DE19961216A1 - Bewehrungsmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung und Anwendung des Bewehrungsmaterials - Google Patents
Bewehrungsmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung und Anwendung des BewehrungsmaterialsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Bewehrungsmaterial, ein Verfahren zu seiner Herstellung und dessen Anwendung. Aufgabe ist, aus Naturfasern ein Bewehrungsmaterial zu gewinnen, das unter Belastung eine Dehnbarkeit gleich der reinen, gestreckten Naturfaser aufweist und eine gute Einbindung in einen umhüllenden Werkstoff ermöglicht. Ein Verfahren zur Herstellung und erfindungsgemäße Anwendungen sind vorzuschlagen. Die gestreckten und weitgehend parallel liegenden Naturfasern werden durch einen aufgeschmolzenen Kunststoff miteinandner verbunden und zu einem Gebilde geformt. Die Naturfasern sind entweder von dem Kunststoff vollständig oder teilweise umschlossen. Der Faden besteht aus einheitlichen oder unterschiedlichen Naturfasern. Der Kunststoff ist bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff. Die Naturfasern werden vorbehandelt, parallel ausgerichtet und gestreckt, mit einem Kunststoff durchmischt und verschmolzen. Der Kunststoff wird bevorzugt in Form von Fasern beigefügt. Das Bewehrungsmaterial wird in einen umhüllenden Werkstoff eingebracht und mit ihm zu einem Verbundwerkstoff verbunden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Bewehrungsmaterial, ein Verfahren zu seiner Herstellung und die
Anwendung des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials.
Als Bewehrungsmaterial, beispielsweise für Bauteile in der Autoindustrie oder in der Sportar
tikel-Herstellung, werden in großem Umfang Glasfasern oder sogar Carbonfasern eingesetzt.
Die Herstellung der Glasfasern ist kosten- und energie-intensiv. Darüber hinaus ist die Fes
tigkeit von Glasfasern in Hinsicht auf ihre Einsatzbereiche unbefriedigend. Carbonfasern er
regten ihrer höheren Festigkeit wegen Aufsehen, ihr Einsatz ist aber aufgrund ihres hohen
Preises begrenzt.
Mit Blick auf den Schutz der vorhandenen Energie-Ressourcen gewinnt die Verwendung
nachwachsender, natürlicher Rohstoffe mehr und mehr an Bedeutung. Das betrifft auch den
Einsatz von Naturfasern. Es ist bekannt, Naturfasern wie Sisal, Hanf und sogar Stroh als Be
wehrung in Baustoffen wie Gips, Zement oder Lehm zu verwenden. Diese Naturfasern wer
den dabei als lose Schüttung, in Form von Wirrlagen oder als gedrehte Seile, Stränge oder
Garne verwendet. Wie beispielsweise in der DE-OS 30 05 288 beschrieben, wird die Asbest
bewehrung in Dachziegeln aus Zement teilweise durch Hanffasern mit einer Stapellänge von
5-55 mm und durch Eukalyptusfasern ersetzt.
Die genannten Naturfasern besitzen eine gegenüber Glasfasern etwa dreifach höhere Zugfes
tigkeit sowie eine gegen Null gehende Dehnbarkeit. Aufgrund ihrer teils relativ kurzen
Stapellänge sind sie aber nur in Form gedrehter Garne, Seile oder Stränge beziehungsweise
als Wirrlagen verwendbar. In dieser Darreichungsform wirkt nicht mehr die Dehnbarkeit der
reinen Faser, sondern die viel höhere Dehnbarkeit des gedrehten Elements. Dieser weitaus
höhere Wert ist für ein Bewehrungsmaterial nicht akzeptabel, da es bei Belastung elastisch
nachgibt, während die Festigkeit des umhüllenden Werkstoffs überschritten wird und dieser
bricht.
Aus der Textiltechnik ist bekannt, mit Hilfe von Schmelzbindefasern, thermoplastischen
Überzügen oder Beschichtungen eine Verbindung von Einzelfasern durch ein sogenanntes
Bondieren herbeizuführen. So ist zum Beispiel aus der DE-OS 42 40 335 bekannt, die Strapa
zierfähigkeit eines Fasergarns aus Wolle für die Herstellung hochfloriger Bodenbeläge durch
das Hinzufügen einer Schmelzbindefaser zu erhöhen. Dabei wird einem schon gesponnenen
Fasergarn aus Wolle die zusätzliche Schmelzbindefaser hinzugefügt und durch Aufschmelzen
mit dem Wollfasergarn bondiert.
Für ein besseres Einbinden der Pole bei der Teppich- oder Bezugsstoff-Herstellung wird in
der DE-OS 21 02 581 ebenfalls für die Teppich-Herstellung ein ähnliches Verfahren zur Be
handlung eines Garns beschrieben, wobei ein künstliches, organisches oder polymeres
Grundgarn mit einer Kunstharz-Heißschmelz-Klebmasse beschichtet wird. Das Beschichten
geschieht durch ein Hindurchführen des Grundgarns durch ein die Klebmasse in geschmolze
ner Form enthaltendes Bad sowie durch Hindurchführen des Grundgarns durch eine Abstreif
vorrichtung.
In der EP 255 202 wird beschrieben, daß bei der Teppichweberei der Florstrang, bestehend
aus unverdrehten synthetischen oder natürlichen Fasern, zum Zweck ihres besseren Zusam
menhalts mit einem Schmelzbindefaden aus einem bei niedrigen Temperaturen schmelzenden
Thermoplast spiralförmig umschlungen ist.
Nach einer thermischen Endbehandlung werden die zuvor umwickelten parallelen Fasern
wieder freigegeben. Durch Schrumpfen bei der Schmelze bildet das Thermoplast eine feste
Verbindung im Unterflor des Teppichs.
Schließlich dient das Bondieren eines Schußfadens in der Teppichweberei dazu, den Flor
schlingen in dem textilen Flächengebilde einen besseren Halt zu geben. So wird in der
DE-Gm 198 592 beschrieben, daß die das Teppichmuster bildende Florkette mit einem Schußfa
den aus Flachs- oder Hanfzwirn verwebt wird, der mit einem thermoplastischen Überzug ver
sehen ist. Das führt zu einer festeren Bindung der Florschlingen und zu einer Verminderung
der Elastizität des Schußfadens. Zur Herstellung des thermoplastischen Überzugs wird der
Schußfaden von einer Ablaufspule abgezogen, durch eine Auftragevorrichtung in Form eines
Tauchbades und durch einen Abstreifer geführt, in einem Trockenkanal getrocknet und
schließlich aufgespult.
Hier wird ein fertiges Garn erst bei oder nach dem Weben durch ein Thermoplast verschmol
zen, um dem Gewebe oder Gespinst einen besseren Zusammenhalt zu geben. Zwar wird da
durch die Elastizität des Garns vermindert, die verbleibende Restelastizität des gedrehten
Garns ist für ein Bewehrungsmaterial aber unakzeptabel.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, aus Naturfasern ein Bewehrungsmaterial zu
gewinnen, das unter Belastung in etwa eine Dehnbarkeit gleich der reinen, gestreckten Natur
faser aufweist. Das Bewehrungsmaterial soll mit derartigen Eigenschaften ausgestattet sein,
die dessen gute Einbindung in einen umhüllenden Werkstoff gestatten. Schließlich ist es Auf
gabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bewehrungsmaterials, die
dazu notwendigen neuen Vorrichtungen und erfindungsgemäße Anwendungen vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß gestreckte und weitgehend parallel
liegende Naturfasern durch einen aufgeschmolzenen Kunststoff miteinander verbunden und
zu einem Gebilde geformt sind. Bevorzugt sind sie zu einem Faden geformt. Die Naturfasern
sind von dem Kunststoff vollständig umschlossen, und die Außenfläche des Fadens ist durch
den Kunststoff gebildet. Mindestens die an der Peripherie des Fadens liegenden Naturfasern
sind von dem Kunststoff teilweise umschlossen und die Außenfläche des Fadens ist weitge
hend durch die Naturfasern gebildet. Der Faden besteht aus einheitlichen oder aus einem Ge
misch unterschiedlicher Naturfasern. Die Naturfasern weisen eine Stapellänge von nicht unter
50 mm auf. In einer bevorzugten Ausführung ist der Kunststoff ein thermoplastischer Kunst
stoff. Der Faden weist einen Anteil von 5-50% Kunststoff auf, besitzt einen Schmelzpunkt
von unter 200°C und einen Schrumpfungsgrad nach Erreichen des Schmelzpunktes und an
schließender Abkühlung von maximal 5%. In einer bevorzugten Ausführung ist der thermo
plastische Kunststoff ein Biopolymer.
Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung des Bewehrungsmaterials, bei dem die Naturfa
sern vorbehandelt, insbesondere gereinigt und gekämmt, weitgehend parallel ausgerichtet und
gestreckt, mit einem Kunststoff durchmischt und verschmolzen werden. Bevorzugt ist auch
ein Verfahren zur Herstellung des Bewehrungsmaterials, bei dem die Naturfasern vorbehan
delt, insbesondere gereinigt und gekämmt, weitgehend parallel ausgerichtet und gestreckt, zu
einem Strang geformt werden, wobei den Naturfasern ein vorbestimmter Anteil Kunststoff
beigefügt und mit ihnen durchmischt wird, der Strang verdichtet und der Kunststoff aufge
schmolzen wird und schließlich die Naturfasern in der Schmelze zu einem Faden geformt
werden. Der Kunststoff wird in Form von Fasern den Naturfasern beigefügt. In einer anderen
Ausführung wird der Kunststoff in Form von Pulver den Naturfasern beigefügt. Vorteilhaft
erweise wird der Kunststoff den Naturfasern in einem Tauchbad als eine Flüssigkeit oder in
einem Sprühbad als ein Aerosol beigefügt. Die Naturfasern werden durch ein Kammband
gereinigt, gekämmt, weitgehend parallel ausgerichtet und gestreckt. Vorteilhafterweise sind
dem Kammband Karden vorgeordnet. Der Strang wird in einer Formierdüse verdichtet.
Vorteilhafterweise wird den Naturfasern in der Formierdüse der Kunststoff beigefügt. Der
Kunststoff wird mittels Schmelzrollen aufgeschmolzen, und die Naturfasern werden in der
Schmelze zu dem Faden geformt. Die Naturfasern werden mit dem Kunststoff über eine
Schmelzrolle oder durch ein Paar Schmelzrollen hindurchgeführt. Der geformte Faden wird
mittels Kühlrollen gekühlt. Die Schmelzrollen besitzen ein eckiges oder ein gerundetes Profil
und sind mit einer Antihaft-Beschichtung versehen. Die Schmelzrollen sind beheizt und in
einem Bereich von 120 bis 320°C temperaturgeregelt. Für die Anwendung wird das Beweh
rungsmaterial in einen ihn umhüllenden Werkstoff eingebracht und mit ihm zu einem Ver
bundwerkstoff verbunden. Bevorzugt ist der umhüllende Werkstoff ein aushärtbarer Kunst
stoff. Dazu wird das Bewehrungsmaterial in Form eines Gebildes aus parallel ausgerichteten,
gestreckten und mit dem Kunststoff verbundenen Naturfasern in den aushärtbaren Kunststoff
eingebracht. In einer anderen Ausführung enthält der aushärtbare Kunststoff das Beweh
rungsmaterial in Form von parallel ausgerichteten Fäden aus den mit dem Kunststoff ver
schmolzenen Naturfasern. Die Fäden sind in Form eines Geleges mit sich in einem Winkel
kreuzenden Fäden oder in Form eines Gewebes mit sich kreuzenden Kett- und Schußfäden
oder auch in Form von Wirrlagen in den aushärtbaren Kunststoff eingebracht. Dabei wird das
Bewehrungsmaterial in einheitlicher Form oder in unterschiedlichen Formen in den aushärt
baren Kunststoff eingebracht und bildet derart den Verbundwerkstoff.
Das erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial weist aufgrund der Verschmelzung der Naturfa
sern mit dem Kunststoff eine Eigenstabilität auf, die es gestattet, aus ihm unterschiedlich ges
taltete Gebilde zu formen. Diese Gebilde aus parallel ausgerichteten und mit Kunststoff ver
schmolzenen Naturfasern können Formteile, ähnlich dem herzustellenden Produkt, Flächen
gebilde oder ein Faden sein, aus dem Gelege, Gewebe oder Wirrlagen gearbeitet werden. Von
Vorteil ist, daß für das erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial auch Naturfasern mit relativ
kurzen Stapellängen verarbeitet werden können, die bisher nicht oder nur mit sehr hohen Dre
hungen genutzt werden konnten.
Das Bewehrungsmaterial ist drehungsfrei und besitzt aufgrund seiner parallel ausgerichteten
Einzelfasern unter Belastung in etwa eine Dehnbarkeit, die der gestreckten Naturfaser ent
spricht. Dadurch wird die Festigkeit eines fertigen Verbundwerkstoffs in signifikanter Weise
erhöht. In der Praxis bedeutet das eine erhebliche Gewichtseinsparung bei gleicher Festigkeit.
Durch die Kombination von unterschiedlichen Formen des Bewehrungsmaterials in einem
Teil lassen sich Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften an unterschiedlichen
Stellen des Teils herstellen, beispielsweise Teile mit eingebauten Sollbruch- oder Sollknick
stellen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung ist das Bewehrungsmaterial
schrumpfungsfrei bei nachfolgenden thermischen Verpressungen. Durch den erfindungsge
mäß verwendeten Kunststoff entsteht eine gute Einbindung in den herzustellenden Verbund
werkstoff.
Für das erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial lassen sich bevorzugt Hanf, Flachs und Sisal
verwenden. Das schließt die Verwendung anderer Naturfasern nicht aus.
Die Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung
und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu
mehreren in Form von Unterkombinationen schutzfähige Ausführungen darstellen, für die
hier Schutz beansprucht wird. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 Querschnitt durch einen Faden aus dem erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterial,
Fig. 2 schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des Bewehrungsmaterials,
Fig. 3 schematische Darstellung einer Formierdüse,
Fig. 4 Schmelzrollen für einen Faden des Bewehrungsmaterials mit eckigem Querschnitt,
Fig. 5 Schmelzrollen für einen Faden des Bewehrungsmaterials mit gerundetem Querschnitt,
Fig. 6 Querschnitt durch einen Verbundwerkstoff mit einem Gelege aus dem erfindungsge
mäßen Bewehrungsmaterial und
Fig. 7 Querschnitt durch einen Verbundwerkstoff mit einem Gewebe aus dem erfindungs
gemäßen Bewehrungsmaterial.
Das erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial wird im folgenden näher erläutert. Dazu zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Faden 1 aus dem erfindungsgemäßen Bewehrungsmate
rial mit gestreckten und weitgehend parallel ausgerichteten Naturfasern 2 und einem aufge
schmolzenen Kunststoff 3. Die Figur zeigt das Umschließen der einzelnen Naturfasern 2
durch den Kunststoff 3, wodurch diese unabhängig von ihrer Stapellänge in den Verbund des
Bewehrungsmaterials eingebunden werden. In dem dargestellten Beispiel ist der äußere Um
fang des Fadens 1 von dem Kunststoff 3 umschlossen. In einer anderen vorteilhaften Ausfüh
rung sind die Naturfasern 2 nur im Innern des Fadens 1 von dem Kunststoff 3 umschlossen.
Am äußeren Umfang des Fadens 1 sind die Naturfasern 2 nicht oder nur teilweise von dem
Kunststoff 3 bedeckt.
Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung eines bevorzugten Verfahrensablaufs zur Herstel
lung des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials. Dabei wird ein lockerer Strang mit schon
weitgehend parallel ausgerichteten und gestreckten Naturfasern 2 mit einem vorbestimmten
Anteil von Fasern aus dem Kunststoff 3 einem nur schematisch dargestellten Kammband 4
zugeführt. Pfeile zeigen die Bewegungsrichtung des Stranges und des Kammbandes 4 an. Ein
Zugrollenpaar 5 fördert den Strang zu einer Formierdüse 6. In relativ kurzem Abstand folgt
ein Schmelzrollenpaar 7 und ein Kühlrollenpaar 8. Der fertige Faden 1 des erfindungsgemä
ßen Bewehrungsmaterials gelangt danach in eine nicht dargestellte Aufspulvorrichtung.
Fig. 3 zeigt in einer ebenfalls schematischen Darstellung die Formierdüse 6. Der zugeführte,
gekämmte Strang aus den Naturfasern 2 mit dem vorbestimmten Anteil von Fasern aus dem
Kunststoff 3 verläßt die Formierdüse 6 als ein verdichteter Strang mit gedrängt aneinander
liegenden Fasern. In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausführung wird über die Formier
düse 6 einem zugeführten Strang aus vorwiegend reinen Naturfasern 2 ein Pulver aus dem
Kunststoff 3 zugemischt.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen unterschiedliche Profile des Schmelzrollenpaares 7. Das Profil des
Schmelzrollenpaares 7 gemäß Fig. 4 dient zur Herstellung des Fadens 1 des erfindungsgemä
ßen Bewehrungsmaterials mit einem eckigen Querschnitt. Das Profil des Schmelzrollenpaares
7 gemäß Fig. 5 dient dagegen zur Herstellung des Fadens 1 mit gerundetem Querschnitt.
Fig. 6 zeigt in einem Querschnitt einen Verbundwerkstoff 9 mit einer Bewehrung in Form
eines Geleges 10. Die Fäden 1 des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials kreuzen sich in
einem Winkel von 90°, so daß ein Faden 1 in seiner Längserstreckung und weitere Fäden 1
mit ihren Querschnitten dargestellt sind.
Fig. 7 zeigt in einer ähnlichen Darstellung einen Querschnitt des Verbundwerkstoffs 9 mit
einer Bewehrung in Form eines Gewebes 11. Die Kett- und Schußfäden des Gewebes 11 be
stehen aus den Fäden 1 des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials wird im folgenden näher erläu
tert. Gestreckte und weitgehend parallel ausgerichtete Naturfasern 2 werden von einem aufge
schmolzenen Kunststoff 3 miteinander verbunden und zu unterschiedlichen Gebilden, unter
anderem auch zu einem Faden 1, geformt. Die Festigkeit der verwendeten Naturfasern 2, ins
besondere Hanf, Flachs oder Sisal, ist etwa dreifach höher als die von Glasfasern. Die Dehn
barkeit der Naturfasern 2 geht im gestreckten Zustand gegen Null. Das bedeutet, daß eine
Bruchdehnung der Naturfasern 2 unter Belastung erst unmittelbar vor Erreichen der maxima
len Festigkeit eintritt. Die Naturfasern 2 lassen sich üblicherweise nur durch eine Drehung
beim Spinnen zu einem Garn miteinander verbinden. Ein gedrehtes Garn weist aber eine
Dehnbarkeit auf, die für den Einsatz in hochfesten Verbundwerkstoffen 9 nicht akzeptabel ist.
Dieser Nachteil wird durch das erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial vermieden, bei dem
Naturfasern 2 auch bei relativ geringen Stapellängen durch den Kunststoff 3 drehungsfrei zu
einem Gebilde, wie einem Faden 1, geformt werden, der eine Dehnung annähernd gleich der
reinen, gestreckten Naturfaser 2 besitzt.
Je nach dem Anteil des Kunststoffs 3 im Verhältnis zu der Menge der Naturfasern 2, der zwi
schen 5 und 50% liegen kann, wird ein Faden 1 gebildet, dessen Außenfläche entweder voll
ständig von dem Kunststoff 3 umschlossen ist oder von freiliegenden Naturfasern 2 gebildet
wird. Ein Faden 1 mit einer Außenfläche aus dem Kunststoff 3 läßt sich aufgrund seiner rela
tiv glatten Außenfläche leicht verarbeiten. Durch die Auswahl eines geeigneten Kunststoffs 3
ist eine gute Einbindung in den Verbundwerkstoff 9 erzielbar. In der anderen, ebenfalls vor
teilhaften Ausführung wird durch die an der Außenfläche des Fadens 1 freiliegenden Naturfa
sern 2 eine gute Einbindung in den Verbundwerkstoff 9 erreicht. Alle dazwischen liegenden
Varianten liegen im Bereich der erfindungsgemäßen Lösung.
Bevorzugt werden für das erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial sortenreine, einheitliche
Naturfasern 2, wie Hanf, Flachs oder Sisal, verwendet. Durch das Mischen unterschiedlicher
Naturfasern 2 lassen sich dagegen bestimmte Eigenschaften betonen, wie beispielsweise ein
verzögerter Bruch unter Belastung, da die verschiedenen Naturfasern 2 voneinander abwei
chende Festigkeiten besitzen.
Der eingesetzte Kunststoff 3 soll neben einer guten Affinität zu dem Verbundwerkstoff 9 eine
Schmelztemperatur besitzen, bei der die Eigenschaften der Naturfasern 2 noch nicht einer
Degradation unterliegen. Der Schmelzpunkt soll aus diesem Grund unter 200°C liegen. Dar
über hinaus soll der Schrumpfungsgrad des Kunststoffs 3 nach Aufschmelzen und Abkühlen
nicht größer als 5% sein. Als besonders geeignet hat sich ein thermoplastischer Kunststoff 3,
und zwar ein Biopolymer, erwiesen, das unter der Bezeichnung "Lactat 12" bekannt ist. Es
besitzt eine besonders hohe Bindungsfähigkeit zu den als Verbundwerkstoff in Betracht
kommenden Kunststoffen, beispielsweise Polypropylen. Das schließt den Einsatz anderer
Kunststoffe 3 nicht aus. Unter Einhaltung materialtypischer Bedingungen, wie beispielsweise
die Biegsamkeit des Fadens 1, ist selbst die Verwendung duroplastischer Kunststoffe 3 mög
lich.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Bewehrungs
materials für Verbundwerkstoffe 9 wird ein lockerer Strang von gereinigten und von Schäben
befreiten sowie schon ausgerichteten Naturfasern 2 zusammen mit einem vorbestimmten An
teil von Fasern aus dem Kunststoff 3 in einer schon annähernd homogenen Mischung mit den
Naturfasern 2 dem Kammband 4 zugeführt. Die Naturfasern 2 und die Fasern aus dem Kunst
stoff 3 werden gekämmt, weiter ausgerichtet und gestreckt und zu einem ausgedünnten Strang
geformt. Ein Zugrollenpaar 5 fördert den ausgedünnten Strang zu einer Formierdüse 6, in der
der Strang weiter durchmischt und verdichtet wird. Der derart verdichtete Strang, in dem die
Naturfasern 2 gedrängt aneinander liegen, durchläuft in relativ kurzem Abstand die Schmelz
rollen 7, in denen der Kunststoff 3 aufgeschmolzen und die Naturfasern 2 zu dem Faden 1 mit
dem gewünschten Querschnitt geformt werden. Es folgen die Kühlrollen 8, in denen der Fa
den 1 bis zum Erreichen seiner Formstabilität abgekühlt wird, so daß sich der Faden 1 an
schließend aufspulen läßt.
In einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Ausführung wird der Kunststoff 3 in Form eines Pul
vers in der Formierdüse 6 den Naturfasern 2 beigefügt. In der Formierdüse 6 wird das Pulver
aus dem Kunststoff 3 mit den Naturfasern 2 durchmischt, und der derart behandelte Strang
wird, wie schon beschrieben, verdichtet und den Schmelzrollen 7 zugeführt. In den Schmelz
rollen 7 wird der Kunststoff 3 aufgeschmolzen, die Naturfasern 2 werden zu dem Faden 1 mit
dem gewünschten Querschnitt geformt, der in den Kühlrollen 8 abgekühlt und dann aufge
spult wird.
Die Schmelzrollen 7 können jeweils derart ausgeführt sein, daß der Faden 1 entweder über
eine Schmelzrolle 7 geführt oder zwischen einem Rollenpaar hindurch geführt wird. Die
Schmelzrollen 7 besitzen jeweils ein Profil, das dem gewünschten Querschnitt des Fadens 1
entspricht. Das Profil kann dabei eckig, gerundet oder in beliebigen anderen Variationen aus
geführt sein. Von Vorteil ist eine Antihaft-Beschichtung der Schmelz- und Kühlrollen 7; 8.
Zumindest die Schmelzrolle 7 ist beheizt und in einem Bereich zwischen 120 und 320°C tem
peraturgeregelt.
Für die erfindungsgemäße Anwendung wird das nach der Lehre der Erfindung beschaffene
und hergestellte Bewehrungsmaterial in einen umhüllenden Werkstoff eingebracht und mit
ihm zu einem Verbundwerkstoff 9 verbunden. In bevorzugten Anwendungen ist der umhül
lende Werkstoff ein aushärtbarer Kunststoff, wie Polyester oder Polypropylen. Von besonde
rem Vorteil für die Anwendung ist, daß das Bewehrungsmaterial zu unterschiedlichen Gebil
den geformt sein kann. Die parallel ausgerichteten und mit dem Kunststoff 3 umschlossenen
Naturfasern 2 lassen sich beispielsweise zu einem Gebilde formen, dessen Gestalt schon an
nähernd der Form des herzustellenden Produkts entspricht. Das Gebilde aus den parallel aus
gerichteten und gestreckten Naturfasern 2 mit dem umschließenden Kunststoff 3 kann in einer
anderen Ausführung ein Flächengebilde in Form einer Matte sein, das in den umhüllenden
Werkstoff eingebracht wird. Schließlich lassen sich aus den parallel ausgerichteten Naturfa
sern 2 auch Fäden 1 formen, aus denen Gelege 10 mit sich unter einem Winkel kreuzenden
Fäden 1, Gewebe 11 mit sich kreuzenden Kett- und Schußfäden oder Wirrlagen aus Fäden 1
herstellbar sind.
Mit den unterschiedlichen Gebilden aus dem Bewehrungsmaterial entstehen Verbundwerk
stoffe 9 mit unterschiedlichen Eigenschaften, die sich beispielsweise in unterschiedlichen
Zug- oder Bruchfestigkeiten ausdrücken. Durch die Kombination unterschiedlicher Gebilde
des Bewehrungsmaterials lassen sich auch diese Eigenschaften kombinieren, beispielsweise
durch Stellen mit erhöhter oder mit verminderter Festigkeit. So lassen sich zum Beispiel für
die Autoindustrie Teile mit Sollbruch- oder Sollknickstellen herstellen.
In der vorliegenden Beschreibung wurde anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels das
erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial für hochfeste Verbundwerkstoffe, ein Verfahren zu
seiner Herstellung und die Anwendung des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials erläu
tert. Es sei aber vermerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Einzelheiten der Be
schreibung in dem Ausführungsbeispiel beschränkt ist, da im Rahmen der Ansprüche Ände
rungen und Abwandlungen beansprucht werden.
Claims (40)
1. Bewehrungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß gestreckte und weitgehend parallel
ausgerichtete Naturfasern (2) durch einen aufgeschmolzenen Kunststoff (3) miteinander
verbunden und zu einem Gebilde geformt sind.
2. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gestreckte und
weitgehend parallel ausgerichtete Naturfasern (2) durch einen aufgeschmolzenen
Kunststoff (3) miteinander verbunden und zu einem Faden (1) geformt sind.
3. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Natur
fasern (2) von dem Kunststoff (3) vollständig umschlossen sind und die Außenfläche
des Fadens (1) durch den Kunststoff (3) gebildet ist.
4. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
die an der Peripherie des Fadens (1) liegenden Naturfasern (2) von dem Kunststoff (3)
teilweise umschlossen sind und die Außenfläche des Fadens (1) weitgehend durch die
Naturfasern (2) gebildet ist.
5. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden
(1) aus einheitlichen Naturfasern (2) besteht.
6. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden
(1) aus einem Gemisch unterschiedlicher Naturfasern (2) besteht.
7. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Natur
fasern (2) eine Stapellänge von nicht unter 50 mm aufweisen.
8. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aufge
schmolzene Kunststoff (3) vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff ist.
9. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden
(1) einen Anteil von Kunststoff (3) von 5-50% aufweist.
10. Bewehrungsmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Kunststoff (3) einen Schmelzpunkt von unter 200°C besitzt.
11. Bewehrungsmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Kunststoff (3) einen Schrumpfungsgrad nach Erreichen des
Schmelzpunktes und anschließender Abkühlung von maximal 5% besitzt.
12. Bewehrungsmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff (3) ein Biopolymer ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Bewehrungsmaterials wie in den Ansprüchen 1 bis 12
beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß Naturfasern (2) vorbehandelt, insbesondere
gereinigt und gekämmt, weitgehend parallel ausgerichtet und gestreckt, mit einem
Kunststoff (3) durchmischt und verschmolzen werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern (2) vorbe
handelt, insbesondere gereinigt und gekämmt, weitgehend parallel ausgerichtet und ge
streckt, zu einem Strang geformt werden, wobei den Naturfasern (2) ein vorbestimmter
Anteil an Kunststoff (3) beigefügt und mit den Naturfasern (2) durchmischt wird, der
Strang verdichtet und der Kunststoff (3) aufgeschmolzen wird und die Naturfasern (2)
in der Schmelze zu einem Faden (1) geformt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (3)
in Form von Fasern den Naturfasern (2) beigefügt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (3)
in Form von Pulver den Naturfasern (2) beigefügt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (3)
den Naturfasern (2) in einem Tauchbad in Form von Flüssigkeit beigefügt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (3)
den Naturfasern (2) in einem Sprühbad in Form eines Aerosols beigefügt wird.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeich
net, daß die Naturfasern (2) durch ein Kammband (4) gereinigt, gekämmt, weitgehend
parallel ausgerichtet und gestreckt werden.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeich
net, daß dem Kammband (4) Karden vorgeordnet sind.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeich
net, daß der Strang in einer Formierdüse (6) verdichtet wird.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeich
net, daß der Kunststoff (3) den Naturfasern (2) in der Formierdüse (6) beigefügt wird.
23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeich
net, daß der Kunststoff (3) mittels Schmelzrollen (7) aufgeschmolzen wird und die Na
turfasern (2) in der Schmelze zu dem Faden (1) geformt werden.
24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeich
net, daß die Naturfasern (2) mit dem Kunststoff (3) über eine Schmelzrolle (7) geführt
werden.
25. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeich
net, daß die Naturfasern (2) mit dem Kunststoff (3) durch ein Paar Schmelzrollen (7)
hindurch geführt werden.
26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeich
net, daß der geformte Faden (1) mittels Kühlrollen (8) gekühlt wird.
27. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeich
net, daß die Schmelzrollen (7) ein eckiges Profil besitzen.
28. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeich
net, daß die Schmelzrollen (7) ein gerundetes Profil besitzen.
29. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeich
net, daß die Schmelzrollen (7) mit einer Antihaft-Beschichtung versehen sind.
30. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeich
net, daß die Schmelzrollen (7) beheizt und temperaturgeregelt sind.
31. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeich
net, daß die Temperatur der Schmelzrollen (7) in einem Bereich von 120 bis 320°C ge
regelt wird.
32. Anwendung des in den Ansprüchen 1 bis 12 beschriebenen und nach dem in den An
sprüchen 13 bis 31 beschriebenen Verfahren hergestellten Bewehrungsmaterials, ge
kennzeichnet durch seine Einbringung und Verbindung mit einem das Bewehrungsma
terial umhüllenden Werkstoff zu einem Verbundwerkstoff (9).
33. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch seine
Einbringung und Verbindung mit einem aushärtbaren Kunststoff zu einem Verbund
werkstoff (9).
34. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bewehrungsmaterial in Form eines Gebildes aus parallel ausgerichteten, ge
streckten, mit dem Kunststoff (3) verschmolzenen Naturfasern (2) in den aushärtbaren
Kunststoff eingebracht ist.
35. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bewehrungsmaterial in Form parallel ausgerichteter Fäden (1) in den aushärtba
ren Kunststoff eingebracht ist.
36. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bewehrungsmaterial in Form eines Geleges (10) aus sich in einem Winkel
kreuzenden Fäden (1) in den aushärtbaren Kunststoff eingebracht ist.
37. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bewehrungsmaterial in Form eines Gewebes (11) aus sich kreuzenden Fäden
(1) in den aushärtbaren Kunststoff eingebracht ist.
38. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bewehrungsmaterial in Form von Wirrlagen aus den Fäden (1) in den aushärt
baren Kunststoff eingebracht ist.
39. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß in den aushärtbaren Kunststoff das Bewehrungsmaterial in einheitlicher Form ein
gebracht ist.
40. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß in den aushärtbaren Kunststoff das Bewehrungsmaterial in unterschiedlichen For
men eingebracht ist.
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