DE69212489T2

DE69212489T2 - Verfahren und Gegenstand zur Herstellung von Matten

Info

Publication number: DE69212489T2
Application number: DE69212489T
Authority: DE
Inventors: Daniel T Buckley
Original assignee: CA Lawton Co
Current assignee: CA Lawton Co
Priority date: 1991-04-16
Filing date: 1992-11-19
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2012-11-20
Also published as: JPH06166939A; EP0600106B1; ATE140734T1; US5169571A; EP0600106A1; DE69212489D1; CA2083116C; CA2083116A1; ES2091998T3; JP3121461B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur Härtung von Bindemitteln auf Vliesstoff- Verstärkungsmaterialien, Gewebe-Verstärkungsmaterialien und Kombinationen daraus während ihrer Herstellung und deren besonderes Interesse der Benutzung von gerichteter Energie gilt, die zur Reaktion auf die Bindemittel fokussiert wird, ohne daß die Verstärkungsmaterialien wesentlich betroffen werden.
Bisher war es in der Technik der Herstellung von Glasfasermatten, Geweben und anderen Verstärkungsmaterialien üblich, ein Bindemittel aufzutragen, das zum einen helfen soll, das Verstärkungsmaterial zusammenzuhalten, und zum anderen eine bessere Verbindung zwischen einem Matrizenharz und dem Verstärkungsmaterial während eines nachfolgenden Formprozesses bewirken soll. Diese Bindemittel sind gewöhnlich trockene, pulverförmige Harze, es kann sich jedoch auch um Emulsionen oder Flüssigkeiten handeln. Die Faserstoffe werden auf herkömmliche Weise für den gewünschten Typ des Aufbaus hergestellt. Normalerweise werden die Bindemittel auf die Verstärkungen aufgetragen und dann einer Erwärmung unterzogen, um die Bindemittel zu schmelzen oder vor dem Schmelzen zu trocknen, und manchmal, um sie zu härten. Bei diesem Verfahren werden erhebliche Energiemengen verbraucht, da die gesamte Masse des Verstärkungsmaterials auf die erforderliche Schmelzund/oder Trocknungs- und/oder Reaktionstemperatur erhitzt werden muß. Das Bindemittel kann entweder ungesättigt, gehärtet oder teilweise gehärtet sein, je nach den Anforderungen des Anwendungsfalls. In diesem Zusammenhang kann auf das US-Patent 4.054.713 von Sakaguchi et al. verwiesen werden, insbesondere auf Spalte 4, ab Zeile 27.
Bei herkömmlichen Systemen sind viele Nachteile offensichtlich, wie etwa die große Energiemenge, die erforderlich ist, um die gesamte Masse des Verstärkungsmaterials mit einzubeziehen, die Größe der benötigten Öfen, die für das Erwärmen und Abkühlen benötigte Zeit und die Entstehung von flüchtigen Stoffen, die aufgefangen werden müssen, um eine Verschmutzung der Umwelt zu verhindern.
In der US-A-41 46 417 werden ein Verfahren zur Herstellung von Matten und eine Vorrichtung für die Ausführung dieses Verfahrens offenbart, vgl. Oberbegriffe von Anspruch 1 bzw. 6, bei denen ein Bindemittel verwendet wird, das mittels Elektronenstrahlung gehärtet wird. Die Fasern werden jedoch während des Härtungsprozesses des Bindemittearzes nicht verdichtet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Matten bereitzustellen, welches schnell, im Hinblick auf seinen Energiebedarf effizient und vom Standpunkt der Umweltverträglichkeit aus sicher ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das obengenannte Ziel erreicht, indem ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Ausführung des Verfahrens, vgl. Anspruch 1 bzw. 6, bereitgestellt werden, bei dem eine Schicht Verstärkungsfasern auf einer sich bewegenden Bahn, wie etwa einem Förderband, gebildet wird, Bindemittel zum Überziehen der Schicht aufgetragen wird, zum Beispiel durch Aufspritzen oder Kalandrieren, die mit Bindemittel überzogene Schicht bis zu einem gewünschten Verhältnis Dichte/Dicke verdichtet wird und das Bindemittel während der Verdichtung gehärtet wird. Die entstehende Matte wird dann von der Bahn abgenommen und zusammengerollt.
Als Bindemittel wird entweder ein durch Ultraviolettstrahlungsenergie oder ein durch Mikrowellenenergie härtbares Bindemittel gewählt. Dementsprechend wird bei der Härtung Ultraviolettstrahlungsenergie oder Mikrowellenenergie zugeführt, während die Schicht auf das gewünschte Verhältnis Dichte/Dicke verdichtet wird. Hierbei wird ultraviolette Strahlung in Betracht gezogen, die zwischen dem tiefen UV-Bereich ( 200 nm) und dem sichtbaren Licht ( 450 nm) liegt. Kombinationen von Wellenlängen können vorteilhaft genutzt werden. Die Bindemittel können auf der Faser mit gerichteter Energie gehärtet werden, ohne daß die Masse der Fasern mit von der Reaktionsenergie betroffen wird. Die Bindemittel sind typischerweise Oligomere, ungesättigte Polyester, Epoxide, Polyakryle, Polyurethane und ähnliches. Wenn die Bindemittel gemäß der vorliegenden Erfindung gehärtet werden, weisen sie ungesättigte Stellen auf, die für eine spätere Verbindung mit Matrizenharzen bei Formprozessen zur Verfügung stehen. Bei Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verstärkungsmaterial vorwiegend passiv gegenüber der Aktivierungsenergie. Die Reaktion läuft ab, ohne daß die Verstärkungsmaterialien davon betroffen werden, da die Aktivierungsenergie nur auf das Bindemittel gerichtet wird. Die Bindemittel erfüllen dieselben Funktionen wie bei den herkömmlichen Herstellungssystemen, können jedoch wesentlich schneller gehärtet werden, mit bedeutend niedrigerem Energieaufwand und ohne Erzeugung nennenswerter Mengen von flüchtigen Stoffen, die aufgefangen werden müssen, um eine Verschmutzung der Umwelt zu verhindern. Da wenig oder keine Notwendigkeit besteht, die flüchtigen Stoffe aufzufangen, die durch Hitze ausgetrieben werden, besteht wenig oder keine Notwendigkeit, Frischluft zuzuführen, und wenig oder keine Notwendigkeit, Wärme zuzuführen, wodurch Energie gespart wird und wodurch eine Verschmutzung der Umwelt im wesentlichen vermieden wird.
Wie bereits erwähnt wurde, kann es sich bei der Quelle der gerichteten Energie entweder um Ultraviolettstrahlungsenergie oder um Mikrowellenenergie handeln, wie in den veröffentlichten Dokumenten EP-A- 431442, US-A-5217656 und US-A-5192387, die alle die Herstellung von dreidimensionalen Vorformlingen unter Benutzung von durch Ultraviolettstrahlungsenergie oder Mikrowellenenergie härtbaren Bindemitteln und entsprechenden Quellen von Ultraviolettstrahlungsenergie oder Mikrowellenenergie für das Härten betreffen. Im Gegensatz zu den obengenannten Anmeldungen, in denen in Stufen ablaufende Verfahren offenbart werden, ist das vorliegende Verfahren kontinuierlich.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die bevorzugte Energie aufgrund der Kosten, der Geschwindigkeit und des Wirkungsgrades Ultraviolettstrahlungsenergie. Da die Bindemittel flüssig sind, müssen sie nicht in Wasser gegeben werden, um aufgespritzt werden zu können. Restfeuchtigkeit in den Verstärkungsfasern hat sich seit langem als eine Ursache für die Verschlechterung von physikalischen und elektrischen Eigenschaften bei einigen Matrizenharzen erwiesen. Da im System kein Wasser vorhanden ist, ist kein Trocknen erforderlich, und das soeben genannte Problem ist damit gelöst. Ein Härten mittels gerichteter Energie gewährleistet die erforderlichen Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Handhabung des Materials.
Der Einfachheit halber bezieht sich die folgende Beschreibung vorwiegend auf Vliesstoff-Matten, da alle Vorteile des Verfahrens auf beliebige Verstärkungen aus Gewebe anwendbar sind, bei denen Bindemittel verwendet werden.
Fasermatten lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: aus unterbrochenen Fasern, die "Matten aus zerkleinerten Faserbündeln" genannt werden, und aus kontinuierlichen Fasern, die im allgemeinen "Matten aus endlosen Faserbündeln" genannt werden. Für jeden dieser Mattentypen gibt es zahlreiche Ausführungen. Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Fasermatten durch den Hersteller in der normalen Art und Weise vorbereitet, d.h. als eine Schicht von Fasern, die auf einer sich bewegenden Bahn abgelegt werden, wie im obenerwähnten US-Patent 4.054.713 dargelegt wurde. Die Matten werden auf einer endlosen Bahn oder einem Gurtband vorbereitet, und nach Abschluß der Schichtbildung wird ein Bindemittel aufgetragen, typischerweise durch Aufspritzen, es kann auch kalandert werden. Dies ist kein Füll- oder Imprägnierschritt. Das Bindemittel wird in einer Menge aufgetragen, die in einem Bereich von 2,0---10.0 Gewichtsprozent liegt, typischerweise im Bereich von 3.0---7.0 Gewichtsprozent. Nach Auftragung des Bindemittels kann durch eine Transportentfernung zu dem Verdichtungs- und Härtungsabschnitt der Fertigungsstraße eine Verweizeit vorgesehen werden, um eine gewisse Benetzung der Fasern zu ermöglichen.
Durch UV-Strahlung härtbare Harze, geeignet als Bindemittel für spezielle Anwendungen und ihre Lieferanten sind:
(1) Sartomer SR Urethanakrylat, hergestellt von Adamson Chemical Corp.;
(2) Diakryl-Oligoester-Akrylat und Setalux UV Epoxidharz, Urethan-Polyester- Akrylate, hergestellt von Akzo Chemie America;
(3) Vectomer 2010, 2015, 2020 Urethan-Akrylate, hergestellt von Allied Signal Inc.;
(4) ABCURE Urethanakrylat, hergestellt von American Biltrite Inc.;
(5) Epokrylpolyester, Urethan, Epoxidakrylate, hergestellt von Cargill UV Products;
(6) Sartomer Oligomere, hergestellt von Chemox Ltd.;
(7) Synocure und Synolac Akrylate, hergestellt von Craynor;
(8) Polyester-, Urethan- und Epoxidakrylat-Harze, hergestellt von Danicel Chemical Ind. Ltd.;
(9) Urethanakrylate, hergestellt von Dianippon Ink & Chemical;
(10) EP220100 Epoxidakrylat-Beschichtungsharz, hergestellt von Epolin Inc.;
(11) Jagalux UV-Spezial-Polyester, hergestellt von Ernst Jager Fab.;
(12) Photomer 2000 Methakrylate, 5000 Urethane, 3000 Methakrylate, Photomer & Duo-cure Akrylate, hergestellt von Henkel Corp.;
(13) Uvithan-Urethan-Akrylate, hergestellt von Morton International Inc.;
(14) Sartomer Urethan, Polyester-Epoxidakrylate, Epoxidharz 3000, 9500 Urethane, hergestellt von Sartomer Co.; und
(15) Uvacryl P36, P104, P115, 7100, Uvacryl Urethan, Epoxidharz, Esterakrylate, Siliziumakrylate, Novacure 3600, erhältlich über UCB Radcure Spedalties.
Gewöhnlich ist es wünschenswert, die Schichten zu verdichten, um das richtige Verhältnis Dichte/Dicke zu erzielen. Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Schichten schrittweise verdichtet und während der schrittweisen Härtung unter Druck gehalten. Es stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, um durch Verdichtung das gewünschte Verhältnis Dichte/Dicke zu erreichen, mit Verwendung von Walzen oder endlosen Bändern oder Kombinationen davon. Für die vorliegende Anmeldung wird die gewählte Methode durch das zur Anwendung kommende System der gerichteten Energie sowie den Typ und Aufbau der herzustellenden Matten bestimmt.
Wenn ultraviolettes Licht als Quelle der Härtungsenergie verwendet wird, kann man das Licht auf mehrere verschiedene Weisen einwirken lassen: durch eine Faserstoffbahn oder ein endloses Band hindurch, zwischen Walzen über dem Band oder der Bahn, durch die Walzen hindurch und durch die Öffnungen zwischen Walzen hindurch. Wenn sich die Lichtquelle in den Walzen befinden soll, und das Licht durch die Walzen hindurch einwirken soll, können die Walzen aus einem Metallschirm mit Poren hergestellt sein, der das Licht durchläßt, oder sie können aus einem für ultraviolette Strahlung durchlässigen Matenal hergestellt sein, wie etwa einem für ultraviolette Strahlung durchlässigen Akrylmaterial oder aus einem für ultraviolette Strahlung durchlässigen Glas oder Quarz. Das Band oder die Bahn kann aus einem biegsamen, lichtdurchlässigen Metallschirm mit Poren oder aus einem für ultraviolette Strahlung durchlässigen Polymer hergestellt sein, wie etwa einem für ultraviolette Strahlung durchlässigen Polyäthylen, einem für ultraviolette Strahlung durchlässigen Akrylmaterial oder einem für ultraviolette Strahlung durchlässigen Polyvinylchlorid. Die Durchlässigkeit hängt ab von dem Teil des Spektrums, mit dem gearbeitet wird. Als Bahn kann ein für ultraviolette Strahlung durchlässiger Film verwendet werden, der auch bewirken würde, daß die nicht gehärteten Bindemittel von den Oberflächen der Walzen oder Bänder ferngehalten werden, falls dies gewünscht wird. Er würde auch verhindern, daß potentiell abreibende Glasmaterialien einen Verschleiß der Oberfläche des Transportsystems bewirken. Falls gewünscht, kann der für ultraviolette Strahlung durchlässige Film am Erzeugnis belassen werden, als Trennschicht in den Rollen. Ferner kann dieser Film dann, falls gewünscht, als Vakuumdichtung bei nachfolgenden Schneid- oder Formungsanwendungen verwendet werden, wie etwa in meinen weiter oben erwähnten, Vorformlinge betreffenden Anwendungen.
Der Film kann auch während der Durchführung von Vorformprozessen vom obenerwähnten Typ als Ablösefilm verwendet werden, falls dies zweckmäßig ist oder gewünscht wird.
Der für ultraviolette Strahlung durchlässige Film kann auch vor dem Zusammenrollen der Matten kontinuierlich abgestreift und zum oberen Ende der Linie zurückgeführt werden, so daß er als endlose Bahn verwendet wird. Für ultraviolette Strahlung durchlässiges Polyäthylen ist für diesen Zweck besonders geeignet, da es ausgezeichnete Ablöseeigenschaften besitzt, preiswert ist und in vielfältigen Dicken hergestellt wird.
Wenn Mikrowellenenergie als Quelle für die gerichtete Energie verwendet wird, können schlangenlinienförmige Hohl leiter verwendet werden, wie sie in der Technik im Zusammenhang mit dem Trocknen von Bahnen, Furnieren usw. bekannt sind. Das Verdichten der Materialien kann vorgenommen werden, indem die Matten zwischen zwei endlosen Bändern oder Bahnen zugeführt werden, welche während der Bewegung durch die schlangenlinienförmigen Hohlleiter den Druck aufrechterhalten. Zwischen den parallelen Abschnitten der Hohlleiter oder innerhalb dieser Abschnitte können Walzen angebracht werden, die quer zu der Bahn angeordnet sind, um den Druck auf die Bänder oder Bahnen aufrechtzuerhalten. Die Walzen werden typischerweise aus einem Polymer hergestellt, wie etwa Polyäthylen, das solche Dämpfungseigenschaften aufweist, daß das Material keine Mikrowellenenergie absorbiert und die gerichtete Energie nicht abschwächt. Der Druck kann auch aufrechterhalten werden, indem man dafür sorgt, daß die Bänder oder Bahnen zusammengehalten werden (pneumatisch, hydraulisch, Federn usw.), und daß an jeder Hälfte des Hohl leiters eine ununterbrochene Fläche das Band oder die Bahn berührt. Diese ununterbrochene Fläche wird aus einem reibungsarmen, verlustarmen Material hergestellt, wie etwa Polyäthylen mit hohem Molekulargewicht oder Polyäthylen mit ultrahohem Molekulargewicht. Das Band oder die Bahn wird aus einem ähnlichen Material hergestellt.

ZU DEN ZEICHNUNGEN

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung, ihre Organisation, ihr Aufbau und ihre Wirkungsweise werden am besten aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen, wobei:
FIG. 1 eine schematische Darstellung ist, die eine Transportanlage und alle Elemente für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, welches die Bildung einer Schicht Fasern auf einem sich bewegenden Band, die Auftragung eines Überzugs oder Films aus einem Bindemittel auf die Schicht und die gleichzeitige Verdichtung der Schicht und Härtung des Bindemittels umfaßt, mit anschließender Abnahme und Aufwicklung der fertigen Matte;
FIG. 2 sich auf dem gleichen Blatt wie FIG. 1 befindet und eine schematische Darstellung ähnlich wie die von FIG. 1 ist, welche zusätzlich die Bereitstellung einer Bahn zeigt, die später eine Trennschicht auf der fertigen Matte bildet;
FIG. 3 eine weitere schematische Darstellung ähnlich wie die von FIG. 1 und 2 ist, welche die Bereitstellung einer endlosen abstreifbaren Bahn zeigt, die vor der Verdichtung angedrückt wird und nach der Härtung und vor dem Aufwickein der Matte von der Matte abgestreift wird;
FIG. 4 sich auf dem gleichen Blatt wie FIG. 3 befindet und eine schematische Darstellung des Verdichtungs- und Härtungsbereiches ist, wobei auf einander gegenüberliegenden Seiten des aus Band und Schicht bestehenden Aufbaus ein Paar endloser Bahnen angedrückt und abgestreift wird;
FIG. 5 sich auf dem gleichen Blatt wie FIG. 3 und FIG. 4 befindet und eine schematische Darstellung einer weiteren Verdichtungs- und Härtungsstufe ist, die Ultraviolettstrahlungsquellen zeigt, welche sich im Inneren von Druckwalzen befinden;
FIG. 6 eine schematische perspektivische Darstellung einer Vorrichtung von dem in FIG. 5 dargestellten Typ ist, welche die Belastung der Druckwalzen mit Hilfe weiterer Walzen zeigt;
FIG. 7 eine schematische Darstellung eines Aufbaus ähnlich wie in FIG. 1 ist,
welche die Beschichtung mit Fasern, die Auftragung von Bindemittel und die gleichzeitige Verdichtung der Schicht und Härtung des Bindemittels in einem Ultraviolettstrahlungs-Tunnel zeigt;
FIG. 8 sich auf dem gleichen Blatt wie FIG. 6 befindet und eine Perspektivansicht der Vorrichtung von dem in FIG. 7 dargestellten Typ ist;
FIG. 9 sich auf dem gleichen Blatt wie FIG. 7 befindet und eine schematische Darstellung ist, die der von FIG. 6 ähnlich ist und den gleichen Grundaufbau zeigt, wobei jedoch die Druckwalzen durch ein Paar Druckauflagen unter einer langgestreckten Quelle für ultraviolettes Licht im Inneren des Ultraviolettstrahlungs-Tunnels ersetzt wurden;
FIG. 10 eine schematische Darstellung einer mit Mikrowellenenergie betriebenen Vorrichtung für die Realisierung der vorliegenden Erfindung ist, welche Druckwalzen zwischen Mikrowellenhohlleiter-Abschnitten zeigt;
FIG. 11 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung von dem in FIG. 10 dargestellten allgemeinen Typ ist, welche Druckwalzen im Inneren von entsprechenden Mikrowellenhohlleiter-Abschnitten zeigt;
FIG. 12 sich auf dem gleichen Blatt wie FIG. 11 befindet und eine Perspektivansicht der Vorrichtung von FIG. 11 ist; und
FIG. 13 sich auf dem gleichen Blatt wie FIG. 11 und FIG. 12 befindet und eine Draufsicht der in den FIG. 11 und 12 dargestellten Vorrichtung ist, mit dem Mikrowellentunnel, der so im Querschnitt dargestellt ist, wie er in der Draufsicht erscheint.
Die Erfindung ist auf die Verwendung unterschiedlicher Formen von gerichteter Energie anwendbar. Deshalb wird nachfolgend eine ausführliche Beschreibung der Verwendung von Systemen gerichteter Energie auf der Basis von ultravioletter Strahlung und von Mikrowellen gegeben.

Anwendungen von gerichteter Ultraviolettstrahlungsenergie

In FIG. 1 ist eine Anlage zur Herstellung von Matten in 10 allgemein in der Weise dargestellt, daß sie eine Vielzahl von Stufen umfaßt, die in Abständen entlang eines Förderbandes 12 angeordnet sind, welches von zwei an den Enden befindlichen Walzen 14 und 16 getragen wird, so daß es sich entlang eines festgelegten Weges bewegt. Die Anlage umfaßt eine Faseraufbereitungs- und Auftragungsstufe 18, eine Bindemittelauftragungsvorrichtung 20 und eine Verdichtungs- und Härtungsstufe 22. Am Endpunkt des Förderbandes 12, neben der Walze 16, wird die hergestellte Matte abgenommen und auf eine Aufnahme- oder Wickelwalze 52 aufgewickelt.
In der Auftragungsstufe 18 werden Verstärkungsfasern, zum Beispiel entweder endlose Faserbündel oder zerkleinerte Glasfasern, auf eine in der Technik bekannte Weise, wie etwa in dem obenerwähnten US-Patent 4.054.713 beschrieben wurde, in der Vorrichtung 24 aufbereitet und, wie durch den Pfeil 26 symbolisch dargestellt wurde, auf die Oberseite des Förderbandes 12 als eine Faserschicht 26' abgelegt. Die Faserschicht 26' gelangt dann zur Bindemittel-Auftragungsstation 20, in der aus einer Beschickungsvorrichtung 28 Bindemittel entnommen wird, hier ein durch Ultraviolettstrahlungsenergie härtbares Bindemittel, und mit Hilfe eines Spritzgerätes 30 als Spritzflüssigkeit 32 auf die Oberseite der hergestellten Schicht 26' aufgetragen wird, so daß auf der Oberseite des Förderbandes 12 eine mit Bindemittel überzogene Schicht 26UV mit 2,0 bis 10,0 Gewichtsprozent Bindemittel gebildet wird. Es kann daher eingeschätzt werden, daß das Bindemittel nicht als Füllstoff aufgetragen wird, sondern vielmehr als dünne, imprägnierende zufällige Anordnung von Tröpfchen.
Die mit Bindemittel überzogene Schicht 26UV gelangt dann in die Verdichtungs- und Härtungsstufe 22, in welcher das Förderband 12 und insbesondere die von ihm getragene Schicht 26UV zwischen Paaren von in bestimmtem Abstand voneinander angeordneten Druckwalzen 34 - 38 stufenweise durch die Walzen bis zu einem gewünschten Verhältnis Dichte/Dicke verdichtet wird und das Bindemittel mit Hilfe der in Abständen angeordneten Ultraviolettstrahlungsquellen 42, 44, die quer zu der Schicht 26UV angeordnet sind und dieselbe wie in 46, 48 dargestellt bestrahlen, stufenweise gehärtet wird.
Nach der Verdichtung und Härtung wird die nunmehr mit 50 bezeichnete fertige Fasermatte vom Förderband 12 abgenommen und auf die Wickelwalze 52 aufgewickelt.
In FIG. 2 ist allgemein in 10A ein ähnliches System dargestellt, bei dem eine Verdichtungs- und Härtungsstufe 22A im wesentlichen dieselbe ist wie die in FIG. 1 dargestellte, jedoch einen zusätzlichen Bestandteil hat, der darin besteht, daß eine für ultraviolette Strahlung durchlässige Bahn 54 wie etwa eine Polyäthylenbahn von einer Speiserolle 55 abgewickelt und an die Oberseite der mit Bindemittel überzogenen Schicht 26UV gedrückt wird, wobei die Bahn 54 mittels einer Führungswalze 56 geführt wird. Wie oben erwähnt, kann es sich bei dem für ultraviolette Strahlung durchlässigen Material um das soeben genannte für ultraviolette Strahlung durchlässige Polyäthylen oder ein für ultraviolette Strahlung durchlässiges Akrylmaterial oder ähnliches handeln. Wie in FIG. 2 gezeigt, verbleibt die Bahn 54 nach der Härtung bei der mit durch ultraviolette Strahlung gehärtetem Bindemittel überzogenen Schicht 26 und wird zu einem Bestandteil der nunmehr mit 50A bezeichneten fertigen Matte, mit der zusammen sie wie in 52A gezeigt aufgewickelt wird, so daß sie, falls gewünscht, bei nachfolgenden Schneid- oder Formungsprozessen eine Vakuumdichtung gewährleistet, so wie sie in meinen weiter oben erwähnten Patentanmeldungen beschrieben wurde.
Betrachtet man nunmehr FIG. 3, so ist allgemein in 10B dasselbe allgemeine System dargestellt, bei dem die Verdichtungs- und Härtungsstufe 22B in der Weise dargestellt ist, daß sie ein endloses Band 58 aufweist, zum Beispiel aus für ultraviolette Strahlung durchlässigem Polyäthylenmaterial, bei dem es sich um ein abstreifbares Band handelt, das mit Hilfe einer Vielzahl von Walzen 60-66 so geführt wird, daß es eine Schleife durchläuft, von der Einspeisungsseite der Stufe 22B durch den Verdichtungs- und Härtungsprozeß hindurch, wonach es an der Führungswalze 64 von der entstandenen gehärteten Matte 50 abgezogen wird, bevor die Matte 50 auf die Wickewalze 52 aufgewickelt wird. Auch in diesem Fall kann für die Bahn 58 ein für ultraviolette Strahlung durchlässiges Polyäthylenmaterial bevorzugt werden, da dieses, wie erwähnt, ausgezeichnete Ablöseeigenschaften besitzt, preiswert ist und in vielfältigen Dicken hergestellt wird.
Betrachtet man nunmehr FIG. 4, so ist hier eine weitere Ausführungsform einer Verdichtungs- und Härtungsstufe 22C dargestellt, bei welcher die mit Bindemittel überzogene Schicht 26UV zwischen zwei Druckwalzen 70 und 80 in die Stufe 22C eingeführt wird und sie zwischen zwei Druckwalzen 72 und 82 verläßt. Der Druck wird in dieser Stufe mit Hilfe eines Paares von für ultraviolette Strahlung durchlässigen Bahnen 76, 86 ausgeübt, welche jeweils um Gruppen von Führungs- und/oder Druckwalzen 68-74 und 78-84 herum bewegt werden. Entlang des festgelegten Weges in der Stufe 22C wird die verdichtete Schicht 26UV während des Verdichtens einer Bestrahlung durch eine Vielzahl von Ultraviolettstrahlungsquellen 42&sub1;- 42n an der Oberseite der Schicht und 44&sub1;-44n an der Unterseite der Schicht ausgesetzt. Bei dieser Ausführungsform ist es erforderlich, daß das Förderband 12 gleichfalls für ultraviolette Strahlung durchlässig ist.
Die FIG. 5 und 6 zeigen eine weitere Verdichtungs- und Härtungsstufe 22D, bei der das Förderband 22 und die mit Bindemittel überzogene Schicht 26UV zwischen Paaren von in einem bestimmten Abstand voneinander angeordneten Druckwalzen 88, 90 - 92, 94 aufgenommen werden. Bei dieser Ausführungsform ist ein Ultraviolettstrahlungs-Tunnel 118 vorgesehen, und anstelle einer Vielzahl von in Abständen angeordneten Ultraviolettstrahlungsquellen zwischen den Walzen sind die oberen Walzen, hier durch die Walzen 88 und 92 dargestellt, für ultraviolette Strahlung durchlässig, und in ihnen sind die Ultraviolettstrahlungsquellen 96, 98 eingebaut. Bei dieser Ausführungsform können die Walzen, wie erwähnt, aus einem Metallschirm mit Poren hergestellt sein, einem für ultraviolette Strahlung durchlässigen Akrylmaterial, einem für ultraviolette Strahlung durchlässigen Glas oder einem für ultraviolette Strahlung durchlässigen Quarzmaterial. Der Druck wird über eine weitere Vielzahl von Walzen 102- 108 und 110-116 ausgeübt.
Die in den FIG. 7 und 8 dargestellte Anlage 10E ist im wesentlichen dieselbe wie die in FIG. 1 dargestellte, mit der Ausnahme, daß die FIG 7 und 8 eine Verdichtungs- und Härtungsstufe 22E zeigen, welche einen Ultraviolettstrahlungs-Tunnel 102,127 umfaßt, der ein Gehäuse 104,128 umfaßt, das eine Einlaßöffnung 106, 130 für die Aufnahme des Bandes 12 und der mit Bindemittel überzogenen Schicht 26UV auf diesem und eine Auslaßöffnung 108,132 für das Auslassen des Bandes 12, welches die gehärtete Schicht 50 in Richtung Aufwickelstation transportiert, aufweist.
Die Anlage umfaßt ferner ein Paar Stützwalzen 126 im Bereich der Bindernittelauftragungsstufe 20 und eine Vielzahl von Stütz- und Druckwalzen 134 - 148 zur Abstützung des Bandes 12 an seiner Unterseite.
Über dem Band befindet sich eine Vielzahl von Druckwalzen 150-156, die über die Länge des Ultraviolettstrahlungs-Tunnels 126 in Abständen voneinander angeordnet sind und hier mit Paaren der Stütz- und Druckwalzen 134-156 Garnituren von Druckwalzen bilden. Eine Vielzahl von langgestreckten Ultraviolettstrahlungsquellen 158-168 ist über der mit Bindemittel überzogenen Schicht 26UV angeordnet, wobei sich die einzelnen Quellen 158,164; 160,166 und 162,168 jeweils zwischen benachbarten oberen Walzen befinden, so daß sie die Schicht 26UV nach der Verdichtung durch die Druckwalzengarnituren bestrahlen, wodurch die Schicht 26UV in Stufen bis zu dem gewünschten Verhältnis Dichte/Dicke verdichtet und gehärtet wird.
In FIG. 9 ist eine ähnliche Anlage 10F für die Härtung durch ultraviolette Strahlung dargestellt, wobei der Ultraviolettstrahlungs-Tunnel 170 ebenfalls ein Gehäuse 172 umfaßt, das eine Einlaßöffnung 174 und eine Auslaßöffnung 176 aufweist. Bei dieser Ausführungsforrn umfaßt der Ultraviolettstrahlungs-Tunnel ein Paar Druckplatten 178,180, die gegeneinander gepreßt werden und das Förderband 12 sowie die mit Bindemittel überzogenen Schicht 26UV zwischen sich aufnehmen. Der Druck, mit dem die Druckplatten 140 und 146 belastet werden, wurde hier symbolisch durch eine Vielzahl von Federn 141, 143 und 147, 149 dargestellt. Die Druckbelastung könnte jedoch auch mit Hilfe von Pneumatik- oder Hydraulikkolben oder ähnlichem erzeugt werden, so daß auf der gesamten Länge des Ultraviolettstrahlungs-Tunnels 170 die gewünschte Verdichtung erhalten wird.
Bei dieser Ausführungsform umfaßt der Ultraviolettstrahlungs-Tunnel 170 eine langgestreckte Ultraviolettstrahlungsquelle 182, die durch einen einzigen, mehrere Bögen aufweisenden Reflektor 184 und eine Vielzahl von langgestreckten Ultraviolettlampen 186-202 dargestellt ist. Ein solches Lichtsystem kann auch unter dem Förderband angeordnet werden, vorausgesetzt, daß für ultraviolette Strahlung durchlässige Materialien verwendet werden. Auch hier kann der Druck von einem Ende des Ultraviolettstrahlungs-Tunnels zum anderen durch steigende Belastung allmählich erhöht werden, so daß die gewünschte stufenweise Durchführung des Härtungsprozesses zur Erzielung des gewünschten Verhältnisses Dichte/Dicke gewährleistet wird.
Bisher wurde nur die Härtung durch ultraviolette Strahlung erörtert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch in vollem Umfang auf die Härtung mit Hilfe von gerichteter Mikrowellenstrahung anwendbar.

Anwendungen von gerichteter Mikrowellenenergie

In FIG. 10 ist eine Anlage zur Härtung mit Hilfe von gerichteter Mikrowellenenergie 10G allgemein in der gleichen Form dargestellt, wie im Falle der oben beschriebenen Anlagen zur Härtung mit Hilfe von Ultraviolettstrahlungsenergie 10-10F. In der Anlage von FIG. 10 ist die Aufbereitung der Verstärkungsfasern dieselbe wie in den bisher betrachteten Anlagen, so daß auf der Oberseite des Förderbandes 12 eine Schicht 26' hergestellt wird. Während sich das Förderband 12 zuf Auftragungsstation 20' bewegt, wird es ebenfalls von einem Paar Stützwalzen 126 getragen, und die Schicht 26' wird aus einer Beschickungsvorrichtung 28' und einer Spritzdüse 30 mit einem durch Mikrowellenenergie härtbaren Bindemittel in der Form einer Spritzflüssigkeit 32' überzogen, wodurch eine mit Bindemittel überzogene Schicht 26MW entsteht, welche ebenfalls 2,0-10,0 Gewichtsprozent Bindemittel enthält, vorzugsweise 3,0 - 7,0 Gewichtsprozent.
Das Förderband 12 und die mit Bindemittel überzogene Schicht 26MW gelangen dann in eine Verdichtungs- und Härtungsstufe 10G, die anstelle eines Ultraviolettstrahlungs-Tunnels einen Mikrowellen-Tunnel 204 umfaßt, der ein Gehäuse 206 mit einer Einlaßöffnung 208 und einer Auslaßöffnung 210 besitzt, das im wesentlichen dasselbe ist wie beim obenerwähnten Ultraviolettstrahlungs-Tunnel. Hier tritt eine fertige Matte 280 aus, die zum Aufwickeln auf eine Walze 282 bestimmt ist.
Im Mikrowellen-Tunnel 204 werden das Förderband 12 und die mit Bindemittel überzogene Schicht 26MW zwischen einer Vielzahl von oberen Druckwalzen 212-224 und einer Vielzahl von unteren Druckwalzen 226-238 aufgenommen. Wie gezeigt, sind die Druckwalzen über die Länge des Mikrowelentunnels 204 in bestimmten Abständen angeordnet und befinden sich jeweils zwischen benachbarten Abschnitten eines Mikrowellenhohlleiters 240, der eine obere Mikrowellenhohlleiter-Hälfte 242 und eine untere Mikrowellenhohlleiter-Hälfte 244 umfaßt, welche eine Vielzahl von quer angeordneten Abschnitten 246-258 an der Oberseite und eine Vielzahl von Abschnitten 260-272 an der Unterseite aufweisen. Die obere und die untere Hälfte 242 und 244 bilden zusammen einen gespaltenen Mikrowellenhohlleiter 240, welcher im allgemeinen gemäß den Prinzipien aufgebaut ist, die in meinen obenerwähnten Patentanmeldungen Nr.446.859 und 552.253 dargelegt wurden, jedoch ohne Profile zur Ausbildung einer dreidimensionalen Form. Der Hohliter 240 wird mittels eines Mikrowellengenerators 278 gespeist, und die beiden Hälften 242 und 244 und ihre einzelnen Abschnitte 246, 260 - 258, 272 sind durch ein Paar von zum Beispiel aus Polyäthylen hergestellten Elementen 274, 276 auf einander gegenüberliegenden Seiten der Hohlleiter-Hälften getrennt, wobei diese Elemente die einzelnen Hohlleiter-Abschnitte gegenüber Materialteihen abdichten. Die Elemente 274, 276 weisen ferner jeweils Öffnungen für die Aufnahme der Druckwalzen 212-238 auf, so daß die Druckwalzen durch sie hindurch die Schicht 26MW und das Band 12 berühren.
In FIG; 11 ist die Verdichtungs- und Härtungsstufe 10H einer Anlage zur Härtung mit Hilfe von gerichteter Mikrowellenenergie abgebildet, wobei diese Stufe aus einem Mikroweintunnel 284 besteht, der ein Gehäuse 286 mit einer Eingangsöffnung 288 und einer Ausgangsöffnung 290 umfaßt. Der Mikrowellentunnel 284 umfaßt einen in ihm befindlichen Mikrowellenhohlleiter 292, der durch eine obere Hohlleiter-Hälfte 294 und eine untere Hohlleiter-Hälfte 296 gebildet wird, durch die, wenn sie zusammengefügt werden, ein Kanal geformt wird, der mit der Eingangsöffnung 288 und der Ausgangsöffnung 290 in Verbindung steht.
Die obere Hohlleiter-Hälfte 294 besteht aus einer Vielzahl von Abschnittshälften 298-310, und die untere Hohlleiter-Hälfte 294 besteht aus einer Vielzahl von Abschn ittshälften 312-324.
Der Hohlleiter-Aufbau kann auch, obwohl dies in FIG. 11 nicht dargestellt ist, zum Beispiel aus Polyäthylen hergestellte Elemente von der Art der Elemente 274, 276 umfassen, die wie in FIG. 10 angewandt werden können, um die Hohlleiterabschnitte von Materialteuchen freizuhalten. Diese Elemente würden, falls sie verwendet werden, auch mit entsprechenden Öffnungen für die Aufnahme der durch sie hindurch reichenden Druckwalzen ausgestattet.
Ebenso wie der in FIG. 10 dargestellte Aufbau umfaßt auch der Aufbau von FIG. 11 eine Vielzahl von Druckwalzen, die hier als vertikale Paare vorgesehen sind, in der Form einer Vielzahl von oberen Druckwalzen 326- 338 und einer Vielzahl von unteren Druckwalzen 340-352. Diese Druckwalzen berühren die Oberseite der mit Bindemittel überzogenen Schicht 26MW und die Unterseite des Förderbandes 12, und zwar durch entsprechende Öffnungen hindurch, falls die Schichten 274 und 276 vorgesehen sind. Wie zuvor werden die Verdichtung und die Härtung stufenweise mit Hilfe des Druckes bewirkt, welcher über die Walzenpaare von der Art des Paares 326, 340 ausgeübt wird, und durch die gleichzeitig einwirkende Mikrowellenbestrahlung mittels der oberen und unteren Hohlleiterabschnitte.
Der Hohlleiter 292 ist wie zuvor mit einer Mikrowellenenergiequelle 354 verbunden, zum Anlegen der geeigneten Mikrowellenfrequenz an den Hohlleiter 292.
Die FIG. 12 und 13 zeigen die gleiche Anlage wie FIG. 11, und in ihnen sind die abgerundeten Abschnitte 358, 360 des Hohlleiters 292 besser zu erkennen. Die Mikrowellenenergiequelle 354 ist wie dargestellt über eine Hohlleiterkuppung 356 mit dem Hohlleiter verbunden.
Obwohl ich meine Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle, der Veranschaulichung dienende Ausführungsformen derselben beschrieben habe, können für den Fachmann viele Änderungen und Modifikationen der Erfindung offensichtlich sein, ohne daß dadurch der Rahmen der Ansprüche verlassen würde. Ich beabsichtige daher, in das hierfür erteilte Patent alle Änderungen und Modifikationen einzubeziehen, die sinnvollerweise und zu Recht als im Rahmen meines Beitrags zur Technik enthalten angesehen werden können.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Fasermatten, welches folgende Schritte umfaßt: Bewegung eines Bandes entlang eines festgelegten Weges; kontinuierliches Ablegen einer Faserschicht aus einem Verstärkungsmaterial auf das Band an einer ersten Stelle des festgelegten Weges und Transportieren der Faserschichten auf dem Band; Auftragen eines Überzugs aus einem durch elektromagnetische Energie härtbaren Bindemittel auf wenigstens eine Seite der Faserschicht an einer zweiten Stelle des festgelegten Weges; gekennzeichnet durch das Verdichten der mit Bindemittel überzogenen Faserschicht an einer dritten Stelle des festgelegten Weges auf ein vorgegebenes Verhältnis Dichte/Dicke; Ausüben von Druck auf die mit Bindemittel überzogene Schicht zur Aufrechterhaltung des besagten Verhältnisses Dichte/Dicke und gleichzeitiges Einwirkenlassen von elektromagnetischer Strahlungsenergie auf die gesamte Fläche der verdichteten, mit Bindemittel überzogenen Faserschicht an einer vierten Stelle des festgelegten Weges zum Härten des Bindemittels und zum Befestigen der Fasern aneinander, so daß eine Matte gebildet wird; Aufwickeln der gebildeten Matte vom Band.

2. Verfahren zur Herstellung von Fasermatten gemäß den Schritten von Anspruch 1, bei dem der besagte Überzug ein durch Ultraviolettstrahlungsenergie härtbares Bindemittel ist und bei dem die Strahlung, die man einwirken läßt, eine ultraviolette Strahlung ist.

3. Verfahren zur Herstellung von Fasermatten gemäß den Schritten von Anspruch 2, bei dem der aufgetragene Bindemittelüberzug im Bereich von 1,0 bis 10,0% des Fasergewichtes liegt.

4. Verfahren zur Herstellung von Fasermatten gemäß den Schritten von Anspruch 2, bei dem die Fasern an voneinander getrennten Stellen verdichtet werden und man die Ultraviolettstrahlungsenergie zwischen den Stellen, an denen die Verdichtung erfolgt, auf den Bindemittelüberzug einwirken läßt.

5. Verfahren zur Herstellung von Fasermatten gemäß den Schritten von Anspruch 2, bei dem man die ultraviolette Strahlung durch ein für ultraviolette Strahlung durchlässiges Element hindurch einwirken läßt.

6. Vorrichtung zur Herstellung einer endlosen Matte aus Faserverstärkungsmaterial, welche umfaßt: ein sich gleichmäßig bewegendes Transportband, das sich entlang eines festgelegten Weges erstreckt; Formungsmittel an einer ersten Stelle des festgelegten Weges zum Formen einer Schicht aus Verstärkungsmaterial-Fasern auf dem sich bewegenden Transportband; Auftragungsmittel an einer zweiten Stelle des festgelegten Weges, welche Mittel zum Auftragen eines Bindemittels, das durch eine bestimmte elektromagnetische Strahlung härtbar ist, auf wenigstens eine Seite der sich bewegenden Faserschicht umfassen; gekennzeichnet durch Verdichtungsmittel an einer dritten Stelle des festgelegten Weges zum Verdichten der mit Bindemittel überzogenen Faserschicht auf dem Transportband auf ein vorgegebenes Verhältnis Dichte/Dicke; Haltemittel an einer vierten Stelle, welche die Fasern auf das besagte Verhältnis Dicke/Dichte verdichtet halten, und Härtungsmittel an der vierten Stelle, welche Strahlungsmittel zum Einwirkenlassen der vorgegebenen elektromagnetischen Strahlung auf die gesamte Fläche der mit Bindemittel überzogenen Schicht zum Härten des Bindemittels und zum Befestigen der Fasern aneinander umfasseh, so daß eine Matte gebildet wird; und Aufwickelmittel zum Aufwickeln der gebildeten Matte vom Transportband.

7. Vorrichtung zur Herstellung einer endlosen Matte aus Faserverstärkungsmaterial, die gemäß Anspruch 6 aufgebaut ist, wobei das besagte Auftragungsmittel für das Auftragen eines durch ultraviolette Strahlung härtbaren Bindemittels konstruiert ist und das besagte Strahlungsmittel für das Aussenden von ultravioletter Strahlung konstruiert ist.

8. Vorrichtung zur Herstellung einer endlosen Matte aus Faserverstärkungsmaterial, die gemäß Anspruch 6 aufgebaut ist, wobei das besagte Auftragungsmittel für das Auftragen von Mengen eines Bindemittels konstruiert ist, die im Bereich zwischen 1,1 und 11% des Fasergewichtes liegen.

9. Vorrichtung zur Herstellung einer endlosen Matte aus Faserverstärkungsmaterial, die gemäß Anspruch 6 aufgebaut ist, welche ein weiteres Verdichtungsmittel an einer fünften Stelle umfaßt, die sich nach dem besagten Strahlungsmittel und nach der Einwirkung der ultravioletten Strahlung befindet.

10. Vorrichtung zur Herstellung einer endlosen Matte aus Faserverstärkungsmaterial, die gemäß Anspruch 6 aufgebaut ist, wobei das besagte Haltemittel zumindest teilweise durchlässig für ultraviolette Strahlung ist und so konstruiert ist, daß die Strahlung durch das Haltemittel hindurch einwirkt.