DD155404A1

DD155404A1 - Verfahren zur herstellung von faserverbundstoffen

Info

Publication number: DD155404A1
Application number: DD22472280A
Authority: DD
Inventors: Alexandr M Krivatikin; Grigory D Movsikov; Albert V Motavkin; Viktor A Teleshov
Original assignee: Alexandr M Krivatikin; Grigory D Movsikov; Albert V Motavkin; Viktor A Teleshov
Priority date: 1980-10-23
Filing date: 1980-10-23
Publication date: 1982-06-09

Abstract

Ziel der Erfindung war die Entwicklung eines hochproduktiven Verfahrens zur Herstellung von Faserverbundstoffen, das die Regelung der Stoffstruktur und die Erzeugung von Verbundstoffen mit erhoehten und stabilen physikalisch-mechanischen Kennwerten ermoeglicht. Erfindungsaufgabe war das Auffinden von Bedingungen zur Vereinigung eines kurzfaserigen Fuellstoffes mit einem Bindemittel, um die Mikro- und Makrostruktur der hergestellten Verbundstoffe zu regeln und das vorgeschriebene Verhaeltnis Fuellstoff - Bindemittel beizubehalten. Wesen der Erfindung ist die Vereinigung des kurzfaserigen Fuellstoffes mit dem Bindemittel gleichzeitig in mehreren Vereinigungszonen, zumindest in zwei. Jeder Zone wird der Fuellstoff von einem Druckluftstrom mit einer Temperatur von 60 bis 200 Grad C bei einer Geschwindigkeit zugefuehrt, die fuer jeden Strom aus einer Reihe von Zahlen gewaehlt wird, welche eine geometrische Reihe mit einem Koeffizienten von 1,5 bis2,0 relativ zur Mindestgeschwindigkeit eines der Stroeme bilden, die 10 bis 100 m/sek betraegt. Diesen Zonen wird gleichzeitig das dispergierte Bindemittel mit einer Temperatur von 60 bis 150 Grad C zugefuehrt, aus dem vorher Feuchtigkeit und fluechtige Substanzen entfernt wurden, wobei auf einen jeden Fuellstoffstrom zumindest zwei Bindemittelstroeme kommen.

Description

Berlin, 23« 6, 1981

WP В 29 Б / 224 722 58 220 12

Verfahren zur Herstellung von Faserverbundßtoffen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von Faserverbundstoffen, die bei der Herstellung von Erzeugnissen für die elektro- und radiotechnische Industrie, für Maschinenbau, Transport- und Bauwesen zur Anwendung kommen nach den Methoden des Formpressens und des Preßsprit zens,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von Glasfaserverbundpreßstoffen, das die Imprägnierung der Glasseide mit einem Bindemittel, Trocknung und Schneiden des erzeugten Stoffs in Abschnitte bestimmter Länge einschließt (UdSSR-Urheberschein Ur. 316 569, Kl. B29B, 1/14, 1964).

Die Produktivität des Prozesses nach diesem Verfahren ist durch die Trocknungsgeschwindigkeit begrenzt. Zur Ausführung des Trocknungsvorgangs ist ein erheblicher Energieaufwand erforderlich. Die Anlagen nehmen große Produktionsflächen ein.

Der Verbundstoff wird in Form von Granalien erzeugt, die eine größere Menge von Elementarfasern (800 und mehr) enthalten. Diese Struktur bedingt ein relativ niedriges Niveau von physikalisch-mechanischen Kennwerten und eine hohe

ti

Streuung derselben. So sind die Festigkeitswerte für Verbundstoffe auf Basis eines Phenolformaldehydbindemittels bei 10 mm Länge der Granalien, die 800 Monofasern von 9 bis 11 um Durchmesser als Alumoborоsilikatglas mit einer Paraffinemulsionsschlichte bei einer Füllstoff-Volumen-

23. 6. 1981 WP В 29 В / 224 58 220 12 - 2 -

konzentration von 43 - 2 % enthalten, die folgenden: ό_Β = 60 bis 80 MPa, (>_1B а 200 bis 240 MPa und die spezifische Kerbschlagzähigkeit a_k » 50 bis 60 kj/m , Der Variationskoeffizient erreicht 15 bis 20 %, Nach diesem Verfahren ist es nicht möglich, die Strukturparameter des Verbundstoffs (Länge und Durchmesser der armierenden Granalien des faserigen Füllstoffs, deren Volumenkonzentration in der Zusammensetzung) im gewünschten Bereich zu verändern sowie Verbundstoffe mit hohen Festigkeitseigenschaften zu erzeugen. Außerdem erschwert das niedrige Schüttgewicht des Stoffes die Verarbeitung desselben, insbesondere auf automatisch arbeitenden Ausrüstungen, infolge seiner niedrigen Fließfähigkeit und geringen Wärmeleitzahl.

Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von Glasfaserverbundstoffen, das folgende technologische Arbeitsgänge einschließt: Aufbereitung des Glasfaserfüllstoffs in Gestalt von Glasfaserabschnitten mit einer Länge von 50 mm, Zubereitung einer Lösung des Phenolformaldehydbindemittels, Imprägnierung des Glasfaserfüllstoffs mit der Bindemittellösung im Werner-Pfleiderer-Mischer, Zerteilen des gewonnenen Produktes zu einzelnen Strängen und Trocknung in einer Kammer horizontalen Typs, Verdichtung und Brikettierung (B* S, Lvov u. a. "Proizvodstvo stekloplastikov" ("Glasfaserkunststoffherstellung", Donezk, 1969, S. 117 bis 119).

Zu Nachteilen dieses Verfahrens gehören: begrenzte Trocknungsgeschwindigkeit, große Abmessungen der Anlage, Makro-Ungleichartigkeit des Stoffgefüges, die durch Klumpen unbestimmter Form und Größe gekennzeichnet ist, welche aus Bündeln der Glasfaserfüllung bestehen, die mit dem Bindemittel imprägniert sind· Diese Struktur bedingt niedrige

23. 6. 1981 WP В 29 В / 224 58 220 12 - 3 -

physikalisch-mechanische Kennwerte, deren hohe Streuung, unbequeme Verarbeitung des Ausgangsstoffs zu Erzeugnissen. Bei diesem Verfahren ist es praktisch unmöglich, die Struktur des zu gewinnenden Stoffs zu regeln. Die Verbundstoffe auf Basis des Phenolformaldehydbindemittels und des Alumoborosilikatglases sind bei einer Länge der Pasern von 50 mm und bei deren Volumenkonzentration von 43 - 2 % gemäß der erwähnten Herstellungstechnologie durch folgende Festigkeitswerte gekennzeichnet: <э_в = 45,0 bis 60 MPa, <o _1Ъ = 190 bis 230 MPa, ^ak ⁼ ^ k"*"⁸ 60 kJ/m . Der Variationskoeffizient erreicht 20 bis 30 %.

Weit bekannt in der UdSSR und im Ausland sind solche Faserverbundstoffe wie Premixmassen,. deren Herstellungsverfahren in der Zubereitung eines Mehrkomponentensystems des Bindemittels und der Imprägnierung eines armierenden Füllstoffs in Form von Glasfädenabschnitten mit diesem Bindemittel besteht (B. S. Lvov u. a· "Glasfaserkunststoff herstellung" , Donezk, 1969, S. 117 bis 119).

Zu Nachteilen dieses Verfahrens genauso wie des vorerwähnten Verfahrens zur Herstellung eines Verbundstoffs gehört erhebliche Makro-Ungleichartigkeit des Stoffs, die durch bestehende Klumpen unbestimmter Form und Größe gekennzeichnet ist, was niedrige physikalisch-mechanische Kennwerte des Stoffs und deren hohe Streuung bedingt. Nach diesem Verfahren läßt sich auch die Struktur der gewonnenen Verbundstoffe nicht regeln und können demnach ihre Festigkeitswerte in gewünschter Richtung nicht verändert werden. Die erzeugten Stoffe auf Basis eines Polyesterbindemittels und der Glasseidenrovingabschnitte von einer 20-mm-Länge mit einer hydro'phoben Adhäsionsschmälze bei einer Gewichtskonzentration der

23. 6. 1981 WP В 29 В / 224 58 220 12 - 4 -

Pasern von 20 % sind durch folgende Kennwerte gekennzeichnet : ^g s 10 bis 20 MPa, о _BB = 80 MPa, а_к я 25 kJ/m . Der Variationskoeffizient erreicht 25 bis 30 %.

Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Faserstoffen durch Vereinigung eines faserigen Füllstoffs mit einem Bindemittel (US-PS 2 787 314, Kl. 266-15, 02.04.57)· Das Verfahren wird in einem Apparat realisiert, der ein flaches horizontales Gestell trapezförmiger Gestalt besitzt, unter dem ein vertikal rotierendes zylindrisches Messer befestigt ist. Das letztere befindet sich im Innern eines hohlen Zylinders, dessen ein Drittel ausgeschnitten (in Richtung der breiteren Trapezseite) ist, derart, daß der Zentriwinkel des ausgeschnittenen Teils (in dessen Scheitel sich das Messer befindet) 100 bis 120° beträgt. Die Zylinderwände besitzen im Innern Kanäle, die zur Zuführung von Luft dienen, die aus den Bohrungen längs der Erzeugenden des Zylinderausschnitts unter einem Winkel von 45 zur Bewegungsrichtung der Fasern ausströmt. An den Enden des Gestells (an den spitzen Trapezwinkeln) sind zwei Düsen zur Zerstäubung von Harz symmetrisch befestigt, deren Achsen zum Luftstrom aus den Zylinderbohrungen parallel sind. Die Arbeit des Apparates geht auf solche Weise vor sich, daß der Glasseidenroving durch einen besonderen Schlitz in dem das Messer umgebenden Zylinder geleitet und von zwei Walzen erfaßt wird, die ihn dem rotierenden Messer zuführen. Der aus den Bohrungen längs der Mantellinie des Zylinders austretende Luftstrom zerstäubt die geschnittenen Stränge zu einzelnen Fasern und trägt schwebende Fasern unter die Strahlen des Bindemittels, das aus den Düsen austritt, deren Achsen unter einem Winkel von 45° zur Trapezachse liegen. Die imprägnierte Faser setzt sich an

23. 6. 1981 WP В 29 В / 224 722 58 220 12 - 5 -

der Formoberfläche oder an einer Zwischenvorrichtung ab.

Zu Hauptnachteilen des beschriebenen Verfahrens kommt noch unmögliche Regelung der Strukturparameter des hergestellten Verbundstoffs, was die Erzeugung von Stoffen mit hohen und stabilen physikalisch-mechanischen Kennwerten erschwert.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung bestand in der Entwicklung eines solchen Verfahrens zur Herstellung von Faserverbundstoffen, das es gestatten würde, die Struktur des Stoffs zu regeln und seine physikalisch-mechanischen Kennwerte zu erhöhen, den Energieaufwand zu senken sowie die Leistung des Prozesses zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung bestand in der Suche nach neuen technologischen Bedingungen für die Durchführung der Stadiums der Vereinigung des kurzfaserigen Füllstoffs mit dem Bindemittel, die es ermöglichen würden, die Mikro-und Makrostruktur der erzeugten Stoffe zu regeln und das vorgegebene Verhältnis Füllstoff - Bindemittel in ihnen beizubehalten.

Die gestellte Aufgabe wurde mittels eines Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbundstoffes durch Vereinigung eines kurzfaserigen Füllstoffs mit einem Bindemittel in einer Vereinigungsζone gelöst, der mittels Preßluftförderung den Füllstoff und das aus den Düsen austretende dispergierte Bindemittel unter nachfolgender Absetzung des Vereinigungsproduktes auf einem Träger und Verdichtung desselben zugeführt werden, in dem erfindungsgemäß

23. 6. 1981 WP В 29 В / 224 722 58 220 12 - 6 -

die Vereinigung des kurzfaserigen Füllstoffs mit dem Bindemittel gleichzeitig in mehreren Vereinigungszonen erfolgt, und zwar mindestens in zwei Zonen, wobei einer jeden Zone der Füllstoff von einem Strom der auf eine Temperatur von 60 bis 200 ⁰C erwärmten Preßluft mit einer Geschwindigkeit V zugeführt wird, die für einen jeden Strom aus einer Reihe von Zahlen gewählt wird, welche eine geometrische Reihe mit einem Koeffizienten von 1,5 bis 2,0 relativ zur Mindestgeschwindigkeit eines der Ströme bilden, die 10 bis 100 m/sek beträgt, jeder Vereinigungszone gleichzeitig das auf eine Temperatur von 60 bis 150 ⁰C erwärmte dispergierte Bindemittel zugeführt wird, aus dem vorher Feuchtigkeit und flüchtige Substanzen entfernt wurden, wobei auf einen jeden Füllstoffstrom mindestens zwei Ströme des dispergierten Bindemittels kommen, und dann die aus den Vereinigungszonen kommenden Produkte zusammengeführt, abgesetzt und getrocknet werden·

Die Erfindung ermöglicht, Verbundstoffe mit einer Struktur herzustellen, die in weitem Bereich veränderbar und durch verschiedenes Verhältnis von Monofasern und deren Aggregaten gekennzeichnet ist, was zur Erhöhung von Festigkeitswerten des Stoffs und Verminderung der Streuung derselben führt. Beispielsweise kann die Zugfestigkeit <э_в «в 200 bis 250 MPa bei einem Variationskoeffizienten von nicht über 3 bis 6 % erreichen.

Es sind folgende Varianten des Prozesses möglich. Gemäß einer von ihnen geschieht die Vereinigung des kurzfaserigen Füllstoffs mit dem Bindemittel in 4 Vereinigungszonen a, b, c, d, in denen Luftstromgeschwindigkeiten V_a : V_b : V_c : V_d = 1 :(1,5-2) :(2-4):(3-8) sind.

23. 6. 1981 WP В 29 В / 224 722 58 220 12 - 7 -

In diesem Pall ist es möglich, die Strukturelemente (Monofasern und deren Aggregate) in der Dicke des abzusetzenden Produktes auf solche Weise zu verteilen, daß die Biegefestigkeit oder Kerbschlagzähigkeit des gewonnenen Stoffs selektiv erhöht wird.

Erfindungsgemäß soll die Entfernung der Feuchtigkeit und der flüchtigen Substanzen aus dem Bindemittel vor der Vereinigung desselben mit dem faserigen Füllstoff geschehen. Hierzu wird das Bindemittel in die Vereinigungszone über eine Unterdruckzone mit einem Restdruck von 0,01 bis 0,99 ata geleistet, der mit Hilfe von Preßluftströmen unter einem Druck von 2 bis 9 ata durch Ejektion erzeugt wird. Hierbei erfolgt die vorläufige Entfernung der Feuchtigkeit und der flüchtigen Substanzen aus dem Bindemittel, wonach die Vereinigung dieses Bindemittels mit dem faserigen Püllstoff durchgeführt v/ird. Dank dieser Maßnahme gelingt es, den Restgehalt an Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen im abzusetzenden Vereinigungsprodukt beträchtlich herabzusetzen, was es wiederum ermöglicht, den Energieaufwand für die Trocknung des Bindemittels erheblich zu senken, die Verweilzeit des Vereinigungsproduktes in der Vereinigungszone zu verkürzen und die Produktivität des Prozesses letztendlich zu steigern.

Der Restdruck in der Unterdruckzone soll durch Ejektion geregelt werden, die durch einen Strom der auf eine Temperatur von 100 bis 200 ⁰C erwärmten Preßluft bei einem Druck von 2 bis 9 ata erzeugt wird.

Dies trägt zur intensiveren Entfernung von Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen aus dem Bindemittel vor der Vereinigung desselben mit dem faserigen Füllstoff bei.

Als faserige Füllstoffe können Glasfasern, Kohlenstoff-,

23. 6. 1981 WP В 29 В / 224 58 220 12 - 8 -

Quarz-, Metallfasern und deren Kombinationen verwendet werden.

Als Bindemittel können Lösungen von hitzehärtbaren und thermoplastischen Bindemitteln, beispielsweise Phenolformaldehyd-, Epoxid-, Organosilikon-, Epoxyphenolbindemittel sowie andere ähnliche Mittel verwendet werden. Anwendung finden auch niedrigviskose flüssige Bindemittel oder Schmelzen von festen Bindemitteln.

Praktisch wird das Verfahren auf folgende Weise realisiert. Der Glasseidenroving wird mehreren, und zwar mindestens zwei Schneidevorrichtungen zugeführt, wo er in Abschnitte vorgeschriebener Länge geschnitten wird. Die erzeugten Glasseidenrovingabschnitte werden mittels Preßluftförderung bei einer Temperatur der Preßluft von 60 bis 200 ⁰G, vorzugsweise von 150 bis 200 ⁰G, einem Diffusorensystem zugeleitet, zu denen mindestens zwei gehören, wo die Trennung der Glasseidenrovingabschnitte in Strukturelemente - Monofasern und deren Aggregate stattfindet. Die Vereinigung des Füllstoffs mit dem Bindemittel geschieht gleichzeitig in mehreren Zonen, mindestens in zwei. Jeder Vereinigungszone werden die erhaltenen Strukturelemente des faserigen Füllstoffs mit Hilfe der auf eine Temperatur von 60 bis 200 ⁰C, vorzugsweise auf 150 bis 200 ⁰C, erwärmten Druckluft zugeführt.

Die Geschwindigkeit eines jeden Luftstroms wird aus einer Reihe von Zahlen gewählt, die eine geometrische Reihe mit einem Koeffizienten von 1,5 bis 2,0 bilden, unter der Bedingung, daß die minimale Geschwindigkeit eines der Ströme 10 bis 100 m/sek beträgt.

23. 6, 1981 WP В 29 В / 224 58 220 12 - 9 -

Bei zwei Zonen "a" und "b" sind die Geschwindigkeiten der Luftströme (m/sek) V : V, = 40 : 60. Bei vier Zonen a,

el D

b,c,d sind die Geschwindigkeiten der Luftströme (m/sek) V_Q ·* ^vk 5 ^v„ 5 ^ѵд ^β 40:60:90:135· Möglich ist auch die

el D C CL

Durchführung des Prozesses, wenn die Geschwindigkeiten der Luftströme in den einzelnen Zonen zusammenfallen. Gleichzeitig wird diesen Zonen aus Düsen das auf eine Temperatur von 80 bis 150 ⁰C erwärmte dispergierte Bindemittel unter einem Druck von 150 bis 200 ata in mehreren Strömen zugeführt, derart, daß auf einen Füllstoffstrom zumindest zwei Bindemittelströme kommen. Hierbei werden aus dem Bindemittel vor dessen Vereinigung mit dem faserigen Füllstoff vorher Feuchtigkeit und flüchtige Substanzen entfernt.

Erfindungsgemäß soll die Entfernung von Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen aus dem Bindemittel vor dessen Vereinigung mit dem faserigen Füllstoff durchgeführt werden. Zu diesem Ziel wird das Bindemittel da? Vereinigungszone über eine Unterdruckzone mit einem Restdruck von 0,01 bis 0,99 ata zugeführt, wozu die Preßluft über Düsen unter einem Druck von 2 bis 9 ata zugeführt wird, derart, daß die Unterdruckzone an der Peripherie der Vereinigungszone entsteht. Dank dieser Maßnahme läßt sich der Restgehalt an Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen im Vereinigungsprodukt um 30 bis 50 % gegenüber dem Stoff reduzieren, der ohne vorherige Entfernung von Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen aus dem Bindemittel erzeugt wurde, und der Energieaufwand für die Trocknung des Bindemittels durchschnittlich um das 1,5fache verringern.

Die Restdruckgröße in der Unterdruckzone soll durch Ejektion geregelt werden, die von einem Strom der auf eine Temperatur von 100 bis 200 ⁰C erwärmten Preßluft

23. 6. 1981 WP В 29 В / 224 722 58 220 12 - 10 -

bei einem Druck von 2 bis 9 ata erzeugt wird, was eine zusätzliche Reduzierung des Restgehaltes an Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen im Vereinigungsprodukt um 10 bis 20 % ermöglicht.

Die Energieintensität des erfindungsgemäßen Prozesses ist beträchtlich niedriger als in den bekannten Prozessen, Dies ist darauf zurückzuführen, daß im erfindungsgemäßen Prozeß die vorherige Entfernung von Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen aus dem dispergierten Bindemittel bereits im Anfangsaugenblick geschieht, wenn seine Viskosität gering ist, und zwar durch Erwärmung und Hindurchleitung des Bindemittels durch die Unterdruckzone, während bei den bekannten Prozessen das Lösungsmittel und die flüchtigen Substanzen aus dem bereits vereinigten Produkt entfernt werden, das ein Bindemittel erhöhter Viskosität enthält, wozu ein größerer Energieaufwand erforderlich ist.

Also erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren die Vereinigung des Füllstoffs mit einem Bindemittel, aus dem der größere Teil von Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen bereits entfernt ist. Dies intensiviert den Herstellungsprozeß des Verbundstoffs,

Die erhaltenen Vereinigungsprodukte werden vor der Absetzung in der Faserabsetzkammer zusammengeführt, wonach die Absetzung des vereinigten Produktes auf einen bewegten Träger erfolgt. Danach erfolgen endgültige Trocknung des Stoffs, dessen Verdichtung und Granulierung.

Diese Führung des Prozesses gestattet es, eine Struktur des Verbundstoffs zu erreichen, die bis zu 40 % Monofasem und bis zu 60 % Monofas-eraggregaten enthält, jedes von denen durchschnittlich aus 200 bis 300 Monofasern

23. 6, 1981 WP В 29 В / 224 722 58 220 12 - 11 -

besteht, wobei die Zugfestigkeit eine Größe d_B = 140 bis 150 MPa, die Biegefestigkeit 6 _1B а 200 bis 250 MPa und die spezifische KerbSchlagzähigkeit a^ = 50 bis 60 kJ/m erreichen kann,

Erfindungsgemäß ist die Durchführung des Prozesses mit vier Vereinigungszonen a, b, c, d möglich, denen der faserige Füllstoff mit den Luftströmen zugeführt wird, deren Geschwindigkeiten (in m/sek) V : V, t V : V, я 40:60:90:130 sind.

In diesem Pail besteht die Struktur des Verbundstoffs durchschnittlich aus 60 % Monofasern, 25 % Aggregaten, die 20 bis 40 Monofasern enthalten, und 15 % Aggregaten, die 100 bis 200 Monofasern enthalten. Hierbei können folgende Festigkeitswerte erzielt werden: ё_в = 160 bis 190 MPa, <э = 240 bis 270 MPa und

= 60 bis 80 kJ/m

Nach einer weiteren Variante kann der Prozeß gleichfalls mit vier Vereinigungszonen a, b, c, d geführt werden, denen der faserige Füllstoff von Luftströmen mit den Geschwindigkeiten V_& : V_b : Y_Q : V_d = 90:40:60:130 zugeführt wird. Der hergestellte Verbundstoff ist nach seiner Strukturelementenzusammensetzung der vorhergehenden Variante ähnlich, aber mit einer anderen Verteilung der Strukturelemente in der Stoffdicke. Im Ergebnis bleibt die Zugfestigkeit in bisheriger Höhe 4> ~ = 160 bis 190 MPa, und die Biegefestigkeit sowie die spezifische Kerbschlagzähigkeit sind dann angenähert gleich £ = 260 bis 300 MPa bzw. a_k = 70 bis 90 kJ/m².

23. 6. 1981 WP В 29 В / 224 722 58 220 12 - 12 -

Ausführungsbeispiel Beispiel 1

Der Glasseidenroving (faseriger Füllstoff) auf Basis des Alumoborosilikatglases und einer hydrophoben Adhäsionsschlichte wird zwei Schneidevorrichtungen zugeführt, von wo die Abschnitte mit einer Länge von 5 bis 6 nun, in zwei Ströme getrennt, unter der Einwirkung der auf eine Temperatur von 150 ⁰C erwärmten Preßluft den zwei Komponentenvereinigungszonen zugeführt werden, die sich in der Kammer befinden·

Der erstere Strom wird mit einer Geschwindigkeit von 10 m/sek zugeführt, der zweite mit einer Geschwindigkeit von 90 m/sek. Gleichzeitig wird einer jeden der Vereinigungszonen aus zwei Düsen unter einem Druck von 150 bis 200 ata eine Lösung des auf 80 ⁰C erwärmten Phenolformaldehydbindemittels zugeleitet. Die Vereinigung des faserigen Füllstoffs mit dem Bindemittel erfolgt in Kammern, wobei jede Kammer eine Vereinigungszone enthält. Jeder Vereinigungszone wird die auf eine Temperatur von 100 bis 150 C erwärmte Preßluft unter einem Druck von 5 bis 6 ata zugeführt, wobei im peripheren Gebiet der Vereinigungszone durch Ejektion eine Unterdruckzone mit einem Restdruck von bis 0,8 ata erzeugt wird.

Die Ströme des dispergierten Bindemittels durchlaufen die erwähnten Unterdruckzonen, wodurch vorherige Entfernung von Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen aus dem Bindemittel erfolgt, wonach das Bindemittel mit den Strömen des faserigen Füllstoffs vereinigt wird.

Danach werden die erhaltenen Vereinigungsprodukte einer gemeinsamen Faserabsetzkammer zugeführt, in der das Vereinigungsprodukt auf einen bewegten Träger abgesetzt,

23. 6. 1981 WP В 29 В / 224 58 220 12 - 13 -

sodann die endgültige Trocknung des erwähnten Produktes, dessen Verdichtung und Granulierung durchgeführt wird.

Diese Führung des Prozesses gestattet es, den Gehalt an Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen im abgesetzten Produkt gegenüber dem Stoff, der ohne vorherige Entfernung von Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen erzeugt wurde, um 35 % zu verringern.

Der hergestellte Verbundstoff ist durch folgende Struktur gekennzeichnet: Monofasergehalt erreicht 50 bis 55 %, die restlichen 40 bis 45 % entfallen auf kleinere Aggregate, die durchschnittlich aus 100 bis 300 Monofasern und mehr bestehen.

Die Festigkeitswerte des hergestellten Verbundstoffs bei einer Faserkonzentration im Verbundstoff von 50 Gew.-% sind die folgenden: έ _B = 150 bis 180 MPa, ό _1B = 250 bis 300 MPa, a_k = 70 bis 70 kJ/m². Der Variationskoeffizient beträgt im Durchschnitt 5 bis 10 %.

Beispiel 2

Der Glasseidenroving auf Basis des Alumoborosilikatglases und einer hydrophoben Adhäsionsschlichte(faseriger Füllstoff) wird einer Schneidvorrichtung zugeführt, von wo die Abschnitte mit einer Länge von 8 bis 9 mm» getrennt in vier gleichzeitig laufende Ströme, unter der Einwirkung der auf eine Temperatur von 150 bis 200 ⁰C erwärmten Preßluft den Vereinigungszonen a, b, c, d zugeführt werden.

Hierbei sind die Geschwindigkeiten der Luftströme (in m/sek), die den faserigen Füllstoff den Vereinigungs-

224722 -н-

23.	6.	1981	224	..	722
WP	В 29	В /
58	220	12
•	^Vc ^г	ν

zonen zuführen, die folgenden: V : 45:7O:1OO:15O# Jeder der erwähnten Vereinigungszonen wird aus zwei Düsen unter einem Druck von 150 bis 200 ata eine auf 100 ⁰C erwärmte Lösung des Epoxyphenolformaldehydbindemittels zugeführt und gleichzeitig aus Düsen die auf eine Temperatur von 100 bis 150 ⁰C erwärmte Preßluft unter einem Druck von 9 ata zugeleitet, derart, daß an der Vereinigungsperipherie eine Unterdruckzone mit einem Restdruck von 0,7 ata entsteht.

Die Ströme des dispergierten Bindemittels werden nach Durchlauf durch die erwähnten peripheren Unterdruckzonen mit den Strömen des faserigen Püllstoffs vereinigt, wonach die Vereinigungsprodukte in eine gemeinsame Faserabsetzkammer gelangen, wo das zusammengeführte Vereinigungsprodukt auf einen bewegten Träger abgesetzt wird, worauf die endgültige Trocknung des genannten Produktes, dessen Verdichtung und Granulierung stattfindet.

Diese Führung des Prozesses gestattet es, den Restgehalt an Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen im abgesetzten Produkt gegenüber dem Stoff, der ohne vorherige Entfernung von Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen erzeugt wurde, um 45 % zu verringern.

Der hergestellte Verbundstoff ist durch folgende Struktur gekennzeichnet: der Monofasergehalt beträgt bis 60 70 %, die restlichen 15 bis 20 Gew.-% machen kleinere Aggregate aus, die sich im Durchschnitt aus 20 bis 40 Monfasern und 10 bis 25 % Aggregaten zusammensetzen, die aus 100 bis 300 Monofasern bestehen; die Faserkonzentration im Verbundstoff beträgt 50 Gew.-%; 6^ ~ 200 bis 250 MPa, (O₁₃ = 300 bis 350 MPa, a_k = 80 bis 100 kJ/m². Der Variationskoeffizient übersteigt nicht 3 bis 6 %.

23* 6, 1981 WP В 29 В / 224 722 58 220 12 - 15 -

Beispiel 3

Der Glasseidenroving auf Basis eines Hochmodulglases und einer hydrophoben Adhäsionsschlichte (faseriger Füllstoff) wird vier Schneidevorrichtungen zugeführt, von wo die Abschnitte mit einer Länge von 8 bis 9 mm, getrennt in vier gleichartig laufende Ströme, unter der Einwirkung der auf eine Temperatur von 150 bis 200 ⁰C erwärmten Preßluft den Vereinigungszonen a, b, c, d zugeführt werden, wobei die Geschwindigkeiten der Luftströme (in m/sek) V : ^, :V :V, 100:45:70:150 sind.

Jeder der erwähnten Vereinigungszonen wird aus zwei Düsen unter einem Druck von 150 bis 200 ata eine auf 100 ⁰C erwärmte Lösung des Epoxidbindemittels zugeführt. Gleichzeitig wird aus Düsen die auf eine Temperatur von 100 bis 150 ⁰C erwärmte Preßluft unter einem Druck von 9 ata zugeführt, derart, daß an der Peripherie der Vereinigungszonen ein Restdruck von 0,7 ata entsteht.

Aus dem dispergierten Bindemittel werden beim Durchlaufen der erwähnten peripheren Unterdruckzonen Feuchtigkeit und flüchtige Substanzen entfernt. Danach findet die Vereinigung desselben mit dem faserigen Füllstoff statt. Die die Vereinigungszonen verlassenden Vereinigungsprodukte werden einer Faserabsetzkammer zugeführt, wo sie zusammengeführt werden. Nach der Absetzung auf einen bewegten Träger geschieht die endgültige Trocknung des Produktes, seine Verdichtung und Granulierung,

Die Führung des Prozesses nach dieser Variante gestattet es, den Restgehalt an Feuchtigkeit und flüchtigen Substanzen im abgesetzten Produkt gegenüber dem Stoff, der ohne vorherige Entfernung von Feuchtigkeit und flüchtigen

23. 6. 1981 WP В 29 В / 224 58 220 12 - 16 -

Substanzen erzeugt wurde, um 45 % zu verringern. Der hergestellte Verbundstoff ist durch folgende Struktur gekennzeichnet: der Monofasergehalt beträgt durchschnittlich 65 bis 70 %; der Gehalt an Aggregaten, die 20 bis 40 Monofasem enthalten, beträgt 20 bis 25 %_t "und an Aggregaten, die aus 100 bis 250 Monofasern bestehen, 5 bis 15 %#·

Die Festigkeitswerte des Verbundstoffs sind die folgenden: Fasernkonzentration im Verbundstoff 55 bis 60 Gew.-%; ά_Β a 200 bis 250 MPa, ό_χΒ = 350 bis 450 MPa, a_k a 100 bis 150 kJ/m².

Der Variationskoeffizient übersteigt nicht 3 bis 6 %.

Beispiel 4

Die Herstellung des Faserverbundstoffs erfolgt wie im Beispiel 3_f aber mit dem Unterschied, daß die Geschwindigkeiten der Luftströme (in m/sek) V_Q : V^ : V_c : V^ = 220:100:150:330 sind.

Der hergestellte Verbundstoff ist durch folgende Struktur gekennzeichnet: Der Gehalt an Monofasern ist 90 bis 95 %t 5 bis 10 % machen die Aggregate aus, die aus 10 Monofasern und mehr bestehen.

Die Festigkeitswerte sind die folgenden: (э-g » 220 bis 250 MPa, d_1B = 370 bis 450 MPa, a_k a 100 bis 120 kJ/m². Der Variationskoeffizient übersteigt nicht 1,5 bis 3,0 %.

Beispiel 5

Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung des Faserverbundstoffes nach der bekannten Technologie. Der Gasseidenroving auf Basis des Alumoborosilikatglases und einer hydrophoben Adhäsionsschlichte (faseriger Füllstoff)

23. 6. 1981 WP В 29 В / 224 722 58 220 12 - 17 -

wird einer Schneidevorrichtung zugeführt, wo er in Abschnitte mit einer Länge von 10 bis 12 mm geschnitten wird·

Aus der Schneidevorrichtung werden die Abschnitte des faserigen Füllstoffs unter der Preßlufteinwirkung in Strukturelemente getrennt und einer Vereinigungskammer zugeführt, der gleichzeitig aus zwei Düsen ein dispergiertes Phenolformaldehydbindemittel zugeleitet wird·

Das Vereinigungsprodukt wird auf einem Träger abgesetzt, getrocknet, verdichtet und granuliert*

In diesem Fall nimmt der Energieaufwand für die Stofftrocknung gegenüber dem erfindungsgemäßen Verfahren durchschnittlich um das 4- bis 5fache zu.

Die Struktur des hergestellten Verbundstoffes enthält bis 40 % Monofasern, die restlichen 60 % entfallen auf Aggregate, die aus 300 bis 400 Monofasern und mehr bestehen.

Die Festigkeitswerte des Verbundstoffs sind die folgenden: <э_в = 90 bis 110 MPa, Ο_χΒ = 170 bis 200 MPa, a_k = 70 kj/m². Der Variationskoeffizient beträgt 10 bis 20 %.

Somit weis.t der Vergleich des Beispiels 5» in dem die charakteristischen Werte des Verbundstoffs und des Prozesses nach dem bekannten Verfahren aufgeführt sind, mit den Beispielen 1 bis 3» in denen die Kennwerte des Verbundstoffs und des Prozesses nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgeführt sind, nach, daß das beanspruchte Verfahren ermöglicht, Faserverbundstoffe unter geringerem Energieaufwand unt mit höheren Festigkeitswerten bei deren geringerer Streuung herzustellen·

Claims

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundstoffes, das in der Vereinigung eines kurzfaserigen Füllstoffes mit einem Bindemittel in einer Voreinigungszone, der der Füllstoff mittels Preßluft und aus Düsen das dispergierte Bindemittel zugeführt wird, mit nachfolgender Absetzung des Vereinigungsproduktes auf einem Träger und Verdichtung desselben besteht, gekennzeichnet dadurch, daß die Vereinigung des kurzfaserigen Füllstoffs mit dem Bindemittel gleichzeitig in mehreren Vereinigungszonen, mindestens in zwei, stattfindet und das Bindemittel jeder Zone von einem Strom der auf eine Temperatur von 60 bis 200 ⁰C erwärmten Preßluft mit einer Geschwindigkeit V zugeführt wird, wobei die Größe der Geschwindigkeit V eines jeden Luftstromes aus einer Reihe von Zahlen, gewählt wird, die eine geometrische Reihe mit einem Koeffizienten von 1,5 bis 2,0 relativ zur Mindestgeschwindigkeit eines der Ströme bilden, die 10 bis 100 m/sek beträgt, und jeder Vereinigungszone gleichzeitig das auf eine Temperatur von 60 bis 150 ⁰C dispergierte Bindemittel zugeführt wird, aus dem vorher Feuchtigkeit und flüchtige Substanzen entfernt v/urden, wobei auf einen jeden Strom des faserigen Füllstoffes zumindest zwei Ströme des dispergieren Bindemittels kommen, worauf die Vereinigungsprodukte zusammengeführt und nach der Absetzung getrocknet werden.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Vereinigung des kurzfaserigen Füllstoffes mit dem Bindemittel in vier Zonen a, b, c, d erfolgt, in denen die Geschwindigkeit der Luftströme

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Vereinigung des kurzfaserigen Pullstoffes mit dem Bindemittel in vier Zonen a, b, c, d erfolgt, in denen die Geschwindigkeiten der Luftströme V_a : V_b : V₀: V_d β (1,5 + 2,0):1:(2 - 4) : (3 - 8) sind.

4· Verfahren nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß zur vorläufigen Entfernung von Feuchtigkeit und flüchtigen' Substanzen aus dem Bindemittel vor dessen Vereinigung mit dem faserigen Füllstoff das Bindemittel in die Vereinigungszone über eine Unterdruckzone mit einem Restdruck von 0,01 bis 0,99 ata geleitet wird.

5· Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Restdruck von 0,01 bis 0,99 ata in der Unterdruckzone mit Hilfe der auf eine Temperatur von 100 bis 200 ⁰C erwärmten Preßluft unter einem Druck von 2,0 + 9»0 ata erzeugt wird.