Stäheli, Theo (Robinienweg 12 Reinach, CH-4153, CH)
| 1. | Verfahren zum Beschichten von Fasern in Form von Fasersträngen (Rovings, Matten und/oder Matten) im Wirbel schichtverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass man (i) die einzelnen Komponenten der Beschichtung ohne vorgängige Compoundierung direkt aus der Wirbelschicht auf die Faser in der gewünschten Zusammensetzung aufbringt und (ii) die einzelnen in der Wirbelschicht sich befindenden Beschich tungskomponenten während der Beschichtung zusätzlich in dem Masse mischt, dass die Entmischung der einzelnen Komponenten weitgehend verhindert wird. |
| 2. | Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Durchmischung der Beschichtungskomponenten in der Wirbelschicht mechanisch, mit Ultraschall oder mit geeigneten elektromagnetischen Wellen, vorzugsweise mecha nisch oder mit Ultraschall, durchgeführt wird. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Durchmischung der Beschichtungskomponenten in der Wirbelschicht mechanisch durchgeführt wird. |
| 4. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Fasern synthetische anorganische Fasern, vorzugsweise Glasfasern, CFasern, Kunststoffasern, vorzugsweise Aramidfasern oder Naturfasern, vorzugsweise Cellulosefasern verwendet. |
| 5. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamentstärke der zu beschichtenden Fasern 5um bis 20m und 100 tex4800 tex, vorzugsweise 600 tex1200 tex, beträgt. |
| 6. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrössenverteilung der Beschichtungskomponenten im Bereich von 30pm250pm, vor zugsweise im Bereich von 50m250um liegt. |
| 7. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als Kunststoff an sich bekannte thermoplastische und duroplastische Formmassen verwendet, vorzugsweise duroplastische Kunststoffe in Form von Polykondensaten oder Polyaddukten. |
| 8. | Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, dass die thermoplastischen Formmassen bzw. Kunststoffe sowie die duroplastischen Kunststoffe neben dem Harz/Härter/BeschleunigerSystem für Duroplaste, Trennmittel, Gleitmittel, Füllstoffe, Pigmente, Haftvermittler, Stabilisa toren und/oder Inhibitoren enthalten. |
| 9. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulverpartikel in der Wirbelschicht elektrostatisch auflädt. |
| 10. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die im ersten Durchgang beschichteten Faserstränge mittels einer Nachbeschichtung im Wirbelschichtverfahren mindestens ein weiteres Mal beschichtet und anschliessend im InfraRotDurchlaufofen getrocknet wurden. |
| 11. | Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man (i) die Beschichtung in einem Wirbelschichtbad durchführt, welches eine Wanne, eine Zuführung für die Beschichtungskomponenten, einen Fluid boden, mehrere Umlenkstangen zur Auffächerung und Straffung der Fasern sowie eine Mischvorrichtung für die Durch mischung der Beschichtungskomponenten umfasst, anschlies send (ii) in einem InfraRotErhitzer, die Beschichtung durch kurzes Erhitzen fixiert, gegebenenfalls (iii) sofort anschliessend vorzugsweise in einer weiteren Beschichtungs einrichtung ebenfalls im Wirbelschichtverfahren, weiteres Beschichtungspulver oder Granulat aufbringt und dann (iv) die nun beschichteten Faserstränge durch einen InfraRot Durchlaufofen oder eine Konditionierstrecke führt, welche aus einer Kühleinrichtung und gegebenenfalls einer Erwär mungseinrichtung besteht und abschliessend die abgekühlte beschichteten Fasern gegebenenfalls aufwickelt oder granu liert. |
| 12. | Die gemäss den Ansprüchen 1 bis 11 mit Kunst stoff beschichteten Faserstränge. |
| 13. | Verwendung der gemäss den Ansprüchen 1 bis 12 mit Kunststoff beschichteten Faserstränge für die Herstellung von Tapes, Prepregs, faserverstärkten Kunststoffgranulaten und/oder Formteilen, insbesondere von langfaserverstärkten Tapes, Prepregs, Kunststoffgranulaten und/oder Formteilen, insbesondere von langfaserverstärkten Kunststoffgranulaten oder faserverstärkten Formteilen. |
| 14. | Verfahren zur Herstellung von Tapes, Prepregs, Kunststoffgranulaten und/oder faserverstärkten Formteilen, insbesondere langfaserverstärkten Kunststoffgranulaten, dadurch gekennzeichnet, dass die zu deren Herstellung ver wendeten beschichteten Faserstränge gemäss den Ansprüchen 1 bis 11 mit einem Kunststoff beschichtet wurden. |
| 15. | Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung die folgenden Bestandteile umfasst : (i) ein Wirbelsinterbad, welches eine Wanne, eine Zuführung für die Beschichtungskomponenten, einen Fluidboden, mehrere Um lenkstangen zur Auffächerung und Straffung der Fasern sowie eine Mischvorrichtung für die Durchmischung der Beschich tungskomponenten umfasst, für die Beschichtung der Faser stränge, (ii) daran angeschlossen einen InfraRotErhit zer, für die Fixierung der Beschichtung, (iii) daran an geschlossen gegebenenfalls eine weitere Beschichtungs einrichtung, und (iv) einen InfraRotErhitzer oder eine Konditionierstrecke, welche eine Kühleinrichtung und gege benenfalls eine Erwärmungseinrichtung umfasst, zur weiteren Behandlung und Kühlung der beschichteten Faserstränge. |
Die Herstellung von mit Kunststoff beschichteten Fasern, beispielsweise in Form von Fasersträngen (Rovings, Matten und/oder Geweben), Tapes, Prepregs oder faserverstärkten Kunststoffgranulaten ist an sich bekannt. Dabei werden iiblicherweise Fasern mit einem Kunststoff, welcher diverse Zusatzstoffe enthalten kann, beschichtet und zu einem Granulat verarbeitet. Solche Granulate sind oft stäbchen- förmig. Das Granulat wird dann in an sich bekannten Verfah- ren, wie beispielsweise Pressverfahren, zu faserverstärkten Formteilen verarbeitet.
Faserverstärkte Kunststoffgranulate können beispielsweise in einem an sich bekannten Compoundierverfahren mit Schnittglas- fasern hergestellt werden. Dabei werden die Fasern durch die hohe Scherbeanspruchung auf eine Restlänge von weniger als 1 mm gekürzt. Verglichen mit langfaserverstärkten Granulaten ergeben die mittels des Compoundierverfahrens hergestellten Granulate Formteile, deren Festigkeitswerte in der Regel ver- gleichsweise niedrig sind.
Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die Schmelzenbeschich- tung zur Herstellung von langfaserverstärkten Thermoplasten.
Bei diesem Nassimprägnierverfahren werden die zu beschich- tenden Faserstränge in Form von Rovings oder Fasergeflechten
(Matten und/oder Gewebe) bereitgestellt. Diese werden durch eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe enthal- tende Schmelze geführt, abkühlen gelassen, und anschliessend gegebenenfalls granuliert. In der praktischen Anwendung dieses Verfahrens, insbesondere bei hohem Faseranteil und zunehmender Faserlänge werden aber eine hohe Streuung der Festigkeitswerte und zahlreiche örtliche Schwachstellen am Formteil festgestellt.
In einem weiteren bekannten Verfahren werden die zu beschich- tenden Faserstränge durch ein flüssiges Imprägnierbad ge- zogen. Das Imprägnierbad enthält den in einem Lösungsmittel gelösten Kunststoff, beispielsweise ein Harz, den dazugehö- rigen Härter und einen Beschleuniger sowie Zusatzstoffe.
Nachdem die Fasern durch dieses Imprägnierbad gezogen worden sind, wird das Lösungsmittel aus der Beschichtung durch Ab- dampfung entfernt. Anschliessen wird der Strang granuliert.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass ein Lösungsmittel verwendet wird. Im weiteren ist die Herstellungsgeschwindig- keit der beschichteten Fasergeflechte vergleichsweise nied- rig, da das Lösungsmittel abgedampft und entfernt werden muss. Wird ein Reaktivharz, beispielsweise ein Epoxidharz, für die Beschichtung verwendet, so ist die beschichtete Faser bei Raumtemperatur nicht lagerstabil.
In einem weiteren bekannten Verfahren zur Herstellung von langfaservertärkten Granulaten werden die zu beschichtenden Faserstränge im Trockenbeschichtungsverfahren durch eine Wirbelschicht bewegt, welche aus einem Kunststoffpulver besteht, in welchem bereits alle Zusatzstoffe eingearbeitet sind, wobei dieses Pulver als Beschichtung auf die Fasern aufzieht. Anschliessend werden die Fasern mit der nun vor- handenen Beschichtung erwärmt und der auf die Faser aufge- brachte Kunststoff verflüssigt. Nach dem Abkühlen der be-
schichteten Fasern werden diese granuliert. Wird ein reak- tives Harzgemisch verwendet, so wird das erhaltene beschich- tete Material im Erwärmungsvorgang vorvernetzt. Dieses Granu- lat wird dann zu faserverstärkten Formteilen, vorzugsweise im Pressverfahren, verarbeitet. Die gemäss diesem Verfahren er- haltenen mit Reaktivharzen, beispielsweise mit Epoxidharzen, beschichteten Fasern und Granulate haben den Nachteil, dass sie bei Raumtemperatur nicht lagerstabil sind und sich die Fliesseigenschaften solcher Produkte ständig verändern. Ein weiteres Problem bildet die geringe Latenz solcher Formmas- sen. Diese setzt der Produktivität im Compoundierverfahren enge Grenzen und schränkt die Möglichkeit der reaktiven Einstellung der Formmassen für die Beschichtung erheblich ein.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass es möglich ist, die einzelnen Komponenten der Beschichtung im Trockenbe- schichtungsverfahren, beispielsweise im Wirbelschichtver- fahren, ohne vorgängige Compoundierung direkt auf die Faser in der gewünschten Zusammensetzung gleichmässig aufzubringen, wenn man die einzelnen in der Wirbelschicht sich befindenden Beschichtungskomponenten zusätzlich in dem Masse in der Wirbelschicht mischt, dass die Entmischung der einzelnen Komponenten weitgehend verhindert bzw. aufgehoben wird.
Uberraschenderweise erhält man mit diesem Verfahren lager- stabile Produkte, welche bei Lagertemperaturen von 30°C sehr gute Lagerstabilitäten aufweisen. Auch gestattet dieses Ver- fahren eine sehr reaktive Einstellung der Formmassen und damit eine latente Härtung bei sehr kurzen Verarbeitungs- zyklen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird durch das zusätz- liche Mischen das gleichmassige Eindringen der Pulverpar- tikel zwischen und auf die Faserfilamente und die Fluidi-
sierung von Pulvern mit ungünstiger Korngrössenverteilung gefördert, der Pulververlust nach der Beschichtung im Durchlaufofen vermindert und die Einhaltung und Steuerung eines exakten Fasergehalts verbessert. Im Herstellungsver- fahren entfällt die Compoundierung der einzelnen Beschich- tungskomponenten sowie deren Vermahlung und Sichtung, was nicht nur technisch sondern auch wirtschaftlich erhebliche Vorteile mit sich bringt. Aus den derart beschichteten Fasern bzw. Fasersträngen lassen sich beispielsweise Tapes, Pre- pregs, Granulate und/oder Formteile herstellen.
Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen formuliert. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Beschichten von Fasern, vorzugsweise in Form von Faser- strängen (Rovings Matten und/oder Gewebe), im Trockenbe- schichtungsverfahren, vorzugsweise im Wirbelschichtverfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man (i) die ein- zelnen Komponenten der Beschichtung ohne vorgängige Com- poundierung direkt aus der Wirbelschicht auf die Faser in der gewünschten Zusammensetzung aufbringt und (ii) die einzelnen in der Wirbelschicht sich befindenden Beschichtungskomponen- ten während der Beschichtung zusätzlich in dem Masse mischt, dass die Entmischung der einzelnen Komponenten weitgehend verhindert wird.
Das Mischen bzw. die Durchmischung der Beschichtungskompo- nenten in der Wirbelschicht kann mechanisch, beispielsweise mit einem Rotor bzw. Rührer, mit Ultraschall, mit geeigneten elektromagnetischen Wellen oder mit andern an sich bekannten Methoden durchgeführt werden. Bevorzugt verwendet man eine mechanische Mischungsmethode oder Ultraschall, vorzugsweise eine mechanische Mischung. Besonders gute Resultate werden erhalten, wenn man die einzelnen Beschichtungskomponenten in
der Wirbelschicht, neben der Durchmischung in der Wirbel- schicht, zusätzlich elektrostatisch auflädt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die erfindungsgemäss mit Kunststoff beschichteten Faserstränge (Rovings, Matten und/oder Gewebe).
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung der erfindungsgemäss mit Kunststoff beschichteten Faserstränge (Rovings, Matten und/oder Gewebe) für die Herstellung von Tapes, Prepregs, faserverstärkten Kunststoffgranulaten und/oder Formteilen, insbesondere von langfaserverstärkten Tapes, Prepregs, Kunststoffgranulaten und/oder Formteilen, insbesondere von langfaserverstärkten Kunststoffgranulaten oder faserverstärkten Formteilen. Tapes umfassen auch endlos hergestellte faserverstärkte Tapes sowie deren Herstellung.
Prepregs umfassen unidirektionale und gewebeverstärkte Prepregs und deren Herstellung.
Die vorliegende Erfindung betrifft im weiteren ein Verfahren zur Herstellung von Tapes, Prepregs, Kunststoffgranulaten und/oder faserverstärkten Formteilen, insbesondere langfaser- verstärkten Kunststoffgranulaten, welches dadurch gekenn- zeichnet ist, dass die zu deren Herstellung verwendeten be- schichteten Faserstränge gemäss der vorliegenden Erfindung mit einem Kunststoff beschichtet wurden.
Als Fasern kann man erfindungsgemäss alle an sich bekannte Fasern verwenden, welche für die Herstellung von faserver- stärkten Werkstoffen bekannt sind, wie beispielsweise synthe- tische anorganische Fasern, insbesondere Glasfasern, C-Fa- sern, Kunststofffasern, insbesondere Aramidfasern (aroma- tisches Polyamid) oder Naturfasern, insbesondere Cellulose- fasern. Die Filamentstärke beträgt vorzugsweise etwa 5pm bis
20pm und etwa 100 tex-4800 tex (0. 1 g/m-4.8 g/m), vor- zugsweise 600 tex-1200 tex, wie solche üblicherweise ver- wendet werden.
Die Korngrössenverteilung der Beschichtungskomponenten liegt vorzugsweise im Bereich von 30Wm-250pm, vorzugsweise im Be- reich von 50Wm-250pm. Die durchschnittliche Korngrösse liegt vorzugsweise bei etwa 50um-150m.
Als Kunststoff kann man erfindungsgemäss die an sich be- kannten thermoplastischen und duroplastischen Formmassen verwenden. Thermoplastische Formmassen bzw. Kunststoffe und deren Zusatzstoffe sind aus der Literatur in grosser Zahl bekannt. Duroplastische Kunststoffe in Form von Polykonden- saten sind beispielsweise härtbare Phenol/Formaldehyd Kunststoffe (PF-Giessharze), härtbare Bisphenolharze, härtbare Harnstoff/Formaldehyd-Kunststoffe (UF-Formmassen), Polyimide (PI), BMI-Formmassen und Polybenzimidazole (PBI).
Duroplastische Kunststoffe in Form von Polyaddukten sind beispielsweise Epoxidharze (EP), Formmassen aus ungesättigten Polyesterharzen (UP-Formmassen), DAP-Harze (Polydiallyl- phthalat), MF-Formmassen, z. B. härtbare Melamin/Phenol/ Formaldehyd-Formmassen, oder vernetzte Polyurethane (PUR).
Als Zusätze für thermoplastische Formmassen bzw. Kunststoffe sowie für duroplastische Kunststoffe in Form von Polykon- densaten oder Polyaddukten sind beispielsweise, neben dem Harz/Härter/Beschleuniger-System für Duroplaste, Trennmittel, Gleitmittel, Füllstoffe, Pigmente, Haftvermittler, Stabilisa- toren und Inhibitoren. Solche Verbindungen sind an sich be- kannt, ebenso wie die für die Beschichtungen gemäss der vor- liegenden Erfindung zu verwendenden bevorzugten Zusammen- setzungen.
Für die mechanische Durchmischung der Beschichtungskompo- nenten in der Wirbelschicht werden vorzugsweise die auf- gefächerten Faserstränge (Rovings, Matten und/oder Gewebe) parallel zwischen dem Fluidboden und einem oder mehreren horizontal rotierenden Rotoren, welche mit einer Geschwin- digkeit rotieren, welche die mechanische Durchmischung der Beschichtungskomponenten gewährleistet, geführt. Der Rotor vermeidet eine allfällige Kraterbildung, so dass erfin- dungsgemäss auch unter konventionellen Bedingungen nicht- fluidisierbare Pulver verwendet werden können. Durch die erzeugte Reibung zwischen Polymerpulver und dem Rotorflügel oder den Rotorflügeln werden die Pulverpartikel zusätzlich elektrostatisch aufgeladen, so dass diese Partikel während dem Ofendurchlauf besser an den Filamenten haften. Diese elektrostatische Aufladung kann 1000 bis 2000 Volt betra- gen.
Die Temperatur der Zuluft zum Fluidisierbecken, das heisst die Konditionierung der Fluidisierluft, wird proportional zum Schmelzpunkt des Polymerpulvers gesteuert. Damit kann die Pulverauftragsmenge gesteuert werden. Es wird vorzugs- weise ein Fluidboden aus gesintertem Aluminium verwendet.
Die Konditionierung der Fluidisierluft ermöglicht es, Thermoplastpulver mit hohem Schmelzpunkt bereits während der Beschichtung bis unter die Erweichungstemperatur vorzuheizen und damit die erforderliche Aufheizzeit zu reduzieren. So kann die Produktivität bei Thermoplasten mit hohem Schmelzpunkt erheblich erhöht werden. Die Erwärmung bei der Konditionierung darf bei Reaktivharzgemischen allerdings nur bis genügend unterhalb der Temperatur (On- Set-Temperatur) erfolgen, bei welcher der exotherme Aus- härtungsvorgang dieser Harzgemische einsetzt.
Im Beschichtungsverfahren selbst werden die Faserstränge (Rovings, Matten und/oder Gewebe) von einem Rovinggestell abgewickelt, vorzugsweise auch aufgefächert und durch das Wirbelschichtbad durchgeführt. Das Wirbelschichtbad umfasst prinzipiell eine Wanne und enthält die Zuführung für die Beschichtungskomponenten sowie den Fluidboden, der vorzugs- weise aus gesintertem Aluminium besteht und durch welchen die Zuluft zum Fluidisierbecken, das ist die Fluidisierluft zur Aufrechterhaltung der Wirbelschicht, eingeleitet wird.
Dabei ist der Durchmesser der Perforationen im perforierten Zwischenboden (Fluidboden) kleiner als die Korngrösse des verwendeten Beschichtungspulvers bzw. der Beschichtungs- komponenten oder des Granulats. Durch die Perforationen wird von unten her Luft oder ein Inertgas eingeblasen, so dass ein wallendes Pulver-oder Granulatbad bzw. eine Wirbelschicht entsteht. Im Wirbelschichtbad befinden sich auch mehrere Umlenkrollen oder Umlenkstäbe zur Auffächerung und Straffung der Fasern sowie erfindungsgemäss eine Misch- vorrichtung für die Durchmischung der Beschichtungskompo- nenten. Vorzugsweise verwendet man drehbare Umlenkrollen im Bereich, wo die Fasern bereits beschichtet sind und nicht drehbare Umlenkstäbe im Einzugsbereich, wo die Fasern noch nicht beschichtet sind. Die Mischvorrichtung kann aus einem Rotor oder einem Rührer oder aus mehreren Rotoren oder mehreren Rührern bestehen, welche die Beschichtungskompo- nenten durchmischen. Der Rotor kann beispielsweise eine durchlöcherte drehbare Scheibe sein, welche mehrere Durchbohrungen (Löcher) mit Durchmessern zwischen 1 bis 10 cm enthält und horizontal um ihren Mittelpunkt dreht oder einen Stahlrührer bzw. eine einfache Stange darstellen, welche an ihrem Mittelpunkt senkrecht gestützt wird und mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Vorzugsweise sind die Roto- ren bzw. Rührer nahe an die Faserstränge angebracht, so dass die auf die Beschichtungskomponenten ausgeübten mecha-
nischen Kräfte zusätzlich das verbesserte Eindringen der Pulverteilchen in das Innere der aufgefächerten Faser- stränge bewirken. Der Rotor ist vorzugsweise unmittelbar, das heisst etwa 3 mm bis 10 mm über dem Fluidboden ange- bracht, so dass das zu fluidisierende Pulver bereits vor der Fluidisierung gerührt wird und so allfällig sich bildende Brücken in dem zu fluidisierenden Pulver sofort zerstört werden. Die Umdrehungszahl eines solchen Rührers liegt je nach der Konstruktion bei etwa 100 Umdrehungen pro Minute (UpM) bis etwa 400 UpM, vorzugsweise bei etwa 200 UpM bis etwa 300 UpM. Die Umdrehungszahl hängt aber von den vorhandenen Konstruktionsmerkmalen und Verfahrensbe- dingungen ab und muss jeweils im Verfahren optimiert werden, was für den Fachmann problemlos ist.
Nachdem die beschichteten Faserstränge das Wirbelschichtbad verlassen haben werden sie erwärmt. Vorzugsweise werden die beschichteten Faserstränge hierzu wieder gebündelt und durch einen Infra-Rot-Erhitzer geführt, wo die Beschichtung durch kurzes Erhitzen fixiert wird. Dabei wird die Be- schichtung leicht flüssig oder pastös, aber nicht so flüssig, dass sie von den Fasern abtropfen kann. In diesem Zustand kann mittels einer Nachbeschichtung sofort an- schliessend vorzugsweise in einer weiteren analog kon- struierten Beschichtungseinrichtung, wie die oben be- schrieben, das heisst vorzugsweise ebenfalls im Wirbel- schichtverfahren, weiteres Beschichtungspulver oder Granulat aufgebracht und anschliessend im Infra-Rotofen getrocknet werden. In dieser Weise kann die gewünschte Menge Kunststoff, die auf die Fasern aufgebracht werden soll, noch ergänzt werden. Derart können die mit der ersten Beschichtung erhaltenen Fadengewichte verdoppelt und Fadengewichte mit sehr niedrigem Glasanteil erhalten werden. So sind derart beispielsweise Fäden mit nur
15 Gew.-% Glasfaseranteil erhältlich. Ebenso kann der Mineralanteil in der Beschichtung durch eine Nachbe- schichtung merklich erhöht werden. Das Wirbelsinterbad und die Beschichtungseinrichtung können dabei druckmässig miteinander verbunden sein, wobei in beiden Vorrichtungen vorzugsweise unter leichtem Unterdruck gearbeitet wird.
Nachdem die Faserstränge die Beschichtungseinrichtung durchlaufen haben, werden die nun beschichteten Faser- stränge durch eine Konditionierstrecke geführt, welche aus einer Kühleinrichtung und gegebenenfalls einer Erwärmungs- einrichtung besteht. Wurde als Beschichtung ein Epoxid- harzgemisch aufgebracht, so werden die Faserstränge erneut erwärmt, wobei das Epoxidharzgemisch vorgeliert bzw. vor- vernetzt, jedoch nicht ausgehärtet wird. Die beschichteten und aufgefächerten Fasern können hier gegebenenfalls wieder zusammengeführt und in einer anschliessenden Kühleinrich- tung abgekühlt werden. Die Kühlung ist vor allem auch deshalb notwendig, weil der Faser/Kunststoff-Verbund an- schliessend durch ein Walzenpaar gezogen wird, welches diesen Verbund transportiert. Am Ort des Walzenpaares muss der Faser/Kunststoff-Verbund einen festen Zustand aufwei- sen, da sonst der Kunststoff an den Walzen des Walzenpaares haften kann, wodurch diese verschmutzt wurden und unter Umständen ein zuverlässiger Transport des Faser/Kunststoff- Verbunds behindert würde. Vorzugsweise durchläuft der Faser/Kunststoffverbund noch eine Erwärmungseinrichtung, in welcher eventuell vorhandene Spannungen in dem Verbund abgebaut werden. Anschliessend kann der erhaltene be- schichtete Faserstrang aufgewickelt oder granuliert werden.
In diesem Sinne betrifft die vorliegende Erfindung ein Ver- fahren zur Beschichtung von Fasern, welches dadurch gekenn- zeichnet ist, dass man (i) die Beschichtung in einem Wir-
belschichtbad durchführt, welches eine Wanne, eine Zufüh- rung für die Beschichtungskomponenten, einen Fluidboden, mehrere Umlenkstangen zur Auffächerung und Straffung der Fasern sowie eine Mischvorrichtung für die Durchmischung der Beschichtungskomponenten umfasst, anschliessend (ii) in einem Infra-Rot-Erhitzer, die Beschichtung durch kurzes Er- hitzen fixiert, gegebenenfalls (iii) sofort anschliessend vorzugsweise in einer weiteren Beschichtungseinrichtung ebenfalls im Wirbelschichtverfahren, weiteres Beschich- tungspulver oder Granulat aufbringt und dann (iv) die nun beschichteten Faserstränge durch eine Konditionierstrecke führt, welche aus einer Kühleinrichtung und gegebenenfalls einer Erwärmungseinrichtung besteht und abschliessend die abgekühlte beschichteten Fasern gegebenenfalls aufwickelt oder granuliert.
Für die erfindungsgemässe Beschichtung von Fasersträngen (Rovings, Matten und/oder Gewebe) mit einem Reaktionsharz (z. B. Epoxidharz) verwendet man eine Schmelzentemperatur im Bereich von 60°C-400°C, vorzugsweise 70°C-220°C, eine Walzentemperatur von 10°C-200°C, vorzugsweise 20°C-50°C, eine Fadengeschwindigkeit von 3-200 m/Minute, vorzugsweise 80-150 m/Minute. Die Verarbeitungsbedingungen für die diversen faserverstärkten Kunststoffe und Kunststoffgranulate sind an sich bekannt und können vom Fachmann ohne weiteres für das jeweilig verwendete Harz richtig angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, wobei diese Vorrichtung die folgenden Bestandteilen umfasst : (i) ein Wirbelschichtbad, welches eine Wanne, eine Zuführung für die Beschichtungskomponenten, einen Fluidboden, mehrere Umlenkstangen zur Auffächerung und Straffung der Fasern sowie eine Mischvorrichtung für die Durchmischung der
Beschichtungskomponenten umfasst, für die Beschichtung der Faserstränge, (ii) daran angeschlossen einen Infra-Rot- Erhitzer, für die Fixierung der Beschichtung, (iii) daran angeschlossen gegebenenfalls eine weitere Beschichtungs- einrichtung, und (iv) eine Konditionierstrecke, welche eine Kühleinrichtung und gegebenenfalls eine Erwärmungseinrich- tung umfasst, zur weiteren Behandlung und Kühlung der be- schichteten Faserstränge.
Die folgenden Beispiele illustrieren die Erfindung.
Beispiel 1 Glasrovings enthaltend 900 Filamente mit einem Filamentdurch- messer von jeweils 0.005 mm, 0.01 mm und 0.018 mm (5pm, lopm und 18un) werden mit einer Matrix beschichtet, welche ein übliches Bisphenolharz und Härter (85% der gesamten Beschich- tung) sowie übliche Trennmittel, Gleitmittel, Füllstoffe (14.5%), und Pigmente in üblicher Zusammensetzung enthält.
Die Komponenten der Matrix werden in einem Mischer gemischt und haben eine Korngrössenverteilung im Bereich von 30um bis 200pm. Das Beschichtungsverfahren wird in einer Apparatur durchgeführt, wie eine solche in der EP-A-0 680 813 be- schrieben ist, jedoch mit der Modifikation, dass unmittelbar, d. i. 5 mm über dem Fluidboden ein metallischer Rotorstab angebracht ist, welcher mit 200 UpM rotiert und das Beschich- tungsgemisch ganzflächig durchmischt. Durch die intensive Durchmischung wird das Gemisch auch elektrostatisch auf- geladen. Die Glasrovings werden von einem Rovinggestell von innen beginnend oder von aussen abgewickelt, aufgefächert und mit einer Geschwindigkeit von 100 m/Minute über vier Umlenk- stangen durch das Wirbelsinterbad geführt. Die Beschichtung auf den Rovings wird anschliessend in einem Infra-Rot-Durch- laufofen bei einer Temperatur von 180°C zum Schmelzen ge- bracht. Die mit dem geschmolzenen Kunststoff getränkten
Glasrovings werden anschliessend nochmals einer weiteren Beschichtung im Wirbelschichtverfahren unterzogen. Die be- schichteten Rovings werden dann gekühlt, so dass der Kunst- stoff wieder fest wird und anschliessend granuliert. Das derart erhaltene Granulat wird nun jeweils in einem Press- vorgang zu einem Normstab gemäss ISO-Norm 178 verarbeitet und auf die mechanischen Werte geprüft, wobei ausgezeichnete Werte für die Biegefestigkeiten und E-Module erhalten werden.
Beispiel 2 Glasrovings gemäss Beispiel 1 werden in analoger Weise mit einer Matrix beschichtet, wie dies in Beispiel 1 beschrieben ist. Nach dem ersten Durchlauf durch den Infra-Rot-Durchlauf- ofen erfolgt eine Nachbeschichtung mit einer Zusammensetzung bestehend aus einem üblichen Epoxidharz (47.4 % Harz und 12.2% Härter), einem üblichen Beschleuniger (0.2%), Full- material (Aluminiumhydroxid, 38%) und 2.2% weiteren an sich Ublichen Zutaten (Trennmittel, Gleitmittel und Pigmente). Die beschichteten Rovings werden nochmals durch einen Infra-Rot- Durchlaufofen geleitet und dann gekühlt, so dass der Kunst- stoff wieder fest wird und anschliessend granuliert. Das derart erhaltene Granulat hat einen Epoxidanteil von 30.8%, einen Füllmaterialanteil von 25.5% und einen Glasfaseranteil von 42.4%. Das Granulat wird anschliessend analog zu Beispiel 1 zu Normstäben gemäss ISO-Norm 178 verarbeitet und auf die mechanischen Werte geprüft, wobei ausgezeichnete Werte erhalten werden.