DE68919825T2

DE68919825T2 - Thermisches Formgebungsverfahren und Gestrick zur Verwendung in dieser Methode.

Info

Publication number: DE68919825T2
Application number: DE68919825T
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Hosoi; Nobutaka Kiyohara; Toshimasa Kuroda; Takashige Oka; Akihiro Sato; Yoshimi Tanaka; Kouichi Yamada
Original assignee: Gunze Ltd
Current assignee: Gunze Ltd
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2009-09-02
Also published as: US5118569A; EP0383953B1; EP0383953A1; KR920009284B1; WO1990002831A1; DE68919825D1; KR900702105A; EP0383953A4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmverformen, wobei das Verfahren die Schritte des Herstellens einer eine Mehrzahl Verstärkungsfäden, welche zueinander parallel und voneinander beabstandet angeordnet sind, und thermoplastische Fasern umfassenden Verstärkungsschicht, und des Behandelns der Verstärkungsschicht in einer Warmverformungspreßvorrichtung zum Erhalt einer einsinnig ausgerichteten (sog. unidirektionalen) Platte umfaßt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine innerhalb dieses Verfahrens zur Anwendung kommende Maschenbindung und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Maschenbindung auf einem Rundstuhl.
Die vorliegende Erfindung betrifft im besonderen eine Verstärkungsschicht, die eine neuartige Maschenbindung aufweist und geeignet ist, über das Warmverformungsverfahren einen Verbundwerkstoff herzustellen, der ein thermoplastisches Polymer als Matrix und hochfeste Hochmodul-Filamentgarne als Verstärkungsmaterial umfaßt.

Stand der Technik

Beispielsweise ist eine unidirektional ausgerichtete Cord-Ware (siehe US-Patent Nr. 3 859 158) als herkömmliche Verstärkungsschicht bekanntgeworden, wobei diese Textilie jedoch insofern unzulänglich ist, als in der Kettrichtung angeordnete Verstärkungsfäden durch den auf sie durch den Schuß ausgeübten Druck gebogen werden, und die Belastbarkeit der Verstärkungsfäden dadurch geschwächt ist. Ferner weist die Textilie insofern Mängel auf, als keine Engbindigkeit der Verstärkungsfäden mit den Schußfäden vorliegt, so daß die Bindungspunkte zwischen den Verstärkungsfäden und den Schußfäden schiebeanfällig und die Handhabung und Verarbeitbarkeit der Textilie schlecht sind. Ferner weist diese Textilie einen schwerwiegenden Mangel insofern auf, als sie nicht geschmeidig ist, weil die Verstärkungsfäden zunächst mittels eines Harzes aneinander gebunden werden, und es erweist sich als schwierig, die Textilie beim Schritt des Verformens in ein Formwerkzeug einzulegen.
Als Abhilfe für diese Mängel ist eine (textile) weiche Verstärkungsschicht vorgeschlagen worden, welche ein verstärkendes thermoplastisches Garn (welches nach dem Warmverformen eine Matrix darstellt) und ein Verstärkungsgarn umfaßt (siehe US-Patent Nr. 3 620 892, britisches Patent Nr. 1 228 573 und britisches Patent Nr. 1 226 409). Da das Matrixgarn und das Verstärkungsgarn jedoch zu einer Webware gearbeitet sind, bleiben die Verstärkungsfäden in der Warenstruktur auch bei diesem Vorschlag nicht unverbogen, und der Mangel der geschwächten Belastbarkeit des Verstärkungsgarns ist nicht beseitigt.
Die Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 60-28543 offenbart ein Verfahren, bei dem Polyetheretherketonfaser(matrixfaser)garne und verstärkende Fasergarne durch Weben oder Wirken zu einer Web-, Maschen- oder Mattenware gearbeitet werden. Diese herkömmliche Technik offenbart beispielsweise in Verbindung mit einer Maschenware lediglich ein Kettengewirke, das erhalten wird, indem Matrixfasergarne und Verstärkungsfasergarne abwechselnd einzeln angeordnet und mit Hilfsgarn, beispielsweise mit Garnen aus Polyetheretherketonfasern oder Glasfasern, gewirkt werden.
Auch in diesem Fall werden die Verstärkungsfäden in der Struktur der kettengewirkten Ware gebogen, und das obengenannte Problem ist somit nicht behoben.

Offenbarung der Erfindung

Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Warmverformen, worin eine Verstärkungsschicht zur Verwendung kommt, die eine gute Geschmeidigkeit sowie eine verbesserte Handhabbarkeit und Formbarkeit aufweist und geeignet ist, daraus einen Formartikel zu fertigen, in dem die maximale Tragkraft verstärkender Garne erhalten wird.
Eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Verstärkungsschicht mit in linearem Zustand unverbogen gehaltenen Verstärkungsgarnen, bei der die Verstärkungsgarne an der Außenseite des erhaltenen Formartikels nicht freiliegen.
Die erfindungsgemäße Verstärkungsschicht weist eine Maschenbindung auf und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsgarne in linearem Zustand unverbogen in einer aus Matrixgarnen gebildeten Matrixmaschenbindung gehalten werden.
Im besonderen besitzt die erfindungsgemäße Verstärkungsschicht eine eine Mehrzahl von Verstärkungsfäden 5 und eine Mehrzahl von Matrixfäden 9 umfassende Maschenbindung, worin die Verstärkungsfäden bei zueinander paralleler und voneinander beabstandeter Anordnung in linearem Zustand unverbogen gehalten werden und die Matrixfäden um die linearen Verstärkungsfäden gewirkt sind, um die Verstärkungsfäden zu bedecken, wobei eine Mehrzahl parallel zueinander liegender, sich wiederholender Wirkeinheiten (sog. Bindungseinheiten) P gebildet und die Bindungseinheiten miteinander verbunden werden, um eine fortlaufende Matrixmaschenware zu bilden.
Bei den sich wiederholenden Bindungseinheiten P können die linearen Verstärkungsgarne mit den Matrixgarnen in Form einer Tasche bedeckt werden, oder sie können mit aus den Matrixgarnen gebildeten Versatzfäden bedeckt werden. Ferner können die sich wiederholenden Bindungseinheiten P durch Reihenmaschenbindungen der Matrixfäden miteinander verbunden werden, um eine Wirkware zu bilden.
Da bei der erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht Verstärkungsgarne mit Matrixgarnen bedeckt und die Verstärkungsgarne in linearem Zustand unverbogen in der Maschenbindung gehalten werden, ist die Festigkeit der Schicht an sich hoch, die Schicht ist sehr leicht handhabbar und zeigt einen äußerst zuverlässigen verstärkenden Effekt.

Kurzbeschreibung der Figuren

Es zeigen:
Fig. 1 eine in teilweise geschnittener Ansicht dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht;
Fig. 2 Bindungsbild (modifizierte Milano-Rib-Bindung) zur Bildung einer Rundmaschenware als die erfindungsgemäße Verstärkungsschicht unter Verwendung einer Rundstrickrippmaschine;
Fig. 3 perspektivische Ansicht, die den Schritt darstellt, bei dem durch Öffnen der nach der in Figur 2 gezeigten Bindungstechnik gearbeiteten Rundware die erfindungsgemäße Verstärkungsschicht gebildet wird;
Fig. 4 Bindungsbild (Milano-Rib-Imitatbindung) zur Bildung der erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht unter Verwendung einer Interlock-Rundstrickmaschine;
Fig. 5 Bindungsbild (Interlock-Bindung) zur Bildung der erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht unter Verwendung einer Interlock-Rundstrickmaschine;
Fig. 6 Bindungsbild einer 1:1-Ripp-Bindung zur Bildung der erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht entsprechend der Rund-Ripp-Bindung;
Fig. 7, 8, 10, 15 und 16 jeweils eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht in perspektivischer, teilweise geschnittener Ansicht;
Fig. 9 perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäß zur Anwendung kommenden Verstärkungsgarnes;
Fig. 11 bis 14 jeweils ein Bindungsbild für die Herstellung der in Figur 10 gezeigten erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht;
Fig. 17 perspektivische beispielhafte Darstellung des Schrittes der kontinuierlichen Herstellung eines länglichen, bandförmigen Verstärkungsmaterials aus einer Rundmaschenware;
Fig. 18 perspektivische beispielhafte Darstellung in teilweise geschnittener Ansicht einer Rundmaschenware zur Bildung der erfindungsgemäßen bandförmigen Verstärkungsschicht;
Fig. 19 perspektivische beispielhafte Darstellung in teilweise geschnittener Ansicht der erfindungsgemäßen bandförmigen Verstärkungsschicht; und
Fig. 20 Bindungsbild für eine Rundmaschenware zur Herstellung der in Figur 17 gezeigten bandförmigen Verstärkungsschicht.

Beste Ausführungsform der Erfindung

Im folgenden soll nun unter Bezugnahme auf die bei liegenden Zeichnungen die Struktur der erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht beschrieben werden.
Bei einer Verstärkungsschicht 1 nach Figur 1 und Figur 2 bilden Matrixgarne 9 eine schlauchförmige rechtsmaschenartige Matrix- Gewirkkonstruktion 2, und diese Gewirkkonstruktion 2 besitzt eine vorderes Gewirke 3 und ein hinteres Gewirke 4. Zwischen dem vorderen Gewirke 3 und dem hinteren Gewirke 4 der aus den Matrixgarnen 9 aufgebauten Gewirkkonstruktion 2 sind Verstärkungsgarne 5 eingelegt, wobei diese Verstärkungsgarne 5 unverbogen im linearen Zustand gehalten werden.
Bei dieser Maschenbindung sind die Verstärkungsfäden 5 parallel zueinander und voneinander beabstandet angeordnet, und infolgedessen sind sich wiederholende Bindungseinheiten P, welche dadurch entstehen, daß die Verstärkungsfäden 5 taschenförmig von den Matrixfäden 9 bedeckt werden, parallel zueinander angeordnet und durch die Matrixfäden 9 miteinander verbunden, um eine fortlaufende Matrix-Maschenware zu bilden.
Im folgenden soll nun das Verfahren zur Herstellung der in Figur 1 gezeigten Schicht aus Maschenware unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben werden.
An einer ersten und zweiten Arbeitsstelle in Figur 2-(1) und Figur 2-(2) werden Matrixfäden 9b einer oberen Nadel 7 und einer unteren Nadel 8 zugeführt und entsprechend einer vorgegebenen Bindung unter Bildung des vorderen Gewirkes 3 bzw. des hinteren Gewirkes 4 gewirkt. An einer dritten Arbeitsstelle in Figur 2-(3) werden Verstärkungsfäden 5 zwischen das vordere Gewirke 3 und das hintere Gewirke 4 eingebracht. Ferner werden an einer vierten Arbeitsstelle in Figur 2-(4) die Matrixgarne 9a der oberen Nadel 7 und der unteren Nadel 8 zugeführt und unter Bildung einer schlauchförmigen rechtsmaschenartigen Matrix-Wirkware 2 gewirkt.
Sodann wird der Wirkvorgang an Arbeitsstellen 5 bis 8 (siehe Figur 2-(5) bis 2-(8)) unter Durchführung derselben Wirkvorgänge wie an den Arbeitsstellen 1 bis 4 ausgeführt, wobei eine fortlaufend gebildete Rundmaschenware entsteht. Die Ware wird in Vertikalreihenrichtung auf eine vorgegebene Länge zugeschnitten und die zugeschnittene Ware geöffnet, wobei eine wie in Figur 1 gezeigte flache Verstärkungsschicht 1 erhalten wird.
Figur 3 zeigt beispielhaft den Schritt der Herstellung der Schicht 1 durch Öffnen der Rundmaschenware 1A. Dabei wird die in Schlauchform vorliegende Rechtsmaschen-Ware 1A spiralförmig entlang eines geometrischen Ortes 10 aufgetrennt und sodann geöffnet, wobei eine längliche Verstärkungsschicht 1 erhalten wird.
Eine derartige längliche Verstärkungsschicht 1 läßt sich in gleicher Weise wie bereits beschrieben in den in Figur 4 bis 6 abgebildeten Maschenbindungen arbeiten.
Bei der in Figur 4 dargestellten Maschenbindung kommen als Matrixgarn 9 zwei Garnarten, 9a und 9b, zur Verwendung.
Bei besonders feintitrigen Matrixgarnen 9, bei denen der Wirkvorgang erschwert ist, läßt sich eine Plattierung vornehmen, indem die Matrixgarne 9 mit lösbaren Garnen verwendet werden.
Das Verstärkungsgarn, das erfindungsgemäß zur Anwendung kommen kann, umfaßt bevorzugt mindestens eine aus Verstärkungsfasern ausgewählte Art von Fasern, beispielsweise Kohlenstoffasern, Siliciumnitridfasern, Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern, Siliciumcarbidfasern, Keramikfasern, Metallfasern und Aluminiumoxidfasern. Welche Art von Verstärkungsgarn 5 verwendet wird, ist nicht besonders ausschlaggebend; es lassen sich beliebige ungezwirnte Garne, gezwirnte Garne, Mehrfachzwirne, verflochtene Garne, Spinnfasergarne und doublierte Garne verwenden.
Die Anzahl der Filamente, aus denen das Verstärkungsgarn 5 aufgebaut ist, beträgt vorzugsweise von 1 bis 100 000; der Einzeltiter in beispielsweise Monofilamenten oder Multifilamenten bewegt sich bevorzugt im Bereich von 0,35 bis 5500 dtex (0,3 bis 5000 Denier), und der Gesamttiter des Garns beträgt bevorzugt 110 dtex bis 110 000 dtex (100 bis 100 000 Denier).
Als das erfindungsgemäße Matrixgarn 9 kommt bevorzugt ein Garn zur Anwendung, welches mindestens eine Art von wärmeschmelzverklebbaren Fasern umfaßt, ausgewählt aus Nylon-6-Fasern, Nylon-66-Fasern, Polycarbonatfasern, Polyacrylatfasern, Polyethersulfonfasern, Polyetherimidfasern, Polyphenylensulfidfasern, Polyarylsulfonfasern, Polyamidimidfasern, Polyetheretherketonfasern, Polyetherketonfasern, Polyimidfasern und Polyethylenterephthalatfasern. Das Matrixgarn kann ein nichtbauschendes Monofilament- oder Multifilamentgarn sein, oder es kann ein dehnfähiges Bauschgarn, beispielsweise ein falschverdrahtetes Garn, als das Matrixgarn verwendet werden. Als das Matrixgarn kann ein beliebiges ungezwirntes, gezwirntes und verflochtenes Garn verwendet werden.
Die Anzahl der am Aufbau des Matrixgarns 9 beteiligten Filamente liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 000, die Einzeltiter in dem Monofilament- oder Multifilamentgarn betragen bevorzugt 0,3 bis 300 Denier, und der Gesamttiter des Matrixgarns beträgt vorzugsweise 5 bis 10 000 Denier.
Bei der erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht beträgt der Volumenanteil der Matrixgarne 9, bezogen auf die ganze Schicht, vorzugsweise 30 bis 60 %, und infolgedessen liegt der bevorzugte Volumenanteil der Verstärkungsgarne 5, bezogen auf die gesamte Schicht, bei 40 bis 70 %. Insbesondere bei einem faserverstärkten Kunststoff-(FRP-)Material ist der Volumenanteil von Verstärkungsfasern mit hoher Festigkeit und großem Elastizitätsmodul, beispielsweise Kohlenstoffasern, Keramikfasern oder Glasfasern, ein sehr wichtiger Faktor.
Im allgemeinen nimmt die Festigkeit von FRP-Material mit wachsendem Volumenanteil der Verstärkungsfasern zu, wobei die maximale Festigkeit des FRP-Materials dann erreicht ist, wenn der Volumenanteil der Verstärkungsfasern circa 70 % beträgt; sie nimmt mit steigendem Volumenanteil an Verstärkungsfasern allmählich ab. Liegt der Volumenanteil der Verstärkungsfasern unterhalb 40 %, ist der verstärkende Effekt unbefriedigend; dementsprechend liegt zur Erzielung eines guten Verstärkereffekts der Volumenanteil des Verstärkungsgarns bevorzugt im Bereich von 40 bis 70 %.
Im folgenden soll nun eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben werden, im besonderen eine andere Ausführungsform des in die Maschenbindung der Matrix einzufügenden und einzuarbeitenden Verstärkungsgarns 5.
Bei der in Figur 1 gezeigten Schicht 1 ist das Verstärkungsgarn 5 allein aus Verstärkungsfasern gebildet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt; erfindungsgemäß werden bevorzugt Mischgarne verwendet, welche aus derartigen Verstärkungsgarnen und wärmeschmelzverklebbaren Garnen zusammengesetzt sind. Vorzugsweise werden als die wärmeschmelzverklebbaren Garne Garne gleicher Art wie die obengenannten Matrixgarne verwendet.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der mindestens ein Verstärkungsgarn 5 und mindestens ein wärmeschmelzverklebbares Garn 6 doubliert werden, um ein Mischgarn 5a zu bilden, und dieses Mischgarn 5a wird in die Maschenware eingetragen und eingearbeitet. In dieser Ausführungsform kann anstelle des doublierten Mischgarns ein durch gemeinsames Ausspinnen, Verflechten oder Zweifachverzwirnen dieser beiden Garnarten erhaltenes Mischgarn Anwendung finden. Die Maschenbindung kann wie in Figur 2 oder wie in den Figuren 4 bis 6 gezeigt sein. In diesem Fall ersetzt das Mischgarn 5a das Verstärkungsgarn 5 in Figur 2 oder Figur 4 bis 6.
Im besonderen wird in jedem Schritt, bei dem eine vorgegebene Anzahl von Maschenquerreihen aus dem Matrixgarn 9 gebildet wird, in jede Maschenquerreihe ein durch Doublieren des Verstärkungsgarns 5 und des wärmeschmelzverklebbaren Garns 6 gebildetes Mischgarn 5a eingefügt, um eine sich wiederholende Bindungseinheit P zu bilden, und dieser Vorgang wird wiederholt.
Figur 8 zeigt eine Ausführungsform, worin ein in Figur 9 dargestelltes doppelt bedecktes Mischgarn 5b eingetragen und gewirkt wird. Zur Bildung des in dieser Ausführungsform verwendeten Mischgarns 5b werden mindestens ein Verstärkungsgarn 5 und mindestens ein wärmeschmelzverklebbares Garn 6a doubliert, wobei ein Kerngarn erhalten wird, und das Kerngarn mit mindestens einem wärmeschmelzverklebbaren Garn 6b bewickelt (bedeckt). Auch in dieser Ausführungsform wird der Wirkvorgang gemäß der in Figur 2 oder in den Figuren 4 bis 6 gezeigten Maschenbindung durchgeführt. In diesem Fall ersetzt das Mischgarn 5b das Verstärkungsgarn 5 in Figur 2 bzw. in den Figuren 4 bis 6.
Auch in dieser Ausführungsform wird in jedem Schritt, bei dem eine vorgegebene Anzahl von Reihenmaschenbindungen (mehrere Querreihen) aus dem Matrixgarn 9 gebildet wird, in eine Maschenquerreihe ein Mischgarn 5b eingefügt und mit dem Matrixgarn 9 in Form einer schlauchförmigen rechtsmaschenartigen Maschenbindung bedeckt, um eine sich wiederholende Bindungseinheit P zu bilden, und dieser Vorgang wird wiederholt.
Figur 10 zeigt ein Mischgarn 5c, gebildet durch sandwichartiges Anordnen des Verstärkungsgarns 5 zwischen wärmeschmelzverklebbaren Garnen 6a und 6c, d.h. durch Laminieren dieser Garne in der Reihenfolge 6a, 5 und 6c.
In dieser Ausführungsform wird in jedem Schritt, in dem aus dem Matrixgarn 9 eine Maschenbindung mit einer vorgegebenen Anzahl von Maschenquerreihen (mehrere Querreihen) gebildet wird, das Mischgarn 5c in eine Querreihe eingefügt und mit dem Matrixgarn 9 bedeckt, um eine schlauchförmige rechtsmaschenartige Maschenbindung und eine sich wiederholende Bindungseinheit P zu bilden, und dieser Vorgang wird wiederholt.
In der Ausführungsform nach Figur 10 wird der beabsichtigte Effekt erzielt, selbst wenn das Garn 6c weggelassen und ein Mischgarn mit einem aus den Garnen 6a und 5 gebildeten Laminataufbau verwendet wird.
Ein Wirkvorgang zur Bildung einer Maschenbindung aus dem Mischgarn 5c kann entsprechend den in Figur 11 bis 14 gezeigten Maschenbindungsbildern durchgeführt werden. Beispielsweise werden an der ersten und zweiten Arbeitsstelle gemäß Figur 11-(1) und Figur 11-(2) Matrixgarne 9, 9 einer oberen Nadel 7 bzw. einer unteren Nadel 8 zugeführt und gewirkt, um innerhalb einer Matrix-Maschenware 2 ein vorderes Gewirke 3 und ein hinteres Gewirke 4 zu bilden. An der dritten, vierten und fünften Arbeitsstelle gemäß Figur 11-(3), 11-(4) und 11-(5) werden das wärmeschmelzverklebbare Garn 6a, das Verstärkungsgarn 5 bzw. das wärmeschmelzverklebbare Garn 6 nacheinander zwischen das vordere Gewirke 3 und das hintere Gewirke 4 eingefügt und gewirkt. Ferner wird an der sechsten Arbeitsstelle (siehe Figur 11-(6)) das Matrixgarn 9 der oberen Nadel 7 und der unteren Nadel 8 zugeführt und gewirkt um eine schlauchförmige rechtsmaschenartige Maschenware 2 zu bilden.
Ferner werden an den in den Figuren 11-(7) bis 11-(12) gezeigten Arbeitsstellen 7 bis 12 die Wirkvorgänge in der gleichen Form wie an den Arbeitsstellen 1 bis 6 wiederholt, wobei eine fortlaufend gebildete Rundmaschenware entsteht. Diese Ware wird in Richtung der Längsfolge der Maschen auf eine vorgegebene Länge zugeschnitten und geöffnet, wobei eine flache Verstärkungsschicht 1 gemäß Figur 10 entsteht.
In dieser Ausführungsform führt die Verwendung eines bauschigen Texturgarns, z.B. eines falschverdrahteten Garns, als das wärmeschmelzverklebbare Garn 6a und 6c zu einer Verbesserung des auf das Verstärkungsgarn 5 erzielten Bedeckungseffektes, und das Verstärkungsgarn wird bei der Handhabung der entstehenden Verstärkungsschicht nicht beschädigt. Da das eine hohe Bauschigkeit und Dehnfähigkeit aufweisende wärmeschmelzverklebbare Garn außerdem eine größere Formdehnung besitzt als das Verstärkungsgarn, tritt im Verstärkungsgarn kein Dehnen oder Erschlaffen auf. Dementsprechend wird eine Verbesserung der Eigenschaften des unter Verwendung der vorliegenden Schicht erhaltenen Formartikels erzielt. Ferner entsteht infolge eines thermischen Schrumpfens der wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6c beim Warmpressen keine Druckkraft auf die Verstärkungsfaser 5, beispielsweise die Kohlenstoffaser, und damit ist das Problem einer Herabsetzung der Doubliereigenschaften durch Erschlaffen und Biegen des Verstärkungsgarns gelöst. Da es sich bei den wärmeschmelzverklebbaren Garnen 6a und 6c um gebauschte Texturgarne mit feiner Kräuselung handelt, kommt ferner hinzu, daß diese feine Kräuselung eine Verknäuelung der wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6c mit dem Verstärkungsgarn 5 verhindert, und somit kann eine ungleichmäßige Verteilung des Verstärkungsgarns 5 bei der Handhabung der Verstärkungsschicht vermieden werden. Infolgedessen kommen erfindungsgemäß als die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6c sowie als das Matrixgarn 9 am besten ausschließlich gebauschte Texturgarne zur Anwendung. Ferner ist es zulässig, gebauschte Texturgarne als die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6c und ein nicht- texturiertes Garn als das Matrixgarn 9, oder nicht-texturierte Garne als die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6c und ein Bauschgarn als das Matrixgarn 9 zu verwenden. In jedem Fall können damit bessere Ergebnisse erzielt werden, als wenn sowohl für das Matrixgarn 9 als auch für die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6c ausschließlich nicht-texturierte Garne verwendet werden.
Als das Matrixgarn, die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6c und das Verstärkungsgarn 5 kommen vorzugsweise solche Garne zur Verwendung, die nicht mit einem Schlichte- oder Schmälzmittel behandelt sind; fernerhin erfolgt auch das Wirken dieser Garne bevorzugt ohne Aufbringen einer Schmälze auf das Garn. In diesem Fall kann ein Schritt des Waschens der Verstärkungsschicht vor dem Schritt des Warmpressens entfallen und die Herabsetzung der Doubliereigenschaften des Verstärkungsgarns 5 infolge Biegens oder Beschädigung des Verstärkungsgarns 5 vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Verstärkungsschicht läßt sich durch Wirken von aus dem wärmeschmelzverklebbaren Garn 6a und 6c und dem Verstärkungsgarn 5 gebildeten Mischgarn 5c entsprechend der in den Figuren 12 bis 14 dargestellten Maschenbindungen herstellen.
Figur 15 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht, welche mit Versatzfäden 12 bedeckte Verstärkungsfäden 5 umfaßt, und Figur 16 ist eine vergrößerte Ansicht der Maschenbindung der in Figur 15 gezeigten Schicht.
In den Figuren 15 und 16 wird in eine Maschenbindung mit einer vorgegebenen Zahl von aus dem Matrixgarn 9 gebildeten Maschenlängsreihen (mehrere Längsreihen) in jede Längsreihe das Verstärkungsgarn 5 eingelegt, und der aus dem Matrixgarn 9 gebildete Versatzfaden 12 kreuzt das Verstärkungsgarn 5, um dieses zu bedecken und eine sich wiederholende Bindungseinheit P zu bilden; wird dieser Vorgang der Bildung der Bindungseinheit wiederholt, führt dies zum Erhalt der erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht.
Im besonderen wird in der in Figur 15 gezeigten Verstärkungsschicht 1 eine eine Kettengewirkstruktur aufweisende Matrix- Maschenware 11 gebildet, indem flach und parallel zueinander angeordnete sowie voneinander beabstandete Verstärkungsgarne 5 mit Versatzfäden 12 verschlungen und bedeckt werden.
Figur 16 zeigt eine Maschenbindung einer in einkettiger Arbeitsweise gearbeiteten Maschenware. In jedem Schritt, bei dem eine Maschenbindung mit einer vorgegebenen Anzahl von Maschenlängsreihen aus dem Matrixgarn 9 gebildet wird, wird das Verstärkungsgarn 5 in die Maschenbindung gewirkt, und dieses Verstärkungsgarn 5 wird von dem Versatzgarn 12 gleicher Art wie das Matrixgarn gehalten.
Als die Matrixmaschenbindung 11 wird bevorzugt eine Kettengewirkstruktur oder eine "Russel"-Gewirkstruktur verwendet.
Als das Verstärkungsgarn 5 kann ein Mischgarn wie bereits beschrieben verwendet werden, meistbevorzugt kommt jedoch ein Mischgarn mit einem sandwichartigen Aufbau gemäß Figur 10 zur Anwendung.
Wie aus der vorangegangenen Beschreibung ersichtlich, durchdringen bei der erfindungsgemäßen, durch Einbringen und Wirken der Verstärkungsgarne 5 in Verbindung mit den wärmeschmelzverklebbaren Garnen 6 in die Matrix-Maschenware gebildeten Verstärkungsschicht während des Warmverformungsschrittes die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6 im aufgeschmolzenen Zustand leicht zwischen den am Aufbau beteiligten Einzelfilamenten in dem Verstärkungsgarn 5 vorhandene Räume, und somit läßt sich ein beständiger und homogener Formartikel gewinnen.
Aus den Ausführungen der vorangegangenen Beschreibung ist offensichtlich, daß der Volumenanteil der Matrixgarne 9 den kombinierten Volumenanteil der wärmeschmelzverklebbaren Garne und der Verstärkungsgarne 5 umfaßt.
Die erfindungsgemäße Verstärkungsschicht ist nicht auf eine als Breitstück hergestellte Schicht beschränkt, sondern umfaßt auch eine streifen- oder bandförmige Schicht mit einer Breite, die von einigen Millimetern bis zu einer Viel zahl von Millimetern reichen kann. Diese Ausführungsform soll nun im folgenden beschrieben werden.
Figur 17 zeigt eine Rundmaschenware 13 für eine Verstärkung in Bandform. Eine längliche, bandförmige Verstärkung 15 wird kontinuierlich und nacheinander dadurch erhalten, daß jeweils nach einer vorgegebenen Anzahl von Maschenquerreihen ein lösbares Garn 14 eingearbeitet ist, und die Rundmaschenware 13 an diesen Stellen getrennt wird.
Figur 18 ist eine Darstellung in teilweise geschnittener Ansicht der Rundmaschenware 13 für die bandförmige Verstärkung. Eine schlauchförmige Rechtsmaschengewirk-Matrix 16 besitzt ein vorderes Gewirke 17 und ein hinteres Gewirke 18; die Verstärkungsgarne 5 werden zwischen dem vorderen Gewirke 17 und dem hinteren Gewirke 18 eingetragen. In vorgegebenen Abständen werden in der Matrix 16 durch Wirken des lösbaren Garnes 14 gebildete lösbare Teile 19 ausgebildet, wobei die lösbaren Teile ein vorderes Gewirke 20 und ein hinteres Gewirke 21 aufweisen.
Wird diese Rundmaschenware 13 einer lösenden oder schmelzenden Behandlung unterzogen, lösen sich die lösbaren Teile 19 auf oder schmelzen, und die Ware 13 wird unter Bildung einer bandförmigen Schicht 15 gemäß Figur 19 aufgetrennt.
Figur 20 zeigt eine auf einer Interlock-Rundstrickmaschine gearbeitete modifizierte Milano-Imitatbindung der erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht. Zunächst werden an einer in Figur 20-(1) und 20-(2) gezeigten ersten und zweiten Arbeitsstelle Matrixgarne 9a feinen Titers einer oberen Nadel 7 und einer unteren Nadel 8 zugeführt, verbunden und gewirkt; sodann werden an einer dritten und vierten Arbeitsstelle gemäß Figur 20-(3) und 20-(4) grobtitrige Matrixgarne 9b der oberen Nadel 7 und der unteren Nadel 8 zugeführt und gewirkt wobei an den Arbeitsstellen 1 bis 4 eine vordere Ware 17 und eine hintere Ware 18 der schlauchförmigen Rechtsmaschenware 16 entsteht. Sodann werden an der fünften Arbeitsstelle gemäß Figur 20-(5) die Verstärkungsgarne 5 zwischen die an letztere durch Wirken anzuarbeitende und letztere zu bedeckende vordere Ware 17 und hintere Ware 18 der schlauchförmigen Rechtsmaschenware 16 eingetragen. An in den Figuren 20-(6) bis 20-(10) gezeigten Arbeitsstellen 6 bis 10 und an in den Figuren 20-(11) und 20-(15) gezeigten Arbeitsstellen 11 bis 15 werden die gleichen Wirkvorgänge durchgeführt wie an den Arbeitsstellen 1 bis 5, und an den in den Figuren 20-(16) und 20-(17) gezeigten Arbeitsstellen 16 und 17 werden die gleichen verbindenden Wirkvorgänge durchgeführt, wie an den Arbeitsstellen 1 und 2. An in den Figuren 20-(18) und 20-(19) gezeigten Arbeitsstellen 18 und 19 werden lösbare Garne 14 der oberen Nadel 7 und der unteren Nadel 8 zugeführt und gewirkt, um gesondert ein hinteres Gewirke 21 und ein vorderes Gewirke 20 eines lösbaren Maschenteils 19 zu bilden; sodann werden die Wirkvorgänge an den in den Figuren 20-(1) bis -(19) gezeigten Arbeitsstellen 1 bis 19 wiederholt, um so schrittweise eine Rundmaschenware gemäß Figur 17 entstehen zu lassen.
Es ist zu beachten, daß bei der in Figur 20 gezeigten Maschenbindung die Zahl der Wiederholungen der Grundoperationen beim Ausbilden der schlauchförmigen Rechtsmaschenware 16 und Einbringen der Verstärkungsgarne 5 in einem Bereich von 2 bis 30 liegt.
Die Matrixgarne 9a und 9b können die gleiche Dicke haben, und die Verstärkungsgarne 5 können, wie bereits ausgeführt, zweifach oder einfach bedeckte Mischgarne sein. Ferner lassen sich die durch Doublieren oder Zweifachverzwirnen der Verstärkungsgarne 5 und wärmeschmelzverklebbaren Garne gebildeten Mischgarne öder Mischgarne mit sandwichartigem Aufbau gemäß Figur 10 verwenden.
Als die Maschenbindung der Rundmaschenware 13 für die Verstärkung in Bandform kann eine Maschenbindung gemäß Figur 20, eine Rund-Ripp-Bindung und eine Milano-Rib-Bindung verwendet werden.
Als das lösbare Garn 14 kommen bevorzugt verschiedene Fasern zur Anwendung, die sich mittels heißer Luft oder dergleichen leicht aufschmelzen bzw. lösen lassen, beispielsweise einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisende Nylon-Typen, Polyethylene, Polypropylene, Nylon 6, Nylon 66 oder Polycarbonate. Der Schmelzpunkt des lösbaren Garns 14 liegt bevorzugt bei 110 bis 220 ºC und unter dem Schmelzpunkt des Matrixgarns 9 oder des wärmeschmelzverklebbaren Garns 6.
Für das lösbare Garn 14 kommen bevorzugt wasserlösliche Fasern oder in einem geeigneten Lösungsmittel lösbare Fasern zur Verwendung, beispielsweise niedrigschmelzende Nylon-Typen (Lösungsmittel: Calciumchlorid/Methanol-Lösungsgemisch) und Polycarbonate (Lösungsmittel: Methylenchlorid).

Beispiele

Die vorliegende Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben werden.

Beispiel 1

Zur Herstellung einer Schicht gemäß Figur 7 wurde eine Rundstrickrippmaschine mit einem Nadelzylinderdurchmesser von 412 mm (Lieferung der Firma Gunze Limited) als Wirkmaschine verwendet; als die Maschenbindungsart kam die in Figur 2 dargestellte modifizierte Milano-Rib-Bindung zur Anwendung. Ferner wurden verwendet: Polyetheretherketon-(PEEK-)Fasergarne (Filament-Nr. 6) mit einer Feinheit von 55 dtex (50 Denier) (geliefert von der Firma Teijin Limited; die relative Dichte betrug 1,3) als die Matrixgarne 9 zur Bildung der Matrixkonstruktion; Polyetheretherketon-Fasergarne (Filament-Nr. 80) mit einer Feinheit von 792 dtex (720 Denier) (der Teijin Limited; die relative Dichte betrug 1,3) als die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6; und Kohlenstoff-Fasergarne (Filament- Nr. 3000) (Marke: Magnamite AS4, der Sumitomo-Hercules; die relative Dichte betrug 1,8) mit einer Feinheit von 2035 dtex (1850 Denier) als die Verstärkungsgarne 5.
Die Anzahl der in Richtung der Querfolge der Maschen einzulegenden Verstärkungsgarne 5 und wärmeschmelzverklebbaren Garne 6 betrug circa 13 pro cm, und beim Einlegen der Verstärkungsgarne 5 und wärmeschmelzverklebbaren Garne 6 wurden die Garne 5 und 6 doubliert und zu einer Rundware gewirkt.
Die Rundware wurde auf circa 1 m in Strickrichtung abgelängt und gleichzeitig in Richtung der Längsfolge der Maschen (der Längsrichtung) aufgetrennt, um die Ware zu öffnen. Dabei wurde eine Verstärkungsschicht mit einem Flächengewicht von 350 g/m², einem Volumenanteil der Verstärkungsgarne von circa 52 %, einem Volumenanteil der Matrixgarne von circa 14,4 % und einem Volumenanteil der wärmeschmelzverklebbaren Garne von 33,6 % erhalten.

Beispiel 2

Zur Anfertigung einer Schicht gemäß Figur 8 unter Verwendung bedeckter Mischgarne gemäß Figur 9 wurde eine Rundstrickrippmaschine mit einem Nadelzylinderdurchmesser von 412 mm (der Firma Gunze Limited) als die Wirkmaschine verwendet; als die Maschenbindungsart kam die in Figur 2 dargestellte modifizierte Milano-Rib-Bindung zur Anwendung. Als die Matrixgarne 9 kamen Polyetheretherketon-Fasergarne (Filament-Nr. 6) mit einer Feinheit von 55 dtex (50 Denier) (der Firma Teijin Limited) zum Einsatz; als die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6b wurden Polyetheretherketon-Fasergarne (Filament-Nr. 80) mit einer Feinheit von 792 dtex (720 Denier) (der Teijin Limited) sowie Polyetheretherketon-Fasergarne (Filament-Nr. 6) mit einer Feinheit von 55 dtex (50 Denier) (der Teijin Limited) verwendet; und als die Verstärkungsgarne 5 wurden Kohlenstoff-Fasergarne (Marke Magnamite AS4, der Sumitomo-Hercules) eingesetzt. Die Verstärkungsgarne 5 und die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a wurden doubliert, und die entstehenden doublierten Kern-Mischgarne zur Herstellung der Mischgarne 5b mit den wärmeschmelzverklebbaren Garnen 6b doppelt bedeckt (mit einer Ausgangsdrehungszahl von 1000 je 1 m in Z-Richtung und einer Schlußdrehungszahl von 700 je 1 m in S-Richtung).
Beim Wirken der Mischgarne 5b betrug die Anzahl der in Richtung der Querfolge der Maschen einzulegenden Verstärkungsgarne 5b circa 9 Fäden pro Zentimeter.
Die Rundware wurde auf eine Länge von circa 1 m in Richtung der Querfolge der Maschen geschnitten sowie in Richtung der Längsfolge der Maschen, um die Ware zu öffnen, wobei eine Verstärkungsschicht mit einem Flächengewicht von 300 g/m² erhalten wurde, die einen Volumenanteil der Matrixgarne 9 einschließlich der wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6b von circa 40 %, bezogen auf die gesamte Schicht, und einen Volumenanteil der Verstärkungsgarne 5 von circa 60 %, bezogen auf die gesamte Schicht, aufwies.
Sodann wurde eine der wie oben erhaltenen Verstärkungsschichten in einer 4 % NaOH enthaltenden und bei 60 ºC gehaltenen heißen wäßrigen Lösung und anschließend dreimal mit auf 60 ºC gehaltenem heißem Wasser gewaschen. Sodann wurde die Schicht an der Luft getrocknet, in eine Richtung zusammengefaltet, laminiert und in eine Warmverformungspreßvorrichtung gegeben, 20 Minuten bei einer Temperatur von 370 ºC unter einem Druck von 30 kg/cm² gehalten und sodann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 15 ºC/min auf 120 ºC abgekühlt, um eine unidirektionale (UD-)Platte zu erhalten. Hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften hatte die geformte Platte eine Zugfestigkeit von 183 kg/mm² und eine Biegefestigkeit von 225 kg/mm². Die geformte Platte zeigte gutes Verhalten als Verbundwerkstoff.

Beispiel 3

Zur Herstellung einer in Figur 1 gezeigten Schicht wurde eine Interlock-Rundstrickrippmaschine mit einem Nadelzylinderdurchmesser von 500 mm (der Firma Gunze Limited) als die Wirkmaschine verwendet, und als die Maschenbindungsart kam die in Figur 4 dargestellte modifizierte Milano-Rib-Imitatbindung zur Anwendung.
Verwendet wurden ferner falschverdrahtete Garne aus Polyetheretherketonfaser (Filament-Nr. 24) (der Firma Teijin Limited) mit einer Feinheit von 55 dtex (50 Denier) als die Matrixgarne 9a; Falschdrahtgarne aus Polyetheretherketonfaser (Filament-Nr. 50) (der Firma Teijin Limited) mit einer Feinheit von 137,5 dtex (125 Denier) als die anderen Matrixgarne 9b; und Kohlenstoff-Fasergarne (Filamentfaser 3000) (Magnamite AS4, der Sumitomo-Hercules) mit einer Feinheit von 2035 dtex (1850 Denier) als das Verstärkungsgarn.
Beim Wirken des Verstärkungsgarns 5 betrug die Anzahl der in Richtung der Querfolge der Maschen eingefügten Garne 5 circa 9 Fäden pro Zentimeter.
Die entstehende Rundware wurde auf circa 1 m in Richtung der Querfolge der Maschen abgelängt und sodann zum Öffnen der Ware in Richtung der Längsfolge der Maschen aufgetrennt. Die erhaltene Verstärkungsschicht hatte ein Flächengewicht von 300 g/m², wobei der Volumenanteil der Matrixgarne 9a und 9b circa 40 % betrug, bezogen auf die gesamte Schicht, und der Volumenanteil der Verstärkungsgarne 5 circa 60 %, bezogen auf die gesamte Schicht.
Sodann wurde eine der wie oben erhaltenen Verstärkungsschichten in einer 4 % NaOH enthaltenden und bei 60 ºC gehaltenen heißen wäßrigen Lösung und dreimal mit auf 60 ºC gehaltenem heißem Wasser gewaschen. Anschließend wurde die Schicht an der Luft getrocknet, in eine Richtung zusammengefaltet, laminiert und in eine Warmverformungspreßvorrichtung gegeben, 20 Minuten bei einer Temperatur von 370 ºC unter einem Druck von 30 kg/cm² gehalten und sodann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 15 ºC/min auf 120 ºC abgekühlt, um eine unidirektionale (UD-)Platte zu erhalten. Hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften hatte die geformte Platte eine Zugfestigkeit von 183 kg/mm² und eine Biegefestigkeit von 255 kg/mm². Die geformte Platte zeigte gutes Verhalten als Verbundwerkstoff.

Beispiel 4

Zur Herstellung einer Schicht gemäß Figur 10 wurde eine Rundstrickrippmaschine mit einem Nadelzylinderdurchmesser von 412 mm (der Firma Gunze Limited) als die Wirkmaschine verwendet, und als die Maschenbindungsart kam eine modifizierte Rund- Ripp-Bindung gemäß Figur 14 zur Anwendung.
Verwendet wurden ferner: falschverdrahtete Garne aus Polyetheretherketonfaser (Filament-Nr. 24) (der Firma Teijin Limited) mit einer Feinheit von 55 dtex (50 Denier) als die Matrixgarne 9; falschverdrahtete Garne aus Polyetheretherketonfaser (Filament-Nr. 48) mit einer Feinheit von 396 dtex (360 Denier) (der Firma Teijin Limited) als die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6b; und Kohlenstoff-Fasergarne (Filament-Nr. 3000) (Marke Magnamite AS4, der Sumitomo-Hercules) mit einer Feinheit von 2035 dtex (1850 Denier) als das Verstärkungsgarn 5.
Beim Wirken des Verstärkungsgarns 5 betrug die Anzahl der in Richtung der Querfolge der Maschen eingebrachten Garne 5 circa 9 Fäden pro Zentimeter.
Die erhaltene Rundware wurde auf eine Länge von circa 1 m in Richtung der Querfolge der Maschen geschnitten und sodann in Richtung der Längsfolge der Maschen, um die Ware zu öffnen. Die entstehende Verstärkungsschicht hatte ein Flächengewicht von 300 g/m², wobei der Volumenanteil der Matrixgarne 9 und der wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6b circa 40 % betrug, bezogen auf die gesamte Schicht, und der Volumenanteil der Verstärkungsgarne 5 circa 60 %, bezogen auf die gesamte Schicht. Die Oberfläche der Schicht war im wesentlichen vollständig mit den falschverdrahteten PEEK-Garnen bedeckt, und zeigte nur wenige oder keine sichtbaren Kohlenstoffasern.
Die entstehende Verstärkungsschicht wurde in einer 4 % NaOH enthaltenden und bei 60 ºC gehaltenen heißen wäßrigen Lösung gewaschen, dreimal mit heißem Wasser bei 60 ºC gewaschen, an der Luft getrocknet, in eine Richtung zusammengefaltet und laminiert. Beim Laminieren trat kein Gleiten der Schichten auf, und bei der Handhabung kam es zu keinem Erschlaffen oder Dehnen der Kohlenstoffasergarne; somit konnte das Laminieren ordnungsgemäß durchgeführt werden. Sodann wurden 16 auf diese Weise hergestellte laminierte Schichten aufeinandergeschichtet, in eine Warmverformungspreßvorrichtung gegeben, 20 Minuten bei einer Temperatur von 370 ºC unter einem Druck von 30 kg/cm² gehalten und mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 15 ºC/min auf 120 ºC abgekühlt, um eine unidirektionale (UD-)Platte mit einer Dicke von circa 3 mm zu erhalten. Die entstehende geformte Platte hatte eine Zugfestigkeit von 185 kg/mm² und eine Biegefestigkeit von 253 kg/mm² und zeigte eine gutes Erscheinungsbild als Verbundplatte.

Beispiel 5

Zur Herstellung einer Schicht gemäß Figur 10 wurde die gleiche Wirkmaschine und Maschenbindungsart wie in Beispiel 4 verwendet.
Ferner wurden falschverdrahtete Garne aus Polyetherimidfaser (Filament-Nr. 9) (der Firma Teijin Limited) mit einer Feinheit von 121 dtex (110 Denier) als die Matrixgarne 9 verwendet; falschverdrahtete Garne aus Polyetherimid-(PEI-)Faser (Filament-Nr. 30) mit einer Feinheit von 396 dtex (360 Denier) (der Teijin Limited) als die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6b sowie Kohlenstoff-Fasergarn (Filament-Nr. 3000) (Marke Magnamite SA4, der Sumitomo-Hercules) mit einer Feinheit von 2035 dtex (1850 Denier) als das Verstärkungsgarn 5.
Beim Wirken des Verstärkungsgarns 5 betrug die Anzahl der in Richtung der Maschenquerreihe eingelegten Garne 5 circa 9 Fäden pro Zentimeter.
Die entstehende Rundware wurde auf eine Länge von circa 1 m in Richtung der Querfolge der Maschen geschnitten und sodann in Richtung der Längsfolge der Maschen, um die Ware zu öffnen. Die entstehende Verstärkungsschicht hatte ein Flächengewicht von 300 g/m², wobei der Volumenanteil der Matrixgarne 9 und der wärmeschmelzverklebbareit Garne 6a und 6b circa 40 % betrug, bezogen auf die gesamte Schicht, und der Volumenanteil der Verstärkungsgarne 5 circa 60 %, bezogen auf die gesamte Schicht. Die Oberfläche der Schicht war im wesentlichen vollständig mit den falschverdrahteten PEI-Garnen bedeckt und zeigte nur wenige oder keine sichtbaren Kohlenstoffasern.
Sodann wurden 12 so hergestellte Verstärkungsschichten in eine Richtung ausgerichtet und laminiert. Beim Laminieren trat kein Gleiten der Schichten auf, und bei der Handhabung kam es zu keinem Erschlaffen oder Dehnen der Kohlenstoffasergarne, und das Laminieren konnte ordnungsgemäß durchgeführt werden. Sodann wurde die laminierte Schicht in eine Warmverformungspreßvorrichtung gegeben, 20 Minuten bei einer Temperatur von 345 ºC unter einem Druck von 30 kg/cm² gehalten und mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 15 ºC/min auf 120 ºC abgekühlt, um eine unidirektionale (UD-)Platte zu erhalten, die eine Stärke von circa 2,3 mm aufwies. Die entstehende geformte Platte hatte eine Zugfestigkeit von 182 kg/mm² und eine Biegefestigkeit von 244 kg/mm² und zeigte eine gute Form als Verbundplatte.

Beispiel 6

Zur Herstellung einer in den Figuren 15 und 16 gezeigten Schicht kam Falschdrahtgarn aus Polyetheretherketonfaser (Filament-Nr. 24) (der Firma Teijin Limited) mit einer Feinheit von 50 Denier als das Matrixgarn 9 der Matrixware 11 sowie Kohlenstoff-Fasergarn (Filament-Nr. 3000) (Marke Magnamite SA4, der Sumitomo-Hercules) mit einer Feinheit von 1850 Denier als das Verstärkungsgarn 5 zur Anwendung.
Die entstehende Kettenwirkware wurde auf eine Länge von circa 1 m in Richtung der Querfolge der Maschen geschnitten und sodann in Richtung der Längsfolge der Maschen, um eine Verstärkungsschicht mit einem Flächengewicht von 300 g/m² zu erhalten, wobei der Volumenanteil des Matrixgarns 9 circa 40 %, bezogen auf die gesamte Schicht, und der Volumenanteil des Verstärkungsgarns 5 circa 60 %, bezogen auf die gesamte Schicht, betrug.
Die Oberfläche der Schicht war im wesentlichen vollständig mit den falschverdrahteten PEEK-Garnen bedeckt und zeigte kaum oder keine sichtbaren Kohlenstoffasern.
Sodann wurden 12 so hergestellte Verstärkungsschichten in eine Richtung ausgerichtet und laminiert. Beim Laminieren trat kein Gleiten der Schichten auf, und bei der Handhabung kam es zu keinem Erschlaffen oder Dehnen der Kohlenstoffasergarne, und das Laminieren konnte ordnungsgemäß durchgeführt werden. Sodann wurde die laminierte Schicht in eine Warmverformungspreßvorrichtung gegeben, 20 Minuten bei einer Temperatur von 370 ºC unter einem Druck von 30 kg/cm² gehalten und mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 15 ºC/min auf 120 ºC abgekühlt, um eine unidirektionale (UD-)Platte zu erhalten, die eine Stärke von circa 2,3 mm aufwies. Die entstandene geformte Platte hatte eine Zugfestigkeit von 184 kg/mm² und eine Biegefestigkeit von 221 kg/mm² und zeigte eine gute Form als Verbundplatte.

Beispiel 7

Zur Anfertigung einer in den Figuren 15 und 16 gezeigten Schicht wurden falschverdrahtete Garne aus Polyetheretherketonfaser (Filament-Nr. 24) (der Firma Teijin Limited) mit einer Feinheit von 50 Denier als die Matrixgarne 9 der Matrixware 11 verwendet. Es wurde ein durch sandwichartiges Laminieren des Mischgarns 5c, des wärmeschmelzverklebbaren Garns 6a, des Verstärkungsgarns 5 und des wärmeschmelzverklebbaren Garns 6c gebildetes Mischgarn gemäß Figur 10 verwendet. Als die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6c wurden falschverdrahtete Garne aus Polyetheretherketon (Filament-Nr. 30) (der Firma Teijin Limited) mit einer Feinheit von 240 Denier verwendet, und als das Verstärkungsgarn 5 kam Kohlenstoff-Fasergarn (Filament-Nr. 3000) (Marke Magnamite SA4, der Sumitomo- Hercules) mit einer Feinheit von 1850 Denier zur Verwendung.
Die entstehende Kettenwirkware wurde auf eine Länge von circa 1 m in Richtung der Querfolge der Maschen geschnitten und sodann in Richtung der Querfolge der Maschen, um eine Verstärkungsschicht mit einem Flächengewicht von 290 g/m² zu erhalten, wobei der Volumenanteil des Matrixgarns 9, bezogen auf die gesamte Schicht, 30 % betrug, der Volumenanteil der wärmeschmelzverklebbaren Garne 6a und 6c, bezogen auf die gesamte Schicht, 25 %, und der Volumenanteil des Verstärkungsgarns 5, bezogen auf die gesamte Schicht, 45 %.
Die Oberfläche der Schicht war im wesentlichen vollständig mit den verstärkenden PEEK-Garnen 9 und wärmeschmelzverklebbaren Garnen 6a und 6c bedeckt und zeigte, wenn überhaupt, nur wenige sichtbaren Kohlenstoffasern.
Sodann wurden 11 so hergestellte Verstärkungsschichten in eine Richtung ausgerichtet und laminiert. Wie in Beispiel 4, trat beim Laminieren kein Gleiten der Schichten auf, und bei der Handhabung kam es zu keinem Erschlaffen oder Dehnen der Kohlenstoffasergarne, und das Laminieren konnte ordnungsgemäß durchgeführt werden. Sodann wurde die laminierte Schicht in eine Warmverformungspreßvorrichtung gegeben, 20 Minuten bei einer Temperatur von 370 ºC unter einem Druck von 30 kg/cm² gehalten und mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 15 ºC/min auf 120 ºC abgekühlt, um eine unidirektionale (UD-)Platte mit einer Dicke von circa 2,1 mm zu erhalten,. Die erhaltene geformte Platte hatte eine Zugfestigkeit von 141 kg/mm² und eine Biegefestigkeit von 185 kg/mm² und zeigte eine gute Form als Verbundplatte.

Beispiel 8

Zum Erhalt einer Schicht gemäß Figur 18 wurde eine Interlock- Rundstrickrippmaschine mit einem Nadelzylinderdurchmesser von 500 mm (der Firma Gunze Limited) als die Wirkmaschine verwendet, und als die Maschenbindungsart kam eine modifizierte Milano-Rib-Imitatbindung gemäß Figur 20 zur Anwendung.
Verwendet wurden ferner falschverdrahtete Garne aus Polyetheretherketonfaser (Filament-Nr. 6) (der Firma Teijin Limited) mit einer Feinheit von 55 dtex (50 Denier) als die feintritrigen Matrixgarne 9a; falschverdrahtete Garne aus Polyetheretherketonfaser (Filament-Nr. 50) (der Firma Teijin Limited) mit einer Feinheit von 137,5 dtex (125 Denier) als die verstärkenden Garne 9b groben Titers; Kohlenstoff-Fasergarne (Filament- Nr. 3000) (Marke Magnamite SA4, der Sumitomo-Hercules) mit einer Feinheit von 2035 dtex (1850 Denier) als die Verstärkungsgarne 5 sowie Polycarbonatfasergarne (Filament-Nr. 12) mit einer Feinheit von 35 dtex (30 Denier) (der Teijin Limited) als das lösbare Garn 14.
Die entstehende Rundware wurde auf circa 1 m in Richtung der Querfolge der Maschen abgelängt, die Ware für die Dauer von circa 5 Minuten in eine Lösung aus Methylenchlorid getaucht und anschließend an der Luft getrocknet, wobei ein Verstärkungsband mit einer Bandbreite von circa 3 mm und einem Band-Flächengewicht von 1 g/m geschaffen wurde, bei dem der Volumenanteil des Verstärkungsgarns 5, bezogen auf die ganze Ware, circa 57 % betrug.
Da die Oberfläche des entstehenden Verstärkungsbandes im wesentlichen vollständig mit den PEEK-Falschdrahtgarnen bedeckt war, traten die Filamente des Verstärkungsgarns nicht bis an die Oberfläche.
Bei der Handhabung des Verstärkungsbandes kam es weder zu einer Entflechtung der Matrixgarne noch zu einer Trennung der Verstärkungsgarne.

Industrielle Anwendbarkeit

Die erfindungsgemäße Verstärkungsschicht weist die folgenden Vorteile auf:
(1) Es ist nicht erforderlich, die Verstärkungsgarne 5 durch ein Harz aneinander zu binden, obgleich entsprechend der herkömmlichen Technik ein derartiges Verbinden unerläßlich ist. Im besonderen werden durch Wärmekompression beim Verformungsschritt die wärmeschmelzverklebbaren Garne 6 (6a, 6b und 6c) und die Matrixgarne 9 aufgeschmolzen, um die Verstärkungsgarne 5 aneinander zu binden. Dementsprechend weist die erfindungsgemäße Schicht einen höheren Abriebwiderstand und eine höhere Festigkeit auf und ist geeignet zur Verwendung als ein Verstärkungsmaterial für eine Außenhaut eines Schiffes oder ein Teil eines Flugzeuges.
(2) Die Verstärkungsgarne 5 werden im linearen Zustand unverbogen eingefügt und gewirkt und sind vollkommen mit der Matrixware bedeckt. Dementsprechend tritt bei der Handhabung der erfindungsgemäßen Verstärkungsschicht keine Trennung der Verstärkungsgarne 5 auf, und es wird ein zufriedenstellendes Verhalten der Verstärkungsgarne erreicht.
(3) Die erfindungsgemäße Verstärkungsschicht zeigt eine besonders hohe Flexibilität und Geschmeidigkeit, und infolgedessen läßt sich die Verstärkungsschicht auf zufriedenstellende Weise formen, selbst in ein Teil, welches eine komplizierte gekrümmte Oberfläche aufweist.
(4) Beim Schichten der erfindungsgemäßen Verstärkungsschichten tritt selbst beim Aufeinanderschichten zahlreicher Schichten kein Gleiten der Schichten auf, weil die Gleitreibung zwischen den Schichten groß ist. Ferner ist die Reproduzierbarkeit der Position oder des Winkels der Schichten gut, und es problemlos möglich, ein Verstärkungsmaterial genau wie bei der Konstruktion zugrundegelegt herzustellen.
(5) Somit kann die erfindungsgeinäße Verstärkungsschicht sehr nutzbringend für die Herstellung diverser Verstärkungsmaterialien eingesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Warmverformen einer Verstärkungsschicht, welche eine Mehrzahl an zueinander parallel und zueinander beabstandet angeordneten Verstärkungsgarnen (5) und thermoplastische Fasern umfaßt;

wobei das Verfahren den Schritt der Behandlung der Verstärkungsschicht in einer Warmverformungspreßvorrichtung zum Erzielen einer unidirektional gerichteten Platte umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschicht verwendet wird, in welcher die thermoplastischen Fasern (9b) rund um die Verstärkungsgarne (5) gewirkt sind, um diese zu bedecken und eine Matrix zu bilden, welche die Verstärkungsgarne (5) in geradem Zustand unverbogen hält.

2. Verfahren zum Warmverformen nach Anspruch 1, worin die thermoplastischen Fasern (9b) rund um die Verstärkungsgarne (5) in einer Schußfaden-Maschenbindung gewirkt sind.

3. Verfahren zum Warmverformen nach Anspruch 1, worin die thermoplastischen Fasern (9b) rund um die Verstärkungsgarne (5) in einer Kettfaden-Maschenbindung gewirkt sind.

4. Verfahren zur Herstellung einer als Verstärkungsschicht geeigneten Wirkwarke auf einem Rundstuhl, welches die Abfolge der folgenden Schritte umfaßt:

Einspeisen thermoplastischer Matrixgarne (9b) zu oberen Nadeln (7) einer ersten Zuführvorrichtung und zu unteren Nadeln (8) einer zweiten Zuführvorrichtung und Wirken des Matrixgarns (9b) entsprechend einer Maschenbindung um ein vorderes Gewirke (3) und ein hinteres Gewirke (4) zu schaffen;

Einfügen von Verstärkungsgarnen (5) zwischen das vordere Gewirke (3) und das hintere Gewirke (4) bei einer dritten Zuführvorrichtung;

Einspeisen von thermoplastischen Matrixgarnen (9a) mit einer Dicke, welche gleich oder geringer ist als die der Matrixgarne (9b), zu oberen Nadeln (7) und unteren Nadeln (8) einer vierten Zuführvorrichtung und Verheften des vorderen und hinteren Gewirkes (3 und 4) mit dem Matrixgarn (9a);

wodurch eine Mehrzahl von sich wiederholenden Wirkeinheiten (P), welche zueinander parallel sind, gebildet wird

und wodurch die Wirkeinheiten (P) miteinander verbunden werden, um eine fortlaufende Matrix-Maschenware zu bilden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin mindestens ein Verstärkungsgarn (5) mit mindestens einem wärmeschmelzverklebbaren Garn (6 (6a, 6b, 6c)) doubliert, gemischt, verschlungen oder zweifach gezwirnt ist oder zwischen mindestens zwei wärmeschmelzverklebbaren Garnen (6) angeordnet ist, um Mischgarne (5a, 5b, 5c) zu bilden.

6. Maschenware, erhalten in einem Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, umfassend eine Mehrzahl an Verstärkungsgarnen (5), welche zueinander parallel und zueinander beabstandet angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsgarne (5) in geradem Zustand, unverbogen zwischen einer gewirkten Maschenreihe eines vorderen Gewirkes (3) und eines hinteren Gewirkes (4) aus Matrixgarnen (9b) gehalten sind, wobei die Matrixgarne (9b) rund um die geraden Verstärkungsgarne (5) gewirkt sind, um diese zu bedecken.

7. Maschenware nach Anspruch 6, worin eine Mehrzahl sich wiederholender Wirkeinheiten (P) parallel zueinander eine taschenförmige Maschenbindung aufweist, in welcher gerade Verstärkungsgarne (5) mit den Matrixgarnen (9b) in Form einer Tasche bedeckt sind, und worin die taschenförmigen Wirkeinheiten (P) durch Reihenmaschenbindungen verbunden sind, von denen sich jede aus den Matrixgarnen (9a) zusammensetzt, wodurch eine Wirkwarenmaschenbindung geschaffen wird.

8. Wirkware nach Anspruch 6 oder 7, welche ferner mindestens ein wärmeschmelzverklebbares Garn (6) umfaßt und in welcher mindestens ein Verstärkungsgarn (5) mit dem mindestens einen wärmeschmelzverklebbaren Garn (6) zur Bildung eines Mischgarns doubliert, vermischt, verschlungen oder zweifach gezwirnt ist.

9. Wirkware nach einem der Ansprüche 6 bis 8, welche ferner mindestens ein wärmeschmelzverklebbares Garn (6a) und mindestens ein wärmeschmelzverklebbares Verschlingungsgarn (6b) umfaßt und in welcher mindestens ein Verstärkungsgarn (5) mit mindestens einem wärmeschmelzverklebbaren Garn (6a) zur Bildung eines Mischkerngarns doubliert ist und mindestens ein wärmeschmelzerklebbares verflochtenes Garn (6b) um das Kerngarn herum zur Bildung eines Mischgarns gewunden ist.

10. Wirkware nach einem der Ansprüche 6 bis 9, welche ferner mindestens zwei wärmeschmelzverklebbare Garne (6) umfaßt und in welcher das Verstärkungsgarn (5) zwischen mindestens zwei wärmeschmelzverklebbaren Garnen (6) angeordnet ist, um ein sandwichartiges Mischgarn zu bilden.

11. Wirkware nach einem der Ansprüche 6 bis 10, welche ferner mindestens ein wärmeschmelzverklebbares Garn (6) umfaßt und in welcher der gesamte Volumenanteil des Matrixgarns (9) und des wärmeschmelzverklebbaren Garns (6) 30 bis 60 % beträgt und das Volumenverhältnis des Verstärkungsgarns (5), bezogen auf die gesamte Schicht, 40 bis 70 % beträgt.

12. Wirkware nach einem der Ansprüche 6 bis 11, worin die Verstärkungsfaser (5) mindestens ein Glied ausgewählt aus der Gruppe umfaßt, welche aus Karbonfasern, Siliziumnitridfasern, Glasfasern, Aramidfasern, Borfasern, Siliziumcarbidfasern, Keramikfasern, Metallfasern und Aluminiumoxidfasern besteht.

13. Wirkware nach einem der Ansprüche 6 bis 12, worin das Matrixgarn (9) mindestens ein Glied ausgewählt aus der Gruppe umfaßt, welche aus Nylon-(6)-Fasern, Nylon-66- Fasern, Polycarbonatfasern, Polyacrylatfasern, Polyethersulfonfasern, Polyetherimidfasern, Polyphenylensulfidfasern, Polyamidimidfasern, Polyethylsulfonfasern, Polyetheretherketonfasern, Polyetherketonfasern, Polyimidfasern und Polyethylenterephthalatfasern besteht.

14. Wirkware nach einem der Ansprüche 8 bis 10, worin das wärmeschmelzverklebbare Garn (6 (6a, 6b, 6c)) vom selben Typ ist wie das Matrixgarn (9).

15. Verwendung einer Wirkware gemäß einem der Ansprüche 6 bis 14 in einem Warmverformungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3.