DE3408769A1 - Verfahren zur herstellung von faserverstaerkten formkoerpern und profilen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Formkör-
• pern und Profilen Formteile aus faserverstärkten Thermoplasten werden üblicherweise hergestellt, indem in Thermoplastgranulate Fasern eingearbeitet werden oder Gemische aus Thermoplastgranulaten oder -Pulvern und Fasern in der Hitze z.B. auf Extrudern oder Spritzgußmaschinen verformt werden.
• Diese Verfahren gestatten nicht die Einarbeitung von langen Fasern in die Thermoplastmatrix, z.B. von Geweben, und lassen aufgrund der Einarbeitungs- und Verarbeitungsprobleme meist nicht mehr als 30 Gew.-% Verstärkungsfasern, z.B. Glasfasern, zu.
• Tränkt man Gewebe aus Verstärkungsfasern mit Thermoplastmaterialien, so erhält man starre Halbzeuge, die in Pressen heiß verformt werden können zu Formteilen mit guten Eigenschaften. Auch bei diesen Prozessen ist wegen der erforderlichen Gleichmäßigkeit der Imprägnierung die Menge an einzuarbeitendem Verstärkungsgewebe limitiert.
• Die starren Halbzeuge sind jedoch aufgrund ihrer Starrheit oft unvorteilhaft in der Handhabung und Verarbeitung.
• Bestreut man Gewebe mit Thermoplastpulvern, so hat man zwar ein flexibles Halbzeug, das sich bequem in Formen o.ä. einlegen läßt, beim Heißverpressen sind die Viskositäten und Fließwege der entstehenden Thermoplastschmelze jedoch so ungünstig, daß die einzelnen Fasern der Gewebegarne nicht oder nur sehr unvollständig vom Thermoplast umflossen bzw. umschlossen werden können, d.h.
• es resultieren Formteile mit unbefriedigenden mechanischen Eigenschaften.
• Glasfaserverstärkte Profile mit hohen Anteilen an Verstärkungsfasern werden erhalten, wenn Faserstränge (Rovings) mit Reaktionsharzen, die in relativ dünnflüssiger Form vorliegen, getränkt und dann durch beheizte Kalibrierstrecken gezogen und so unter Verformung ausgehärtet werden. Derartige Profile sind jedoch duroplastisch, d.h., sie sind vernetzt und können später in der Wärme nicht verformt werden. Dieses Verfahren ist auf Reaktionsharze beschränkt und für den Einsatz von vorgefertigten hochmolekularen thermoplastischen Polymerwerkstoffen nicht geeignet. Es besteht jedoch ein Bedarf an verstärkungsfaserhaltigen Profilen aus Thermoplasten.
• Die vorliegende Erfindung führt zu im wesentlichen lunkerfreien Thermoplastformteilen mit Verstärkungsfasergehalten bis über 70 Gew.-% (z.B. Glas) mit Fasern beliebiger Länge, die weitgehend vom Thermoplast als homogener Matrix umschlossen werden. Sie verwendet flexible textile Halbzeuge aus Gemischen von mindestens zwei Faserarten, bei denen mindestens eine Faserart schmelzbar ist und als Thermoplast fungiert und mindestens eine Faserart beim Schmelzen der vorgenannten Faserart als solche erhalten bleibt, wenn die textilen Halbzeuge unter Verformung heißverpreßt werden.
• Als Faser wird im folgenden ein endloses oder begrenzt langes Monofil bezeichnet, und als Garn die Zusammenfassung vieler Fasern zu einem Multifilament.
• Stapelfasern sind - wie üblich - kurz geschnittene Fasern.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Formkörpern aus thermoplastischem Material durch Heißverpressen von flexiblen textilen Gebilden aus Gemischen von mindestens zwei Fasertypen, wobei mindestens eine Fasertype unter Heißpreßbedingungen schmelzbar ist und als Thermplast fungiert und mindestens eine andere Fasertype unter den vorgenannten Bedingungen als solche erhalten bleibt und im Fertigteil als verstärkende Faser fungiert, ist dadurch gekennzeichnet, daß man als textile Gebilde eine aus Fasern bzw. Garnen (.A.) aufgebaute Matrix mit thermoplastischem Charakter verwendet, die unidirektional bzw. parallel ausgerichtet, bzw.
• vor oder nach Aufschmelzen der thermoplastischen Anteile weitgehend unidirektional bzw. parallel ausrichtbare, verstärkende Fasern bzw. Garne (.B.) im Verbund enthält, wobei die Fasern bzw. Garne (.A.) ganz oder teilweise aus verstärkendem Material bestehen, und das verstärkende Material (B) vor oder während des Schmelzens zum Heißverpressen durch Recken unidirektional bzw. parallel ausgerichtet wird.
• Beim Recken wird bevorzugt eine Zugspannung in Richtung des geplanten Fadenverlaufes von (.B.) ausgeübt.
• Von besonderem Interesse sind: entweder Fasern mit dem Charakter von Bi- oder Mehrkomponenten, Fasern mit Stern-, Hantel- oder Kern-Mantelstruktur gemäß Figur 1c, d, e neben den Normalstrukturen gemäß Figur 1 a, b, und/oder Garne bzw. Faserbündel, Rovings mit Bi- oder Mehrkomponenten-Aufbau gemäß Fig. 1f, g, h, i, k, wobei mindestens eine Komponente den thermoplastischen (--) und mindestens eine Komponente den verstärkenden Anteil darstellt.
• Von besonderem Interesse sind: aus Fasern und/oder Garnen bzw. Faserbündeln, Rovings aufgebaute textile Gebilde der prinzipiellen idealisierten Strukturen gemäß Fig. 2 (1-10), wobei die Richtung der Zugspannung durch Pfeile in Vorzugsrichtung angegeben ist.
• In einer besonderen Ausführungsform sind diese flexiblen textilen Gebilde Bündel oder Stränge aus den beschriebenen Fasern bzw. Garnen.
• Thermoplast sind hier alle Werkstoffe, die sich reversibel oder intermediär thermoplastisch verarbeiten lassen, beispielsweise Metalle und deren Legierungen, Gläser und insbesondere organische Werkstoffe. Bei den organischen Werkstoffen handelt es sich vor allem um gegebenenfalls Lösungsmittel enthaltende, vorzugsweise aber lösungsmittelfreie bekannte organische thermoplastische Formmassen. Es kann sich aber auch um thermoplastische Reaktivsysteme, d.h. um Duroplasten handeln, die beim Erhitzen eine thermoplastische Phase durchlaufen und dann unter Molekülvergrößerung oder Vernetzung ihren Thermoplastcharakter irreversibel verlieren. Beispiele hierfür sind Polymerisate, insbesondere Vinylpolymerisate, z.B.
• Polyolefine, Polyvinylester, Polyvinylether, Polyacryl-und -methacrylate, Polyvinylaromaten, Polyvinylhalogenide, sowie die verschiedensten Copolymeren, Block-, Pfropf-, Liquid-crystal-, Mischpolymere oder Polymergemische.
• Spezielle Vertreter sind: Polyethylene, Polypropylene, Polybutene, Polypentene, Polyvinylchloridtypen, Polymethylmethacrylate, Poly (meth)acrylnitriltypen, gegebenenfalls modifizierte Polystyrole oder Mehrphasenkunststoffe wie ABS. Ferner Polyadditions-, Polykondensations-, Polyoxidations- oder Cyclisierungspolymere, LC-Polymere, wie Polyamide, Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyimide, Polyester, Polyether, Polyhydantoine, Polyphenyloxide, Polyphenylensulfide, Polysulfone, Polycarbonate, sowie deren Mischformen, deren Mischungen und Kombinationen mit anderen Polymeren oder Polymervorstufen, beispielsweise Polyamid-6; Polyamid-6,6; Polyethylentherephthalate, Bisphenol-A-Polycarbonat, usw. oder als intermediär thermoplastische Werkstoffe, die zumeist als Vorstufen zu höher polymeren Strukturen anzusehen sind: Phenolharzvorläufer, Furanharzvorläufer, Melaminharze, Epoxidverbindungen, Verbindungen mit polymerisationsfähigen Doppelbindungen bzw. additionsfähigen Doppelbindungen, Polyimidvorläufer, höhermolekulare Polyisocyanate oder auch Kombinationen aus reaktionsfähigem Polymer und bei angemessen hohen Temperaturen reaktionsfähigem Vernetzer, z.B. OH-, NH- oder COOH-Gruppen enthaltende Polymere und Vernetzer mit Methylolgruppen.
• Es können die genannten Polymeren jedoch auch als Verstärkungsfasermaterial dienen, wenn sie mit tiefer schmelzenden Fasern verarbeitet werden, die erfindungsgemäß als thermoplastische Anteile fungieren.
• Als flexible textile Gebilde werden z.B. verstanden Rovings, Faserstränge, Fasergarne, Gewirke, Gelege, Gestricke, Geflechte, Gewebe, Vliese aus Fasern oder Garnen, die noch eine Flexibilität besitzen, so daß sie zumindest aufgerollt oder -ohne zu brechen - gebogen werden können, vorzugsweise haben solche Gebilde, z.B. in Form von Strängen, Bändern, Schläuchen, Flächengebilden, jedoch einen normalen, wenig steifen textilen Charakter.
• Die textilen, flexiblen Gebilde sollen aus Gemischen von mindestens zwei Fasertypen bestehen.
• Hierbei ist es erfindungsgemäß auch möglich, Mehrkomponentenfasern zu verwenden, z.B. zwei Fasertypen in einer Faser zu vereinen, indem man eine Bifilarfaser oder- Kern- Mantelfaser verwendet; bei einer Kern-Mantelfaser ist der Thermoplast bevorzugt als Fasermantel angeordnet. Gewöhnlich sind die verschiedenen Fasertypen aber getrennt.
• Hierbei ist es möglich, die verschiedenen Fasertypen im Gemisch miteinander zu verarbeiten, wobei ein möglichst gleichförmiges Gemisch möglichst parallel liegender Fasern verschiedenen Typs anzustreben ist, es ist aber auch möglich, im textilen Gebilde Garne aus verschiedenen Fasertypen, z.B. Stapelfasern oder Endlosfasern, im möglichst gleichförmigen Gemisch zu verarbeiten, es können auch z.B. in einem Gewebe Kette und Schuß aus den verschiedenen Fasertypen bestehen.
• Die statistische Mischung möglichst parallel liegender Fasern verschiedenen Typs ist für endlose Fasern oder Langfasern durch Zusammenführen der verschiedenen Fasertypen, durch gemeinsames Verspinnen mit nebeneinanderliegenden Spinndüsen oder durch simultanes Einspeisen in die üblichen textilen Verarbeitungsprozesse leicht erreichbar, bei Kurzfasern oder der Herstellung von Sandwichstrukturen können die verschiedenen Fasertypen z.B.
• durch elektrostatische Flockungsverfahren und späteres gerichtetes gleichförmiges Umlegen des Faserflors z.B.
• auf beheizten Walzen gemischt werden.
• Die Kombination von Fasern mit verschiedenen Schmelzpunkten zur Erzeugung von thermoplastisch verformbaren Halbzeugen ist prinzipiell seit längerem bekannt, z.B.
• zur Verfestigung von Vliesen mittels eingearbeiteter thermoplastischer Schmelzklebefasern oder auch zur Verfestigung von Fasersträngen aus nicht schmelzenden Fasern durch senkrecht dazu in Abständen geführte thermoplastische Verklebungsfasern.
• Im allgemeinen handelt es sich hier jedoch um textile Konstruktionen, die nicht direkt zur Erzeugung von faserverstärkten Thermoplastformteilen dienen können, sondern zuvor mit Reaktionsharzen oder Thermoplastplatten kaschiert oder ausgerüstet werden müssen. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, solche mit Harzen ausgerüstete Gewebe thermoplastisch zu Formteilen zu verpressen, deren Kette und deren Schuß aus verschiedenen Fasertypen mit um mindestens 200C verschiedenen Schmelzpunkten bestehen, oder Vliese aus solchen Fasergemischen thermoplastisch zu verarbeiten. Die vorliegende Erfindung benutzt dagegen Gemische im wesentlichen parallel liegender Verstärkungsfasertypen, die durch Recken verdichtet und unidirektional gerichtet sind und die ohne weiteren Harzzusatz verarbeitet werden können.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Gestricke und deren Varianten, in denen die mindestens zwei Typen von Fasern bzw. Garnen in einem Gemisch der schematisiert in den Fällen a bis h dargestellten Anordnung vorliegen.
• Es sind abe auch durch Aufsteppen, Aufnähen, Einweben, Einziehen oder durch andere Techniken zugängliche Konstruktionen mit Fasern bzw. Garnen A bzw. B in Betracht zu ziehen, von denen einige beispielhaft gemäß 1 bis 19 (Seite 4) dargestellt sind.
• Neben den gezeigten Anordnungen sind auch deren Kombinationen in Betracht zu ziehen, oder auch Stränge, Faser-oder Stapelgarne aus Bifilar- oder Kern/Mantelfasern.
• Bei Halbzeug, das in Form von Fasersträngen vorliegt, sind die Anordnungen f bis h von besonderem Interesse.
• Selbstverständlich sind auch Mehrfache und Kombinationen der gezeigten Anordnungen möglich, z.B. mehr als nur je eine Faser oder ein Faserbündel (Garn) je eines Fasertpys in den Fällen a bis h.
• Die textilen Gebilde sollen aus mindestens zwei Fasertypen aufgebaut sein, wobei mindestens eine als Thermoplast fungiert und mindestens eine andere als solche erhalten bleibt, während die erstere Fasertype beim Heißpreßvorgang in die umgebende Matrix überführt wird.
• Die Fasern können geschlichtet oder ungeschlichtet sein.
• Zumeist werden geschlichtete Fasern verwendet, wobei es von Vorteil sein kann, bei den nicht schmelzenden Fasern Schlichten zu verwenden, die auf den jeweiligen Thermoplasttyp optimiert sind. Solche Schlichtetypen z.B. für Glasfasern sind bekannt.
• Es können auch oberflächlich oxydierte, metallisierte oder anderweitig veränderte Fasern in Betracht gezogen werden.
• Das Gewichtsverhältnis von thermoplastischen zu anderen Fasertypen kann innerhalb des als Halbzeug dienenden textilen Gebildes schwanken, z.B., um an bestimmten geometrischen Bezirken des angestrebten Formteils spezielle Verstärkungseffekte zu erzielen; üblicherweise ist das textile Gebilde jedoch gleichmäßig aufgebaut, was die flächig-durchschnittliche Faserzusammensetzung angeht. Natürlich kann z.B. durch Einweben oder Aufsticken oder Einstricken spezieller Muster oder Geometrien in das textile Gebilde dessen Gesamtcharakter speziellen Erfordernissen in Bezug auf die Verarbeitbarkeit oder die Eigenschaften der daraus herzustellenden Formkörper angepaßt werden.
• Das Gewichtsverhältnis der Fasertypen kann prinzipiell beliebig gewählt werden. Die beste Formteilfestigkeit wird erhalten, wenn der nicht thermoplastisch verformende Faseranteil 10 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 85 Gew.-%, insbesondere 60 bis 80 Gew.-% ist.
• Der thermoplastische Fasertyp kann aus den oben beschriebenen thermoplastischen Werkstoffen bestehen. Bevorzugt sind die Durchmesser und Längen der thermoplastischen Faseranteile etwa den Durchmessern und Längen der nicht als Thermoplast fungierenden Faseranteile gleich.
• Als nicht als Thermoplast fungierende Fasern werden solche verstanden, die unter den für die thermoplastischen Faseranteile geeigneten Heißpreßbedingungen noch nicht schmelzen bzw. thermoplastisch verformt werden, d.h.
• als solche erhalten bleiben. Es ist durchaus möglich, daß solche Fasern, etwa Glasfasern, bei höheren Temperaturen ebenfalls als Thermoplast wirken könnten. Außer Glasfasern sind hier beispielsweise sonstige anorganische und organische Fasern geeignet, wie etwa Kohlenstofffasern, Fasern aus verschiedensten Metallen und Metalllegierungen, etwa aus Stahl, Messing, Kupfer, Aluminium, aus verschiedensten Metallnitriden oder -carbiden, Metalloxidfasern, etwa Al-Oxidfasern, Silikatfasern, z.B.
• Kaolinfasern, Ca-Silikatfasern, Ca-Sulfatfasern, Fasern aus verschiedensten Gläsern, Fasern aus organischen Polymeren, etwa Polyacrylnitrilfasern, Polyester-, Polyamidfasern, Polyimidfasern, wie sie z.B. unter den Handelsnamen Dralon, Trevira, Perlon, Kevlar bekannt geworden sind.
• Die erfindungsgemäß zusammengesetzten flexiblen textilen Gebilde sind besonders gut handhabbar. Sie können gerollt, gewickelt, geknickt aufbewahrt werden und gegebenenfalls durch den Herstellungsprozeß des textilen Gebildes speziell strukturiert und den Erfordernissen des Formteils speziell angepaßt sein.
• Sie lassen sich demgemäß auch z.B. kontinuierlich von der Rolle verarbeiten oder auch gegebenenfalls direkt vor Ort.
• Zweckmäßigerweise werden die als Halbzeug dienenden textilen Gebilde vor dem Verarbeiten möglichst gut getrocknet. Die Verarbeitung geschieht durch Heißpressen, gegebenenfalls unter Anlegen eines Vakuums oder auch Hochvakuums oder unter Schutzgas nach dem Fachmann geläufigen Methoden.
• Bei der Verarbeitung soll erfindungsgemäß das textile Gebilde, vorzugsweise in Richtung des Fadenlaufes von (B) (vgl. Seite 4) gereckt werden, um eine Unidirektionalisierung und weitgehende Parallelisierung der Fasern von (B) herbeizuführen.
• Das kann bei textilen Gebilden, die z.B. eine einfache Maschenstruktur (gegebenenfalls nur in ausgewählten Bereichen) besitzen, bereits weitgehend vor dem Schmelzprozeß oder auch während des Schmelzprozesses und vor oder gegebenenfalls während des Preßvorgangs erfolgen.
• Vorzugsweise wird mit einer Vorspannung gearbeitet und während der Erhitzung weiter unter Spannung bei gleichzeitiger Elongation und mit wachsendem Preßdruck gearbeitet.
• Das ist in den einfachsten Fällen immer dann gewährleistet, wenn das textile Gebilde z.B. in Form eines Stranges durch konische Düsen, die Temperaturen zwischen 80 und 6000C, vorzugsweise 80 - 3800C aufweisen, gezogen oder auch durch Walzenpaare mit entsprechender Beheizung gezogen werden kann. Auf diesem Wege lassen sich gegebenenfalls stufenweise bzw. mehrstufig hochverstärkte Stränge und Bänder herstellen.
• Im Falle des Tiefziehens flächiger textiler Gebilde der erfindungsgemäßen Art erfolgt die Reckung zumindest partiell während des Tiefziehprozesses und des zumeist damit kombinierten Heißverpressens im angegebenen Temperaturbereich.
• Die Preßdrucke können zwischen 0,5 und über 200 bar liegen, sie richten sich, wie auch die Preßtemperaturen von ca. 80 bis über 380°C, vorzugsweise 1500-3000C, nach den Erfordernissen des Fasermaterials, der Konstruktion des textilen Gebildes und der Form für das Formteil und können von Fall zu Fall leicht durch Vorversuche ermittelt werden.
• Der Verformungsprozeß kann auch in mehreren Druck- und/ oder Temperaturstufen vorgenommen werden, z.B., um zunächst eine Vorverfestigung des ursprünglich flexiblen Halbzeuges zu erzielen und später die endgültige Verformung anzuschließen. Auch partielle Heißpreßmaßnahmen zur Modifizierung des ursprünglichen textilen Halbzeuges sind möglich, z.B. die partielle Verfestigung oder Verschweißung an speziellen geometrischen Orten des Halbzeuges.
• Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß auch solche thermoplastischen Materialien zu faserverstärkten Formteilen verarbeitet werden können, die besonders hochviskose Schmelzen ergeben und daher unter konventionellen Verarbeitungsbedingungen ein schlechtes Fließverhalten zeigen. Durch die im vorfabrizierten Halbzeug, z.B. einem Gestrick, vorgegebene räumliche Nähe der beiden Faseranteile ist im letzten Verarbeitungsschritt zum Fertigteil nur ein sehr kurzer Fließweg von der thermoplastischen Komponente zu erbringen.
• Auch ist es auf die erfindungsgemäße Verfahrensweise besonders einfach, Formteile aus kombinierten Verstärkungsfasern wie z.B. Glas/Kohlenstoff oder Glas/Aramide etc.
• herzustellen, deren gleichzeitige Einarbeitung in thermoplastische Granulate für den Spritzguß in Mengen größer 20 % außerordentlich schwierig, wenn nicht unmöglich ist.
• Arbeitet man mit textilen flexiblen Faserbündeln, dann kann man Profile und Formkörper durch Ziehen (kontinuierlich oder intermittierend) durch beheizbare Düsen oder Düsenkaskaden mit gegebenenfalls unterschiedlichen Geometrien oder Temperaturen bzw. Drücken bzw. Geschwindigkeiten oder in Zugrichtung geöffnete Formen oder beheizte (Metall)Tauchbäder unter Verformung herstellen.
• Auch das Verformen auf beheizbaren Rollenpaaren, Walzenstühlen oder in Walzen spalten oder auch ohne direkte Berührung mit Formoberflächen, z.B. durch Ausübung eines Zuges auf den Faserstrang oder durch Umwickelung eines Stranges, z.B. auch mit thermisch schrumpffähigen Fäden, und gleichzeitiges oder vorheriges oder nachheriges Beheizen, gegebenenfalls unter Schutzgas, kommt hier in Betracht. Die Umwickelung kann auch mit Metall- oder Mineral-bzw. Glasfasern erfolgen, die Beheizung durch Wärmeleitung, Heizgas, Wärmestrahlung, Hochfrequenz, Ultraschall, Mikrowellen oder sonstige Verfahren.
• Die Verwendung von Antihaftbeschichtungen oder Gleitmitteln auf der Verformungsstrecke ist in Betracht zu ziehen, z.B. Fluorpolymere, Wachse, Fette, Silikonöle usw.
• Vorzugsweise erfolgt das Heißverpressen von textilen Schläuchen, Bändern, Streifen oder der Faserbündel unter Zugspannung kontinuierlich zwischen beheizbaren Profilrollen oder mittels beheizbarer Düsen bzw. Düsenstrecken. Auf diese Weise lassen sich besonders leicht vorzugsweise unidirektional verstärkte endlose Profile, z.B. Rundstäbe, Stäbe mit rechteckigen, dreieckigen, T-förmigen, U-förmigen, Z-förmigen oder O-förmigen Querschnitten, z.B. Rohre herstellen. Insbesondere unidirektional faserverstärkte Thermoplastprofile sind so herstellbar, die aufgrund des hohen, mit diesem Verfahren erreichbaren Verstärkungsfasergehalt hervorragende Zugfestigkeiten der Längsrichtung besitzen.
• Durch Umwickeln von Gegenständen unter Zugspannung und bei Aufschmelzbedingungen (z.B. gegebenenfalls IR-Strahlung) mittels erfindungsgemäß aufgebauten textilen Binden oder Bändern, Schläuchen, Faserbündeln, lassen sich diese Gegenstände mit einer mechanisch hoch leistungsfähigen Oberflächenschicht versehen.
• Die erfindungsgemäßen Halbzeuge sollen prinzipiell Bündel oder Scharen von möglichst parallel liegenden oder durch Zug vor dem oder während des Aufschmelzpro- zesses parallelisierbaren Verstärkungsfasern darstellen.
• Es ist aber auch daran zu denken, daß diese Faseranordnung durch nicht parallel liegende Fasern fixiert werden kann, z.B. durch Umwickelung oder Vernadelung von Faserbündeln oder indem Faserbündel durch Schußfäden oder Verflechtungen oder Verschweißungen, Verklebungen fixiert sind. Es ist ebenfalls in Betracht zu ziehen, daß anstelle oder zusammen mit Faserbündeln auch Bändchen aus Fasern verwendet werden können. Diese können ihrerseits wieder Gewirke, Gelege, Geflechte, Gestricke, Gewebe oder Vliese aus Fasern, Garnen oder Bändchen sein. Es kann auch an eine Fixierung der Fasern innerhalb der Faserbündel durch eine partielle oder durchgehende, mehr oder weniger lockere Verklebung durch verschiedenste Bindemittel gedacht werden. Oftmals kann jedoch ohne derartige Fixierungshilfen gearbeitet werden, es reicht dann die natürliche Parallellage der Fasern in der unidirektional angeordneten Faserschar aus.
• Es können auch Stränge verschiedener Fasertypen in gegebenenfalls speziellen Geometrien zu einem Halbzeug vereinigt sein, so daß z.B. Profile erhältlich sind, die in einzelnen Bereichen mit Glasfasern, in anderen Bereichen mit C-Fasern verstärkt sind.
• Die flexiblen Halbzeuge sollen aus mindestens zwei Fasertypen bestehen.
• Hierbei ist als ein Sonderfall in Betracht zu ziehen, daß es erfindungsgemäß auch möglich ist, zwei Fasertypen in einer Faser zu vereinen, indem man eine Bifilarfaser oder Kern-Mantelfaser verwendet, im erfindungsgemäßen Fall ist bei einer Kern-Mantelfaser der Themoplast bevorzugt als Fasermantel angeordnet. Ublicherweise sind die mindestens zwei Fasertypen jedoch als getrennte Individuen im Gemisch in einer Art Roving enthalten.
• Hierbei ist es möglich, die verschiedenen Fasertypen vor- -zugsweise als solche im Gemisch miteinander zu verarbeiten, wobei ein möglichst gleichförmiges Gemisch möglichst parallel liegender Fasern verschiedenen Typs anzustreben ist. Es ist aber auch möglich, im textilen Gebilde Garne aus verschiedenen Fasertypen, z.B. Stapelfasern oder Endlosfasern, im möglichst gleichförmigen Gemisch zu verarbeiten. Es kann auch in Betracht gezogen werden, z.B.
• in einem Gewebeband Kette und Schuß aus den verschiedenen Fasertypen zu verwenden.
• Die statistisch möglichst gute Mischung möglichst parallel liegender Fasern verschiedenen Typs ist für endlose Fasern oder Langfasern durch Zusammenführen der verschiedenen Fasertypen durch simultanes Einspeisen in die üblichen textilen Verarbeitungsprozesse in dem Fachmann geläufiger Weise leicht möglich.
• Eine prototypische Darstellung verschiedener Ausführungsformen ist beispielhaft auf Seite 4 dieses Textes gegeben.
• Die Verfahrensprodukte lassen sich z.B. verwenden zur Herstellung von Verankerungs- und Federelementen, Abspannvorrichtungen, Aufhängevorrichtungen, Zugaufnahmeelementen in Mänteln oder Seelen von Elektro-, Mikrowellen- oder Lichtleitkabeln, als Zug- oder Schiebewellen zum Einführen in Leerrohre, als Verstärkungselemente in Kunststoffen, organischen und anorganischen Betonen, Erden und Mörteln, als Nägel und Schrauben, Splinte, Rohre und Stäbe, als Platten-, Gehäuse-, Behälter- und Karosseriewerkstoff, als verschweißbares Konstruktionsmaterial oder thermisch verformbares hochverstärktes Kunststoffhalbzeug mit linearer, flächiger oder räumlicher Ausbildung.
• In den folgenden Beispielen sind Teile immer Gewichtsteile und Prozente immer Gewichtsprozente, sofern nichts anderes vermerkt ist.
• Die folgenden Beispiele sind mit polyamidverträglichen (geschlichteten) Glasfasern (etwa 25 ßm ~) und Polyamid ausgeführt. Das Polyamid ist eine Perlonfaser (etwa 20 Am ~) und stellt den Thermoplasten dar. An die Stelle der Glasfasern können auch Kohlenstoff- oder Polyaramid-oder Metallfasern treten, und an die Stelle von Perlon auch aromatische Polycarbonate, Polystyrol, Polypropylen oder Polyethylenterephthalat.
• Beispiel 1 Durch Zusammenführen von (Monofilen) Fasern im Gewichtsverhältnis 72 (Glas) zu 28 (Perlon) wird eine Art Garn (Roving) hergestellt, das in schwach gezwirnter und ungezwirnter Form aufgespult wird.
• Aus dem ungezwirnten Material und aus dem schwach gezwirnten Material wird je ein Strickteil (A und B) mit einem m2 -Gewicht von ca. 1 100 g hergestellt.
• Weiterhin wird aus einem Glasfaserroving und einem Polyamid-Roving im Gewichtsverhältnis 60 % Glas zu 40 % Polyamid ein gleichartiges Strickteil (C) hergestellt, bei dem jedoch jeweils sich eine Maschenreihe Glas und eine Maschenreihe Polyamid abwechseln.
• Alle Strickteile sind voll textil flexibel und lassen sich aufwickeln, vernähen, thermisch verschweißen und falten.
• Die Strickteile stellen 5 cm breite Bänder dar, der Fadenlauf (d.h. im Rahmen des vorliegenden Gesamttextes die Richtung, in der der Faden durch das textile Teil läuft, ohne Rücksicht auf Umlenkungen örtlicher Art, z.B.
• durch die Maschenstruktur) liegt parallel zur Längsachse des Bandes.
• Dieses Band wird über Silikagel getrocknet und mittels einer Zugvorrichtung unter einer konstanten Zugspannung von 9 N durch ein Metallbad von 2500C gezogen, wobei eine Elongation um ca. 300 8 erfolgt und gleichzeitig eine Verminderung der Breite auf ca. 20 %.
• Der entstandene Strang verläßt das Metallbad durch eine konische Schlitzdüse mit einem zur anschließenden Luft-Kühlstrecke geöffneten Querschnitt von 2 mm x 10 mm.
• Man erhält ein nahezu unidirektional verstärktes Polyamidbandprofil, das sich bei 1800C bleibend verformen läßt und hohe Steifigkeit besitzt.
• Eine optische Untersuchung läßt erkennen, daß bei dem aus dem Strickteil A hergestellten Profil eine schwache Wellenlinie der Verstärkungsfasern in Fadenlaufrichtung resultiert, und daß die einzelnen Stränge der Verstärkungsfasern sich durchdringen. Die Abweichung von einer streng unidirektionalen Anordnung der Verstärkungsfasern ist jedoch nur gering.
• Ein nahezu gleichartiges Bild bietet auch das Profil aus dem Strickteil B. Beim aus dem Strickteil C hergestellten Profil zeigt sich eine strenge, sich nicht durchdringende Parallellage der Verstärkungsfasern mit nur sehr geringer Wellung in Zugrichtung des Profiles.
• Es werden bei den Profilen aus A, B und C die folgenden Zugfestigkeiten in Richtung der Profilachse gemessen: A 1 200 Nimm2 B 1 055 N/mm2 C 910 N/mm2 Die bei idealerem Aufbau geringere Zugfestigkeit bei C erklärt sich aus dem geringeren Glasanteil in dieser Probe.
• Beispiel 2 Auf ein 5 cm breites Polyamidband wird durch einen Zick-Zack-Stich ein Glasfasergarn in mehreren Reihen, die sich überlappen, in Achsrichtung des Bandes beidseitig auf gebracht, so daß das entstehende textile Gebilde (Band) die Strukturelemente 12 von Seite 4 in sich wiederholender Folge repräsentiert. Im resultierenden Band sind die Gewichtsverhältnisse von Polyamidanteil zu Glasanteil 40 zu 60.
• Dieses Band wird auf der bei Beispiel 1 beschriebenen Apparatur unter gleichen Bedingungen durch die beheizte Ziehstrecke gezogen. Man erhält ein Bandprofil mit einer Festigkeit von 855 Nimm , in dem die Glasfäden nahezu parallel liegen.
• Beispiel 3 Ein durch Kombination von Bisphenol-A-Polycarbonatfasern (endloses Filamentgarn, ca. 10 dtex) und E-Glasfasern (endlos) hergestelltes Faserbündel (sog. Kombinationsroving) im Verhältnis 20:80 wird unter geringer Zugspannung so durch eine geheizte Düse ( > 2000C) gezogen, daß die Polycarbonat fasern schmelzen und unter der formgebenden Kraft der Düse zwischen die E-Glasfasern dringen. (Die Düse kann auch in ihrem Innern unter Vakuum - >1 Torr -stehen.) Unmittelbar hinter der geheizten Düse wird das so gebildete verstärkte Thermoplastprofil mit einer geeigneten Vorrichtung, wie sie Stand der Technik ist, mehr oder weniger eng mit einem organischen oder anorganischen Fasermaterial umwunden, um die Querdruckfestigkeit des entstehenden Profils zu erhöhen.
• Ein so hergestelltes 3-mm-Rundprofil hat eine Zugfestig-2 keit von ca. 1600 N/mm2 und eine Bruchkraft von ca.
• 8000 N.
• Beispiel 4 Nach einer Beispiel 3 analogen Verfahrensweise kann statt eines gemischten Rovings auch ein Roving aus Kern/ Mantel-Fasern (Mantel Polycarbonat oder auch andere Thermoplaste, Kern E-Glas oder auch S-Glas) verwendet werden. Man erhält bei Verwendung von Bisphenol-A-Polycarbonat und E-Glas ein gleichartiges Profil mit den in Beispiel 3 genannten Eigenschaften.
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Claims (2)

1. Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Formkörpern aus thermoplastischem Material durch Heißverpressen von flexiblen textilen Gebilden aus Gemischen von mindestens zwei Fasertypen, wobei mindestens eine Fasertype unter Heißpreßbedingungen schmelzbar ist und als Thermoplast fungiert und mindestens eine andere Fasertype unter den vorgenannten Bedingungen als solche erhalten bleibt und im Fertigteil als verstärkende Faser fungiert, dadurch gekennzeichnet, daß man als textile Gebilde eine aus Fasern bzw. Garnen (A) aufgebaute Matrix #itthermoplastischem Charakter verwendet, die unidirektional bzw. parallel ausgerichtete bzw. vor oder nach Aufschmelzen der thermoplastischen Anteile weitgehend unidirektional bzw. parallel ausrichtbare Fasern bzw. Garne (B) im Verbund enthält, wobei die Fasern bzw. Garne (A) ganz oder teilweise aus als Thermoplast fungierenden Anteilen bestehen und die Fasern bzw. Garne (B) ganz oder teilweise aus verstärkendem Material bestehen, und das verstärkende Material vor oder während des Schmelzens zum Heißverpressen durch Recken unidirektional bzw. parallel ausgerichtet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reckspannung beim Recken in Richtung des Fadenlaufes der Fasern bzw. Garne (B) auf das textile Gebilde ausgeübt wird.