DD142313A2 - Verfahren und einrichtung zur herstellung von faserverstaerkten gegenstaenden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellung vcn faserverstärkten Gegenständen, insbesondere für die Herstellung von Filtern. Das Ziel ist die Beseitigung von Temperaturprobleraen und eine energiearme Herstellung. Die Aufgabe ist, eine vollständige Benetzung und blasenund meshlingfreie Herstellung bei gesteuerter Beeinflussung der Phasengrenzschicht zu erreichen. Das Wesen der Erfindung besteht in der energiearmen vollständigen Verbunderzsugung zwischen organischer Matrix und anorganischer Verstärkung durch die Erzeugung von Relativbewegungen zwischen beiden Werkstoffen bei Resonanzabstiraraurig der Schwingungs- mit den Einrichtungsparametern und Mengenregelung der Matrix 'bei gleichzeitigen Transport der Verstärkungsmaterialien durch den Schwingungsbauch der vorzugsweise ira Gegentakt erzeugten Ultraschal 1 schwi.ngungen, wodurch ein »techanisch kontaktloser Transport auch von oberflächenempfindlichen Kohlenstoffasern in der durch die Schwingeranordnung erzeugten Ultraschallwalkstrecke ermöglicht wird, Anwendungsgebiete sind Gegenstände aller Art, insbesondere für hochfeste Konstruktionen für Filter, Zwecke der Elektrotechnik, wie Leiterplatten, doo Maschinenbaus, des Bauwesens usw. - Fig.1 ™

Description

Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von faserverstärk-

ten_:_Gegenstäiideri . . ___»________«_____,

Anwendungsgebiet^ der

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung von faserverstärkten Gegenständen, insbesondere zum blasenfreien Tränken und Benetzen von Faserverstärkung srnat er iali en. vorzugsweise von oberflächenempfindlichen Eohlenstoffasern, insbesondere während des Transports durch eine in oder auf einem Behältnis befindliche flüssige Polymermatrix, bei dem die Verstärkungsmaterialien durch die mittels mechanischer Schwingungen vorzugsweise- im Ultraschallbereich erregte Ilatrix getränkt und benetzt werden, vorzugsweise zur Herstellung von Teilen für Filter, nach Patent (WP B 29 D/"'77 045).

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Im Patent (VJP B 29 D/177 04-5) sind ein Verfahren

und eine Einrichtung sur Herstellung von Gegenständen aus faserverstärkten Y/erkst offen, insbesondere aus Schichten aus faserverstärkten Kunststoffen u. a. Vferkstoffen auch unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und Dichte beschrieben*

Bas Verfahren ist dadurch, gekennzeichnet, daß die mechanischen -Schwingungen oder Druck- oder Stoßimpulse vorzugsweise mosaikartig an unterschiedlichen Einleitangsorten gleichseitig oder auch wechsel- oder zonenweise in einer

elastisch deform!erbaren, z. B. aus flexiblen Werkstoffen oder dünnem !Blech bestehenden Wandung einer Unterlage, eines Kernes und/oder einer Herstellungsform und/oder einer in der Nähe der Oberfläche der Unterlage, des Kernes und/oder der HerstelluHgsform angeordneten entsprechenden dünnen Schicht und/oder in einem einseitig an die Wandung und/oder die dünne Schicht grenzenden und mindestens einem schüttfähigen, /pastenförmigen, flüssigen oder gasförmigen Medium gefüllten RaU]H oder Hohlraum erzeugt und/oder auf die entsprechende Wandung, die dünne Schicht oder das Medium transmittiert und/oder mittels der Wandung, der dünnen Schicht und/oder des Mediums auf die Werkstoffe übertragen v/erden.

Die Einrichtimg ist dadurch gekennzeichnet, daß diese aus mindestens einer, vorzugsweise einer Anzahl einzeln oder gemeinsam steuerbaren Induktionsspulen besteht, die in die genannte Wandung oder die dünne Schicht eingebracht oder um die gegebenenfalls doppelwandig ausgebildete Form oder in der Sähe dieser und/oder im Kern oder in dessen Iahe angebracht sind und die mit Spanungsquellen, gegebenenfalls zwischengesehalteten Transformatoren und Steuer- oder Hegelungsvorrichtungen, beispielsweise einem Programmschaltwerk, das auch die Zuführungs- und/oder Dosier- und/oder Behandlung s» und/oder Antriebs- und/oder Transportvorrichtungen steuert, verbunden sind und daß das Material der Herstellungsform I)Ev/, ihrer'Wandung, des Kerns und/oder der dünnen Schicht oder mindestens eine Schicht dieser Form oder des Kerns magnetisches oder magnetisch beeinflußbares Material ist.

Bereiteren sind im DD~Patent 124 308 ein Verfahren und eine Einrichtung zum Imprägnieren von Papier» und/oder Giasseidenbahnen und ähnlichen Slächengebilden durch Tauchen bekannt» Bei dem Verfahren werden die vorgenannten Flächengebilde während des Transports durch die mittels mechanischer Schwingungen vorzugsweise im Ultraschallbereich erregte flüssige Polymermatrix getränkt und benetzt*

Bei der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens stehen ein oder mehrere Schallgeber in direktem Kontakt mit der

Imprägnierlösung (Matrix) und/oder ein oder mehrere Schallgeber sind im Stahlkörper der Jjaelcwanne befestigt, wodurch die Übertragung der Sehallenergie auf die Imprägnierlösung indirekt erfolgt.

Der ITaohteil des vorgenannten Verfahrens und der Einrichtung bestellt insbesondere darin, daß die erforderliche Schwingungsenergie sehr hoch sein muß, um überhaupt einen Effekt zu erzielen und. noch die genannte Aufgabe der blasenfreien Tränkung und Benetzung zu lösen_e

Einerseits müssen die am Stahlkörper der Iiackwanne: befestigten Schwinger so groß sein und eine solche Energie auf den Stahlkörper der mitl-Iatrix hochgefüllten lackwanne; übertragen, daß die gesamte schwere Iiackwanne:· und die da,rin befindliche und auf die Schallschwingungen dämpfend wirkende Matrix überhaupt in die genannten Schwingungen versetzt wird* Andererseits ist die Schallabsorption an und in der Stahlkörperwandung der lackwanne. , sehr hoch und erhöht sich noch durch die flüssige Matrix und die -Entfernung zum zu tränkenden und benetzenden Plächengebilde, so daß angezweifelt wird, ob die beschriebenen Verfahren und die geseigte Einrichtung die dort genannte Aufgabe überhaupt erfüllt«,

Hinzu kommt, daß derartig große Schwinger eine hohe Wärmeenergie auf die Matrix abgeben, so daß diese dadurch von unten nach oben polymerisiert bzw« polykondensiert bzw· verfestigt und der gewünschte Effekt überhaupt nicht eintritt.

Ein weiterer Nachteil der Schwinger, die in direktem Zontakt mit der Matrix stehen, bzw, in diese tauchen, besteht auch neben der hohen Wärmeenergieabgabe an die Matrix darin, daß die geseigte Entfernung von der Abstrahlfläche der Schwinger bis zum Ilächengebilde ^rsa hoch ist, um überhaupt einen Effekt im 3?läehengebilde zu erzielen_β

Auch die gewünschte Erhöhung der Beweglichkeit der Harzmoleküle tritt nicht oder nur bis zu einer bestimmten Temperatur der i'latrix ein, weil diese danach in den Gel zustand übergeht und sich verfestigt«.

Außerdem erfordert die Erhöhung dor Beweglichkeit der Harz-

Λ ~

inolekule eine Depolymerisation und dazu eine bestimmte Schwingungsenergie nur an der Tränlamgs- und Benetzungsstelle,-also in unmittelbarer Kähe der Plächengebilde. Liese Schwingungsenergie wird mit der genannten Einrichtung an der erforderlichen Stelle nicht erreicht oder bei riesengroßen Schwingern nur kurzzeitig, weil dann die Matrix zu heiß wird und geliert und verfestigt und kein Effekt mehr eintritt *

Da weiterhin zur vollständigen und blasenfreien Tränkung und Benetzung der IPlächengebilde insbesondere intensive Relativbewegungen zwischen Matrix und Plächengebilde erforderlich sindj wird keine vollständige füllung der Kapillarräume der ü?lächengebilde mit hochwertigen, hochmolekularen Harzen erreicht und die Aufgabe dieses Standes der Technik nicht gelöst«,

Hinzu kommt, daß sich die Tränkungs- und Benetzungs-, Schwingraigs- und Schallabsorptionsverhältnisse ständig durch die nicht in der Menge konstant gehaltene Matrix ändern und zu ständigen QualitätsSchwankungen führen.

Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der Nachteile des vorgenannten Verfahrens und der Einrichtung und besteht darin, den Energieaufwand drastisch zu senken und damit Tem-« peraturprobleme und die damit zusammenhängenden nachteiligen Erscheinungen zu vermeiden, die gewünschten und weiteren Effekte, wie insbesondere eine blasenfreie Tränkung und Benetzung bei Vermeidung von-Heshlingeffekten mit wesentlich niedrigerem Aufwand, jedoch hoher BenetZungsgeschwindigkeit und Qualität mit wesentlich kleineren Schwingern zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung von faserverstärkten Gegenständen, insbesondere zum blasenfreien Tränken und 3e~ netzen von Faserverstärlarngsniaterialien, vorzugsweise von

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oberflächenempfindlichen Kohlenstoffasern, insbesondere während des Transports durch eine in oder auf einem Behältnis befindliche flüssige JPolvmermatrix au.schaffen, womit neben der Vermeidung von Heshlingeffekten eine blasen- und lunkerfreie Tränkung und Benetzung der Verstärkungsfasern durch besondere Kapillar effekte bei gleichzeitiger Herabsetzung der Viskosität durch Depolymerisationseffekte und vor allein eine bevnißte Einflußnahme und Steuerung der

Ql

Bildung von 3?hasengrenzschicht^vzur Erhöhung des Grenzschichtverbundes und damit zur Pestigkeitserhöhung zwischen organischer Matrix und anorganischen Verstärkungsmaterialien bei gleichzeitiger Herabsetzung der Grenzflächenreibung durchgeführt wird und bei dein nur ein Teil der Ma- trix oder nur jeweils eine solche Matrixmenge in die erforderlichen Schwingungen versetzt zu werden braucht, die gering größer ist, als die für die Tränkung und Benetzung und die Schwingungsübertragung erforderliche Menge»

Eine v/eitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den biegesteifen Stahlkörper· des Behältnisses (der lackwanne), insbesondere ein Teil da,von durch einfachere technische Mittel zu ersetzen und auch auf diese Weise Energie, insbesondere Schwingungsenergie einzusparen und dabei gleichzeitig eine raschere und intensivere Schwingungsübertradurchzuführen*

Außerdem soll durch die be send ere Anordnung der Schwinger jeweils ein ganz bestimmter und optimaler Schwingungsverlauf erzeugt v/erden, der insbesondere den Parametern der Matrix und denen der Verstärkimgsmaterialien und ihrer Transportparameter durch die Matrix entspricht«,

.Auch soll ohne mechanischen Kontakt zwischen Verstärkungsmaterialien, und Schwing- und Transportelementen und dergleichen die intensive Tränkung und Benetzung und dergl, durchgeführt werden, wobei durch die Anordnung der Schwinger und/οder durch die besonderen Scliwingungsarten eine Schall- oder Ultraschallwalkstrecke erzeugt wird*

Die vorgenannte Aufgabe wild bei dem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzeugung einer intensiven Relativbewegung zwischen Matrix und Yerstärlarngsraaterial

vorzugsweise senkrecht zueinander bzw* senkrecht zur und/oder in oder entgegengesetzt der Transportrichtung des Verstärkungsmaterials und insbesondere zur Auslösung von Depolymerisation- und/oder Polymerisationsvorgängen in der Matrix in der llälie desVerstärkungsinaterials, vorzugsweise in unmittelbarer Nähe dieses ein- oder beidseitig mindestens ein, vorzugsweise eine Anzahl im Gleich« oder vorzugsweise im Gegentakt schwingende Schwinger oder Geber, insbesondere für Ultrasohallsch\ri.ngungenj teilweise oder vollständig in der Matrix und/oder in und/oder an der inneren und/oder äußeren elastisch deformierbaren Wandung des Behältnisses angeordnet oder eingebracht v/erden; gegebenenfalls oder Vorzugs·» weise davor, dabei und/oder danach die Parameter der Schwinger und/oder die der Wandung, insbesondere ihre Schwingungsparameter und die Parameter, insbesondere Dämpfungs- und Temperaturparameter der Matrix und/oder der Verstärkungsmaterialien und/oder die des Behältnisses zwecks Resonanz, insbesondere ResonanzabStimmung eines Teils, vorzugsweise der gesamten Ti'änkungs- und Benetzungsvorrichtung aufeinander eingestellt werden, daß insbesondere dabei und/oder danach, vorzugsweise durch die genannte Relativbewegung und die dabei in der Matrix und luv Verstärkungsmaterial, insbesondere im Ultraschallbereich auftretenden Depolymerisations-, Ultraschallkapillar- und Ultraschallpolymerisationseffekte die blasen- und meshlingfreie Tränkung und Benetzung mid dergleichen der faden-, strang«, band» oder fläehenförmigen Verstärkungsmaterialien, gegebenenfalls auch von MiIlstoffen, durchgeführt wird·

Vorgenannte Aufgabe wird bei der Einrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die teilweise oder vollständig in der eine stets konstante Menge oder Höhe aufweisende Matrix angeordneten xmä. vorzugsweise gekühlten Schwinger (von oben gesehen) neben- und/oder hintereinander, vorzugsweise leicht überlappend versetzt und/oder daß jeweils mindestens ein Schwingerpaar mit seinen Abstrahlfiächen entweder mit Abstand zueinander gerichtet (gegenüberliegend) odor seitlich zueinander versetzt (von der Seite gesehen) aufgebaut und jeweils einsein, in Paaren, oder Gruppen an Erreger, insbesondere Generatorenj vorzugsweise Ultraschallgeneratoren,

insbesondere für elektrische, elektrohydraulisehe oder mechaniseh»hydraulische Impulserzeugung angeschlossen sind, gegebenenfalls die Schwinger seitlich und/oder hintereinander in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der einem Seilj vorzugsweise einem Vielfachen der halben oder ganzen Wellenlänge entspricht und die Verstärkungsmaterialien zwischen den jeweiligen Abstrahlflächen bzw. in den Abständen oder Lücken angeordnet sind bzw« hindurchtransportiert werden, gegebenenfalls die Schwinger und/oder die Erreger mit Anordnungen zur Impuls- und/oder Phasenmodulation der mechanischen Schwingungen verbunden sind.

Die Punktion der Einrichtung ist folgende:

Nachdem die Schwinger entsprechend aufgebaut und an Generatoren angeschlossen sind, werden die insbesondere bandförmigen Verstärlamgsraaterialien durch die Abstände oder !Lücken der Abstrahlflachen dex Schwinger hindurchgefädelt, danach wird das Behältnis (die Iränkwanne) mit flüssiger Matrix gefüllt und der Matrixstand auf konstante Höhe regelnd eingestellt, danach werden die entsprechenden Herst ellungs- und Schwingungsparameter auf die vorher ermittelten Werte, die optimiert wurden, eingestellt und die Schwinger in Tätigkeit gesetzt. Unmittelbar danach wird . die Transportvorrichtung eingeschaltet, die die bandförmigen Verstärkungsmaterialien durch die Matrix mit konstanter Geschwindigkeit, insbesondere berührungsfrei hindurchtransp'orti er en, v/o durch durch die optimalen Parameter, insbesondere die Schwingungsparameter, eine intensive Relativbewegung zwischen der Matrix und den Verstärkungsmaterialien bei gleichseitigem Blasentransport aus diesen Materialien, vorzugsweise in Richtung ihres natürlichen Auftriebes., und lunkerfreier vollständiger Benetzung durchgeführt wird.

Zuerst wird die Relativbewegung erzeugt vonä dabei insbesondere Lm Ultraschallbereich eine Depolymerisation der Matrixj die zu einer ViskositätσErniedrigung führt« Unmittelbar im Anschluß an diesen Effekt oder auch bereits überlagert, entsteht -dor sogenannte Kapillareffekt bzw. apillarefiCeVtj der in Sekundenschnelle die

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Yerstärkimgsnaterialien und die Matrix von Blasen und hohen Stellen befreit, die Matrix unter hohem Druck in die Kapillaren des Yerstärkungsmaterials preßt und diese vollständig ausfüllt, die Grensfläeheiireibimg herabsetzt und ganz schnell eine Phasengrenzschicht sv;ischen organischer Matrix und anorganischem Yerstärkungsmaterial im PaJ-Ie der Abstimmung der genannten Parameter aufeinander erzeugt, die zu einer kombinierten physikalisch-chemischen Bindung (Adhäsion und Kohäsion) führt. Auf diese Weise dauert die gesamte Tränkung und Benetzung in Abhängigkeit von der Dicke des Yerstärkungsmaterials nur Seiranden bis wenige Minuten, Danach wird die überschüssige Matrix entfernt und der Erzeugte Matrix/Paserverbund zu Gegenständen verfestigt»

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden«

Die zugehörige Zeichnung zeigt:

Pig· 1s eine Seitenansicht eines Teiles der Einrichtung mit Tränkungs- und Benetzungsvorrichtung und mäanderf ömiigem Transport der \^rerstärkungsmat eri ali en;

2: eine Seitenansicht der Einrichtung mit

elastisch deformierbarer Behältniswandung zur Impulsübertragung durch eine flüssigkeit und einen mechanischen Impulsgeber;

3: eine Seitenansicht der Einrichtung mit

elastisch deformierbarer Behältniswandung und dort angeordneten Wandlern elektrischer Impulse'und EP-Generator;

Ai eine Seitenansicht eines Teiles der Einrichtung mit Matrixschwallerzeugung durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer konvergenten Schallstrahlung *

Gemäß Pigur 1 besteht die Einrichtung aus der Tränkungs-

und Benetsägevorrichtung I, der in Pfeilriehtung eine aus vorzugsweise mehreren Strecken bestehende und in der JFigur nicht dargestellte Verfestigungs- und !Formvorrichtung nachgeordnet ist« Die Tränkungs- und Benetsmigsvorrichtung I "besteht aus dem Behältnis 1, hier als "starre Tränkwanne ausgebildet, aus der darin befindlichen flüssigen Matrix 2, dem in Pfeilrichtung transportierten wand- oder flächen- oder auch strangförmigen Verstärkungsmaterial 3, den', unteren in der Matrix 2 angeordneten Schwingern 4 und den oberen ebenfalls in der Matrix 2 angeordneten Schwingern 5, die hier seitlich -zueinander um ein Vielfaches von. — versetzt angeordnet sindc LIit 18 ist eine Hatrisstendregelungsvorrichtung angedeutet, die die Matrix 2 auf eine konstante Höhe regelt, urn optimale Sehwingungsverhältnisse zu erzeugen« Das bandförmige Verstärkungsmaterial 3 wird, über die Walzen 16 und durch die zwischen den oberen und unteren Schwingern 4; 5 gebildeten Abstände oder jüücken bei konstanter oder geregelter Zugspannung derart geführt, daß die in der Hähe, vorzugsweise in unmittelbarer Eahe des Verstärdamgsinaterials 3 angeordneten Schwinger 4j 5 eine mäander- oder sinusförmige Gestalt des Yerstärlamgsmaterials 3 und auf diese Weise eine intensive Relativbewegung zwischen dem Ver~ stärlomgsmaterial 3 und der Matrix 2 erzeugen» Auf diese Weise wird das Verstärkungsmaterial 3 relativ zur Matrix 2 und in Transportrichtung bewegt und dabei in Abhängigkeit der gewählten Frequenz, Amplitude und Wellenlänge und/oder- dex genannten Modulation vollständig getränkt und benetzt und damit die Phasengrenzschichtbildung gesteuert beeinflußt „

Pigur 2 zeigt die Einrichtung gemäß Pigur I₁ bei der jedoch der Boden des Behältnisses 1 als elastisch deformierbare Fläche oder Wandung 6 und doppelwandig ausgebildet ist und somit mindestens eine Kammer oder Membran 6; 11 bildet« Die Kammer oder Membran 6; 11 ist mit einem gespannten flüssigen. Medium 7, beispielsweise Wasser oder einer elektrisch nicht leitenden Flüssigkeit gefüllt und über eine hydraulische Inpulsübcrtragungslsitung 8 und einen Verschluß 9, beispielsweise-ein Kugelventil, mit einem Erreger 10, insbesondere für hydraulische Impulserzeugung und

Λ r·.

«Übertragung mechanisch verbunden* Hierbei steht die gespannte Flüssigkeit 7-direkt mit einem Stößel eines Preßlufthammers hoher Schlagzahl in Kontakt, der die erforderlichen Impulse über die !Flüssigkeit und somit über die Kammer_Λ6; 11 auf die Matrix 2 und das Verstärkungsmaterial 3 überträgt und beide Materialien in mechanische Schwingungen versetzt«

Figur 3 zeigt die Einrichtung gemäß Figur 1 mit elastisch deformierbarem Boden des Behältnisses 1, an oder in dem vorzugsweise in dessen unmittelbarer Bähe Wandler elektrischer Impulse 12, z. B. in 3?orm von elektrischen Wicklungen oder Spulen angeordnet sind, die über elektrische Impulsübertragungsleitungen 17 mit einem Generator 13 für die Erzeugung von insbesondere kurzen steilen Impulsen,- vorzug.sweise im Ultraschallbereich, elektrisch verbunden ist« Der Boden besteht vorzugsvreise aus einem dünnem Aluminium- oder Toinbcikblechj der mit den Wicklungen bei dessen magnetischer Erregung als mindestens ein Magnetfeld von zwei parallelen elektrischen Strömen, vorzugsweise gleicher Richtungj die erforderlichen Impulse erzeugt. Auf diese Weise wird einerseits im stromdurchflossenen leiter ein magnetisches Impulsfeld erzeugt, das wiederum im Metall des Bodens des Behältnisses 1 ein zweites magnetisches Impulsfeld erzeugt. Da beide gleichgerichtet sind, stoßen sie sich ab j und so entstehen im Boden anziehende, und abstoßende magnetische Kräfte, die den Boden frequensabhängig elastisch deformieren.

Figur 4 seigt die Einrichtung gemäß Figur 1, bei der jedoch anstelle der Schwinger 4 und 5 mindestens ein Schwinger 15 zur Schwallerzeugung in der Matrix 2 teilweise oder vollständig angeordnet ist» Dieser Schwinger 15 erzeugt quer zur Transportrichtung des Verstärkungsmaterials 3 einen Matrixschwall 14 und ist dazu mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer konvergenten Schallstrahlung ausgestattet. Dieser Schwinger 15 r/nxß entweder, so breit wie das Verstärlamgsinaterialband SeIn₅, odor es müssen seitlich mehrere solcher Schwinn-er angeordnet werden«,

- 11

Hierbei wird das Verstärkungsmaterial 3 über die Umlenk-, Transport- und/oder Afcquetschwalzen .16 durch den Matrixschwall 14 transportiert und auf diese Weise getränkt und benetzt«.

Die Matrix 2 besteht vorzugsweise aus ungesättigten organischen Yerbindungen, insbesondere aus ungesättigten Polyestern oder aus Epoxidharzen und wird, nach der Tränkung und Benetzung und der Phasengrenzschichtbildung zu Gegenständen, wie Platten, lOrmkörpern oder anderen Konstruktionen geformt und danach verfestigt« Die Verfestigung geschieht entweder durch Hinzufügung von Härter und/oder Beschleuniger zur Matrix oder durch Zuführung von Härter und/oder Zuführung von Wärme, durch elektromagnetische Wellen auch unterschiedlicher Wellenlängen und bei Mischung der Matrix mit Sensibilisatoren mit Wellenlängen vorzugsweise im Iiichtwellenbereichj die auf die Matrix und den Sensibilisator abgestimmt sind.

Die Matrix ka.nn auch Füllstoffe zusätzlich zum Verstärkungsmaterial enthalten, die jeweils dem Verwendungszweck angepaßt sein müssenc

Enthält die Matrix Thixotropiermittel, wird die Matrix bei Ultraschallschwingungen oder bei frequenz- und/oder amplitudenmoduliert en oder bei mehrfach in der !Frequenz und/ oder Amplitude und/oder Wellenlänge während der Tränkung und Benetzung geänderten Parametern der mechanischen Schwingungen wesentlich schneller in ihrer Viskosität herabgesetzt (Depolyinerisations-, insbesondere Ultraschalldepolymerisationseffekt), als das ohne Thixotropiermittel der JTaIl ist. Auf diese Weise wird neben der Viskositätsänderung gesteuert auf die Bildung und den Aufbau der Phasengrenzschichten und auf Brückenbindungen zwischen den Molekülen der Matrix Sinfluß genommen.

Claims (8)

1. Erfindungsanspruch

   1«Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Gegenständen, insbesondere sum blasenfreien Tränken und Benetzen von Paserverstärkungsmaterialien, vorzugsweise von oberflächenempfindlichen Kohlenstoffasern, insbesondere während des Transports durch eine in oder auf einem Behältnis befindliche flüssige Polymermatrix, bei dem die Yerstärkungsmaterialien durch die mittels mechanischer Schwingungen vorzugsweise im Ultraschallbereich erregte Matrix getränkt vind benetzt werden, vorzugsweise zur Herstellung von Teilen für PiIter, nach Patent

   ("WP B 29 D/177 045), gekennzeichnet dadurch, daß zur Erzeugung einer intensiven Relativbewegung zwischen Matrix und Verstärkungsmaterial vorzugsweise senkrecht zueinander bzw« senkrecht zur und/oder in oder entgegengesetzt der Transportrichtung des Verstärkungsmaterials und insbesondere zur Auslösung von De» polymerisations- und/oder Polymerisationsvorgängen der Matrix in der ITähe des YerStärkungsmaterials, vorzugsweise in unmittelbarer Bähe dieses ein- oder beidseitig mindestens ein, vorzugsweise eine Anzahl im Gleichoder vorzugsweise im Gegentakt schwingende.Schwinger oder Geber, insbesondere für Ultraschallschwingungen, teilweise oder vollständig in der Matrix und/oder in und/oder an der inneren und/oder äußeren elastisch de» formierbaren Wandung des Behältnisses angeordnet oder eingebracht v/erden; gegebenenfalls oder vorzugsweise davor, dabei und/oder danach die Paramter der Schwinger und/oder die der Wandung, insbesondere ihre Schwingungsparameter und die Paramter, insbesondere Dämpfungs- und Temperaturparameter der Matrix und/oder der Verstärkungsmaterialien und/oder die des Behältnisses zwecks Resonanz, insbesondere Resonanzabstimmung eines Teiles, vorzugsweise der gesamten Tränkungs- und Benetzungsvorriehtung aufeinander eingestellt werden, daß insbesondere dabei und/oder danach, vorzugsweise durch die genannte Relativbewegung und die dabei in der Matrix und im Yerstärl-runa'smaterial insbesondere im Ultraschallbe-

   reich auftretenden Depolyinerisations», TJltraschallkapil-•lar- und Ultrasehallpolymerisationseffekte die blasen- und meslilingfreie Tränkung und Benetzung und dergleichen der faden-, strang», band« oder flächenförmigen Verstärkung sinat er iali en, gegebenenfalls auch von füllstoffen, durchgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Behältnis,vorzugsweise eine Tränkwanne oder eine Transportfolie, und der oder die Schwinger über mindestens eine vorzugsweise elastische oder elastisch deform erbare Zwischenschicht (die auch die Behälterwandung oder die Folie sein kann) miteinander verbunden v/erden, daß das Behältnis usw. und/oder die Matrix und/ oder die Yerstärkungsmaterialien derart in ihren Parametern ,(z. B. in den Abmessungen, der Elastizität, der Menge, der Temperatur oder dergleichen) auf die Schwingungsparameter (Frequenz, Wellenlänge, Amplitude oder dergleichen) des oder der Schwinger oder umgekehrt,abgestimmt wird, gegebenenfalls der oder die Schwinger Wellenförmige Biege-, Torsions- oder Längs- oder auch Querschwingungen in seiner Grundschwingungsform und/oder in mindestens einer seiner Oberschwingungsformen ausführt .

   ο Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß zur ResonanzabStimmung die Höhe bzv/. der Füllstand der flüssigen Matrix mit Hilfe einer Flüssigkeitsstandsregelungsvorrichtung konstant gehalten wird, vorzugsweise durch kontinuierlichen Zufluß der pro Zeiteinheit für das Tränken und Benetzen verbrauchten Polymermatrix.
3. 4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Hohe der Matrix unter dem Verstärkungsmaterial gleich oder größer, vorzugsweise wesentlich größer als die über dem Verstärkungsmaterial eingestellt wird, oder umgekehrt, vorzugsweise bei Anwendung einer Schwalltränkung und -benetzung; gegebenenfalls die Höhe der Matrix unter dem Verstärloingsinaterial zur Höhe über dem Verstärlmngsmaterial s v/i sehen 30 : 1, vorzugsweise 3 : T

   — 3 .»

   1 der eingestellt wird, vorzugsweiseVein- bis zehnfachen Dicke des Verstarkungsinaterials oder dem Durchmesser der Element ar fas er entspricht·

   β Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Übertragung der Schwingungen bzw. der Stoß« oder Druckimpulse auf die Verstärkungsmaterialien in einem senkrecht von der Transportriclitung ab v/eich end en Winkel, vorzugsweise schräg oder entgegengesetzt der Transportrichtung_{durchgeführt wird»
4. 6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Prequens und/oder Amplitude und/oder Wellenlänge der in Transportrichtung der Verstärkungsmaterialien nacheinander angeordneten Schwinger von Schwinger zu 'Schwinger insbesondere sukzessiv verringert, gegebenenfalls entsprechend erhöht wird.

   7» Verfahren nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß mit Hilfe von in der-Matrix und/oder in und/oder an der elastisch deformierbaren inneren oder äußeren Wandung angeordnegen Abstrahlflächen von Schwingern, Schwingern od.ex dergleichen, die in Richtung zur Plüssigkeitsoberfläche ihre Schwingungen oder Impulse aussenden, mindestens ein !Vibrierender Katrixschwall, vorzugsweise quer zur Transportrichtung erzeugt wird, durch den oder in dem die Verstärkungsmaterialien getränkt und benetzt und von Blasen und hohen Stellen (lungern) und von Keshlings befreit werden.

   8« Verfahren nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Verstärkungsmaterialien durch den Spalt von, im (senkrechten) Abstand zueinander gerichteten Schwingungen oder Schwingorpaaren und/oder durch vorzugsweise sinusförmig durch, die lücken von zueinander gerichteten,

   um >

   jedoch seitlich zueinander, vorzugsweiseYp*¹" oä-er

   Vielfaches davon versetzten, in gleichen oder unterschiedlichen Höhen angeordneten Schwingern transportiert werden (Ultraschallwalkstreeiie) <

   Verfahren nach Punkt 1 bis S₅ gel: cm η se leimet dadurch^

   daß zur Übertragung der Schwingungen ein Teil oder die gesamte elastisch deforinierbare Grundfläche bzw. der Boden des Behältnisses und/oder die PoIie und/oder eine in der ITälie der Grundfläche, des Bodens und/ο der der Verstärkungsmaterialien befindliche, elastisch deformierbare, gegebenenfalls aus Metall bestehende Schicht, insbesondere durch mehrere vorzugsweise zentral gespeiste und insbesondere gleichmäßig über die Grundfläche bzw· den Boden, die Polie oder die genannte Schicht verteilte Wandler elektrischer Impulse oder durch an die Grundfläche bzw« den Boden, die Polie oder die Schicht grenzende Impulsübertragungsmedien mit innerer Impulsübertragung oder äußerer Impulseinwirlamg periodisch elastisch deformiert wird.

   1Oe Verfahren nach Punkt 1 bis 9j gekennzeichnet dadurch, daß die Wandler elektrischer Impulse an der oder in der vorzugsweise metallischen Grundfläche bzw* dem Boden oder der Schicht mindestens ein elektrisches Impulsfeld erzeugen, das die Grundfläche, den Boden und/oder die Schicht periodisch belastet oder elastisch deformiert und somit die Werkstoffe in die erforderlichen mechanischen Schwingungen versetzt, gegebenenfalls die Speisung der Wandler elektrischer Impulse über Generatoren, insbesondere über zwischengeschaltete Slektroenergiespeicher bzw» Kondensatoren durchgeführt wird; wobei vorzugsweise kurze steile Impulse übertragen werden, deren Bauer geringer, vorzugsweise wesentlich geringer ist, als die dazwischen befindlichen Pausen.

   11* Verfahren nach Punkt 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß eine Prequenz vorzugsweise zwischen etwa 16 und 100 kHz, vorzugsweise um 20 klls, eine Amplitude zwischen ca, 0,001 und 0,3 mn;, vorzugsweise 0,01 bis 0,1 mm und eine Schwingungs- bzw«. Schwallenergie zwischen ca» 0,05

   P 2

   bis ca. 100 W/cm , vorzugsweise 3 bis 30 W/cm auge» wandt wird, gegebenenfalls der Abstand zwischen Abstrahlfläche des Schwingers und der Oberfläche der . Verstär];imgsmaterialien auf einen Teil bis auf etwa die 50-fache Dicke dor Voratärlrangsmaterialien (llächenge-

   bilde) oder der Elementarfaser eingestellt wird, g benenfalls bei der Tränkung und Benetzung Kavitationserscheinungen ausgenutzt werden.
5. 12. Verfahren nach Punkt 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß mit einer Frequenz zwischen 30 Hz und 16 kHz gearbeitet wird, wobei während der Schwingungsbehandlung die frequenz· und/oder die Amplitude und/oder die Wellenlänge und/oder die Schwingungsenergie oder der Schallstrahlungsdruck kontinuierlich oder diskontinuierlich um + 0,2 bis 30 fo verändert wird.

   13* Verfahren nach Punkt 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß insbesondere bei Schwingungsausübung bzw. Beschallung der Verstärkungsinaterialien in Transportrichtung oder einen Winkel dazu stehende Wellen (erzeugt durch überlagerung zweier mit gleicher Prequenz und Wellenlänge in entgegengesetzter Richtung fortschreitende Wellenzüge ) zur Atiwendung gebracht werden, wobei die Verstärkungsmaterialien ' im Druckbauch (Spannungsamplitude), vorz\igswQise im Bewegungsbauch (Bewegungsamplitude) der Schwingungen angeordnet werden,

   14* Verfaliren nach Punkt 1 bis 13» gekennzeichnet dadurch, daß insbesondere zur Reibungsverminderung, zur Zugspannung sr eg elung und zur Unterstützung der Transportbewegung vorzugsweise, der Drehbewegung der innerhalb und/oder außerhalb der Matrix befindlichen und zur Umlenkung, sum Transport, zum Walken und zum Abquetschen überschüssiger Matrix dienenden Walzen durch vorzugsweise zv/ei über den Umfang der Walzen verteilte Schwinger Tangentialschwingungen überlagert werden.

   15, Verfahren nach Punkt 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, daß impuls- und/oder phasenmodulierte mechanische Schwingungen _} insbesondere im Ultraschallbereich angewandt vierden, gegebenenfalls hierbei die Trägerfrequenz zwischen 30 Hs und 800 kHs und die Modulationsfroquenz zwischen 0,1 und 500C Hs bei Tastverhältnissen (Verhältnis von Impuls zu-Pausenlänge) zwischen 0_s1 und 50-, vorzugsweise zwischen 1 und 10 gewählt v/ird.

   16_β Einrichtung zur Durchführung des.Verfahrens nach Punkt 1 bis 15, gekennzeichnet dadurch, daß die teilweise oder vollständig in der eine stets konstante Menge oder Höhe aufweisend efll-iatrix (2) angeordneten und vorzugsweise gekühlten Schwinger (4; 5; 15) (von oben gesehen) neben- und/oder hintereinander, vorzugsweise leicht überlappend versetzt und/oder daß jeweils mindestens ein Schwingerpaar (4; 5) mit seinen Abstrahlflächen entweder mit Abstand zueinander gerichtet (gegenüberliegend) oder seitlich zueinander versetzt (von der Seite gesehen) aufgebaut und· jeweils einzeln, in Paaren oder Gruppen an Erreger (10$ 13), insbesondere Generatoren, vorzugsweise Ultraschallgeneratoren, insbesondere für elektrische, elektrohydraulische oder mechanisch** hydraulische Impulserzeugung angeschlossen sind, gegebenenfalls die Schwinger (A-', 5 j 15) seitlich und/oder hintereinander in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der einem Teil, vorzugsweise einem Vielfachen der halben oder ganzen Wellenlänge entspricht und die Verstärkungsmaterialien (3) zwischen den jeweiligen Abstrahlflächen bzw. in den Abständen oder Xückon angeordnet sind bzw« hindurch transportiert werden, ge- gebenenfaHs die Schwinger (4; 5J 15) und/oder die Erreger (10; 13) mit Anordnungen zur Impuls- und/oder Phasenmodulation der mechanischen Schwingungen verbunden sind»

   ; Punkt

   17« Einrichtung nacbXi6, gekennzeichnet dadurch, daß die Schwinger (4; 5; 15) als Stoß- oder Druckimpulse mindestens einseitig abstrahlende, mit einem gespannten gasförmigen oder insbesndere flüssigen Medium (7) gefüllte:/ Kammern (6; 11) oder Membranen oder mindestens einem daraus bestellenden kommunizierenden Kammer- oder Membransystem aus elastisch defοmierbaren, vorzugsweise flexiblen Werkstoffen ausgebildet sind, die direkt oderVmindestens eine elektrische oder hydraulische Impulsübertragungsleituiig (8j 17) mit mindestens einem entsprechenden Erreger (10; 13)» beispielsweise einem direkt auf das gespannte Medium (7)? insbesondere

   die gespannte Flüssigkeit wirkenden Stößel eines Preßlufthammers hoher Schlagzahl oder einer Sonotrode oder Sonode eines vorzugsweise magnetοstriktiven Ultraschallscbwingers mechanisch und/oder daß der oder die Erreger (13) mit mindestens einem in der Nähe oder an oder in der Kammerwandung oder Membran, vorzugsweise im Boden des Behältnisses (1) angeordneten Wandlern elektrischer Impulse (12), vorzugsweise bestehend aus einer Anzahl einzeln», reihen- oder gruppenweise ansteuerbaren elektrischen Wicklungen und/oder mit mindestens einem im flüssigen Medium angeordneten und elektrohydraulisch^ Impulse-(Unterwasserfunken) erzeugenden Geber elektrisch verbunden sind.

   ο Einrichtung nach Punkt 1β und 17, gekennzeichnet dadurch, daß die elastisch defornierbare Grundfläche bzw, der Boden des Behältnisses (1) und/oder die Schicht aus dünnem Metall, beispielsweise aus Aluminium oder Tombabbestellt und/oder doppelwandig ausgebildet ist, mit dein, gespannten Medium (7), insbesondere einer Flüssigkeit, gefüllt und direkt oder über mindestens eine elektrische oder hydraulische Impulsübertragungsleitung (8; 17) mit mindestens einem entsprechenden Erreger (105 13) verbunden ist, wobei der oder die Erreger (13) den Wandlern elektrischer Impulse (12) solche Impulse übertragen, daß mindestens ein Magnetfeld von zwei parallelen elektrischen Strömen, vorzugsweise gleicher Richtung erzeugt wird.

   19, Einrichtung nach Punkt 16 bis 18, gekennzeichnet dadurch, daß in oder an der Wandung bzw. dem Boden des Behältnisses (1) und/oder in der Matrix (2) mindestens ein, vorzugsweise beidseitig der Verstärkangsmaterialien (3) je ein flächenförmiges, elastisch deforsierbares, insbesondere nembranartiges, mit mindestens einem gespannten, flüssigen Medium gefülltes Kammersystem (6; 11) als hydraulischer Geber angeordnet ist, das entweder mit mindestens einem Erreger (10; 13) in Verbindung stellt und/oder daß φΐύφη Medium des Kammer sys tens mindestens ein flüssigkeitsdruckimpulse aussendender

   Gebor angeordnet ist, gegebenenfalls beide Geber oder .Gebersystenie und/oder ErregerVorrichtungen anr Impuls- oder Phasenmodulation besitzen,

   20· Einrichtung nach. Punkt 16 bis 19» gekennzeichnet dadurch, daß die Schwinger (15) insbesondere zur Erzeugung des Matrixschwalles (14) mit Vorrichtungen zur Erzeugung einer konvergenten Schallstrahlung, insbesondere Ultraschallstrahlung, zur Schallkonzentration in einem Konvergenzpunkt bzw. einer Konvergenzlinie, vorzugsweise quer zur Transportrichtung der Verstärkimgsmaterialien (3) ausgestattet sind»
6. 21. Einrichtung nach Punkt 16 bis 20, gekennzeichnet dadurch, daß die ümlenk- oder Transportwalzen (16) der Verstärkungsmaterialien (3) und/oder mindestens einige in der Matrix (2) angeordneten und/oder in die Matrix (2) tauchenden Schwinger (4j 5) als Tangential.-schwinger oder Walser» ausgebildet sind, wobei die Walzen aß ihrem Umfang, vorzugsweise an beiden Enden, mit mindestens einem, vorzugsweise zwei tangentiale Schwingungen vorzugsweise in Transportrichtung der

   Verstärkungsmaterialien (3) auf die Walzen ausübenden Schwingern (oder Schwungmassen) bestückt sind (berüiirungsfreier Transport der Verstärkungsmateria,-lien durch die gesamte Tränk- und Senetaungsvorrichtung (l) in Kombination mit der Ultraschallwakstr eckest
7. 22. Einrichtung nach Punkt 16 bis 21, gekennzeichnet dadurch, daß der oder die Schwinger (4; 5> 12; 15) mit einer Kühlvorrichtung verseilen sind, vorzugsweise gebildet durch einen Umlaufkühlstroni eines flüssigen oder gasförmigen Ilediums«
8. 23. Einrichtung nach Punkt 16 bis 22, gekennzeichnet dadurch, daß der odor die Schwinger (4; 5l 12; 15) teilweise oder vollständig in einer Kühlkammer mit Zii- und Abfluß angeordnet sind, mindestens eine Wandung der Kühlkanraor elastisch deformierbar ist und diese mit der Matrix (2) in Verbindung steht oder an diese grenzt ο ei or daß das Behältnis (1) bzw. die TrärJtvazine, vor-

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   zugsv'else ihr Boden die elastisch deformi erbare Kanmerwandung bil det _o