Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mit Hilfe von Fa¬ sern Spinfaden, Garnen oder Zwirnen gebildeten, mehrschichtigen Mat- te eine verfahrensgemaß hergestellte mehrschichtige Matte bzw hieraus hergestelltes Formteil sowie eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Ver fahrens

Em aus Glasfasern gebildetes Gelege wird in der DE 203 1 0 085 U l be¬ schrieben Dieses Gelege besteht aus lose abgelegten Fasern, die nicht miteinander vernäht wurden

Em mehrschichtige Matte der eingangs genannten Art soll eine hohe Dehnbarkeit sowie eine hohe dreidimensionale Verformbarkeit aufweisen, wenn diese für die Verstärkung von hartbaren Kunststoffen eingesetzt werden sollen Diese Matten werden beispielsweise gemäß der Druck- schπft EP 0 395 548 Bl zwischen zwei Formhalften eingebettet Nach dem Schließen der Formhalften werden durch Injektion (Druck) oder durch Infusion (Vakuum) hartbare Harze wie z B ungesättigte Polyester- harze, Phenol-Harze, Epoxyd-Harze in die offenen Hohlräume der Formen gebracht Es resultiert ein sogenanntes Volllammat

Besteht die Mittellage einer mehrschic htigen Matte aus einem besonders leichten Material wie Schaumstoff, so liegt ein sogenanntes Sandwich - Laminat vor

Grundsätzlich lassen sich für das Verpressen in solchen geschlossenen Systemen mehrere einzeln eingelegte Faserlagen verwenden Vorteilhaft werden jedoch mehrschichtige Matten verarbeitet, wie diese aus den Druckschriften DE 100 51 598 Al sowie DE 102 1 1 1 75 Cl bekannt sind Der Arbeitsabiauf kann so vereinfacht und verbilligt werden

Aus dem genannten Stand der Technik bekannte mehrschichtige Matten weisen zwei außen liegende Decklagen aus geschnittenen Glasfasern auf. Im Kernbereich gibt es eine Mittellage Die einzelnen Lagen dieser Matten werden durch einen Nahwirkprozess zu einer mehrsc hic htigen Matte miteinander verbunden

Für die Funktion dieser mehrschic htigen Matte ist es wichtig, dass die Mit¬ tellage, auch Mittelschicht oder Kernl age genannt, sic h elastisc h verhalt und Ruckstellspannung bereitzustellen vermag Dann kann erreic ht wer den, dass diese federnde Mittellage die außen liegenden Decklagen zu¬ verlässig an die Formen andruckt Dadu rch wird erreicht, dass es zwi¬ schen der Form und den Decklagen nicht zu Uberspulungen von nicht verstärktem Harz kommt, was die F unktionsfa higkeit des hergestellten Formteils beeinträchtigen wurde Die mehrschichtige Matte soll zugleic h dehnbar sein, damit bei komplizierter Formgebung es nicht zu Material rissen kommt

Handelsüblich erhältliche mehrschichtige Matten umfassen eine Mittel¬ bzw Kernlage aus vernadelten oder verf ilzten Kunststoff -Monofilamenten (z B Polypropylen, Polyester, Polyamid etc ) oder aus vernadelten oder schlingenartig gewirkten Glasfasern Die Mittellage wird mit geschnitte¬ nen der Verstärkung dienenden Fasern von beiden Seiten belegt und durch einen Nahwirkprozess möglichst locker miteinander verbunden So soll die Dehn- und Verformbarkeit der mehrschichtigen Matte und die Ruckstellspannung des Kernmateπals gewährleistet werden Gleichzeitig entstehen durch die vorhandene Ruckstellspannung des Kernmateπals, also der Mittellage offene Drainagestrukturen, die nach dem Schließen der Form die Entlüftung und Füllung mit f lussigem Harz möglichst wenig beeinträchtigen

Diese auf dorn Markt befindlichen sowie aus den Druckschriften DE 1 00 51 598 A l sowie DE 1 02 1 1 1 75 C l bekannten mehrschichtigen Matten, die zum Beispiel unter der Bezeichnung ROVICORE oder MULTIMAT ange¬ boten werden, weisen jedoch den Nac hteil auf , dass bei Verwendung von Kunststoff -Filamenten für die Kernlage die Laminathomogenitat des fertigen Formteils gestört wird, weil diese Kunststoff -Filamente zwischen den eigentlichen Verstarkungsf asem a ls F remdkörper eine separate Trennlage bilden Es resultieren Probleme in Bezug auf die Festig keit beim daraus hergestellten Formkorper Bei Verwendung von schlingenformig gebildeten Glasfasern besteht das Problem, dass die in den Formen zusammengepresste mehrschichtige Matte, auch Komplexmaterial genannt, durch die hohe Materialverdich¬ tung zu wesentlich höheren spezifischen Gewichten rührt, als dies für die meisten Formteile gewünscht wird

Die aus dem Stand der Technik bekannten Ausfuhrungsformen weisen ferner den Nachteil auf, dass bei geringer Verpressung in der Form es zu sehr hohen und unerwünschten Harzanreicherungen im Kernbereich kommt und bei zu hoher Verpressung die Entlüftung und Durchflussge- schwindigkeit nachteilhaft stark reduziert wird.

Aus der Druckschrift WO 02/076701 Al ist eine mehrschichtige Matte be¬ kannt, bei der sich die aus Fasern gebildeten volumisierten Spinfaden, Garne oder Zwirne einer Mittellage durch das Material oder den Grad der Volumisierung unterscheiden. Es sollen so gute Trankungs- und Entluf- tungseigenschaften mit geringer Harzaufnahme erzielt werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer mehrschichtigen Matte sowie hieraus hergestellien Formteilen mit verbesserten Eigenschaften.

Zur Losung der Aufgabe wird eine mehrschichtige Matte geschaffen, bei der die Mittellage volumisierte Spinfaden, Garne oder Zwirne umfasst. Volumisierte Spinfaden, Garne oder Zwirne werden in der DE 3540537 AI beschrieben. Zwischen Fasern von Spinfaden, Garnen oder Zwirnen sind Hohlkorperfullstoffe aus Kunststoff eingelagert. Insbesondere handelt es sich bei den Hohlkorperfullstoffen um Mikrohohlkugeln, die durch Zufuhr von Warme zuvor aufgebiaht wurden. Die ungeblahte Vorstufe eines Hohlkorperfullstoffs wird zu diesem Zweck in die Zwischenräume zwischen den Fasern eingebracht und das so erhaltene Material für die erforderli¬ che Dauer einer für den Blahprozess der Vorstufe erforderlichen Tempera- tur ausgesetzt. Der Durchmesser der Hohlkorperfullstoffe betragt typischerweise 20 bis 300 μm Die Lange der eingesetzten Fasern, Spinfaden, Garne oder Zwir¬ ne liegt vorteilhaft bei 5- 1 50 mm

Beim Stand der Technik wird die Volumisierung vorgesehen, um die Auf- nahmefahigkeit für flussige hartbare Harze auf einen gewünschten Wert einstellen zu können Im Unterschied hierzu wird mit der vorliegenden Er¬ findung das Ziel verfolgt und erreicht, die mechanischen Eigenschaften einer mehrschichtigen Matte zu verbessern und zwar insbesondere für gute elastische Eigenschaften sowie Ruckstellspannungen zu sorgen

Insbesondere werden aus Glasfasern bestehende Spinfaden, Garne oder Zwirne volumisiert Es werden so aus Glasfasern gebildete Spinnfaden, Garne oder Zwirne um ein mehrfaches ihres ursprünglichen Volumens expandiert Diese werden nun zu einer mehrschichtigen Matte mit außen liegenden Decklagen verarbeitet Die außen liegenden Decklagen kon- nen aus Fasern und zwar insbesondere Glasfasern bestehen, die bei¬ spielsweise durch einen Nahwirkprozess mit der Mittellage verbunden werden Bevorzugt werden die Decklagen jedoch ebenfalls aus Spinfa¬ den, Garnen oder Zwirnen gebildet, da dann die Herstellung einfacher ist

Die Herstellung erfolgt einfach und kostengünstig, indem mit mehreren hintereinander angeordneten Schneidwerken die einzelnen Materiallagen auf einem Laufband schichtformig abgelegt und dem Nahwirkprozess zugeführt werden

Em Nachteil der auf dem Markt befindlichen mehrschichtigen Matten, auch Komplexmatten genannt, besteht namllch darin, dass die vernadel¬ ten oder gewirkten Mittellagen, auch Kernlagen genannt in einem sepa¬ raten maschinellen Arbeitsprozess hergestellt werden müssen Die ertin- dungsgemaße mehrschichtige Matte kann in einem Arbeitsgang auf ei¬ ner Maschine hergestellt werden Eine kostengünstigere Herstellung im Vergleich zum Stand der Technik ist daher möglich

Es wurde überraschend festgestellt, dass selbst zweidimensional ange¬ ordnete, mit elastischen Mikronohlkorpem oder -kugeln expandierte Fa- serstrαnge eine hohe Elastizität und Rückstellspannung haben und auf Druck einen hohen hydraulischen Gegendruck erzeugen, der durch die Deformierung der Mikrohohlkorper erreicht wird Dieser Gegendruck reicht aus, um außen liegende, der Verstärkung dienenden Fasern an die Form- wände anzupressen . Im Unterschied hierzu kommt es bei den auf dem Markt befindlichen und oben beschriebenen Kernlagen nur dann zu me¬ chanischen Ruckfederungseffekten, wenn ein Teil der vernadelten oder schlingenformig gestrickten oder gewirkten Fasern bzw Spinfaden, Garne oder Zwirne vertikal in Richtung der Druckausübung angeordnet werden (Dreidimensionahtat). Bei den volumisierten Spinfaden, Garnen oder Zwir¬ ne reicht dagegen überraschend die zweidimensionale Anordnung aus, um vorteilhaft eine hohe Ruckstellspannung bereitstellen zu können.

Eine als Mittellage eingesetzte Matte kann zwar auch nachträglich vo- lumisiert werden. Derartige Matten gibt es schon seit längerer Zeit unter der Bezeichnung „SPHEREMAT" auf dem Markt. Diese Matten haben durch die chemische oder mechanische Fixierung in den Kreuzungspunkten nicht die gewünschte Flexibilität und Dehnbarkeit von lose aufeinander liegenden und erst nach der Volumisierung vernahten Spinfäden, Garnen oder Zwirne. Zu bevorzugen ist daher der Einsatz von solchen Mittellagen, die aus bereits volumisierten Spinfaden, Garnen oder Zwirne bereitge¬ stellt wurden.

Bei der dreidimensionalen Anordnung der Spinfaden, Garne oder Zwirne der Kern- oder Mittelschicht der auf dem Markt befindlichen mehrschich¬ tigen Matten („ROVICORE", „MULTIMAT" etc. ) werden in vertikaler Richtung Druckspannungen erzeugt, die zu einer unansehnlichen Oberflache des fertigen Formteils fuhren (Printeffekt). Werden die volumisierten Spinfa¬ den, Garne oder Zwirne einer Kern- oder Mittelschicht zweidimensional angeordnet, werden diese Beeinträchtigungen der Oberflache eines hergestellten Formteils vermieden.

Die eingebetteten Mikrohohlkugeln reduzieren außerdem den Harz¬ verbrauch um bis zu 50% im Vergleich zu den genannten, auf dem Markt erhältlichen mehrschichtigen Matten. Dies bedeutet eine Reduzierung des spezifischen Gewichtes von teilweise mehr als 50% im Gegensatz zu den auf dem Markt befindlichen Komplex-Matten.

Durch die hydraulische Rückstellspannung der Mikrohohlkugeln und trotz der nur zweidimensional angeordneten Wirrlage der volumisierten Spin¬ faden, Garne oder Zwirne entsteht eine grobe und offene Materialstruk- tur. Dies führt zu vorteilhaften Entlüftuπgs- und Harzdrainageeigenschaf- ten.

Ein weiterer Vorteil bei Verwendung von sehr leichten und harzarmen vo¬ lumisierten aus Glasfasern bestehenden Spinfäden, Garnen oder Zwirnen im Kernbereich einer mehrschichtigen Matte besteht dann, dass das Re- sultat die Charakteristik eines Volllaminats, aber die gewichtsreduzieren¬ den Eigenschaften eines Sandwich - Laminats hat. Im Unterschied zu den bereits auf dem Markt befindlichen Sandwich - Laminaten muss kein zu¬ satzlicher Kernwerkstoff aus Leichtholz oder Schaumstoff und dergl sepa¬ rat eingearbeitet werden, wenn aus konstruktiven Gründen eine leichte, biegesteife Konstruktion gewünscht wird.

Vorteilhaft bestehen sowohl die Kernlage bzw. Mittelschicht als auch die Decklagen bzw. Deckschichten aus Glasfasern. Es lasst sich so eine bis¬ her unerreichte Homogenität des Produktes erzielen. Die physikalisch- -'~ mechanischen Eigenschaften der Mittelschicht entspricht dann den phy- sikalisch-technischen Eigenschaften der Deckschichten.

Figur 1 zeigt einen Ausschnitt der Mittellage in einer Aufsicht und Figur 2 einen Ausschnitt der Mittellage aus einer Perspektive . Zwischen einzelnen Glasfasern 1 sind kugelförmige Hohlkörper 2 eingebettet. Die Zwischen- räume 3 können mit Trönkharzen aufgefüllt werden. Figur 3 zeigt sche¬ matisch den Aufbau einer mehrschichtigen Matte. Zwei Decklagen 5 und 6, die aus nicht volumisierten Glasfasern bestehen, schließen eine Mittel¬ lage 4 ein, die aus volumisierten aus Glasfasern bestehenden Spinfaden gebildet ist. Die Fasern in den Decklagen 5 und ό sowie in der Mittellage 4 verlaufen parallel oder zumindest nahezu parallel zur Oberfläche 7 und sind in diesem Sinn zweidimensional angeordnet.

Die hergestellte, in Figur 3 schematisch gezeigte Komplex-Matte besteht aus geschnittenen Fasern mit einer Schnittlänge von 5 - 200 mm. Die verschiedenen Schichten sind durch einen Nähwirkprozess miteinander verbunden worden. Die äußeren Lagen 5 und 6 bestehen aus geschnit¬ tenen Glasfasern und die mittlere Lage 4 aus volumisierten, geschnitte- nen Spinfäden, die aus Glasfasern gebildet worden sind. Die Kernlage 4 kann durch eine Mischung aus volumisierten Spinfäden, Garnen oder Zwirnen und nicht volumisierten Glasfasern bestehen , Für die volumisierte Lage 4 haben sich Fasern auf Basis von Carbon,- Aramid,- Kunststoff- Fasern als besonders geeignet herausgestellt. Die Außenlagen 5 und 6 bestehen dann bevorzugt aus Aramid- oder Carbon-Fasern. Die Spinfä¬ den der Mittellage sind nach dem Volumisieren geschnitten und an¬ schließend durch einen Nähwirkprozess mit den Decklagen verbunden worden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird schematisch in der Figur 4 gezeigt. Oberhalb eines Laufbandes 8 sind drei Schneidwerke 9, 10 und 1 1 hintereinander angeordnet. Den äußeren Schneidwerken wer¬ den sogenannte Endlos - Spinfäden zugeführt, die nicht volumisiert sind, Dem mittleren Schneidwerk 10 werden volumisierte Endlos-Spinfäden zu¬ geführt.

Ein Endlosfaden ist ein solcher, der sehr lang ist und der üblicherweise für die Verarbeitung von einer Spule abgewickelt wird. Ein solcher Endlos- Faden kann mehrere zehn Meter bis mehrere hundert Meter lang sein.

Die Schneidwerke schneiden von den Endlosspinfäden Spinfäden mit ge¬ wünschter Länge ab. Die abgeschnittenen Fäden gelangen auf das dar- unter liegende Laufband 8. Das Laufband 8 transportiert die schichtweise übereinander abgelegten, geschnittenen Spinfäden zu einer Einrichtung 1 2, die die Spinfäden miteinander vernäht. Als Ergebnis liegt dann die in Figur 3 gezeigte Matte vor.