DE69400134T2 - Textile Verstärkungseinlage verwendet für die Herstellung von Verbundmaterialien - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Verbesserung von textilen Armierungen, die zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, d.h. von Gegenständen auf der Basis von Harzen (Polyester oder anderen) verwendet werden, die mit einer textilen Verstärkungsfaserschicht armiert sind.
• Bis heute bestehen die im Bereich von Verbundwerkstoffen verwendeten Verstärkungsstrukturen, je nach Anwendungsgebieten und geforderten Eigenschaften, beispielsweise aus Gewebe, textilen Gitternetzen, nicht gewebten Elementen oder einer Kombination solcher Elemente.
• In seinem französischen Patent 2 646 442 schlägt der Anmelder eine textile Armierung vor, die insbesondere zur Herstellung von Verstärkungen starker Dicke geeignet ist, wobei eine derartige Eigenschaft notwendig ist, wenn Elemente wie Fahrzeugkarosserien, Sportboote, Tanks ... hergestellt werden sollen, die eine hohe Festigkeit aufweisen müssen. Eine solche Armierung ist aus zumindest zwei eigentlichen textilen Verstärkungslagen aufgebaut, die beidseits einer die Dicke des Werkstoffes bestimmenden mittigen Lage angeordnet sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die mittige Lage aus einer Faserschicht auf der Basis von synthetischen Fasern mit einem einheitlichen hohen Titer aufgebaut ist, die, bevor sie in die Form einer Faserschicht gebracht werden, einer Behandlung unterzogen werden, die diesen eine dauerhafte Wellung oder Kräuselung verleiht, wobei die verschiedenen Lagen untereinander durch Vernähen/Wirken verbunden sind.
• Ein derartiger Komplex ist völlig zufriedenstellend, was die mechanischen Eigenschaften der Verbundstrukturen betrifft, die mit diesem hergestellt werden können.
• Darüber hinaus ist er insbesondere zur Herstellung von Strukturen mit einer komplizierten Formgebung geeignet, die durch Formen, z.B. nach den "Spritzdruckformen" oder "Vakuumformen" genannten Verfahren gefertigt sind. Dennoch besteht einer der Nachteile dieses Komplexes darin, daß die Nähte, mit denen die verschiedenen Lagen untereinander verbunden sind, die Verformungsfähigkeit begrenzen und vor allem zu Fehlstellen am Oberflächenerscheinungsbild führen.
• Nunmehr wurde eine Verbesserung eines textilen Werkstoffes der betreffenden Art gefunden, und dies ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die es nicht nur ermöglicht, die Vorteile, nämlich die Verformungsfähigkeit und die starke Dicke, zu bewahren, die eine solche Struktur bietet, sondern vor allem ermöglicht, eine sehr große Homogenität des hergestellten Verbundwerkstoffes zu schaffen, die daraus resultiert, daß aufgrund der besonderen Struktur der inneren Faserschicht (wobei die Fasern eine Federwirkung zeigen) eine sehr homogene Verteilung des Harzes über die gesamte Dicke und in alle Richtungen des Werkstoffes erreicht wird und ein völlig gleichmäßiges Aussehen der Oberfläche erzielt wird.
• Allgemein betrifft die Erfindung demnach eine neue Art einer textilen Armierung, die zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes eingesetzt werden kann, wobei die Armierung, wenn sie nach der Herstellung im Innern des Verbundwerkstoffes betrachtet wird, aus zwei eigentlichen textilen Verstärkungslagen aufgebaut ist, die beidseits einer die Dicke des Werkstoffes bestimmenden mittigen Lage angeordnet sind, wobei die mittige Lage aus einer Faserschicht auf der Basis von synthetischen Fasern mit einheitlichem hohem Titer aufgebaut ist, die, bevor sie in die Form einer Faserschicht gebracht werden, einer Behandlung unterworfen wurden, die diesen eine dauerhafte Wellung (oder eine Kräuselung) verleiht, und wobei die Armierung dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest eine der textilen Verstärkungslagen mit einem faserigen Voile auf der Basis von Chemiefasern bedeckt ist, die einen geringeren Titer als die die innere Lage bildenden Fasern aufweisen, und die ebenfalls einer Behandlung unterworfen wurden, die diesen eine dauerhafte Wellung oder eine Kräuselung verleiht, wobei die verschiedenen Lagen untereinander durch Vernadeln verbunden sind.
• In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Armierung aus einer mittigen Lage aufgebaut, die zwischen zwei textilen Verstärkungen eingeschlossen ist, von denen zumindest eine mit einem faserigen Voile bedeckt ist.
• Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist die Armierung aus einer Lage auf der Basis von Fasern mit einheitlichem hohem Titer aufgebaut, die dazu vorgesehen ist, die Dicke des fertigen Werkstoffes zu bestimmen, und die nur auf einer ihrer Seiten mit einer textilen Verstärkung bedeckt ist, die wiederum mit einem faserigen Voile bedeckt ist, wobei der Werkstoff bei der Herstellung der Verbundstruktur derart auf sich selbst gefaltet wird, daß dadurch eine in der fertigen Struktur die Dicke bestimmende mittige Lage vorhanden ist, auf der beidseitig eine textile Verstärkung angeordnet ist, die mit einem faserigen Voile verbunden ist.
• Im Vergleich zu den in dem Patent 2 646 442 beschriebenen Armierungen weist ein derartiger Werkstoff verbesserte Verformungs- und Formgebungseigenschaften auf, da keine Nähte vorgesehen sind, um die verschiedenen Lagen miteinander zu verbinden, bewahrt aber die Eigenschaften einer gleichmäßigen Verteilung des Harzes und ermöglicht es vor allem, Gegenstände zu fertigen, deren Oberflächenbeschaffenheit völlig regelmäßig ist.
• Als Materialien für die Herstellung eines solchen Komplexes können solche verwendet werden, die denjenigen des Gegenstandes des Patentes FR-A-2 646 442 ähnlich sind, um die innere Lage sowie die beiden auf beiden Seiten der mittigen Lage angeordneten textilen Verstärkungslagen herzustellen.
• So wird die innere Lage vorzugsweise auf der Grundlage einer nicht gewebten Faserschicht hergestellt, die z.B. durch Kardieren auf der Basis von synthetischen Fasern, wie Polyester-, Polypropylen-, Polyamid-, Polyethylenfasern, hergestellt wird, die einen hohen Titer besitzen und eine Texturierbehandlung erhalten haben, z.B. durch Stopfen, die ihnen eine dauerhafte Kräuselung verleiht. Unter Fasern mit erhöhtem Titer werden Fasern verstanden, deren Titer im allgemeinen zwischen 20 und 200 dtex und deren Schnittlänge im allgemeinen zwischen 40 und 120 mm liegt. Es versteht sich, daß die Verwendung von feineren Fasern gegebenenfalls erwägbar ist, jedoch wird dann die Dichte der Struktur vergrößert, woduch das Kriechen des Harzes während der Herstellung des Verbundwerkstoffes behindert und somit die Herstellung des letzteren erschwert, ja sogar unmöglich wird.
• Als eigentliche textile Verstärkungen, die beidseits der zuvor erwähnten inneren Lage angeordnet sind, können alle Arten von herkömmlichen Verstärkungen verwendet werden, wie parallel verlaufende sich berührende oder voneinander beabstandete Fäden, zweiseitig gerichtete Faserschichten, faserartige Schichten, Gewebe, die allein oder in Kombination miteinander verwendet werden können. Derartige Verstärkungen können auf der Basis jedes, normalerweise für die Herstellung von Gegenständen aus Verbundwerkstoffen verwendeten Materials, wie z.B. Glasfasern, gefertigt werden.
• Der faserige Voile, der zumindest eine der textilen Verstärkungslagen bedeckt, kann auf der Grundlage von Chemiefasern hergestellt werden, die von der gleichen oder einer unterschiedlichen Art wie diejenigen der inneren Lage sind, wobei die Fasern ebenfalls eine Behandlung erhalten haben, die ihnen eine Kräuselung verleiht, wobei die Fasern jedoch viel feiner sind. Zur Erläuterung sei erwähnt, daß Polyester-, Polyamid-, Polypropylen-, Polyethylenfasern mit einem Titer zwischen 1,5 dtex und 10 dtex, die normalerweise für herkömmliche textile Anwendungen, wie Bekleidungsstücke, Möbel, Filter ... verwendet werden, besonders gut geeignet sind, um diese Oberflächenlage bzw. Oberflächenlagen zu bilden.
• Die Verbindung der verschiedenen Lagen untereinander wird vorteilhafterweise durch mechanisches Vernadeln hergestellt, bei dem Nadeln mit gegenläufig orientierten Nadelbärten verwendet werden, wodurch es ermoglicht wird, die Oberflächenfasern, sowohl bei der Vorwärts- als auch bei der Rückwärtsbewegung der Nadeln, durch den Stapel der faserigen Lagen, die den Komplex bilden, hindurch zu ziehen.
• In dem Fall, daß die Basisstruktur, mit der ein erfindungsgemäßer Werkstoff herstellbar ist, nur aus einer Faserschicht mit einem hohen Titer aufgebaut ist, von der nur eine Seite mit einer textilen Verstärkung bedeckt ist und diese wiederum mit einem faseriqen Voile auf der Basis von feinen und gekräuselten Fasern bedeckt ist, kann das Vernadeln mit Nadeln ausgeführt werden, die gleich orientierte Nadelbärte aufweisen, und die in den Stapel der textilen Stoffe von der obersten, aus den feinen Fasern bestehenden Lage aus eindringt.
• Gegebenenfalls könnte es in Betracht gezogen werden, die Verbindung der verschiedenen Lagen untereinander herzustellen, indem eine Vernadelungsbehandlung mittels Flüssigkeitsstrahlen, insbesondere Wasserstrahlen, eingesetzt wird.
• Die Erfindung und ihre Vorteile gehen besser an Hand eines Ausführungsbeispieles hervor, das hiernach zur Erläuterung beschrieben wird, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
Beispiel 1
• Auf einer herkömmlichen Vernadelungsvorrichtung, die mit Nadeln mit gegenläufig orientierten Nadelbärten ausgerüstet ist, wird eine erfindungsgemäße Armierung hergestellt, indem in die Vernadelungsvorrichtung eine übereinanderliegende Anordnung von zuvor hergestellten textilen Faserschichten eingelegt wird, die sich folgendermaßen zusammensetzt:
• - aus einer inneren Lage, die aus einer nicht gewebten und durch Kardieren hergestellten Faserschicht auf der Grundlage von Polypropylenfasern aufgebaut ist, die einen einheitlichen Titer von 70 dtex und eine Schnittlänge von 90 mm aufweisen, wobei die Fasern vor dem Schneiden derart gekruselt wurden, daß sie dauerhafte Wellen aufweisen (in dem vorliegenden Fall 2,3 Wellen/Zentimeter). Die Faserschicht wiegt ungefähr 250 g/m² und weist eine Dicke von ungefähr 4 mm auf.
• - aus zwei eigentlichen, zu beiden Seiten der zuvor erwähnten inneren Lage angeordneten textilen Verstärkungslagen, wobei beide textile Verstärkungslagen aus einer Glasfasermatte aufgebaut sind, die 450 g/m² wiegt, die durch Zuschneiden von Glasfasern und durch herkömmliches Schichten in einem Trockenverfahren erhalten wird. Die Glasfasern weisen einen Titer von 25 tex und eine Schnittlänge von 50 mm auf.
• Zu beiden Seiten der zuvor erwähnten Einheit wird auf die beiden Außenseiten der textilen Verstärkungslagen ein faseriger Voile gelegt, der ebenfalls durch Kardieren auf der Grundlage von gekräuselten Polyesterfasern hergestellt wird, die einen Titer von 3,3 dtex und eine Länge von 40 mm aufweisen. Die faserige Schicht wiegt 60 g/m².
• Der Vernadelungsvorgang wird bei folgenden Bedingungen durchgeführt:
• - Durchlaufgeschwindigkeit des Stoffes: 4 Meter/Minute
• - Amplitude der Verschiebung der Nadeln: 60 mm
• - Vernadelungsdichte: 45/50 Schnitte pro cm².
• Nach dem Vernadeln erhält man eine Struktur, die eine Dicke von ungefähr 4,5 mm aufweist, wobei die verschiedenen Lagen vollständig miteinander verbunden sind.
Beispiel 2
• Das Beispiel 1 wird wiederholt, außer daß der Stapel der Textilschichten aus einer inneren Lage gebildet wird, die nur mit einer textilen Verstärkungsschicht und einem faserigen Voile bedeckt ist, die dieselben Eigenschaften und dieselbe Zusammensetzung wie die Stoffe des Beispieles 1 aufweisen.
• Das Vernadeln wird unter denselben Bedingungen durchgeführt, außer daß die Nadeln gleich orientierte Nadelbärte aufweisen, und daß deren Einwirken auf den Stapel der textilen Schichten von dem faserigen Voile aus feinen Fasern her ausgeübt wird.
• Während der Anwendung wird die erhaltene Struktur derart auf sich selbst gefaltet, daß die faserigen Voiles sich auf der Außenseite befinden und daß sich die auf der Basis von Fasern mit hohem Titer nicht gewebte Lage im Inneren befindet. Man erhält z.B. mit dem zuvor erwähnten Beispiel eine Verstärkung, die eine Dicke von ungefähr 9 mm aufweist.
• Die erfindungsgemäßen Werkstoffe sind besonders geeignet, um druckspritzgeformte oder vakuumgeformte Gegenstände herzustellen. Die so hergestellten Gegenstände aus Verbundwerktoff sind sehr homogen und weisen darüber hinaus ein vollkommen gleichmäßiges Aussehen der Oberfläche auf.
• Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern daß sie sämtliche Ausführungsvarianten im gleichen Sinn umfaßt.
• Ebenso könnte die Verbindung der verschiedenen Lagen miteinander dadurch hergestellt werden, daß eine doppelseitige Vernadelung oder eine Vernadelung mittels einer Vorrichtung bewirkt wird, bei der Wasserstrahlen eingesetzt werden.
• Ebenso könnte es in Betracht gezogen werden, auch wenn es vorteilhaft ist, die Verbindung der Gesamtheit der den erfindungsgemäßen Werkstoff bildenden Lagen in einem einzigen Vorgang herzustellen, die beiden äußeren Seiten erst dann anzufügen, nachdem die innere Struktur (mittige Lage und dieser Lage zugeordnete Verstärkung) zuvor fertiggestellt worden ist.

Claims (5)

1. Textile Armierung zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes, die, wenn man sie nach der Herstellung im Innern des Verbundwerkstoffes betrachtet, aus zwei eigentlichen textilen Verstärkungslagen aufgebaut ist, die beidseits einer die Dicke des Werkstoffes bestimmenden mittigen Lage angeordnet sind, wobei die mittige Lage aus einer Faserschicht auf der Basis von synthetischen Fasern mit einheitlichem hohem Titer aufgebaut ist, die, bevor sie in die Form einer Faserschicht gebracht werden, einer Behandlung unterworfen wurden, die diesen eine dauerhafte Wellung (oder eine Kräuselung) verleiht, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der textilen Verstärkungslagen mit einem faserigen Voile auf der Basis von Chemiefasern bedeckt ist, die einen geringeren Titer als die die innere Lage bildenden Fasern aufweisen, und die ebenfalls einer Behandlung unterworfen wurden, die diesen eine dauerhafte Wellung oder eine Kräuselung verleiht, wobei die verschiedenen Lagen untereinander durch Vernadeln verbunden sind.

2. Armierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie vor der Herstellung des Verbundwerkstoffes aus einer mittigen Lage aufgebaut ist, die zwischen zwei textilen Verstärkungen eingeschlossen ist, von denen zumindest eine mit einem faserigen Voile bedeckt ist.

3. Armierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie vor der Herstellung des Verbundwerkstoffes aus einer Lage auf der Basis von Fasern mit einheitlichem hohem Titer aufgebaut ist, die dazu vorgesehen ist, die Dicke des fertigen Werkstoffes zu bestimmen, und die nur auf einer ihrer Seiten mit einer textilen Verstärkung bedeckt ist, die wiederum mit einem faserigen Voile bedeckt ist, wobei der Werkstoff bei der Herstellung der Verbundstruktur derart auf sich selbst gefaltet wird, daß dadurch eine in der fertigen Struktur die Dicke bestimmende mittige Lage vorhanden ist, auf der beidseits eine textile Verstärkung angeordnet ist, die mit einem faserigen Voile verbunden ist.

4. Armierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die textile Verstärkungslage bzw. die textilen Verstärkungslagen aus Fasermatten aufgebaut ist bzw. sind, die gegebenenfalls mit weiteren textilen Verstärkungen verbunden sind.

5. Armierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dicke des Werkstoffes bestimmende Lage und der bzw. die faserigen Voiles, die die Außenseite bzw. die Außenseiten bilden, aus Fasern auf Polyester-, Polyamid-, Polypropylen-, Polyethylenbasis und die Verstärkungselemente, die zwischen diesen Lagen liegen, auf der Basis von Glasfasern gebildet sind.