DE2403610C3 - Verfahren zum Herstellen eines Prepreg aus mit hitzehärtbarem Hart getränktem Faserverstärkungsmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Prepreg, wobei Faserverstärkungsmaterial mit hitzehärtbarem Harz getränkt und in eine bestimmte Querschnittsform geformt wird, auf das geformte Fasermaterial ein schmelzflüssiges thermoplastisches Harz derart extrudiert wird, daß das Fasermaterial mit einer Schicht aus thermoplastischem Harz überdeckt wird, und die thermoplastische Harzschicht unmittelbar darauf durch Abkühlen verfestigt wird.

Bei diesem bekannten Verfahren (DE-AS 11 67 514) wird ein Faserverstärkungsmaterial mit einem nicht ausgehärteten hitzehärtbaren Harz getränkt, und dieses mit einer schmelzflüssigen thermop: :stischen Harzschicht in einem Querspritzkopf überzogen. Es werden also kunstharzgetränkte Faserstränge mit einer Formdüse in eine bestimmte Querschnittsgestalt geformt und darauf die Faserstränge durch einen Querspritzkopf geführt, in dem die Faserstränge mit einer schmelzflüssigen thermoplastischen Harzdeckschicht abgedeckt werden. Darauf wird das Material in einem Kühlbad abgekühlt und als Halbzeug entnommen. Das Halbzeug wird anschließend, ggf. nach besonderer Formgebung, in einer Wärmekammer zur Aushärtung des hitzehärtbaren Harzes zu einem Enderzeugnis behandelt.

Bei diesem bekannten Verfahren können jedoch die Prepregs nicht mit hoher Geschwindigkeit hergestellt werden, da die schmelzflüssige thermoplastische Abdekkung, die auf den Umfang des geformten Faserstranges im Querspritzkopf ausgepreßt wird, sich durch ihre Oberflächenpsannung an der Oberfläche des Faserstrangs anlegen muß. Wenn die Abziehgeschwindigkeit zu hoch ist, besteht die Gefahr, daß eine zu große Längsdehnung im thermoplastischen Material auftritt, und die Oberflächenbeschichiung ungleichförmig und teilweise ganz unterbrochen wird.

Außerdem besteht die Gefahr, daß Luftblasen zwischen den Faserstrang und die thermoplastische Abdeckung gelangen und die Güte des Enderzeugnisses beeinträchtigen.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß die Herstellung mit extrem hoher Arbeitsgeschwindigkeit und damit Produktivität und unter Reduzierung der Herstellungskosten möglich ist. Dabei soll ein faserverstärktes Material mit hoher Güte und blasenfrei hergestellt werden.

Dies wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß beim Extrudieren des thermoplastischen Harzes auf das geformte harzgetränkte Fasermaterial ein Unterdruck zwischen dem thermoplastischem Harz und dem Fasermaterial erzeugt wird. Die Viskosität des thermoplastischen Harzes beträgt dabei vorzugsweise mehr als 1000 Poise. Es ist zwar bekannt (US-PS 36 54 028), "inen Unterdruck zwischen einem Faserstrang und einer rohrförmigen Umhüllung zu erzeugen, die zuvor aus einer thermoplastischen Folie hergestellt ist Die Wirkung des Unterdrucks ist dabei jedoch von der erfindungsgemäß erreichten Wirkung insofern verschie den, als bei der Erfindung der Unterdruck zwischen dem schmelzflüssig extrudierten thermoplastischen Harz an der Außenseite des geformten getränkten Fasermaterials herrscht, um zu verhindern, daß das schmelzflüssige extrudierte thermoplastische Harz einer übermäßigen Dehnung ausgesetzt wird, während bei dem bekannten das harzgetränkte Fasermaterial samt der Umhüllung durch eine Vakuumkammer gezogen wird, um Lufteinschlüsse zu entfernen. Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 schematisch £ine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Herstellen eines stangenförmigen Prepreg,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch einen Extrudierkopf zur Durchführung des Verfahrens,

Fig.3 einen Axialschnitt durch einen mit der Vorrichtung gemäß F i g. 1 hergestellten Prepreg, Fig.4 einen Querschnitt durch einen nach dem

Verfahren hergestellten rohrförmigen Prepreg und

Fig.5 einen Querschnitt durch einen nach dem Verfahren hergestellten plattenförmigen Prepreg.

Mehrere Glasseidenstränge 1 werden von ihren jeweiligen Garnspulen 2 abgezogen, /u einem Bündel kombiniert und in eine Wanne 4 geführt, die mit nicht ausgehärtetem, hitzehärtbarem Hari 3 gefüllt ist. Als hitzehärtbares. Harz 3 wird z. B. ein ungesättigter Polyester verwandt, der 3% Benzoylperoxid als Katalysator enthält. Das mit dem hitzehärtbaren Harz 3 getränkte Faserbündel 5 wird dann zu einer Reihe von Formwerkzeugen 6 geleitet. Jedes dieser Formwerkzeuge 6a bis 6c/ weist eine Öffnung Ta bis Td mit kreisförmigem Querschnitt auf. Die Formwerkzeuge sind so ausgerichtet, daß das mit Harz getränkte

Faserbündel 5 linear hindurchlaufen kann. Die öffnungen Ta bis Td der Formwerkzeuge 6a bis %d sind so angeordnet, daß der Durchmesser mit steigendem Abstand von der Harzwanne 4 allmählich geringer wird, so daß das Faserbündel 5, wenn es die öffnungen Ta bis Td der Formwerkzeuge 6 nacheinander passiert, im Querschnitt kreisförmig geformt und überflüssiges Harz abgestreift wird. Dieses Bündel wird dann in einen Extrudierkopf 8 geleitet, der einen zentralen Durchlaß 9 aufweist, durch den das Faserbündel 5 linear durchlauft) fen kann, während es seine Form beibehält. Um den mittleren Durchlaß 9 ist ein ringförmiger Durchlaß 11 ausgebildet, durch den ein schmelzflüssiges, thermoplastisches Harz 10 extrudiert wird. Der ringförmige Durchlaß 11 ist an einem Ende zum Auslaß 12 des Extrudierkopfes 8 hin offen, und das andere Ende steht mit einem Extruder 13 für das thermoplastische Harz 10 in Verbindung. Im Extrudierkopf 8 ist ebenfalls ein Kiihlwasserumlauf 15 vorgesehen, der um den mittleren

Durchlaß 9 in der Nähe des Einlasses 14 des Kopfes 8 angeordnet ist, um ein Absetzen und ein teilweises Aushärten des hitzehärtbaren Harzes im mittleren Durchlaß 9 zu vermeiden, der durch das schmelzflüssige, thermoplastische Harz 10 erwärmt wird. Weiterhin ist eine Unterdruckleitung 16 vorgesehen damit das schmelzflüssige thermoplastische Harz 10 besser an dem Faserbündel 5 haftet. Um den Auslaß 12 herum ist eine ringförmige Düsenplatte 17 befestigt, so daß das thermoplastische Harz 10 dünn und konisch bzw. radial in Förderrichtung des Faserbündels 5 zulaufend extrudiert wird.

Ein bevorzugter Extrudierkopf 8a ist in F i g. 2 dargestellt, bei dem der Kühiwasserumlauf 15a längs des größeren Teiles des mittleren Durchlasses S für das Faserbündel 5 ausgebildet ist. Eine ringförmige Unterdruckleitung 16a ist zwischen dem Kühlwasserumlauf 15a und dem ringförmigen Durchlaß 11 für das thermoplastische Harz 10 und entlang dieser Durchlässe vorgesehen. Sowohl der mittlere Durchlaß 9 als auch die Unterdruckleitung 16a und der ringförmige Durchlaß 11 für das thermoplastische Harz 10 sind am Auf':aß 12a offen. Die öffnung des ringförmigen Durchlasses 11 ist so angeordnet, daß das schmelzflüssige, thermoplastische Harz 10 in einer umgekehrten konischen Form in Förderrichtung des Faserbündels 5 mit Hilfe einer sich verjüngenden Düsenplatte 17a extrudiert wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das thermoplastische Harz 10 ein hochdichtes Polyäthylen mit einer Viskosität von 2 00 000 Poise (Schmelzindex von 0,3 g/10 min), das geschmolzen und auf eine Temperatur zwischen 230 und 240⁰C erhitzt wird. Es wird je nach Bedarf von einem Trichter 18 in den Extruder 13 geliefert.

Das vom Extruder 13 extrudierte, thermoplastische Harz 10 läuft durch den ringförmigen Durchlaß 11. Wenn es am Auslaß 12 des Kopfes 8 auftaucht, wird der Harzfluß durch die Düsenplatte 17 nach innen geführt, so daß er dünn wie ein Film und in einer umgekehrt konischen Fon a aus dem Kopf 8 extrudiert wird und mit dem Faserbündel 5, das fortlaufend durch den mittleren Durchlaß 9 zugeführt wird, in Berührung kommt und dieses überdeckt. Dadurch, daß ein Unterdruck zwischen Faserbündel 5 und der thermoplastischen Harzschicht durch die Unterdruckleitung 16 erzeugt wird, können aus dem schmelzflüssige,1, thermoplastischen Harz verdampfte Substanzen und Luftblasen in dem nicht ausgehärteten, hitzehärtbaren Harz beseitigt werden, so daß ein blasenfreies Erzeugnis erhalten werden kann. Dadurch, daß das schmelzflüssige, so thermoplastische Harz sich durch den Unterdruck schnell in das Faserbündel 5 anlegt, wird es nicht übermäßig in die Förderrichtung des Faserbündels 5 gezogen, und eine Beschädigung des Filmes wird vermieden, und ein festes Haften am Faserbündel sichergestellt, während der gewünschte Querschnitt beibehalten wird.

Das mit dem nicht ausgehärteten, hitzehärtbaren Harz getränkte und mit dem schmelzflüssigen, thermoplastischen Harz in der oben beschriebenen Weise überzogene Faserbündel 5 wird unmittelbar darauf in ein Becken 19 geleitet, in dem Kühlwasser 20, das auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird, zirkuliert. Da das schmelzflüssige, thermoplastische Harz sich im Kühlwasser 20 innerhalb von 3 bis 4 Sek. abkühlt und verfestigt, leitet es im hitzehärtbaren Harz 3 im Faserbündel 5 keine Polym.· /isationsreaktion ein.

Der in dieser Weise mit verfestigtem, thermoplastischem Harz 10a (Fig,3) überzogene Prepreg 21 wird von zwei Abziehwalzen 22 aufgenommen und anschließend durch Äbgabewalzen 23 geleitet, durch die er nach unten in einen Aufnahmebehälter 24 geschichtet wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde das mit dem schmelzflüssigen, thermoplastischen Harz überzogene Faserbündel 5 über eine Länge von 2 m in das Kühlwasser 20 eingetaucht, und der fortlaufende Prepreg 21 konnte mit einer Geschwindigkeit von 1 m/sec entnommen werden. Der auf diese Weise hergestellte Prepreg 21 besteht, wie es in Fig.3 dargestellt ist, im Inneren aus dem mit nicht ausgehärtetem, hitzehärtbarem Harz getränkten Glasfaserbündel 5 und ist außen mit dem verfestigten, thermoplastischen Harz 10a überzogen. Daher kann dieser Prepreg 21 frei gebogen oder gekrümmt werden. Es ist möglich, den Prepreg 21 mit einem Glasfasergehalt von bis zu 75% herzustellen.

Zur praktischen Verwendung des auf diese Weise hergestellten stabförmigen, fortlaufenden Prepregs 21 wird dieser auf die gewünschte Länge Zugeschnitten, in die gewünschte Form gebogen und dann einer Wärmebehandlung in bekannter Weise unterworfen, um das hitzehärtbare Harz 5 im Innern auszuhärten, wodurch der gewünschte zähe und leichte Kunststoffgegenstand erhalten werden kann.

Es kann auf ähnliche Weise ein rohrförmiger fortlaufender Prepreg 38a hergestellt werden, der aus einem Kernrohr 33 aus thermoplastischem Harz, einer Schicht aus einer mit nicht ausgehärtetem, hitzehärtbarem Harz getränkten Fasermasse und einer äußeren, verfestigten, thermoplastischen Harzschicht 10ö, die konzentrisch miteinander angeordnet sind, besteht, wie in F i g. 4 dargestellt. In dem Fall, in dem ein rohrförmiger, fortlaufender Prepreg mit einem Innendurchmesser von beispielsweise 20 mm und einem Außendurchmesser von 30 mm hergestellt wird, wird zunächst in bekannter Weise ein Kernrohr 33 mit e^;nem Innendurchmesser von 20 mm und einem Außendurchmesser von 22 mm hergestellt. Dann werden 144 Glass?idenstränge in zwei Gruppen unterteilt, und eine 80 mm breite Glasseidenmatte wird zwischen die zwei Stranggruppen geschichtet, so daß eine Fasermasse gebildet wird, die anschließend um das Kernrohr 33 gewickelt wird. Dieses zusammengesetzte Material· wird dann durch eine Reihe von Formwerkzeugen 6 geleitet, die so angeordnet sind, daß die öffnung des ersten Formwerkzeuges einen Durchmesser von 50 mm und die öffnung des letzten Formwerkzeuges einen Durchmesser von 29 mm aufweist, und anschließend mit einer 0,5 mm starken thermoplasrischen Harzschicht lOi) überzogen.

Die Gestalt des Querschnittes eines plattenförmigen, fortlaufenden Prepregs ist in F i g. 5 dargestellt. Um ein derartiges plattenförmiges, fortlaufendes Material mit Querschnittsabmessungen von beispielsweise 5,5 mm χ 152 mm herzustellen, werden 200 Glasfaserstränge in zwei Gruppen von je 100 Strängen unterteilt, und eine 148 mm bn.ite Glasseidenmatte wird zwischen die zwei Stranggruppen eingelegt. Diese Fasermasse wird dann durch eine Reihe von Formwerkzeugen 6 geleitet, die so angeordnet sind, daß die Querschnittsabmessungen der öffnungen im ersten und im letzten Formwerkzeug 10 mm χ 150 mm bzw. 3,5 χ 150 mm betragen. Anschließend wird die Fasermasse mit einem 1 mm starken thermoplastischen Harzfilm 10c überzogen.

Dieser plattenförmige, fortlaufende Prepreg kann frei

gebogen werden, so daß nach dem Biegen in die gewünschte Form und einer weiteren Wärmebehandlung, um das hitzehärtbare Harz auszuhärten und durch Schneiden auf die gewünschte Länge ein leichtes und zähes Kunststoffmaterial erhalten werden kann.

Um das hitzehärtbare Harz in dem plattenförmigen, fortlaufenden Prepreg, ohne es zu biegen, linear auszuhärten, wird es geradlinig durch ein Aushärtungsbecken gezogen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Verfahren zum Herstellen eines Prepreg, wobei Faserverstärkungsmaterial mit hitzehfütbarem Harz getränkt und in eine bestimmte Querschnittsform geformt wird, auf das geformte Fasermaterial ein schmelzflüssiges thermoplastisches Harz derart extrudiert wird, daß das Fasermaterial mit einer Schicht aus thermoplastischem Harz überdeckt wird, und die thermoplastische Harzschicht unmittelbar darauf durch Abkühlen verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Extrudieren des thermoplastischen Harzes und dem Fasermaterial ein Unterdruck zwischen dem thermoplastischen Harz und dem Fasermaterial erzeugt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität des thermoplastischen Harzes mehr als 1000 Poise beträgt.