DE102015208221A1 - Process for producing a fiber-plastic composite, fiber-plastic composite and apparatus for producing a fiber-plastic composite - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds, einen Faser-Kunststoff-Verbund, ein Enderzeugnis, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds sowie eine Verwendung des Faser-Kunststoff-Verbunds.The invention relates to a method for producing a fiber-plastic composite, a fiber-plastic composite, a final product, an apparatus for producing a fiber-plastic composite and a use of the fiber-plastic composite.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds, einen Faser-Kunststoff-Verbund, ein Enderzeugnis, eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds sowie Verwendungen des Faser-Kunststoff-Verbunds. The invention relates to a method for producing a fiber-plastic composite, a fiber-plastic composite, a final product, an apparatus for producing a fiber-plastic composite and uses of the fiber-plastic composite.

Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) gelten mittlerweile als etablierte Konstruktionswerkstoffe in zahlreichen anwendungspraktischen Bereichen. Abhängig von den Fasern und Kunststoffen lassen sich Verbundwerkstoffe mit variablen, produkt- und anwendungsangepassten Eigenschaftsprofilen bereitstellen. Fiber-plastic composites (FKV) are now regarded as established construction materials in numerous fields of practical application. Depending on the fibers and plastics, composites with variable, product- and application-adapted property profiles can be provided.

Es ist bekannt, textile biegeschlaffe Halbzeuge mit einem thermoplastischen Matrixmaterial zu Faser-Kunststoff-Verbunden zu kombinieren. Das thermoplastische Matrixmaterial kann hierbei in Form von Granulaten, Pulvern oder Folien eingesetzt werden. Als textile Halbzeuge werden typischerweise Gewebe verwendet. Gewebe haben den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu alternativen Produkten ohne zusätzliche Hilfskomponenten auskommen. Die herstellungsbedingte biaxiale Struktur von Geweben sorgt allerdings für eine Verringerung der Flexibilität bei der Konstruktion eines Lagenaufbaus und schränkt mithin die Kombinationsmöglichkeiten der Lagen für eine optimale Ausrichtung der Fasern in Belastungsrichtung stark ein. Lediglich durch die Verwendung feinster Kettfäden kann eine annähernd unidirektionale Ausrichtung erreicht werden. Die Verkreuzung von Schuss- und Kettfäden sorgt indes in jedem Fall für eine ondulierte Lage der Faserbänder, was zu einem Festigkeitsverlust im fertigen Faser-Kunststoff-Verbund führt ( Cherif, Ch.: Textile Werkstoffe für den Leichtbau: Techniken – Verfahren – Materialien – Eigenschaften; Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, 2011 ). It is known to combine textile semi-rigid semi-finished products with a thermoplastic matrix material to fiber-plastic composites. The thermoplastic matrix material can in this case be used in the form of granules, powders or films. As semi-finished textile fabrics are typically used. Tissues have the advantage that, in contrast to alternative products, they do without additional auxiliary components. The production-related biaxial structure of fabrics, however, provides for a reduction in flexibility in the construction of a layer structure and thus limits the possible combinations of the layers for optimal alignment of the fibers in the loading direction. Only by using the finest warp threads, an approximately unidirectional alignment can be achieved. However, the crossing of weft and warp threads ensures in each case an undulating position of the fiber ribbons, which leads to a loss of strength in the finished fiber-plastic composite ( Cherif, Ch .: Textile Materials for Lightweight Construction: Techniques - Processes - Materials - Properties; Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, 2011 ).

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden besteht darin, in einem zweistufigen Prozess biegeschlaffe textile Halbzeuge mit bi- oder multidirektionaler Verstärkungsrichtung mit Spinnvliesstoffen als thermoplastische Matrix zu kombinieren. Durch den mehrstufigen Aufbau werden jedoch nur Einzelschichtdicken von bis zu 0.8 mm erreicht, wodurch sich diese Herstellungstechnik nicht für eine Weiterverarbeitung zu Dünnschichtlaminaten eignet ( Högemann, W.: Reifenhäuser Reicofil entwickelt eine rollbare Alternative zum Organoblech, www.reifenhauser.com/de/news/reifenhaeuser_reicofil_entwickelt_eine_rollbare_alternative_zu mm_organoblech, Pressemitteilung vom 02.07.2013 ).Another possibility for the production of fiber-plastic composites is to combine in a two-stage process pliable semi-finished textile products with bi- or multi-directional reinforcement direction with spunbonded nonwovens as a thermoplastic matrix. Due to the multi-stage structure, however, only individual layer thicknesses of up to 0.8 mm are achieved, so that this production technique is not suitable for further processing into thin-layer laminates ( Högemann, W .: Reifenhäuser Reicofil is developing a rollable alternative to organic sheet, www.reifenhauser.com/en/news/reifenhaeuser_reicofil_developed_a_rollable_alternative_to_mm_organoblech, Press Release dated 02.07.2013 ).

Thermoplastische Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeuge (FKV-Halbzeuge) in Form von folienförmigen unidirektionalen Bändern (UD-Bändern) werden aus paralleler Verarbeitung mehrerer Rovings zu einem Band mit homogener Filamentverteilung verarbeitet ( Firmenpräsentation TeXtreme®: „UD Tapes“. http://www.textreme.com/b2b/products/ud-tapes ; Kausch, M.; Kroll, L.; Heinrich, H-J.: Thermoplastische Prepregs für den Hochleistungsbereich. Tagungsband der 12. Chemnitzer Textiltechnik-Tagung 2009, S. 250–256 ; Vettermann, F.; Wegner, A.: Faserspreizanlage zur Herstellung trockener UD-Materialien. Tagungsband der 13. Chemnitzer Textiltechnik-Tagung 2012, S. 273–256 ). Typische textile Schwankungen in der Zuführung, Ausbreitung und Fadenanordnung der parallelen Rovings können hierbei zu Unregelmäßigkeiten bei der Ablage führen. Um eine lückenlose Aneinanderreihung jedes Rovings zu gewährleisten, müssen enorme Anforderungen an die Präzision der Verarbeitungstechnik, wie beispielsweise Fadenführung und Ausbreitungsvorrichtung, erfüllt werden. Thermoplastic fiber-plastic composite semi-finished products (FKV semi-finished products) in the form of foil-shaped unidirectional tapes (UD tapes) are processed from parallel processing of several rovings into a strip with homogeneous filament distribution ( Company Presentation TeXtreme®: "UD Tapes". http://www.textreme.com/b2b/products/ud-tapes ; Kausch, M .; Kroll, L .; Heinrich, HJ .: Thermoplastic prepregs for the high-performance sector. Proceedings of the 12th Chemnitzer Textiltechnik Conference 2009, pp. 250-256 ; Vettermann, F .; Wegner, A .: Fiber spreading system for the production of dry UD materials. Proceedings of the 13th Chemnitzer Textiltechnik Conference 2012, pp. 273-256 ). Typical textile fluctuations in the feeding, spreading and thread arrangement of the parallel rovings can lead to irregularities in the storage. In order to ensure a seamless sequencing of each roving, enormous demands must be made on the precision of the processing technology, such as thread guide and spreading device.

Textilbasierte, unidirektional verstärkte Verbundhalbzeuge werden ebenfalls durch parallele Verarbeitung mehrerer Rovings zu einer Fläche verarbeitet. Zusätzlich wird hierbei ein Nähfaden als Bindemittel benötigt. Die damit verbundenen Anforderungen an Zuführ- und Legetechnik sind vergleichbar mit den Aufwendungen bei der Herstellung der oben erwähnten UD-Bänder. Textile-based, unidirectionally reinforced composite semi-finished products are also processed by parallel processing of multiple rovings into one surface. In addition, a sewing thread is required as a binder. The associated demands on feeding and laying technology are comparable to the expenses in the production of the above-mentioned UD tapes.

Aufgabe und LösungTask and solution

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds, insbesondere in Form eines Halbzeugs, bereitzustellen, welches die eingangs genannten Nachteile umgeht. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds bereitzustellen, welcher sich insbesondere zu Dünnschichtlaminaten weiterverarbeiten lässt. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Faser-Kunststoff-Verbund, ein Enderzeugnis sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds bereitzustellen. The present invention is therefore based on the object, methods for producing a fiber-plastic composite, in particular in the form of a semi-finished product, which circumvents the disadvantages mentioned above. In particular, the present invention has for its object to provide a method for producing a fiber-plastic composite, which can be further processed in particular to thin-film laminates. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a fiber-plastic composite, a final product and an apparatus for producing a fiber-plastic composite.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren gemäß unabhängigem Anspruch 9. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 sowie 10 definiert. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht. Weitere Erfindungsgegenstände, welche die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe lösen, sind in der Beschreibung offenbart.This object is achieved by a method having the features of independent claim 1 and by a method according to independent claim 9. Preferred embodiments of the method are defined in the dependent claims 2 to 8 and 10. The wording of all claims is hereby incorporated by express reference into the content of the present specification. Other subjects of the invention, which solve the problem underlying the invention are disclosed in the description.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds (FKV). According to a first aspect, the invention relates to a method for producing a fiber-plastic composite (FRP).

Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

  • – Bereitstellen von lediglich einem Verstärkungsfaserroving,
  • – Spreizen des Verstärkungsfaserrovings und
  • – Wickeln, insbesondere Spiralwickeln, des gespreizten Verstärkungsfaserrovings auf oder um eine Kunststoffmatrix, welche auf einen Wickelkern aufgebracht, insbesondere auf oder um einen Wickelkern gewickelt, ist.
The method comprises the following steps:
  • Providing only one reinforcing fiber roving,
  • - Struts of reinforcing fiber roving and
  • - Winding, in particular spiral wound, the spread Verstärkungsfaserrovings on or about a plastic matrix which is applied to a winding core, in particular wound on or around a winding core is.

Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß erstem Erfindungsaspekt zeichnet sich gegenüber gattungsgemäßen Verfahren dadurch aus, dass nur ein Verstärkungsfaserroving zur Herstellung eines Faser-Kunststoffverbunds verwendet wird. Hierdurch lassen sich mit besonderem Vorteil die Risiken sowie der technische Aufwand, welche mit der Ausbreitung, Zuführung und Ablage von mehreren Rovings auf einen Wickelkern bzw. auf eine Matrix, welche auf einen Wickelkern abgelegt ist, verbunden sind, signifikant reduzieren. Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt insbesondere den Vorteil, dass es eine größenvariable Herstellung von insbesondere großflächigen Faser-Kunststoff-Verbunden in nur einem Verarbeitungsschritt erlaubt. Dies wiederum reduziert den Aufwand bei der Weiterverarbeitung zu Enderzeugnissen, wie beispielsweise Dünnschichtlaminaten. The inventive method according to the first aspect of the invention is distinguished over generic method in that only one Verstärkungsfaserroving is used to produce a fiber-plastic composite. As a result, the risks as well as the technical complexity, which are associated with the spreading, feeding and depositing of a plurality of rovings on a winding core or on a matrix which is deposited on a winding core, can be reduced with particular advantage. The inventive method has the particular advantage that it allows a variable size production of particular large-scale fiber-plastic composites in only one processing step. This in turn reduces the expense of further processing into finished products, such as thin-film laminates.

Der Begriff „Faser-Kunststoff-Verbund“ definiert im Sinne der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis einen Werkstoff, welcher sogenannte Verstärkungsfasern und eine Kunststoffmatrix aufweist. Die Matrix umgibt die Fasern, die durch Adhäsiv- oder Kohäsivkräfte an die Kunststoffmatrix gebunden sind. Die Fasern leiten die Kräfte. Durch ihre im Vergleich zur Kunststoffmatrix hohe Steifigkeit ziehen sie die Last auf sich. Die Kunststoffmatrix bettet die Fasern. Betten meint in diesem Zusammenhang, dass die Kunststoffmatrix die Fasern räumlich fixiert und die Lasteinleitung und Lastausleitung ermöglicht. Zusätzlich stützt die Kunststoffmatrix die Fasern, beispielsweise gegen Ausknicken bei faserparallelem Druck. Die Lastübertragung erfolgt in der Regel über eine Adhäsion zwischen den Fasern und der Kunststoffmatrix. Sie kann über Normal- oder Schubkräfte erfolgen. Die Kunststoffmatrix hat zudem die Aufgabe, die Fasern gegen Umgebungseinflüsse zu schützen. The term "fiber-plastic composite" defined in accordance with the present invention in accordance with the expert understanding of a material which has so-called reinforcing fibers and a plastic matrix. The matrix surrounds the fibers which are bonded to the plastic matrix by adhesive or cohesive forces. The fibers conduct the forces. Due to their high rigidity compared to the plastic matrix, they attract the load. The plastic matrix embeds the fibers. In this context, Betten means that the plastic matrix spatially fixes the fibers and allows the load to be transferred and released. In addition, the plastic matrix supports the fibers, for example against buckling with fiber-parallel pressure. The load transfer is usually via an adhesion between the fibers and the plastic matrix. It can be done by normal or shear forces. The plastic matrix also has the task of protecting the fibers against environmental influences.

Der Begriff „Verstärkungsfaser“ definiert im Sinne der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis eine Faser, welche in Längsrichtung einen höheren Elastizitätsmodul sowie eine größere Zugfestigkeit und üblicherweise zudem eine niedrigere Bruchdehnung als die Kunststoffmatrix besitzt. The term "reinforcing fiber" in the sense of the present invention, in accordance with the understanding of the art, defines a fiber which has a higher elastic modulus in the longitudinal direction as well as a greater tensile strength and usually also a lower elongation at break than the plastic matrix.

Der Begriff „Verstärkungsfaserroving“ definiert im Sinne der vorliegenden Erfindung einen endlosen Verstärkungsfaserstrang, d.h. einen Strang, welcher Verstärkungsfasern in Form von gebündelten Endlosfasern (Filamenten) aufweist oder enthält. Bevorzugt besitzen die Verstärkungsfasern des Verstärkungsfaserrovings eine Länge > 50 mm, insbesondere eine Länge von wenigstens 1000 mm Länge.The term "reinforcing fiber roving" for the purposes of the present invention defines an endless reinforcing fiber strand, i. a strand comprising or containing reinforcing fibers in the form of bundled filaments. The reinforcing fibers of the reinforcing fiber roving preferably have a length of> 50 mm, in particular a length of at least 1000 mm in length.

Der Begriff „Spiralwickeln“ kann im Sinne der vorliegenden Erfindung – abhängig von der Ausgestaltung des Wickelkerns – bedeuten, dass der Verstärkungsfaserroving spiralförmig oder helikal, d.h. wendelförmig, gewickelt wird. For the purposes of the present invention, the term "spiral winding" can-depending on the design of the winding core-mean that the reinforcing fiber roving is spirally or helically, i. helical, is wound.

Der im Zusammenhang des Verstärkungsfaserrovings verwendete Begriff „Spreizen“ bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die Anordnung, insbesondere die Anzahl, der Fasern/Filamente des Verstärkungsfaserrovings in Richtung quer zur Förderrichtung, insbesondere in der Breitenausdehnung des Verstärkungsfaserrovings, vergrößert/erhöht wird. Mit anderen Worten bedeutet Spreizen im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass ein Verstärkungsfaserroving auf einen Querschnitt gebracht wird, welcher in Breite größer und in Dicke kleiner ist als der ungespreizte Verstärkungsfaserroving. Beispielsweise wird aus einem Verstärkungsfaserroving mit einem zylinderförmigen, insbesondere kreiszylinderförmigen, Querschnitt beim Spreizen ein Verstärkungsfaserroving mit einem bandförmigen Querschnitt. Die Verbreiterung wird dadurch erreicht, dass sich die Fasern/Filamente des Rovings in Breitenrichtung des Rovings verteilen, wobei das Resultat im Idealfall ist, dass eine Faserschicht (Filamentschicht) erhalten wird, in welcher alle Fasern vorzugsweise ausschließlich parallel nebeneinander vorliegen. The term "spreading" used in the context of the reinforcing fiber roving in the context of the present invention means that the arrangement, in particular the number, of the fibers / filaments of the reinforcing fiber roving in the direction transverse to the conveying direction, in particular in the widthwise extension of the reinforcing fiber roving, is increased / increased. In other words, spreading in the sense of the present invention means that a reinforcing fiber roving is brought to a cross section which is larger in width and smaller in thickness than the unextended reinforcing fiber roving. For example, from a reinforcing fiber roving with a cylindrical, in particular circular cylindrical, cross-section during spreading a Verstärkungsfaserroving with a band-shaped cross-section. The widening is achieved by distributing the fibers / filaments of the roving in the width direction of the roving, the result being ideally that a fiber layer (filament layer) is obtained in which all fibers are preferably exclusively parallel to each other.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem herzustellenden Faser-Kunststoff-Verbund um ein Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeug (FKV-Halbzeug), welches insbesondere zur Herstellung von thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund-Laminaten (FKV-Laminaten), bevorzugt thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbund-Dünnschichtlaminaten (FKV-Dünnschichtlaminaten), verwendbar ist.According to a particularly preferred embodiment, the fiber-plastic composite to be produced is a fiber-plastic composite semi-finished product (semifinished FRP), which is particularly suitable for the production of thermoplastic fiber-plastic composite laminates (FRP laminates), preferably thermoplastic fiber-plastic composite thin-film laminates (FKV thin-film laminates), is usable.

In einer unter Verstärkungsgesichtspunkten vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem Verstärkungsfaserroving um einen nicht thermoplastischen Verstärkungsfaserroving, d.h. um einen Roving, welcher nicht thermoplastische Verstärkungsfasern aufweist oder aus nicht thermoplastischen Verstärkungsfasern besteht.In a reinforcement advantageous embodiment, the reinforcing fiber roving is a non-thermoplastic reinforcing fiber roving, i. a roving which does not comprise thermoplastic reinforcing fibers or consists of non-thermoplastic reinforcing fibers.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform handelt es sich bei dem Verstärkungsfaserroving um einen thermoplastischen Verstärkungsfaserroving, d.h. um einen Roving, welcher thermoplastische Verstärkungsfasern aufweist oder aus thermoplastischen Verstärkungsfasern besteht. Die Verwendung eines derartigen Verstärkungsfaserrovings ermöglicht mit besonderem Vorteil ein binde- und/oder lösungsmittelfreies Verbinden (Fügen) von gespreiztem Verstärkungsfaserroving und Kunststoffmatrix. Insbesondere kann der Verstärkungsfaserroving bei dieser Ausführungsform die Funktion einer Kleberkomponente übernehmen. According to an alternative embodiment, the reinforcing fiber roving is a thermoplastic reinforcing fiber roving, ie a roving comprising thermoplastic reinforcing fibers or consisting of thermoplastic reinforcing fibers. The use of such a reinforcing fiber roving makes it particularly advantageous to bond and / or solvent-free bonding (joining) of expanded reinforcing fiber roving and plastic matrix. In particular, the reinforcing fiber roving may perform the function of an adhesive component in this embodiment.

Um die Verstärkungsfunktion des Faserrovings nicht zu beeinträchtigen, kann es erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass es sich bei dem Verstärkungsfaserroving um einen thermoplastischen Verstärkungsfaserroving handelt, welcher einen höheren Schmelzpunkt besitzt als die Kunststoffmatrix. In order not to impair the reinforcing function of the fiber roving, it can be provided according to the invention in particular that the reinforcing fiber roving is a thermoplastic reinforcing fiber roving which has a higher melting point than the plastic matrix.

Erfindungsgemäß kann es weiterhin möglich sein, dass der Verstärkungsfaserroving thermoplastische Verstärkungsfasern, welche einen höheren Schmelzpunkt besitzen als die Kunststoffmatrix, sowie nicht thermoplastischen Verstärkungsfasern aufweist oder aus solchen Fasern besteht. According to the invention, it may further be possible for the reinforcing fiber roving to comprise or consist of thermoplastic reinforcing fibers which have a higher melting point than the plastic matrix and non-thermoplastic reinforcing fibers.

Die in den zwei vorherigen Absätzen beschriebenen Ausführungsformen haben insbesondere den Vorteil, dass die Verstärkungsfunktion der Fasern nicht beeinträchtigt wird, wenn zum Zwecke einer Verbindung von Verstärkungsfaserroving und Kunststoffmatrix Energie, vorzugsweise Wärmeenergie, eingetragen wird.The embodiments described in the two preceding paragraphs have the particular advantage that the reinforcing function of the fibers is not impaired if energy, preferably thermal energy, is introduced for the purpose of connecting reinforcing fiber roving and plastic matrix.

Der Verstärkungsfaserroving weist in einer weiteren Ausführungsform Verstärkungsfasern auf oder besteht aus Verstärkungsfasern, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Fasern, Metallfasern, organischen Fasern wie Polymerfasern, Naturfasern und Kombinationen davon. The reinforcing fiber roving, in another embodiment, comprises reinforcing fibers or consists of reinforcing fibers selected from the group consisting of inorganic fibers, metal fibers, organic fibers such as polymer fibers, natural fibers, and combinations thereof.

Der Verstärkungsfaserroving ist in einer weitergehenden Ausführungsform ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Glasfaserroving, Mineralfaserroving, Basaltfaserroving, Borfaserroving, Kieselsäurefaserroving, Keramikfaserroving, Stahlfaserroving, Kohlenstofffaserroving (Carbonfaserroving), Aramidfaserroving, Polyesterfaserroving, Polyamidfaserroving wie Nylonfaserroving, Polyethylenfaserroving, Plexiglasfaserroving, Holzfaserroving, Flachsfaserroving, Hanffaserroving, Jutefaserroving, Kenaffaserroving, Ramiefaserroving, Sisalfaserroving und Kombinationen davon. Mit anderen Worten weist der Verstärkungsfaserroving in einer weitergehenden Ausführungsform Verstärkungsfasern auf oder besteht aus Verstärkungsfasern, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern, Mineralfasern, Basaltfasern, Borfasern, Kieselsäurefasern, Keramikfasern, Stahlfasern, Kohlenstofffasern (Carbonfasern), Aramidfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern wie Nylonfasern, Polyethylenfasern, Plexiglasfasern, Holzfasern, Flachsfasern, Hanffasern, Jutefasern, Kenaffasern, Ramiefasern, Sisalfasern und Kombinationen davon.The reinforcing fiber roving is in a further embodiment selected from the group consisting of glass fiber roving, mineral fiber roving, basalt fiber roving, boron fiber roving, silica fiber roving, carbon fiber roving, aramid fiber roving, polyester fiber roving, polyamide fiber roving such as nylon fiber roving, polyethylene fiber roving, plexiglass fiber roving, wood fiber roving, flax fiber roving, hemp roving, Jute roving, kenaffa roving, ramie roving, sisal fiber roving and combinations thereof. In other words, in a further embodiment, the reinforcing fiber roving comprises reinforcing fibers or consists of reinforcing fibers selected from the group consisting of glass fibers, mineral fibers, basalt fibers, boron fibers, silica fibers, ceramic fibers, steel fibers, carbon fibers, aramid fibers, polyester fibers, polyamide fibers such as Nylon fibers, polyethylene fibers, plexiglass fibers, wood fibers, flax fibers, hemp fibers, jute fibers, kenaf fibers, ramie fibers, sisal fibers, and combinations thereof.

Der Verstärkungsfaserroving weist in einer weiteren Ausführungsform eine Feinheit ≤ 4800 tex, insbesondere von 68 tex bis 2400 tex, bevorzugt 200 tex bis 1200 tex, auf. Unter dem Begriff „Feinheit“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein längenbezogenes Gewicht des Verstärkungsfaserrovings verstanden werden. Die Einheit 1 tex bedeutet ein Gewicht von 1 Gramm pro 1000 Meter Rovinglänge. The reinforcing fiber roving, in another embodiment, has a fineness ≦ 4800 tex, in particular from 68 tex to 2400 tex, preferably 200 tex to 1200 tex. For the purposes of the present invention, the term "fineness" is to be understood to mean a length-related weight of the reinforcing fiber roving. The unit 1 tex means a weight of 1 gram per 1000 meters roving length.

In einer bevorzugten Ausführungsform erhält der Verstärkungsfaserroving beim Spreizen eine bandförmige, vorzugsweise faserbandförmige, Struktur. Die bandförmige Struktur weist vorzugsweise parallel nebeneinander angeordnete Endlosfasern bzw. Filamente auf. In a preferred embodiment, the reinforcing fiber roving during spreading receives a band-shaped, preferably fiber-band-shaped, structure. The band-shaped structure preferably has parallel juxtaposed filaments or endless filaments.

Vorzugsweise wird bei dem Spreizen die Breite des Verstärkungsfaserrovings um das 2-fache bis 20-fache, insbesondere 2,5-fache bis 10-fache, bevorzugt 4-fache bis 8-fache, besonders bevorzugt 3-fache bis 6-fache, gegenüber dem ungespreizten Verstärkungsfaserroving erhöht. In the spreading, the width of the reinforcing fiber roving is preferably 2 to 20 times, in particular 2.5 to 10 times, preferably 4 to 8 times, particularly preferably 3 to 6 times increased the unspread reinforcing fiber roving.

Der Verstärkungsfaserroving, insbesondere der gespreizte Verstärkungsfaserroving, wird in einer weiteren Ausführungsform mit einer Geschwindigkeit von 0.3 m/min bis 30 m/min, insbesondere 1 m/min bis 15 m/min, bevorzugt 3 m/min bis 9 m/min, verarbeitet.The reinforcing fiber roving, in particular the expanded reinforcing fiber roving, is processed in a further embodiment at a speed of 0.3 m / min to 30 m / min, in particular 1 m / min to 15 m / min, preferably 3 m / min to 9 m / min ,

Die Kunststoffmatrix liegt in einer zweckmäßigen Ausführungsform als Flachmaterial oder Flächengebilde bzw. als zweidimensionale Kunststoffmatrix vor. Der Begriff „zweidimensionale Kunststoffmatrix“ definiert im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Kunststoffmatrix, welche in zwei ihrer Dimensionen, bevorzugt ihrer Länge und Breite, eine deutlich größere Abmessung besitzt als in ihrer dritten Dimension, bevorzugt ihrer Höhe oder Dicke.In an expedient embodiment, the plastic matrix is present as a flat material or flat fabric or as a two-dimensional plastic matrix. For the purposes of the present invention, the term "two-dimensional plastic matrix" defines a plastic matrix which has a significantly greater dimension in two of its dimensions, preferably its length and width, than in its third dimension, preferably its height or thickness.

Bevorzugt ist die Kunststoffmatrix streifenförmig, insbesondere viereckförmig, vorzugsweise rechteckförmig, ausgebildet.Preferably, the plastic matrix is strip-shaped, in particular quadrangular, preferably rectangular, formed.

Grundsätzlich kann es sich bei der Kunststoffmatrix um eine nicht thermoplastische Kunststoffmatrix handeln.In principle, the plastic matrix may be a non-thermoplastic plastic matrix.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Kunststoffmatrix jedoch um eine thermoplastische Kunststoffmatrix. Durch die Verwendung einer thermoplastischen Kunststoffmatrix ist mit besonderem Vorteil ein binde- und/oder lösungsmittelfreies Verbinden (Fügen) von Verstärkungsfaserroving und Kunststoffmatrix möglich. Mit besonderem Vorteil kann die Kunststoffmatrix bei dieser Ausführungsform die Funktion einer Kleberkomponente übernehmen.According to a particularly preferred embodiment, however, the plastic matrix is a thermoplastic Plastic matrix. The use of a thermoplastic polymer matrix makes it possible with particular advantage to bind (or join) reinforcing fiber roving and a plastic matrix without binding and / or solvent. With particular advantage, the plastic matrix in this embodiment can take over the function of an adhesive component.

Im Falle eines thermoplastischen Verstärkungsfaserrovings besitzt eine thermoplastische Kunststoffmatrix vorzugsweise einen niedrigeren Schmelzpunkt als der Verstärkungsfaserroving. In dieser Ausführungsform übernimmt somit die Kunststoffmatrix die Funktion einer Kleberkomponente.In the case of a thermoplastic reinforcing fiber roving, a thermoplastic resin matrix preferably has a lower melting point than the reinforcing fiber roving. In this embodiment, therefore, the plastic matrix assumes the function of an adhesive component.

Bevorzugt weist die Kunststoffmatrix ein thermoplastisches Material auf oder besteht aus einem thermoplastischen Material, welches vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polypropylen (PP), Polyamide (PA), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI), Polytetrafluorethylen (PTFE), Thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE) und Kombinationen davon. Preferably, the plastic matrix comprises a thermoplastic material or consists of a thermoplastic material, which is preferably selected from the group consisting of polypropylene (PP), polyamides (PA), polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polysulfone (PSU), polyetherimide (PEI), polytetrafluoroethylene (PTFE), thermoplastic polyurethane (TPU), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), and combinations thereof.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Verstärkungsfaserroving um einen nicht thermoplastischen Verstärkungsfaserroving oder um einen Verstärkungsfaserroving mit einem höheren Schmelzpunkt als die Kunststoffmatrix und bei der Kunststoffmatrix um eine thermoplastische Kunststoffmatrix. In a particularly preferred embodiment, the reinforcing fiber roving is a non-thermoplastic reinforcing fiber roving or a reinforcing fiber roving having a higher melting point than the plastic matrix and the plastic matrix is a thermoplastic resin matrix.

Die Kunststoffmatrix ist in einer weiteren Ausführungsform offenporig ausgebildet. Vorzugsweise besitzt die Kunststoffmatrix Poren im Mikrometerbereich. Eine offenporige Ausbildung der Kunststoffmatrix bietet den Vorteil einer wesentlich besseren Entgasungsmöglichkeit bei einer Weiterverarbeitung des herzustellenden Faser-Kunststoff-Verbunds, insbesondere bei einer Weiterverarbeitung zu ein- oder mehrlagigen FKV-Dünnschichtlaminaten. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten thermoplastischen Folien stellt eine offenporige und damit diffusionsoffene Ausbildung der Kunststoffmatrix keine Barriere für das Entweichen der allgemein in Faser-Kunststoff-Verbunden enthaltenen Luftgehalte dar, wodurch Lufteinschlüsse vermieden und homogene Faser-Kunststoff-Verbunde hergestellt werden können. Die mit einer offenporigen Ausbildung der Kunststoffmatrix einhergehende Oberflächenvergrößerung hat zudem den Vorteil, dass sich die Oberfläche im Falle einer thermoplastischen Kunststoffmatrix schneller aufschmelzen lässt, wodurch sich die Prozesszeiten für die Herstellung einer Verbindung zwischen dem Verstärkungsfaserroving und der Kunststoffmatrix deutlich verringern lassen. The plastic matrix is open-pored in a further embodiment. Preferably, the plastic matrix has pores in the micrometer range. An open-pored design of the plastic matrix offers the advantage of a significantly better degassing capability in a further processing of the fiber-plastic composite to be produced, in particular in a further processing to single-layer or multi-layer FKV thin-layer laminates. In contrast to the thermoplastic films known from the prior art, an open-pored and therefore open-diffusion formation of the plastic matrix does not constitute a barrier to the escape of the air contents generally contained in fiber-plastic composites, thereby avoiding air pockets and producing homogeneous fiber-plastic composites can. The associated with an open-pored design of the plastic matrix surface enlargement also has the advantage that the surface can be melted faster in the case of a thermoplastic matrix, which can significantly reduce the process times for establishing a connection between the reinforcing fiber roving and the plastic matrix.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Kunststoffmatrix ein Flächengewicht von 3 g/m2 bis 900 g/m2, insbesondere 10 g/m2 bis 500 g/m2, bevorzugt 20 g/m2 bis 150 g/m2, auf. In a further embodiment, the plastic matrix has a weight per unit area of 3 g / m 2 to 900 g / m 2 , in particular 10 g / m 2 to 500 g / m 2 , preferably 20 g / m 2 to 150 g / m 2 .

In einer weiteren Ausführungsform weist die Kunststoffmatrix eine textile Struktur auf oder liegt in Form einer textilen Struktur vor. In a further embodiment, the plastic matrix has a textile structure or is in the form of a textile structure.

Erfindungsgemäß ist es insbesondere bevorzugt, wenn es sich bei der Kunststoffmatrix um eine textile Kunststoffmatrix handelt, d.h. die Kunststoffmatrix in Form einer textilen Struktur vorliegt. According to the invention, it is particularly preferred if the plastic matrix is a textile plastic matrix, i. the plastic matrix is in the form of a textile structure.

Die in den beiden vorherigen Absätzen genannte textile Struktur ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Vliesstoff, Filz, Vlies, Gelege, Gestrick, Gewirk, Geflecht und Gewebe. The textile structure mentioned in the two preceding paragraphs is preferably selected from the group consisting of nonwoven fabric, felt, fleece, scrim, knitted fabric, knitted fabric, braid and fabric.

Bevorzugt weist die Kunststoffmatrix ein Vlies auf oder liegt in Form eines Vlieses vor. The plastic matrix preferably has a nonwoven or is in the form of a nonwoven.

Besonders bevorzugt weist die Kunststoffmatrix einen Vliesstoff auf oder liegt in Form eines Vliesstoffes vor.The plastic matrix particularly preferably has a nonwoven fabric or is in the form of a nonwoven fabric.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Kunststoffmatrix um eine thermoplastische und vliesförmige, insbesondere vliesstoffförmige, Kunststoffmatrix. Beispielsweise kann es sich bei der Kunststoffmatrix um einen Vliesstoff aus Polyamid oder Polypropylen handeln.According to a particularly preferred embodiment, the plastic matrix is a thermoplastic and fleece-shaped, in particular nonwoven-shaped, plastic matrix. For example, the plastic matrix may be a nonwoven fabric of polyamide or polypropylene.

Der Wickelkern kann grundsätzlich jede beliebige prismatische Form besitzen, welche durch die Fixierung einer Drehachse am Wickelkern in eine für den Wickelprozess erforderliche rotierende Bewegung versetzt werden kann.The winding core can basically have any desired prismatic shape, which can be offset by the fixing of a rotation axis on the winding core in a required for the winding process rotating movement.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Wickelkern um einen rotationssymmetrischen oder um einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Wickelkern. Preferably, the winding core is a rotationally symmetrical or substantially rotationally symmetrical winding core.

Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Wickelkern um einen zylinderförmigen oder im Wesentlichen zylinderförmigen, insbesondere kreiszylinderförmigen oder im Wesentlichen kreiszylinderförmigen, Wickelkern. The winding core is particularly preferably a cylindrical or substantially cylindrical, in particular circular-cylindrical or substantially circular-cylindrical, winding core.

In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Wickelkern um einen massiv ausgestalteten Wickelkern, d.h. um einen Wickelkern ohne Hohlraum.In a further embodiment, the winding core is a solidly configured winding core, i. around a winding core without a cavity.

In einer alternativen Ausführungsform handelt es sich bei dem Wickelkern um einen hohlkörperförmigen, insbesondere hohlzylindrischen, bevorzugt hohlkreiszylindrischen, Wickelkern. Beispielsweise kann es sich bei dem Wickelkern um einen rohr- oder schlauchförmigen Wickelkern handeln.In an alternative embodiment, the winding core is a hollow-body-shaped, in particular hollow-cylindrical, preferably hollow cylindrical, winding core. For example, the winding core may be a tubular or tubular winding core.

Bei dem Wickelkern kann es sich weiterhin um einen wiederverwendbaren Wickelkern handeln. Beispielsweise kann der Wickelkern derart geteilt sein, dass er nach Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds entformt werden kann. The winding core can furthermore be a reusable winding core. For example, the winding core may be divided so that it can be removed from the mold after production of a fiber-plastic composite.

Alternativ kann es sich bei dem Wickelkern um einen sogenannten verlorenen Wickelkern handeln. Ein derartiger Kern kann entweder aus löslichen oder auswaschbaren Kernmaterialien bestehen. Alternatively, the winding core may be a so-called lost winding core. Such a core may consist of either soluble or washable core materials.

Alternativ kann der Wickelkern aus einem Wickelmaterial mit einer geringen Rohdichte bestehen, beispielsweise aus einem Schaumstoff. Ein derartiger Wickelkern hat den Vorteil, dass er in einem hergestellten Faser-Kunststoff-Verbund verbleiben kann. Alternatively, the winding core may consist of a wrapping material with a low bulk density, for example of a foam. Such a winding core has the advantage that it can remain in a manufactured fiber-plastic composite.

Alternativ kann der Wickelkern aus Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere Stahl, bestehen.Alternatively, the winding core of metal or a metal alloy, in particular steel exist.

Der Wickelkern ist vorzugsweise walzenförmig ausgestaltet bzw. liegt vorzugsweise in Form einer Walze vor. The winding core is preferably configured roller-shaped or is preferably in the form of a roller.

Die Kunststoffmatrix ist in einer bevorzugten Ausführungsform bahnförmig auf den Wickelkern aufgebracht, insbesondere gewickelt.In a preferred embodiment, the plastic matrix is applied in web form to the winding core, in particular wound.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Kunststoffmatrix mittels einer mechanischen, elektrischen oder pneumatischen Klemmschiene entlang der Wickelkernlänge fixiert. In a further embodiment, the plastic matrix is fixed by means of a mechanical, electrical or pneumatic clamping rail along the winding core length.

Grundsätzlich kann die Kunststoffmatrix mehrlagig auf den Wickelkern aufgebracht, insbesondere auf oder um den Wickelkern gewickelt, sein. Erfindungsgemäß bevorzugt ist es jedoch, wenn die Kunststoffmatrix einlagig, d.h. lediglich in einer Lage, auf den Wickelkern aufgebracht, insbesondere auf oder um den Wickelkern gewickelt, ist. Dies ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine Weiterverarbeitung des Faser-Kunststoff-Verbunds zu Dünnschichtlaminaten mit möglichst geringer Dicke jeder einzelnen Laminatschicht. Im Falle einer einlagig auf den Wickelkern aufgebrachten, insbesondere auf oder um den Wickelkern gewickelten, Kunststoffmatrix können die Enden der Kunststoffmatrix Stoß an Stoß oder teilweise überlappend auf dem Wickelkern abgelegt sein. Bei den Enden der Kunststoffmatrix handelt es sich dabei bevorzugt um die Schmalseiten einer zweidimensionalen Kunststoffmatrix.In principle, the plastic matrix can be applied in multiple layers to the winding core, in particular wound on or around the winding core. However, it is preferred according to the invention if the plastic matrix is single-layered, i. only in one layer, applied to the winding core, in particular wound on or around the winding core, is. This is particularly advantageous with regard to a further processing of the fiber-plastic composite to thin-film laminates with the smallest possible thickness of each laminate layer. In the case of a single-layer applied to the winding core, in particular wound on or around the winding core, the plastic matrix, the ends of the plastic matrix can be deposited shock on impact or partially overlapping on the winding core. The ends of the plastic matrix are preferably the narrow sides of a two-dimensional plastic matrix.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform wird der gespreizte Verstärkungsfaserroving vor dem Wickeln an dem Wickelkern befestigt. Ein Befestigen des Verstärkungsfaserrovings kann beispielsweise mittels einer mechanischen, elektrischen oder pneumatischen Klemmeinrichtung erfolgen, wobei es sich bei der Klemmeinrichtung bevorzugt um eine in den Wickelkern versenkbare Klemmeinrichtung handelt. In an expedient embodiment, the expanded reinforcing fiber roving is secured to the winding core prior to winding. A fastening of the reinforcing fiber roving can be effected, for example, by means of a mechanical, electrical or pneumatic clamping device, wherein the clamping device is preferably a clamping device which can be lowered into the winding core.

Der gespreizte Verstärkungsfaserroving wird gemäß einer weiteren Ausführungsform mittels einer in Längsrichtung des Wickelkerns verfahrbaren Ablegeeinrichtung auf oder um die Kunststoffmatrix gewickelt.According to a further embodiment, the spread reinforcing fiber roving is wound on or around the plastic matrix by means of a laying device that can be moved in the longitudinal direction of the winding core.

In einer weiteren Ausführungsform werden bei dem Wickeln des gespreizten Verstärkungsfaserrovings Längsabschnitte des gespreizten Verstärkungsfaserrovings, vorzugsweise sequenziell, auf die Kunststoffmatrix abgelegt. In a further embodiment, during the winding of the spread reinforcing fiber roving, longitudinal sections of the spread reinforcing fiber roving, preferably sequentially, are deposited on the plastic matrix.

Bevorzugt werden bei dem Wickeln des gespreizten Verstärkungsfaserrovings Längsabschnitte des gespreizten Verstärkungsfaserrovings nebeneinander, insbesondere parallel nebeneinander, auf die Kunststoffmatrix abgelegt.During the winding of the spread reinforcing fiber roving, longitudinal sections of the spread reinforcing fiber roving are preferably laid side by side, in particular parallel to one another, on the plastic matrix.

Vorzugsweise werden bei dem Wickeln des gespreizten Verstärkungsfaserrovings Längsabschnitte des gespreizten Verstärkungsfaserrovings Stoß an Stoß auf die Kunststoffmatrix abgelegt.Preferably, in winding the splayed reinforcing fiber roving, longitudinal portions of the splayed reinforcing fiber roving are piled up on the plastic matrix.

Grundsätzlich kann der gespreizte Verstärkungsfaserroving mehrlagig auf oder um die Kunststoffmatrix gewickelt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt ist es jedoch, wenn der Verstärkungsfaserroving nur einlagig, d.h. nur in einer Lage, auf oder um die Kunststoffmatrix gewickelt wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft im Hinblick auf eine Weiterverarbeitung des mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhältlichen Faser-Kunststoff-Verbunds zu Dünnschichtlaminaten mit möglichst niedrigen Dicken. Im Falle eines einlagig auf oder um die Kunststoffmatrix gewickelten Verstärkungsfaserrovings können die Enden des Verstärkungsfaserrovings Stoß an Stoß oder teilweise überlappend auf der Kunststoffmatrix abgelegt sein.Basically, the expanded reinforcing fiber roving can be wound in multiple layers on or around the plastic matrix. However, it is preferred in accordance with the invention if the reinforcing fiber roving is single-ply, i. only in one layer, being wound on or around the plastic matrix. This is particularly advantageous with regard to a further processing of the obtainable by the process according to the invention fiber-plastic composite to thin-film laminates with the lowest possible thicknesses. In the case of a reinforcing fiber roving wound in one layer on or around the plastic matrix, the ends of the reinforcing fiber roving may be stacked on the plastic matrix butt or partially overlapping.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der gespreizte Verstärkungsfaserroving in Form eines Geleges, insbesondere unidirektionalen und vorzugsweise einlagigen Geleges, auf oder um die Kunststoffmatrix gewickelt.According to a particularly preferred embodiment, the spread reinforcing fiber roving is wound in the form of a mat, in particular unidirectional and preferably single-ply gel, on or around the plastic matrix.

In einer weiteren Ausführungsform werden während des Wickelns des gespreizten Verstärkungsfaserrovings oder nach dem Wickeln des gespreizten Verstärkungsfaserrovings (auf oder um die Kunststoffmatrix) der gespreizte Verstärkungsfaserroving und die Kunststoffmatrix vorzugsweise stoffschlüssig auf dem Wickelkern unter Erhalt eines gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds miteinander verbunden. In a further embodiment, during winding of the spread reinforcing fiber roving or after winding the spread reinforcing fiber roving (on or about the plastic matrix), the spread reinforcing fiber roving and the plastic matrix are preferably bonded together on the winding core to form a wound fiber-plastic composite.

Unter dem Ausdruck „gewickelter Faser-Kunststoff-Verbund“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein rotationssymmetrischer und insbesondere rohr- oder schlauchförmig ausgestalteter Faser-Kunststoff-Verbund verstanden werden. For the purposes of the present invention, the term "wound fiber-plastic composite" should preferably be understood to mean a rotationally symmetrical fiber-plastic composite, in particular a tubular or hose-shaped design.

Das Verbinden des gespreizten Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix kann dabei insbesondere ohne die Verwendung eines Binde- und/oder Lösungsmittels durchgeführt werden. The joining of the spread reinforcing fiber roving and the plastic matrix can be carried out in particular without the use of a binder and / or solvent.

Grundsätzlich kann das Verbinden des gespreizten Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix nur lokal, insbesondere nur punktuell, durchgeführt werden. Ein nur lokales, insbesondere nur punktuelles, Verbinden von Verstärkungsfaserroving und Kunststoffmatrix hat den Vorteil, dass ein hierfür erforderlicher Energieeintrag und eine damit einhergehende Materialbeanspruchung von Verstärkungsfaserroving und Kunststoffmatrix minimal gehalten werden können. Eine nennenswerte Beeinträchtigung von deren werkstoffspezifischem Leistungspotenzial kann mithin vermieden werden. In principle, the joining of the spread reinforcing fiber roving and the plastic matrix can only be carried out locally, in particular only at certain points. An only local, in particular only selective, connecting reinforcing fiber roving and plastic matrix has the advantage that a required for this energy input and a concomitant material stress of Verstärkungsfaserroving and plastic matrix can be minimized. Significant impairment of their material-specific performance potential can be avoided.

In einer alternativen Ausführungsform werden der gespreizte Verstärkungsfaserroving und die Kunststoffmatrix vollflächig miteinander verbunden.In an alternative embodiment, the expanded reinforcing fiber roving and the plastic matrix are joined together over the entire surface.

In einer weitergehenden Ausführungsform werden zum Erhalt eines gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds, insbesondere des bereits erwähnten gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds, der gespreizte Verstärkungsfaserroving und die Kunststoffmatrix thermisch, d.h. unter Wärmezufuhr, miteinander verbunden. Hierzu können grundsätzlich der Verstärkungsfaserroving (im gespreizten oder nicht gespreizten Zustand) und/oder die Kunststoffmatrix, bevorzugt der Verstärkungsfaserroving und die Kunststoffmatrix, erwärmt werden. Das Erwärmen kann dabei vor, während oder nach dem Wickeln des Verstärkungsfaserrovings auf oder um die Kunststoffmatrix vorgenommen werden.In a further embodiment, to obtain a wound fiber-plastic composite, in particular the already-mentioned wound fiber-plastic composite, the spread reinforcing fiber roving and the plastic matrix are thermally, i. under heat, connected together. For this purpose, in principle, the reinforcing fiber roving (in the spread or non-spread state) and / or the plastic matrix, preferably the reinforcing fiber roving and the plastic matrix, can be heated. The heating can be carried out before, during or after the winding of the reinforcing fiber roving on or around the plastic matrix.

Das Erwärmen von Verstärkungsfaserroving und/oder der Kunststoffmatrix wird in einer weiteren Ausführungsform mittels einer Heizeinrichtung vorgenommen. Die Heizeinrichtung kann zum Beispiel als Heizhaube gestaltet sein. The heating of reinforcing fiber roving and / or the plastic matrix is carried out in another embodiment by means of a heating device. The heating device can be designed, for example, as a heating hood.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform handelt es sich bei der Heizeinrichtung um eine in Querrichtung zum Wickelkern verfahrbare Heizeinrichtung. Unter einer in Querrichtung zum Wickelkern verfahrbaren Heizeinrichtung soll im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Heizeinrichtung verstanden werden, welche – in Förderrichtung des Verstärkungsfaserrovings betrachtet – hinter dem Wickelkern angeordnet ist und auf den Wickelkern zubewegt oder von diesem wegbewegt werden kann.In an expedient embodiment, the heating device is a heating device movable transversely to the winding core. In the context of the present invention, a heating device which can be moved in the transverse direction to the winding core should preferably be understood to mean a heating device which, viewed in the conveying direction of the reinforcing fiber roving, is arranged behind the winding core and can be moved toward or away from the winding core.

In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Heizeinrichtung um einen Wärmestrahler, insbesondere Infrarotstrahler.In a further embodiment, the heating device is a heat radiator, in particular infrared radiator.

Die Heizeinrichtung weist vorzugsweise eine Wärmeabstrahlfläche auf, deren Länge wenigstens der Länge des Wickelkerns entspricht. Bevorzugt wird der Wickelkern während des Erwärmens wenigstens einmal um 360 Grad um die eigene Längsachse gedreht. Auf diese Weise kann ein vollständiges Erwärmen des Verstärkungsfaserrovings sowie der Kunststoffmatrix gewährleistet werden. Mittels einer derartigen Heizeinrichtung ist mit besonderem Vorteil ein Erwärmen des Verstärkungsfaserrovings und/oder der Kunststoffmatrix während des Wickelns oder nach dem Wickeln des Verstärkungsrovings auf oder um die Kunststoffmatrix möglich.The heating device preferably has a heat radiation surface whose length corresponds at least to the length of the winding core. Preferably, the winding core is rotated at least once by 360 degrees about its own longitudinal axis during heating. In this way, a complete heating of the reinforcing fiber roving and the plastic matrix can be ensured. By means of such a heating device, it is particularly possible to heat the reinforcing fiber roving and / or the plastic matrix during winding or after winding the reinforcing roving on or around the plastic matrix.

Ein thermisches Verbinden des gespreizten Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix kann grundsätzlich auf einem (partiellen) Aufschmelzen des Verstärkungsfaserrovings und/oder der Kunststoffmatrix, vorzugsweise nur auf einem (partiellen) Aufschmelzen der Kunststoffmatrix, und einem anschließenden Verfestigen des Verstärkungsfaserrovings und/oder der Kunststoffmatrix, vorzugsweise auf einem anschließenden Verfestigen nur der Kunststoffmatrix, beruhen.A thermal bonding of the spread reinforcing fiber roving and the plastic matrix may in principle be based on (partial) melting of the reinforcing fiber roving and / or the plastic matrix, preferably only on (partial) melting of the plastic matrix, and then solidifying the reinforcing fiber roving and / or the plastic matrix, preferably a subsequent solidification only the plastic matrix, based.

Im Falle einer textilen Kunststoffmatrix bleibt deren textile Struktur beim Verbinden von Verstärkungsfaserroving und Kunststoffmatrix bevorzugt zumindest teilweise, insbesondere weitgehend, erhalten, so dass der erhaltene Faser-Kunststoff-Verbund beispielsweise mittels Nadelgreifern aufgenommen und beim Transport sicher gehalten werden kann. Im Falle einer punktuell gezielt intensivierten Einwirkung von Wärme auf eine thermoplastische Kunststoffmatrix wird eine lokale, insbesondere punktuelle, Verbindung zwischen den Verbundkomponenten (Verstärkungsfaserroving und Kunststoffmatrix) geschaffen, welche die Aufnahme an genau diesen Verbindungspunkten mittels Vakuumgreifern und damit den sicheren Transport der Faser-Kunststoffverbunde gewährleistet. In the case of a textile plastic matrix whose textile structure when joining reinforcing fiber roving and plastic matrix remains preferably at least partially, in particular largely preserved, so that the obtained fiber-plastic composite can be recorded, for example by means of needle grippers and kept safe during transport. In the case of selectively selectively intensified action of heat on a thermoplastic polymer matrix, a local, in particular selective, connection between the composite components (reinforcing fiber roving and plastic matrix) is created, which ensures the inclusion of precisely these connection points by means of vacuum grippers and thus the safe transport of the fiber-plastic composites ,

In einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Wickeln des gespreizten Verstärkungsfaserrovings und insbesondere nach einem vorzugsweise stoffschlüssigen Verbinden von Kunststoffmatrix und Verstärkungsfaserroving auf dem Wickelkern wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix auf oder um den Verstärkungsfaserroving gewickelt. Der Ausdruck „wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix“ bedeutet im Sinn der vorliegenden Erfindung eine weitere Kunststoffmatrix oder eine Vielzahl von weiteren Kunststoffmatrices, d.h. zwei oder mehr weitere Kunststoffmatrices. Dabei können die Kunststoffmatrix, auf oder um welche der gespreizte Verstärkungsfaserroving gewickelt wird, und die wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix grundsätzlich gleich oder verschieden ausgestaltet sein. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn sowohl die Kunststoffmatrix, auf oder um welche der gespreizte Verstärkungsfaserroving gewickelt wird, als auch die wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix jeweils thermoplastisch und insbesondere textil, bevorzugt vliesstoffförmig, ausgestaltet sind. Bezüglich weiterer Einzelheiten zu möglichen Ausgestaltungen der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix wird auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen. In another embodiment, at least one further plastic matrix is wound on or around the reinforcing fiber roving after the winding of the spread reinforcing fiber roving and, in particular, after a preferably cohesive joining of plastic matrix and reinforcing fiber roving on the winding core. The term "at least one further plastic matrix" in the sense of the present invention means a further plastic matrix or a multiplicity of further plastic matrices, ie two or more further plastic matrices. In this case, the plastic matrix, on or around which the spread reinforcing fiber roving is wound, and the at least a further plastic matrix basically be the same or different. According to the invention, it is preferable if both the plastic matrix, onto which or around which the expanded reinforcing fiber roving is wound, and the at least one further plastic matrix are in each case embodied in a thermoplastic and in particular textile, preferably nonwoven, form. For further details regarding possible embodiments of the at least one further plastic matrix, reference is made to the previous description.

Die wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix und der Verstärkungsfaserroving werden gemäß einer weitergehenden Ausführungsform während des Wickelns oder nach dem Wickeln der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix (auf oder um den gewickelten Verstärkungsfaserroving) vorzugsweise stoffschlüssig und insbesondere binde- und lösungsmittelfrei auf dem Wickelkern unter Erhalt eines gewickelten Faser-Kunststoffverbunds miteinander verbunden. Der hierbei erhaltene gewickelte Faser-Kunststoffverbund weist (wenigstens) drei Lagen auf, nämlich (wenigstens) zwei Kunststoffmatrixlagen und eine dazwischen befindliche Lage, welche von dem Verstärkungsfaserroving gebildet wird. Ein derartiger Faser-Kunststoff-Verbund erleichtert eine mögliche Weiterverarbeitung zum einem Enderzeugnis, vorzugsweise zu einem Dünnschichtlaminat. Obendrein schützt die wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix vor einem etwaigen Verlust von Fasern des Verstärkungsfaserrovings.The at least one further plastic matrix and the reinforcing fiber roving, according to a further embodiment during the winding or after the winding of the at least one further plastic matrix (on or around the wound Verstärkungsfaserroving) preferably cohesively and in particular binder and solvent-free on the winding core to obtain a wound fiber Plastic composite interconnected. The wound fiber-plastic composite obtained in this case has (at least) three layers, namely (at least) two plastic matrix layers and a layer therebetween, which is formed by the reinforcing fiber roving. Such a fiber-plastic composite facilitates a possible further processing of a finished product, preferably a thin-film laminate. On top of that, the at least one further plastic matrix protects against any loss of fibers of the reinforcing fiber roving.

Bevorzugt werden die wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix und der Verstärkunsgfaserroving thermisch, d.h. unter Wärmezufuhr, miteinander verbunden.Preferably, the at least one further plastic matrix and reinforcing fiber roving are thermally, i. under heat, connected together.

Ein thermisches Verbinden der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix und des Verstärkungsfaserrovings kann grundsätzlich auf einem (partiellen) Aufschmelzen der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix und/oder des Verstärkungsfaserrovings, vorzugsweise nur auf einem (partiellen) Aufschmelzen der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix, und einem anschließenden Verfestigen der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix und/oder des Verstärkungsfaserrovings, vorzugsweise auf einem anschließenden Verfestigen nur der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix, beruhen. Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile zum Verbinden der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix und des Verstärkungsfaserrovings wird auf die Ausführungen zum Verbinden des Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix, auf welche der Verstärkungsfaserroving gewickelt wird, Bezug genommen. Die dort gemachten Ausführungen gelten sinngemäß auch für ein Verbinden der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix und des Verstärkungsfaserrovings.A thermal bonding of the at least one further plastic matrix and the reinforcing fiber roving can basically be based on a (partial) melting of the at least one further plastic matrix and / or the reinforcing fiber roving, preferably only on a (partial) melting of the at least one further plastic matrix, and then solidifying the at least a further plastic matrix and / or the reinforcing fiber roving, preferably based on a subsequent solidification of only the at least one further plastic matrix. For further features and advantages for joining the at least one further plastic matrix and the reinforcing fiber roving, reference is made to the embodiments for joining the reinforcing fiber roving and the plastic matrix on which the reinforcing fiber roving is wound. The statements made there apply mutatis mutandis to connecting the at least one further plastic matrix and the Verstärkungsfaserrovings.

In einer weiteren Ausführungsform wird der in den vorangegangenen Ausführungsformen beschriebene gewickelte Faser-Kunststoff-Verbund von dem Wickelkern entfernt. Im Falle eines mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildeten Wickelkerns kann dies dadurch geschehen, dass der Wickelkern nach Erhalt des gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds entformt wird. In a further embodiment, the wound fiber-plastic composite described in the preceding embodiments is removed from the winding core. In the case of a multi-part, in particular two-part, formed winding core this can be done in that the winding core is removed from the mold after receiving the wound fiber-plastic composite.

In einer alternativen Ausführungsform wird der Wickelkern nach Erhalt des gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds durch Auswaschen, insbesondere Herauslösen, aus dem gewickelten Faser-Kunststoff-Verbund entfernt. In an alternative embodiment, the winding core, after receiving the wound fiber-plastic composite by washing, in particular dissolution, removed from the wound fiber-plastic composite.

In einer weiteren Ausführungsform wird der gewickelte Faser-Kunststoff-Verbund von dem Wickelkern abgezogen. In a further embodiment, the wound fiber-plastic composite is withdrawn from the winding core.

Bei dem in den vorangegangenen Ausführungsformen erwähnten gewickelten Faser-Kunststoff-Verbund, bei welchem es sich vorzugsweise um einen spiralgewickelten Faser-Kunststoff-Verbund handelt, kann es sich grundsätzlich bereits um den erfindungsgemäß herzustellenden Faser-Kunststoff-Verbund handeln.The wound fiber-plastic composite mentioned in the preceding embodiments, which is preferably a spirally wound fiber-plastic composite, may in principle already be the fiber-plastic composite to be produced according to the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der in den vorangegangenen Ausführungsformen erwähnte gewickelte Faser-Kunststoff-Verbund jedoch weiter verarbeitet. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem in den vorangegangenen Ausführungsformen erwähnten gewickelten Faser-Kunststoff-Verbund vorzugsweise nur um ein Zwischenprodukt.In a preferred embodiment, however, the wound fiber-plastic composite mentioned in the preceding embodiments is further processed. In other words, the wound fiber-plastic composite mentioned in the preceding embodiments is preferably only an intermediate product.

Vorzugsweise wird der in den vorangegangenen Ausführungsformen erwähnte gewickelte Faser-Kunststoff-Verbund entlang seiner Längsrichtung, d.h. entlang der Wickelkernachse, unter Erhalt eines zweidimensionalen Faser-Kunststoff-Verbunds durchtrennt, vorzugsweise aufgeschnitten. Bei dem zweidimensionalen Faser-Kunststoff-Verbund handelt es sich bevorzugt um den erfindungsgemäß herzustellenden Faser-Kunststoff-Verbund. Der Begriff „zweidimensionaler Faser-Kunststoff-Verbund“ definiert im Sinne der vorliegenden Erfindung einen Faser-Kunststoff-Verbund, welcher in zwei seiner Dimensionen, bevorzugt seiner Länge und Breite, eine deutlich größere Abmessung besitzt als in seiner dritten Dimension, bevorzugt seiner Höhe oder Dicke. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren somit vorzugsweise um ein Verfahren zur Herstellung eines zweidimensionalen Faser-Kunststoff-Verbunds, insbesondere eines zweidimensionalen Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeugs (FKV-Halbzeug).Preferably, the wound fiber-plastic composite mentioned in the preceding embodiments is moved along its longitudinal direction, i. along the winding core axis, cut to obtain a two-dimensional fiber-plastic composite, preferably cut open. The two-dimensional fiber-plastic composite is preferably the fiber-plastic composite to be produced according to the invention. The term "two-dimensional fiber-plastic composite" defined in the context of the present invention, a fiber-plastic composite, which in two of its dimensions, preferably its length and width, a significantly larger dimension than in its third dimension, preferably its height or Thickness. In other words, the method according to the invention is thus preferably a method for producing a two-dimensional fiber-plastic composite, in particular a two-dimensional fiber-plastic composite semifinished product (FRP semi-finished product).

Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem herzustellenden Faser-Kunststoff-Verbund um ein unidirektional endlosfaserverstärktes Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeug (FKV-Halbzeug). Mit anderen Worten handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders bevorzugt um ein Verfahren zur Herstellung eines unidirektional endlosfaserverstärkten Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeugs (FKV-Halbzeug).Particularly preferably, the fiber-plastic composite to be produced is a unidirectionally endless-fiber-reinforced fiber Plastic composite semi-finished products (FKV semi-finished products). In other words, the method according to the invention is particularly preferably a method for producing a unidirectionally continuous fiber-reinforced fiber-plastic composite semifinished product (semifinished product).

In einer weiteren Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich betrieben. Mit anderen Worten kann es erfindungsgemäß bevorzugt sein, wenn es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds handelt. In a further embodiment, the process according to the invention is operated continuously. In other words, it may be preferred according to the invention if the process according to the invention is a continuous process for producing a fiber-plastic composite.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein kontinuierliches Wickelverfahren, insbesondere um ein kontinuierlich-sequentielles Wickelverfahren, zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds.In a preferred embodiment, the process according to the invention is a continuous winding process, in particular a continuous-sequential winding process, for producing a fiber-plastic composite.

In einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein kontinuierliches Spiralwickelverfahren, insbesondere um ein kontinuierlich-sequentielles Spiralwickelverfahren, zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds. In a particularly preferred embodiment, the process according to the invention is a continuous spiral winding process, in particular a continuous-sequential spiral winding process, for producing a fiber-plastic composite.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds (FKV). According to a second aspect, the invention relates to another method for producing a fiber-plastic composite (FRP).

Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

  • – Wickeln einer Kunststoffmatrix auf oder um einen Wickelkern, vorzugsweise auf oder um einen nackten, d.h. unbelegten, Wickelkern, und
  • – Wickeln, insbesondere Spiralwickeln, wenigstens eines gespreizten Verstärkungsfaserrovings, vorzugsweise lediglich eines gespreizten Verstärkungsfaserrovings, auf oder um die gewickelte Kunststoffmatrix.
The method comprises the following steps:
  • - Winding a plastic matrix on or around a winding core, preferably on or around a bare, ie unoccupied, winding core, and
  • - Winding, in particular spiral wound, at least one spread reinforcing fiber roving, preferably only a spread reinforcing fiber roving on or around the wound plastic matrix.

Der Ausdruck „wenigstens ein“ bedeutet im Rahmen des zweiten Erfindungsaspekts „ein“ (Einzahl bzw. Singular), vorzugsweise lediglich ein, oder mehrere (Vielzahl bzw. Plural, d.h. zwei oder mehr). Entsprechend ist beispielsweise unter dem Ausdruck „wenigstens ein gespreizter Verstärkungsfaserroving“ ein gespreizter Verstärkungsfaserroving, vorzugsweise lediglich ein gespreizter Verstärkungsfaserroving, oder eine Vielzahl von gespreizten Verstärkungsfaserrovings, d.h. zwei oder mehr gespreizte Verstärkungsfaserrovings, zu verstehen.The term "at least one" in the context of the second aspect of the invention means "a" (singular), preferably only one or more (plural, i.e. two or more). Similarly, for example, the term "at least one spread gain roving" is a spread gain roving, preferably just a spread gain roving, or a plurality of spread gain rovings, i. two or more splayed reinforcing fiber rovings.

In einer unter Verstärkungsgesichtspunkten vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem wenigstens einen Verstärkungsfaserroving um wenigstens einen nicht thermoplastischen Verstärkungsfaserroving, d.h. um wenigstens einen Roving, welcher nicht thermoplastische Verstärkungsfasern aufweist oder aus nicht thermoplastischen Verstärkungsfasern besteht.In a reinforcement advantageous embodiment, the at least one reinforcing fiber roving is at least one non-thermoplastic reinforcing fiber roving, i. at least one roving comprising non-thermoplastic reinforcing fibers or non-thermoplastic reinforcing fibers.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform handelt es sich bei dem wenigstens einen Verstärkungsfaserroving um wenigstens einen thermoplastischen Verstärkungsfaserroving, d.h. um wenigstens einen Roving, welcher thermoplastische Verstärkungsfasern aufweist oder aus thermoplastischen Verstärkungsfasern besteht. Die Verwendung wenigstens eines derartigen Verstärkungsfaserrovings ermöglicht mit besonderem Vorteil ein binde- und/oder lösungsmittelfreies Verbinden (Fügen) des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix. Insbesondere kann der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving bei dieser Ausführungsform die Funktion einer Kleberkomponente übernehmen.In an alternative embodiment, the at least one reinforcing fiber roving is at least one thermoplastic reinforcing fiber roving, i. at least one roving which comprises thermoplastic reinforcing fibers or consists of thermoplastic reinforcing fibers. The use of at least one such reinforcing fiber roving makes it possible with particular advantage to bind (or join) the at least one spread reinforcing fiber roving and the plastic matrix in a manner that binds and / or dissolves. In particular, the at least one reinforcing fiber roving in this embodiment can take over the function of an adhesive component.

Um die Verstärkungsfunktion des wenigstens einen Faserrovings nicht zu beeinträchtigen, kann es erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass es sich bei dem wenigstens einen Verstärkungsfaserroving um wenigstens einen thermoplastischen Verstärkungsfaserroving handelt, welcher einen höheren Schmelzpunkt besitzt als die Kunststoffmatrix. In order not to impair the reinforcing function of the at least one fiber roving, it can be provided according to the invention in particular that the at least one reinforcing fiber roving is at least one thermoplastic reinforcing fiber roving which has a higher melting point than the plastic matrix.

Erfindungsgemäß kann es weiterhin möglich sein, dass der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving thermoplastische Verstärkungsfasern, welche einen höheren Schmelzpunkt besitzen als die Kunststoffmatrix, sowie nicht thermoplastische Verstärkungsfasern aufweist oder aus solchen Fasern besteht. According to the invention, it may further be possible for the at least one reinforcing fiber roving to comprise or consist of thermoplastic reinforcing fibers which have a higher melting point than the plastic matrix and non-thermoplastic reinforcing fibers.

Die in den zwei vorherigen Absätzen beschriebenen Ausführungsformen haben insbesondere den Vorteil, dass die Verstärkungsfunktion der Fasern nicht beeinträchtigt wird, wenn zum Zwecke einer Verbindung des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix Energie, vorzugsweise Wärmeenergie, eingetragen wird.The embodiments described in the two preceding paragraphs have the particular advantage that the reinforcing function of the fibers is not impaired if energy, preferably thermal energy, is introduced for the purpose of connecting the at least one reinforcing fiber roving and the plastic matrix.

Der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving weist in einer weiteren Ausführungsform Verstärkungsfasern auf oder besteht aus Verstärkungsfasern, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Fasern, Metallfasern, organischen Fasern wie Polymerfasern, Naturfasern und Kombinationen davon. The at least one reinforcing fiber roving in another embodiment comprises reinforcing fibers or consists of reinforcing fibers selected from the group consisting of inorganic fibers, metal fibers, organic fibers such as polymer fibers, natural fibers, and combinations thereof.

Der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving ist in einer weitergehenden Ausführungsform ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wenigstens ein Glasfaserroving, wenigstens ein Mineralfaserroving, wenigstens ein Basaltfaserroving, wenigstens ein Borfaserroving, wenigstens ein Kieselsäurefaserroving, wenigstens ein Keramikfaserroving, wenigstens ein Stahlfaserroving, wenigstens ein Kohlenstofffaserroving (Carbonfaserroving), wenigstens ein Aramidfaserroving, wenigstens ein Polyesterfaserroving, wenigstens ein Polyamidfaserroving wie wenigstens ein Nylonfaserroving, wenigstens ein Polyethylenfaserroving, wenigstens ein Plexiglasfaserroving, wenigstens ein Holzfaserroving, wenigstens ein Flachsfaserroving, wenigstens ein Hanffaserroving, wenigstens ein Jutefaserroving, wenigstens ein Kenaffaserroving, wenigstens ein Ramiefaserroving, wenigstens ein Sisalfaserroving und Kombinationen davon. Mit anderen Worten weist der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving in einer weitergehenden Ausführungsform Verstärkungsfasern auf oder besteht aus Verstärkungsfasern, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern, Mineralfasern, Basaltfasern, Borfasern, Kieselsäurefasern, Keramikfasern, Stahlfasern, Kohlenstofffasern (Carbonfasern), Aramidfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern wie Nylonfasern, Polyethylenfasern, Plexiglasfasern, Holzfasern, Flachsfasern, Hanffasern, Jutefasern, Kenaffasern, Ramiefasern, Sisalfasern und Kombinationen davon.The at least one reinforcing fiber roving is in a further embodiment selected from the group consisting of at least one glass fiber roving, at least one mineral fiber roving, at least one basalt fiber roving, at least one boron fiber roving, at least one silica fiber roving, at least one ceramic fiber roving, at least one steel fiber roving, at least one carbon fiber roving, at least one aramid fiber roving, at least one polyester fiber roving, at least one polyamide fiber roving such as at least one nylon fiber roving, at least one polyethylene fiber roving, at least one plexiglass fiber roving, at least one wood fiber roving, at least one flax fiber roving, at least one hemp roving, at least one jute roving , at least one kenaffa roving, at least one ramie roving, at least one sisal fiber roving, and combinations thereof. In other words, the at least one reinforcing fiber roving in a further embodiment comprises reinforcing fibers or consists of reinforcing fibers selected from the group consisting of glass fibers, mineral fibers, basalt fibers, boron fibers, silica fibers, ceramic fibers, steel fibers, carbon fibers, aramid fibers, polyester fibers, Polyamide fibers such as nylon fibers, polyethylene fibers, plexiglass fibers, wood fibers, flax fibers, hemp fibers, jute fibers, kenaf fibers, ramie fibers, sisal fibers, and combinations thereof.

Der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving weist in einer weiteren Ausführungsform eine Feinheit ≤ 4800 tex, insbesondere von 68 tex bis 2400 tex, bevorzugt 200 tex bis 1200 tex, auf. Unter dem Begriff „Feinheit“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein längenbezogenes Gewicht des wenigstens eine Verstärkungsfaserrovings verstanden werden. Die Einheit 1 tex bedeutet ein Gewicht von 1 Gramm pro 1000 Meter Rovinglänge. In a further embodiment, the at least one reinforcing fiber roving has a fineness ≦ 4800 tex, in particular from 68 tex to 2400 tex, preferably 200 tex to 1200 tex. For the purposes of the present invention, the term "fineness" is to be understood to mean a length-related weight of the at least one reinforcing fiber roving. The unit 1 tex means a weight of 1 gram per 1000 meters roving length.

Der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving, wird in einer weiteren Ausführungsform mit einer Geschwindigkeit von 0.3 m/min bis 30 m/min, insbesondere 1 m/min bis 15 m/min, bevorzugt 3 m/min bis 9 m/min, verarbeitet.The at least one spread reinforcing fiber roving, in a further embodiment, is processed at a speed of 0.3 m / min to 30 m / min, in particular 1 m / min to 15 m / min, preferably 3 m / min to 9 m / min.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform wird der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving vor dem Wickeln an dem Wickelkern befestigt. Ein Befestigen des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings kann beispielsweise mittels einer mechanischen, elektrischen oder pneumatischen Klemmeinrichtung erfolgen, wobei es sich bei der Klemmeinrichtung bevorzugt um eine in den Wickelkern versenkbare Klemmeinrichtung handelt. In an expedient embodiment, the at least one spread reinforcing fiber roving is attached to the winding core prior to winding. A fastening of the at least one reinforcing fiber roving can take place, for example, by means of a mechanical, electrical or pneumatic clamping device, wherein the clamping device is preferably a clamping device which can be lowered into the winding core.

Der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving wird gemäß einer weiteren Ausführungsform mittels einer in Längsrichtung des Wickelkerns verfahrbaren Ablegeeinrichtung auf oder um die Kunststoffmatrix gewickelt.The at least one spread reinforcing fiber roving is wound according to a further embodiment by means of a movable in the longitudinal direction of the winding core deposition device on or around the plastic matrix.

In einer weiteren Ausführungsform werden bei dem Wickeln des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings Längsabschnitte des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings, vorzugsweise sequenziell, auf die Kunststoffmatrix abgelegt. In a further embodiment, during the winding of the at least one spread reinforcing fiber roving, longitudinal sections of the at least one spread reinforcing fiber roving, preferably sequentially, are deposited on the plastic matrix.

Bevorzugt werden bei dem Wickeln des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings Längsabschnitte des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings nebeneinander, insbesondere parallel nebeneinander, auf die Kunststoffmatrix abgelegt.During the winding of the at least one spread reinforcing fiber roving, longitudinal sections of the at least one spread reinforcing fiber roving are preferably placed next to one another, in particular parallel next to one another, on the plastic matrix.

Vorzugsweise werden bei dem Wickeln des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings Längsabschnitte des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings Stoß an Stoß auf die Kunststoffmatrix abgelegt.Preferably, during the winding of the at least one spread reinforcing fiber roving, longitudinal portions of the at least one spread reinforcing fiber roving are piled up on the plastic matrix.

Für den Fall, dass es sich bei dem wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserroving um mehrere Verstärkungsfaserrovings handelt, werden diese in einer bevorzugten Ausführungsform parallel nebeneinander auf oder um die Kunststoffmatrix gewickelt.In the event that the at least one splayed reinforcing fiber roving is a plurality of reinforcing fiber rovings, in a preferred embodiment, they are wound parallel to each other on or around the plastic matrix.

Grundsätzlich kann der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving mehrlagig auf oder um die Kunststoffmatrix gewickelt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt ist es jedoch, wenn der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving nur einlagig, d.h. nur in einer Lage, auf oder um die Kunststoffmatrix gewickelt wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft im Hinblick auf eine Weiterverarbeitung des mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhältlichen Faser-Kunststoff-Verbunds zu Dünnschichtlaminaten mit möglichst niedrigen Dicken. Im Falle wenigstens eines einlagig auf oder um die Kunststoffmatrix gewickelten Verstärkungsfaserrovings können die Enden des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings Stoß an Stoß oder teilweise überlappend auf der Kunststoffmatrix abgelegt sein.In principle, the at least one spread reinforcing fiber roving can be wound in multiple layers on or around the plastic matrix. However, it is preferred in accordance with the invention if the at least one reinforcing fiber roving is single-ply, i. only in one layer, being wound on or around the plastic matrix. This is particularly advantageous with regard to a further processing of the obtainable by the process according to the invention fiber-plastic composite to thin-film laminates with the lowest possible thicknesses. In the case of at least one reinforcing fiber roving wound in one layer on or around the plastic matrix, the ends of the at least one reinforcing fiber roving may be laid on the plastic matrix in shock or in a partially overlapping manner.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving in Form eines Geleges, insbesondere unidirektionalen und vorzugsweise einlagigen Geleges, auf oder um die Kunststoffmatrix gewickelt.According to a particularly preferred embodiment, the at least one spread reinforcing fiber roving in the form of a fabric, in particular unidirectional and preferably single-ply gel, is wound on or around the plastic matrix.

In einer weiteren Ausführungsform werden während des Wickelns des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings oder nach dem Wickeln des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings (auf oder um die Kunststoffmatrix) der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving und die Kunststoffmatrix vorzugsweise stoffschlüssig auf dem Wickelkern unter Erhalt eines gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds miteinander verbunden. In a further embodiment, during the winding of the at least one spread reinforcing fiber roving or after winding the at least one spread reinforcing fiber roving (on or around the plastic matrix), the at least one spread reinforcing fiber roving and the plastic matrix are preferably cohesively bonded to the winding core to obtain a wound fiber-plastic Bonded together.

Das Verbinden des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix kann dabei insbesondere ohne die Verwendung eines Binde- und/oder Lösungsmittels durchgeführt werden. The joining of the at least one spread reinforcing fiber roving and the Plastic matrix can be carried out in particular without the use of a binder and / or solvent.

Grundsätzlich kann das Verbinden des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix nur lokal, insbesondere nur punktuell, durchgeführt werden. Ein nur lokales, insbesondere nur punktuelles, Verbinden des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix hat den Vorteil, dass ein hierfür erforderlicher Energieeintrag und eine damit einhergehende Materialbeanspruchung des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix minimal gehalten werden können. Eine nennenswerte Beeinträchtigung von deren werkstoffspezifischem Leistungspotenzial kann mithin vermieden werden. In principle, the joining of the at least one spread reinforcing fiber roving and the plastic matrix can only be carried out locally, in particular only at certain points. An only local, in particular only selective, connecting the at least one reinforcing fiber roving and the plastic matrix has the advantage that a required energy input and a concomitant material stress of the at least one reinforcing fiber roving and the plastic matrix can be minimized. Significant impairment of their material-specific performance potential can be avoided.

In einer alternativen Ausführungsform werden der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving und die Kunststoffmatrix vollflächig miteinander verbunden.In an alternative embodiment, the at least one spread reinforcing fiber roving and the plastic matrix are connected to one another over the whole area.

In einer weitergehenden Ausführungsform werden zum Erhalt eines gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds, insbesondere des bereits erwähnten gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds, der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving und die Kunststoffmatrix thermisch, d.h. unter Wärmezufuhr, miteinander verbunden. Hierzu können grundsätzlich der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving (im gespreizten oder nicht gespreizten Zustand) und/oder die Kunststoffmatrix, bevorzugt der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving und die Kunststoffmatrix, erwärmt werden. Das Erwärmen kann dabei vor, während oder nach dem Wickeln des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings auf oder um die Kunststoffmatrix vorgenommen werden.In a further embodiment, to obtain a wound fiber-plastic composite, in particular the already-mentioned wound fiber-plastic composite, the at least one spread reinforcing fiber roving and the plastic matrix are thermally, i. under heat, connected together. For this purpose, in principle, the at least one reinforcing fiber roving (in the spread or non-spread state) and / or the plastic matrix, preferably the at least one reinforcing fiber roving and the plastic matrix, can be heated. The heating can be carried out before, during or after the winding of the at least one reinforcing fiber roving on or around the plastic matrix.

Das Erwärmen des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings und/oder der Kunststoffmatrix wird in einer weiteren Ausführungsform mittels einer Heizeinrichtung vorgenommen. The heating of the at least one reinforcing fiber roving and / or the plastic matrix is carried out in another embodiment by means of a heating device.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform handelt es sich bei der Heizeinrichtung um eine in Querrichtung zum Wickelkern verfahrbare Heizeinrichtung. In an expedient embodiment, the heating device is a heating device movable transversely to the winding core.

In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Heizeinrichtung um einen Wärmestrahler, insbesondere Infrarotstrahler.In a further embodiment, the heating device is a heat radiator, in particular infrared radiator.

Die Heizeinrichtung weist vorzugsweise eine Wärmeabstrahlfläche auf, deren Länge wenigstens der Länge des Wickelkerns entspricht. Bevorzugt wird der Wickelkern während des Erwärmens wenigstens einmal um 360 Grad um die eigene Längsachse gedreht. Auf diese Weise kann ein vollständiges Erwärmen des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings sowie der Kunststoffmatrix gewährleistet werden. Mittels einer derartigen Heizeinrichtung ist mit besonderem Vorteil ein Erwärmen des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings und/oder der Kunststoffmatrix während des Wickelns oder nach dem Wickeln des wenigstens einen Verstärkungsrovings auf oder um die Kunststoffmatrix möglich.The heating device preferably has a heat radiation surface whose length corresponds at least to the length of the winding core. Preferably, the winding core is rotated at least once by 360 degrees about its own longitudinal axis during heating. In this way, a complete heating of the at least one reinforcing fiber roving and the plastic matrix can be ensured. By means of such a heating device it is particularly advantageously possible to heat the at least one reinforcing fiber roving and / or the plastic matrix during winding or after winding the at least one reinforcing roving on or around the plastic matrix.

Ein thermisches Verbinden des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix kann grundsätzlich auf einem (partiellen) Aufschmelzen des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings und/oder der Kunststoffmatrix, vorzugsweise nur auf einem (partiellen) Aufschmelzen der Kunststoffmatrix, und einem anschließenden Verfestigen des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings und/oder der Kunststoffmatrix, vorzugsweise auf einem anschließenden Verfestigen nur der Kunststoffmatrix, beruhen. A thermal bonding of the at least one spread reinforcing fiber roving and the plastic matrix may in principle be based on a (partial) melting of the at least one reinforcing fiber roving and / or the plastic matrix, preferably only on a (partial) melting of the plastic matrix, and then solidifying the at least one reinforcing fiber roving and / or or the plastic matrix, preferably based on a subsequent solidification of only the plastic matrix.

Im Falle einer textilen Kunststoffmatrix bleibt deren textile Struktur beim Verbinden des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovingn und der Kunststoffmatrix bevorzugt zumindest teilweise, insbesondere weitgehend, erhalten, so dass der erhaltene Faser-Kunststoff-Verbund beispielsweise mittels Nadelgreifern aufgenommen und beim Transport sicher gehalten werden kann. Im Falle einer punktuell gezielt intensivierten Einwirkung von Wärme auf eine thermoplastische Kunststoffmatrix wird eine lokale, insbesondere punktuelle, Verbindung zwischen den Verbundkomponenten (wenigstens ein Verstärkungsfaserroving und Kunststoffmatrix) geschaffen, welche die Aufnahme an genau diesen Verbindungspunkten mittels Vakuumgreifern und damit den sicheren Transport der Faser-Kunststoffverbunde gewährleistet. In the case of a textile plastic matrix, its textile structure preferably remains at least partially, in particular substantially, when the at least one reinforcing fiber roving and the plastic matrix are joined, so that the resulting fiber-plastic composite can be received, for example by means of needle grippers, and held securely during transport. In the case of selectively selectively intensified action of heat on a thermoplastic polymer matrix, a local, in particular punctiform, connection between the composite components (at least one reinforcing fiber roving and plastic matrix) is created, which accommodates at precisely these connection points by means of vacuum grippers and thus the secure transport of the fibers. Plastic composites guaranteed.

In einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Wickeln des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings und insbesondere nach einem vorzugsweise stoffschlüssigen Verbinden der Kunststoffmatrix und des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings auf dem Wickelkern wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix auf oder um den wenigstens einen Verstärkungsfaserroving gewickelt. Dabei können die Kunststoffmatrix, auf oder um welche der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving gewickelt wird, und die wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix grundsätzlich gleich oder verschieden ausgestaltet sein. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn sowohl die Kunststoffmatrix, auf oder um welche der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving gewickelt wird, als auch die wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix jeweils thermoplastisch und insbesondere textil, bevorzugt vliesstoffförmig, ausgestaltet sind. Bezüglich weiterer Einzelheiten zu möglichen Ausgestaltungen der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix wird auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen. In another embodiment, at least one further plastic matrix is wound on or around the at least one reinforcing fiber roving after the winding of the at least one spread reinforcing fiber roving and, in particular, after a material bonding of the plastic matrix and the at least one reinforcing fiber roving on the winding core. In this case, the plastic matrix, on or around which the at least one spread reinforcing fiber roving is wound, and the at least one further plastic matrix can basically be designed the same or different. According to the invention, it is preferred if both the plastic matrix, on or around which the at least one spread reinforcing fiber roving is wound, and the at least one further plastic matrix are in each case embodied in a thermoplastic and in particular textile, preferably nonwoven, form. For further details regarding possible embodiments of the at least one further plastic matrix, reference is made to the previous description.

Die wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix und der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving werden gemäß einer weitergehenden Ausführungsform während des Wickelns oder nach dem Wickeln der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix (auf oder um den wenigstens einen gewickelten Verstärkungsfaserroving) vorzugsweise stoffschlüssig und insbesondere binde- und lösungsmittelfrei auf dem Wickelkern unter Erhalt eines gewickelten Faser-Kunststoffverbunds miteinander verbunden. Der hierbei erhaltene gewickelte Faser-Kunststoffverbund weist (wenigstens) drei Lagen auf, nämlich (wenigstens) zwei Kunststoffmatrixlagen und eine dazwischen befindliche Lage, welche von dem wenigstens einen Verstärkungsfaserroving gebildet wird. Ein derartiger Faser-Kunststoff-Verbund erleichtert eine mögliche Weiterverarbeitung zum einem Enderzeugnis, vorzugsweise zu einem Dünnschichtlaminat. Obendrein schützt die wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix vor einem etwaigen Verlust von Fasern des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings. According to a further embodiment, the at least one further plastic matrix and the at least one reinforcing fiber roving are preferably cohesively and in particular free of binder and solvent on the winding core during winding or after winding of the at least one further plastic matrix (on or around the at least one wound reinforcing fiber roving) a wound fiber-plastic composite connected to each other. The resulting wound fiber-plastic composite has (at least) three layers, namely (at least) two plastic matrix layers and a layer therebetween, which is formed by the at least one reinforcing fiber roving. Such a fiber-plastic composite facilitates a possible further processing of a finished product, preferably a thin-film laminate. On top of that, the at least one further plastic matrix protects against any loss of fibers of the at least one reinforcing fiber roving.

Bevorzugt werden die wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix und der wenigstens eine Verstärkunsgfaserroving thermisch, d.h. unter Wärmezufuhr, miteinander verbunden.Preferably, the at least one further plastic matrix and the at least one reinforcing fiber roving are thermally, i. under heat, connected together.

Ein thermisches Verbinden der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix und des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings kann grundsätzlich auf einem (partiellen) Aufschmelzen der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix und/oder des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings, vorzugsweise nur auf einem (partiellen) Aufschmelzen der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix, und einem anschließenden Verfestigen der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix und/oder des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings, vorzugsweise auf einem anschließenden Verfestigen nur der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix, beruhen. Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile zum Verbinden der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix und des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings wird auf die Ausführungen zum Verbinden des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix, auf welche der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving gewickelt wird, Bezug genommen. Die dort gemachten Ausführungen gelten sinngemäß auch für ein Verbinden der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix und des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings. A thermal bonding of the at least one further plastic matrix and the at least one reinforcing fiber roving can basically be based on a (partial) melting of the at least one further plastic matrix and / or the at least one reinforcing fiber roving, preferably only on a (partial) melting of the at least one further plastic matrix subsequent solidification of the at least one further plastic matrix and / or the at least one reinforcing fiber roving, preferably based on a subsequent solidification of only the at least one further plastic matrix. With regard to further features and advantages for connecting the at least one further plastic matrix and the at least one reinforcing fiber roving, reference is made to the embodiments for joining the at least one reinforcing fiber roving and the plastic matrix on which the at least one reinforcing fiber roving is wound. The remarks made there apply mutatis mutandis to connecting the at least one further plastic matrix and the at least one Verstärkungsfaserrovings.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Verfahrens, insbesondere der Kunststoffmatrix, des (wenigstens einen) Verstärkungsfaserrovings sowie des Wickelkerns, wird zur Vermeidung von Wiederholungen vollständig auf die im Rahmen der bisherigen Beschreibung gemachten Ausführungen Bezug genommen.With respect to further features and advantages of the method, in particular the plastic matrix, the (at least one) reinforcing fiber roving and the winding core, reference is made to avoid repetition to the statements made in the context of the previous description.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung einen Faser-Kunststoff-Verbund (FKV), insbesondere einen zweidimensionalen Faser-Kunststoff-Verbund (FKV), welcher durch ein Verfahren gemäß erstem oder zweitem Erfindungsaspekt erhältlich bzw. herstellbar ist. According to a third aspect, the invention relates to a fiber-plastic composite (FKV), in particular a two-dimensional fiber-plastic composite (FKV), which can be obtained or produced by a method according to the first or second aspect of the invention.

Bei dem Faser-Kunststoff-Verbund handelt es sich bevorzugt um ein Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeug (FKV-Halbzeug).The fiber-plastic composite is preferably a fiber-plastic composite semi-finished product (semi-finished FKV).

Der Faser-Kunststoff-Verbund weist Verstärkungsfasern und eine Kunststoffmatrix auf. Die Verstärkungsfasern sind dabei von der Kunststoffmatrix umgeben bzw. liegen eingebettet in der Kunststoffmatrix vor.The fiber-plastic composite has reinforcing fibers and a plastic matrix. The reinforcing fibers are surrounded by the plastic matrix or are embedded in the plastic matrix.

Die Kunststoffmatrix liegt vorzugsweise als zweidimensionale Kunststoffmatrix vor.The plastic matrix is preferably in the form of a two-dimensional plastic matrix.

Bevorzugt ist die Kunststoffmatrix streifenförmig, insbesondere viereckförmig, vorzugsweise rechteckförmig, ausgebildet.Preferably, the plastic matrix is strip-shaped, in particular quadrangular, preferably rectangular, formed.

Erfindungsgemäß kann der Faser-Kunststoff-Verbund insbesondere aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix bestehen.According to the invention, the fiber-plastic composite may consist in particular of reinforcing fibers and a plastic matrix.

Bei den Verstärkungsfasern handelt es sich bevorzugt um nicht thermoplastische Verstärkungsfasern. In Ergänzung oder alternativ hierzu kann es sich bei den Verstärkungsfasern um thermoplastische Verstärkungsfasern handeln, welche einen höheren Schmelzpunkt als die Kunststoffmatrix besitzen.The reinforcing fibers are preferably non-thermoplastic reinforcing fibers. In addition or alternatively, the reinforcing fibers may be thermoplastic reinforcing fibers having a higher melting point than the plastic matrix.

Die Verstärkungsfasern können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Fasern, Metallfasern, organischen Fasern wie Polymerfasern, Naturfasern und Kombinationen davon.The reinforcing fibers may be selected from the group consisting of inorganic fibers, metal fibers, organic fibers such as polymer fibers, natural fibers, and combinations thereof.

Beispielsweise können die Verstärkungsfasern ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern, Mineralfasern, Basaltfasern, Borfasern, Kieselsäurefasern, Keramikfasern, Stahlfasern, Kohlenstofffasern (Carbonfasern), Aramidfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern wie Nylonfasern, Polyethylenfasern, Plexiglasfasern, Holzfasern, Flachsfasern, Hanffasern, Jutefasern, Kenaffasern, Ramiefasern, Sisalfasern und Kombinationen davon.For example, the reinforcing fibers may be selected from the group consisting of glass fibers, mineral fibers, basalt fibers, boron fibers, silica fibers, ceramic fibers, steel fibers, carbon fibers, aramid fibers, polyester fibers, polyamide fibers such as nylon fibers, polyethylene fibers, plexiglass fibers, wood fibers, flax fibers, hemp fibers, jute fibers, Kenaf fibers, ramie fibers, sisal fibers and combinations thereof.

Bei den Verstärkungsfasern kann es sich grundsätzlich um Endlosfasern oder um abgelängte Fasern handeln. The reinforcing fibers may in principle be continuous fibers or cut fibers.

Bevorzugt handelt es sich bei den Verstärkungsfasern des Faser-Kunststoff-Verbunds um abgelängte Verstärkungsfasern.Preferably, the reinforcing fibers of the fiber-plastic composite are cut-to-length reinforcing fibers.

Die Verstärkungsfasern können eine Länge von 12 mm bis 50 mm aufweisen. The reinforcing fibers may have a length of 12 mm to 50 mm.

Weiterhin können die Verstärkungsfasern eine Feinheit ≤ 4800 tex, insbesondere von 68 tex bis 2400 tex, bevorzugt 200 tex bis 1200 tex, aufweisen.Furthermore, the reinforcing fibers may have a fineness ≦ 4800 tex, in particular from 68 tex to 2400 tex, preferably 200 tex to 1200 tex.

Bevorzugt sind die Verstärkungsfasern unidirektional in dem Faser-Kunststoff-Verbund angeordnet. Besonders bevorzugt sind die Verstärkungsfasern in Form eines unidirektionalen Geleges in dem Faser-Kunststoff-Verbund angeordnet bzw. enthalten. Unter dem Begriff „unidirektionales Gelege“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Flächengebilde aus einer oder mehreren Lagen von parallel verlaufenden, gestreckten und insbesondere nicht ondulierten Fasern verstanden werden, wobei die Fasern jeweils die gleiche Orientierung aufweisen. The reinforcing fibers are preferably arranged unidirectionally in the fiber-plastic composite. Particularly preferably, the reinforcing fibers are arranged or contained in the form of a unidirectional layer in the fiber-plastic composite. For the purposes of the present invention, the term "unidirectional scrim" is to be understood as meaning a web of one or more layers of parallel, stretched and in particular undulating fibers, the fibers each having the same orientation.

Die Verstärkungsfasern können insbesondere in Form eines unidirektionalen und einlagigen Geleges in dem Faser-Kunststoff-Verbund angeordnet bzw. enthalten sein.The reinforcing fibers can be arranged or contained in particular in the form of a unidirectional and single-layer fabric in the fiber-plastic composite.

Grundsätzlich kann es sich bei der Kunststoffmatrix um eine nicht thermoplastische Kunststoffmatrix handeln.In principle, the plastic matrix may be a non-thermoplastic plastic matrix.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Kunststoffmatrix jedoch um eine thermoplastische Kunststoffmatrix. According to a particularly preferred embodiment, however, the plastic matrix is a thermoplastic polymer matrix.

Im Falle von thermoplastischen Verstärkungsfasern besitzt eine thermoplastische Kunststoffmatrix vorzugsweise einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Verstärkungsfasern. In the case of thermoplastic reinforcing fibers, a thermoplastic resin matrix preferably has a lower melting point than the reinforcing fibers.

Die Kunststoffmatrix kann insbesondere ein thermoplastisches Material aufweisen oder aus einem thermoplastischen Material bestehen, welches vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polypropylen (PP), Polyamide (PA), Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI), Polytetrafluorethylen (PTFE), Thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE) und Kombinationen davon.The plastic matrix may in particular comprise a thermoplastic material or consist of a thermoplastic material, which is preferably selected from the group consisting of polypropylene (PP), polyamides (PA), polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulphide (PPS), polysulphone (PSU), polyetherimide (PEI), polytetrafluoroethylene (PTFE), thermoplastic polyurethane (TPU), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), and combinations thereof.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Kunststoffmatrix textilförmig ausgebildet.In a further embodiment, the plastic matrix is formed in a textile shape.

Bevorzugt weist die Kunststoffmatrix ein Vlies auf oder liegt in Form eines Vlieses vor. The plastic matrix preferably has a nonwoven or is in the form of a nonwoven.

Besonders bevorzugt weist die Kunststoffmatrix einen Vliesstoff auf oder liegt in Form eines Vliesstoffes vor. The plastic matrix particularly preferably has a nonwoven fabric or is in the form of a nonwoven fabric.

Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Kunststoffmatrix um eine thermoplastische und vliesförmige, insbesondere vliesstoffförmige, Kunststoffmatrix. Beispielsweise kann es sich bei der Kunststoffmatrix um einen Vliesstoff aus Polyamid oder Polypropylen handeln.The plastic matrix is particularly preferably a thermoplastic and fleece-shaped, in particular nonwoven-shaped, plastic matrix. For example, the plastic matrix may be a nonwoven fabric of polyamide or polypropylene.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern und die Kunststoffmatrix thermisch miteinander verbunden. Die Verstärkungsfasern und die Kunststoffmatrix können dabei nur lokal, insbesondere nur punktuell, oder durchgehend, d.h. über die gesamte Fläche der Kunststoffmatrix, miteinander verbunden sein.In a further embodiment, the reinforcing fibers and the plastic matrix are thermally bonded together. The reinforcing fibers and the plastic matrix can only locally, in particular only selectively, or continuously, i. over the entire surface of the plastic matrix, be interconnected.

Der Faser-Kunststoff-Verbund ist in einer weiteren Ausführungsform streifenförmig, insbesondere viereckförmig, bevorzugt rechteckförmig, ausgebildet.In a further embodiment, the fiber-plastic composite is strip-shaped, in particular quadrangular, preferably rectangular.

Der Faser-Kunststoff-Verbund kann insbesondere eine Abmessung (Länge x Breite) von 0.3 m×0.7 m bis 5 m×10 m, insbesondere 1 m×1 m bis 5 m×5 m, bevorzugt 1.5 m×2.5 m bis 2.5 m×5 m, besitzen.The fiber-plastic composite may in particular have a dimension (length × width) of 0.3 m × 0.7 m to 5 m × 10 m, in particular 1 m × 1 m to 5 m × 5 m, preferably 1.5 m × 2.5 m to 2.5 m × 5 m, own.

Der Faser-Kunststoff-Verbund ist bevorzugt zur Verwendung als Leichtbauwerkstoff, insbesondere für Anwendungen im Material- und/oder Strukturleichtbau, vorgesehen. The fiber-plastic composite is preferably intended for use as a lightweight material, in particular for applications in lightweight material and / or structural construction.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Faser-Kunststoff-Verbunds wird zur Vermeidung von Wiederholungen vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen. With regard to further features and advantages of the fiber-plastic composite, complete reference is made to the previous description to avoid repetition.

Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung einen Faser-Kunststoff-Verbund (FKV), insbesondere einen zweidimensionalen Faser-Kunststoff-Verbund (FKV), welcher eine Kunststoffmatrix und Verstärkungsfasern aufweist oder aus einer Kunststoffmatrix und Verstärkungsfasern besteht. According to a fourth aspect, the invention relates to a fiber-plastic composite (FRP), in particular a two-dimensional fiber-plastic composite (FRP), which comprises a plastic matrix and reinforcing fibers or consists of a plastic matrix and reinforcing fibers.

Bei der Kunststoffmatrix handelt es sich bevorzugt um eine thermoplastische und insbesondere vliesförmige, vorzugsweise vliesstoffförmige, Kunststoffmatrix. The plastic matrix is preferably a thermoplastic and in particular fleece-shaped, preferably nonwoven-shaped, plastic matrix.

Die Verstärkungsfasern liegen vorzugsweise in Form eines unidirektionalen und insbesondere einlagigen Geleges vor. The reinforcing fibers are preferably in the form of a unidirectional and in particular single-ply Geleges.

Die Kunststoffmatrix liegt vorzugsweise als zweidimensionale Kunststoffmatrix vor.The plastic matrix is preferably in the form of a two-dimensional plastic matrix.

Bevorzugt ist die Kunststoffmatrix streifenförmig, insbesondere viereckförmig, vorzugsweise rechteckförmig, ausgebildet.Preferably, the plastic matrix is strip-shaped, in particular quadrangular, preferably rectangular, formed.

Der vierte Erfindungsaspekt betrifft besonders bevorzugt einen Faser-Kunststoff-Verbund, welcher eine thermoplastische und vorzugsweise vliesstoffförmige Kunststoffmatrix sowie eine Lage von vorzugsweise unidirektional angeordneten Verstärkungsfasern aufweist. The fourth aspect of the invention particularly preferably relates to a fiber-plastic composite, which is a thermoplastic and preferably Non-woven plastic matrix and a layer of preferably unidirectionally arranged reinforcing fibers.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Faser-Kunststoff-Verbunds wird zur Vermeidung von Wiederholungen ebenfalls vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen. With regard to further features and advantages of the fiber-plastic composite, reference is also made to avoid repetition to the previous description.

Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung ein Enderzeugnis, welches wenigstens eine Lage bzw. wenigstens eine Schicht eines Faser-Kunststoff-Verbunds gemäß drittem oder viertem Erfindungsaspekt aufweist. According to a fifth aspect, the invention relates to a final product comprising at least one layer or at least one layer of a fiber-plastic composite according to the third or fourth aspects of the invention.

Im Falle eines mehrlagig bzw. mehrschichtig aufgebauten Enderzeugnisses können sich die einzelnen Lagen bzw. Schichten hinsichtlich der Orientierung ihrer Fasern unterscheiden. In the case of a multi-layered or multi-layered finished product, the individual layers or layers may differ with regard to the orientation of their fibers.

Bei dem Enderzeugnis handelt es sich in einer besonders bevorzugten Ausführungsform um ein Laminat, insbesondere Dünnschichtlaminat. The final product in a particularly preferred embodiment is a laminate, in particular a thin-layer laminate.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Enderzeugnis zur Verwendung als Leichtbauteil, insbesondere zur Verwendung als schalenförmiges Leichtbauteil, vorgesehen. In a further embodiment, the end product is intended for use as a lightweight component, in particular for use as a shell-shaped lightweight component.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Enderzeugnisses wird zur Vermeidung von Wiederholungen ebenso vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen. With regard to further features and advantages of the final product, complete reference is made to the previous description in order to avoid repetition.

Gemäß einem sechsten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds (FKV), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß erstem Erfindungsaspekt. According to a sixth aspect, the invention relates to an apparatus for producing a fiber-plastic composite (FRP), in particular for carrying out a method according to the first aspect of the invention.

Die Vorrichtung weist Folgendes auf:

  • – eine Zuführeinrichtung, insbesondere nur eine Zuführeinrichtung, zum vorzugsweise kontinuierlichen Zuführen eines Verstärkungsfaserrovings, insbesondere lediglich eines Verstärkungsfaserrovings,
  • – eine Spreizeinrichtung, insbesondere nur eine Spreizeinrichtung, zum Spreizen eines Verstärkungsfaserrovings, insbesondere lediglich eines Verstärkungsfaserrovings, und/oder ein Spreizelement oder ggf. mehrere Spreizelemente zum Spreizen eines Verstärkungsfaserrovings, insbesondere lediglich eines Verstärkungsfaserrovings,
  • – einen Wickelkern und
  • – eine Ablegeeinrichtung, insbesondere nur eine Ablegeeinrichtung, zum Ablegen eines gespreizten Verstärkungsfaserrovings, insbesondere lediglich eines gespreizten Verstärkungsfaserrovings, auf oder um eine Kunststoffmatrix, welche auf einen Wickelkern aufgebracht, insbesondere auf oder um einen Wickelkern gewickelt, ist, oder zum Ablegen eines gespreizten Verstärkungsfaserrovings, insbesondere lediglich eines gespreizten Verstärkungsfaserrovings, auf einen nackten, d.h. unbelegten, Wickelkern und/oder eine Ablegeeinrichtung zum Ablegen einer Kunststoffmatrix auf einen nackten, d.h. unbelegten, Wickelkern oder zum Ablegen einer Kunststoffmatrix auf oder um einen gespreizten Verstärkungsfaserroving, welcher auf oder um einen Wickelkern gewickelt ist.
The device has the following:
  • A feed device, in particular only one feed device, for preferably continuous feeding of a reinforcing fiber roving, in particular only one reinforcing fiber roving,
  • A spreading device, in particular only a spreading device, for spreading a reinforcing fiber roving, in particular only a reinforcing fiber roving, and / or a spreading element or optionally a plurality of spreading elements for spreading a reinforcing fiber roving, in particular only a reinforcing fiber roving,
  • - a winding core and
  • A depositing device, in particular only one depositing device, for depositing a spread reinforcing fiber roving, in particular only a spread reinforcing fiber roving, on or around a plastic matrix which is applied to a winding core, in particular wound on or around a winding core, or for laying a spread reinforcing fiber roving, in particular only a spread Verstärkungsfaserrovings, on a bare, ie unoccupied, winding core and / or a depositing device for depositing a plastic matrix on a bare, ie unoccupied, winding core or for depositing a plastic matrix on or around a spread Verstärkungsfaserroving, which wound on or around a winding core is.

Erfindungsgemäß kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Vorrichtung aus den im letzten Absatz erwähnten Komponenten (Zuführeinrichtung, Spreizeinrichtung und/oder Spreizelement bzw. Spreizelemente, Wickelkern und Ablegeeinrichtung(en)) und ggf. einer Heizeinrichtung und/oder einer Arretiereinrichtung, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, besteht.According to the invention, provision can be made in particular for the device to consist of the components mentioned in the last paragraph (feeding device, spreading device and / or spreading element or spreading element, winding core and depositing device (s)) and possibly a heating device and / or an arresting device, which will be described hereinafter will be discussed in more detail exists.

Die Zuführeinrichtung ist vorzugsweise als Rolle bzw. Spule ausgebildet. Bevorzugt stellt die Zuführeinrichtung den Roving kontinuierlich bereit. The feed device is preferably designed as a roller or coil. Preferably, the feeder provides the roving continuously.

Die Spreizeinrichtung umfasst vorzugsweise zwei gegenüberliegend angeordnete Andrückrollen. The spreader preferably comprises two oppositely arranged pressure rollers.

Das Spreizelement bzw. die Spreizelemente kann/können Bestandteil der Ablegeeinrichtung sein.The spreading element or the spreading elements can / can be part of the depositing device.

Die Ablegeeinrichtung zum Ablegen eines gespreizten Verstärkungsfaserrovings ist in einer weiteren Ausführungsform in Längsrichtung des Wickelkerns verfahrbar ausgebildet. Auf diese Weise können Längsabschnitte des gespreizten Verstärkungsfaserrovings sequentiell und insbesondere parallel nebeneinander, vorzugsweise Stoß an Stoß, auf oder um die Kunststoffmatrix oder den nackten Wickelkern abgelegt werden.The depositing device for depositing a spread reinforcing fiber roving is designed to be movable in a further embodiment in the longitudinal direction of the winding core. In this way, longitudinal sections of the expanded reinforcing fiber roving can be deposited sequentially and in particular parallel to one another, preferably stacked on or around the plastic matrix or the bare winding core.

Die Ablegeeinrichtung zum Ablegen eines gespreizten Verstärkungsfaserrovings weist in einer vorteilhaften Ausführungsform ein Heizelement auf. Das Heizelement ist dazu ausgebildet, ein Erwärmen, bevorzugt Aufschmelzen, des Verstärkungsfaserrovings und/oder der Kunststoffmatrix, insbesondere nur einer Kunststoffmatrix, zu bewirken. The depositing device for depositing a spread reinforcing fiber roving has, in an advantageous embodiment, a heating element. The heating element is designed to effect heating, preferably melting, of the reinforcing fiber roving and / or of the plastic matrix, in particular of only one plastic matrix.

In einer alternativen Ausführungsform weist die Vorrichtung eine von der im vorherigen Absatz erwähnten Ablegeeinrichtung unabhängige Heizeinrichtung auf. Die Heizeinrichtung ist dazu ausgebildet, ein Erwärmen, bevorzugt Aufschmelzen, des Verstärkungsfaserrovings und/oder der Kunststoffmatrix, insbesondere nur der Kunststoffmatrix, zu bewirken. Bei der Heizeinrichtung kann es sich insbesondere um einen Wärmestrahler, wie beispielsweise einen Infrarotstrahler, handeln. Die Heizeinrichtung kann des Weiteren in Querrichtung des Wickelkerns verfahrbar ausgebildet, d.h., in Förderrichtung betrachtet, hinter dem Wickelkern angeordnet sein und auf den Wickelkern zu sowie von dem Wickelkern wegbewegbar sein. Bevorzugt bewirkt die Heizeinrichtung ein vollflächiges Erwärmen von Verstärkungsfaserroving und Kunststoffmatrix. Hierzu kann die Heizeinrichtung eine Wärmeabstrahlfläche aufweisen, deren Länge wenigstens der Länge des Wickelkerns entspricht. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise als Heizhaube gestaltet sein.In an alternative embodiment, the device has a heating device independent of the depositing device mentioned in the previous paragraph. The heating device is designed to effect a heating, preferably melting, of the reinforcing fiber roving and / or the plastic matrix, in particular only the plastic matrix. The heating device can in particular be a heat radiator, such as an infrared radiator. The heater may further in the transverse direction of the Winding core formed movable, ie, viewed in the conveying direction, be arranged behind the winding core and be moved away to the winding core to and from the winding core. Preferably, the heater causes a full-surface heating of reinforcing fiber roving and plastic matrix. For this purpose, the heating device may have a heat radiating surface whose length corresponds at least to the length of the winding core. The heater can be designed for example as a heating hood.

Das Heizelement bzw. die Heizeinrichtung ist vorzugsweise dazu vorgesehen, eine thermomechanische, stoffschlüssige Verbindung von Verstärkungsfaserroving und Kunststoffmatrix durch thermische Beanspruchung/Behandlung der Verbundkomponenten zu ermöglichen.The heating element or the heating device is preferably provided to enable a thermomechanical, material-locking connection of reinforcing fiber roving and plastic matrix by thermal stressing / treatment of the composite components.

Das Heizelement bzw. die Heizeinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, den Verstärkungsfaserroving und/oder die Kunststoffmatrix, bevorzugt nur die Kunststoffmatrix, nur lokal, insbesondere nur punktuell, zu erwärmen, bevorzugt aufzuschmelzen.The heating element or the heating device can be designed, in particular, to heat the reinforcing fiber roving and / or the plastic matrix, preferably only the plastic matrix, only locally, in particular only at certain points, preferably to melt it.

Das Heizelement bzw. die Heizeinrichtung kann weiterhin dazu ausgebildet sein, die Kunststoffmatrix unmittelbar aufzuschmelzen oder mittelbar, bevorzugt über ein Erwärmen des Verstärkungsfaserrovings.The heating element or the heating device can furthermore be designed to melt the plastic matrix directly or indirectly, preferably by heating the reinforcing fiber roving.

Die Ablegeeinrichtung weist in einer weiteren Ausführungsform eine Arretiereinheit auf. In a further embodiment, the depositing device has a locking unit.

Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine von der Ablegeeinrichtung unabhängige Arretiereinrichtung aufweisen. Alternatively, the device according to the invention may have an arresting device independent of the depositing device.

Die Arretiereinheit bzw. die Arretiereinrichtung ist dazu ausgebildet, Längsabschnitte des gespreizten Verstärkungsfaserrovings Stoß an Stoß auf die Kunststoffmatrix abzulegen.The locking unit or the locking device is designed to deposit longitudinal sections of the spread reinforcing fiber roving abutting the plastic matrix.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Anpresseinrichtung auf. Die Anpresseinrichtung ist dazu ausgebildet, die Kunststoffmatrix während oder nach einem vorzugsweise stoffschlüssigen Verbinden mit einem Verstärkungsfaserroving, welcher auf oder um einen nackten Wickelkern gewickelt ist, an den Verstärkungsfaserroving zu pressen. In a further embodiment, the device has a pressing device. The pressing device is designed to press the plastic matrix onto the reinforcing fiber roving during or after a preferably cohesive connection to a reinforcing fiber roving, which is wound on or around a bare winding core.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Wickelmaschine, insbesondere Spiralwickelmaschine.The device according to the invention is preferably a winding machine, in particular a spiral winding machine.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen. With regard to further features and advantages of the device, reference is made to the previous description to avoid repetition.

Gemäß einem siebten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds (FKV), welches die folgenden Schritte aufweist:

  • – Wickeln, insbesondere Spiralwickeln, wenigstens eines gespreizten Verstärkungsfaserrovings, vorzugsweise lediglich eines gespreizten Verstärkungsfaserrovings, auf oder um einen Wickelkern, vorzugsweise auf oder um einen nackten, d.h. unbelegten, Wickelkern, und
  • – Wickeln einer Kunststoffmatrix auf oder um den wenigstens einen gewickelten Verstärkungsfaserroving
According to a seventh aspect, the invention relates to a method for producing a fiber-plastic composite (FKV), which comprises the following steps:
  • - Winding, in particular spiral wound, at least one spread Verstärkungsfaserrovings, preferably only a spread Verstärkungsfaserrovings, on or around a winding core, preferably on or about a bare, ie unoccupied, winding core, and
  • Winding a plastic matrix on or around the at least one wound reinforcing fiber roving

Der Ausdruck „wenigstens ein“ bedeutet im Rahmen des siebten Erfindungsaspekts „ein“ (Einzahl bzw. Singular), vorzugsweise lediglich ein, oder mehrere (Vielzahl bzw. Plural, d.h. zwei oder mehr). Entsprechend ist beispielsweise unter dem Ausdruck „wenigstens ein gespreizter Verstärkungsfaserroving“ ein gespreizter Verstärkungsfaserroving, vorzugsweise lediglich ein gespreizter Verstärkungsfaserroving, oder eine Vielzahl von gespreizten Verstärkungsfaserrovings, d.h. zwei oder mehr gespreizte Verstärkungsfaserrovings, zu verstehen. The term "at least one" in the seventh aspect of the invention means "a" (singular), preferably only one or more (plural, i.e., two or more). Similarly, for example, the term "at least one spread gain roving" is a spread gain roving, preferably just a spread gain roving, or a plurality of spread gain rovings, i. two or more splayed reinforcing fiber rovings.

In einer unter Verstärkungsgesichtspunkten vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem wenigstens einen Verstärkungsfaserroving um wenigstens einen nicht thermoplastischen Verstärkungsfaserroving, d.h. um wenigstens einen Roving, welcher nicht thermoplastische Verstärkungsfasern aufweist oder aus nicht thermoplastischen Verstärkungsfasern besteht.In a reinforcement advantageous embodiment, the at least one reinforcing fiber roving is at least one non-thermoplastic reinforcing fiber roving, i. at least one roving comprising non-thermoplastic reinforcing fibers or non-thermoplastic reinforcing fibers.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform handelt es sich bei dem wenigstens einen Verstärkungsfaserroving um wenigstens einen thermoplastischen Verstärkungsfaserroving, d.h. um wenigstens einen Roving, welcher thermoplastische Verstärkungsfasern aufweist oder aus thermoplastischen Verstärkungsfasern besteht. Die Verwendung wenigstens eines derartigen Verstärkungsfaserrovings ermöglicht mit besonderem Vorteil ein binde- und/oder lösungsmittelfreies Verbinden (Fügen) des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix. Insbesondere kann der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving bei dieser Ausführungsform die Funktion einer Kleberkomponente übernehmen.In an alternative embodiment, the at least one reinforcing fiber roving is at least one thermoplastic reinforcing fiber roving, i. at least one roving which comprises thermoplastic reinforcing fibers or consists of thermoplastic reinforcing fibers. The use of at least one such reinforcing fiber roving makes it possible with particular advantage to bind (or join) the at least one spread reinforcing fiber roving and the plastic matrix in a manner that binds and / or dissolves. In particular, the at least one reinforcing fiber roving in this embodiment can take over the function of an adhesive component.

Um die Verstärkungsfunktion des wenigstens einen Faserrovings nicht zu beeinträchtigen, kann es erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass es sich bei dem wenigstens einen Verstärkungsfaserroving um wenigstens einen thermoplastischen Verstärkungsfaserroving handelt, welcher einen höheren Schmelzpunkt besitzt als die Kunststoffmatrix. In order not to impair the reinforcing function of the at least one fiber roving, it can be provided according to the invention in particular that the at least one reinforcing fiber roving is at least one thermoplastic reinforcing fiber roving which has a higher melting point than the plastic matrix.

Erfindungsgemäß kann es weiterhin möglich sein, dass der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving thermoplastische Verstärkungsfasern, welche einen höheren Schmelzpunkt besitzen als die Kunststoffmatrix, sowie nicht thermoplastische Verstärkungsfasern aufweist oder aus solchen Fasern besteht. According to the invention, it may further be possible for the at least one reinforcing fiber roving to comprise or consist of thermoplastic reinforcing fibers which have a higher melting point than the plastic matrix and non-thermoplastic reinforcing fibers.

Die in den zwei vorherigen Absätzen beschriebenen Ausführungsformen haben insbesondere den Vorteil, dass die Verstärkungsfunktion der Fasern nicht beeinträchtigt wird, wenn zum Zwecke einer Verbindung des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings und der Kunststoffmatrix Energie, vorzugsweise Wärmeenergie, eingetragen wird.The embodiments described in the two preceding paragraphs have the particular advantage that the reinforcing function of the fibers is not impaired if energy, preferably thermal energy, is introduced for the purpose of connecting the at least one reinforcing fiber roving and the plastic matrix.

Der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving weist in einer weiteren Ausführungsform Verstärkungsfasern auf oder besteht aus Verstärkungsfasern, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Fasern, Metallfasern, organischen Fasern wie Polymerfasern, Naturfasern und Kombinationen davon. The at least one reinforcing fiber roving in another embodiment comprises reinforcing fibers or consists of reinforcing fibers selected from the group consisting of inorganic fibers, metal fibers, organic fibers such as polymer fibers, natural fibers, and combinations thereof.

Der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving ist in einer weitergehenden Ausführungsform ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wenigstens ein Glasfaserroving, wenigstens ein Mineralfaserroving, wenigstens ein Basaltfaserroving, wenigstens ein Borfaserroving, wenigstens ein Kieselsäurefaserroving, wenigstens ein Keramikfaserroving, wenigstens ein Stahlfaserroving, wenigstens ein Kohlenstofffaserroving (Carbonfaserroving), wenigstens ein Aramidfaserroving, wenigstens ein Polyesterfaserroving, wenigstens ein Polyamidfaserroving wie wenigstens ein Nylonfaserroving, wenigstens ein Polyethylenfaserroving, wenigstens ein Plexiglasfaserroving, wenigstens ein Holzfaserroving, wenigstens ein Flachsfaserroving, wenigstens ein Hanffaserroving, wenigstens ein Jutefaserroving, wenigstens ein Kenaffaserroving, wenigstens ein Ramiefaserroving, wenigstens ein Sisalfaserroving und Kombinationen davon. Mit anderen Worten weist der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving in einer weitergehenden Ausführungsform Verstärkungsfasern auf oder besteht aus Verstärkungsfasern, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Glasfasern, Mineralfasern, Basaltfasern, Borfasern, Kieselsäurefasern, Keramikfasern, Stahlfasern, Kohlenstofffasern (Carbonfasern), Aramidfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern wie Nylonfasern, Polyethylenfasern, Plexiglasfasern, Holzfasern, Flachsfasern, Hanffasern, Jutefasern, Kenaffasern, Ramiefasern, Sisalfasern und Kombinationen davon.The at least one reinforcing fiber roving is in a further embodiment selected from the group consisting of at least one glass fiber roving, at least one mineral fiber roving, at least one basalt fiber roving, at least one boron fiber roving, at least one silica fiber roving, at least one ceramic fiber roving, at least one steel fiber roving, at least one carbon fiber roving, at least one aramid fiber roving, at least one polyester fiber roving, at least one polyamide fiber roving such as at least one nylon fiber roving, at least one polyethylene fiber roving, at least one plexiglass fiber roving, at least one wood fiber roving, at least one flax fiber roving, at least one hemp roving, at least one jute roving, at least one kenaffa roving, at least one ramie roving, at least one Sisal fiber roving and combinations thereof. In other words, the at least one reinforcing fiber roving in a further embodiment comprises reinforcing fibers or consists of reinforcing fibers selected from the group consisting of glass fibers, mineral fibers, basalt fibers, boron fibers, silica fibers, ceramic fibers, steel fibers, carbon fibers, aramid fibers, polyester fibers, Polyamide fibers such as nylon fibers, polyethylene fibers, plexiglass fibers, wood fibers, flax fibers, hemp fibers, jute fibers, kenaf fibers, ramie fibers, sisal fibers, and combinations thereof.

Der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving weist in einer weiteren Ausführungsform eine Feinheit ≤ 4800 tex, insbesondere von 68 tex bis 2400 tex, bevorzugt 200 tex bis 1200 tex, auf. Unter dem Begriff „Feinheit“ soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein längenbezogenes Gewicht des wenigstens eine Verstärkungsfaserrovings verstanden werden. Die Einheit 1 tex bedeutet ein Gewicht von 1 Gramm pro 1000 Meter Rovinglänge. In a further embodiment, the at least one reinforcing fiber roving has a fineness ≦ 4800 tex, in particular from 68 tex to 2400 tex, preferably 200 tex to 1200 tex. For the purposes of the present invention, the term "fineness" is to be understood to mean a length-related weight of the at least one reinforcing fiber roving. The unit 1 tex means a weight of 1 gram per 1000 meters roving length.

In einer Ausführungsform wird der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving vor dem Wickeln an dem Wickelkern befestigt. Beispielsweise kann der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving mittels einer mechanischen, elektrischen oder pneumatischen Klemmeinrichtung an dem Wickelkern befestigt werden. Bei der Klemmeinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine in den Wickelkern versenkbare Klemmeinrichtung. In one embodiment, the at least one expanded reinforcing fiber roving is secured to the winding core prior to winding. For example, the at least one reinforcing fiber roving can be fastened to the winding core by means of a mechanical, electrical or pneumatic clamping device. The clamping device is preferably a retractable into the winding core clamping device.

Der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving wird vorzugsweise mittels einer in Längsrichtung des Wickelkerns verfahrbaren Ablegeeinrichtung auf oder um den Wickelkern gewickelt.The at least one spread reinforcing fiber roving is preferably wound on or around the winding core by means of a laying device which can be moved in the longitudinal direction of the winding core.

In einer weiteren Ausführungsform werden bei dem Wickeln des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings (auf oder um den Wickelkern) Längsabschnitte des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings, vorzugsweise sequenziell, auf Wickelkern abgelegt. In a further embodiment, during the winding of the at least one spread reinforcing fiber roving (on or around the winding core), longitudinal sections of the at least one spread reinforcing fiber roving, preferably sequentially, are deposited on the winding core.

Bevorzugt werden bei dem Wickeln des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings (auf oder um den Wickelkern) Längsabschnitte des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings nebeneinander, insbesondere parallel nebeneinander, auf den Wickelkern abgelegt.During the winding of the at least one spread reinforcing fiber roving (on or around the winding core), longitudinal sections of the at least one spread reinforcing fiber roving are preferably laid side by side, in particular parallel to one another, on the winding core.

Vorzugsweise werden bei dem Wickeln des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings (auf oder um den Wickelkern) Längsabschnitte des wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserrovings Stoß an Stoß auf den Wickelkern abgelegt.During the winding of the at least one spread reinforcing fiber roving (on or around the winding core), longitudinal sections of the at least one spread reinforcing fiber roving are preferably deposited onto the winding core in shock-on-impact fashion.

Für den Fall, dass es sich bei dem wenigstens einen gespreizten Verstärkungsfaserroving um mehrere Verstärkungsfaserrovings handelt, werden diese in einer bevorzugten Ausführungsform parallel nebeneinander auf oder um den Wickelkern gewickelt.In the event that the at least one spread reinforcing fiber roving is a plurality of reinforcing fiber rovings, in a preferred embodiment, they are wound parallel to one another on or around the winding core.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving in Form eines Geleges, insbesondere unidirektionalen und vorzugsweise einlagigen Geleges, auf oder um den Wickelkern gewickelt.According to a particularly preferred embodiment, the at least one spread reinforcing fiber roving is wound on or around the winding core in the form of a slip, in particular a unidirectional and preferably single-ply slip.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Kunststoffmatrix vor dem Wickeln (auf oder um den wenigstens einen gewickelten Verstärkungsfaserroving) mittels einer mechanischen, elektrischen oder pneumatischen Klemmschiene entlang der Länge des Wickelkerns fixiert. In another embodiment, the plastic matrix is fixed prior to winding (on or around the at least one wound reinforcing fiber roving) by means of a mechanical, electrical or pneumatic clamping rail along the length of the winding core.

Grundsätzlich kann der wenigstens eine gespreizte Verstärkungsfaserroving mehrlagig auf oder um den Wickelkern gewickelt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt ist es jedoch, wenn der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving nur einlagig, d.h. nur in einer Lage, auf oder um den Wickelkern gewickelt wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft im Hinblick auf eine Weiterverarbeitung des mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhältlichen Faser-Kunststoff-Verbunds zu Dünnschichtlaminaten mit möglichst niedrigen Dicken. In principle, the at least one spread reinforcing fiber roving can be wound in multiple layers on or around the winding core. According to the invention, however, it is preferred if the at least one reinforcing fiber roving is wound in only one layer, ie only in one layer, on or around the winding core. This is particularly advantageous with regard to a further processing of the obtainable by the process according to the invention fiber-plastic composite to thin-film laminates with the lowest possible thicknesses.

Grundsätzlich kann die Kunststoffmatrix mehrlagig auf oder um den wenigstens einen Verstärkungsfaserroving gewickelt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt ist es jedoch, wenn die Kunststoffmatrix einlagig, d.h. lediglich in einer Lage, auf oder um den wenigstens einen Verstärkungsfaserroving gewickelt wird. Dies ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine Weiterverarbeitung des Faser-Kunststoff-Verbunds zu Dünnschichtlaminaten mit möglichst geringer Dicke jeder einzelnen Laminatschicht.In principle, the plastic matrix can be wound in multiple layers on or around the at least one reinforcing fiber roving. However, it is preferred according to the invention if the plastic matrix is single-layered, i. only in one layer, on or around the at least one reinforcing fiber roving is wound. This is particularly advantageous with regard to a further processing of the fiber-plastic composite to thin-film laminates with the smallest possible thickness of each laminate layer.

In einer weiteren Ausführungsform werden während des Wickelns der Kunststoffmatrix oder nach dem Wickeln der Kunststoffmatrix (auf oder um den wenigstens einen Verstärkungsfaserroving) der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving und die Kunststoffmatrix vorzugsweise stoffschlüssig auf dem Wickelkern unter Erhalt eines gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds miteinander verbunden. In another embodiment, during winding of the plastic matrix or after winding the plastic matrix (on or around the at least one reinforcing fiber roving), the at least one reinforcing fiber roving and the plastic matrix are preferably bonded together in a cohesive manner on the winding core to obtain a wound fiber-plastic composite.

Das Verbinden der Kunststoffmatrix und des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings kann dabei insbesondere ohne die Verwendung eines Binde- und/oder Lösungsmittels durchgeführt werden. The bonding of the plastic matrix and the at least one reinforcing fiber roving can be carried out in particular without the use of a binder and / or solvent.

Grundsätzlich kann das Verbinden der Kunststoffmatrix und des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings nur lokal, insbesondere nur punktuell, durchgeführt werden. Ein nur lokales, insbesondere nur punktuelles, Verbinden der Kunststoffmatrix und des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings hat den Vorteil, dass ein hierfür erforderlicher Energieeintrag und eine damit einhergehende Materialbeanspruchung der Kunststoffmatrix und des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings minimal gehalten werden können. Eine nennenswerte Beeinträchtigung von deren werkstoffspezifischem Leistungspotenzial kann mithin vermieden werden. In principle, the joining of the plastic matrix and the at least one reinforcing fiber roving can be carried out only locally, in particular only at certain points. An only local, in particular only selective, connecting the plastic matrix and the at least one reinforcing fiber roving has the advantage that a required energy input and a concomitant material stress of the plastic matrix and the at least one Verstärkungsfaserrovings can be minimized. Significant impairment of their material-specific performance potential can be avoided.

In einer alternativen Ausführungsform werden die Kunststoffmatrix und der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving vollflächig miteinander verbunden.In an alternative embodiment, the plastic matrix and the at least one reinforcing fiber roving are connected to one another over the entire surface.

In einer weitergehenden Ausführungsform werden zum Erhalt des gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds die Kunststoffmatrix und der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving thermisch, d.h. unter Wärmezufuhr, miteinander verbunden. Hierzu können grundsätzlich die Kunststoffmatrix und/oder der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving, bevorzugt der wenigstens eine Verstärkungsfaserroving und die Kunststoffmatrix, erwärmt werden. Das Erwärmen kann dabei vor, während oder nach dem Wickeln der Kunststoffmatrix auf oder um den wenigstens einen Verstärkungsfaserroving vorgenommen werden.In a further embodiment, to obtain the wound fiber-plastic composite, the plastic matrix and the at least one reinforcing fiber roving are thermally, i. under heat, connected together. For this purpose, in principle, the plastic matrix and / or the at least one reinforcing fiber roving, preferably the at least one reinforcing fiber roving and the plastic matrix, can be heated. The heating can be carried out before, during or after the winding of the plastic matrix on or around the at least one reinforcing fiber roving.

Das Erwärmen der Kunststoffmatrix und/oder des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings wird in einer weiteren Ausführungsform mittels einer Heizeinrichtung vorgenommen. Die Heizeinrichtung kann zum Beispiel als Heizhaube gestaltet sein. The heating of the plastic matrix and / or of the at least one reinforcing fiber roving is carried out in another embodiment by means of a heating device. The heating device can be designed, for example, as a heating hood.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform handelt es sich bei der Heizeinrichtung um einen in Querrichtung zum Wickelkern verfahrbaren Heizeinrichtung. In an expedient embodiment, the heating device is a heating device movable transversely to the winding core.

In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Heizeinrichtung um einen Wärmestrahler, insbesondere Infrarotstrahler.In a further embodiment, the heating device is a heat radiator, in particular infrared radiator.

Die Heizeinrichtung weist vorzugsweise eine Wärmeabstrahlfläche auf, deren Länge wenigstens der Länge des Wickelkerns entspricht. Bevorzugt wird der Wickelkern während des Erwärmens wenigstens einmal um 360 Grad um die eigene Längsachse gedreht. Auf diese Weise kann ein vollständiges Erwärmen der Kunststoffmatrix sowie des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings gewährleistet werden. Mittels einer derartigen Heizeinrichtung ist mit besonderem Vorteil ein Erwärmen der Kunststoffmatrix und/oder des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings während des Wickelns oder nach dem Wickeln der Kunststoffmatrix auf oder um den wenigstens einen Verstärkungsroving möglich.The heating device preferably has a heat radiation surface whose length corresponds at least to the length of the winding core. Preferably, the winding core is rotated at least once by 360 degrees about its own longitudinal axis during heating. In this way, a complete heating of the plastic matrix and the at least one reinforcing fiber roving can be ensured. By means of such a heating device it is particularly advantageously possible to heat the plastic matrix and / or the at least one reinforcing fiber roving during winding or after winding the plastic matrix on or around the at least one reinforcing roving.

Ein thermisches Verbinden der Kunststoffmatrix und des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings kann grundsätzlich auf einem (partiellen) Aufschmelzen der Kunststoffmatrix und/oder des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings, vorzugsweise nur auf einem (partiellen) Aufschmelzen der Kunststoffmatrix, und einem anschließenden Verfestigen der Kunststoffmatrix und/oder des wenigstens einen Verstärkungsfaserrovings, vorzugsweise auf einem anschließenden Verfestigen nur der Kunststoffmatrix, beruhen. A thermal bonding of the plastic matrix and the at least one reinforcing fiber roving can basically be based on (partial) melting of the plastic matrix and / or the at least one reinforcing fiber roving, preferably only on (partial) melting of the plastic matrix, and then solidifying the plastic matrix and / or the at least a reinforcing fiber rovings, preferably based on a subsequent solidification of only the plastic matrix.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Kunststoffmatrix während des vorzugsweise stoffschlüssigen Verbindens mit dem wenigstens einen Verstärkungsfaserroving mittels einer Anpresseinrichtung, vorzugsweise einer Walze, an den wenigstens einen Verstärkungsfaserroving gepresst. In a further embodiment, the plastic matrix is pressed against the at least one reinforcing fiber roving during the preferably integral connection with the at least one reinforcing fiber roving by means of a pressing device, preferably a roller.

In einer weiteren Ausführungsform wird der in den vorangegangenen Ausführungsformen beschriebene gewickelte Faser-Kunststoff-Verbund von dem Wickelkern entfernt. Im Falle eines mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildeten Wickelkerns kann dies dadurch geschehen, dass der Wickelkern nach Erhalt des gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds entformt wird. In a further embodiment, the wound fiber-plastic composite described in the preceding embodiments is removed from the winding core. In the case of a multi-part, in particular two-part, formed winding core this can be done in that the winding core is removed from the mold after receiving the wound fiber-plastic composite.

In einer alternativen Ausführungsform wird der Wickelkern nach Erhalt des gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds durch Auswaschen, insbesondere Herauslösen, aus dem gewickelten Faser-Kunststoff-Verbund entfernt. In an alternative embodiment, the winding core, after receiving the wound fiber-plastic composite by washing, in particular dissolution, removed from the wound fiber-plastic composite.

In einer weiteren Ausführungsform wird der gewickelte Faser-Kunststoff-Verbund von dem Wickelkern abgezogen. In a further embodiment, the wound fiber-plastic composite is withdrawn from the winding core.

Bei dem in den vorangegangenen Ausführungsformen erwähnten gewickelten Faser-Kunststoff-Verbund, bei welchem es sich vorzugsweise um einen spiralgewickelten Faser-Kunststoff-Verbund handelt, kann es sich grundsätzlich bereits um den erfindungsgemäß herzustellenden Faser-Kunststoff-Verbund handeln.The wound fiber-plastic composite mentioned in the preceding embodiments, which is preferably a spirally wound fiber-plastic composite, may in principle already be the fiber-plastic composite to be produced according to the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der in den vorangegangenen Ausführungsformen erwähnte gewickelte Faser-Kunststoff-Verbund jedoch weiter verarbeitet. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem in den vorangegangenen Ausführungsformen erwähnten gewickelten Faser-Kunststoff-Verbund vorzugsweise nur um ein Zwischenprodukt.In a preferred embodiment, however, the wound fiber-plastic composite mentioned in the preceding embodiments is further processed. In other words, the wound fiber-plastic composite mentioned in the preceding embodiments is preferably only an intermediate product.

Vorzugsweise wird der in den vorangegangenen Ausführungsformen erwähnte gewickelte Faser-Kunststoff-Verbund entlang seiner Längsrichtung, d.h. entlang der Wickelkernachse, unter Erhalt eines zweidimensionalen Faser-Kunststoff-Verbunds durchtrennt, vorzugsweise aufgeschnitten. Bei dem zweidimensionalen Faser-Kunststoff-Verbund handelt es sich bevorzugt um den erfindungsgemäß herzustellenden Faser-Kunststoff-Verbund. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren somit vorzugsweise um ein Verfahren zur Herstellung eines zweidimensionalen Faser-Kunststoff-Verbunds, insbesondere eines zweidimensionalen Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeugs (FKV-Halbzeug).Preferably, the wound fiber-plastic composite mentioned in the preceding embodiments is moved along its longitudinal direction, i. along the winding core axis, cut to obtain a two-dimensional fiber-plastic composite, preferably cut open. The two-dimensional fiber-plastic composite is preferably the fiber-plastic composite to be produced according to the invention. In other words, the method according to the invention is thus preferably a method for producing a two-dimensional fiber-plastic composite, in particular a two-dimensional fiber-plastic composite semifinished product (FRP semi-finished product).

Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem herzustellenden Faser-Kunststoff-Verbund um ein unidirektional endlosfaserverstärktes Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeug (FKV-Halbzeug). Mit anderen Worten handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders bevorzugt um ein Verfahren zur Herstellung eines unidirektional endlosfaserverstärkten Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeugs (FKV-Halbzeug).Particularly preferably, the fiber-plastic composite to be produced is a unidirectionally endless-fiber-reinforced fiber-plastic composite semifinished product (semifinished FRP). In other words, the method according to the invention is particularly preferably a method for producing a unidirectionally continuous fiber-reinforced fiber-plastic composite semifinished product (semifinished product).

In einer weiteren Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich betrieben. Mit anderen Worten kann es erfindungsgemäß bevorzugt sein, wenn es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds handelt. In a further embodiment, the process according to the invention is operated continuously. In other words, it may be preferred according to the invention if the process according to the invention is a continuous process for producing a fiber-plastic composite.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein kontinuierliches Wickelverfahren, insbesondere um ein kontinuierlich-sequentielles Wickelverfahren, zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds. In a preferred embodiment, the process according to the invention is a continuous winding process, in particular a continuous-sequential winding process, for producing a fiber-plastic composite.

In einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein kontinuierliches Spiralwickelverfahren, insbesondere um ein kontinuierlich-sequentielles Spiralwickelverfahren, zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds. In a particularly preferred embodiment, the process according to the invention is a continuous spiral winding process, in particular a continuous-sequential spiral winding process, for producing a fiber-plastic composite.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Verfahrens, insbesondere der Kunststoffmatrix, des (wenigstens einen) Verstärkungsfaserrovings sowie des Wickelkerns, wird zur Vermeidung von Wiederholungen vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen.With regard to further features and advantages of the method, in particular the plastic matrix, the (at least one) reinforcing fiber roving and the winding core, reference is made to the previous description to avoid repetition.

Gemäß einem achten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines Faser-Kunststoff-Verbunds gemäß drittem oder viertem Erfindungsaspekt als Leichtbauwerkstoff, insbesondere für Anwendungen im Material- und/oder Strukturleichtbau.According to an eighth aspect, the invention relates to the use of a fiber-plastic composite according to the third or fourth aspect of the invention as a lightweight material, in particular for applications in material and / or structural lightweight construction.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des Faser-Kunststoff-Verbunds wird zur Vermeidung von Wiederholungen ebenfalls vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen. With regard to further features and advantages of the fiber-plastic composite, reference is also made to avoid repetition to the previous description.

Abschließend sollen die Vorteile, welche sich durch die vorliegende Erfindung erzielen lassen, noch einmal wie folgt zusammengefasst werden:

  • – Durch eine kontinuierliche Verarbeitung vorzugsweise nur eines Rovings zu einem Faser-Kunststoff-Verbund lassen sich eine höhere Prozessstabilität sowie -sicherheit erreichen.
  • – Es werden großserientechnisch verfügbare Verbundkomponenten in vorzugsweise sortenreiner Anhäufung verwendet, nämlich Verstärkungsfaserroving und Kunststoffmatrix.
  • – Die Toleranzen der Materialanhäufungen können im Bedarfsfall auf die Toleranzen von lediglich zwei zu paarenden Ausgangskomponenten, nämlich Verstärkungsfaserroving sowie Kunststoffmatrix, beschränkt werden.
  • – Konstante geometrische Verarbeitungsverhältnisse können identisch in jeden herzustellenden Faser-Kunststoff-Verbund übertragen werden und gewähren eine maximale Reproduzierbarkeit und Strukturhomogenität bei der Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds.
  • – Materialmängel können im laufenden Prozess unmittelbar erkannt werden. Bis zum Erkennen eines Mangels hergestellte Mengen eines Faser-Kunststoff-Verbunds und damit geleistete Produktivität bleiben für die weitere Verarbeitung, insbesondere zur Herstellung von Dünnschichtlaminaten, erhalten. Prozessunterbrechungen beschränken sich mithin auf die Mängelbeseitigung an der jeweiligen Einzelkomponente. Anschließend kann der Prozess ohne Qualitätsverlust fortgesetzt werden.
  • – Durch eine kontinuierliche Positionserkennung am Ablage- und Fügeort kann die Strukturhomogenität des herzustellenden Faser-Kunststoff-Verbunds geregelt werden. In Kombination mit einer Fadenspannungsregulierung kann dies zu einer deutlichen Verringerung der technischen Prozessintensität beitragen.
  • – Durch Verwendung einer insbesondere vliesstoffförmigen Kunststoffmatrix besteht die Möglichkeit einer erheblichen Reduzierung der Schichtdicke des herzustellenden Faser-Kunststoff-Verbunds sowie von hieraus hergestellten Dünnschichtlaminaten.
  • – Bei Verwendung einer insbesondere vliesstoffförmigen Kunststoffmatrix lässt sich der Faservolumengehalt des herzustellenden Faser-Kunststoff-Verbunds mit besonderem Vorteil über das Flächengewicht der Kunststoffmatrix einstellen. Entsprechendes gilt für ausgehend von dem Faser-Kunststofff-Verbund hergestellte Dünnschichtlaminate. Hierdurch erweisen sich die erfindungsgemäßen Verfahren als sehr flexibel und eröffnen insbesondere die Möglichkeit für einen schnellen Produktwechsel.
  • – Ein weiterer Vorteil besteht in der Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds, bei welchem die Fasern vorzugsweise in Form eines unidirektionalen Geleges vorliegen, wodurch eine eingangs im Zusammenhang mit Geweben als nachteilig beschriebene Ondulation der Fasern vermieden werden kann.
  • – Proportional zu gesteigerten Spreizraten können die Massen von zu verarbeitender Kunststoffmatrix vorzugsweise halbiert werden. Auf diese Weise sind insbesondere thermoplastische FKV-Leichtbaulaminate realisierbar, die je Laminatschicht deutlich im Dickenbereich von 0.1 mm und kleiner liegen.
  • – Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine energie- und ressourceneffiziente Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden, insbesondere Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeugen.
Finally, the advantages that can be achieved by the present invention are summarized again as follows:
  • By a continuous processing preferably only a roving to a fiber-plastic composite, a higher process stability and safety can be achieved.
  • - Composite components which are available on a mass-production basis are preferably used in preferably sort-pure accumulation, namely reinforcing fiber roving and plastic matrix.
  • - The tolerances of the material accumulations can be limited if necessary to the tolerances of only two to mating output components, namely reinforcing fiber roving and plastic matrix.
  • - Constant geometric processing conditions can be transferred identically in each fiber-plastic composite to be produced and provide maximum reproducibility and Structural homogeneity in the production of a fiber-plastic composite.
  • - Material defects can be detected immediately during the ongoing process. Quantities of a fiber-plastic composite produced up to the detection of a defect and the productivity thus achieved are retained for further processing, in particular for the production of thin-film laminates. Process interruptions are therefore limited to the removal of defects in the individual component. Subsequently, the process can continue without loss of quality.
  • - By a continuous position detection at the storage and joining the structural homogeneity of the produced fiber-plastic composite can be controlled. In combination with a thread tension regulation this can contribute to a significant reduction of the technical process intensity.
  • - By using a particular nonwoven-shaped plastic matrix there is the possibility of a significant reduction of the layer thickness of the fiber-plastic composite to be produced and of thin-film laminates produced therefrom.
  • - When using a particular nonwoven-shaped plastic matrix, the fiber volume content of the produced fiber-plastic composite can be adjusted with particular advantage over the basis weight of the plastic matrix. The same applies to thin film laminates produced from the fiber-plastic composite. As a result, the methods according to the invention prove to be very flexible and in particular open up the possibility of a rapid product change.
  • A further advantage consists in the production of a fiber-plastic composite in which the fibers are preferably in the form of a unidirectional layer, whereby an undulation of the fibers described above in connection with fabrics can be avoided.
  • Proportional to increased spreading rates, the masses of plastic matrix to be processed can preferably be halved. In this way, in particular thermoplastic FKV lightweight laminates can be realized, which per laminate layer are clearly in the thickness range of 0.1 mm and smaller.
  • Overall, the invention enables an energy and resource-efficient production of fiber-plastic composites, in particular fiber-plastic composite semi-finished products.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren sowie anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Dabei können einzelne Merkmale jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. The present invention will be described by way of example with reference to advantageous embodiments with reference to the accompanying figures and with reference to an embodiment. In this case, individual features can be realized individually or in combination with each other.

FigurenkurzbeschreibungBrief Description

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. 1 schematically shows a device according to the invention for producing a fiber-plastic composite according to a method of the invention.

2 zeigt schematisch eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. 2 schematically shows a further device according to the invention for producing a fiber-plastic composite according to a method of the invention.

Ausführliche FigurenbeschreibungDetailed description of the figures

1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds gemäß der vorliegenden Erfindung. Der hergestellte Faser-Kunststoff-Verbund liegt dabei vorzugsweise in Form eines Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeugs vor. 1 shows a device 100 for carrying out a process for producing a fiber-plastic composite according to the present invention. The produced fiber-plastic composite is preferably in the form of a fiber-plastic composite semifinished product.

Die Vorrichtung 100 umfasst eine Zuführeinrichtung 110 zum Zuführen von lediglich einem Verstärkungsfaserroving 120. Die Zuführeinrichtung 110 ist vorzugsweise als Rolle bzw. Spule ausgebildet, von welcher der Verstärkungsfaserroving 120 in Förderrichtung vorzugsweise kontinuierlich abrollbar bereitgestellt wird. The device 100 includes a feeder 110 for feeding only one reinforcing fiber roving 120 , The feeder 110 is preferably formed as a role or coil, of which the reinforcing fiber roving 120 is preferably provided in the conveying direction continuously rollable.

Die Vorrichtung 100 umfasst weiterhin eine Spreizeinrichtung 130 zum Spreizen des Verstärkungsfaserrovings 120. Bevorzugt ist die Spreizeinrichtung 130 in Form von zwei gegenüberliegend angeordneten Andrückrollen 132, 134 ausgebildet. The device 100 further comprises a spreader 130 for spreading the reinforcing fiber roving 120 , The spreading device is preferred 130 in the form of two oppositely arranged pressure rollers 132 . 134 educated.

Die Vorrichtung 100 umfasst ferner einen rotationssymmetrischen Wickelkern 140. Der Wickelkern 140 ist mittels einer (nicht dargestellten) Antriebseinheit in Drehung versetzbar. The device 100 further comprises a rotationally symmetrical winding core 140 , The winding core 140 is by means of a (not shown) drive unit set in rotation.

Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Ablegeeinrichtung 150 zum Ablegen des gespreizten Verstärkungsfaserrovings 120 auf eine vorzugsweise thermoplastische und insbesondere zweidimensionale Kunststoffmatrix 160, welche auf den Wickelkern 140 aufgebracht, insbesondere gewickelt, ist. The device 100 further comprises a depositing device 150 for depositing the spread reinforcing fiber roving 120 on a preferably thermoplastic and in particular two-dimensional plastic matrix 160 , which on the winding core 140 applied, in particular wound, is.

Um Längsabschnitte des gespreizten Verstärkungsfaserrovings 120 parallel nebeneinander auf die Kunststoffmatrix 160 ablegen zu können, ist die Ablegeeinrichtung 150 in Längsrichtung des Wickelkerns 140 verfahrbar ausgebildet. To longitudinal sections of the spread reinforcing fiber roving 120 parallel next to each other on the plastic matrix 160 to be able to take off, is the depositing device 150 in the longitudinal direction of the winding core 140 movable trained.

Um Längsabschnitte des gespreizten Verstärkungsfaserrovings 120 zudem Stoß an Stoß auf die Kunststoffmatrix 160 ablegen zu können, ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Vorrichtung 100 ferner eine Arretiereinrichtung 170 aufweist. To longitudinal sections of the spread reinforcing fiber roving 120 also shock to impact on the plastic matrix 160 it is furthermore preferred when the device 100 Furthermore, a locking device 170 having.

Zum thermischen Verbinden des gespreizten Verstärkungsfaserrovings 120 und der Kunststoffmatrix 160 umfasst die Vorrichtung 100 ferner eine Heizeinrichtung 180, vorzugsweise in Form einer Heizhaube. Die Heizeinrichtung 180 weist vorzugsweise eine Wärmeabstrahlfläche auf, deren Länge wenigstens der Länge des Wickelkerns 140 entspricht. Die Heizeinrichtung 180 ist bevorzugt in Querrichtung des Wickelkerns 140 verfahrbar ausgebildet und kann somit auf den Wickelkern 140 zubewegt oder von diesem wegbewegt werden.For thermally connecting the spread reinforcing fiber roving 120 and the plastic matrix 160 includes the device 100 Further, a heater 180 , preferably in the form of a heating hood. The heater 180 preferably has a heat radiation surface whose length is at least the length of the winding core 140 equivalent. The heater 180 is preferred in the transverse direction of the winding core 140 designed movable and can thus on the winding core 140 moved or moved away from it.

Im Folgenden wird die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der in 1 dargestellten Vorrichtung 100 beschrieben:
Der Verstärkungsfaserroving 120 wird vorzugsweise kontinuierlich von der Zufuhreinrichtung 110 abgerollt und in Richtung der Spreizeinrichtung 130 befördert. Beim Durchlaufen der Spreizeinrichtung 130 wird der Verstärkungsfaserroving 120 zu einem Roving mit einem bandförmigen Querschnitt gespreizt beziehungsweise verbreitert.In the following, the implementation of a method according to the invention by means of in 1 illustrated device 100 described:
The reinforcing fiber roving 120 is preferably continuously from the supply device 110 unrolled and in the direction of the spreader 130 promoted. When passing through the spreader 130 becomes the reinforcing fiber roving 120 spread or widened to a roving with a band-shaped cross-section.

Nach dem Spreizen wird der Verstärkungsfaserroving 120 sodann mittels der Ablegeeinrichtung 150 auf die vorzugsweise thermoplastische Kunststoffmatrix 160 gewickelt. Der Wickelkern 140 wird dabei kontinuierlich in Drehung versetzt. Beim Wickeln des Verstärkungsfaserrovings 120 auf die Kunststoffmatrix 160 verfährt die Ablegeeinrichtung 150 in Längsrichtung des Wickelkerns 140, so dass Längsabschnitte des gespreizten Verstärkungsfaserrovings 120 sequentiell und insbesondere parallel nebeneinander auf die Kunststoffmatrix 160 abgelegt werden. Durch die Arretiereinrichtung 170 werden die Längsabschnitte des gespreizten Verstärkungsfaserrovings 120 zudem Stoß an Stoß auf die Kunststoffmatrix 160 abgelegt. After spreading, the reinforcing fiber roving becomes 120 then by means of the depositing device 150 on the preferably thermoplastic polymer matrix 160 wound. The winding core 140 is continuously rotated. When winding the reinforcing fiber roving 120 on the plastic matrix 160 moves the depositing device 150 in the longitudinal direction of the winding core 140 such that longitudinal sections of the splayed reinforcing fiber roving 120 sequential and in particular parallel next to each other on the plastic matrix 160 be filed. By the locking device 170 become the longitudinal sections of the spread reinforcing fiber roving 120 also shock to impact on the plastic matrix 160 stored.

Nach dem Wickeln des Verstärkungsfaserrovings 120 auf die Kunststoffmatrix 160 wird die Kunststoffmatrix 160 mittels der Heizeinrichtung 180 (partiell) aufgeschmolzen. Hierzu wird die Heizeinrichtung 180 bis zum Erreichen eines definierten Abstandes auf den Wickelkern 140 zubewegt. Während des Heizvorganges wird der Wickelkern 140 wenigstens einmal um 360 Grad um die eigene Längsachse gedreht. Durch ein anschließendes Verfestigen der Kunststoffmatrix 160 wird ein gewickelter, insbesondere spiralgewickelter, Faser-Kunststoff-Verbund 190 erhalten. Der gewickelte Faser-Kunststoff-Verbund 190 wird vorzugsweise entlang seiner Längsrichtung durchtrennt, insbesondere aufgeschnitten, und in einen nicht dargestellten zweidimensionalen Faser-Kunststoff-Verbund überführt, bei welchem es sich um ein besonders bevorzugtes Herstellungsprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt.After winding the reinforcing fiber roving 120 on the plastic matrix 160 becomes the plastic matrix 160 by means of the heater 180 (partially) melted. For this purpose, the heater 180 until reaching a defined distance on the winding core 140 moved. During the heating process, the winding core 140 at least once rotated 360 degrees around its own longitudinal axis. By subsequently solidifying the plastic matrix 160 is a wound, in particular spiral wound, fiber-plastic composite 190 receive. The wound fiber-plastic composite 190 is preferably severed along its longitudinal direction, in particular cut, and converted into a non-illustrated two-dimensional fiber-plastic composite, which is a particularly preferred product of the process according to the invention.

2 zeigt eine weitere Vorrichtung 200 zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds gemäß der vorliegenden Erfindung. Der hergestellte Faser-Kunststoff-Verbund liegt dabei vorzugsweise in Form eines Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeugs vor. 2 shows another device 200 for carrying out a process for producing a fiber-plastic composite according to the present invention. The produced fiber-plastic composite is preferably in the form of a fiber-plastic composite semifinished product.

Die Vorrichtung 200 umfasst einen rotationssymmetrischen Wickelkern 240. Der Wickelkern 240 ist mittels einer (nicht dargestellten) Antriebseinheit in Drehung versetzbar. Der Wickelkern 240 kann beispielsweise walzenförmig ausgestaltet sein.The device 200 comprises a rotationally symmetrical winding core 240 , The winding core 240 is by means of a (not shown) drive unit set in rotation. The winding core 240 can be designed, for example, cylindrical.

Die Vorrichtung 200 umfasst ferner eine Anpresseinrichtung 245. Die Anpresseinrichtung 245 ist dazu ausgebildet, eine zweidimensionale Kunststoffmatrix 260 an einen Verstärkungsfaserroving 220, welcher auf oder um den Wickelkern 240 gewickelt ist, zu pressen. Bei der Anpresseinrichtung 245 handelt es sich vorzugsweise um eine (kalte) Walze, welche vorzugsweise mit Teflon beschichtet ist. The device 200 further comprises a pressing device 245 , The pressing device 245 is designed to be a two-dimensional plastic matrix 260 to a reinforcing fiber roving 220 , which on or around the winding core 240 is wound to press. At the pressing device 245 it is preferably a (cold) roll, which is preferably coated with Teflon.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung 200 eine Heizeinrichtung 280. Die Heizeinrichtung 280 ist dazu vorgesehen, den Verstärkungsfaserroving 220 sowie die Kunststoffmatrix 260 thermisch miteinander zu verbinden. Das thermische Verbinden von Verstärkungsfaserroving 220 und Kunststoffmatrix 260 beruht dabei vorzugsweise auf einem (partiellen) Aufschmelzen der Kunststoffmatrix 260 sowie einem anschließenden Verfestigen der Kunststoffmatrix 260. Furthermore, the device comprises 200 a heating device 280 , The heater 280 is intended to reinforce fiber roving 220 as well as the plastic matrix 260 thermally connect with each other. The thermal joining of reinforcing fiber roving 220 and plastic matrix 260 is based on a (partial) melting of the plastic matrix 260 and a subsequent solidification of the plastic matrix 260 ,

Die Heizeinrichtung 280 weist vorzugsweise eine Wärmeabstrahlfläche auf, deren Länge wenigstens der Länge des Wickelkerns 240 entspricht. Die Heizeinrichtung 280 kann dabei auf den Wickelkern 240 zubewegt oder von diesem wegbewegt werden. Die Heizeinrichtung 280 kann beispielsweise als Infrarotstrahler ausgestaltet sein. The heater 280 preferably has a heat radiation surface whose length is at least the length of the winding core 240 equivalent. The heater 280 can thereby on the winding core 240 moved or moved away from it. The heater 280 can be configured for example as an infrared radiator.

Um ein Erwärmen der Kunststoffmatrix 260 vor ihrer Ablage auf den Wickelkern 240 zu vermeiden, kann die Vorrichtung 200 weiterhin eine Abschirmeinrichtung 285 umfassen. To warm the plastic matrix 260 before being deposited on the winding core 240 To avoid, the device can 200 furthermore a shielding device 285 include.

Im Folgenden wird die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der in 2 dargestellten Vorrichtung 200 beschrieben:
Ein gespreizter Verstärkungsfaserroving 220 wird mittels einer (nicht dargestellten) Ablegeeinrichtung auf oder um den Wickelkern 240 gewickelt. Der Wickelkern 240 wird dabei vorzugsweise kontinuierlich in Drehung versetzt. Beim Wickeln des Verstärkungsfaserrovings 220 auf oder um den Wickelkern 240 verfährt die Ablegeeinrichtung in Längsrichtung des Wickelkerns 240, so dass Längsabschnitte des gespreizten Verstärkungsfaserrovings 220 nebeneinander, vorzugsweise Stoß an Stoß, auf den Wickelkern 240 abgelegt werden. In the following, the implementation of a method according to the invention by means of in 2 illustrated device 200 described:
A splayed reinforcing fiber roving 220 is by means of a (not shown) depositing device on or around the winding core 240 wound. The winding core 240 is preferably continuously rotated. When winding the reinforcing fiber roving 220 on or around the hub 240 moves the depositing device in the longitudinal direction of the winding core 240 such that longitudinal sections of the splayed reinforcing fiber roving 220 next to each other, preferably bump to bump, on the hub 240 be filed.

Während des Wickelns des Verstärkungsfaserrovings 220 oder nach dem Wickeln des Verstärkungsfaserrovings 220 wird dieser mittels der Heizeinrichtung 280 erwärmt. Hierzu wird der Wickelkern 240 zweckmäßigerweise in Drehung versetzt. While winding the reinforcing fiber roving 220 or after winding the reinforcing fiber roving 220 this is done by means of the heater 280 heated. For this purpose, the winding core 240 expediently set in rotation.

Anschließend wird die Kunststoffmatrix 260 auf oder um den Verstärkungsfaserroving 220 gewickelt, wobei die Kunststoffmatrix 260 während des Wickelvorganges mittels der Anpresseinrichtung 245 an den noch warmen Verstärkungsfaserroving 220 gepresst wird. Subsequently, the plastic matrix 260 on or around the reinforcing fiber roving 220 wrapped, with the plastic matrix 260 during the winding process by means of the pressing device 245 to the still warm reinforcing fiber roving 220 is pressed.

Bevorzugt wird der Verstärkungsfaserroving, nachdem er auf den Wickelkern 240 gewickelt worden ist, mittels der Heizeinrichtung 280 erwärmt und (ggf. zeitlich etwas verzögert) die Kunststoffmatrix 260 auf oder um den Verstärkungsfaserroving 220 derart gewickelt, dass während des gesamtem Wickelvorganges die Kunststoffmatrix 260 stets auf erwärmte Abschnitte des Verstärkungsfaserrovings 220 abgelegt wird. Der in 2 doppelt straffiert dargestellte Abschnitt 222 steht dabei für einen bereits erwärmten Verstärkungsfaserrovingabschnitt, wohingegen der in 2 einfach straffiert dargestellte Abschnitt 224 einen noch nicht erwärmten Verstärkungsfaserrovingabschnitt darstellt. Preference is given to reinforcing fiber roving after being applied to the winding core 240 has been wound by means of the heater 280 heated and (possibly temporally delayed) the plastic matrix 260 on or around the reinforcing fiber roving 220 wound so that during the entire winding process, the plastic matrix 260 always on heated sections of the reinforcing fiber roving 220 is filed. The in 2 double toned section 222 stands for an already heated reinforcing fiber roving section, whereas the in 2 simply toned section shown 224 represents a not yet heated reinforcing fiber roving section.

Durch den erwärmten Verstärkungsfaserroving 220 bzw. Abschnitt 222 kommt es zu einem (partiellen) Aufschmelzen der Kunststoffmatrix 260. Nach Abkühlen der Kunststoffmatrix 260 sind diese und der Verstärkungsfaserroving 220 stoffschlüssig miteinander verbunden. Through the heated reinforcing fiber roving 220 or section 222 it comes to a (partial) melting of the plastic matrix 260 , After cooling the plastic matrix 260 These are the reinforcing fiber roving 220 cohesively connected to each other.

Der erhaltene gewickelte Faser-Kunststoff-Verbund kann sodann vom Wickelkern 240 entfernt werden. Vorzugsweise geschieht dies dadurch, dass der Faser-Kunststoff-Verbund entlang der Länge des Wickelkerns 240 unter Erhalt eines zweidimensionalen Faser-Kunststoff-Verbunds aufgeschnitten wird. The resulting wound fiber-plastic composite can then from the hub 240 be removed. Preferably, this is done by the fiber-plastic composite along the length of the winding core 240 is cut to obtain a two-dimensional fiber-plastic composite.

Ausführungsbeispiel für die Herstellung eines Faser-Kunststoff-VerbundsEmbodiment for the production of a fiber-plastic composite

Eine Walze wurde mit einem Polyamid-Vliesstoff belegt. Danach wurde ein Carbonfaserroving an der Walze mittels eines Klebebandes fixiert. Anschließend wurde der Wickelprozess gestartet. Hierzu wurde ein der Hauptwalze zugeordneter Antriebsmotor eingeschaltet. Eine Roving-Zuführeinheit verfuhr das Roving während einer Walzenumdrehung kontinuierlich um die Breite des Rovings (12 mm). Dabei wurde ein Roving in Form einer Drahtwendel oder -helix Seite an Seite nebeneinander auf die Walze gelegt. Nach einer Umdrehung wurde die Spannungsregulierung einer aktiven Roving-Abrolleinheit eingeschaltet. Am Ende des Wickelvorganges wurde der Antriebsmotor der Hauptwalze ausgeschaltet. Das zugeführte Roving wurde kurz vor dem Aufwickelpunkt mit Klebeband umwickelt (Fixierung der einzelnen Carbonfasern). Anschließend wurde das Roving in der Mitte des Klebebandes durchgeschnitten (beide Seiten waren fixiert). A roll was covered with a polyamide nonwoven fabric. Thereafter, a carbon fiber roving was fixed to the roll by means of an adhesive tape. Then the winding process was started. For this purpose, a drive motor associated with the main roller was switched on. A roving feed unit continuously drove the roving around the width of the roving (12 mm) during one roll revolution. A roving in the form of a wire helix or helix was placed side by side on the roller side by side. After one revolution, the voltage regulation of an active roving unwind unit was switched on. At the end of the winding process, the main rotor drive motor was switched off. The supplied roving was wrapped with adhesive tape just before the winding point (fixation of the individual carbon fibers). Then the roving was cut in the middle of the tape (both sides were fixed).

Danach wurde das Rovingende an der Walze fixiert. Anschließend wurde ein Heizstrahler eingeschaltet, wobei gleichzeitig der Antriebsmotor der mit Carbonfaser und Vlies belegten Walze eingeschaltet wurde. Während des Heizvorganges ließ man die Walze eine vollständige Umdrehung zum Konsolidieren des aufgewickelten Carbonfaserrovings sowie des Vlieses unter Ausbildung eines gewickelten Faser-Kunststoffverbunds durchlaufen. Thereafter, the Rovingende was fixed to the roller. Subsequently, a radiant heater was turned on, at the same time the drive motor of the occupied with carbon fiber and nonwoven roller was turned on. During the heating process, the roll was allowed to complete a complete revolution to consolidate the wound carbon fiber roving and the nonwoven fabric to form a wound fiber-plastic composite.

Anschließend wurde der Faser-Kunststoffverbund an einer Schneidnut von der Walze abgeschnitten. Subsequently, the fiber-plastic composite was cut at a cutting groove of the roller.

Einstellparameter für den Wickelvorgang: Setting parameters for the winding process:

  • Spannung (aktive Fadenabrollvorrichtung): 2 N; Spannungsmessung: Roving (Vorwickelpunkt): 20 N; Wickelgeschwindigkeit: 35 %;Tension (Active Thread Rolling Device): 2 N; Voltage measurement: Roving (Vorwickelpunkt): 20 N; Winding speed: 35%;

Einstellungen Heizprozess: Heating process settings:

  • Leistung des Heizstrahler: 85 %; Geschwindigkeit der Hauptwalze: 2,4; Runden:1Power of the radiant heater: 85%; Speed of main roller: 2,4; Rounds: 1
  • Durchschnittlicher Zeitaufwand zur Herstellung eines Gewebes: 7 bis 8 Minuten Average time to make a fabric: 7 to 8 minutes
  • Technisches Daten des Carbonfaserrovings Technical data of carbon fiber roving
  • Hersteller: Toho Tenax; Typ: Tenax-E-HTS45 P12 12K; Zugfestigkeit: 4532 MPa; E-Modul: 241,1 GPa; Bruchdehnung: 1,75 %; Feinheit: 800 Tex; Präparationsmasseanteil: 0,81 %; Dichte: 1,77 g/cm3; Filamentdurchmesser: 7,0 µmManufacturer: Toho Tenax; Type: Tenax-E-HTS45 P12 12K; Tensile strength: 4532 MPa; Modulus of elasticity: 241.1 GPa; Elongation at break: 1.75%; Fineness: 800 Tex; Preparation mass fraction: 0.81%; Density: 1.77 g / cm 3 ; Filament diameter: 7.0 microns

Verwendete Vliese:Used fleeces:

1. Polyamid-6-Vlies1. Polyamide 6 fleece

  • Material: Polyamid-6; Farbe: Weiß; Flächengewicht: 29 gMaterial: polyamide-6; Color white; Basis weight: 29 g

2. V-29lies Filtradur 15 / A3 Vliesstoffe2. V-29lies Filtradur 15 / A3 nonwovens

  • Material: 100 % Polypropylen; Artikelbezeichnung: Dur 15100; Farbe: Grau; Art: Spunbonded; Flächengewicht: 100 g/m2; Luftdurchlässigkeit: 1800 l/m2s.Material: 100% polypropylene; Item description: Dur 15100; Color gray; Type: spunbonded; Basis weight: 100 g / m 2 ; Air permeability: 1800 l / m 2 s.

3. Vlies Fildradur 11/ A3 Vliesstoffe3. Fleece Fildradur 11 / A3 nonwovens

  • Material: 100 % Polypropylen; Artikelbezeichnung: Dur11070; Farbe: Weiß; Art: Spunbonded; Flächengewicht: 70 g/m2; Luftdurchlässigkeit: 1500 l/m2s.Material: 100% polypropylene; Item description: Dur11070; Color white; Type: spunbonded; Basis weight: 70 g / m 2 ; Air permeability: 1500 l / m 2 s.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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  • Högemann, W.: Reifenhäuser Reicofil entwickelt eine rollbare Alternative zum Organoblech, www.reifenhauser.com/de/news/reifenhaeuser_reicofil_entwickelt_eine_rollbare_alternative_zu mm_organoblech, Pressemitteilung vom 02.07.2013 [0004] Högemann, W .: Reifenhäuser Reicofil is developing a rollable alternative to organic sheet, www.reifenhauser.com/en/news/reifenhaeuser_reicofil_developed_a_rollable_alternative_to_mm_organoblech, Press Release dated 02.07.2013 [0004]
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  • Kausch, M.; Kroll, L.; Heinrich, H-J.: Thermoplastische Prepregs für den Hochleistungsbereich. Tagungsband der 12. Chemnitzer Textiltechnik-Tagung 2009, S. 250–256 [0005] Kausch, M .; Kroll, L .; Heinrich, HJ .: Thermoplastic prepregs for the high-performance sector. Proceedings of the 12th Chemnitzer Textiltechnik Conference 2009, pp. 250-256 [0005]
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Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds, vorzugsweise Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeugs, welches die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen von lediglich einem Verstärkungsfaserroving, – Spreizen des Verstärkungsfaserrovings und – Wickeln des gespreizten Verstärkungsfaserrovings auf eine Kunststoffmatrix, welche auf einen Wickelkern aufgebracht ist.Process for producing a fiber-plastic composite, preferably fiber-plastic composite semifinished product, which comprises the following steps: Providing only one reinforcing fiber roving, - Struts of reinforcing fiber roving and - Winding the spread reinforcing fiber roving on a plastic matrix which is applied to a winding core. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Wickeln Längsabschnitte des gespreizten Verstärkungsfaserrovings sequenziell auf die Kunststoffmatrix abgelegt werden.A method according to claim 1, characterized in that in the winding longitudinal sections of the spread Verstärkungsfaserrovings are sequentially deposited on the plastic matrix. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Wickeln Längsabschnitte des gespreizten Verstärkungsfaserrovings parallel nebeneinander, vorzugsweise Stoß an Stoß, auf die Kunststoffmatrix abgelegt werden.A method according to claim 1 or 2, characterized in that during the winding longitudinal sections of the spread Verstärkungsfaserrovings parallel to each other, preferably stacked on impact, are deposited on the plastic matrix. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gespreizte Verstärkungsfaserroving nur in einer Lage auf die Kunststoffmatrix gewickelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spread Verstärkungsfaserroving is wound only in one layer on the plastic matrix. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Wickelns oder nach dem Wickeln der gespreizte Verstärkungsfaserroving und die Kunststoffmatrix stoffschlüssig und vorzugsweise binde- und/oder lösungsmittelfrei auf dem Wickelkern unter Erhalt eines gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds miteinander verbunden werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during winding or after winding of the spread Verstärkungsfaserroving and the plastic matrix materially and preferably binder and / or solvent-free on the winding core to obtain a wound fiber-plastic composite are joined together. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Wickeln des Verstärkungsfaserrovings und vorzugsweise nach einem stoffschlüssigen Verbinden von Kunststoffmatrix und Verstärkungsfaserroving auf dem Wickelkern wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix auf den Verstärkungsfaserroving gewickelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after winding the reinforcing fiber roving and preferably after a cohesive bonding of plastic matrix and reinforcing fiber roving on the winding core at least one further plastic matrix is wound onto the reinforcing fiber roving. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix und der Verstärkungsfaserroving während des Wickelns der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix oder nach dem Wickeln der wenigstens einen weiteren Kunststoffmatrix stoffschlüssig und vorzugsweise binde- und/oder lösungsmittelfrei auf dem Wickelkern unter Erhalt eines gewickelten Faser-Kunststoff-Verbunds miteinander verbunden werden.A method according to claim 6, characterized in that the at least one further plastic matrix and the Verstärkungsfaserroving during winding of the at least one further plastic matrix or after winding the at least one further plastic matrix cohesively and preferably binder and / or solvent-free on the winding core to obtain a wound Fiber-plastic composite can be interconnected. Verfahren nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gewickelte Faser-Kunststoff-Verbund entlang der Wickelkernachse durchtrennt, vorzugsweise aufgeschnitten, wird.A method according to claim 5 or 7, characterized in that the wound fiber-plastic composite along the winding core axis severed, preferably cut, is. Verfahren zur Herstellung eines Faser-Kunststoff-Verbunds (FKV), welches die folgenden Schritte aufweist: – Wickeln einer Kunststoffmatrix auf oder um einen Wickelkern, vorzugsweise auf oder um einen nackten, d.h. unbelegten, Wickelkern, und – Wickeln lediglich eines gespreizten Verstärkungsfaserrovings auf oder um die gewickelte Kunststoffmatrix. Process for producing a fiber-plastic composite (FKV), which comprises the following steps: Winding a plastic matrix on or around a winding core, preferably on or around a naked one, i. blank, hub, and - Wrap only a spread reinforcing fiber roving on or around the wound plastic matrix. Verfahren nach Anspruch 9, weiter gekennzeichnet durch wenigstens eines der Merkmale des kennzeichnenden Teils der vorhergehenden Ansprüche.Method according to claim 9, further characterized by at least one of the features of the characterizing part of the preceding claims.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116657345A (en) * 2023-04-13 2023-08-29 武汉纺织大学 Basalt filament sizing warping dress replacement and method

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