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Title:
METHOD FOR PRODUCING COMPRESSED PLASTIC-COATED FIBRE STRANDS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/103664
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing compressed plastic-coated fibres or fibre strands, consisting of essentially parallel filaments, from fibre strands consisting of filaments coated with plastic. The invention is characterised in that fibre strands or a composite of a plurality of such fibre strands consisting of essentially parallel filaments to which the plastic is applied in a melted or liquid state, optionally as powder, are guided, following the coating, by means of a rotating device (6) which is used to carry out a local rotation of the fibres. The invention also relates to the use of the inventive individual filaments for producing saw threads, tapes and prepegs, fibre-reinforced plastic granulated material and fibre-reinforced preforms, or fibre-reinforced pultruded or extruded profiled elements. The invention further relates to a device for carrying out the inventive method.

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JPH06198515BEVEL SAW
WO/1994/020252ABRASIVE CUTTING TOOL
Inventors:
STAEHELI THEO (CH)
Application Number:
PCT/CH2004/000311
Publication Date:
December 02, 2004
Filing Date:
May 21, 2004
Export Citation:
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Assignee:
NEOPREG AG (CH)
STAEHELI THEO (CH)
International Classes:
B23D61/18; B29B15/10; B29B15/12; B29C70/50; (IPC1-7): B29B15/12; B29B15/10; B29C70/50; B23D61/18
Domestic Patent References:
WO2002087840A12002-11-07
Foreign References:
US5451355A1995-09-19
US4720366A1988-01-19
US5639307A1997-06-17
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 09 30 September 1996 (1996-09-30)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1998, no. 11 30 September 1998 (1998-09-30)
Attorney, Agent or Firm:
Welch, Andreas (Friedtalweg 5, Wil, CH)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von verdichteten, mit Kunst stoff beschichteten, Fasern bzw. Fasersträngen, bestehend aus im wesentlichen parallel ausgerichteten Endlosfasern, ausgehend von Fasersträngen bestehend aus mit Kunststoff beschichteten Endlosfasern, dadurch gekennzeichnet, dass man Faserstränge, oder mehrere solche Faserstränge im Verbund, bestehend aus im wesentlichen parallel ausgerich teten Endlosfasern, auf welchen sich der, gegebenenfalls als Pulver, aufgetragene Kunststoff in geschmolzenem bzw. flüssigem Zustand befindet, anschliessend an die Beschich tung durch eine Drehvorrichtung führt, mit welcher eine örtliche Drehung auf die Fasern ausgeübt wird, so dass die einzelnen Fäden im Verfahren, von der Drehvorrichtung aus gehend entlang der Fäden rückwärts in Richtung der Be schichtungsvorrichtung, in Form von Drehungen miteinander verdreht werden, wobei jedoch nach dem Durchlaufen der Drehvorrichtung die Drehungen nicht mehr oder nur noch in geringem Masse bestehen, so dass die Endlosfasern nach dem Durchlaufen der Drehvorrichtung keine oder nur eine gerin ge Anzahl spiralförmiger Umdrehungen pro Meter aufweisen und im wesentlichen parallel und linear, bzw. gerade, angeordnet sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehvorrichtung aus einer rotierenden Kalibrier düse besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass man dünne Fäden herstellt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 13, dadurch ge kennzeichnet, dass man die erhaltenen Faserstränge in einer Nachbeschichtung zusätzlich mit mineralischen Pulvern oder Metallpulvern bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Beschichtungspolymers, oder mit Kunst stoff, gegebenenfalls im Gemisch mit mineralischen Pulvern, nachbeschichtet und anschliessend aushärtet oder erstarren lässt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierdüse mit so hoher Geschwindigkeit rotiert, dass sämtliches überschüssiges Beschichtungsmaterial am Düsenrand weggeschleudert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende Kalibrierdüse in einer Hohlwelle fixiert ist und zusammen mit dieser Hohlwelle rotiert, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von mindestens 500 Umdrehungen pro Minute (UpM), vorzugsweise mindestens 2000 UpM, vorzugsweise mindestens 7000 UpM, und vorzugsweise mit etwa 10000 UpM.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 26, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kalibrierdüse auf mindestens die Schmelztemperatur der Faserbeschichtung erwärmt ist und die Polymerbeschichtung der Faser in erwärmten flüssigem Zustand ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 27, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere rotierende Kalibrierdüsen in Serie geschaltet sind und die Fasern durch diese Vorrich tungen geführt und derart kalibriert und verdichtet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierdüse einen inneren Durchmesser im Bereich von 1002000um, vorzugsweise im Be reich von 150600um und insbesondere im Bereich von 200 350um, vorzugsweise 200240um, aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 18, dadurch ge kennzeichnet, dass der Faserstrang vor der ersten Drehvor richtung rückwärts in Richtung der Beschichtungsvorrich tung, etwa 5 bis 50 spiralförmige Umdrehungen pro Meter, vorzugsweise etwa 10 bis 30 spiralförmige Umdrehungen pro Meter, vorzugsweise etwa 10 bis 20 Umdrehungen pro Meter, aufweist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 19, dadurch ge kennzeichnet, dass der Faserstrang nach dem Verlassen der Drehvorrichtung aus im wesentlichen parallel ausgerichteten Endlosfasern besteht, welcher vorzugsweise etwa 3 bis 10 Umdrehungen pro Meter und vorzugsweise etwa 2 bis 5 Um drehungen pro Meter, aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 111, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern, aus welchen die Faser stränge gebildet sind, synthetische anorganische Fasern, insbesondere Glasfasern, CFasern, Kunststofffasern, insbe sondere Aramidfasern (aromatisches Polyamid), Zylonfasern (PBO), vorzugsweise Zylon 28 DTEX, oder Naturfasern, insbe sondere Cellulosefasern, darstellen und deren Filament stärke vorzugsweise 5um bis 20um und etwa 100 tex4800 tex (0.1 g/m4.8 g/m), vorzugsweise 600 tex2400 tex, beträgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 112, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit mindestens einem synthetischen thermoplastischen Polymer mit einem Erwei chungspunkt von 100°C oder höher, vorzugsweise im Bereich von 140°C bis 390°C und besonders im Bereich von 150°C bis 350°C, beschichtet ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 112, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern mit mindestens einem duro plastischen Kunststoff in Form von Polykondensaten, vor zugsweise härtbare Phenol/Formaldehyd Kunststoffe, härtbare Bisphenolharze, härtbare Harnstoff/FormaldehydKunststoffe, Polyimide, BMIFormmassen und Polybenzimidazole (PBI) ; mit mindestens einem duroplastischen Kunststoff in Form von Polyaddukten, vorzugsweise Epoxidharze, Formmassen aus ungesättigten Polyesterharzen, DAPHarze, MFFormmassen, vorzugsweise härtbare Melamin/Phenol/FormaldehydForm massen, oder vernetzte Polyurethane.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 114, dadurch ge kennzeichnet, dass in der Nachbeschichtung mineralische, vorzugsweise kristalline, Verbindungen, gegebenenfalls im Gemisch mit weiterem Kunststoff, aufgebracht werden, vorzugsweise anorganischen Verbindungen, vorzugsweise Oxide, Karbide, Metallpulver vorzugsweise in Pulverform, vorzugsweise Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Stoffe grosser Härte, vorzugsweise kristalliner Kohlen stoff, vorzugsweise Diamanten, insbesondere Industrie diamanten, wobei deren durchschnittliche Korngrösse im Bereich von 5um300um, vorzugsweise im Bereich von 10pm 100um und insbesondere im Bereich von 10um30>m liegt.
16. Die nach einem der Ansprüche 115 hergestellten Fäden, Sägefäden, Tapes, Prepregs, faserverstärkten Kunst stoffgranulate, faserverstärkte Formteile, faserverstärkten pultrudierten oder extrudierten Profile.
17. Verwendung der gemäss einem der Ansprüche 115 herge stellten einzelnen Endlosfasern, bzw. die entsprechenden einzelnen Faserstränge im Verbund, für die Herstellung von Fäden, Sägefäden, sowie für die Herstellung von Tapes und Prepregs, von faserverstärkten Kunststoffgranulaten und faserverstärkten Formteilen oder von faserverstärkten pultrudierten oder extrudierten Profilen sowie für Gewebe, welche aus beschichteten Rovings gewoben und gegebenenfalls anschliessend verpresst werden.
18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 115, umfassend mindestens eine Beschich tungsvorrichtung (3) für die Beschichtung des Faserstrangs oder der Faserstränge im Schmelzbeschichtungsverfahren oder im Nassbeschichtungsverfahren oder im Trockenbeschich tungsverfahren, mindestens einen IROfen (4) als Durchlauf vorrichtung (für das Nassund im Trockenbeschichtungsver fahren) für die Fixierung der Beschichtung, gegebenenfalls eine Nachbeschichtungsvorrichtung (5) gegebenenfalls ver bunden mit einem weiteren IROfen (4), und mindestens eine Konditioniervorrichtung (9), bestehend aus einer Kühlein richtung und gegebenenfalls einer Erwärmungseinrichtung zur abschliessenden Konditionierung des beschichteten Fadens, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich anschlies send an die Beschichtungsvorrichtung (3), jedoch vor der Konditioniervorrichtung (9) und vor einer gegebenenfalls anwesenden Nachbeschichtungsvorrichtung (5), mindestens eine Drehvorrichtung (6) angebracht ist, durch welche die Faserstränge, oder mehrere solche Faserstränge im Verbund, verdichtet, und vorzugsweise gleichzeitig kalibriert, werden.
Description:
Verfahren zum Herstellen von verdichteten, mit Kunststoff beschichteten, Fasersträngen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her- stellen von verdichteten, mit Kunststoff beschichteten, Fasern bzw. Fasersträngen, bestehend aus im wesentlichen unidirektionalen parallel ausgerichteten Endlosfasern.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von kalibrierten und verdichteten dünnen Fäden oder Tapes, welche aus im wesentlichen parallel ausgerichteten Endlosfasern bestehen und welche beispielsweise für die Herstellung von kalibrierten dünnen Fäden, insbesondere Sägefäden für das Zuschneiden von prä- zisen Werkstücken in der Elektronikindustrie, oder für die Herstellung von Tapes und Prepregs, von faserverstärkten Kunststoffgranulaten, von faserverstärkten Formteilen sowie im Strangziehen Verwendung finden.

Die Herstellung von mit Kunststoff beschichteten Fasern, und Fasersträngen (Rovings), welche vorzugsweise aus im wesentlichen parallel ausgerichteten Endlosfasern, auch in Form von Tapes oder Prepregs, bestehen, ist an sich be- kannt. Dabei werden üblicherweise Faserstränge, welche aus Endlosfasern bestehen, mit einem Kunststoff, oder einem Gemisch von Kunststoffen, welche diverse Zusatzstoffe ent- halten können, beschichtet und in weiteren Verarbeitungs- stufen, je nach Verwendungszweck, zu Fäden, zu Granulaten, zu faserverstärkten Formteilen oder zu pultrudierten oder extrudierten Profilen verarbeitet.

So ist es bekannt, im Schmelzbeschichtungsverfahren zu be- schichtende Faserstränge durch die Schmelze eines thermo- plastischen Kunststoffs zu führen, anschliessend abkühlen

zu lassen, und dann weiter zu verarbeiten. In der prakti- schen Anwendung dieses Verfahrens, insbesondere bei hohem Faseranteil und zunehmender Faserlänge, werden aber eine hohe Streuung der Festigkeitswerte und zahlreiche örtliche Schwachstellen am Formteil festgestellt. Durch die hohen Scherkräfte, wie solche bei der Schmelzenimprägnierung auf- treten, werden feine Filamente, z. B. von Kohlenstofffasern, gebrochen und es kommt zu Filamentschäden oder Fadenrissen im Prozess. Ahnlich verhält es sich in der Anwendung von Nassbeschichtungsverfahren, d. h. eines flüssigen Impräg- nierbades, in welchem der Kunststoff in einem Lösungsmittel gelöst ist, wobei in diesem Fall noch die mit dem Abdampfen des Lösungsmittels verbundenen Schwierigkeiten hinzu kommen.

Im Trockenbeschichtungsverfahren, werden die zu beschich- tenden Faserstränge vorzugsweise durch eine Wirbelschicht bewegt. Diese Wirbelschicht besteht in der Regel aus einem thermoplastischen Polymerpulver, in welchem gegebenenfalls Zusatzstoffe eingearbeitet (compoundiert) sind, oder aus einem duroplastisch härtbaren Kunststoffpulver oder Kunst- stoffpulver-Premix, wobei dieses als Beschichtung auf die Fasern aufzieht. Es ist auch möglich, die einzelnen Komponenten der Beschichtung im Wirbelschichtverfahren, direkt auf die Faser in der gewünschten Zusammensetzung gleichmässig aufzubringen, wobei man gegebenenfalls die einzelnen in der Wirbelschicht sich befindenden Beschich- tungskomponenten zusätzlich in der Wirbelschicht mischt, so dass eine Entmischung der einzelnen Komponenten praktisch verhindert wird. Anschliessend werden die be- schichteten Fasern vorzugsweise in einem Durchlaufofen, beispielsweise mittels IR-Strahlung, zumindest teilweise aufgeschmolzen und dann wieder abgekühlt. Derart wird eine verbesserte Verteilung des Kunststoffs auf der Faser er-

reicht. Dieses Trockenbeschichtungsverfahren hat jedoch den Nachteil, dass ein Teil des zur Beschichtung verwende- ten Pulvers nach dem Austritt aus der Beschichtungseinheit von der Faser wieder abfällt, wodurch der Pulverauftrag und damit der Harzanteil und/oder der Füllstoffanteil im Endprodukt eingeschränkt wird, was die Qualität des End- produkts beeinträchtigt. Das Beschichtungspulver fällt aber auch noch im Durchlaufofen ab und zersetzt sich im Kontakt mit der überhitzten Ofenoberfläche, so dass Zer- setzungsprodukte entstehen, welche über die Abluft in die Entlüftungsanlage und die Umwelt gelangen. Zudem gelangen diese Teilchen als Staub und als Zersetzungsprodukte auch in andere Teile der Produktionsanlage, insbesondere in die Filter der Entlüftungsanlage, und verschliessen dort die Filter der Entlüftungsanlage. Dies wiederum führt zu Un- gleichgewichten in der Betriebsführung und den Betriebsbe- dingungen, was die Qualität der beschichteten Faserstränge negativ beeinflusst.

In allen Fällen der genannten Beschichtungsverfahren erge- ben sich in der praktischen Anwendung, insbesondere bei hohem Faseranteil, eine hohe Streuung der Festigkeitswerte und zahlreiche örtliche Schwachstellen am gebildeten Faden und damit auch am Formteil. Insbesondere ergeben sich auch örtliche Unterschiede im Fadendurchmesser, sowie in der Rundung bzw. im Rundungsgrad der Faser und in deren Bele- gung mit Kunststoff, was in der Folge die genannten Nach- teile verursacht. Es besteht daher das Bedürfnis, diese Nachteile zu verringern oder gänzlich zu beheben.

Für die Herstellung von dünnen Fäden, insbesondere von Sägefäden für die Elektronik-Industrie zum Schneiden von präzisen Formteilen, beispielsweise von Formteilen, welche aus Siliziumkarbid bestehen, oder von Wafers, Chips, und

verwandten Formteilen oder in der Herstellung von Sonnen- kollektoren, ist es im weiteren nötig, dass diese Fäden sowohl möglichst dünn sowie auch sehr präzis, d. h. im gleichen Durchmesser entlang ihrer gesamten Länge, gear- beitet sind, wobei der Durchmesser dieser Fäden im Mikron- bereich liegt, vorzugsweise im Bereich von 100-1000 Mikron (um), und die Schwankungsbreite der linearen Abweichung des Durchmessers vom Sollwert innerhalb von nur wenigen Mikron liegen soll. In diesem Sinne ist eine sehr genaue Kalibrierung der Fäden notwendig, das heisst, dass man sowohl den Durchmesser als auch die Rundung des Fadens entlang der gesamten Fadenlänge innerhalb der vorgegebenen Masse genau einstellt und kontrolliert.

Für die Beschichtung von Fasersträngen, insbesondere in der Pulverbeschichtung, werden, auch in der vorliegenden Erfindung, vorzugsweise lineare unidirektionale Faser- stränge bzw. Rovings, verwendet, das sind Faserstränge bzw. Rovings, worin die Endlosfäden im wesentlichen paral- lel, und im wesentlichen gerade bzw. plan-parallel, ange- ordnet sind. Diese Rovings lassen sich im Beschichtungs- vorgang leichter auffächern und damit gleichmässiger beschichten.

Es wurde nun gefunden, dass man dünne mit Kunststoff be- schichtete Endlosfäden (bestehend aus einer Vielzahl ein- zelner Endlosfasern), bzw. solche mit Kunststoff beschich- tete Fasern oder Faserstränge, bestehend aus im wesentli- chen parallel ausgerichteten Endlosfasern, erhält, wenn man die Faserstränge, auf welchen sich der, gegebenenfalls als Pulver aufgetragene, Kunststoff in geschmolzenem bzw. flüssigem Zustand befindet, anschliessend an die Beschich- tung durch eine Drehvorrichtung führt, mit welcher eine örtliche Drehung auf die Fasern ausgeübt wird. Durch eine

solche örtliche hohe Drehung werden die Fasern in hohem Masse verdichtet. Dabei werden die Fäden im Verfahren von der Drehvorrichtung ausgehend entlang der einzelnen Fäden rückwärts in Richtung der Beschichtungsvorrichtung mit- einander verdreht. Nach dem Durchlaufen der Drehvorrich- tung bestehen die Drehungen aber nicht mehr oder nur noch in geringem Masse, so dass die Endlosfasern nach dem Durchlaufen der Drehvorrichtung keine oder nur eine gerin- ge Anzahl spiralförmiger Umdrehungen pro Meter aufweisen, im wesentlichen aber parallel, linear und gerade angeord- net sind. Solche Fäden können anschliessend weiter bear- beitet werden, beispielsweise zusätzlich mit einem geeig- neten Kunststoff und/oder gegebenenfalls mit mineralischem Korn beschichtet und anschliessend ausgehärtet werden.

Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Drehvorrichtung aus einer rotie- renden Kalibrierdüse besteht. Durch die erfindungsgemässe rotierende Kalibrierdüse wird der Faserverbund zusätzlich kalibriert und besonders stark homogenisiert, gleichzeitig verdichtet wobei die eingeschlossenen Gase aus dem Verbund hinaus gedrängt werden. Es entstehen kalibrierte Faser- stränge, welche im Durchmesser entlang ihrer gesamten Länge genau gearbeitet sind und nur eine geringe lineare Abweichung in der gewünschten Durchmesserlänge und somit einen hohen Rundungsgrad aufweisen, und zudem sehr kompakt bzw. verdichtet sind.

Derart werden vorzügliche Sägefäden oder beschichtete Faserstränge erhalten, welche genau im Durchmesser, bzw. im Rundungsgrad, entlang ihrer gesamten Länge gearbeitet sind, wobei die Schwankungsbreite der linearen Abweichung des Durchmessers vom Sollwert gering ist. Diese Sägefäden sind insbesondere für die Herstellung von elektronischen

Formteilen, wie Wafers, Chips und verwandte Formteile, geeignet.

Zusätzlich ergeben sich die Vorteile, dass sich das wäh- rend der Beschichtung auf die Endlosfasern aufgebrachte Material im Faserstrang durch die Wirkung der Drehvorrich- tung besser verteilt. Derart fällt beim Eintritt in den Durchlaufofen kein oder nur sehr wenig Material von der beschichteten Faser ab. Dadurch werden Materialverluste vermindert, der Materialverbrauch optimiert und die Umwelt geschont, was insbesondere beim'Erhitzen bzw. beim Härten der Beschichtungsmaterialien zur Wirkung kommt.

Verwendet man eine rotierende Kalibrierdüse, so wird ein allfälliger Schmelzenkegel durch die rotierende Kalibrier- düse an deren Düsenrand weg geschleudert und legt sich nicht tropfenweise auf dem Faden ab. Gemäss der Konstruk- tion einer Kalibrierdüse, wie dies im weiteren in Figur 2a gezeigt ist, wird ein allfälliger Schmelzenkegel am Düsen- austritt weg geschleudert. Es entsteht ein kalibrierter Faden hoher Dichte und frei von Lufteinschlüssen.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann der Füllstoff- anteil im Beschichtungspremix deutlich erhöht werden, so dass Produkte mit geringerem Faseranteil und höherem Füll- stoffanteil hergestellt werden können. Auch die Schütt- dichte und die Rieselfähigkeit eines aus solchen erfin- dungsgemäss verdichteten Fäden hergestellten Granulats wird deutlich erhöht und die Flausenbildung bei der Granulierung erheblich vermindert.

Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird auch die Reiss- festigkeit der beschichteten Faserstränge im Herstellungs- verfahren selbst überraschend stark erhöht und kann ohne

weiteres verdoppelt werden. Fadenbrüche im Verfahren, ins- besondere auch im Bereich zwischen der Beschichtungsvor- richtung und der Dreheinheit, werden derart auch bei hoher Fadenspannung weitgehendst vermieden.

Diese unerwarteten Vorteile erlauben es, das gesamte Ver- fahren unter bedeutend erhöhter Fadenspannung durchzufüh- ren, was wiederum eine ausgeglichenere Prozessführung und eine erhöhte Produktivität der Produktionsanlage erlaubt.

Überraschenderweise bleiben in der Trockenbeschichtung, als Folge der durch die Drehvorrichtung erzeugten örtli- chen Drehwirkung, auch relativ grobe Pulverpartikel mit einer Korngrösse von bis zu 300um im Verbund eingeschlos- sen, so dass auf eine unwirtschaftliche Feinstmahlung der Polymere mit engem Korngrössenspektrum verzichtet werden kann.

Die Erfindung ist in den Patentansprüchen definiert. Ins- besondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Her- stellen von verdichteten, mit Kunststoff beschichteten, Fasern bzw. Fasersträngen, bestehend aus im wesentlichen parallel ausgerichteten Endlosfasern, ausgehend von Faser- strängen bestehend aus mit Kunststoff beschichteten Endlos- fasern, dadurch gekennzeichnet, dass man Faserstränge, oder mehrere solche Faserstränge im Verbund, bestehend aus im wesentlichen parallel ausgerichteten Endlosfasern, auf wel- chen sich der, gegebenenfalls als Pulver, aufgetragene Kunststoff in geschmolzenem bzw. flüssigem Zustand befin- det, anschliessend an die Beschichtung durch eine Drehvor- richtung führt, mit welcher eine örtliche Drehung auf die Fasern ausgeübt wird, so dass die einzelnen Fäden im Ver- fahren, von der Drehvorrichtung ausgehend entlang der Fäden rückwärts in Richtung der Beschichtungsvorrichtung, in Form von Drehungen miteinander verdreht werden, wobei

jedoch nach dem Durchlaufen der Drehvorrichtung die Drehungen nicht mehr oder nur noch in geringem Masse be- stehen, so dass die Endlosfasern nach dem Durchlaufen der Drehvorrichtung keine oder nur eine geringe Anzahl spiral- förmiger Umdrehungen pro Meter aufweisen, im wesentlichen aber parallel und linear, bzw. gerade, angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft auch eine besondere Ausführungsform zum Herstellen von verdichteten, mit Kunststoff beschichte- ten, Fasern bzw. Fasersträngen, bestehend aus im wesentli- chen parallel ausgerichteten Endlosfasern, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drehvorrichtung aus einer rotierenden Kalibrierdüse besteht, wobei kalibrierte und verdichtete Fäden erhalten werden.

Der derart behandelte Faserstrang oder mehrere solcher Faserstränge im Verbund können einer weiteren Beschichtung bzw. Nachbeschichtung unterzogen werden. In diesem Sinne betrifft die Erfindung auch ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man die erfindungsgemäss verdich- teten Faserstränge in einer Nachbeschichtung zusätzlich mit mineralischen Pulvern oder Metallpulvern bei Tempera- turen über dem Schmelzpunkt des Beschichtungspolymers, oder mit Kunststoff, gegebenenfalls im Gemisch mit minera- lischen Pulvern, nachbeschichtet und anschliessend aus- härtet oder erstarren lässt.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung der erfindungsgemäss verdichteten Faserstränge, oder mehrere solcher Faserstränge im Verbund, für die Herstellung von Sägefäden, welche z. B. für die Herstellung von elektroni- schen Formteilen, vorzugsweise Wafers, Chips und ver- wandten Formteilen, geeignet sind, sowie für die Herstel- lung von Tapes und Prepregs, von faserverstärkten Kunst-

stoffgranulaten und faserverstärkten Formteilen oder von faserverstärkten pultrudierten oder extrudierten Profilen.

Darin eingeschlossen sind auch Gewebe, welche aus beschich- teten Rovings gewoben und gegebenenfalls anschliessend ver- presst werden. Tapes umfassen auch endlos hergestellte faserverstärkte Tapes. Prepregs umfassen unidirektionale und gewebeverstärkte Prepregs.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch die derart herge- stellten Fäden, Sägefäden, Tapes, Prepregs, faserverstärk- ten Kunststoffgranulate, faserverstärkten Formteile, faser- verstärkten pultrudierten oder extrudierten Profile. Im weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrich- tung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Die genannten beschichteten einzelnen Endlosfasern, bzw. einzelnen Faserstränge im Verbund, können im Schmelzbe- schichtungsverfahren, im Nassbeschichtungsverfahren und/- oder im Trockenbeschichtungsverfahren beschichtet worden sein, vorzugsweise im Trockenbeschichtungsverfahren. Die Verdichtung der einzelnen Endlosfasern, bzw. der einzelnen Faserstränge im Verbund, führt man so durch, dass man, an- schliessend an den Beschichtungsvorgang, die beschichteten, einzelnen Endlosfasern, bzw. einzelnen Faserstränge im Verbund, durch mindestens eine Drehvorrichtung, vorzugswei- se eine Vorrichtung, welche gleichzeitig kalibriert und verdichtet, wie beispielsweise eine rotierende Kalibrier- düse, führt, wodurch diese Endlosfasern bzw. die einzelnen Faserstränge im Verbund beim Durchlauf verdichtet, bzw. durch die rotierende Kalibrierdüse gleichzeitig sowohl kalibriert als auch verdichtet werden.

Eine geeignete Drehvorrichtung, wie in Figur 1 angedeutet und in Figur 2 genauer angegeben, kann beispielsweise aus

zwei gekühlten, mit V-Nuten versehenen Wellen bestehen, welche im Winkel von weniger als 90° (<90°), vorzugsweise in einem Winkel im Bereich von 5° bis 20°, hinter einander angeordnet sind. Vorzugsweise ist die 1. Welle mit einem Winkel über oder unter 90° zur Fadenrichtung angeordnet vorzugsweise in einem Winkel von mindestens 91° bzw.

89° (>1°), vorzugsweise in einem Winkel im Bereich von 60° bis 120°. Die zweite Nutwelle ist rechtwinklig zur Faden- laufrichtung angeordnet. Der beschichtete Roving läuft beispielsweise über die erste Welle und unter der zweite Welle durch, das heisst die Rovings werden über die erste Welle und anschliessend unter der zweiten Welle jeweils in deren V-Nute durchgeführt. In diesem Fall rotiert die erste Welle nach links und die zweite Welle nach rechts.

Dabei ist die V-Nute der ersten Welle in der Fadenachse um mindestens 1 mm, vorzugsweise um 5 mm seitlich versetzt, so dass der Faden seitlich über die Schrägflanken der ersten Welle läuft. Der Faden wird durch die Winkel- anordung der Wellen und durch den Versatz der Nuten an die V-Flanken gedrückt und durch die senkrecht zur Fadenachse wirkende Komponente verdreht, so dass eine Rechts-bzw.

Linksdrehung des Fadens resultiert. Die Anzahl der Drehungen (angegeben als Drehungen pro Meter) wird primär durch die Winkelöffnung der l. Welle bestimmt. Die Rotation der Nutwellen wird durch die Reibung mit den beschichteten Fasersträngen oder zusätzlich durch Fremdantrieb erreicht.

Die Anzahl der Drehungen pro Meter ist produktabhängig und wird durch Optimierung der Winkelanordnung und der Reibung des beschichteten Fadenstrangs in den V-Nuten bestimmt, was für den Fachmann kein Problem darstellt.

Die Verdrehwellen sind vorzugsweise nach dem ersten oder gegebenenfalls nach einem weiteren Durchlaufofen ange-

bracht bzw. installiert. Die Drehung wirkt gleichmässig, wie bereits oben beschrieben, über die gesamte Länge des Faserstrangs bzw. Faserstränge rückwirkend bis zu dem Ort, wo der Faserstrang die Beschichtungsvorrichtung, bzw. für das vorliegende Beispiel, die erste Verdrehwellen ver- lässt. Nach dem Durchlauf der Drehvorrichtung lösen sich die Drehungen wieder auf und ergeben den erfindungsgemäss Faden mit im wesentlichen parallelen Fasern, welche keine oder nur wenige Drehungen pro Meter aufweisen.

Benützt man eine Kalibrierdüse, so rotiert diese mit so hoher Geschwindigkeit, dass die einzelnen Endlosfasern, bzw. die einzelnen Faserstränge im Verbund, verdichtet und auch kalibriert werden. Dabei wird bei der Kalibrierung sämtliches überschüssiges Beschichtungsmaterial, welches sich als Schmelzenkegel am Düsenausgang bildet, weg ge- schleudert. Der Durchmesser der Kalibrierdüse ist so ein- gestellt, dass der gewünschte Fadendurchmesser erhalten wird. Dabei werden die Fäden, wie bereits erwähnt, im Ver- fahren von der rotierenden Kalibrierdüse jeweils entlang des Fadens rückwirkend in Richtung der Beschichtungsvor- richtung verdreht. Nach dem Durchlaufen der rotierenden Kalibrierdüse bestehen die Drehungen nach vorne aber nicht mehr oder nur noch zum Teil, so dass die Fäden (Filamente) nach dem Durchlaufen der rotierenden Kalibr. ierdüse keine oder nur eine definierte kleine Anzahl spiralförmiger Umdrehungen pro Meter aufweisen..

Die rotierende Düse ist vorzugsweise in einer Hohlwelle angebracht bzw. fixiert und rotiert zusammen mit dieser Hohlwelle mit einer geeigneten Geschwindigkeit von in der Regel mindestens 500 Umdrehungen pro Minute (UpM), vor- zugsweise mindestens 2000 UpM, vorzugsweise mindestens 7000 UpM, und vorzugsweise mit etwa 10000 UpM. Bevorzugt

ist ein Bereich von 7000 UpM bis 15000 UpM. Dabei wird die, vorzugsweise aus Hartmetall gefertigte, Düse vor- zugsweise auf mindestens die Schmelztemperatur der Faser- beschichtung erwärmt, d. h. in der Regel auf mindestens etwa 100°C und vorzugsweise auf etwa 150-180°C.

Die Polymerbeschichtung der Faser muss beim Durchlaufen der Drehvorrichtung flüssig sein, d. h. auf eine Temperatur erwärmt sein, welche in der Regel bei mindestens 100°C, und vorzugsweise bei mindestens etwa 150-200°C, bzw. etwa 50°C über dem Schmelzpunkt des Polymers liegt. Diese Erwärmung kann beispielsweise mittels IR-Strahlung oder Heissluft erfolgen.

Es ist auch möglich, mehrere einzelne rotierende Kalib- rierdüsen, hintereinander in Serie zu schalten und die Fasern durch diese Vorrichtungen zu führen. Dadurch werden die Fasern noch genauer kalibriert und höher verdichtet.

Vorzugsweise haben die hintereinander geschalteten Kalib- rierdüsen abnehmende innere (Kalibrier-) Durchmesser.

Vorzugsweise hat die rotierende Kalibrierdüse einen inne- ren Durchmesser im Bereich von etwa 100-2000um (Mikro- meter, Mikron), vorzugsweise im Bereich von etwa 150-600um und insbesondere im Bereich von etwa 200-35. Opm, beispiels- weise etwa 200-240um, wodurch ein erfindungsgemäss herge- stellter kalibrierter und verdichteter, bzw. homogenisier- ter und verdichteter, Strang mit einem entsprechenden Durchmesser erhalten wird. Dabei beträgt die durchschnitt- liche lineare Abweichung von Sollwert des Durchmessers am gehärteten Faden in der Regel weniger als 6%, und vorzugs- weise weniger als 4, und bewegt sich ebenfalls im Mikron- bereich, was einen sehr hohen Rundungsgrad ergibt.

Die Drehvorrichtung übt auf die Faser beim Durchlaufen ein örtliches Drehmoment aus. Dabei wird die Drehvorrichtung so eingestellt, dass der Faserstrang örtlich, beispiels- weise je nach der Rotationsgeschwindigkeit der Kalibrier- düse, vor der Drehvorrichtung etwa 5 bis 50 spiralförmige Umdrehungen pro Meter, aufweist, vorzugsweise etwa 10 bis 30 spiralförmige Umdrehungen pro Meter, vorzugsweise etwa 10 bis 20 Umdrehungen pro Meter. Nach dem Verlassen der Drehvorrichtung besteht diese örtliche vergleichsweise hohe Zahl an Umdrehungen pro Meter nicht mehr, so dass ein Faserstrang aus im wesentlichen parallel und gerade ausge- richteten Endlosfasern resultiert. Das bedeutet, dass der Faserstrang vorzugsweise noch etwa 3 bis 10 Umdrehungen pro Meter und vorzugsweise noch etwa 2 bis 5 Umdrehungen pro Meter, aufweist. Wurde ein Faserstrang beschichtet, in welchem die einzelnen Endlosfasern in paralleler Form angeordnet sind, so bleibt im verdichteten, vorzugsweise im kalibrierten und verdichteten, Faserstrang die gegen- seitige parallele Führung der einzelnen Fäden im wesentlichen erhalten.

Unabhängig von der erfindungsgemässen Verdichtung, vor- zugsweise Kalibrierung und Verdichtung, des Faserstrangs bzw. der Faserstränge, können die kalibrierten und ver- dichteten Faserstränge bzw. dünnen Fäden, zusätzlich in an sich bekannter Weise weiter verarbeitet werden, beispiels- weise zu dickeren und stärkeren Fäden.

Als Fasern, aus welchen die Faserstränge gebildet sind, können erfindungsgemäss alle an sich bekannten Fasern ver- wendet werden, welche für die Herstellung von faserver- stärkten Werkstoffen bekannt sind. Beispiele sind synthe- tische anorganische Fasern, insbesondere Glasfasern, C-Fa- sern, Kunststofffasern, insbesondere Aramidfasern (aroma-

tisches Polyamid), Zylonfasern (PBO) 28 dtex (0.028 gr/m), oder Naturfasern, insbesondere Cellulosefasern. Die Fila- mentstärke beträgt vorzugsweise etwa 5um bis 20um und etwa 100 tex-4800 tex (0.1 g/m-4.8 g/m), vorzugsweise 600 tex- 2400 tex, wie solche üblicherweise verwendet werden.

Als Kunststoff für die Beschichtung kann man erfindungs- gemäss an sich bekannte thermoplastische Kunststoffe (als compound oder als Premix) und/oder an sich bekannte duro- plastische Formmassen (vorzugsweise als Premix) verwenden.

Thermoplastische Formmassen bzw. Kunststoffe und deren Zu- satzstoffe sind aus der Literatur in grosser Zahl bekannt.

Synthetische thermoplastische Polymere sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der Polyolefine, vorzugsweise Polyäthylen, insbesondere HDPE, oder Polypropylene (PP) ; Polykarbonate ; Polyoxymethylene (POM) ; Polyethylentere- phthalate (PET) ; Polybutylenterephthalate (PBT) ; Polyethy- lensulfide (PES) ; Polyphenylenoxide (PPO) ; Polyphenylen- sulfide (PPS) ; PSO ; PVDS ; thermoplastischee Polykondensate, vorzugsweise Polyester und Polyamide, wie Polyamid 66, Polyamid 12, u. a. ; Polyvinylacetate ; Polystyrole ; Poly- acrylsäureester ; Polymethacrylsäureester ; Alkylen/Acryl- säure-Copolymere oder Alkylen/Methacrylsäure-Copolymere, vorzugsweise Äthylen/Acrylsäure-Copolymere ; PEEK und PEK, Alkylen/Maleinanhydrid-Copolymere ; oder Alkylen/Vinyl- alkohol-Copolymere. Bevorzugt sind HDPE, PP, Polykarbonate, POM, PET, PBT, PES, PEEK, PEAK, PPO, PPS, PSO, PVDS, und thermoplastische Polyamide. Bevorzugt sind synthetische Polymere mit einem Erweichungspunkt von 100°C oder höher, vorzugsweise im Bereich von 140°C bis 390°C und besonders im Bereich von 150°C bis 350°C.

Duroplastische Kunststoffe in Form von Polykondensaten 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 Polyester- harzen (UP-Formmassen), DAP-Harze (Polydiallylphthalat), MF-Formmassen, z. B. härtbare Melamin/Phenol/Formaldehyd- Formmassen, oder vernetzte Polyurethane (PUR).

Als Zusätze für thermoplastische Formmassen bzw. Kunst- stoffe sowie für duroplastische Kunststoffe in Form von Polykondensaten oder Polyaddukten sind beispielsweise, neben dem Harz/Härter/Beschleuniger-System für Duroplaste, Trennmittel, Gleitmittel, Füllstoffe, Pigmente, Haftver- mittler, Stabilisatoren und Inhibitoren. Solche Verbindun- gen sind an sich bekannt, ebenso wie die für die Beschich- tungen gemäss der vorliegenden Erfindung zu verwendenden bevorzugten Zusammensetzungen.

Die genannten Kunststoffe können im Schmelzverfahren bzw. direkt aus der Schmelze oder im Nassverfahren, das heisst in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst, oder im Trocken- beschichtungsverfahren wie eingangs beschrieben als Be- schichtung mit einer an sich bekannten geeigneten Apparatur auf die Faserstränge aufgetragen werden. Solche Vorrich- tungen und die Verfahrensbedingungen sind dem Fachmann bekannt.

Werden die erfindungsgemäss verdichteten, vorzugsweise kalibrierten und verdichteten, Faserstränge, oder mehrere solcher Faserstränge im Verbund, einer Nachbeschichtung unterzogen, so können die genannten Kunststoffe sowie die

genannten Beschichtungsverfahren, je nach Eignung und Wahl, unabhängig voneinander verwendet werden. Dabei kann der Kunststoff zusätzlich im Gemisch mit mineralischen oder metallischen, vorzugsweise kristallinen, Verbindungen verwendet werden und als Bindemittel für die mineralischen Stoffe dienen. Eine solche Nachbeschichtung ist insbeson- dere für die Herstellung von Sägefäden notwendig. Solche mineralische Stoffe sind vorzugsweise kristalline, Verbin- dungen, vorzugsweise anorganische Verbindungen, vorzugs- weise Oxide, Karbide, Metallpulver vorzugsweise in Pulver- form. Bevorzugt sind beispielsweise anorganische Verbin- dungen, wie Oxide, Karbide, vorzugsweise in Pulverform, wie beispielsweise Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Silizium- karbid, oder auch andere Stoffe grosser Härte, wie bei- spielsweise kristalliner Kohlenstoff, vorzugsweise Diamanten, insbesondere Industriediamanten, vorzugsweise in Form von Diamantpulver. Die Korngrösse des Pulvers liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 5um-300um (Mikron), vorzugsweise im Bereich von etwa 10um-100um und insbeson- dere im Bereich von etwa 10um-30um. Bevorzugt für die Nachbeschichtung sind synthetische Polymere mit einem Erweichungspunkt von 100°C oder höher, vorzugsweise im Bereich von 140°C bis 390°C und besonders im Bereich von 150°C bis 350°C, wobei dieselben Verfahrenstemperaturen zur Anwendung kommen, wie diese für die Beschich- tungsvorrichtung hierin beschrieben sind.

Die im Anhang gegebene Figur 1 illustriert ein Schema einer Vorrichtung für die erfindungsgemässe Beschichtung und Nachbeschichtung eines Faserstranges, enthaltend drei in Serie geschaltete rotierende Kalibrierdüsen, welche z. B. den Faden zuerst auf 300um, dann auf 260um, und anschlies- send auf 240um kalibrieren und gleichzeitig verdichten.

Figur 2 zeigt eine Drehvorrichtung enthaltend zwei, mit V- Nuten versehenen, gekühlten Wellen, welche im Winkel von weniger als 90° hintereinander angeordnet sind.

Figur 2a zeigt eine rotierende Kalibriervorrichtung, ent- haltend die rotierende Kalibrierdüse, im Querschnitt.

Figur 3 und Figur 3A zeigen eine rotierende Kalibrierdüse mit Scherteil, bestehend aus einem Konus für den Schmel- zenkegel A, der Zentrierbohrung B, der Querbohrung D, dem Flachkanal C, den Lagern E und F, sowie dem Zahnkranz G.

Dabei tritt der mit geschmolzenem Premix beschichtete Faserstrang durch die Zentrierbohrung B in die Düse, ex- pandiert in der Querbohrung D und tritt durch den Flach- kanal C wieder aus. Für besonders bruchempfindlichen Fila- mente oder für eine genaue Kalibrierung werden lediglich Runddüsen verwendet, um damit die Scherkräfte gering zu halten. Die Düse dreht bei diesem Vorgang mit 6000 bis 15000 Umdrehungen pro Minute. Durch den veränderten Querschnitt kommt es zu einem Schereffekt und Ausübung einer Drehkraft. Die inneren Faserfilamente werden dabei deutlich besser aufgeschlossen. Man erhält somit einen homogenen Strang mit gleichmässigem Harzgehalt. Dieser ist kompakter und lässt sich zu einem besseren-Granulat granulieren. Die Dichte des Strangs ist höher. Der beschichtete Strang wird durch die Rotation und durch den Flachkanal bis zur Beschichtung verdichtet, so dass der beschichtete Strang ohne Verlust an Beschichtungspartikeln den IR-Ofen passiert. Der Zahnkranz ermöglicht es, verschiedene Kalibrierdüsen auf engem Raum in Linie nebeneinander anzuordnen und gegenseitig anzutreiben.

Analoge Resultate erhält man mit eine Drehvorrichtung gemäss Figur 2.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kalibrier- düse, analog zu der in den Figur 3 und Figur 3A gezeigten, wobei aber der Flachkanal B enger ist als der als Kalib- rierbohrung C bezeichnete Kanal.

Die im Anhang als Figur 1 dargestellte Vorrichtung (1) be- steht aus einer Abwicklungsvorrichtung (2), der Beschich- tungsvorrichtung (3), der IR-Öfen (4), der Nachbeschich- tungsvorrichtung (5), der Drehvorrichtungen (6) gemäss Figur 2 oder 2a, wobei die Drehvorrichtung (6) vorzugsweise eine Drehvorrichtung nach Figur 2a darstellt, der Konditionier- vorrichtung (9) sowie der Wickeleinheit (10). Dabei ist die erste Drehvorrichtung direkt nach der Beschichtungsvorrich- tung (3) montiert. Weitere Drehvorrichtungen bzw. Kalib- riervorrichtungen sind anschliessend an den ersten IR-Ofen (4) angebracht.

Bedeutet die Beschichtungsvorrichtung (3) eine Vorrichtung für das Trockenbeschichtungsverfahren im Wirbelbett, so liegt die Korngrössenverteilung der Beschichtungskomponente oder der Beschichtungskomponenten in der Trockenbeschich- tung vorzugsweise im Bereich von 30um-250um, vorzugsweise im Bereich von 50um-300um. Die durchschnittliche Korngrösse liegt zur Hauptsache vorzugsweise bei etwa 50um-150pm.

Für die erfindungsgemässe Beschichtung von Fasersträngen im Trockenbeschichtungsverfahren mit einem Reaktionsharz, wie z. B. einem Epoxidharz, verwendet man vorzugsweise eine Schmelzentemperatur im Bereich von 60°C-300°C, vorzugsweise 70°C-220°C, eine Walzentemperatur von 10°C-200°C, vorzugs- weise 20°C-50°C, eine Fadengeschwindigkeit von 3-200 Meter pro Minute, vorzugsweise 50-150 Meter pro Minute. Die Ver-

arbeitungsbedingungen für die diversen Kunststoffe sind an sich bekannt und richten sich auch nach der Grösse der ver- wendeten Apparatur und können vom Fachmann ohne weiteres für den jeweilig verwendeten Kunststoff bzw. für das jewei- lig verwendete Harz richtig angewendet werden.

Im Pulverbeschichtungsverfahren selbst werden die Faser- stränge von einem Rovinggestell, vorzugsweise von der Aussenseite der Rolle, abgewickelt und in die Beschich- tungseinheit geführt, wo sie vorzugsweise aufgefächert werden und das Wirbelschichtbad durchlaufen. Das Wirbel- schichtbad umfasst im Prinzip eine Wanne und enthält die Zuführung für die Beschichtungskomponente bzw. Beschich- tungskomponenten, sowie den Fluidboden, der vorzugsweise aus gesintertem Aluminium oder Keramik besteht und durch welchen die Zuluft zum Fluidisierbecken, das ist die Flui- disierluft zur Aufrechterhaltung der Wirbelschicht, einge- leitet wird. Dabei ist der Durchmesser der Perforationen im perforierten Zwischenboden (Fluidboden) kleiner als die Korngrösse des verwendeten Beschichtungspulvers bzw. der Beschichtungskomponenten oder des Granulats. Durch die Perforationen wird von unten her Luft oder ein Inertgas eingeblasen, so dass ein wallendes Pulver-oder Granulat- bad bzw. eine Wirbelschicht entsteht. Im Wirbelschichtbad befinden sich auch mehrere Umlenkrollen oder Umlenkstäbe zur Auffächerung und Straffung der Fasern. Die Beschich- tungseinheit kann mit einer Einrichtung zur zusätzlichen Durchmischung der Beschichtungskomponenten, z. B. eine Mischvorrichtung für eine zusätzliche mechanische Durch- mischung der Beschichtungskomponenten, versehen sein.

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 oder Keramik verwendet. Die Konditionierung der Fluidisierluft ermöglicht es, Thermoplastpulver mit hohem Schmelzpunkt bereits während der Beschichtung bis unter die Erwei- chungstemperatur 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 Aushärtungsvorgang dieser Harzgemische einsetzt.

Nachdem die beschichteten Faserstränge das Wirbelschicht- bad verlassen haben, durchlaufen sie die Drehvorrichtung nach Figur 2 oder die Drehvorrichtung nach Figur 2a. Die Drehvorrichtung nach Figur 2a ist eine rotierende Kalib- riervorrichtung, enthaltend eine aus Hartmetall gefertigte rotierende Kalibrierdüse (7), durch welche die Endlosfasern beim Durchlauf gleichzeitig sowohl kalibriert als auch verdichtet werden. Die Kalibrierdüse (7) ist in einer Hohlwelle fixiert und rotiert zusammen mit dieser Hohl- welle. Die rotierende Hohlwelle kann durch einen an sich bekannten Elektroantrieb oder Druckluftantrieb angetrieben werden. Die Kalibrierdüsen können auch in Zahnräder integriert werden, wobei die einzelnen Zahnräder in Linie ineinander eingreifen und sich antreiben. Die in Figur 2a gezeigte Konstruktion der Kalibriervorrichtung bzw.

Kalibrierdüse ist nur eine der möglichen Ausführungs- formen.

Anschliessend an die erste Drehvorrichtung bzw. Kalibrier- vorrichtung (6) werden die beschichteten Faserstränge

durch einen IR-Ofen (4) bzw. einen Durchlaufofen geführt, wo sie erwärmt werden. Zu diesem Zweck enthält der Durch- laufofen vorzugsweise einen Infra-Rot-Erhitzer. Dabei wird die Beschichtung leicht flüssig oder pastös, aber nicht so flüssig, dass sie von den Fasern abtropfen kann. In diesem Zustand kann gegebenenfalls mittels einer Nachbeschich- tung, in einer weiteren Beschichtungseinrichtung (5) wei- teres Beschichtungsmaterial oder Granulat aufgebracht werden, welches aus anorganischem Pulver oder aus anorga- nischem Pulver gemischt mit organischem Polymer, oder aus organischem Polymer, wie vorgehend beschrieben, besteht.

Derart kann der beschichtete, erhitzte Faden auch durch fluidisiertes Mineral-oder Metallpulver geführt werden, wobei dieses Pulver vom erweichten Beschichtungspolymer mitgeführt wird. Dabei bestimmen die Temperatur und die Verweilzeit die Schichtdicke des aufgetragenen Materials.

Anschliessend kann in einem weiteren IR-Ofen behandelt werden. In dieser Weise kann die gewünschte Menge an Kunststoff und/oder anorganischem Material, welche auf die Fasern aufgebracht werden soll, ergänzt werden. Derart können Fadengewichte mit sehr niedrigem Glasanteil, bei- spielsweise Fäden mit nur 15 Gew.-% Glasfaseranteil, er- halten werden. Die Nachbeschichtung kann auch als Isola- tion dienen.

Nachdem die Faserstränge beschichtet, kalibriert und ver- dichtet und gegebenenfalls nachbeschichtet sind, werden diese nun durch eine Konditioniervorrichtung (9) geführt, welche aus einer Kühleinrichtung und gegebenenfalls einer Erwärmungseinrichtung besteht. Wurde als Beschichtung ein Epoxidharzgemisch aufgebracht, so werden die Faserstränge gegebenenfalls erneut erwärmt, wobei das Epoxidharzgemisch vorgeliert bzw. vorvernetzt, jedoch nicht ausgehärtet wird. Die Kühlung ist vor allem auch deshalb notwendig,

weil der Faser/Kunststoff-Verbund anschliessend durch ein Walzenpaar gezogen wird, welches diesen Verbund transpor- tiert. Am Ort des Walzenpaares muss der Faser/Kunststoff- Verbund einen festen Zustand aufweisen, da sonst der Kunststoff an den Walzen des Walzenpaares haften kann, wodurch diese verschmutzt würden und unter Umständen ein zuverlässiger Transport des Faser/Kunststoff-Verbunds be- hindert würde. Vorzugsweise durchläuft der Faser/Kunst- stoffverbund noch eine Erwärmungseinrichtung, in welcher die für die Granulierung bzw. Wicklung erforderliche Temperatur bestimmt wird. Anschliessend kann der erhaltene beschichtete Faserstrang aufgewickelt oder granuliert werden.

Verwendet man ein Pultrusionswerkzeug, so hat die Apparatur vorzugsweise den folgenden Aufbau : Spulengatter Beschichtungsbad-IR-Ofen-4 Dreh- <BR> <BR> /Kalibriervorrichtung Pultrusionswerkzeug<BR> Profilabzugwerk.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, umfas- send mindestens eine Beschichtungsvorrichtung (3) für die Beschichtung des Faserstrangs oder der Faserstränge im Schmelzbeschichtungsverfahren oder im Nassbeschichtungsver- fahren oder im Trockenbeschichtungsverfahren, mindestens einen IR-Ofen (4) als Durchlaufvorrichtung (für das Nass- und im Trockenbeschichtungsverfahren) für die Fixierung der Beschichtung, gegebenenfalls eine Nachbeschichtungsvor- richtung (5), gegebenenfalls verbunden mit einem weiteren IR-Ofen (4), und mindestens eine Konditioniervorrichtung (9), bestehend aus einer Kühleinrichtung und gegebenen- falls einer Erwärmungseinrichtung zur abschliessenden

Konditionierung des beschichteten Fadens, dadurch gekenn- zeichnet, dass im Bereich anschliessend an die Beschich- tungsvorrichtung (3), jedoch vor der Konditioniervorrich- tung (9) und vor einer gegebenenfalls anwesenden Nachbe- schichtungsvorrichtung (5), mindestens eine erfindungsge- mässe Drehvorrichtung, vorzugsweise eine Kalibriervorrich- tung (6), installiert sind, wobei durch die Drehvorrich- tung bzw. Kalibriervorrichtung (6) die beschichteten einzelnen Endlosfäden, aus welchen der jeweilige Faser- strang gebildet ist bzw. der Faserstrang, oder mehrere solche Faserstränge im Verbund, unmittelbar nach dem Verlassen der Beschichtungsvorrichtung (3) verdichtet bzw. verdichtet und kalibriert werden und einen kompakten geschlossenen Strang bilden.

Die folgenden Beispiele illustrieren die Erfindung.

Beispiel 1 PBO-Roving enthaltend 160 Filamente mit einem Filament- durchmesser von jeweils 0.005 mm, 0.012 mm und 0.014 mm (5um, 12um und 14pm) werden im Trockenbeschichtungsver- fahren mit einer Matrix beschichtet, welche ein übliches Bisphenolharz (Araldit (R)) und Härter (Durez@) der Firma Huntsmann und Durez, (50. 0'ci der gesamten Beschichtung) sowie übliche Trennmittel, Gleitmittel, Füllstoffe und Pigmente (50. 0%), in üblicher Zusammensetzung enthält. Die Komponenten der Matrix werden in einem Mischer gemischt und haben eine Korngrössenverteilung im Bereich von 30um bis 200um. Das Beschichtungsverfahren wird einer vorgehend in der Beschreibung beschriebenen Apparatur durchgeführt, wobei eine in der EP-A-0 680 813 beschriebene Beschich- tungseinheit verwendet wird. Direkt nach der Beschichtungs- einheit ist eine Kalibriervorrichtung, enthaltend eine in einem Hohlrohr montierte rotierende Düse zur kontinuier-

lichen gleichzeitigen Kalibrierung und Verdichtung der Faserstränge installiert. Diese Kalibriervorrichtung ent- spricht der in Figur 2a dargestellten Vorrichtung. Die Düse hat einen inneren Durchmesser von 300 um. Eine zweite und eine dritte solche Kalibriervorrichtung mit jeweils einem Düsendurchmesser von 260um und 240um, sind in Serie anschliessend an den IR-Durchlaufofen angebracht.

Dabei werden die Glasrovings von einem Rovinggestell, vor- zugsweise von aussen, abgewickelt, aufgefächert und über vier Umlenkstangen durch das Wirbelschichtbad geführt. Die beschichteten Rovings durchlaufen anschliessend eine Kalib- riervorrichtung, dann den Infra-Rot-Durchlaufofen bei einer Temperatur von 180°C und anschliessend die beiden in Serie geschalteten weiteren rotierenden Kalibriervorrichtungen.

Die beschichteten Rovings werden dann in der Konditionier- einheit konditioniert und gekühlt, so dass der Kunststoff fest wird.

Es wurden beschichtete Rovings mit einem Durchmesser von 240 jim und einer Abweichung des Durchmessers auf der Länge des Fadens von weniger als 0. 5. 9ei erhalten. Es konnte prak- tisch keine Rauchentwicklung von zersetztem Beschichtungs- material im Durchlaufofen und in der Konditioniereinheit festgestellt werden. Die Fadengeschwindigkeit (Durchsatz) betrug 140 Meter pro Minute.

Beispiel 2 Beispiel 1 wird wiederholt mit der Massgabe, dass anstelle der Kalibriervorrichtungen nach Figur 2a, (i) nur eine Drehvorrichtung nach Figur 2, und (ii) zuerst eine Dreh- vorrichtung nach Figur 2 und anschliessend eine Kalibrier-

vorrichtung nach Figur 2a installiert werden. Auch hier werden analog gute Resultate wie in Beispiel 1 erhalten.

Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel) Beispiel 1 wird wiederholt mit der Massgabe, dass auf die Installation der Kalibriervorrichtung (6) verzichtet wird.

Es wurden beschichtete Rovings mit einem Durchmesser von etwa 300 um und einer Abweichung auf der Länge des Fadens von 15% erhalten. Es konnte eine Rauchentwicklung von zer- setztem Beschichtungsmaterial im Durchlaufofen und in der Konditioniereinheit fest gestellt werden. Die Fadenge- schwindigkeit (Durchsatz) betrug 80 Meter pro Minute.

Beispiel 4 Beispiel 1 wird wiederholt mit der Massgabe, dass das Bis- phenolharz und der Härter sowie die Zusatzstoffe ersetzt werden durch ein PEEK-HT (vitreux@, der Firma Victrex. ) mit einem Schmelzpunkt von 370°C. Es werden analoge Resultate, wie in Beispiel 1 angegeben, erhalten.

Beispiel 5 Beispiel 1 wird wiederholt mit der Massgabe, dass das Bis- phenolharz und der Härter sowie die Zusatzstoffe ersetzt werden durch ein thermoplastisches Polyamid 11 Pulver mit einem Schmelzpunkt von 180°C. Es werden analoge Resultate, wie in Beispiel 1 angegeben, erhalten.

Beispiel 6 (Vergleichsbeispiel) Die Beispiele 1, 2,4 und 5 werden wiederholt mit der Mass- gabe, dass auf die Installation der erfindungsgemässen Drehvorrichtung bzw. rotierenden Kalibiervorrichtungen ver- zichtet wird. Auch hier sind die Resultate aus den Beispielen 1, 2,4 und 5 den Resultaten aus Beispiel 6 deutlich überlegen. Im Verfahren gemäss den Beispielen 1,

2,4 und 5 war die Fadenqualität, sowie der Verlust an Beschichtungsmaterial erheblich kleiner als im Beispiel 6.

Ebenso war die Schüttdichte eines gemäss den Beispielen 1, 2,4 und 5 erhaltenen Granulats merklich höher als die- jenige gemäss Beispiel 5. Auch der Durchsatz war in den Beispielen 1, 2,4 und 5 im Vergleich zu Beispiel 6 deutlich höher.