DE102015207732B4 - Extrusion tool for wetting fibers - Google Patents

Abstract

Extrusionswerkzeug zur Benetzung von Fasern, umfassend einen Fasereinlauf und eine Einheit zur Flüssigkeitszufuhr, gekennzeichnet durch eine Walkeinheit, die dermaßen beschaffen ist, dass sie Walkbereiche aufweist, die als eine wellenförmige Führung in einem Block ausgeführt sind und in denen durch Bewegung und/oder Druck ein mechanisches Einpressen einer als Kunststoffschmelze ausgeführten Beschichtungsflüssigkeit in Faserzwischenräume bewirkt wird.Extrusion tool for wetting fibers, comprising a fiber inlet and a liquid supply unit, characterized by a flexing unit, which is designed in such a way that it has flexing areas which are designed as a wavy guide in a block and in which by movement and / or pressure mechanical pressing of a coating liquid in the form of a plastic melt into fiber interspaces.

Description

Die Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug zur Benetzung von Fasern, insbesondere mit Kunststoffen.The invention relates to an extrusion tool for wetting fibers, in particular with plastics.

Mit der steigenden Nachfrage nach Faserverbundstoffen als Ersatz für Metalle oder zur Optimierung von Strukturen wird es immer wichtiger, die Herstellung von Faserverbundstoffen billiger, schneller und qualitativ hochwertiger zu gestalten. Dabei stellt insbesondere die Benetzung der Fasern mit einem Matrixmaterial bei der Einbettung der Fasern in diese Matrix ein Problem dar.With the increasing demand for fiber composites as a replacement for metals or for the optimization of structures, it is becoming increasingly important to make the manufacture of fiber composites cheaper, faster and of higher quality. In particular, the wetting of the fibers with a matrix material is a problem when the fibers are embedded in this matrix.

Heute übliche Benetzungsverfahren werden unter Druck und Temperatur in diskontinuierlichen Verfahren hergestellt. Diese sind sehr zeitaufwendig und werden überwiegend manuell durchgeführt.Wetting processes common today are produced under pressure and temperature in batch processes. These are very time consuming and are mostly carried out manually.

Die DE 690 14 981 T2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung faserverstärkter Werkstoff unter Verwendung von thermoplastischen Harzen. Um die Viskosität des Harzes herabzusetzen, wird das geschmolzene oder flüssige Harz Scherkräften ausgesetzt.The DE 690 14 981 T2 discloses a method and apparatus for making fiber reinforced material using thermoplastic resins. To lower the viscosity of the resin, the molten or liquid resin is subjected to shear forces.

Die DE 689 02 483 T2 offenbart eine Vorrichtung zum Imprägnieren von Kunststoffschmelzen. Diese Vorrichtung umfasst eine Strangpresse mit einer Düse als Extrusionswerkzeug. Der Düse ist eine aus mehreren Einzelkomponenten bestehende Walkvorrichtung in Form von Druckwalzen nachgeschaltet.The DE 689 02 483 T2 discloses an apparatus for impregnating plastic melts. This device comprises an extrusion press with a nozzle as an extrusion tool. The nozzle is followed by a flexing device consisting of several individual components in the form of pressure rollers.

Die DE 10 2011 005 462 B3 offenbart eine Vorrichtung, mit der Kunststoffschmelzen imprägniert werden.The DE 10 2011 005 462 B3 discloses a device with which plastic melts are impregnated.

Die DE 33 44 990 C2 offenbart eine Vorrichtung zum Imprägnieren von Fasersträngen für das Wickeln von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff.The DE 33 44 990 C2 discloses a device for impregnating fiber strands for the winding of components made of fiber-reinforced plastic.

Die DE 694 09 540 T2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von biegsamer, dichter Folie bestehend aus einem beidseitig mit Polypropylen beschichteten Textilsupport. Als Vorrichtung zur Herstellung dieser Folie wird ein Ausgang eines Extruders erwähnt, an dem so nah wie möglich ein Kalander angeordnet ist.The DE 694 09 540 T2 discloses a process for the production of flexible, dense film consisting of a textile support coated on both sides with polypropylene. As an apparatus for producing this film, an outlet of an extruder is mentioned, on which a calender is arranged as close as possible.

Die EP 2 430 081 B1 offenbart ein Fasersubstrat und ein Verfahren zum Herstellen des Fasersubstrats. Das Fasersubstrat wird mit einem organischen Polymer imprägniert und das imprägnierte Fasersubstrat wird erhitzt.The EP 2 430 081 B1 discloses a fiber substrate and a method of making the fiber substrate. The fiber substrate is impregnated with an organic polymer and the impregnated fiber substrate is heated.

Die KR 1020020077044 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer imprägnierten Faser.The KR 1020020077044 A discloses a method and apparatus for making an impregnated fiber.

Nachteil des Standes der Technik sind die vergleichsweise hohen Kosten, die diskontinuierliche Fertigung und allgemein die Optimierung der Qualität der Benetzung.Disadvantages of the prior art are the comparatively high costs, the discontinuous production and generally the optimization of the quality of the wetting.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer ein Benutzer in der Lage ist, eine kostengünstige, kontinuierliche Fertigung von beschichteten Fasern vorzunehmen.The object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an apparatus and a method by means of which a user is able to carry out an inexpensive, continuous production of coated fibers.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen gelöst.This object is achieved by a device according to the claims.

Auch wenn oftmals der Begriff „faserverstärkte Halbzeuge“ in diesem Sinne verwendet wird, wird im Folgenden zunächst allgemein von beschichteten Fasern gesprochen. Faserverstärkte Halbzeuge stellen eine bevorzugte Ausführungsform dar. Im Folgenden werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, die eine sichere und reproduzierbare Benetzung von Einzelfasern oder Faserverbanden gewährleisten.Even if the term "fiber-reinforced semi-finished products" is often used in this sense, the following is generally referred to as coated fibers. Fiber-reinforced semi-finished products represent a preferred embodiment. In the following, a method and a device are described which ensure safe and reproducible wetting of individual fibers or fiber composites.

Als Fasern eignen sich im Grunde alle bekannten Fasern. Bevorzugte Fasern umfassen Kohlefasern, Aramidfasern und Glasfasern, Naturfasern wie Hanf oder Baumwolle, Steinfasern wie z.B. Basaltfasern, Kunststofffasern oder Metallfasern (z.B. Stahl, Kupfer, Legierungen). Diese Fasern können als einzelne Fasern vorliegen, als Filamente aus mehreren Fasern oder als Gewebe aus Fasern oder Faserverbünden. Es kann eine einzige Art von Fasern vorliegen oder Gemische bzw. Verbünde aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Fasern. Die Fasern können unterschiedliche Querschnitte aufweisen wie rund, oval, dreieckig, viereckig oder andere beliebige Polygone, oder zum Beispiel auch als Hohlfasern oder mehrschichtige Fasern z.B. koextrudierte Fasern, welche eine oder mehrere Schichten aufweisen, in einer oder mehreren Schichten beschichtete Fasern oder auch als Faserbündel (z.B. verdreht, geflochten) vorliegen.Basically all known fibers are suitable. Preferred fibers include carbon fibers, aramid fibers and glass fibers, natural fibers such as hemp or cotton, stone fibers such as e.g. Basalt fibers, plastic fibers or metal fibers (e.g. steel, copper, alloys). These fibers can be present as individual fibers, as filaments made of several fibers or as woven fabrics made of fibers or fiber composites. There can be a single type of fiber or mixtures of two or more different fibers. The fibers can have different cross-sections such as round, oval, triangular, square or any other polygons, or for example also as hollow fibers or multilayer fibers e.g. Co-extruded fibers, which have one or more layers, are present in one or more layers of coated fibers or also as fiber bundles (e.g. twisted, braided).

Die Fasern werden mit einer Beschichtungsflüssigkeit benetzt. Als Beschichtungsflüssigkeit werden Kunststoffschmelzen verwendet. Im Folgenden wird allgemein von „Beschichtungsflüssigkeit“ gesprochen werden, wobei darin diese Kunststoffschmelzen zu verstehen sind. Bevorzugte Beschichtungsflüssigkeiten sind Lacke, Farben, pigmenthaltige Systeme, ein und Mehrkomponentenharze, Strahlungshärtende Kunststoffe (z.B. UV- oder Elektronenstrahlhärtend) und alle möglichen anderen Vernetzungssysteme und Kombinationen daraus.The fibers are wetted with a coating liquid. Plastic melts are used as the coating liquid. In the following, we will generally speak of “coating liquid”, which means these plastic melts. Preferred coating liquids are varnishes, paints, pigment-containing systems, single and multi-component resins, radiation-curing plastics (e.g. UV or electron beam curing) and all possible other crosslinking systems and combinations thereof.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Benetzung von Fasern umfasst einen Fasereinlauf, eine Einheit zur Flüssigkeitszufuhr und eine Walkeinheit, wobei die Walkeinheit dermaßen beschaffen ist, dass sie Walkbereiche aufweist, in denen durch Bewegung oder Druck ein mechanisches Einpressen der Beschichtungsflüssigkeit in die Faserzwischenräume bewirkt wird, wobei die Vorrichtung bevorzugt zusätzlich Einheiten aufweist, mittels derer die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit (bevorzugt im Bereich der größten Walkarbeit) herabgesetzt wird. The device for wetting fibers according to the invention comprises a fiber inlet, a liquid supply unit and a flexing unit, the flexing unit being designed in such a way that it has flexing areas in which the coating liquid is mechanically pressed into the fiber interspaces by movement or pressure, the Device preferably additionally has units by means of which the viscosity of the coating liquid (preferably in the area of the greatest flexing work) is reduced.

Die Funktion der Walkbereiche ist es, eine bessere Einarbeitung der Beschichtungsflüssigkeit in die Faserzwischenräume zu erhalten.The function of the flex areas is to obtain a better incorporation of the coating liquid into the fiber interspaces.

Die Vorrichtung stellt ein Extrusionswerkzeug dar.The device represents an extrusion tool.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zusätzlich noch mindestens eine Vakuumeinheit, in welcher ein Vakuum um das hindurchlaufende Material erzeugt wird. Dies dient beispielsweise der Trocknung oder der Entgasung. Bevorzugt ist mindestens eine Vakuumeinheit der Einheit zur Flüssigkeitszufuhr vorgeschaltet und/oder der Walkeinheit nachgeschaltet.According to a preferred embodiment, the device additionally comprises at least one vacuum unit, in which a vacuum is generated around the material passing through. This is used for drying or degassing, for example. At least one vacuum unit is preferably connected upstream of the liquid supply unit and / or downstream of the flexing unit.

Die Erfinder haben festgestellt, dass sich eine deutliche Verbesserung der Benetzung ergibt, wenn in den Walkbereichen die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit deutlich abgesenkt werden kann. Dies erreicht man, mit den folgenden bevorzugten Ausführungsformen, welche bevorzugt auch miteinander kombiniert werden können.
Der Begriff „Walkbereiche“ umfasst diejenigen Bereiche der Walkeinheit, in denen bestimmungsgemäß eine Benetzung der Faser durch Kräfte (oftmals mechanische Kräfte) durchgeführt wird. Diese Walkbereiche sind Wellenberge bzw. Wellentäler einer wellenartigen Führung.The inventors have found that there is a significant improvement in wetting if the viscosity of the coating liquid can be significantly reduced in the flex areas. This is achieved with the following preferred embodiments, which can preferably also be combined with one another.
The term “flexing areas” includes those areas of the flexing unit in which the fibers are wetting by force (often mechanical forces). These walking areas are wave crests or wave troughs of a wave-like guidance.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit durch Vibrationen (z.B. Schall, insbesondere Ultraschall) verringert. Dazu weist die Vorrichtung bevorzugt Sonotroden auf, mittels derer der Schall (insbesondere Ultraschall) in die Beschichtungsflüssigkeit bzw. den betreffenden Walkbereich eingestrahlt wird. Bevorzugt werden die Sonotroden in den Walkbereichen und/oder kurz davor (max. 5 cm davor) dermaßen angeordnet, dass sie Schall (insbesondere Ultraschall) in die Flüssigkeit abstrahlen.According to a preferred embodiment, the viscosity of the coating liquid is reduced by vibrations (e.g. sound, in particular ultrasound). For this purpose, the device preferably has sonotrodes, by means of which the sound (in particular ultrasound) is radiated into the coating liquid or the relevant walking area. The sonotrodes are preferably arranged in the walking areas and / or shortly before (max. 5 cm in front) in such a way that they emit sound (in particular ultrasound) into the liquid.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit durch Mikrowellen oder Heizelemente verringert. Durch die Erwärmung der Flüssigkeit sinkt die Viskosität.
Dazu weist die Vorrichtung bevorzugt Mikrowellenquellen bzw. sonstige Heizelemente auf (z.B. ohmsche oder kapazitive Heizelemente) mittels derer die Beschichtungsflüssigkeit bzw. der betreffende Walkbereich erwärmt wird. According to a preferred embodiment, the viscosity of the coating liquid is reduced by microwaves or heating elements. As the liquid heats up, the viscosity drops.
For this purpose, the device preferably has microwave sources or other heating elements (for example ohmic or capacitive heating elements) by means of which the coating liquid or the relevant walking area is heated.

Bevorzugt werden die Mikrowellenquellen bzw. sonstigen Heizelemente in den Walkbereichen und/oder kurz davor (max. 5 cm davor) dermaßen angeordnet, dass sie Mikrowellen bzw. Wärme in die Flüssigkeit abstrahlen. Es ist selbstverständlich, dass im Fall der Verwendung von elektromagnetischen Strahlen (z.B. Mikrowellenstrahlen) sichergestellt sein muss, dass entweder das Matrixmaterial oder die Fasern selber diese elektromagnetische Strahlung absorbieren können.The microwave sources or other heating elements are preferably arranged in the walking areas and / or shortly before (max. 5 cm in front) in such a way that they radiate microwaves or heat into the liquid. It goes without saying that if electromagnetic radiation (e.g. microwave radiation) is used, it must be ensured that either the matrix material or the fibers themselves can absorb this electromagnetic radiation.

Bevorzugt wird die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit also jeweils am Ort der Umlenkung gezielt abgesenkt, also dort wo die höchste mechanische Belastung auf den Verband auftritt, oder kurz davor, dass eine viskositätsreduzierte Flüssigkeit in den Walkbereich eintritt. Der Begriff „kurz davor“ bedeutet, dass die Wirkung der Viskositätsherabsetzenden Maßnahme nicht bereits vor dem Walkbereich wieder nachgelassen haben darf. Bevorzugte Abstände sind die oben genannten maximalen 5 cm oder gar nur max. 1 cm.The viscosity of the coating liquid is therefore preferably reduced in each case at the location of the deflection, that is to say where the highest mechanical load on the dressing occurs, or shortly before a viscosity-reduced liquid enters the flexing area. The term "shortly before" means that the effect of the viscosity-reducing measure must not have waned before the flex area. Preferred distances are the maximum 5 cm mentioned above or only max. 1 cm.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung Walkrollen, die insbesondere angetrieben und/oder beheizt sind. Diese Walkrollen sind hintereinander und/oder übereinander angeordnet, wobei sie sich im Falle einer Anordnung hintereinander bevorzugt nicht berühren und bei einer Anordnung übereinander bevorzugt einen Druck (insbesondere > 1 bar) auf die flüssigkeitsgetränkten Fasern ausüben. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass mindestens eine der Rollen beweglich gelagert ist und durch eine Kraft (z.B. Federkraft oder Gewichtskraft) auf die andere Rolle gedrückt wird.According to a preferred embodiment, the device comprises flexing rollers which are in particular driven and / or heated. These flex rollers are arranged one behind the other and / or one above the other, preferably not touching one another in the case of an arrangement and preferably exerting a pressure (in particular> 1 bar) on the liquid-impregnated fibers when arranged one above the other. This can e.g. can be achieved in that at least one of the rollers is movably supported and is pressed onto the other roller by a force (e.g. spring force or weight).

Die Walkrollen sind dermaßen angeordnet, dass über die Walkrollen laufende Fasern wechselnd über Ober- und Unterseite benachbarter Walkrollen laufen und sich daraus eine wellenförmige Führung ergibt. Diese Wellenbewegung kann horizontal oder vertikal verlaufen oder als Kombination aus diesen beiden Raumrichtungen.The fulling rolls are arranged in such a way that fibers running over the fulling rolls alternately run over the top and bottom of adjacent fulling rolls and this results in a wavy guidance. This wave movement can run horizontally or vertically or as a combination of these two spatial directions.

Als wellenförmigen Führung von Fasern in einem Block sind insbesondere in den Umlenkungsbereichen dieser Wellen Walkrollen angeordnet.
Durch die Walkrollen wird eine zusätzliche Walkarbeit erzeugt, was die Viskosität senkt. In diesem Falle sind also die Wellen mit den Walkrollen kombiniert.As a wavy guide of fibers in a block, flexing rollers are arranged in particular in the deflection regions of these shafts.
Additional flexing work is generated by the flexing rollers, which lowers the viscosity. In this case, the shafts are combined with the flex rollers.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Walkrollen ballig geformt, so dass sie also keine Zylinderform mehr haben, sondern die Mantelfläche bezüglich der Längsachse konvex geformt ist. Alternativ oder in Kombination weist die Oberfläche bevorzugt eine Kanalführung in Richtung des Umfangs oder eine mit einem geprägten Muster versehene Oberfläche auf. Diese Ausgestaltungen führen zu einer Verbreiterung oder Verschmälerung der Faserbündel.According to a preferred embodiment, the flexing rollers are spherical in shape, so that they no longer have a cylindrical shape, but rather the Shell surface is convex with respect to the longitudinal axis. Alternatively or in combination, the surface preferably has a channel guide in the direction of the circumference or a surface provided with an embossed pattern. These configurations lead to a broadening or narrowing of the fiber bundles.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Oberfläche mindestens einer Walkrolle eine Oberflächentextur auf. Bevorzugte Oberflächentexturen sind Riffelungen, Zapfen, Nuten, Zähne und Nadeln. Bevorzugt sind dabei gegenüberliegende Walkrollen so ausgeformt, dass ihre Oberflächen ineinandergreifen, also die Oberflächentexturen jeweils so ausgeführt sind, dass eine Protrusion der einen Walkrolle in eine Retrusion der gegenüberliegenden Walkrolle greifen kann (z.B. ähnlich zwei Zahnrädern, die eine bevorzugte Ausführungsform darstellen). Auf diese Weise kann eine Benetzung der Oberfläche der Fasern noch verbessert werden.According to a further preferred embodiment, the surface of at least one fulling roll has a surface texture. Preferred surface textures are corrugations, tenons, grooves, teeth and needles. Opposing flexing rollers are preferably shaped in such a way that their surfaces interlock, i.e. the surface textures are each designed so that protrusion of one flexing roller can engage in retrusion of the opposing flexing roller (e.g. similar to two gear wheels, which represent a preferred embodiment). In this way, wetting of the surface of the fibers can be further improved.

Die Walkarbeit kann zusätzlich verstärkt werden, indem diese Walkrollen mit unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten zu den Fasern rotieren und/oder indem die Walkrollen exzentrisch gelagert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Bewegungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, zwei der Walkrollen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und oder in unterschiedliche Richtungen rotieren zu lassen (selbstverständlich um ihre Längsachse).
Gemäß einer bevorzugten, damit kombinierbaren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine exzentrisch gelagerte Walkrolle.The flexing work can be additionally increased by rotating these flexing rollers at different relative speeds to the fibers and / or by mounting the flexing rollers eccentrically.
According to a preferred embodiment, the device comprises at least one movement unit which is designed to rotate two of the flexing rollers at different speeds and or in different directions (of course about their longitudinal axis).
According to a preferred embodiment which can be combined therewith, the device comprises at least one eccentrically mounted fulling roller.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Walkeinheit Walkrollen, welche außer der Walkung auch die Führung der Fasern übernehmen. Dies wird insbesondere durch Anordnung der Rollen als Kalander erreicht. Bevorzugt findet die Beschichtung der Fasern mit einer Beschichtungsflüssigkeit zumindest zum Teil in dem Kalander statt, insbesondere in dem mittels Düsen oder Kanälen die Beschichtungsflüssigkeit auf mindestens eine Walkrolle aufgebracht wird und mittels dieser mit den Fasern in Verbindung gebracht wird. Der in den Kalanderspalten herrschende Druck wirkt sich dabei zusätzlich vorteilhaft auf die Benetzung aus. Es sind viele Möglichkeiten der Anordnung von Walkrollen möglich. Bevorzugt ist eine 1-, F- oder Z-Form. Die Walkrollen sind bevorzugt beheizt. Es ist auch bevorzugt, die Fasern durch mehr als eine Kalanderanordnung zu führen.According to a preferred embodiment, the flexing unit comprises flexing rollers which, in addition to flexing, also take over the guiding of the fibers. This is achieved in particular by arranging the rolls as calenders. The coating of the fibers with a coating liquid preferably takes place at least in part in the calender, in particular in that the coating liquid is applied to at least one flex roll by means of nozzles or channels and is connected to the fibers by means of this. The pressure prevailing in the calender nips also has an advantageous effect on the wetting. There are many ways of arranging fulling rolls. A 1-, F- or Z-shape is preferred. The whale rolls are preferably heated. It is also preferred to pass the fibers through more than one calender arrangement.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung Einheiten zum Beheizen der Fasern. Eine Vorheizung der Fasern wirkt sich vorteilhaft auf die Beschichtung aus.According to a preferred embodiment, the device comprises units for heating the fibers. Preheating the fibers has an advantageous effect on the coating.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens eine Umlenkrolle, insbesondere mehrere Umlenkrollen, welche insbesondere temperiert sind.According to a preferred embodiment, the device comprises at least one deflection roller, in particular a plurality of deflection rollers, which are in particular tempered.

Die Einführung der Lage von Fasern erfolgt bevorzugt zu mindestens einer Seite, insbesondere zu beiden Seiten, der geförderten Beschichtungsflüssigkeit, insbesondere mittels Umlenkrollen. Die Bewegung der Fasern erfolgt zu der Beschichtungsflüssigkeit hin in Bewegungsrichtung der Beschichtungsflüssigkeit, um Fasern und Beschichtungsflüssigkeit in Berührung miteinander zu bringen.The layer of fibers is preferably introduced on at least one side, in particular on both sides, of the conveyed coating liquid, in particular by means of deflection rollers. The fibers move towards the coating liquid in the direction of movement of the coating liquid in order to bring the fibers and coating liquid into contact with one another.

Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass zwei oder mehr unterschiedliche Faserarten oder Gewebearten, in einen festen Verbund eingebracht werden können.A particular advantage of this embodiment is that two or more different types of fibers or types of fabric can be incorporated into a fixed composite.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform laufen zusammen mit den Fasern funktionelle Folien durch die Vorrichtung, z.B. um optische Effekte oder spezielle Oberflächeneigenschaften zu erreichen. Dazu ist die Vorrichtung bevorzugt so ausgestaltet, dass mindestens eine funktionelle Folie parallel zu den Fasern eingeführt werden kann.According to a preferred embodiment, functional foils run together with the fibers through the device, e.g. to achieve optical effects or special surface properties. For this purpose, the device is preferably designed in such a way that at least one functional film can be introduced parallel to the fibers.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Bereich des Zusammenführens von Beschichtungsflüssigkeit und Fasern mindestens eine Ultraschall-Sonotrode angeordnet, um die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit weiter abzusenken.According to a preferred embodiment, at least one ultrasound sonotrode is arranged in the region where the coating liquid and fibers are brought together in order to further reduce the viscosity of the coating liquid.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung, bevorzugt in ihrer Einheit zur Flüssigkeitszufuhr besondere Verteiler zum optimalen Verteilen der Flüssigkeit. Da die Beschichtungsflüssigkeit in der Regel eine nicht zu vernachlässigende Viskosität aufweist (z.B. bei der Verwendung von Kunststoffschmelzen) ist eine gute Verteilung über eine Fläche mit mehreren Fasersträngen oder Fasergeweben nicht trivial. Im Stand der Technik werden in der Regel Fischgrätverteiler verwendet.
Bevorzugt werden zur Verteilung der Beschichtungsflüssigkeit Verteiler verwendet, die einem Hirschgeweih ähneln „Hirschgeweihverteiler“, bevorzugt ist dabei eine Form, von der von einem Hauptkanal kleinere, parallele Seitenkanäle abzweigen, welche an ihren Enden Auslässe für die Beschichtungsflüssigkeit aufweisen. Da bei dieser Form von Verteilern aber trotz gleicher Weglängen unterschiedliche Winkel und Radien für die Schmelze auftreten können, kommt es zuweilen zu Unregelmäßigkeiten im Schmelzestrom, dies kann durch eine Umlenkung der Schmelze senkrecht zur Verteilrichtung (also z.B. nach oben und wieder zurück) an geeigneten Positionen, also in oder kurz nach der jeweiligen Unterverteilung, erreicht werden. Die unterschiedlichen Strömungen und Geschwindigkeiten in der Schmelze werden dadurch neutralisiert. Bevorzugt sind auch solche Verteiler, in denen eine Umkehrung des Schmelzeflusses stattfindet.According to a preferred embodiment, the device, preferably in its unit for supplying liquid, comprises special distributors for optimally distributing the liquid. Since the coating liquid usually has a viscosity that cannot be neglected (eg when using plastic melts), a good distribution over an area with several fiber strands or fiber fabrics is not trivial. Herringbone distributors are generally used in the prior art.
To distribute the coating liquid, distributors are preferably used which resemble deer antlers. "Deer antler distributors" are preferred, a form from which smaller, parallel side channels branch off from a main channel and have outlets for the coating liquid at their ends. However, since different angles and radii can occur for the melt in this type of distributor despite the same path lengths, irregularities in the melt flow sometimes occur, which can be achieved by deflecting the melt perpendicular to the distribution direction (e.g. upwards and backwards) at suitable positions , in or shortly after the respective sub-distribution. This neutralizes the different flows and speeds in the melt. Those distributors in which a reversal of the melt flow takes place are also preferred.

Auch wenn diese Verteiler bevorzugt dem Fluss der Beschichtungsflüssigkeit dienen sind ebenfalls Ausführungsformen bevorzugt, bei denen solche Verteiler zur Aufspaltung und Führung von Faserbündeln verwendet werden.Even if these distributors preferably serve the flow of the coating liquid, embodiments are also preferred in which such distributors are used for splitting and guiding fiber bundles.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens zwei in Bewegungsrichtung der Fasern hintereinander angeordnete Düsen, die dazu ausgelegt sind, dass verschiedene Materialien durch sie in Richtung der Fasern eingebracht werden können und/oder mindestens eine Düse, mittels der ein koextrudiertes Material (insbesondere ein mehrschichtiges Material) in Richtung der Fasern eingebracht werden kann (im Folgenden auch als „Mehrschichtdüse“ bezeichnet).
Mittels dieser Ausführungsform kann man mehre Schichten gleichzeitig (mit der Mehrschichtdüse) oder nacheinander (mit zwei oder mehr Düsen) mit den Fasern in Kontakt bringen und diese in eine mehrschichtige Matrix einbetten. Bevorzugt ist dabei, dass diejenige Beschichtungsflüssigkeit, welche als erstes mit den Fasern in Kontakt kommt, eine niedrigere Viskosität hat, als diejenige Beschichtungsflüssigkeit, welche danach eingebracht wird. Bei der Verwendung von Mehrschichtdüsen ist es bevorzugt, wenn die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit so groß ist, dass eine Durchmischung der einzelnen Schichten nicht möglich ist, wobei insbesondere, diejenige Schicht, welche dem Faserverbund am nächsten ist, eine niedrigere Viskosität hat, als diejenige Schicht, welche der erstgenannten Schicht folgt. Die niedrige Viskosität begünstigt eine Benetzung, während die höhere Viskosität der folgenden Schicht bzw. Beschichtungsflüssigkeit vorteilhaft für eine gute Einbettung der beschichteten Fasern in den Mehrschichtverband ist. Die Viskositätsunterschiede können unter anderem durch unterschiedliche Materialien oder aber auch durch unterschiedliche Temperaturführung oder Vernetzungsreaktionen der Materialien erreicht werden.
Auf diese Weise ist es zum Beispiel möglich eine Trennschicht zur Verfügung zu stellen, welche die Fasern benetzt und zusätzlich eine Außenschicht mit anderen Eigenschaften aufzubringen, welche ggf. alleine nicht gut an den Fasern haften würde.
Bevorzugt ist auch, dass die Düsen an der Ober und Unterseite der Vorrichtung unterschiedlich ausgestaltet sind und/oder die Vorrichtung dazu ausgestaltet ist, unterschiedliche Beschichtungsflüssigkeiten über die Düsen an der Ober und Unterseite auf die Fasern einzubringen. Damit ist die Herstellung von Materialien mit unterschiedlichen Oberflächen (unterschiedlicher Vorder- und Rückseite) möglich.According to a preferred embodiment, the device comprises at least two nozzles arranged one behind the other in the direction of movement of the fibers, which nozzles are designed so that different materials can be introduced through them in the direction of the fibers and / or at least one nozzle by means of which a coextruded material (in particular a multilayered material) Material) can be introduced in the direction of the fibers (hereinafter also referred to as "multi-layer nozzle").
Using this embodiment, it is possible to bring multiple layers into contact with the fibers simultaneously (with the multi-layer nozzle) or in succession (with two or more nozzles) and embed them in a multi-layer matrix. It is preferred that the coating liquid which comes into contact with the fibers first has a lower viscosity than the coating liquid which is subsequently introduced. When using multi-layer nozzles, it is preferred if the viscosity of the coating liquid is so great that it is not possible to mix the individual layers, in particular the layer which is closest to the fiber composite has a lower viscosity than that layer, which follows the first-mentioned layer. The low viscosity favors wetting, while the higher viscosity of the following layer or coating liquid is advantageous for good embedding of the coated fibers in the multi-layer dressing. The viscosity differences can be achieved, inter alia, by different materials or else by different temperature control or crosslinking reactions of the materials.
In this way it is possible, for example, to provide a separating layer which wets the fibers and additionally to apply an outer layer with other properties which, on their own, would not adhere well to the fibers.
It is also preferred that the nozzles on the top and bottom of the device are designed differently and / or the device is designed to apply different coating liquids to the fibers via the nozzles on the top and bottom. This enables the production of materials with different surfaces (different front and back).

Diese Ausführungsform zur Beschichtung von Fasern mit mehreren Schichten kann durchaus eine eigenständige Erfindung darstellen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur mehrschichtigen Benetzung von Fasern umfasst in diesem Falle einen Fasereinlauf, eine Einheit zur Flüssigkeitszufuhr und eine Walkeinheit, welche bevorzugt bezüglich der Faserbewegung der Einheit zur Flüssigkeitszufuhr nachgeschaltet ist, wobei die Walkeinheit dermaßen beschaffen ist, dass sie Walkbereiche aufweist, in denen durch Bewegung oder Druck ein mechanisches Einpressen der Beschichtungsflüssigkeit in die Faserzwischenräume bewirkt wird, wobei die Vorrichtung zusätzlich mindestens zwei in Bewegungsrichtung der Fasern hintereinander angeordnete Düsen umfasst, die dazu ausgelegt sind, dass verschiedene Materialien durch sie in Richtung der Fasern eingebracht werden können und/oder mindestens eine Mehrschichtdüse aufweist.
Der Stand der Technik kann bisher nur eine einschichtige Beschichtung herstellen, also die Einbettung von Fasern in eine uniforme Matrix. Aufgabe der eigenständigen Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer ein Benutzer in der Lage ist, eine kostengünstige, kontinuierliche Fertigung von mehrschichtig beschichteten Fasern vorzunehmen.This embodiment for coating fibers with several layers can certainly be an independent invention. The device according to the invention for multilayer wetting of fibers in this case comprises a fiber inlet, a unit for supplying liquid and a flexing unit, which is preferably connected downstream of the unit for supplying liquid with respect to the fiber movement, the flexing unit being of such a nature that it has flexing areas in which through Movement or pressure causes the coating liquid to be mechanically pressed into the fiber interspaces, the device additionally comprising at least two nozzles arranged one behind the other in the direction of movement of the fibers, which nozzles are designed so that different materials can be introduced through them in the direction of the fibers and / or at least has a multi-layer nozzle.
The prior art has so far only been able to produce a single-layer coating, that is to say the embedding of fibers in a uniform matrix. The object of the independent invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an apparatus and a method by means of which a user is able to carry out a cost-effective, continuous production of multi-layer coated fibers.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Düse zur Einbringung von Beschichtungsflüssigkeit auch in der Walkeinheit, insbesondere hinter dem ersten Walkbereich, angeordnet, so dass die Fasern nach einer ersten Walkung ein weiteres Mal (insbesondere mit einer anderen Beschichtungsflüssigkeit) beschichtet werden können. Auf diese Weise kann ein sehr guter Verbund hergestellt werden, bei dem Fasern in einer mehrschichtigen Matrix eingebettet sind. Die Fasern werden beschichtet, wobei diese Schicht durch Walken die Fasern gut benetzt, dann eine weitere Schicht aufgebracht und die Benetzung der Fasern und der Zusammenhalt der Schichten durch ein weiteres Walken verbessert. Auf diese Weise können mehrere Schichten optimal miteinander und mit den Fasern verbunden werden. Es ist jedoch dabei bevorzugt, dass nach dem Einbringen der letzten Schicht (dem letztmaligen Einbringen einer Beschichtungsflüssigkeit) das Material mindestens einen weiteren Walkbereich passiert, so dass es noch mindestens einmal gewalkt wird.According to a preferred embodiment, at least one nozzle for introducing coating liquid is also arranged in the flexing unit, in particular behind the first flexing area, so that the fibers can be coated once more (in particular with another coating liquid) after a first flexing. In this way, a very good composite can be produced in which fibers are embedded in a multi-layer matrix. The fibers are coated, this layer wetting the fibers well by milling, then applying a further layer and improving the wetting of the fibers and the cohesion of the layers by further milling. In this way, several layers can be optimally connected to one another and to the fibers. However, it is preferred that after the last layer has been introduced (the last time a coating liquid has been introduced), the material passes through at least one further fulling area, so that it is tumbled at least once more.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit durch Schwingungen, insbesondere Druckschwingungen oder elektromagnetische Schwingungen (z.B. Vibrationen wie Schall, insbesondere Ultraschall, oder Mikrowellen/Infrarotstrahlen) verringert, wobei die Elemente zur Aussendung der Schwingungen (z.B. Sonotroden oder Mikrowellenquellen oder IR-Strahler) so beschaffen sind, dass sie diskrete Wellenlängenbereiche aussenden, deren Moden-Frequenzbreite mehr als das 10-fache (insbesondere mehr als das 100-fache) kleiner ist als das Maximum der jeweiligen Mode, und die dazu ausgelegt sind, auf einer spezifischen Absorptionslinie mindestens eines der Beschichtungsmaterialien zu emittieren.
Auf diese Weise ist es möglich, gezielt die Viskosität eines der Beschichtungsstoffe (z.B. die der innersten Schicht) herabzusetzen, während die Viskosität der anderen Beschichtungsstoffe (z.B. die der äußeren Schichten) nicht herabgesetzt wird. Somit kann bei Vorliegen eines Mehrschichtverbundes während der Walkung die Viskosität der innersten Schicht für eine bessere Benetzung herabgesetzt werden während der Schichtaufbau ungestört bestehen bleibt.
Schwingungen in engen Frequenzbändern werden nur von den Materialien aufgenommen deren Absorption in dem Frequenzbereich der Schwingungen liegt.According to a further embodiment, the viscosity of the coating liquid is reduced by vibrations, in particular pressure vibrations or electromagnetic vibrations (for example vibrations such as sound, in particular ultrasound, or microwaves / infrared rays), the elements for transmitting the vibrations (for example sonotrodes or microwave sources or IR radiators) are designed so that they emit discrete wavelength ranges, the mode frequency width of which is more than 10 times (in particular more than 100 times) smaller than the maximum of the respective mode, and which are designed to transmit at least one on a specific absorption line to emit the coating materials.
In this way it is possible to specifically reduce the viscosity of one of the coating materials (for example that of the innermost layer), while the viscosity of the other coating materials (for example that of the outer layers) is not reduced. Thus, if a multilayer composite is present during the flexing process, the viscosity of the innermost layer can be reduced for better wetting while the layer structure remains undisturbed.
Vibrations in narrow frequency bands are only absorbed by materials whose absorption lies in the frequency range of the vibrations.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung modular aufgebaut und umfasst Segmente der Gruppe Einlaufsegmente, Vorheizsegmente, Beschichtungssegmente (zur ein- oder beidseitigen Beschichtung), Walksegmente, Vakuumsegmente, Kühlsegmente, Walzsegmente und Glättsegmente.According to a preferred embodiment, the device has a modular structure and comprises segments from the group of inlet segments, preheating segments, coating segments (for coating on one or both sides), fulling segments, vacuum segments, cooling segments, rolling segments and smoothing segments.

Bevorzugt werden die Fasern zur Beschichtung unter Spannung gesetzt, damit sie in der späteren Matrix gerade angeordnet sind. Dazu umfasst die Vorrichtung bevorzugt mindestens eine Einheit zum Spannen der Fasern. Dies kann z.B. durch eine Rollenanordnung realisiert werden, über welche die Fasern laufen und die über einen Federmechanismus die Fasern unter Spannung setzen.The fibers for coating are preferably placed under tension so that they are arranged straight in the later matrix. For this purpose, the device preferably comprises at least one unit for tensioning the fibers. This can e.g. be realized by a roller arrangement over which the fibers run and which put the fibers under tension via a spring mechanism.

Die Erfindung umfasst auch Fasern, die mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung oder mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist. Dies kann beispielsweise einfach getestet werden, in dem der Benetzungsgrad gemessen wird. Sind die Fasern zu mehr als 95%, insbesondere zu mehr als 98% von der Flüssigkeit benetzt, und weist die Benetzungsflüssigkeit während der normalen Beschichtung eine Viskosität von mehr als 10000 mPa*s auf, handelt es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um ein mit der Erfindung hergestelltes Produkt.The invention also includes fibers which have been produced by means of a device according to the invention or by means of a method according to the invention. This can be easily tested, for example, by measuring the degree of wetting. If more than 95%, in particular more than 98%, of the fibers are wetted by the liquid, and the wetting liquid has a viscosity of more than 10000 mPa * s during normal coating, it is highly likely that the invention manufactured product.

Beispiele für bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Abbildungen dargestellt.

• 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform.
• 2 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform.
• 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Walkeinheit.
• 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Walkeinheit.
• 5 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform.
• 6 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform.
• 7 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform.
• 8 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform.

Examples of preferred embodiments of the device according to the invention are shown in the figures.

• 1 shows schematically a preferred embodiment.
• 2nd shows schematically another preferred embodiment.
• 3rd shows a preferred embodiment of the flexing unit.
• 4th shows a further preferred embodiment of the flexing unit.
• 5 shows schematically a preferred embodiment.
• 6 shows schematically a preferred embodiment.
• 7 shows schematically a preferred embodiment.
• 8th shows schematically a preferred embodiment.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.To begin with, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are provided with the same reference numerals or the same component names, and the disclosures contained in the entire description can be applied analogously to the same parts with the same reference numerals or the same component names. The location information selected in the description, e.g. above, below, to the side, etc., referring to the figure described and illustrated immediately, and if the position is changed, these are to be applied accordingly to the new position.

FIGURENBESCHREIBUNGFIGURE DESCRIPTION

1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform, insbesondere deren Seitenansicht. die Vorrichtung zur Benetzung von Fasern umfasst einen Einlass für die Fasern 3 (links), eine Einheit zur Flüssigkeitszufuhr 1, wobei die Beschichtungsflüssigkeit 4 durch Kanäle oben und unten eingeführt und kurz vor Ende der Einheit zur Flüssigkeitszufuhr mit den Fasern in Kontakt gebracht wird. In dieser Ausführungsform sind Sonotroden 5 bereits in dem Bereich der Einheit zur Flüssigkeitszufuhr 1 angeordnet, in dem der Erstkontakt von Fasern und Beschichtungsflüssigkeit 4 stattfindet um bereits dort für einen guten Kontakt zu sorgen. Dennoch ist die Benetzung der Fasern mit der Beschichtungsflüssigkeit oftmals noch zu verbessern. 1 schematically shows a preferred embodiment, in particular its side view. the device for wetting fibers comprises an inlet for the fibers 3rd (left), a hydration unit 1 , the coating liquid 4th through ducts at the top and bottom and brought into contact with the fibers shortly before the end of the liquid supply unit. In this embodiment, sonotrodes are 5 already in the area of the fluid supply unit 1 arranged in which the first contact of fibers and coating liquid 4th takes place to ensure good contact already there. Nevertheless, the wetting of the fibers with the coating liquid can often be improved.

Aus der Einheit zur Flüssigkeitszufuhr 1 tritt der Verbund aus Beschichtungsflüssigkeit 4 und Fasern 3 in die Walkeinheit 2 ein, welche hier einen Block umfasst in den eine wellenartige Führung eingebracht wurde. Die Umkehrbereiche in den Wellenbergen und -tälern sind die Walkbereiche. In diesen sind hier zur Herabsetzung der Viskosität Sonotroden 5 angeordnet. In der Walkeinheit wird ein inniger Zusammenhalt des Verbunds mit einer sehr guten Benetzung der Fasern mit der Beschichtungsflüssigkeit erzeugt.From the hydration unit 1 occurs the composite of coating liquid 4th and fibers 3rd into the flexing unit 2nd one, which here comprises a block into which a wave-like guide has been introduced. The reversal areas in the wave peaks and valleys are the walking areas. In these there are sonotrodes to reduce the viscosity 5 arranged. An intimate cohesion of the composite with a very good wetting of the fibers with the coating liquid is generated in the flexing unit.

2 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform, die eine Weiterentwicklung der Ausführungsform gemäß 1 ist. Zusätzlich wurden hier in den Walkbereichen Walkrollen 6 angeordnet, die durch ihre Bewegung und/oder den von ihnen ausgeübten Druck eine zusätzliche Herabsetzung der Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit erreichen. Dadurch wird die Benetzung der Fasern mit der Beschichtungsflüssigkeit weiter optimiert. 2nd schematically shows a further preferred embodiment, which is a further development of the embodiment according to 1 is. In addition were rolls in the walking areas 6 arranged, which achieve an additional reduction in the viscosity of the coating liquid by their movement and / or the pressure they exert. This further optimizes the wetting of the fibers with the coating liquid.

3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Walkeinheit 2, z.B. in Seitenansicht. Aus einer Einheit zur Flüssigkeitszufuhr 1, welche hier beispielsweise eine Einheit zur Zufuhr einer Kunststoffschmelze ist, wird eine Beschichtungsflüssigkeit 4, z.B. ein viskoser Schmelzestrang oder eine Schmelzefläche, zwischen zwei gegenüberliegende Kaschierbacken in die Walkeinheit 2 eingeführt. Im Folgenden wird der Übersicht halber statt von einer Beschichtungsflüssigkeit von einer „Schmelze“ gesprochen. 3rd shows a preferred embodiment of the flexing unit 2nd , for example in side view. From a hydration unit 1 , which here is, for example, a unit for supplying a plastic melt, becomes a coating liquid 4th , for example a viscous melt strand or a melt surface, between two opposing laminating jaws in the flexing unit 2nd introduced. In the following, for the sake of clarity, we speak of a “melt” instead of a coating liquid.

Zusammen mit der Schmelze werden von oben und unten Fasern 3 und funktionelle Folien 8 in die Walkeinheit 2 eingeführt. Dies geschieht beispielsweise über Umlenkrollen, wie sie als Kreise in der Figur dargestellt sind. Zur Verbesserung der Führung verläuft zwischen den Wänden der Walkeinheit 2 und dem Verbund aus Schmelze, Fasern 3 und funktionellen Folien 8 ein Transportband 7, welches als Endlosband ausgeführt ist, und diesen Verbund durch die Walkeinheit transportiert.Together with the melt, fibers become from above and below 3rd and functional foils 8th into the flexing unit 2nd introduced. This is done, for example, via deflection rollers, as shown as circles in the figure. To improve the guidance runs between the walls of the flexing unit 2nd and the composite of melt, fibers 3rd and functional foils 8th a conveyor belt 7 , which is designed as an endless belt, and transports this composite through the flexing unit.

In dem Bereich der Walkeinheit 2, in dem über die Wandungen ein mechanischer Druck auf den vorgenannten Verbund ausgeübt wird, können sich zur Herabsetzung der Viskosität oben und unten Sonotroden 5 befinden, welche Ultraschall in den Walkbereich einstrahlen.In the area of the flexing unit 2nd , in which a mechanical pressure is exerted on the above-mentioned composite via the walls, sonotrodes can be used at the top and bottom to reduce the viscosity 5 are located, which radiate ultrasound in the walking area.

Zur Vorbereitung des Kontaktes mit der Schmelze können die Fasern und auch die funktionelle Folie vorgewärmt werden. Dies geschieht bevorzugt mittels Heizelementen 9, die vorteilhaft in den Kaschierbacken angeordnet sind.The fibers and also the functional film can be preheated to prepare for contact with the melt. This is preferably done using heating elements 9 , which are advantageously arranged in the laminating jaws.

In dieser Figur ist auch die bevorzugte Ausführungsform dargestellt, in der stromabwärts zusätzlich ein Kalander 10 mit einem Kalandrierspalt angeordnet ist, in dem das Produkt weiter behandelt werden kann.This figure also shows the preferred embodiment, in which a calender is additionally located downstream 10th is arranged with a calendering nip in which the product can be treated further.

In 4 ist ein ähnlicher Aufbau wie in 3 ebenfalls in Seitenansicht dargestellt. Die Fasern 3 und die funktionelle Folie 8 werden hier jedoch nicht über Kaschierbacken eingeführt sondern mittels Kaschierrollen. Zwischen den Kaschierrollen werden Fasern 3, funktionelle Folie 8 und die Beschichtungsflüssigkeit 4 mittels mechanischen Drucks in einen innigen Kontakt gebracht.In 4th is a similar structure as in 3rd also shown in side view. The fibers 3rd and the functional film 8th are not introduced here via laminating jaws, however, using laminating rollers. There are fibers between the lamination rolls 3rd , functional film 8th and the coating liquid 4th brought into intimate contact by means of mechanical pressure.

Zwar sind in dieser Figur keine Ultraschall- oder Heizmittel eingezeichnet, sie können sich jedoch auch an den entsprechenden Stellen befinden.Although no ultrasound or heating means are shown in this figure, they can also be located at the corresponding points.

Um eine optimale Wirkung der Ultraschallwellen zu erreichen oder um für eine gute Regelung der Temperatur zu sorgen, ist es generell vorteilhaft, wenn die Kaschierrollen als Walzen mit einer Wanddicke von höchstens einen cm, insbesondere weniger als 0,5 cm, geformt sind, in deren Inneren, ggf. auch in der Wandung, sich Heizelemente oder Sonotroden befinden. Auch hier ist stromabwärts ein bevorzugter Kalander 10 dargestellt.In order to achieve an optimal effect of the ultrasonic waves or to ensure a good regulation of the temperature, it is generally advantageous if the laminating rollers are shaped as rollers with a wall thickness of at most one cm, in particular less than 0.5 cm, in their Inside, if necessary also in the wall, there are heating elements or sonotrodes. Here, too, is a preferred calender downstream 10th shown.

5 zeigt eine Abwandlung der in 1 dargestellten Ausführungsform. Hier befinden sich in der Walkeinheit vor zwei Walkbereichen zusätzliche Kanäle zum Durchlauf einer Beschichtungsflüssigkeit 4. Die Fasern 3 laufen durch die Einheit zur Flüssigkeitszufuhr 1 ein, werden mit einer ersten Beschichtungsflüssigkeit 4 beschichtet, wobei hier auch die Option dargestellt ist, dass Sonotroden 5 bereits in dem Bereich der Einheit zur Flüssigkeitszufuhr 1 angeordnet sind. 5 shows a modification of the in 1 illustrated embodiment. There are additional channels in the flexing unit in front of two flexing areas for the passage of a coating liquid 4th . The fibers 3rd run through the hydration unit 1 a, with a first coating liquid 4th coated, which also shows the option that sonotrodes 5 already in the area of the fluid supply unit 1 are arranged.

Aus der Einheit zur Flüssigkeitszufuhr 1 tritt der Verbund aus Beschichtungsflüssigkeit 4 und Fasern 3 in die Walkeinheit 2 ein, und durchläuft einen ersten Walkbereich, der hier optional mit einer Sonotrode 5 ausgestattet ist, um mittels der dadurch herabgesetzten Viskosität eine gute Benetzung der Faser mit der ersten Beschichtungsflüssigkeit zu erreichen. Hinter dem ersten Walkbereich wird eine weitere Beschichtungsflüssigkeit 4 dem Verbund hinzugefügt, wobei diese Beschichtungsflüssigkeit 4 verglichen mit der initialen Beschichtungsflüssigkeit 4 die gleiche oder eine andere sein kann, und der beschichtete Verbund durchläuft eine weitere Walkeinheit (die ebenfalls mit einer optionalen Sonotrode 5 ausgestattet ist). Nach dieser Walkung wird eine dritte Beschichtungsflüssigkeit 4 aufgebracht, für die das gleiche wie für die zweitaufgebrachte Beschichtungsflüssigkeit 4 gilt, und der Verbund weiter durchwalkt, wobei in der 5 zwei Walkbereiche diese Aufgabe erfüllen. Durch diese abschließende Durchwalkung, die mit den dargestellten Sonotroden verbessert wird, wird ein inniger Zusammenhalt der Schichten untereinander und der innersten Schicht mit den Fasern erzeugt.From the hydration unit 1 occurs the composite of coating liquid 4th and fibers 3rd into the flexing unit 2nd and passes through a first walking area, which here is optionally with a sonotrode 5 is equipped in order to achieve good wetting of the fiber with the first coating liquid by means of the viscosity reduced thereby. Another coating liquid is located behind the first fulling area 4th added to the composite, this coating liquid 4th compared to the initial coating liquid 4th can be the same or different, and the coated composite passes through another flexing unit (which also has an optional sonotrode 5 Is provided). After this flexing a third coating liquid 4th applied for the same as for the second applied coating liquid 4th applies, and the composite continues to roll, whereby in the 5 two walking areas perform this task. This final walk through, which is improved with the sonotrodes shown, creates an intimate cohesion of the layers with one another and the innermost layer with the fibers.

In den 6 bis 8 sind skizzenhaft verschiedene bevorzugte Ausführungsformen dargestellt, bei denen die Walkeinheiten 2 durch Kalanderanordnungen gestaltet sind. In dem gleichen Bereich befindet sich auch die Einheit zur Flüssigkeitszufuhr 1. Das Walken geschieht also unter Einbringung der Beschichtungsflüssigkeit 4. Die Faser 3 wird stets zwischen Walkrollen 6 geführt und dabei Beschichtet und diese Beschichtung eingewalkt.In the 6 to 8th various preferred embodiments are sketched, in which the flexing units 2nd are designed by calender arrangements. The liquid supply unit is also located in the same area 1 . The milling thus takes place with the introduction of the coating liquid 4th . The fiber 3rd is always between rolls 6 guided and thereby coated and this coating rolled in.

In 6 geschieht die Walkung mittels zwei Walkrollen 6. Von Unten wird über einen Kanal oder eine Düse Beschichtungsflüssigkeit 4 auf die Walkrolle 6 aufgebracht und kommt durch die Drehung der Walkrolle 6 mit den Fasern 3 in Kontakt. Oben ist eine zweite Möglichkeit eingezeichnet, bei der die Beschichtungsflüssigkeit 4 gleich auf die Fasern 3 oder sogar direkt in den Kalanderspalt eingebracht wird. Die austretenden Fasern 3 sind beschichtet und können in optionalen Einheiten geglättet und/oder getrocknet werden.
In 7 ist eine ähnliche Anordnung wie in 6 zu sehen, nur dass unterschiedliche Beschichtungen in unterschiedlichen Walkrollenpaaren stattfinden.
In 8 ist eine I-förmige Kalanderanordnung von Walkrollen 6 dargestellt. Die Einbringung der Beschichtungsflüssigkeit geschieht zwar auch hier an unterschiedlichen Walkrollenpaaren, könnte jedoch auch an einem einzigen Rollenpaar erfolgen.In 6 the walk is done by means of two rolls 6 . Coating liquid is applied from below via a channel or a nozzle 4th on the whale roll 6 applied and comes from the rotation of the fulling roll 6 with the fibers 3rd in contact. A second possibility is drawn in above, in which the coating liquid 4th right on the fibers 3rd or even directly into the calender gap. The emerging fibers 3rd are coated and can be smoothed and / or dried in optional units.
In 7 is a similar arrangement as in 6 just to see that different coatings take place in different pairs of flex rollers.
In 8th is an I-shaped calender arrangement of fulling rolls 6 shown. Although the coating liquid is introduced here on different pairs of flex rollers, it could also be done on a single pair of rollers.

Es wird noch hinzugefügt, dass ein Mehrschichtverbund auch mit der Ausführungsform gemäß 1 erreicht werden kann, wenn die dort abgebildete Zufuhr für die Beschichtungsflüssigkeit 4 zur Einbringung eines mehrschichtigen, viskosen Flüssigkeitsverbundes, z.B. einer koextrudierten Kunststoffschmelze bestehend aus mehreren Schichten, ausgelegt ist. Die Sonotroden 5 wären in diesem Falle optional aber bevorzugt.It is also added that a multilayer composite also with the embodiment according to 1 can be achieved if the supply for the coating liquid shown there 4th is designed for the introduction of a multilayer, viscous liquid composite, for example a co-extruded plastic melt consisting of several layers. The sonotrodes 5 would be optional but preferred in this case.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Erfindung, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.The exemplary embodiments show possible embodiment variants of the invention, it being noted at this point that the invention is not restricted to the specifically illustrated embodiment variants thereof, but rather also various combinations of the individual embodiment variants with one another are possible, and this variation possibility is based on the teaching of technical action by means of representational ones Invention lies in the skill of those skilled in the art.

Des Weiteren können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.Furthermore, individual features or combinations of features from the different exemplary embodiments shown and described can also represent independent, inventive or inventive solutions.

Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.The object on which the independent inventive solutions are based can be found in the description.

Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.All information on value ranges in the present description should be understood to include any and all sub-areas from it, for example, the information 1 to 10th to understand that all sub-areas, starting from the lower limit 1 and the upper limit 10th are included, ie all sub-areas begin with a lower limit of 1 or greater and end with an upper limit of 10th or less, for example 1 to 1.7, or 3.2 to 8.1, or 5.5 to 10.

Vor allem können die einzelnen in den Figuren gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.Above all, the individual designs shown in the figures can form the subject of independent solutions according to the invention. The relevant tasks and solutions according to the invention can be found in the detailed descriptions of these figures.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus die Figuren bzw. deren Bestandteile teilweise nicht maßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.For the sake of order, it should finally be pointed out that, for a better understanding of the structure, the figures or their components were sometimes not shown to scale and / or enlarged and / or reduced.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11

Einheit zur FlüssigkeitszufuhrLiquid supply unit

22nd

Walkeinheit,Whale unit,

33rd

Faserfiber

44th

BeschichtungsflüssigkeitCoating liquid

55

SonotrodeSonotrode

66

WalkrollenFulling rolls

77

TransportbandConveyor belt

88th

Funktionelle FolieFunctional film

99

HeizelementHeating element

1010th

Kalandercalender

Claims (11)

Extrusionswerkzeug zur Benetzung von Fasern, umfassend einen Fasereinlauf und eine Einheit zur Flüssigkeitszufuhr, gekennzeichnet durch eine Walkeinheit, die dermaßen beschaffen ist, dass sie Walkbereiche aufweist, die als eine wellenförmige Führung in einem Block ausgeführt sind und in denen durch Bewegung und/oder Druck ein mechanisches Einpressen einer als Kunststoffschmelze ausgeführten Beschichtungsflüssigkeit in Faserzwischenräume bewirkt wird.Extrusion tool for wetting fibers, comprising a fiber inlet and a unit for supplying liquid, characterized by a flexing unit which is of such a nature that it has flexing areas which are designed as a wavy guide in a block and in which by movement and / or pressure mechanical pressing of a coating liquid designed as a plastic melt into fiber interspaces is effected. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich mindestens eine Einheit aufweist, mittels derer die Viskosität der Kunststoffschmelze herabgesetzt wird und/oder mindestens eine Vakuumeinheit umfasst, in welcher ein Vakuum um das hindurchlaufende Material erzeugt wird, wobei bevorzugt mindestens eine Vakuumeinheit der Einheit zur Flüssigkeitszufuhr vorgeschaltet und/oder der Walkeinheit nachgeschaltet ist.Extrusion die after Claim 1 , characterized in that it additionally has at least one unit by means of which the viscosity of the plastic melt is reduced and / or comprises at least one vacuum unit in which a vacuum is created around the material passing through, preferably at least one vacuum unit being connected upstream of the liquid supply unit and / or is connected downstream of the flexing unit. Extrusionswerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrusionswerkzeug dazu ausgelegt ist, die Viskosität der Kunststoffschmelze durch Ultraschall, Mikrowellen oder Wärme zu verringern, wobei das Extrusionswerkzeug bevorzugt Sonotroden, Mikrowellenquellen und oder Heizelemente umfasst, welche insbesondere in den Walkbereichen und/oder maximal 5 cm davor dermaßen angeordnet sind, dass sie Ultraschall, Mikrowellen und/oder Wärme in die Kunststoffschmelze abgeben.Extrusion tool according to one of the preceding claims, characterized in that the extrusion tool is designed to control the viscosity of the plastic melt by ultrasound, To reduce microwaves or heat, the extrusion tool preferably comprising sonotrodes, microwave sources and or heating elements, which are arranged in particular in the flex areas and / or at most 5 cm in front such that they emit ultrasound, microwaves and / or heat into the plastic melt. Extrusionswerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walkeinheit Walkrollen umfasst, die insbesondere angetrieben und/oder beheizt sind und die hintereinander und/oder übereinander angeordnet sind, wobei hintereinander angeordnete Walkrollen bevorzugt dermaßen angeordnet sind, dass über die Walkrollen laufende Fasern wechselnd über Ober- und Unterseite benachbarter Walkrollen laufen und sich daraus eine alternierende Führung der Fasern ergibt, und die insbesondere in Form eines Kalanders angeordnet sind.Extrusion tool according to one of the preceding claims, characterized in that the flexing unit comprises flexing rollers which are in particular driven and / or heated and which are arranged one behind the other and / or one above the other, wherein flexing rollers arranged one behind the other are preferably arranged such that fibers running over the flexing rollers alternate Run over the top and bottom of adjacent flex rollers and this results in an alternating guidance of the fibers, which are arranged in particular in the form of a calender. Extrusionswerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walkeinheit Walkrollen umfasst, welche ballig geformt sind.Extrusion tool according to one of the preceding claims, characterized in that the flexing unit comprises flexing rollers which are spherically shaped. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Walkrollen mit unterschiedlichen Relativgeschwindigkeiten zu den Fasern rotieren und/oder dass die Walkrollen exzentrisch gelagert sind.Extrusion die after Claim 5 , characterized in that the flexing rollers rotate at different relative speeds to the fibers and / or that the flexing rollers are mounted eccentrically. Extrusionswerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Heizelemente aufweist, um Elemente der Walkeinheit auf Temperaturen zwischen 30° C und 700° C, insbesondere zwischen 150° C und 450°C zu erwärmen.Extrusion tool according to one of the preceding claims, characterized in that it has heating elements in order to heat elements of the flexing unit to temperatures between 30 ° C and 700 ° C, in particular between 150 ° C and 450 ° C. Extrusionswerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Zusammenführens von Kunststoffschmelze und Fasern mindestens eine Ultraschall-Sonotrode angeordnet, um die Viskosität der Kunststoffschmelze weiter abzusenken.Extrusion tool according to one of the preceding claims, characterized in that at least one ultrasound sonotrode is arranged in the region of the joining of plastic melt and fibers in order to further reduce the viscosity of the plastic melt. Extrusionswerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in ihrer Einheit zur Flüssigkeitszufuhr besondere Verteiler zum optimalen Verteilen der Kunststoffschmelze umfasst, und/oder dass sie Verteiler zum Aufspalten von Faserbündeln umfasst, wobei bevorzugte Verteiler „Hirschgeweihverteiler“ oder Verteiler mit sich umkehrenden Schmelzefluss sind.Extrusion tool according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises, in its unit for supplying liquid, special distributors for optimally distributing the plastic melt, and / or that it comprises distributors for splitting fiber bundles, preferred distributors being “deer antler distributors” or distributors with reversing melt flow are. Extrusionswerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrusionswerkzeug mindestens zwei in Bewegungsrichtung der Fasern hintereinander angeordnete Düsen umfasst, die dazu ausgelegt sind, dass verschiedene Materialien durch sie in Richtung der Fasern eingebracht werden können und/oder mindestens eine Düse umfasst, mittels der ein koextrudiertes Material in Richtung der Fasern eingebracht werden kann, wobei die Düsen an der Ober und Unterseite des Extrusionswerkzeugs bevorzugt unterschiedlich ausgestaltet sind und/oder das Extrusionswerkzeug dazu ausgestaltet ist, unterschiedliche Kunststoffschmelze über die Düsen an der Ober und Unterseite auf die Fasern oder auf Walkrollen einzubringen.Extrusion tool according to one of the preceding claims, characterized in that the extrusion tool comprises at least two nozzles arranged one behind the other in the direction of movement of the fibers, which are designed so that different materials can be introduced through them in the direction of the fibers and / or comprise at least one nozzle, by means of which a co-extruded material can be introduced in the direction of the fibers, the nozzles on the top and bottom of the extrusion tool preferably being configured differently and / or the extrusion tool being designed to apply different plastic melt to the fibers or onto the nozzles on the top and bottom Introduce fulling rolls. Extrusionswerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrusionswerkzeug Elemente zur Aussendung von Schwingungen aufweist, insbesondere Sonotroden oder Mikrowellenquellen oder IR-Strahler, welche so beschaffen sind, dass sie diskrete Wellenlängenbereiche aussenden, deren Moden-Frequenzbreite mehr als das 10-fache kleiner ist als das Maximum der jeweiligen Mode, und die dazu ausgelegt sind, auf einer spezifischen Absorptionslinie mindestens eines der Beschichtungsmaterialien zu emittieren.Extrusion tool according to one of the preceding claims, characterized in that the extrusion tool has elements for emitting vibrations, in particular sonotrodes or microwave sources or IR emitters, which are designed so that they emit discrete wavelength ranges, the mode frequency width of which is more than 10 times is smaller than the maximum of the respective mode, and which are designed to emit at least one of the coating materials on a specific absorption line.

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