Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgarn zur Herstellung von Formteilen, welche eine thermoplastische Matrix und darin eingebettete Verstärkungsfasern aufweisen.

Unter einem Garn wird allgemein ein strangförmiger Faserverband verstanden, dessen Fasern durch Verdrehen verfestigt sind. Bei einem Hybridgarn handelt es sich hierbei um ein solches Garn, welches wenigstens zwei unterschiedliche Arten von Fasern umfasst. Unter anderem sind spezielle Hybridgarne bekannt, welche zur Herstellung von Formteilen mit einer thermoplastischen Matrix und mit darin eingebetteten Verstärkungsfasern geeignet sind. Unter einem Formteil wird dabei ein Werkstück verstanden, welches nach seiner Fertigstellung in einer durch den Fertigungsprozess vorgegebenen strukturellen Gestalt verbleibt.

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von derartigen Formteilen wird ein Hybridgarn, welches sowohl thermoplastische Matrixfasern als auch Verstärkungsfasern enthält, zunächst zu einem textilen Flächengebilde verarbeitet. Die Verstärkungsfasern weisen dabei eine höhere spezifische Zugfestigkeit und eine höhere Schmelz- bzw. Zersetzungstemperatur als die thermoplastischen Matrixfasern auf. Dieses textile Flächengebilde wird sodann in ein Formwerkzeug, beispielsweise einer Presse, eingelegt und beheizt, so dass die thermoplastischen Matrixfasern, nicht aber die Verstärkungsfasern, schmelzen. Hierdurch entsteht aus den ursprünglich diskreten thermoplastischen Matrixfasern zunächst eine einheitliche thermoplastische Flüssigkeit mit eingebetteten Verstärkungsfasern, welche die durch das Formwerkzeug vorgegebene Form annimmt. Nach dem Erkalten und Erstarren bilden die nunmehr konsolidierten thermoplastischen Matrixfasern eine einheitliche thermoplastische Matrix, in welche die Verstärkungsfasern eingebettet sind. Durch die gegenseitigen Wechselwirkungen der thermoplastische Matrix und der Verstärkungsfasern entsteht so ein Formteil, dessen mechanische Eigenschaften den Eigenschaften der beiden Komponenten überlegen sind. Insbesondere ergibt sich ein besonders gutes Verhältnis aus Festigkeit und Gewicht. Gleichwohl besteht ein Bedürfnis nach weiter verbesserten Formteilen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hybridgarn zu schaffen, welches die Herstellung verbesserter Formteile mit einer thermoplastische Matrix und mit darin eingebetteten Verstärkungsfasern ermöglicht.

Die Aufgabe wird bei einem Hybridgarn der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass es einen Kern, der im Wesentlichen aus in einer Längsrichtung des Hybridgarns geradlinig angeordneten Stapelfasern besteht, und einen Mantel, der im Wesentlichen aus schraubenlinienförmig um den Kern geschlungenen Stapelfasern besteht, umfasst, wobei die den Kern bildenden Stapelfasern und die den Mantel bildenden Stapelfasern jeweils aus einer innigen Mischung von thermoplastischen Matrixfasern und von Verstärkungsfasern bestehen.

Das erfindungsgemäße Hybridgarn umfasst einen Kern und einen um den Kern herum angeordneten Mantel. Sowohl der Kern als auch der Mantel bestehen dabei zumindest im Wesentlichen aus Stapelfasern. Unter Stapelfasern werden dabei Einzelfasern verstanden, welche in ihrer Länge begrenzt sind. Der Mantel kann dabei eine derart hohe Anzahl von Stapelfasern je Längeneinheit aufweisen, dass der Mantel eine geschlossene Schicht bildet, durch welche die Stapelfasern des Kerns vollständig verdeckt sind. Im Mantel kann aber auch eine derart geringe Anzahl von Stapelfasern je Längeneinheit vorgesehen sein, dass die Stapelfasern des Kerns durch Zwischenräume zwischen den Stapelfasern des Mantels hindurch zumindest teilweise sichtbar bleiben. Aus Stapelfasern beinhaltenden Hybridgarnen gefertigte Formteile weisen quer zur Längsrichtung der Garne eine höhere Festigkeit auf, als solche Formteile, welche aus Endlosfasern, auch Filamente genannt, bestehenden Hybridgarnen gefertigt sind. Insbesondere kann so bei Formteilen, welche aus schichtweise angeordneten textilen Flächengebilden gefertigt sind, der Zusammenhalt der einzelnen Schichten verbessert werden.

Zudem weisen Hybridgarne mit Stapelfasern einen geringeren Hohlraumanteil als Hybridgarne mit Endlosfasern auf, was die Gefahr von unerwünschten Lufteinschlüssen beim Formen des Formteils, also beim Konsolidieren des textilen Flächengebildes, verringert. Auf diese Weise wird die Festigkeit des Formteils verbessert.

Weiterhin sind aus Stapelfasern beinhaltenden Hybridgarnen gefertigte texti- le Flächengebilde besser drapierbar als ihre Pendants aus Filamenten. Hierdurch erleichtert sich das faltenfreie Einlegen der textilen Flächengebilde in das Formwerkzeug, wobei gleichzeitig die Gefahr einer Beschädigung der Struktur des textilen Flächengebildes verringert wird. Auf diese Weise können die Herstellkosten des Formteils gesenkt werden. Zudem können so aus textilen Flächengebilden komplexer geformte Formteile hergestellt werden, da sich die textilen Flächengebilde besser an die Kontur des Formwerkzeugs anlegen lassen.

Weiterhin wird durch die Verwendung von Stapelfasern die Gefahr verringert, dass die Fasern bei der Weiterverarbeitung, insbesondere beim Drapieren, geknickt werden. Dies wiederum ist vorteilhaft für die Festigkeit des späteren Formteils.

Indem nun sowohl der Kern als auch der Mantel des Hybridgarns aus Stapelfasern besteht, können die genannten, durch die Verwendung von Stapelfasern erzielbaren Vorteile maximal genutzt werden. Weiterhin bewirkt die geradlinige Anordnung der Stapelfasern des Kerns in Längsrichtung des Hybridgarns, dass das spätere Formteil in Längsrichtung des Hybridgarns eine höhere Festigkeit, insbesondere eine höhere Zugfestigkeit, aufweist, als dies bei der Verwendung von herkömmlichen Hybridgarnen, bei denen die Fasern über den gesamten Querschnitt verdreht sind, möglich wäre. Der Grund hierfür liegt darin, dass so im Formteil ein wesentlicher Anteil der Verstärkungsfasern, nämlich die Verstärkungsfasern des Kerns des Hybridgarns, parallel zueinander in Längsrichtung des Hybridgarns verläuft.

Wenn nun das Hybridgarn im textilen Flächengebilde so angeordnet wird, dass dessen Längsrichtung zumindest abschnittsweise einer Hauptbelastungsrichtung des späteren Formteils entspricht, so kann das Formteil mechanischen Belastungen besser standhalten. Auf diese Weise kann das Verhältnis von mechanischer Belastbarkeit und Gewicht des Formteils verbessert werden.

Zwar kann das erfindungsgemäße Hybridgarn selbst unter bestimmten Bedingungen (Drehungsbeiwert, Garnfeinheit usw.) eine geringere Festigkeit aufweisen als ein korrespondierendes Hybridgarn, bei dem die Fasern über den gesamten Querschnitt gleichmäßig verdreht sind, allerdings ist dies zweitrangig, da die Festigkeit des Formteils unter anderem durch das Konsolidieren der thermoplastischen Matrixfasern erhöht wird und daher im Wesentlichen unabhängig von der Festigkeit des Hybridgarns ist. Die Festigkeit des Hybridgarns muss allerdings wenigstens so hoch sein, dass eine Weiterverarbeitung zu einem textilen Flächengebilde und weiter zu einem Formteil möglich ist. Diese notwendige Festigkeit wird bei dem erfindungsgemäßen Hybridgarn dadurch gewährleistet, dass die den Mantel bildenden Stapelfasern schraubenlinienförmig um den Kern geschlungen und folglich verdreht sind. Die in dem Mantel enthaltenen Verstärkungsfasern verbessern dabei die Festigkeit des späteren Formteils quer zur Längsrichtung des darin aufgegangenen Hybridgarns gerade im Vergleich zu solchen Formteilen, welche aus Endlosfasern bestehenden Hybridgarnen gefertigt sind. Hierdurch kann bei Formteilen, welche aus schichtweise angeordneten textilen Flächengebilden gefertigt sind, der Zusammenhalt der einzelnen Schichten weiter verbessert werden.

Die den Kern bildenden Stapelfasern bestehen ebenso wie die den Mantel bildenden Stapelfasern jeweils aus einer innigen Mischung von thermoplastischen Matrixfasern und von Verstärkungsfasern. Unter einer innigen Mischung von Fasern verschiedener Arten wird dabei eine solche Mischung verstanden, bei der auf der Ebene der Einzelfasern eine im Wesentlichen homogene Mischung vorliegt. Das bedeutet, dass die Fasern der verschiedenen Arten so durchmischt sind, dass Gruppierungen von ausschließlich gleichartigen Fasern im Wesentlichen nicht mehr auftreten. Die innige Mischung oder die innigen Mischungen können dabei schon vor der eigentlichen Formung des Hybridgarns erfolgen. Hierbei erleichtert die Verwendung von Stapelfasern die Herstellung von gleichmäßigen Mischungen, welche beispielsweise mit einer Spinnereivorbereitungsmaschine, beispielsweise mit einer Mischmaschine oder einer Doublierstrecke hergestellt werden können.

Durch die Verwendung von innigen Mischungen ist sichergestellt, dass in dem aus dem Hybridgarn hergestellten textilen Flächengebilde die thermoplastischen Matrixfasern und die Verstärkungsfasern homogen verteilt sind. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Verstärkungsfasern beim Aufschmelzen der thermoplastischen Matrixfasern vollständig benetzt werden, so dass im späteren Formteil die Wechselwirkungen zwischen thermoplastischer Matrix und den Verstärkungsfasern durch eine verbesserte stoffschlüssige Verbindung maximiert werden, so dass ein mechanisch hoch belastbares Formteil mit gleichzeitig geringem Gewicht geschaffen ist. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt der volumenbezogene Anteil der Verstärkungsfasern an einer besagten innigen Mischung wenigstens 40%, bevorzugt wenigstens 45%, besonders bevorzugt wenigstens 50%. Hierdurch wird es möglich, aus dem Hybridgarn ein Formteil mit besonders hoher Festigkeit herzustellen.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt der volumenbezogene Anteil der thermoplastischen Matrixfasern an einer besagten innigen Mischung wenigstens 20%, bevorzugt wenigstens 30%, besonders bevorzugt wenigstens 35%. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Verstärkungsfasern nach dem Konsolidieren der thermoplastischen Matrixfasern jeweils vollständig von der thermoplastischen Matrix umgeben sind, was die stoffschlüssige Verbindung von thermoplastischer Matrix und Verstärkungsfasern verbessert und damit den mechanischen Eigenschaften des Formteils zugutekommt.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung entsprechen sich die den Kern bildenden Stapelfasern und die den Mantel bildenden Stapelfasern hinsichtlich ihrer besagten innigen Mischung. Das bedeutet, dass einerseits der Anteil der thermoplastischen Matrixfasern am Kern gleich dem Anteil der thermoplastischen Matrixfasern im Mantel ist, und dass andererseits der Anteil der Verstärkungsfasern am Kern gleich dem Anteil der Verstärkungsfasern im Mantel ist. Zudem entsprechen sich die thermoplastischen Matrixfasern im Kern und im Mantel hinsichtlich ihres Materials und ihrer Abmessungen ebenso wie die Verstärkungsfasern im Kern und im Mantel. Auf diese Weise ist die Herstellung von Formteilen vereinfacht, da so der Kern und der Mantel aus einer Ausgangsmischung herstellbar ist. Zudem kann so eine homogene Ausbildung der thermoplastischen Matrix im späteren Formteil gewährleistet werden, was dessen mechanischen Eigenschaften zugutekommt. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung beträgt die Summe des volumenbezogenen Anteils der thermoplastischen Matrixfasern und des volumenbezogenen Anteils der Verstärkungsfasern an dem Hybridgarn wenigstens 90%, bevorzugt wenigstens 95%, besonders bevorzugt wenigstens 98%. Auf diese Weise können Formteile mit einer besonders guten Festigkeit bei geringem Gewicht hergestellt werden. Die verbleibenden Volumenanteile können beispielsweise auf eine Schlichte oder auf Haftungsvermittler entfallen. Dabei wir unter einer Schlichte eine typischerweise zähflüssige Be- schichtung verstanden, welche das Hybridgarn insbesondere bei der Weiterverarbeitung zu einem textilen Flächengebilde gegen mechanische Einwirkungen schützt. Weiterhin wird unter einem Haftungsvermittler eine Be- schichtung verstanden, welche die beim Aufschmelzen und Abkühlen der thermoplastischen Matrix entstehende stoffschlüssige Verbindung zwischen Matrix und Verstärkungsfasern verbessert.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die den Kern bildenden Stapelfasern und/oder die den Mantel bildenden Stapelfasern eine Länge von wenigstens 2,5 cm, bevorzugt von wenigstens 5 cm, besonders bevorzugt von wenigstens 10 cm und/oder eine Länge von höchstens 25 cm, bevorzugt von höchstens 20 cm, besonders bevorzugt von höchstens 15 cm, auf. Derartige Stapellängen führen zu besonders festen Formteilen. Zudem können derartige Stapelfasern mit gängigen Maschinen hergestellt und weiterverarbeitet werden.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weisen die thermoplastischen Matrixfasern eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von wenigstens 20 cN/tex, bevorzugt von wenigstens 30 cN/tex, besonders bevorzugt von wenigstens 50 cN/tex, auf. Die Höchstzugkraft ist dabei diejenige Zugkraft, bei der eine Faser gerade noch nicht reißt. Auf diese Weise kann bewirkt werden, dass die Matrix, deren spezifische Höchstzugkraft mit der fein- heitsbezogenen Höchstzugkraft der thermoplastischen Fasern korrespondiert, im fertigen Formteil insbesondere quer zu benachbarten Verstärkungs- fasern auftretende mechanische Belastungen aufnehmen kann, was die Belastbarkeit des Formteils weiter verbessert.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfassen die thermoplastischen Matrixfasern Polyurethanfasern (insbesondere Fasern aus PU), Polyamidfasern (insbesondere Fasern aus PA), Polyetherketonfasern (insbesondere Fasern aus PAEK sowie aus seinen Abkömmlingen, insbesondere PEEK, PEK, PEEEK, PEEKEK, PEKK), Polypropylenfasern (insbesondere Fasern aus PP), Acrynitril-Butadien-Styrol-Fasern (insbesondere Fasern aus ABS) und/oder Polyesterfasern (insbesondere Fasern aus PES sowie aus seinen Abkömmlingen, insbesondere PBT, PC, PET, PEN). Derartige Materialien erfüllen insbesondere die Anforderungen hinsichtlich ihrer Festigkeit, sind preiswert und gut verarbeitbar.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bestehen die thermoplastischen Matrixfasern aus einem einzigen Material. Auf diese Weise entsteht im fertigen Formteil in einfacher Weise eine homogene thermoplastische Matrix, was dessen mechanische Eigenschaften verbessert.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weisen die Verstärkungsfasern eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von wenigstens 100 cN/tex, bevorzugt von wenigstens 150 cN/tex, besonders bevorzugt von wenigstens 200 cN/tex, auf. Auf diese Weise kann das daraus gefertigte Formteil insbesondere in Faserrichtung besonders hohe mechanische Belastungen aufnehmen.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung umfassen die Verstärkungsfasern Glasfasern, Kohlenstofffasern und/oder Aramidfasern. Derartige Materialien erfüllen die Anforderungen an Verstärkungsfasern insbesondere hinsichtlich ihrer Festigkeit, sind weiterhin preiswert und gut verarbeitbar. Es sind aber auch andere Hochmodulfasern möglich Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bestehen die Verstärkungsfasern aus einem einzigen Material. Auf diese Weise können die Eigenschaften eines für Verstärkungsfasern geeigneten Materials bestmöglichst ausgenutzt werden.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung beträgt der Drehungsbeiwert a _m des Hybridgarns höchstens 200, bevorzugt höchstens 170, besonders bevorzugt höchstens 150, und/oder mindestens 70, bevorzugt mindestens 90, besonders bevorzugt mindestens 1 10. Der Drehungsbeiwert cim ergibt sich nach der Formel a _m = T / Nm ^1/2 wobei T die Anzahl der Drehungen pro Meter Garnlänge und Nm ^/2 die Wurzel aus der metrischen Garnnummer ist. In den genannten Bereichen weist das Hybridgarn allgemein eine gute Festigkeit auf, was es erlaubt, den Anteil der Stapelfasern im Mantel bezogen auf die gesamten Stapelfasern gering zu halten. Umgekehrt kann so der Anteil der Stapelfasern im Kern bezogen auf die gesamten Stapelfasern erhöht werden, was der Festigkeit des späteren Formteils dienlich ist.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist das Hybridgarn einen Gesamttiter von wenigstens 100 dtex, bevorzugt von wenigstens 150 dtex, besonders bevorzugt von wenigstens 200 dtex, und/oder von höchstens 15000 dtex, bevorzugt von höchstens 12000 dtex, besonders bevorzugt von höchstens 10000 dtex, auf. Hybridgarne mit einem Gesamttiter in den genannten Bereichen sind besonders gut zur Herstellung von textilen Flächengebilden geeignet. So weisen sie in aller Regel die erforderliche Festigkeit für die Weiterverarbeitung auf. Dennoch können aus den daraus erhaltenen textilen Flächengebilden auch dünnwandige Formteile hergestellt werden. Sollen dickwandigere Formteile hergestellt werden, so können mehrere der so erhaltenen textile Flächengebilde schichtweise angeordnet und insbe- sondere gemeinsam konsolidiert werden. Hybridgarne mit einem derartigen Gesamttiter können zudem auf gängigen Textilmaschinen verarbeitet werden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beträgt der Anteil der den Mantel bildenden Stapelfasern an den Stapelfasern wenigstens 2%, bevorzugt wenigstens 5%, besonders bevorzugt wenigstens 15% und/oder höchstens 45%, bevorzugt höchstens 35%, besonders bevorzugt höchstens 25%. In den genanten Bereichen weist das Hybridgarn im Allgemeinen eine hinreichende Festigkeit für die Weiterverarbeitung auf, gleichzeitig weist es einen hohen Anteil von Stapelfasern und damit einen hohen Anteil von Verstärkungsfasern im Kern auf, so dass daraus besonders stabile Formteile herstellbar sind.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung beträgt die Kringelneigung höchstens 200 1 /m, bevorzugt höchstens 180 1 /m, besonders bevorzugt höchstens 160 1 /m. Die Kringelneigung ist die durch seine Drehung hervorgerufene Neigung eines Garnes sich zusammenzudrehen, wenn es in einer Schleife frei zwischen zwei Punkten aufgehängt wird. Zur Messung der Kringelneigung können Garnabschnitte von beispielsweise 500 mm Länge verwendet werden, deren Garnenden so geklemmt werden, dass der Garnabschnitt waagerecht angeordnet ist. Mittig kann dann ein Gewicht eingehängt und die Garnenden aufeinander zu bewegt werden. Das Gewicht fängt an zu drehen und die Drehungen können mittels einer Lichtschranke gezählt werden, bis es zu einer Umkehrung der Drehrichtung kommt. Die Werte von 10 Messungen werden ausgewertet und als ein Messwert ausgegeben. Hybridgarne mit den genannten Werten der Kringelneigung können besonders gut weiter verarbeitet werden. Insbesondere können daraus hergestellte textile Flächengebilde einfach und faltenfrei in ein Formwerkzeug eingelegt werden. Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Hybridgarn mittels eines Luftspinnverfahrens hergestellt. Bei einem Luftspinnverfahren wird ein im Wesentlichen unverdrehtes Faserband bis zur gewünschten Feinheit verstreckt und durch einen Luftstrom geführt, der dem verstreckten Faserband einen Falschdraht erteilt. Hierbei werden die äußeren Fasern des verstreckten Faserbands wesentlich stärker verdreht als die inneren Fasern. Beim Weitertransport des verstreckten Faserbands wird der Falschdraht aufgelöst, wobei ein Kern des so erzeugten Garns seine Drehung praktisch vollständig verliert. Hingegen verbleibt in einem Mantel des Garns eine dauerhafte Drehung, welche das Garn zusammenhält. Die so erhaltenen Garne weisen eine hohe Gleichmäßigkeit auf.

Das erfindungsgemäße Hybridgarn kann nun einfach hergestellt werden, indem einer Luftspinnvorrichtung ein Faserband aus einer innigen Mischung von thermoplastischen Matrixfasern und Verstärkungsfasern zugeführt wird. Kern und Mantel des Hybridgarns werden dann bei Durchlaufen der Luftspinnvorrichtung gleichzeitig aus einer gemeinsamen Faserquelle, nämlich aus dem der Luftspinnvorrichtung vorgelegten Faserband gebildet. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Hybridgarn kostengünstig und dennoch mit gleichmäßiger Gestalt hergestellt werden. Diese Vorteile gelten insbesondere gegenüber der Verwendung von Umwindvorrichtungen, bei denen die den Kern des Garnes bildenden Fasern und die den Mantel bildenden Fasern getrennt zugeführt werden.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist das Luftspinnverfahren ein Zweidüsen-Luftspinnverfahren. Bei einem derartigen Verfahren erfolgt das Auflösen des mit einer ersten Dralldüse erzeugten Falschdrahts mit einer entgegengesetzt wirkenden zweiten Dralldüse. Derartige Verfahren sind insbesondere zur Herstellung von Hybridgarnen aus längeren Stapelfasern mit einem geringen Anteil an Fasern im Mantel geeignet. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist das Luftspinnverfahren ein Eindüsen-Luftspinnverfahren. Bei einem derartigen Verfahren erfolgt die Garnbildung mit nur einer Dralldüse, die so angeordnet ist, dass vor der Verdrehung ein Teil der außenliegenden Fasern abgespreizt werden. Diese abgespreizten Fasern werden dann beim Rückdrehen um den Kern herumgewickelt. Derartige Verfahren sind insbesondere zur Herstellung von Hybridgarnen aus kürzeren Stapelfasern mit einem höheren Anteil an Fasern im Mantel geeignet.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein textiles Flächengebilde zur Herstellung von Formteilen, welche eine thermoplastische Matrix und darin eingebettete Verstärkungsfasern aufweisen. Dabei ist vorgesehen, dass das textile Flächegebilde ein Hybridgarn der vorstehend beschriebenen Art um- fasst, oder dass es aus Hybridgarn der vorstehend beschriebenen Art besteht. Es ergeben sich die bereits erwähnten Vorteile.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist das textile Flächengebilde ein Gewirk, ein Gestrick, ein Gewebe, ein Geflecht oder ein Gelege. Das erfindungsgemäße Hybridgarn kann mit verfügbaren Textilmaschinen in einfacher weise mit hoher Wirtschaftlichkeit insbesondere zu Gewirken, Gestricken, Geweben und Geflechten verarbeitet werden. Die Herstellung von Gelegen ist in der Regel aufwändiger, da Gelege üblicherweise durch Hilfsmittel, beispielsweise durch umlaufende Rahmen, stabilisiert werden müssen. Allerdings entstehen durch die Verwendung von Gelegen größere Spielräume bei der Anordnung des Hybridgarns, welche bei Gewirken, Gestricken, Geweben und Geflechten zumindest teilweise durch die verwendete Technologie vorgegeben ist. Auf dies Weise können Formteile besonders gut an die zu erwartenden mechanischen Belastungen angepasst werden. Soll beispielsweise das Formteil oder ein Bereich des Formteils lediglich in einer Richtung belastet werden, so können dort sämtliche Abschnitte des Hybridgarns so gelegt werden, dass deren Längsrichtung mit der Richtung der Belastung übereinstimmt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Formteil, welches eine thermoplastische Matrix und darin eingebettete Verstärkungsfasern aufweist. Dabei ist das Formteil durch Warmpressen eines textilen Flächengebildes der vorstehend beschriebenen Art hergestellt. Es ergeben sich die bereits erwähnten Vorteile.

Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridgarns der vorstehend beschriebenen Art. Dabei ist vorgesehen, dass in einem Verfahrensschritt ein Faserband bestehend aus einer innigen Mischung aus thermoplastischen Matrixfasern und aus Verstärkungsfasern hergestellt wird, und dass in einem weiteren Verfahrensschritt das Faserband mittels einer Luftspinnvorrichtung versponnen wird.

Sonstige vorteilhafte Aus- und/oder Weiterbildungen des erfindungsgemäßen textilen Flächengebildes, des erfindungsgemäßen Formteils und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vorstehend und/oder in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die vorstehenden vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung und/oder die in den abhängigen Ansprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander vorgesehen sein.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile sind nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Hybridgarns in einer schematischen Seitenansicht und

Figur 2 eine Blockdarstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines

Formteils, welches die Herstellung eines Hybridgarns gemäß der Figur 1 und die Herstellung eines textilen Flächengebildes aus dem Hybridgarn umfasst.

Figur 1 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridgarns 1 zur Herstellung von Formteilen in einer schematischen Seitenansicht. Dabei ist ein Längsabschnitt A des Hybridgarns 1 dargestellt, der zur Veranschaulichung der Struktur des Hybridgarns 1 lediglich einen Kern 2 des Hybridgarns 1 zeigt. In einem weiteren dargestellten Längsabschnitt A ₂ des Hybridgarns 1 ist das Hybridgarn 1 vollständig gezeigt, wobei ein Mantel 3 des Hybridgarns 1 den Kern 2 verdeckt.

Der Kern 2 besteht aus zumindest im Wesentlichen in einer Längsrichtung LR des Hybridgarns 1 geradlinig ausgerichteten Stapelfasern 4, 5. Die Stapelfasern 4, 5 des Kerns 2 bestehen dabei aus thermoplastischen Matrixfasern 4 und aus Verstärkungsfasern 5. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur einige der Stapelfasern 4, 5 mit Bezugszeichen versehen. Zur Unterscheidbarkeit der thermoplastischen Matrixfasern 4 und der Verstärkungsfasern 5 sind erstere weiß und letztere mit einer gestrichelten Linie ausgefüllt. Die den Kern 2 bildenden Stapelfasern 4, 5 bestehen dabei aus einer innigen Mischung 4, 5 von thermoplastischen Matrixfasern 4 und von Verstärkungsfasern 5.

Der Mantel 3 besteht hingegen aus Stapelfasern 6, 7, welche um die Stapelfasern 4, 5 herum schraubenlinienförmig angeordnet sind. Die Stapelfasern 6, 7des Mantels 3 bestehen ebenfalls aus thermoplastischen Matrixfasern 6 und aus Verstärkungsfasern 7. Auch hier sind nur einige der Stapelfasern 6, 7 mit Bezugszeichen versehen. Dabei sind zur Unterscheidbarkeit die thermoplastischen Matrixfasern 6 ebenfalls weiß und die Verstärkungsfasern 7 ebenfalls mit einer gestrichelten Linie ausgefüllt. Hierbei bestehen die den Mantel 3 bildenden Stapelfasern 6, 7 aus einer innigen Mischung 6, 7 von thermoplastischen Matrixfasern 6 und von Verstärkungsfasern 7. Aus dem Stapelfasern 4, 5, 6, 7 beinhaltenden Hybridgarn 1 gefertigte Formteile weisen quer zur Längsrichtung LR des Hybridgarns 1 eine höhere Festigkeit auf, als solche Formteile, welche aus Endlosfasern, auch Filamente genannt, bestehenden Hybridgarnen gefertigt sind. Insbesondere kann so bei Formteilen, welche aus schichtweise angeordneten textilen Flächengebilden gefertigt sind, der Zusammenhalt der einzelnen Schichten verbessert werden.

Zudem weist das Hybridgarn 1 einen geringeren Hohlraumanteil als Hybridgarne mit Endlosfasern auf, was die Gefahr von unerwünschten Lufteinschlüssen beim Formen des Formteils, also beim Konsolidieren des textilen Flächengebildes, verringert. Auf diese Weise wird die Festigkeit des Formteils verbessert.

Weiterhin ist ein aus dem Hybridgarn 1 gefertigtes textiles Flächengebilde besser drapierbar als ein Pendants aus Filamenten. Hierdurch erleichtert sich das faltenfreie Einlegen der textilen Flächengebilde in das Formwerkzeug, wobei gleichzeitig die Gefahr einer Beschädigung der Struktur des textilen Flächengebildes verringert wird. Auf diese Weise können die Herstellkosten des Formteils gesenkt werden. Zudem können so aus textilen Flächengebilden komplexer geformte Formteile hergestellt werden, da sich die textilen Flächengebilde besser an die Kontur des Formwerkzeugs anlegen lassen.

Ebenso wird durch die Verwendung von Stapelfasern 4, 5, 6, 7 die Gefahr verringert, dass die Fasern bei der Weiterverarbeitung, insbesondere beim Drapieren, geknickt werden. Dies wiederum ist vorteilhaft für die Festigkeit des späteren Formteils.

Indem nun sowohl der Kern 2 als auch der Mantel 3 des Hybridgarns 1 aus Stapelfasern 4, 5, 6, 7 besteht, können die genannten, durch die Verwendung von Stapelfasern 4, 5, 6, 7 erzielbaren Vorteile maximal genutzt werden. In einem unteren Abschnitt der Figur 1 ist die Drehung T im erfindungsgemäßen Hybridgarn 1 in Abhängigkeit vom Ort x längs eines Durchmessers des Hybridgarns 1 dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass im Bereich des Kerns 2 keine Drehung T vorhanden ist. Hingegen tritt im Bereich des Mantel 3 eine im Wesentlichen konstante Drehung T auf.

Es ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei der Figur 1 um eine idealisierte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hybridgarns 1 handelt. In der Praxis kann die dargestellte Struktur des Hybridgarns 1 mit einem Kern 2 von in einer Längsrichtung LR des Hybridgarns 1 geradlinig ausgerichteten Stapelfasern 4, 5 und einem Mantel 3 von um die Stapelfasern 4, 5 des Kerns 2 herum schraubenlinienförmig angeordneten Stapelfasern 6, 7 allerdings mit hinreichender Näherung erreicht werden, so dass die erfindungsgemäßen Vorteile erzielt werden. Ebenso ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei der Figur 1 nicht um eine maßstäbliche Darstellung handelt.

Dabei bewirkt die geradlinige Anordnung, also die unverdrehte Anordnung der Stapelfasern 4, 5 des Kerns 2 in Längsrichtung LR des Hybridgarns 1 , dass das spätere Formteil in Längsrichtung LR des Hybridgarns 1 eine höhere Festigkeit, insbesondere eine höhere Zugfestigkeit, aufweist, als dies bei der Verwendung von herkömmlichen Hybridgarnen, bei denen die Fasern über den gesamten Querschnitt verdreht sind, möglich wäre. Der Grund hierfür liegt darin, dass so im Formteil ein wesentlicher Anteil der Verstärkungsfasern 5, 7, nämlich die Verstärkungsfasern 5 des Kerns 2 des Hybridgarns 1 , parallel zueinander in Längsrichtung LR des Hybridgarns 1 verläuft.

Wenn nun das Hybridgarn 1 im textilen Flächengebilde so angeordnet wird, dass dessen Längsrichtung LR zumindest abschnittsweise einer Hauptbelastungsrichtung des späteren Formteils entspricht, so kann das Formteil mechanischen Belastungen besser standhalten. Auf diese Weise kann das Ver- hältnis von mechanischer Belastbarkeit und Gewicht des Formteils verbessert werden.

Die zur Weiterverarbeitung des Hybridgarns 1 notwendige Festigkeit wird bei dem erfindungsgemäßen Hybridgarn 1 im Wesentlichen dadurch gewährleistet, dass die den Mantel 3 bildenden Stapelfasern 6, 7 schraubenlinienförmig um den Kern 2 geschlungen und folglich verdreht sind.

Die in dem Mantel 3 enthaltenen Verstärkungsfasern verbessern dabei die Festigkeit des späteren Formteils quer zur Längsrichtung LR des darin aufgegangenen Hybridgarns 1 gerade im Vergleich zu solchen Formteilen, welche aus Endlosfasern bestehenden Hybridgarnen gefertigt sind. Hierdurch kann bei Formteilen, welche aus schichtweise angeordneten textilen Flächengebilden gefertigt sind, der Zusammenhalt der einzelnen Schichten weiter verbessert werden.

Die den Kern 2 bildenden Stapelfasern 4, 5 bestehen ebenso wie die den Mantel 3 bildenden Stapelfasern 6, 7 jeweils aus einer innigen Mischung 4, 5 bzw. 6, 7 von thermoplastischen Matrixfasern 4 bzw. 6 und von Verstärkungsfasern 5 bzw. 7. Durch die Verwendung von innigen Mischungen 4, 5 bzw. 6, 7 ist sichergestellt, dass in dem aus dem Hybridgarn 1 hergestellten textilen Flächengebilde die thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 und die Verstärkungsfasern 5, 7 homogen verteilt sind. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Verstärkungsfasern 5, 7 beim Aufschmelzen der thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 vollständig benetzt werden, so dass im späteren Formteil die Wechselwirkungen zwischen thermoplastischer Matrix und den Verstärkungsfasern 5, 7 durch eine verbesserte stoffschlüssige Verbindung maximiert werden, so dass ein mechanisch hoch belastbares Formteil mit gleichzeitig geringem Gewicht geschaffen ist.

Der volumenbezogene Anteil der Verstärkungsfasern 5, 7 an einer besagten innigen Mischung 4, 5 bzw. 6, 7 kann zweckmäßigerweise wenigstens 40%, bevorzugt wenigstens 45%, besonders bevorzugt wenigstens 50%, betragen. Weiterhin kann der volumenbezogene Anteil der thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 an einer besagten innigen Mischung 4, 5 bzw. 6, 7 wenigstens 20%, bevorzugt wenigstens 30%, besonders bevorzugt wenigstens 35%, betragen.

Grundsätzlich können sich die innigen Mischungen 4, 5 und 6, 7 hinsichtlich der darin jeweils enthaltenen thermoplastischen Matrixfasern 4 bzw. 6 unterscheiden. Denkbar ist beispielsweise eine unterschiedliche Materialzusammensetzung und/oder eine unterschiedliche Größe, insbesondere eine unterschiedliche Stärke und/oder Stapellänge. Ebenso können sich die innigen Mischungen 4, 5 und 6, 7 hinsichtlich der darin jeweils enthaltenen Verstärkungsfasern 5 bzw. 6 nach Material und/oder Größe unterscheiden. Dabei ist es auch möglich, dass sich die anteilsmäßige Zusammensetzung der innigen Mischung 4, 5 von der anteilsmäßigen Zusammensetzung der innigen Mischung 6, 7 unterscheidet. Vorzugsweise jedoch entsprechen sich die den Kern 3 bildende innige Mischung 4, 5 und die den Mantel 3 bildende innige Mischung 6, 7 hinsichtlich ihres Materials und der Abmessungen ihrer Stapelfasern 4, 5; 6,7.

Bei dem Hybridgarn 1 kann die Summe des volumenbezogenen Anteils der thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 und des volumenbezogenen Anteils der Verstärkungsfasern 5, 7 an dem Hybridgarn 1 wenigstens 90%, bevorzugt wenigstens 95%, besonders bevorzugt wenigstens 98% betragen. Die verbleibenden Volumenanteile können beispielsweise auf eine Schlichte oder auf Haftungsvermittler entfallen.

Dabei können die den Kern 2 bildenden Stapelfasern 4, 5 und/oder die den Mantel 3 bildenden Stapelfasern 6, 7 eine Länge von wenigstens 2,5 cm, bevorzugt von wenigstens 5 cm, besonders bevorzugt von wenigstens 10 cm und/oder eine Länge von höchstens 25 cm, bevorzugt von höchstens 20 cm, besonders bevorzugt von höchstens 15 cm, aufweisen. Die thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 können insbesondere eine feinheits- bezogene Höchstzugkraft von wenigstens 20 cN/tex, bevorzugt von wenigstens 30 cN/tex, besonders bevorzugt von wenigstens 50 cN/tex, aufweisen. Dabei umfassen die thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 bevorzugt Polyurethanfasern, Polyamidfasern und/oder Polyesterfasern. Die thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 des Hybridgarns 1 bestehen dabei bevorzugt aus einem einzigen Material.

Die Verstärkungsfasern 5, 7 können eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von wenigstens 100 cN/tex, bevorzugt von wenigstens 150 cN/tex, besonders bevorzugt von wenigstens 200 cN/tex, aufweisen. Die Verstärkungsfasern 5, 7 umfassen bevorzugt Glasfasern, Kohlenstofffasern und/oder Ara- midfasern. Bevorzugt bestehen die Verstärkungsfasern 5, 7 aus einem einzigen Material.

Der Drehungsbeiwert a _m des Hybridgarns 1 beträgt zweckmäßigerweise höchstens 200, bevorzugt höchstens 170, besonders bevorzugt höchstens 150, und/oder mindestens 70, bevorzugt mindestens 90, besonders bevorzugt mindestens 1 10.

Das Hybridgarn 1 weist bevorzugt einen Gesamttiter von wenigstens 100 dtex, bevorzugt von wenigstens 150 dtex, besonders bevorzugt von wenigstens 200 dtex, und/oder von höchstens 15000 dtex, bevorzugt von höchstens 12000 dtex, besonders bevorzugt von höchstens 10000 dtex, auf. Dabei kann der Anteil der den Mantel bildenden Stapelfasern an den Stapelfasern wenigstens 5%, bevorzugt wenigstens 10%, besonders bevorzugt wenigstens 15% und/oder höchstens 45%, bevorzugt höchstens 35%, besonders bevorzugt höchstens 25%, betragen. Insbesondere kann die Kringelneigung des Hybridgarns 1 höchstens 200 1/m, bevorzugt höchstens 180 1 /m, besonders bevorzugt höchstens 160 1 /m betragen. Figur 2 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils 8, welches die Herstellung eines Hybridgarns 1 gemäß der Figur 1 und die Herstellung eines textilen Flächengebildes 9 aus dem Hybridgarn 1 umfasst. Dabei gilt die Festlegung, dass Verfahrensschritte durch Rechtecke und die Ergebnisse der Verfahrensschritte durch Achtecke dargestellt sind.

Die Herstellung des Hybridgarns 1 umfasst einen Verfahrensschritt 10 zur Herstellung eines im Wesentlichen ungedrehten Faserbands 1 1 , welches aus einer innigen Mischung 4, 5, 6, 7 aus thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 und aus Verstärkungsfasern 5, 7 besteht.

Der Verfahrensschritt 10 kann so ausgestaltet sein, dass in Flockenform vorliegende Stapelfasern 4, 5, welche thermoplastische Matrixfasern 4, 5 sind, sowie in Flockenform vorliegende Stapelfasern 6, 7, welche Verstärkungsfasern 6, 7 sind, einer Flockenmischmaschine zugeführt werden. Hierdurch kann eine innige Mischung 4, 5, 6, 7 in Flockenform hergestellt werden, die dann einer Karde zugeführt werden kann. Mittels der Karde kann diese innige Mischung 4, 5, 6, 7 dann zu einem Faserband geformt werden. Dieses Faserband kann dann optional ein- oder mehrfach über eine Strecke geführt und dabei so verfeinert und/oder vergleichmäßigt werden, dass ein verspinnbares Faserband 1 1 entsteht, welches eine innige Mischung aus thermoplastischen Matrixfasern 4, 5 und aus Verstärkungsfasern 6, 7, jeweils in Stapelform, umfasst.

Alternativ kann der Verfahrensschritt 10 so ausgestaltet sein, dass die in Flockenform vorliegenden Stapelfasern 4, 5, welche thermoplastische Matrixfasern 4, 5 sind, mittels einer Karde zu Faserband einer erster Art geformt werden, welches im Wesentlichen thermoplastische Matrixfasern 4, 5 umfasst. Aus den in Flockenform vorliegenden Stapelfasern 6, 7, welche Verstärkungsfasern 6, 7 sind, wird ebenfalls mittels einer Karde Faserband einer zweiten Art hergestellt, welches im Wesentlichen Verstärkungsfasern 6, 7 umfasst. Durch gemeinsames ein- oder mehrmaliges Verstecken wenigs- tens eines Faserbands der ersten Art und wenigstens eines Faserbands der zweiten Art mittels einer Doublierstrecke kann dann ein verspinnbares Faserband 1 1 hergestellt werden, welches eine innige Mischung aus thermoplastischen Matrixfasern 4, 5 und aus Verstärkungsfasern 6, 7, jeweils in Stapelform, umfasst.

In einem Verfahrensschritt 12 wird dann das Faserband 1 1 einer Luftspinnvorrichtung zugeführt. Dabei wird das im Wesentlichen unverdrehte Faserband 1 1 bis zur gewünschten Feinheit verstreckt und durch einen Luftstrom geführt, der dem verstreckten Faserband 1 1 einen Falschdraht erteilt. Hierbei werden die äußeren Stapelfasern 6, 7 des verstreckten Faserbands 1 1 wesentlich stärker verdreht als die inneren Stapelfasern 4, 5. Beim Weitertransport des verstreckten Faserbands 1 1 wird der Falschdraht im Wesentlichen aufgelöst, wobei sich der unverdrehte Kern 2 sowie der verdrehte Mantel 2 des Hybridgarns 1 ausbildet.

Die Luftspinnvorrichtung kann dabei nach einem Zweidüsen-Luftspinnverfahren arbeiten. Bei einem derartigen Verfahren erfolgt das Auflösen des mit einer ersten Dralldüse erzeugten Falschdrahts mit einer entgegengesetzt wirkenden zweiten Dralldüse.

Alternativ kann die Luftspinnvorrichtung auf einem Eindüsen-Luftspinn- verfahren beruhen. Bei einem derartigen Verfahren erfolgt die Bildung des Hybridgarns 1 mit nur einer Dralldüse, die so angeordnet ist, dass vor der Verdrehung ein Teil der außenliegenden Stapelfasern 6, 7 abgespreizt werden. Diese abgespreizten Stapelfasern 6, 7 werden dann beim Rückdrehen um den Kern 2 herumgewickelt.

Die dem Verfahrensschritt 10 zugeführten Stapelfasern 4, 6 aus thermoplastischem Material können hergestellt werden, indem zunächst in einem Verfahrensschritt 13 Endlosfasern 14 aus thermoplastischem Material hergestellt werden. Diese Endlosfasern 14 können beispielsweise durch Schmelzspin- nen erzeugt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt 15 können die Endlosfasern 14 beispielsweise durch Schneiden oder durch Reißen auf die erforderliche Länge gebracht werden, so dass die Stapelfasern 4, 6 entstehen.

Analog können die dem Verfahrensschritt 10 zugeführten Stapelfasern 5, 7 aus Verstärkungsmaterial hergestellt werden, indem zunächst in einem Verfahrensschritt 16 Endlosfasern 17 aus Verstärkungsmaterial hergestellt werden. Diese Endlosfasern 17 können ebenfalls beispielsweise durch

Schmelzspinnen erzeugt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt 18 können die Endlosfasern 17 beispielsweise durch Schneiden oder Reißen auf die erforderliche Länge abgelängt werden, so dass die Stapelfasern 5, 7 entstehen.

Um nun aus dem Hybridgarn 1 ein textiles Flächengebilde 9 herzustellen, ist ein Verfahrensschritt 19 vorgesehen. Dieser kann ein gängiges Verfahren zur Herstellung eines Gewirks, eines Gestricks, eines Gewebes, eines Geflechts oder eines Geleges umfassen.

Aus dem so hergestellten textilen Flächengebilde 9 oder aus mehreren so hergestellten textilen Flächengebilden 9 kann dann in einem Verfahrensschritt 20 durch konsolidieren der thermoplastischen Matrixfasern 4, 6 ein Formteil 8 hergestellt werden. Hierbei können bekannte Warmpressverfahren eingesetzt werden.

Das neuartige Formteil 8 erlangt dabei seine überlegenen mechanischen Eigenschaften im Wesentlichen durch die Verwendung des vorstehend beschriebenen Hybridgarns 1 bei der Herstellung des Formteils.