DE4115831A1 - Kontinuierliche herstellung von verbundwerkstoffen - Google Patents
Kontinuierliche herstellung von verbundwerkstoffenInfo
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Description
Kontinuierliche Verfahren zur Herstellung von flächigen
Verbundwerkstoffen aus Verstärkungsfaser-Gebilden mit
thermoplastischer Matrix sind bekannt. Solche Verfahren
werden auf Pressen durchgeführt. Der Thermoplast kann
dabei beispielsweise als Schmelze, Folie, Pulver, Faser
oder Granulat zugegeben werden.
Diese Verfahren sind in der Lage, gut imprägnierte Ver
bundwerkstoffe mit guten mechanischen Kenndaten zu lie
fern. Schwierigkeiten bei diesem Prozeß bereitet aller
dings die Tatsache, daß zusammen mit den Verstärkungs
faser-Gebilden ein gewisses Maß von Luft eingezogen
wird, das oben und unten beispielsweise durch die Plat
ten einer hydraulischen Presse oder die Bänder einer
Doppelbandpresse und seitlich durch den aufschmelzenden
Thermoplasten eingeschlossen wird.
Wenn beispielsweise der Thermoplast in Folienform einge
bracht wird, kann die schmelzende Folie die Oberflächen
der Verstärkungsfaser-Gebilde gegen Luft abdichten. Dann
wird die Luft im Inneren der Textilstruktur, beispiels
weise in dem von Kett- und Schußfäden gebildeten Viereck
eines Gewebes oder allgemein zwischen den Filamenten der
Verstärkungsfaser-Stränge eingeschlossen. Solche einge
schlossenen Luft-Kavitäten, insbesondere im Bereich der
Filamentbündel, ergeben sich prinzipiell bei jeder Art
der Thermoplast-Zuführung und bei jeder Art des Verstär
kungsfaser-Gebildes.
Um einen kompakten Verbundwerkstoff zu bilden, muß diese
eingeschlossene Luft beim Imprägniervorgang in der
thermoplastischen Matrix gelöst werden. Dieser Lösungs
vorgang in der hochviskosen Schmelze erfordert Zeit; er
kann der zeitbestimmende Schritt der Imprägnierung über
haupt sein, von dem die Herstellgeschwindigkeit ent
scheidend abhängt.
Wird die Luft nur unvollständig gelöst, bleiben Hohl
räume im Verbundwerkstoff zurück, die die mechanischen
Kenndaten und das Langzeitverhalten negativ beeinflus
sen. Wird das Halbzeug aufgeheizt, beispielsweise zum
Umformen, führt die eingeschlossene Luft zu einem er
höhten Aufblähen, insbesonders bei Halbzeugen mit mehr
lagiger Textilstruktur. Bei transparenten Matrices sind
solche Kavitäten optisch erkennbar, kleine Kavitäten
an der Lichtstreuung.
Die eingeschlossene Luft kann auch mit den Schlichten
an den Oberflächen der Verstärkungsfasern und dem Thermo
plasten selbst reagieren und zu Produktschädigungen,
insbesondere in der Grenzschicht zwischen Faser und
Matrix führen.
Eine Methode zur Vermeidung dieser eingeschlossenen Luft
wäre das Arbeiten unter Vakuum. Von der Herstellung von
Verbundwerkstoffen mit duroplastischer Matrix sind dis
kontinuierliche Vakuum-Verfahren bekannt. So wird bei
spielsweise bei der Bauteilherstellung nach dem Auto
klavenverfahren in der Regel in einem Vakuumsack gear
beitet. Auch beim Resin Transfer Moulding (RTM) wird
zunehmend Vakuum eingesetzt.
Bei flächigen thermoplastischen Verbundwerkstoffen ist
allerdings bisher kein wirtschaftliches kontinuierliches
Verfahren bekannt, das unter Vakuum arbeitet.
Es wurde nun ein neues Verfahren zur Herstellung von
Verbundwerkstoffen gefunden, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß ein Stapel aus Verstärkungsfaser-Gebilden und
Thermoplast kontinuierlich in einem evakuierten Folien
schlauch einer Presse zugeführt wird.
Unter einer Presse soll dabei eine Vorrichtung verstan
den werden, die in der Lage ist, gleichzeitig Druck und
erhöhte Temperatur auf die flächigen Gebilde auszuüben.
Insbesondere sind darunter getaktete hydraulische Pres
sen mit beheizbaren Platten in einer oder mehreren Eta
gen zu verstehen. Ein in bezug auf das Produkt konti
nuierlicher Betrieb dieser Pressen wird dadurch mög
lich, daß man das flächige Gebilde durch die sich takt
weise öffnende und schließende Presse zieht oder
schiebt. Bevorzugt sind prinzipiell kontinuierlich
arbeitende Pressen, beispielsweise Doppelbandpressen.
Als flächige Vsrstärkungsfaser-Gebilde in den Verbund
werkstoffen kommen vorzugsweise Gewebe, Gestricke, Ge
wirke aller Art, Geflechte, Matten, Vliese sowie Kombi
nationen daraus sowie alle Arten von unidirektionalen
Gebilden oder Kombinationen von unidirektionalen Gebil
den mit den erwähnten Textilen in Frage.
Der evakuierte Folienschlauch wird beispielsweise da
durch gebildet, daß der einlaufende Stapel aus Verstär-
kungsfaser-Gebilden und Thermoplast oben und unten mit
jeweils einer seitlich überstehenden Folienbahn abge
deckt wird, diese beiden Folienbahnen an den überstehen
den Seitenstreifen kontinuierlich miteinander zu einem
dichten Schlauch verbunden werden, dieser Folienschlauch
ein Dichtsystem quer zur Warenbahn durchläuft und im
Bereich zwischen diesem Dichtsystem und der Presse auf
geeignete Weise mit einem Unterdruck beaufschlagt wird.
Der Stapel aus Verstärkungsfaser-Gebilden und Thermo
plast wird bevorzugt durch Mischen von mehreren Lagen
aus Verstärkungsfaser-Gebilden mit mehreren Lagen aus
Thermoplast-Folien gebildet. Im Grenzfall kann auch nur
eine Lage des Verstärkungsfaser-Gebildes vorliegen, aus
der der Verbundwerkstoff zusammen mit dem Material des
Folienschlauches hergestellt wird. Der Thermoplast, muß
nicht notwendig in Form von Folien vorliegen, beispiels
weise können auch Fasern, beispielsweise als Mischtex
til, oder Pulver eingezogen werden.
Die Dicke der den Schlauch bildenden Folie liegt zwi
schen 1 µm und 1000 µm, bevorzugt zwischen 3 µm und
250 µm. Der Folienschlauch kann aus demselben Thermo
plasten wie die Matrix des Verbundstoffes bestehen, also
an der Imprägnierung des Vertärkungsfaser-Gebildes
selbst Anteil haben. Er kann aber auch aus anderen
Materialien bestehen, die entweder in den Verbundwerk
stoff integriert oder nach der Imprägnierung von der
Oberfläche wieder abgezogen werden.
Folien aus anderen Materialien, die in den Verbundwerk
stoff integriert werden, sind solche, die zur Ober
flächenmodifizierung dienen. Dabei kann vom gleichen
Thermoplasten ausgegangen werden, wobei dis Modifizie
rungen beispielsweise durch ein verändertes Molekular
gewicht, durch Hinzufügen von bestimmten Additiven,
durch Verwendung von Copolymeren, Blockpolymeren,
Pfropfpolymeren, Mischpolymeren oder Polymergemischen,
geschehen können.
Dazu zählen aber auch alle Arten von Kaschierungen,
beispielsweise mit Polymerfolien oder anorganischen
Folien oder dünne Platten. Dazu gehören Metallfolien,
beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium.
Andererseits kann der Folienschlauch zum Trennen eines
auf den metallischen Flächen der Presse haftenden
thermoplastischen Verbundwerkstoffes verwendet werden.
Um das nach Abschluß der Imprägnierung nötige Trennen
vom Verbundwerkstoff zu erleichtern, können die den
Schlauch bildenden Folien auf der dem Produkt zugewand
ten Seite zusätzlich mit geeigneten Trennmitteln in fe
ster oder flüssiger Form behandelt werden.
Als Trennfolien kommen beispielsweise alle Folien in
Frage, die sich nicht in dem flüssigen Matrix-Termopla
sten des Verbundwerkstoffes lösen oder sich mit ihm ver
mischen. Das Folienmaterial kann sich bei der höchsten
Temperatur in der Doppelbandpresse im festen oder ge
schmolzenem Zustand befinden. Im geschmolzenem Zustand
ist beispielsweise eine Folie aus Polypropylen bei der
Verarbeitung von Polyamid.
Als Trennfolien kommen insbesondere Folien aus Poly
meren, insbesondere von hochschmelzenden oder un
schmelzbaren Polymeren, wie Polyetherketon, Polyether
etherketon, Polyimid, Polyamidimid, Liquid-Crystal-
Polymere oder fluorhaltige Polymere, beispielsweise
Polyfluorolefine, und deren verwandte Polymere in
Betracht. Weiterhin sind insbesondere Folien oder dünne
Platten aus anorganischen Materialien, wie Metallen,
insbesondere aus Kupfer und Aluminium einsetzbar.
Die beiden, den einlaufenden Stapel aus Verstärkungs
faser-Gebilden und Thermoplast oben und unten abdecken
den, seitlich überstehenden Folienbahnen werden konti
nuierlich zu einem dichten Schlauch verbunden. Diese
Verbindung kann beispielsweise durch Verschweißen, Ver
kleben, bevorzugt mit Schmelzkleber, durch Klemmen oder
Umbördeln, beispielsweise bei Metallfolien, erfolgen.
Die Verbindung kann einseitig oder zweiseitig durchge
führt werden. Bei einseitiger Verbindung wird eine Folie
von einer höheren Breite als die doppelte Breite der
Verstärkungsfaser-Textilien einseitig geknickt und an
der anderen Seite verbunden. Auch kann direkt von
Schlauchfolien oder Folienschläuchen ausgegangen werden.
Der Vakuumraum wird demnach an den Längsseiten durch die
Verbindung von oberer und unterer Folie abgedichtet.
Quer zur Einzugsrichtung dichtet einseitig die Presse,
die die Folien unter Aufschmelzen des Matrix-Thermoplas
ten zusammenquetscht.
Die andere Seite wird durch eine oder mehrere nach Art
einer Labyrinthdichtung hintereinandergeschaltete mecha
nische Vorrichtungen abgequetscht, deren Achsen quer zur
Einzugsrichtung des Folienschlauches verlaufen.
Solche Vorrichtungen sind beispielsweise Walzen, Rollen
oder Leisten, die mit einer Kraft angedrückt werden.
Dieser Andruck kann einseitig gegen eine feste oder
bewegliche Unterlage oder beidseitig von oben und unten
erfolgen. Eine andere Möglichkeit zum Abquetschen be
steht in Umlenkungen des Folienschlauches unter Zug
kraft. Alle Vorrichtungen sind so ausgebildet, daß
die empfindlichen Verstärkungsfaser-Gebilde möglichst
schonend behandelt werden.
Aus dem durch diese Maßnahmen abgedichteten Folien
schlauch wird die Luft durch Anschluß an ein Vakuumsy
stem abgesaugt. Diese Absaugung geschieht bevorzugt
durch starre oder flexible Rohre, Schläuche oder Kanäle,
die über die Dichtseite eingeführt werden, die der
Presse abgewandt ist.
Die Durchführung durch die quer zur Abzugsrichtung ver
laufenden Dichtvorrichtungen geschieht bevorzugt an den
Rändern, wo die Folie seitlich über den Stapel aus
Textilien und Thermoplast übersteht. In diesem Bereich
kann die unter dem Dichtungsdruck stehende Gleitstelle
zwischen Vakuum-Rohr und Foliensack geschmiert werden.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist ein breiter
flacher Kanal der zwischen den Verstärkungsfaser-Gebil
den durchgeführt wird.
Das Ende der Vakuumleitung wird bevorzugt bis nahe an
den Einzug der Presss herangeführt, um die Vakuumdich
tungen durch den Druckverlust zwischen dem Ende der
Vakuum-Rohre und der ersten Dichtvorrichtung zu ent
lasten.
Auf diese Weise wird beim Einzug in die Presse ein Abso
lutdruck von höchstens 500 mbar, bevorzugt höchstens
300 mbar aufrechterhalten, wodurch die Luftmenge im
Verstärkungsfaser-Gebilde um mindestes die Hälfte, bzw.
zwei Drittel reduziert wird. Da sich der Foliensack
durch das Vakuum eng anlegt, ist die Verringerung der
Luftmenge noch größer.
Andere mögliche Verfahren zum Absaugen der Luft arbeiten
mit rohrförmigen Gebilden, die beim Verbinden von oberer
und unterer Deckfolie zu dem erwähnten Foliensack bei
spielsweise durch Schweißen oder Kleben eingefügt wer
den. Auch kann der Foliensack mit spitzen rohrförmigen
Gebilden angestochen werden.
Zur Ankopplung dieser rohrförmigen Gebilde an das
Vakuum-System sind verschiedene Vorrichtungen denkbar.
Beispielsweise kann ein mitlaufendes System Anwendung
finden, das an die bewegten Vakuumdurchführungen des
Foliensackes ankoppelt. Die Vakuumleitung kann dann vor
dem Eintritt in die Presse durch gezieltes Verschweißen
oder Verkleben von oberer und unterer Folie des Folien
sackes abgequetscht werden. Geeignete Schweiß-Vorrich
tungen können an der Presse selbst angebracht sein.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von flächigen Verbund
werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stapel
aus Verstärkungsfaser-Gebilden und Thermoplast
kontinuierlich in einem evakuierten Folienschlauch
einer Presse zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der evakuierte Folienschlauch dadurch gebildet
wird, daß der einlaufende Stapel aus Verstärkungs
faser-Gebilden und Thermoplast oben und unten mit
jeweils einer seitlich überstehenden Folienbahn
abgedeckt wird, diese beiden Folienbahnen an den
überstehenden Seitenstreifen kontinuierlich mitein
ander zu einem dichten Schlauch verbunden werden und
dieser Folienschlauch ein Dichtsystem quer zur
Einzugsrichtung durchläuft und im Bereich zwischen
diesem Dichtsystem und der Presse auf geeignete
Weise mit Unterdruck beaufschlagt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Folienschlauch aus demselben Thermoplasten
wie die Matrix des Verbundwerkstoffes besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Folien, die den Foliensack bilden, aus
einer modifizierten Spezies des Matrix-Thermoplas
ten bestehen, wobei die Modifizierungen beispiels
weise durch ein verändertes Molekulargewicht, durch
Hinzufügen von Additiven, durch Verwendung von
Copolymeren, Blockpolymeren, Pfropfpolymeren,
Mischpolymeren oder Polymergemischen, geschehen
sein können.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die den Foliensack bildenden Folien zur Ka
schierung des erzeugten Verbundwerkstoffes, bei
spielsweise mit Polymerfolien oder anorganischen
Folien oder dünnen Platten, beispielsweise aus
Metall, wie Kupfer oder Aluminium, dienen.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Folienschlauch zum Trennen eines auf den
metallischen Flächen der Presse haftenden thermo
plastischen Verbundwerkstoffes verwendet wird, wobei
die den Schlauch bildenden Folien auf der dem
Produkt zugewandten Seite zusätzlich mit geeigneten
Trennmitteln in fester oder flüssiger Form behan
delt werden können.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914115831 DE4115831A1 (de) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | Kontinuierliche herstellung von verbundwerkstoffen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914115831 DE4115831A1 (de) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | Kontinuierliche herstellung von verbundwerkstoffen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4115831A1 true DE4115831A1 (de) | 1992-11-19 |
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ID=6431695
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914115831 Withdrawn DE4115831A1 (de) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | Kontinuierliche herstellung von verbundwerkstoffen |
Country Status (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8130 | Withdrawal |