DE1760073A1

DE1760073A1 - Verfahren zur Herstellung eines aus einer Matrix mit ausgerichteten Verstaerkungsfasern zusammengesetzten Materials sowie zu seiner Weiterverarbeitung

Info

Publication number: DE1760073A1
Application number: DE19681760073
Authority: DE
Inventors: Waltham Abbey; Dingle Leslie Ernest; Bagg Greville Euan Gordon; Jones Ronald Hayden; Pryde Alexander William
Original assignee: MINI OF TECHNOLOGY
Current assignee: MINI OF TECHNOLOGY
Priority date: 1967-03-29
Filing date: 1968-03-29
Publication date: 1972-02-03
Also published as: FR1602280A; US3617437A; GB1249291A; DE1760073C3; DE1760073B2

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Lamprecht

München 22, Steinsdorfstr. 10

293-13o388P 29.3*1968

Minister of Technology in Her Britannic Majesty»s Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland,

L ο η d ο η (Großbritannien)

Verfahren zur Herstellung eines aus einer Matrix mit ausgerichteten Verstärkungsfasern zusammengesetzten Materials sowie zu seiner

Weiterverarbeitung

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter Materialien, und insbesondere auf die Ausrichtung von lasern einschließlich Whiskern (d.h. länglichen Einkristallfasern mit einem Längen-Durchmesserverhältnis von mindestens 10 und allgemein mindestens 100) aus einer zufällig verteilten lasermasse zur Herstellung zusammengesetzter Materialien mit einem großen Anteil ausgerichteter lasern sowie auf die verbesserte Herstellung von Bauteilen aus solchen zusammengesetzten. Materialien..

Die Erfindung bezweckt insbesondere die Verarbeitung von Fasern einschließlich Whiskern aus keramischen. Stoffen mit hohen Zugfestigkeiten in der Größenordnung von 28.120 bis 42.190 kg/mm , wie z.B. Kohlenstoff, Asbest, Siliziumnitrid und Siliziumkarbid.

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Zahlreiche Verfahren wurden zur Ausrichtung und Einbringung dieser Materialien in Matrices aus synthetischen Harzen oder Metallen zur Verwirklichung der außergewöhnlich hohen möglichen Festigkeit solcher zusammengesetzter Stoffe vorgeschlagen. Jedoch sind diese Hochfestigkeitsmaterialien mechanisch "besonders schwierig zu behandeln, da sie allgemein spröde sind und einen beträchtlichen Teil ihrer Festigkeit verlieren, wenn sie auch^iur etwas beschädigt werden. Weitere Probleme ergeben sich, wenn die Fasern verhältnismäßig kurz und von kleinen Dimensionen sind, wie es bei Whiskern der Fall ist, deren Längen allgemein zwischen. 10 und 10 mm liegen. Eine erträgliche Ausrichtung wurde durch Verfahren erreicht, die auf der Extrusion, von in Metall- oder Kunststoffmatrices verteilten Fasern basieren, doch die resultierende Faserkonzentration ist normalerweise erheblich unter der erwünschten Konzentration von wenigstens 50 Vol$ (etwa 70 bis ö0 G-ew.$), und die erzielten zusammengesetzten Stoffe haben nur einen Bruchteil ihrer möglichen Festigkeit. Ein solcher Extrusionsprozeß tendiert zusätzlich zur Beschädigung der Verstärkungsfasern, woraus sich weitere Festigkeitsverluste ergeben.

Zwei Faktoren, nämlich der Faserkonzentration in einer Matrix und der Grad der Ausrichtung der Fasern, sind gegenseitig abhängig und entscheidend für die Herstellung von wertvollen zusammengesetzten Materialien.· Zur Erzielung einer hohen Faserkonzentration müssen die Fasern sehr dicht in der Matrix gepackt sein. Ein angomessener Packungsgrad kann nur durch im wesentlichen parallele Ausrichtung der Fasern erreicht werden, da eine Fehlausriehtung ■

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eines verhältnismäßig kleinen Anteils der Fasern ausreicht, um eine unproportional große Verringerung in der Faserpackungsdichte zu verursachen. Dieser Effekt ist gewöhnlich in einer Streichholzschachtel zu sehen, wenn einige Streichhölzer falsch ausgerichtet werden. ■

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hohen Grad von Ausrichtung zu erzielen, so daß zusammengesetzte Stoffe mit 85 bis 100$ und normalerweise wenigstens 90$ innerhalb von höchstens 10° zu der beabsichtigten Richtung ausgerichteten Fasern erzeugt werden können und äußerst hohe Faseranteile bis zu 70 Vol.$ erhältlich sind.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgeraäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines aus einer Matrix mit ausgerichteten Verstärkungsfasern, zusammengesetzten Materials mit dem Kennzeichen gelöst, daß man die Fasern in einer viskosen Flüssigkeit dispergiert, die Dispersion durch eine Düse führt, so daß die Fasern wenigstens teilweise ausgerichtet werden, die die ausgerichteten Fasern enthaltende Dispersion auf eine durchlässige, relativ zur Düse mit mindestens der Geschwindigkeit bewegte Oberfläche, mit welcher die Faserdispersion die Düse verläßt, aufbringt und die viskose Flüssigkeit durch die durchlässige Oberfläche mittels derart genügend schnellen. Absaugens entfernt, daß die Ausrichtung der Fasern darauf erhalten, bleibt.

Unter Verwendung passend starker Fasern lassen sich, zusammengesetzte Materialien herstellen, die einen Young-Modul von

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etwa 21.0y0 bis 2b.120 kg/mm und eine Biegezugfestigkeit von

bis zu 141 kg/mm aufweisen. Solche hohe Festigkeiten ergeben sich durch drei Hauptfaktoren: Hoher Faseranteil, ausgezeichnete Ausrichtung der Fasern und die daraus folgende Abwesenheit einer bemerkenswerten Zahl von. Fasern quer zur Ausrichtungsrichtung, die die ausgerichteten Fasern schneiden und beschädigen, und die Festigkeit des zusammengesetzten Materials reduzieren könnten.

Die durchlässige Oberfläche kann eine Filteroberfläche sein, die z.B. durch einen Gaze- oder einen Geweberiemen gebildet wird. Die Filteroberfläche ist vorzugsweise eine Gaze, deren Maschenweite etwas kleiner als die Länge der überwiegenden Mehrheit der Fasern ist, so daß sie dem Strom der Flüssigkeit dadurch einen geringen Widerstand entgegensetzt. Normalerweise wird die genannte Druckdifferenz unter Verwendung einer Saugpumpe aufrechterhalten, die auf der Seite der durchlässigen Oberfläche wirkt, . die von der mit den Fasern bedeckten abgewandt ist.

Obwohl die durchlässige Oberfläche die Oberseite einer rotierenden Trommel sein kann, ist sie vorzugsweise ein horizontales Bett, auf das die Dispersion aus einer Düse gegossen wird, welche sich quer zur Breite des Bettes erstreckt. Eine dicke Schicht kann auf dem Bett durch wiederholte Aufbringung der Dispersion mit den ausgerichteten Fasern zusammengesetzt werden, und zwar entweder aus mehreren Düsen, oder durch wiederholtes Entlangführen des Bettes an einer Düse. Vorzugsweise wird die Düse wiederholt über dem Bett in der Weise hin- und herbewegt, daß die durchlässige

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Oberfläche, auf der die Fasern ausgerichtet werden sollen, unter der Düse zu keiner Zeit stillsteht.

Der Strom der Faserdispersion von der Düse kann aufgehalten werden, wenn ein hin- und hergehendes Bett stillsteht, oder es kann, ein Tropftrog vorgesehen werden, in selchem überflüssige Dispersion aufgefangen wird, die dann wieder in Umlauf zurückwandert. Zweckmäßig wird das Filterbett der Saugwirkung einer Großhub-Vakuumpumpe ausgesetzt. Eine solche Pumpe kann zur Entfernung der Flüssigkeit und zum Trocknen der Fasern so eingerichtet sein, daß sie keine solche Kraft auf die Fasern ausübt, die diese beschädigen könnte. Die von den ausgerichteten. Fasern abgesaugte viskose Flüssigkeit kann zur Wei-oerverwendung in der Faserdispersion wiedergewonnen werden.

Die Schwierigkeit des Faserausrichtungsstadiums des Verfahrens

der gemäß der Erfindung liegt in der Entfernung/viskosen Flüssigkeit von den ausgerichteten Fasern mit einer derartigen Geschwindigkeit, daß es den Fasern nicht gelingt, anschließend weiterzuschwimmen und unausgerichtet zu werden. Dabei zeigt die Erfindung einen überwältigenden Fortschritt gegenüber oberflächlich ähnlichen Verfahren, wie z.B.dem, welches in der USA-Patentschrift 2 842 (Politzer) beschrieben ist, wonach mit Hanffasern, verstärkte Schwämme aus durch einen Schlitz extrudierten Schichten aufgebaut werden, der sich relativ zur Schwammform bewegt. Politzer¹S Schichten dürfen sich bewußt setzen und eine gewisse Wanderung der Fasern zeigen, und, obwohl die Produkte zweifellos annehmbare

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Schwämme darstellen, ist die so erzielte Faserausrichtung zur Herstellung hochfester zusammengesetzter Materialien völlig unzureichend.

Ein sehr hoher Ausrichtungsgrad läßt sich erzielen, falls dafür gesorgt ist, daß das Bett mit einer größeren Geschwindigkeit als der Ausgangsgeschwindigkeit der Dispersion der ausgerichteten Pasern "bewegt wird. Der Längsquerschnitt der Düse ist zweckmäßig ein einfacher Schlitz. Die Breite einer Schlitzdüse am Ausgang ist vorzugsweise 0,7b bis 2,0:5 mm. Die Konturen der Schlitzwände können vorteilhaft konvex in der Richtung des Stroms sein, um dem Torgang der Faserausrichtung den minimalen Widerstand zu bieten.

Eine bessere Ausrichtung eines größeren Gewichts an Fasern pro Volumeneinheit eines viskosen Trägers ist durch die Steigerung der Viskosität des Trägers erzielbar. Die Leichtigkeit, mit der die Flüssigkeit von den Fasern auf dem Bett abgezogen werden kann, und möglicherweise der darauf erhaltbare Ausrichtungsgrad vermindern sich jedoch mit dem Anstieg der Yiskosität. Vorzugsweise ist die viskose Flüssigkeit wasserdispergierbar, und Wasser wird in feinen Tropfen oder als Dampf nach Ablage einer Faserschicht mit einer zur Störung der Faserausrichtung unzureichenden Kraft auf das Bett gesprüht. Geeignete viskose TrägerflüssigMten umfassen Glyzerin, Glyzerol und wässrige Lösungen davon sowie von Celluloseäthern. Es kann während des Verfahrens Hitze vorzugs-

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weise in Form eines Stromes von heißer Luft, der auf die lasern gerichtet wird, auf das Bett einwirken, um die Entfernung der Flüssigkeit zu unterstützen»

Nach den vorstehend beschriebenen Verfahren können Bahnen von ausgerichteten Fasern direkt hergestellt werden, und die anschließende Umwandlung dieser Bahnen in verstärkte zusammengesetzte Materialien bildet einen wesentlichen Teil der Erfindung. Nach der Entfernung der viskosen Flüssigkeit, die die ursprüngliche Dispersion bildet, und nach der Trocknung der ausgerichteten Faserbahn wird die Bahn mit einem Kunstharz, normalerweise einem wärmehärtenden Harz, wie z.B. einem Phenolformaldehyd-, Epoxyd-, Polyester- oder Silikonharz imprägniert. Das Harz, gewöhnlich etwa 20 Gew.$ der zu imprägnierenden Fasern, welches zur Erzielung gleichförmiger Benetzung in einem geeigneten. lösungsmittel dispergiert ist, wird auf die Bahn aus den ausgerichteten Fasern auf-, getragen. Nach der Imprägnierung kann, das Lösungsmittel in. einem Trocknungsarbeitsgang entfernt werden, und wenn erwünscht, kann der imprägnierte Filz in. seinem ungehärteten Stadium als "vorimprägniert" gelagert werden, er kann aber auch in. irgendeinem gewünschten Ausmaß ausgehärtet werden.. Vorzugsweise wird jedoch das "vorimprägnierte·' Material bis zu einem Punkt ausgehärtet, bei dem das Imprägnierharz bei Temperaturen, nahe Raumtemperatur fest und bei höherer Temperatur flüssig ist. Der sich in diesem Aushärtungsgrad befindende imptägnierte Filz wird durch mindestens ein Paar von auf eine derartige Temperatur erhitzten Quetschrollen

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geführt, bei der das Imprägnierharz flüssig ist, wodurch die Fasern des Pilzes unter Erreichen einer sehr hohen Packungsdichte von wenigstens 60 Vol.% oder 80 bis 90 Gew.$ gepreßt werden. Diese extrem hohe Packungsdichte wird durch unmittelbar darauf folgende Erstarrung des Harzes, entweder durch Kühlung oder durch Vervollständigung der Aushärtung, beibehalten, so daß die natürliche Federung der Fasern in der ausgerichtete Bahn völlig daran gehindert wird, den erhaltenen zusammengesetzten Körper auf eine niedrigere Faserdichte auszudehnen. Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung werden die Verfahrensvariablen, wie z.B. Quetschrollendruck, Dicke der imprägnierten Bahn usw. so gewählt, daß die hochdichte, komprimierte, harzgebundene Bahn, wenn sie aus den Rollen, austritt, eine Dicke von zwischen etwa 0,051 und 0,508 mm und vorzugsweise 0,127 bis 0,254 mm aufweist, womit zusammengesetzte Materialien hergestellt werden, die einen hohen Grad von Biegsamkeit ohne ernsthaften Schaden für die ausgerichteten Verstärkungsfasern besitzen.

Die Biegsamkeit der zusammengesetzten Materialien, die in dieser Weise hergestellt werden, ermöglicht ihnen eine Anpassung an die gewünschte Form und eine Lamellierung unter Anordnung ihrer Ausrichtungsfestigkeiten in verschiedener Richtung zur Herstellung fester Gebilde, welche in der Tat im doppelten Sinn » Zusammensetzmaterialien darstellen. Schichten des biegsamen.

zusammengesetzten Materials werden normalerweise mit einer dünnen Schicht von Kunstharz untereinander verbunden, welches anschließend ausgehärtet wird, um einen dickeren Aufbau von doppelt

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zusammengesetzten] Material herzustellen, welches ebenfalls eine äußerst hohe Faserkonzentration und infolgedessen einen, hohen Anteil von Verstärkungsfestigkeit aufweist, jedoch ohne weiteres hergestellt werden, kann, ohne daß eine Anwendung von Hochdruck mittels großer und teurer Formen notwendig ist. Insbesondere wird durch Schneiden, des biegsamen zusammengesetzten Materials in Streifen ein Material erhalten, welches für die Herstellung von großen Bauteilen, wie z.B. Raketenmotorgehäusen mittels Faserwickeltechniken, äußerst geeignet ist. Auch sind diese biegsamen zusammengesetzten. Materialien besonders zur Herstellung von starken, leichtgewichtigen Zellenstrukturen, insbesondere bei Plugzeugteilen, geeignet.

Etliche Abwandlungen und Beispiele der Verfahren zur Herstellung von zusammengesetzten Materialien ergebenjsich für die Fachleute dieses Arbeitsgebietes selbstverständlich, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können bei der Herstellung des zusammengesetzten Materials kalthärtende Harze verwendet werden, viele andere viskose Flüssigkeiten können zur Bildung der Anfangsdispersion von Verstärkungsfasern benutzt werden und es läßt sich auch eine Dispersion von zwei oder mehr Fasermaterialien verwenden. Typische Beispiele von Verfahren gemäß der Erfindung und Vorrichtungen, mit welchen diesegf Verfahren, auszuführen sind, werden anhand der in der Zeichnung veranschaulichten. Ausführungsbeiepiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens; V

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Pig. 2 einen Querschnitt durch eine Vorausrichtedüse mit variablem Öffnungsausgangsschlitz;

Fig. 3 eine zum Teil geschnittene Perspektivansicht einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer Bahn aus ausgerichteten Fasern;

Fig. 4 eine Perspektivansicht einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Imprägnieren der Bahn aus ausgerichteten

^ Fasern mit Kunstharz;

Fig. 5 eine Perspektivansicht einer Vorrichtung zur Kompression

des imprägnierten Filzes zur Bildung eines zusammengesetzten, dünnen, biegsamen Materials und zum Schneiden von Streifen daraus, die zur Herstellung von Gegenständen durch Faserwicklung geeignet sind.

Beispiel 1

Die Vorrichtung nach Fig. 1 umfaßt einen Zuführer 1 mit einem Dispersionsnachschubrohr 2 und einer Düse 3. Die Düse 3 ist in Flußrichtung vorzugsweise, wie gezeigt, gestaltet, und ihre ψ Mündung ist ein 127 mm langer und 0,127 mm breiter Schlitz.

Ein horizontal beweglicher, ebener Wagen 4 ist unter dem Zuführer 1 angebracht. Ein Filterbett 5 aus 120-Maschen-Gaze im Ausmaß 127 mm . 254 mm wird vom Wagen 4 getragen und liegt etwa 6,35 bis 9,53 mm unter dem Zuführer 1. Der Wagen 4 bildet eine Sammelkammer 6 unter dem Bett 5, die durch ein biegsames Rohr mit einer nicht dargestellten Niedrigdruckdifferenz-Hochgeschwindigkeitsgassaugpumpe verbunden, ist. (Nicht dargestellte) Mittel zum Hin- und Herbewegen des Wagans 4 in der gezeigten Richtung sind

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unter dem Zuführer 1 vorgesehen. Unterhalb des Zuführers 1 und des Wagens 4 ist ein Tropftrog 0 zum Auffangen von nicht auf das Bett 5 aufgebrachter Dispersion angebracht.

Längs des Zuführers 1 ist, etwa 101,6 mm über dem Bett 5 und auf dieses gerichtet, ein 2 kW-Heizgebläse 9 montiert. Eine Haube dient zur Zurückhaltung der heißen Luft in der Zone des Bettes. Ein Wassernebelsprüher 11 ist innerhalb der Haube 10 angebracht ™ und ebenfalls auf das Bett 5 gerichtet.

lasern von Crysotilasbest einer länge bis zu 9»53 rom wurden in Glyzerin, dispergiert, welches eine Viskosität von etwa 1 Poise hatte, wozu eine Kiedrigenergieeinrichtung verwendet wurde, so daß die Beschädigung der lasern möglichst gering gehalten, wurde. Die Konzentration der lasern im Glyzerin reicht bis zu 3 $

Die Dispersion wird mit etwa 0,7 at Druck in den Zuführer 1 gepumpt und aus der Düse 3 mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,305 am/sec, abgegeben. Der Wagen 4 wird unter dem Zuführer 1 und dem Heizgerät y mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,457 m/sec. horizontal hin- und herbewegt, wodurch ausgerichtete lasern, auf der Gaze 5 niedergeschlagen werden, während das Glyzerin durch die Gaze 5 durchläuft und durch das" biegsame Rohr 7 abgesaugt wird. Beim Aufbau der Bahn von ausgerichteten lasern, auf der Gaze reichen die warme luft vom Heizgerät und die Absaugung aus, um ein Ablaufen der Flüssigkeit durch die Bahn und die Gaze 5 zu ermöglichen, wobei die Saugpumpe einen Unterdruck von etwa 127

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635 mm Wassersäule entwickelt. Gegen Ende des Verfahrens wird die Gaze 5 vom Sprüher 11 zum Abwaschen des Glyzerins von der Bahn mit feinem Wassernebel besprüht.

Nach etwa 40 Lagen von ausgerichteten Pasern entsteht ein handlicher Pilz, der von der Gaze abgenommen werden kann.

Der Pilz absorbiert ohne weiteres Harz, Lösungsmittel und Härtermittel, welche vorsichtig darauf gegossen werden können, ohne daß die Ausrichtung der Pasern darunter leidet. Zusammengesetzte Materialien wurden dann nach bekannten Methoden erzeugt, wobei die Dicke jeder 40-Lagen-Bahn in dem zusammengesetzten Material nach der Kompression normalerweise etwa 0,254 mm betrug.

Solch ein zusammengesetztes Material von Asbestfasern in Epoxydharz hatte, wie durch Versuche ermittelt wurde, einen

Elastizitätsmodul von 8437 kg/mm und eine Biegezugfestigkeit von 70,31 kg/mm².

Beispiel 2

Ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von ausgerichteten. Pasern, Pilz und daraus zusammengesetzten Bahnen soll nun unter Hinweis auf die Pig. 2 bis 5 beschrieben werden.

In Pig.2 besteht die Ausrichtdüse aus einem Gehäuse 21 mit einer Einlaßöffnung 22 und einem Auslaßtschlitz 23, der von Kanten 24 begrenzt wird, die durch Justierung der Mutter 25 auf dem Gewindeschaft 26 zu einer gewünschten Anfangseinstellung beweglich

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sind. Zum Verhindern eines Blockierens im Auslaßschlitz 23 ist eine Kante 24 zur automatischen Zurückziehung am Ende jedes Hub's der Düse eingerichtet und bringt die Schlitzöffnung in die ursprüngliche Einstellung, wenn die Blockierung vorüber ist.

Ein Schirm 28 ist zur Verringerung von Turbulenz in der Vorrichtung infolge des Eintretens der Faserdispersion durch die Einlaßöffnung 22 vorgesehen. ™

Anhand von Fig. "3 wird nun. ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Bahn aus ausgerichteten Fasern beschrieben.

Eine Glyzerin-Faser-Dispesion (mit 2 Gew.^ Fasern) wird durch Luftdruck von einem Vorratstank 30 über das Ventil 31 in eine Ausrichtedüse 32 gebracht, wie sie im Zusammenhang mit Fig.2 beschrieben wurde. Zu Beginn des Prozesses fließt die Dispersion in den Tropftrog 33, von wo sie zum Vorratstank zurückkehrt. Der (nicht dargestellte) Antrieb für den endlosen Riemen 34 wird in μ Gang gesetzt, und der Riemen, der aus 70 B.S.S.-Maschen-Phosphorbronzedraht gebildet ist, wird mit einer berechneten Geschwindigkeit zur Ausführung des Ausrichteverfahrens auf einer vernünftigen Riemenlänge bewegt, die zur länge des Arbeitsweges der Ausrichtedüse 32 und der Abflußzeit der viskosen Flüssigkeit durch die herzustellende Bahn in Beziehung gesetzt ist. Eine geeignete Riemengeschwindigkeit ist i?0,t; mm/Min, für typische Asbestfasern, kann jedoch auch eine Größe von 0,30t? m/Min, für gespaltene Kohlenstoffasern erreichen. Die Hin- und Herbewegung der Düse -j2

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wird durch einen automatischen Kreiskolben 35 "bewirkt, der einen Wagen 36 antreibt, welcher die Düse $2 längs Führungen 37 mit etwa 0,305 ra/sec. transportiert und für typischen Asbest einen Zyklus in 10 Sekunden ausführt? die Zykluszeit kann jedoch z.B. für gespaltene Kohlenstoffasern wesentlich kürzer sein. Am Ende eines Hubes, bevor der Rückhub einsetzt, zieht sich die Düse 32 in einen. Tropftrog 38 zurück, der mit der Düse bewegt wird, und die Dispersion wird vom Tropftrog 38 über ein (nicht dargestelltes) Rohr zum Vorratstank 30 zurückgeführt.

Die Dispersion von Glyzerin und Pasern tritt aus der Düse in einem kontinuierlichen Strom aus, wobei die Pasern beim Austreten durch den Düsenausgangsschlitz ausgerichtet werden, der auf 1,016 mm Abstand eingestellt ist, und diese ausgerichtete Dispersion erreicht kontinuierlich den Riemen 34, der sichrelativ zur Dispersion mit einer die Geschwindigkeit, mit der die Dispersion aus der Düse fließt, übersteigenden Geschwindigkeit bewegt. Die Relativbewegung des Riemens 34 bewahrt die Ausrichtung der Fasern und das Glyzerin wird durchden Riemen hindurch mittels des im Saugkasten 39 wirkenden Unterdrucks schnell entfernt. Die erhaltenen ausgerichteten Pasern werden durch wiederholtes Hin- und Hergen der Düse zu einem Pilz der erforderlichen Dicke aufgebaut, und dieser wird dann unter einen Wassersprüher 49 gebracht, der zurückgebliebenes Glyzerin vom Pilz abwäscht. Das Glyzerin wird dann vom Saugkasten 39 über das Rohr 4O entfernt und erreicht einen Zyklonseparator 4I, wo es durch die Vakuumpumpe 42 entlüftet wird, und dann das Rohr 43 zwecks Zumischung von weiteren Pasern und

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Bildung einer weiteren Dispersion. Das Waschwasser und das Glyzerin, welches es enthält, wird ebenso über das Rohr 44 und den Zyklonseparator 4 5 zu einer Glyzerinwiedergewinnungseinheit 46 geführt, und das wiedergewonnene Glyzerin wird mit dem im Rohr 43 vereinigt. Der gewaschene Pilz von ausgerichteten Fasern wird dann unter ein Heizgerät 47 geführt, und der getrocknete Pilz aus ausgerichteten Fasern 4β kommt als genügend starkes Material heraus, um handlich zu sein.

Der hantierfähige Pilz 48 kann auf eine Rolle zur Aufbewahrung übertragen werden oder zu einem Imprägnier- und Vorhärtungsarbeitsgang zur weiteren Behandlung weiterwandern. In Pig.4 besteht die Imprägniereinrichtung aus einem endlosen Riemen 50* der mit dem Riemen 34 synchronisiert ist. Am Führungsende wird der ausgerichtete Pilz durch Sprühen aus der Sprühdüse 51 mit einem geeigneten Harz, wie z.B. Phenolformaldehyd-, Epoxyd-, Polyester- oder Silikonharz imprägniert, welches mit einem geeigneten !lösungsmittel zu einer solchen Konzentration, verdünnt ist, daß die Bahn gleichmäßig benetzt wird. Etwa 20 Gew.$ Harz wurden, als passend befunden. Die verwendete Harzmenge hängt von der Zusammensetzung des endgültigen zusammengesetzten Materials ab und weist gewöhnlieh einen gewissen Überschuß auf. Der imprägnierte Filz wird dann in eine Trockeneinheit 52 gebracht, in der das Lösungsmittel verdampft und evtl. wiedergewonnen wird. Ein Yoraushärtungsschnitt des Harzes kann, in diesem Stadium vorgenommen, werden, wenn er für die weitere Behandlung als wünschenswert betrachtet wird. Wenn ein

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herkömmliches "Vorimprägniertmaterial" erfordert wird, ist die Voraushärtung sehr gering zu halten, und das Material wird dann auf eine Trommel übertragen*

Zur Hersteilung eines ausgehärteten Bandes für die Erzeugung von Teilen nach Faserwickelverfahren wird das "Vorimprägniermaterial" auf dem Riemen 50 zwecks Erreichung eines Voraushärtungsstadiuas "behandelt, in welchem' das Harz bei niedriger Temperatur fest, bei höherer Temperatur jedoch flüssig ist. Wie in ]?ig. 5 geize igt ist, wird die Bahn dann durch wenigstens ein Paar von Quetschreilen 52> (oder eine Rotierpresse) geführt, um das Harz unter hohem Druck auszuhärten und eine zusammengesetzte Bahn zu schaffen, welche nur 0,0127 bis 0,0254 mm dick ist. Dieses zusammen»- gesetzte Material wird unter Schneidrolien 54 durchgeführt, wodurch sich biegsame Streifen gewünschter Breite ergeben, die dann auf Trommeln 55 gewickelt werden.

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Claims

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Patentansprüche

H, Verfahren zur Herstellung eines aus einer Matrix mit'ausgerichteten Verstärkungsfasern zusammengesetzten Materials, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fasern in einer viskosen Flüssigkeit dispergiert, die Dispersion durch eine Düse führt, so daß die Fasern mindestens teilweise ausgerichtet werden, die die ausge- ' richteten Fasern enthaltende Dispersion auf eine durchlässige Oberfläche aufbringt, die relativ zur Düse mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die mindestens so groß wie die ist, mit der die Faserdispersion die Düse verläßt, und die viskose Flüssigkeit durch die durchlässige Oberfläche mittels derart genügend schnellen Absaugens entfernt, daß die Ausrichtung der Fasern darauf erhalten bleibt, die eine ausgerichtete Faserbahn ergeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige Oberfläche die Umfangsflache einer um eine im wesentlichen ^ horizontale Achse rotierenden. Trommel ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filz von ausgerichteten Fasern kontinuierlich auf der Oberfläche der Trommel gebildet und von dieser entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die " durchlässige Oberfläche ein horizontales Bett (z.B.b) ist.

b. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenmündung die Form eines Schlitzes (3 bzw. 23) aufweist, der sich über der Ausrichtungsoberfläche in.

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einer Richtung quer zur Richtung der Relativbewegung der Düse und der Ausrichtungsoberfläche erstreckt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzweite am Ausgang zwischen etwa 0,76 und 2,03 ram liegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen der Düse und der durchlässigen Oberfläche größer als die Geschwindigkeit ist, mit der die Dispersion durch die Düse ausströmt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse über der durchlässigen Oberfläche derart hin- und herbewegt wird, daß eine Bahn (z.B. 48) gewünschter Dicke aus ausgerichteten Fasern aufgebaut wird.

9. Verfahren nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet,daß die durchlässige Oberfläche unterhalb der hin- und hergehenden Düse in einer

^ Richtung und kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die ausreichend für jedes Hin- und Hergehen der Düse ist, um eine Schicht von ausgerichteten Pasern niederzuschlagen, die überlappt, jedoch gegenüber der durch die vorhergehende Hin- und Herbewegung niedergeschlagenen Schicht versetzt ist, wodurch eine zusammenhängende Bahn (z.B.48) von ausgerichteten lasern mit einer gewünschten Vielschichtdicke in einer glatten una gleichmäßigen aufgebaut wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die viskose Flüssigkeit aus der aus Glyzerin,

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■&l/^rzeröl, deren wässrigen Lösungen und -wässrigen Losungen von Celluloseethern bestehenden Gruppe gewählt wird.

11, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daü die Verstärkungsfasern aus der Gruppe von keramischen Materialien ausgewählt werden, die aue- Kohlenstoff, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid und Asbest besteht.

12, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilz (z.B. 4b) aus ausgerichteten Fasern von viskoser Flüssigkeit freigewaschen wird, während die Faserausrichtung beibehalten wird, und anschließend getrocknet wird, wodurch sich eine handliche Bahn ergibt.

15. Verfahren zur Herstellung eines aus einer ausgerichteten Verstärkungsfasern enthaltenden Matrix zusammengesetzten Materials nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Bahn aus ausgerichteten Fasern mit einem Kunstharz imprägniert, die imprägnierte Bahn zwecks Erzielung einer hohen Faserpackungsdichte von wenigstens 50 Vol.fa komprimiert und gleichzeitig das Kunstharz aushärtet, so daß die hohe Faserpackungsdichte erhalten bleibt und die natürliche Federung der Verstärkungsfasern davon abgehalten wird, das erzielte zusammengesetzte Material zu einer niedrigeren Faserpackungsdichte auszudehnen.

14. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,daß die Dicke des erhaltenen zusammengesetzten Materials zwischen etwa 0,05 und 0,5 mm liegt, so dab das zusammengesetzte Material einen

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Lohen Grad, von Biegsamkeit ohne ernsthafte Schädigung der Veretärkungsfasern erhält«

1b· "Verfahren zur Weiterverarbeitung des nach Anspruch 15 und T4 hergestellten Materials, dadurch gekennzeichnet, daß das erhaltene zusammengesetzte Material in dünne Streifen geschnitten wird, di© zur Herstellung von Gegenständen nach Faserwiekeltechniken ge- ^ eignet sind.

16. Verfahren nach Anspruch 1b« dadurch gekennzeichnet, daß ein dünner Streifen von zusammengesetztem Material mit einem Kunstharz, überzogen wird, die Streifen um Wickelschablonen gewickelt werden, ue einen Gegenstand mit der geeigneten Gestaltung und Dicke zu erhalten, und das so geschaffene zusammengesetzte Material ausgehärtet wird, so daß es eine hohe Festigkeit und eine hohe Verstärkungsfaserkonzentration besitzt.,

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein Phenolformaldehyd-, Epoxjnl-,

Polyester- oder Silikonharz ist.

18. Zusammengesetztes Material, gekennzeichnet durch die Herstellung nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17,

19. Zusammengesetztes Material, dadurch gekennzeichnet, daß es aus . einem Kunsthart besteht, welches zwischen etwa 70 und 80 G-ew.$ Verstärkungsfasern enthält, wovon wenigstens Brfo innerhalb von 10° zu einer gewünschten Ausrichtungsrichtung liegen.

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20. Zusammengesetztes Material nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein Phenolformaldehyd-, Epoxyd-, Polyester- oder Silikonharz ist.

21. Zusammengesetztes Material nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern gespaltene Kohlenstofffasern, Siliziumnitridwhisker, Siliziumkarbidwhisker oder Asbestfasern sind.

22. Zusammengesetztes Material nach einem der Ansprüche 18 bis 21,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfasern eine Zug-

festigkeit von wenigstens 28.120 kg/mm besitzen.

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