[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hybridgarn mit verbesserter
Verarbeitbarkeit.
[0002] Hybridgarn ist ein Mischgarn, in dem endlose Thermoplastfasern und Verstärkungsfasern
homogen miteinander vermischt sind. Solches Garn läßt sich - in Form textilen Flächengebilden,
z.B. von Gelegen oder Geweben - leicht verformen und zu dreidimensionalen Gebilden
drapieren. Durch Verpressen dieser Gebilde bei Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes
des Thermoplasten entstehen hochwertige Faserverbundwerkstoffe.
[0003] In der EP-B 156 599 ist ein verfahren zur Herstellung eines Hybridgarns beschrieben,
bei dem ein Thermoplast-Faserkabel und ein Kohlenstoff-Faserkabel jeweils für sich
gespreizt und anschließend wieder zusammengeführt und innig vermischt werden.
[0004] Die beiden Faserkabel sollen dabei zu praktisch identischer Breite gespreizt werden.
Das so hergestellte Hybridgarn kann mit einer Schlichte versehen und u.a. zu einem
Gewebe weiterverarbeitet werden. Es hat sich nun gezeigt, daß Garne, die nach EP-B
156 599 hergestellt worden sind, die Schlichte nicht optimal aufnehmen, so daß beim
Neben die Fasern aufspleißen und Faserbrüche auftreten können, was zur Folge hat,
daß die aus den Geweben hergestellten Laminate nicht gleichmäßig gute mechanische
Eigenschaften aufweisen.
[0005] Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, das nach EP-B 156 599 hergestellte Hybridgarn
so zu verbessern, daß es optimal Schlichte aufnehmen kann und problemlos verwebt werden
kann, so daß daraus hergestellte Laminate stets gleichmäßig gute mechanische Eigenschaften,
insbesondere eine gute Zugfestigkeit, aufweisen.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spreizung so durchgeführt
wird, daß das Verstärkungsfaserband um 20 bis 100 % breiter ist als das Thermoplastfaserband.
[0007] Wenn in der vorliegenden Patentanmeldung die Rede von "Fasern" ist, so sind dabei
Bündel von endlosen, parallelen Einzelfilamenten gemeint.
[0008] Für die Thermoplastfasern kommen grundsätzlich alle thermoplastischen Kunststoffe
in Frage, die zu Fasern versponnen werden können. Bevorzugt sind teilkristalline Thermoplasten
mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 50°C, vorzugsweise oberhalb von 100°C. Besonders
geeignet sind Polyetherketone, Polyimide, Polyphenylensulfid, Polyamide, Polybutylenterephthalat,
Polyethylenterephthalat und flüssig-kristalline Polyester. Die Fasern weisen im allgemeinen
einen Titer von 500 bis 20000 dtex, vorzugsweise 500 bis 5000 dtex, auf; sie bestehen
aus 100 bis 10.000 Einzelfilamenten mit einem Durchmesser zwischen 10. und 60. µm,
vorzugsweise von 20 bis 40 µm.
[0009] Als Verstärkungsmaterialien kommen Fasern aus Kohlenstoff, Glas, Metall, Bor, Bornitrid,
Siliciumcarbid sowie aromatischem Polyamid in Frage. Bevorzugt sind Glas- und insbesondere
Kohlenstoffasern. Sie weisen im allgemeinen einen Titer zwischen 1.000 und 10.000
d tex auf; sie bestehen aus 1000 bis 45.000, vorzugsweise 3000 bis 12.000 Einzelfilamenten
mit einem Durchmesser zwischen 3 und 150 µm.
[0010] Der Anteil der Thermoplastfasern im Hybridgarn kann durch geeignete Wahl des Titers
der Thermoplastfasern und Verstärkungsfasern eingestellt werden. Außerdem können die
Thermoplastfasern auch von mehreren Spulen abgezogen und zusammengeführt werden. Im
fertigen Hybridgarn soll der Thermoplastgehalt vorzugsweise zwischen 30 und 75 Vol.-%,
insbesondere zwischen 35 und 65 Vol.-% liegen.
[0011] Die Abbildung zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Kohlenstoffasern
(1a) und Thermoplastfasern (1b) werden von Spulen (2a) bzw. (2b) abgezogen. Anschließend
durchlaufen die Fasern die Spreizvorrichtungen (3a) bzw. (3b). Die Spreizung kann
grundsätzlich über Spreizkämme erfolgen, bevorzugt sind Vorrichtungen, in denen die
Fasern einem Flüssigkeitsstrahl oder einem Gasstrahl ausgesetzt sind. Eine besonders
bevorzugte Luftstrahl-Vorrichtung ist in EP-B 156 599 ausführlich beschrieben. Der
Gasdruck soll dabei so hoch sein, daß die Kapillarkräfte, welche die Einzelfilamente
zusammenhalten, überwunden werden, er darf aber nicht so hoch sein, daß die Fasern
brechen. Bei Kohlenstoffasern sind Luftdrücke von 0,05 bis 1 bar ausreichend, bei
Thermoplastfasern können Drücke zwischen 0,05 und 2 bar angewandt werden.
[0012] Die Breite der beim Spreizen entstehenden Bänder kann außer durch den Druck der auftreffenden
Flüssigkeit oder Luft auch noch durch die Faserspannung beeinflußt werden, die im
allgemeinen zwischen 20 und 200, vorzugsweise zwischen 30 und 120 g liegt. Die Breite
der Bänder kann zwischen 2 und 10 cm, vorzugsweise zwischen 3 und 8 cm schwanken.
Erfindungsgemäß muß das Verstärkungsfaserband um 20 bis 100 %, vorzugsweise um 40
bis 80 % breiter sein als das Thermoplastfaserband.
[0013] Nach dem Spreizen werden die Bänder über Rollen oder Stäbe (4) zusammengeführt, wobei
vorzugsweise Rollen bzw. Stäbe so angeordnet sind, daß das Mischband zweimal umgelenkt
wird. Dadurch wird erreicht, daß die beiden Faserarten homogen gemischt werden, so
daß im Idealfall Thermoplastfilamente und Verstärkungsmaterial-Filamente im Hybridgarn
statistisch verteilt sind. Zusätzlich zu den Rollen bzw. Stäben kann das Mischband
noch einer weiteren Gasstrahlvorrichtung zugeführt werden, in der es verwirbelt wird.
Dadurch kann in manchen Fällen die Vermischung noch verbessert werden.
[0014] Das Mischband kann anschließend durch ein Flüssigkeitsbad (5) geführt werden, welches
eine Schlichtelösung enthält. Geeignet sind übliche Textilschlichten, z.B. solche
auf Basis von Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon oder Polyacrylaten. Die Schlichte
ermöglicht das Weiterverarbeiten zu textilen Flächengebilden, z.B. das Verweben des
Garns. Nach dem Schlichtebad durchläuft das Mischband eine Trocknungsvorrichtung (6),
in der das Lösungsmittel der Schlichtelösung wieder entfernt wird. Dann wird in einer
Vorrichtung (7) das Band zu einem kompakten Querschnitt zusammengefaßt. Die Vorrichtung
(7) kann z.B. eine Rolle sein, die einen V- oder U-förmigen Innenquerschnitt hat.
Schließlich wird das Hybridgarn auf einer Spule (8) aufgewickelt.
[0015] Das erfindungsgemäß hergestellte Hybridgarn kann problemlos, ohne daß es zu Faserbrüchen
kommt, auf üblichen Webstühlen zu Geweben oder Gewirken weiterverarbeitet werden.
Aus diesen können dann durch Verpressen bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes
des Thermoplasten Faserverbundwerkstoffe hergestellt werden.
1. Verfahren zur Herstellung von Hybridgarn, wobei Fasern aus einem thermoplastischen
Kunststoff und Fasern aus einem Verstärkungsmaterial jeweils für sich zu einem Band
aus parallelen Einzelfilamenten aufgespreizt werden, die beiden Bänder über Stäbe
oder Rollen zusammengeführt, homogen vermischt, mit einer Schlichte versehen und wieder
zu einem kompakten Querschnitt zusammengefaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
die Spreizung so durchgeführt wird, daß das Verstärkungsfaserband um 20 bis 100 %
breiter ist als das Thermoplastfaserband.
