DD297600A5

DD297600A5 - Stoff aus thermoplastischen fasern und kontinuierlichen verstaerkungsfasern

Info

Publication number: DD297600A5
Application number: DD90343765A
Authority: DD
Inventors: Roelof Marissen; Hans H H Hornman
Original assignee: ��@�K@�Kk��
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1992-01-16
Also published as: FI904285A0; US5190809A; EP0417827A1; FI904285A7; KR910004717A; NO903805D0; CA2024218A1; JPH0390642A; NL8902194A; HU905710D0; RU1833396C; HUT59969A; NO903805L

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoff aus thermoplastischen Fasern und kontinuierlichen Verstaerkungsfasern, der zum Behandeln als thermoplastisches Verbundprepreg geeignet ist, wobei die thermoplastischen Fasern des Stoffes einen Schmelzpunkt aufweisen, der niedriger ist als jener der Verstaerkungsfasern, und auf eine Temperatur erhitzt und eine Zeit lang bei dieser Temperatur gehalten sind, die 50 bis 15C niedriger ist als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials, bevor sie zum Stoff verarbeitet sind. Stoffe aus thermoplastischen Fasern und Verstaerkungsfasern gemaesz der Erfindung koennen in allen Bereichen verwendet werden, wo hochqualitative faserverstaerkte Kunststoffe vorteilhaft sind, insbesondere dort, wo es vorteilhaft ist, flache Stofflagen einer elastischen Kaltformung unterwerfen zu koennen, um der Form fuer das Warmformungsverfahren angepaszt zu werden. Beispiele sind die Automobilindustrie, Sportartikel, Haushaltsgegenstaende (Mikrowellenboxen), Gehaeuse fuer elektronische Vorrichtungen, Satellitenschalen, Flugzeugindustrie, Schiffbau, Hausbau, Wohnwagen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoff aus thermoplastischen Fasern und kontinuierlichen Verstärkungsfasern, der zur Behandlung als thermoplastisches Verbundprepreg geeignet ist, wobei die thermoplastischen Fasern einen Schmelzpunkt aufweisen, der niedriger ist als jener der Verstärkungsfasern. Ein derartiger Stoff ist aus EP-A-O 182335 bekannt.

EP-A-O 182335 beschreibt einen aus thermoplastischen Fasern und Verstärkungsfasern hergestellten Stoff. Der Stoff wird vorzugsweise dadurch behandelt, daß er unter Druck auf eine Temperatur über den Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials hinaus erhitzt wird, so daß das thermoplastische Material rund um die Verstärkungsfasern fließt und so die Matrix des gebildeten Vorbundproduktes bildet.

Der Nachteil liegt darin, daß während dieser sogenannten „Warmformung" des Prepregs die thermoplastischen Fasern schrumpfen, während die nichtschrumpfenden Verstärkungsfasern, die vor der Warmformung im wesentl· hen gestreckt

wurden und mit den thermoplastischen Fasern im Stoff hauptsächlich parallel waren, eine Überlänge aufweisen und „Schleifen" bilden. Demgemäß sind die mechanischen Eigenschaften des erhaltenen Materials schlechter als sie wären, wenn die Verstärkungsfasern weiter im wesentlichen gestreckt wären.

Ziel der Erfindung ist es, einen Stoff vorzusehen, der diesen Nachteil nicht aufweist.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die thermoplastischen Fasern, bevor sie zur Bildung des Stoffes behandelt

werden, erhitzt und eine Zeit lang bei einer Temperatur gehalten sind, die 50 bis 15°C unter dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials liegt.

Die Verringerung von Schrumpfungsproblemen in synthetischen Fasern war aus der Bekleidungsindustrie bekannt. Hierfür verwendete Ausdrücke sind beispielsweise Anlassen oder Heißfixieren. Fasern, die zur Verwendung in Bekleidung hergestellt werden, werden, wenn dies gewünscht wird, einer Vorschrumpfungsbehandlung unter Anwendung von Dampf unterworfen. Temperaturen, die höher sind als jene von Dampf, werden nicht angewandt, weil, wenn sie angewandt werden, die Bekleidung im allgemeinen nicht über solche Temperaturen hinaus erhitzt wird.

Wenn die Fasern einitzt werden, schrumpfen sie gewöhnlich. Bei der Behandlung des mit den Fasern gebildeten Stoffes gemäß der Erfindung werden sie jedoch kaum weiter schrumpfen, so daß Materialien mit relativ günstigen Eigenschaften gebildet werden. *

In einer eisten Ausführungsform wird dieses Erhitzen und die fortgesetzte Wärmezufuhr bewirkt, wenn die thermoplastischen Fasern auf eine Spule oder eine Bobine gewickelt sind.

Dieses Wickeln erfolgt vorzugsweise in einem Zick-Zack-Wickelmuster, um so weit wie möglich zu verhindern, daß die Fasern während des Erhitzens zusammenkleben. Danach kann die ganze Spule in einen Heizschrank gegeben werden. Es ist möglich, das Verfahren im Heizschrank unter Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre durchzuführen, dies ist aber nicht wesentlich. Wenn die Fasern auf eine Spule gewickelt sind, wird durch das Schrumpfen während des Erhitzens eine Spannung erzeugt, die bewirkt, daß das Material auf faktisch den gleichen Grad wie die Schrumpfung gezogen wird.

Die Erhitzungstemperatur ist 50 bis 15⁰C, vorzugsweise 40 bis 20°C, unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Materials. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, zeigt die thermoplastische Faser eventuell noch einen zu hohen Schrumpfungsgrad, und, wenn die Temperatur zu hoch ist, schmilzt die Faser und wird klebrig, so daß sie dann nicht mehr von der Spule abgewickelt werden kann. Die genauen Grenzen hängen jedoch vom verwendeten Material ab und können durch den Fachmann bestimmt werden.

Das Erhitzen dauert einige Minuten bis einige Stunden, .in allgemeinen 1 bis 5 Stunden. Ein beschränkender Faktor ist die Wärmeleitung in den auf die Spule gewickelten Fasern. Je besser die Wärmeleitung ist, desto kürzer kann die Wärmebehandlung dauern. Je dünner die Schicht der aufgewickelten thermoplastischen Faser ist, desto kürzer kann die Wärmebehandlung dauern. Es ist möglich, daß die Spule sowohl von der Innen- als auch von der Außenseite her erhitzt wird, um die für die Wärmebehandlung erforderliche Zeit zu verkürzen.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Wärmebehandlung in einem kontinuierlichen Verfahren. Dies ist beispielsweise möglich, indem man die thermoplastische Faser bei niedriger Spannung durch einen Heizschrank führt; in diesem Verfahren ist die Schrumpfung gleich der Dehnung. Dieses Verfahren hat auch den Vorteil, daß die Behandlung der Faser nur eine kurze Zeit in Anspruch nimmt, weil sich die Faser rasch erwärmt.

Es ist möglich, die thermoplastischen Fasern und die Verstärkungsfasern zuerst unter Bildung eines Hybridbündels zu kombinieren und das ganze Hybridbündel anschließend zu erhitzen und eine Zeit lang erhitzt zu halten. Der Vorteil dieses Verfahrens ist es, daß die Spannung am Hybridbündel weniger dazu neigt, zu einer unerwünschten zusätzlichen Dehnung des thermoplastischen Bündels zu führen, wenn das Verfahren beispielsweise in Form des oben beschriebenen kontinuierlichen Verfahrens erfolgt. Jedoch ist es auch möglich, es auf einer Spule, wie oben beschrieben, durchzuführen. Die Handhabung der Faser wird durch eine derartige Kombination erleichtert.

Die thermoplastischen Fasern können aus jedem thermoplastischen Material bestehen. Für seine Verwendung gemäß der Erfindung ist es wichtig, daß das thermoplastische Material in Faserform verfügbar ist. Dies ist im Prinzip mit faktisch allen thermoplastischen Materialien der Fall, deren Molgewicht hoch genug ist, doch wird für diesen Zweck bevorzugt ein kristallines oder halbkristallines thermoplastisches Material gewählt. Das thermoplastische Material kann beispielsweise aus Polyamiden (PA), wie Nylon 6, Nylon 6,6, Nylon 4,6 (Stanyl*), Nylon 8, Nylon 6,10, Nylon 11, Nylon 12 und dgl., Polyolefinen, wie Polypropylen (PP), Polyäthylen (PE), Polytetrafluoräthylen (PTFE), Polyphenylenäther (PPE oder PPO) und dgl., amorphen und/oder kristallinen Polyestern, wie Polyalkylenterephthalaten, wie Polyäthylenterephthalat (PETP oder PET), Polybutadienterephthalat (PBT) und dgl., oder Polyimiden (Pl), wie Polyätherimid (PEI), Polyamidimid (PAI), oder Polymethyl(meth)acrylat (PMMA), Polyäthylmethacrylat (PEMA) gewählt werden. Weiter können auch Polyphenylsulfid (PPS), Polyvinylfasern, wie Polyviny .dikohol (PVA), Polyvinylacetat (PVAc), Äthylen-Vinylacetat-copolymer (EVA), Polyvinylchlorid (P''C), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Copolymere von Vinylchlorid und Vinylidenchlorid oder Polyvinylidenfluoria (PVDF oder PVF2), Polyäthylenglykol (PETG), styrolhaltige Copolymere, wie Polystyrol (PS), Polymonochlorstyrol oder Styrol-Acrylnitrilcopolymere (SAN), Polyacrylnitril (PAN), Polyarylensulfidketon, Polyoxymethyien (POM), Polycarbonat (PC), Polyäther (PEth), Polyätherketon (PEK), Polyätherketonketon (PEKK), Polyätherätherketon (PEEK), Polyacetale, Polyarylsäure, Polyurethane (PUR), Polyacrylsäure (PAA), Zelluloseester, Polybenzimidazol (PBI) und auch Copolymere und Mischungen dieser Substanzen verwendet werden. Vorzugsweise wird das thermoplastische Material aus Polyalkylenterephthalaten und Polyamiden gewählt. Am meisten bevorzugt wird das thermoplastische Material PETP oder Nylon 4,6. PETP hat einen Schmelzpunkt von 255 bis 26O⁰C. Bei Verwendung von PETP ist die Erhitzungstemperatur gemäß der Erfindung daher vorzugsweise 215 bis 24O⁰C. Fasern, die gemäß der Erfindung verwendet werden können, werden meistens während des Herstellungsverfahrens gezogen. Gezogene Fasern neigten bisher während nachfolgender Erhitzungsschritte zum Schrumpfen. Unverstreckte Fasern, beispielsweise Fasern, die vor dem Ziehen noch in einer extrudieren Phase sind, die sogenannten „unverstreckten Garne", können gemäß der Erfindung ebenfalls verwendet werden, weil auch diese unverstreckten Garne als Folge des Extrudierverfahrens einen bestimmten Orientierungsgrad aufweisen, so daß sie während des Erhitzens schrumpfen. Die Orientierung der thermoplastischen Moleküle in den Fasern kann unter Anwendung der üblichen Analysetechniken analysiert werden, wie Weitwinkel-Röntgenstrahlen (WAX-) und Kurzwinkel-Röntgenstrahlen (SAX-) Analyse. Oa unverstreckte Garne noch nicht gestreckt sind, weisen sie spezielle Eigenschaften auf. Die Fasern werden durch einen leichten Zug leicht gedehnt. Bei Verwendung unverstreckter Garne ist es daher vorteilhaft, die Fasern vor ihrer weiteren Behandlung mit Verstärkungsfasern zu kombinieren, wie oben beschrieben.

Im Rahmen dieser Erfindung bedeutet eine thermoplastische Faser einen kontinuierlichen Einzelfaden, ein kleines Bündel von kontinuierlichen Einzelfäden oder ein kleines Bündel von nahezu kontinuierlichen Fäden. Nahezu kontinuierliche Fäden sind

Fäden, die sich, wenn sie einmal zu einem kleinen Bündel zusammengebracht sind, so verhalten, als ob sie ein kleines Bündel

kontinuierlicher Fäden wären. Diese letztgenannte Tatsache ist bei der Antischrumpfbehandlung gemäß der Erfindung und beim

Behandeln der Faser zur Bildung eines Stoffes wichtig. Die thermoplastischen Einzelfäden haben vorzugsweise einen Durchmesser von höchstens ΙΟΟμηΊ, am meisten bevorzugt einen Durchmesser von etwa 20Mm. Fäden, die dicker als 100μηι sind, sind schwierig zu einem Stoff zu verarbeiten. Einige im Handel erhältliche Fasern sind mit einer Schutzschicht überzogen. Diese Schicht muß gegebenenfalls zuerst entfernt

werden, beispielsweise durch Erhitzen.

Es ist auch möglich, Mischungen von zwei oder mehreren thermoplastischen Fasern zu verwenden. Die Verstärkungsfasern können aus jedem Material gewählt werden, das in Faserform verfügbar ist, vorausgesetzt jedoch, daß

es einen Schmelzpunkt aufweist, der höher ist als jener des thermoplastischen Materials, und daß im Warmformungsverfahrendie Fasern nicht oder kaum schrumpfen. Der Unterschied im Schmelzpunkt sollte so sein, daß es möglich ist, diethermoplastischen matrixbildenden Fasern zu schmelzen, ohne die Verstärkungsfasern zu schmelzen.

Vorzugsweise werden die Fasern in einem kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Zustand verwendet. Die Verstärkungsfasern können aus Glas, Kohlenstoff, Aramid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Asbest, Keramik, Graphit, Metall

oder einem der obengenannten thermoplastischen Materialien bestehen, wenn die thermoplastischen Verstärkungsfasern einehöhere Schmelztemperatur aufweisen als die thermoplastischen matrixbildenden Fasern und bei der Schmelztemperatur dermatrixbildenden thermoplastischen Fasern kaum schrumpfen oder so weit schrumpfen wie die matrixbildendenthermoplastischen Fasern. Dies kann gemäß der Erfindung durch Erhitzen der höherschmelzenden thermoplastischen

Verstärkungsfasern eine Zeit lang auch auf die Schmelztemperatur der matrixbildenden thermoplastischen Fasern erzielt

werden. Die verwendeten Verstärkungsfasern können auch Polyvinylalkohol- oder Polyolefinfasern mit einer hohen

Zugfestigkeit und einem hohen Modul, hergestellt beispielsweise in einem Gelverfahren, wie in GB-A-2051667 oder GB-A-2042414, sein. Wiederum muß dann eine matrixbildende thermoplastische Faser mit einem Schmelzpunkt gewählt

werden, der genug weit vom Schmelzpunkt dieser Polyolefinfasern entfernt liegt, beispielsweise lineares Polyäthylen niedrigerDichte.

Die Fasern bestehen vorzugsweise aus Glas, Kohlenstoff oder Ai amid. Am meisten bevorzugt bestehen die Fasern aus Glas. Es ist auch möglich, Mischungen von zwei oder mehreren Arten Verstarkungsfasern zu verwenden. Thermoplastische Fasern und Verstärkungsfasern werden durch Weben zu einem Stoff verarbeitet. Andere Verfahren zum Herstellen von Stoffen sind möglich, doch ist die Erfindung besonders vorteilhaft, wenn thermoplastische Fasern und Verstarkungsfasern im Stoff parallel oder faktisch parallel sind. Stoff bedeutet ein zwei- oder gegebenenfalls dreidimensionales Produkt, das aus orientierten Fasern aufgebaut ist. Diese Fasern können im Stoff unidirektional (UD-Faden als Kettfaden mit

einem gelegentlichen Schußfaden), bidirektional mit verschiedenen Kett- und Schußfadenverhältnissen oder tridirektionalvorhanden sein. Der Stoff ist vorzugsweise bidirektional.

Behandelte thermoplastische Fas6rn und die Verstarkungsfasern werden vorzugsweise zuerst unter Bildung eines Hybridbündels zusammengebracht, das dann auf übliche Weise zur Bildung eines Stoffes behandelt wird. Die Erfindung bezieht

sich daher auch auf ein Hybridbündel, das aus thermoplastischen Fasern und Verstärkungsfasern besteht, wobei dasthermoplastische Material aus Polyalkylenterephthalat gewählt ist und einen bestimmten Orientierungsgrad aufweist und die

Verstärkungsfasern aus der Gruppe der Glas-, Kohlenstoff- und Aramidfasern gewählt sind, wobei die thermoplastische Faser

beim Erhitzen eine Schrumpfung von weniger als 1 % zeigt. Ein derartiges Bündel weist Vorteile auf, die mit den Vorteilen des

Stoffes gemäß der Erfindung vergleichbar sind. Die thermoplastischen Fasern und/oder Verstärkungsfasern können auch zu einem sogenannten Preg-tow verarbeitet werden. Dieses kann ein zusammengedrehtes Faserbündel sein oder ein Faserbündel, das mit Wicklungen einer anderen Faser versehen

ist, um das Bündel zusammenzuhalten. Der Nachteil des Zusammendrehens ist die Verziehung im Endprodukt mit einerdementsprechenden Verminderung der mechanischen oder Dimensionseigenschaften.

Verziehung ist die durch das Verdrehen des zusammengedrehten Bündels verursachte Verformung. Aus diesem Grund wird es

bevorzugt, eine zusätzliche Faser rund um ein Faserbündel zu wickeln. Dies kann beisoielsweise dadurch erfolgen, daß das

Faserbündel durch eine hohle, sich rasch drehende Spule mit einer thermoplastischen Faser (vorzugsweise auch

wärmebehandelt) geführt wird, so daß eine zusätzliche Faser rund um das Faserbündel gewickelt wird. Die zusätzliche Faser istvorzugsweise eine thermoplastische Faser. Die Zahl von Wicklungen pro Meter kann vorher festgelegt werden, indem die

Zufuhr- und Rotationsraten gewählt werden. Es wurde gefunden, daß es vorteilhaft ist, wenn 5 bis 40 Wicklungen pro Meter

vorhanden sind. Vorzugsweise sind 10 bis 20 Wicklungen pro Meter vorhanden.

Das Wickeln einer zusätzlichen Faser rund um das Hybridbündel ist vorteilhaft, weil es verhindert, daß ein Teil der Fasern des Hybridbündels vom Bündel absackt, welches Absacken durch unterschiedliche Beanspruchung oder Steilheit verursacht sein

kann. Absacken würde im Webverfahren zu Problemen führen.

Verstärkungsfasern können in einer Menge bis zu 80 Vol.-% zugesetzt werden. Vorzugsweise werden 25 bis 80 Vol.-% zugesetzt. Am meisten bevorzugt werden 40 bis 60 Vol.-% zugesetzt. Dem Stoff kann auch thermoplastisches Pulver zugesetzt werden oder es können eine oder mehrere Stoffschichten mit einer

oder mehreren Schichten Folienmaterial oder Film desgleichen oder eines anderen thermoplastischen Materials oder eineswärmehärtbaren Materials kombiniert werden.

Außerdem können Füllstoffe und die üblichen Additive entweder dem thermoplastischen Material, bevor es unter Bildung eines Stoffes gesponnen wird, oder dem Stoff oder dem Prepreg im Warmformungsverfahren zugesetzt werden. Die Additive können Pigmente, Fließverbesserungsmittel, Antiblockiermittel und dgl. sein. Die Stoffe sind besonders geeignet, um zu Laminaten aufgeschichtet zu werden, die als Prepregs unter Druck in einer erhitzten Form behandelt werden. Diese kann beispielsweise eine übliche Doppelform oder eine Einfachform mit einem Vakuumbeutel Der Vorteil von Prepreg-Stoffen aus thermoplastischen Fasern und Verstärkungsfasern gegenüber mit thermoplastischem Material imprägnierten Verstarkungsfasern ist, daß der Stoff gefaltet werden kann, wenn er kalt ist. Dies ist im Warmformungsvorfahren besonders vorteilhaft, wenn eine Form mit komplexer Geometrie gefüllt wird, weil sich ein Stoff, der

sich falten läßt, vollständig der Gestalt der Form anpassen wird.

Beim Behandeln des Stoffes als Prepreg können herkömmliche Verfahren angewandt werden. Meistens wird der Stoff auf eine Temperatur erhitzt, bei der die thermoplastischen Fasern schmelzen, aber noch nicht abgebaut werden, und Hei der die Verstärkungsfasern weder schmelzen noch abgebaut werden. Die thermoplastischen Fasern werden im allg' meinen aus jenen thermoplastischen Materialien gewählt, die einen Schmelzpunkt oberhalb 100⁰C, vorzugsweise oberhalb 13O⁰C, aufweisen, weil sonst die mechanischen Eigenschaften des aus einem solchen Stoff erhaltenen Produktes nicht hoch genug sind. Um die Benetzung der Fasern zu fördern, wird gewöhnlich Druck ausgeübt. Dabei kann es sich um jeden Druck handeln, vorzugsweise aber um einen Druck von S bis 70bar.

Bei hohen Drücken (über lOObar) neigen Verstärkungsfasern weniger dazu, als Folge des Schrumpfens der thermoplastischen Fasern Schleifen zu bilden. In diesem Fall ist die Erfindung weniger vorteilhaft. Das Verfahren bei hohen Drücken ist jedoch schwieriger und teurer. Die Erfindung ist daher besonders geeignet zur Verwendung bei Behandlungstemperaturen mit mittleren bis niedrigen Drücken. In Vakuumbeutel-Formungstechniken ist es möglich, eine geeignete Imprägnierung bei Differentialdrücken von 1 bis 2 bar zu erzielen.

Es ist möglich, die Form, in der das Prepreg behandelt werden soll, zu evakuieren, um zu verhindern, daß Luftblasen im Produkt eingeschlossen werden, und um die Benetzung der Fasern zu verbessern.

Die Qualität der Imprägnierung hängt u. a. von der Viskosität des verwendeten thermoplastischen Materials ab. Im Hinblick auf die Viskosität von PETP wird mit PETP ein Druck von 5 bis 50bar bevorzugt.

Stoffe aus thermoplastischen Fasern und Verstärkungsfasern g" -näß der Erfindung können in allen Bereichen verwendet werden, wo hochqualitative faserverstärkte Kunststoffe vorteilhaft sind, und insbesondere in jenen Bereichen, wo es vorteilhaft ist, flache Stofflagen elastischer Kaltformung zu unterwerfen, um der Form für das Warmformungsverfahren angepaßt zu werden. Beispiele sind die Automobilindustrie, Sportartikel, Haushaltsgegenstände (Mikrowellenboxen), Gehäuse für elektronische Vorrichtungen, Satellitenschalen, Flugzeugindustrie, Schiffbau, Hausbau, Wohnwagen, Möbel, Behälter, Helme.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele erläutert, ohne hierauf beschränkt zu sein.

Beispiele I bis einschließlich Vl Wärmebehandlung

PETP-Faserbündel von 17tex (= 17g/km) wurden auf ein (wärmefestes) Metallrohr im Zickzackmuster gewickelt. Das Rohr mit den Faserbündeln wurde 5h bei einer Temperatur von 230 ⁰C in einem Heizschrank wärmebehandelt.

Nach dieser Behandlung war die Restschrumpfung des PETP-Faserbündels, als es auf seinen Schmelzpunkt erhitzt wurde (ohne Zugbelastung) niedriger als 1 %, während die Schrumpfung des nicht wärmebehandelten PETP14% betrug. Ein Material mit einer Schrumpfung von 1 % ist technologisch nichtschrumpfend, was bedeutet, daß eine derartige Schrumpfung zu niedrig ist, daß die Verstärkungsfasern im Warmformungsverfahren zur Herstellung von faserverstärktem Material Schleifen bilden. Daher weist dieses faserverstärkte Material gute mechanische Eigenschaften auf, wie im nachstehenden beschrieben.

Zusammensetzung der Faserbündel

Nach der Wärmebehandlung wurden die PETP-Fasern mit Glasfaserbündeln von 17tex zu einem Preg-tow vereinigt. Das Texzahlverhältnis der Gesamtzahl von PETP-Bündeln und der Gesamtzahl von Glasbündeln war etwa 1,5tex Glas zu 1 tex PETP.

Das bedeutet, daß das Volumenverhältnis Glas/Matrix etwa 50:50 betrug. Das zusammengestellte Hybridbündel war etwa

Eines der PETP-Bündel wurde um das Hybridbündel mit ca. 10 Wicklungen pro Meter gewickelt, um das Bündel zusammenzuhalten. Dies erfolgte auf die oben beschriebene Weise. Dieser Wickelvorgang erleichterte das Webverfahren.

Herstellung des Stoffes

Unter Verwendung dieser Hybridbündel wurde ein Stoff hergestellt, wobei 90% der Bündel als Kette und 10% als Schuß dienten, das ist bei einem Winkel von 90" zu den Kettfäden (sogenannter 90/10 Stoff). Außerdem wurde ein Stoff ebenfalls mit 50% Kettfaden und 50% Schußfaden hergestellt (ein sogenannter 50/50 Stoff). In jedem Fall betrug die Breite 12cm. Die Stoffqualität war gut, es gab keine Knoten darin, die Oberfläche war regelmäßig.

Behandlung des Stoffes als Prepreg

Die Stoffe, hergestellt wie oben erwähnt, wurden auf drei Arten verarbeitet: Formungs-, Vakuumbeutel- und GMT-Verfahren:

1. Beispiele I und II: Formungsverfahren

Ein Stapel von 10 Prepregs (Beispiel I: 90/90; Beispiel II: 50/50) wurde in eine Form eingebracht. Während 5min übte die Form einen Druck von 10bar bei 275⁰C aus. Die Form wurde dann auf 15O⁰C abgekühlt und geöffnet, worauf der hergestellte Gegenstand entnommen werden konnte. Das Produkt war 1,6mm dick.

2. Beispiele III und IV: Vakuumbeutelverfahren

Wie in Versuch 1 unter Anwendung einer Vakuumbeuteltechnik im Autoklaven anstelle der Verwendung einer Kompressionsform. In dieser Vakuumbeuteltechnik betrug der Druck über dem Beutel 7 bar. (Beispiel III: 90/10; Beispiel IV: 50/50).

3. Beispiele V und Vl: GMT-Verfahren

Ein Stapel von 10 Stoffen wurde außerhalb der Form auf etwa 27O⁰C erhitzt, ohne daß Druck ausgeübt wurde, und in die Form eingebracht, die auf eine Temperatur von 150^cC vorerhitzt worden war. (Beispiel V: 90/10; Beispiel Vl: 50/50). Die Form wurde verschlossen und übte einen Druck von 50 bar aus. Nach 2 min wurde die Form wieder geöffnet und das Produkt entfernt. Dieses dritte Verfahren wird als das GMT (Glasmattenthermoplast-) Verfahren bezeichnet.

Durch Anwendung des GMT-Verfahrens sind kurze Zykluszeiten möglich. Das ist der Grund, warum das GMT-Verfahren wahrscheinlich das Verfahren ist, das für die Behandlung von Prepregs gemäß der Erfindung in großem Maßstab am besten geeignet ist.

Die Ergebnisse der Produkte aller drei Verfahren sahen gut aus.

Von den Produkten wurden Proben unter Verwendung einer wassergekühlten Diamantsäge abgetrennt, an welchen Proben Messungen durchgeführt wurden.

Vierpunkt-Biegeprüfungen wurden gemäß ASTM 790M (L/D = 32) und ILSS-Tests gemäß Fokker Standard Part IX durchgeführt.

Für die ILSS-Tests wurden Proben von 20 Stoffen mit einer Dicke von 3,2 mm genommen. Vor dem Testen wurden die Proben 1 h bei 80°C getrocknet, um das Kühlwasser zu entfernen, und anschließend wurden sie 30 min in einem Heizschrank bei 150°C gehalten (ausgenommen die Proben des GMT-Verfahrens). Die Behandlung im Heizschrank bei 150°C erhöht die Kristallinität von PETP und damit die mechanischen Eigenschaften. Die Ergebnisse der Prüfungen sind in Tabelle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiele A und B

PETP-Bündel von 17tex, die nicht wärmebehandelt worden waren, wurden mit Glasfaserbündeln von 17tex unter Anwendung eines Verhältnisses von 1,5:1 unter Bildung eines Hybridbündels von etwa 300 tex vereinigt.

Unter Verwendung dieses Bündels wurden ein 90/10 Stoff (A) und ein 50/50 Stoff (B) gewebt.

Diese Stoffe wurden 1 h bei 15O⁰C getrocknet.

Die Stoffe wurden nach dem oben beschriebenen Formungsverfahren zu Prot ukten verarbeitet, an welchen gemäß den ebenfalls oben beschriebenen Standards Messungen durchgeführt wurden.

Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1	Stoff	E(GPa)	S(GPa)	ILSS(MPa)
Testergebnisse	90/10	35	0,70	45
Nr. Prepreg-Behandl.	90/10	26	0,24
I	50/50	23	0,49	33
A	50/50	20	0,26
Il	90/10	29	1,09	48
B	50/50	20	0,57	36
III	90/10	nicht gemessen
IV	50/50	22	0,40	31
V
Vl

Hier ist E der Elastizitätsmodul und S die Bruchfestigkeit, gemessen in der Vierpunkt-Biegeprüfung. ILSS ist ein Maß für die Adhäsion der Matrix an der Faser.

In einer Vierpunkt-Biegeprüfanordnung gemäß ASTM 790M wurde hinsichtlich des 90/10 Materials von Beispiel I während 1 h bei 120°C und einer Spannung von 0,1 GP kein Kriechen festgestellt. Der Kerbzähigkeitstest gemäß ISO 180-1982 E zeigte einen Wert von höher als 125kJ/m². Die HDT gemäß ASTM D648-82 betrug 256°C. Beim Vergleich der Beispiele I und Il mit den Vergleichsbeispielen A und B ist festzustellen, daß die Wärmebehandlung der thermoplastischen Fasern vor dem Weben zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften führte.

Die Erfindung ist nicht auf Fasern oder Faserbündel mit einer speziellen tex-Zahl beschränkt.

Die Wahl der Dicke des Bündels hängt hauptsächlich von den Kapazitäten des Webstuhls ab. Durch Wählen eines dickeren Bündels kann das Verfahren ökonomischer sein.

Claims

1. Stoff aus thermoplastischen Fasern und kontinuierlichen Verstärkungsfasern, der zur Behandlung als thermoplastisches Verbundprepreg geeignet ist, wobei die thermoplastischen Fasern einen Schmelzpunkt aufweisen, der niedriger ist als jener der Verstärkungsfasern, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Fasern vor der Behandlung zur Bildung des Stoffes erhitzt und eine Zeit lang bei einer Temperatur gehalten sind, die 50 bis 15°C niedriger ist als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Materia's.

2. Stoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Fasern vorgeschrumpft und gleichzeitig gezogen sind.

3. Stoff nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Fasern und die Verstärkungsfasern unter Bildung von Hybridbündeln vereinigt sind, welche Bündel unter Bildung eines Stoffes behandelt ist.

4. Stoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß um das Hybridbündel eine zusätzliche thermoplastische Faser oder Verstärkungsfaser gewickelt ist.

5. Stoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff aus 25 bis 80 Vol.-% Verstärkungsfaser und 75 bis 20Vol.-% thermoplastischer Faser besteht.

6. Stoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff aus 40 bis 60 Vol.-% Verstärkungsfaser und 60 bis 40Vol.-% thermoplastischer Faser besteht.

7. Stoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaser ausgewählt ist aus der Gruppe,bestehend aus Glas, Kohlenstoff und Aramid.

8. Produkt, erhalten durch Verwendung eines Stoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Stoff bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der thermoplastischen Faser und unterhalb des Abbaupunktes des thermoplastischen Materials und unterhalb des Schmelz- oder Abbaupunktes der Verstärkungsfaser geformt ist.

9. Produkt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff bei einem Druck von 5 bis 70 bar geformt ist.

10. Produkt nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es getrocknet und 30 bis 60 min einer Temperatur von 120 bis 160⁰C ausgesetzt ist.

11. Hybridfaserbünde^bestehend aus thermoplastischen Fasern und Verstärkungsfasern, wobei das thermoplastische Material ausgewählt ist aus der Gruppe der Polyamide und Polyalkylenterephthalate mit einem bestimmten Orientierungsgrad und die Verstärkungsfaser ausgewählt ist aus der Grupro der Glas-, Kohlenstoff- und Aramidfasem, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischp raser, wenn sie auf ihren Schmelzpunkt erhitzt wird, eine Schrumpfung von weniger als 2% aufweist.

12. Verfahren zum Herstellen eines Stoffes durch Weben von thermoplastischen Fasern und kontinuierlichen Verstärkungsfasern, welcher Stoff zur Behandlung als Verbundprepreg geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Fasern vor dem Woben 1 bis 5 Stunden auf eine Temperatur erhitzt werden, die 50 bis 15°C niedriger ist als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials, während welchen Zeitraumes die Fasern in gezogenem Zustand gehalten werden.

13. Stoff, Produkt oder Hybridfaserbündel, wie in der Offenbarung und/oder in den Beispielen zum Teil oder zur Gänze beschrieben.