限公司 长纤维增强热塑性塑料的生产设备和生产方法
WO2012149129A1 (en) 2011-04-29 2012-11-01 Ticona Llc Impregnation section with tension adjustment device and method for impregnating fiber rovings
WO2013094742A1 (ja) 2011-12-22 2013-06-27 帝人株式会社 補強繊維ストランドの製造方法
EP2796599A1 (de) 2011-12-22 2014-10-29 Teijin Limited Verfahren zur herstellung von verstärkungsfasersträngen
WO2014140025A1 (fr) * 2013-03-15 2014-09-18 Faurecia Automotive Composites Procédé et dispositif de réalisation d'un profilé en matériau thermoplastique renforcé par des fibres, comprenant une étape de mise en tension des fibres au cours de leur imprégnation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3626764A1 (de) 2018-09-21 2020-03-25 Evonik Operations GmbH Composite mit thermoplastischer matrix
WO2020058403A1 (de) 2018-09-21 2020-03-26 Evonik Degussa Gmbh Composite mit thermoplastischer matrix

Also Published As

Publication number Publication date
CA2983701A1 (en) 2016-11-03
CN107635737A (zh) 2018-01-26
JP6713487B2 (ja) 2020-06-24
CN107635737B (zh) 2020-07-24
KR20170141231A (ko) 2017-12-22
MX2017013714A (es) 2018-03-02
KR102459601B1 (ko) 2022-10-28
BR112017023039B1 (pt) 2021-11-16
JP2018515364A (ja) 2018-06-14
BR112017023039A2 (pt) 2018-07-03
US11618183B2 (en) 2023-04-04
CA2983701C (en) 2023-05-02
EP3288739B1 (de) 2020-02-19
EP3288739A1 (de) 2018-03-07
US20180297239A1 (en) 2018-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3240662B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines faserverbundwerkstoffs
EP3277473B1 (de) Verfahren zur herstellung eines faserverbundwerkstoffs
EP3288739B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines faserverbundwerkstoffs
EP0364829B1 (de) Verbundwerkstoffe
EP2683544B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines faserverstärkten verbundwerkstoffs und insbesondere eines zugträgers
DE102012203388A1 (de) Querablegen von Fasern
DE102006025280A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Bauteils und Vorrichtung dazu
DE19624912C2 (de) Maschine zur Herstellung vorkonfektionierter Verstärkungsgelege
WO2012120144A2 (de) Verfahren zur herstellung eines mit einer polymerschicht ummantelten zugträgers
DE102011079525A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunstststoffhalbzeugs
DE102016210040A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines zumindest bereichsweise profilierten, faserverstärkten Kunststoffprofils, ein profiliertes, faserverstärktes Kunststoffprofil und seine Verwendung
EP2915659B1 (de) Faserverbundbauteil mit strahlvernetztem Füllkörper
EP0754794A2 (de) Maschine zur Herstellung vorkonfektionierter Verstärkungsgelege
WO2015132157A1 (de) Bewehrungsgitter für den betonbau und hochleistungsfilamentgarn für den betonbau
EP3470196B1 (de) Einrichtung und verfahren zur imprägnierung von faserbündeln mit einer polymerschmelze
EP3325267A1 (de) Werkstoff mit mindestens zweischichtiger hülle
DE102008052000A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundkunststoffbauteils
EP2844455B1 (de) Querablegen von fasern
EP4163073A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines faserhaltigen kunststoffgranulats
EP1954460B1 (de) Verfahren zur herstellung eines verstärkungsmaterials aus strangförmigen filamenten, die mit thermoplast getränkt und umhüllt werden
DE102022102672A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Prepregs, Prepreg und Herstellung eines Spritzguss-Bauteils
DE102015010305A1 (de) Verfahren zur Herstellug eines Faser-Matrix-Verbundes
DE102015205977A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines platten- oder strangförmigen, faserverstärkten Bauteils für ein Kraftfahrzeug
DE102013016281A1 (de) Vorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoff-Körpers in einem kontinuierlichen Verfahren, insbesondere ein Pultrusionsverfahren.

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16721669

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2016721669

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2983701

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: MX/A/2017/013714

Country of ref document: MX

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15569460

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017556517

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20177034204

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112017023039

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112017023039

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20171025