DE10137040A1 - Nähgewirkter Faserverbundwerkstoff - Google Patents

Nähgewirkter Faserverbundwerkstoff

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Abstract

Bekannte nähgewirkte Faserverbundwerkstoffe bestehen in Kett- und/oder Schussrichtung aus Fadensträngen (Roving), Schnittmatte, aus einem oder mehreren Gelegen oder Gewirken, die in Trikotbindung oder Trikot-Fransebindung einzeln oder in Kombination verbunden sind. DOLLAR A Die endlichen Fasern der Schnittmatte bekannter nähgewirkter Faserverbundwerkstoffe sind unorientiert, sie befinden sich in Wirrlage. DOLLAR A Bekannte nähgewirkte Faserverbundstoffe weisen für Verfahren, die eine hohe Verformbarkeit in Kettrichtung erfordern, eine unzureichende Dehnung auf. Bei dem erfindungsgemäßen nähgewirkten Faserverbundwerkstoff weist die Schnittmatte (1) in Kettrichtung in überwiegendem Maße orientierte endliche Fasern (2) auf und die maschenbildenden Fäden sind in den Grundbindungen Tuch, Samt, Atlas oder deren kombinierten Bindungen mit Trikot (3) ausgebildet. DOLLAR A Der erfindungsgemäße Faserverbundwerkstoff gewährleistet eine wesentlich verbesserte Dehnung in Kettwirkung und im Glasfaserkunststoff einen verbesserten E-Modul. Seine Verwendung ist besonders geeignet für die Herstellung von Schläuchen und Rohren im Wickelverfahren und Verarbeitungsverfahren, bei welchem eine hohe Verformung des Verstärkungsmaterials erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen verbesserten, in Nähwirktechnik hergestellten Faserverbundwerkstoff sowie dessen Verwendung zur Herstellung von Schläuchen, insbesondere im Schlauchreliningverfahren, sowie Verarbeitungsverfahren, bei denen eine hohe Verformung des Verstärkungsmaterials erfolgt.
  • Nähgewirkte Faserverbundwerkstoffe sind seit langem bekannt. Sie werden in den verschiedensten Laminierverfahren eingesetzt. Bekannte, in Nähwirktechnik hergestellte Faserverbundwerkstoffe bestehen in Kett- und/oder Schußrichtung aus Fadensträngen (Rovings), die mit Flächengebilden (Vlies oder chemisch verfestigter Schnittmatte) kombiniert sind.
  • Desweiteren werden mit einem maschenbildenden Fadensystem Faserverbundwerkstoffe hergestellt, die aus einem oder mehreren Geweben oder Gelegen und einer Schnittmatte bestehen.
  • Für spezielle Anwendungen, wie beispielsweise das Injektionsverfahren, sind Faserverbundwerkstoffe im Einsatz, die als Kernlage ein aus synthetischen Fasern bestehendes Vlies (EP 0 395 548) oder Gestrick enthalten und mit Gewebe und Schnittmatte kombiniert sind. Als übliches, maschenbildendes Verfahren zur mechanischen Verfestigung der Faserverbundwerkstoffe wird die Trikotbindung bzw. Trikot-Fransenbindung verwendet.
  • Der Nachteil dieser bekannten Faserverbundwerkstoffe ist, daß ihre Dehnung in Kettrichtung unzureichend ist, um bei Verfahren, die eine hohe Verformbarkeit in Kettrichtung erfordern, eingesetzt werden zu können. Dazu gehört auch das Schlauchreliningverfahren.
  • Kennzeichnenend für dieses Verfahren ist, daß in einer Vorstufe die Schlauchfertigung mit radialer Wickeltechnologie erfolgt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen in Nähwirktechnik hergestellten Faserverbundwerkstoff zu schaffen, dessen Dehnung in Kettrichtung wesentlich verbessert wird und der im Glasfaserkunststoff einen verbesserten E-Modul gewährleistet, wie bekannte, nähgewirkte Faserverbundwerkstoffe.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 9 angegeben. Die Verwendung der Erfindung wird mit Anspruch 10 beansprucht.
  • In einem einstufigen Prozess wird aus einer Schnittmatte mit überwiegender Faserorientierung ein nähgewirkter Faserverbundwerkstoff hergestellt.
  • Vorteilhafterweise kann dieser nähgewirkte Faserverbundwerkstoff mit bekannten Flächengebilden, wie parallele und/oder sich kreuzende Fadenstränge (Rovings) dicht aneinanderliegend oder im Abstand voneinander, sowie Vliesen mit Endlosfäden oder Fasern in Wirrlage, Geweben, Gelegen oder Gestricken kombiniert werden.
  • Als Ausgangsmaterial wird hierfür Faserglas, wie E-CR-, C- oder E-Glas und/oder Naturfasern bzw. synthetische Fasern gewählt.
  • Die Maschen der Nähfäden, bekanntermaßen werden hierfür organische Fäden, wie Polyester und Polyamid, eingesetzt, befinden sich vorteilhafterweise in ihrer Abbindungsart mit der linken Maschenseite auf der Seite der Schnittmatte.
  • Die Wahl des Materials zur Maschenbildung dient der Gewährleistung der Verträglichkeit mit dem verwendeten Harz.
  • Mit der Anordnung der linken Maschenseite auf der Seite der Schnittmatte wird gewährleistet, daß während der Harztränkung keine Fasern aus dem Faserverbundwerkstoff austreten können. Es wurde gefunden, daß mit Anwendung der Tuch- und Tuch-Fransenbindung besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden. Besser als die bisher bei nähgewirkten Faserverbundstoffen verwendete Trikot- oder Fransenbindung oder deren Kombination werden auch die Samt-, Atlas- und deren Kombination mit Trikot kombinierten Legungen gemäß der Erfindung vorgeschlagen.
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen, nähgewirkten Faserverbundwerkstoffes ist weiterhin, dass seine Dehnung in Kettrichtung im Vergleich zu bekannten, nähgewirkten Faserverbundwerkstoffen auf ca. 140% erhöht ist und er für die Verwendung bei Verfahren, wie beispielsweise die radiale Wickeltechnik als Vorstufe für das Schlauchreliningverfahren zur Sanierung von Abwasserkanälen sehr gut geeignet ist.
  • Der im Glasfaserkunststoff erzielbare E-Modul bei Verwendung des erfindungsgemäßen, nähgewirkten Faserverbundwerkstoffes ist im Vergleich zu Glasfaserverbundwerkstoffen, die mit bekannten, nähgewirkten Faserverbundwerkstoffen hergestellt wurden, um 20% erhöht.
  • Die Erfindung und die sich aus ihr ergebenden Vorteile sind mit Hilfe von Beispielen in nicht beschränkender Weise veranschaulicht.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserverbundwerkstoffes nach Beispiel 1,
  • Fig. 2 zeigt eine Schnittlinie A-A in Fig. 1,
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Faserverbundwerkstoffes nach Beispiel 2,
  • Fig. 4 zeigt eine Schnittlinie A-A in Fig. 3.
    • Beispiel 1 Erfindungsgemäßes Erzeugnis 1 Fig. 1
  • Schnittmatte mit Fadenfeinheit: 30 tex
    Maschenbildendes Fadensystem: Polyester in Tuchbindung
    Stichlänge: 5 mm
    Nähfeinheit: F 3,5
    Faserorientierung: 50% in Kettrichtung
    Gesamtflächenmasse: 450 g/m2 Vergleichserzeugnis 1 Schnittmatte mit Fadenfeinheit: 30 tex
    Maschenbildendes Fadensystem: Polyester in Trikotbindung
    Stichlänge: 4 mm
    Nähfeinheit: F7
    Faserorientierung: keine (Wirrlage)
    Gesamtflächenmasse: 450 g/m2
    • Beispiel 2 Erfindungsgemäßes Erzeugnis 2 Fig. 2
  • Schnittmatte mit Fadenfeinheit: 30 tex
    Schnittlänge: 50 mm
    Faserorientierung: 60% in Kettrichtung
    Fadenstränge in Schussrichtung
    Fadenfeinheit: 410 tex
    Maschenbildendes Fadensystem: Polyester in Tuchbindung
    Stichlänge: 5 mm
    Nähfeinheit: F 3,5
    Gesamtflächenmasse: 600 g/m2 Vergleichserzeugnis 2 Schnittmatte mit Fadenfeinheit: 30 tex
    Schnittlänge: 50 mm
    Faserorientierung: keine (Wirrlage)
    Fadenstränge in Schussrichtung
    Fadenfeinheit: 410 tex
    Maschenbildendes Fadensystem: Polyester in Trikotbindung
    Stichlänge: 5 mm
    Nähfeinheit: F 3,5
    Gesamtflächenmasse: 600 g/m2
  • An den nähgewirkten Faserverbundstoffen wurde die Reißdehnung bei Höchstzugkraft nach DIN 53 857, Teil 2, bestimmt.

    Prüfgeschwindigkeit: 300 mm/min
    freie Einspannlänge: 200 mm
    Prüfrichtung: Kettrichtung
    Prüfmaschine: Tiratest 2410
  • Die Reißdehnung wird in nachfolgender Tabelle 1 dargestellt.
    Bezeichnung Reißdehnung (%)
    Erfindungsgemäßes Erzeugnis 1 48
    Vergleichserzeugnis 1 18
    Erfindungsgemäßes Erzeugnis 2 40
    Vergleichserzeugnis 2 30
  • Die erfindungsgemäßen Erzeugnisse weisen gegenüber den Vergleichserzeugnissen eine verbesserte Reißdehnung auf. Sie liegt bei Höchstbruchkraft größer 140%.
  • Der Biege-E-Modul am Glasfaserkunststoff wird in nachfolgender Tabelle 2 dargestellt.
  • Der Biegeversuch erfolgt nach DIN EN ISO 14125.
    Bezeichnung Biege-E-Modul (N/mm2)
    Erfindungsgemäßes Erzeugnis 1 9800 (Glasgehalt: 30,9%)
    Vergleichserzeugnis 1 7918 (Glasgehalt 34%)
    Erfindungsgemäßes Erzeugnis 2 12500 (Glasgehalt: 45%)
    Vergleichserzeugnis 2 9953 (Glasgehalt: 47%)
  • Die erfindungsgemäßen Erzeugnisse weisen gegenüber den Vergleichserzeugnissen einen verbesserten Biege-E-Modul von mindestens 20% auf.

Claims (10)

1. Nähgewirkter Faserverbundwerkstoff, bestehend aus wenigstens einer Schnittmatte ohne chemische Verfestigung, dadurch gekennzeichnet, dass
die endlichen Fasern der Schnittmatte in überwiegendem Maß orientiert in Kettrichtung vorliegen und
die maschenbildenden Fäden in den Grundbindungen Tuch, Satin, Samt, Atlas und deren kombinierte Legungen mit Trikot ausgebildet sind.
2. Nähgewirkter Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser mit weiteren Flächengebilden, wie parallele und/oder sich kreuzende Fadenstränge (Rovings) aneinanderliegend oder im Abstand voneinander oder Geweben, Gelegen, Vlies mit Fasern in Wirrlage oder einem Gestrick kombiniert ist.
3. Nähgewirkter Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maschenbildenden Fäden sich in ihrer Abbindungsart mit der linken Maschenseite auf der Seite der Schnittmatte befinden.
4. Nähgewirkter Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächengebilde aus Faserglas und/oder Naturfasern und/oder synthetischen Fasern bestehen.
5. Nähgewirkter Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 1, 2, 30 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht 450 bis 1020 g/m2, vorzugsweise 590 g/m2, beträgt.
6. Nähgewirkter Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Orientierungsgrad der Fasern der Schnittmatte 30 bis 80 Masse-%, vorzugsweise 50 Masse-% beträgt.
7. Nähgewirkter Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die maschenbildenden Fäden in Tuchbindung eine Stichlänge von 3 bis 6 mm, vorzugsweise 5 mm, besitzen.
8. Nähgewirkter Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die maschenbildenden Fäden in Tuch-Fransenbindung eine Stichlänge von 3 bis 6 mm, vorzugsweise 5 mm, besitzen.
9. Nähgewirkter Faserverbundwerkstoff nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittlänge der endlichen Fasern der Schnittmatte 30 bis 200 mm (150), vorzugsweise 50 mm, beträgt.
10. Verwendung des nähgewirkten Faserverbundwerkstoffes nach Anspruch 1 bis 9 für Verarbeitungsverfahren, bei denen eine hohe Verformung des Verstärkungsmaterials erfolgt, insbesondere zur Herstellung von Schläuchen im Schlauchreliningverfahren und faserverstärkten Rohren.
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