Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Multiaxialware mit wenigstens drei Fadenlagen.

Multiaxialwaren sind seit längerem bekannt.

Die EP 2547816 oder die EP 2547510 beispielsweise beschreiben

Multiaxialwaren, die eine Mehrzahl von Lagen - mit unterschiedlichen Winkeln zueinander innerhalb der Multiaxialware - aufweisen.

Nachteilig bei den bekannten Multiaxialwaren ist allerdings, dass mechanische Eigenschaften der Multiaxialwaren nur in einem begrenzten Bereich einstellbar sind. Beispielsweise ist die Druckbeaufschlagung der Multiaxialware in 0°- Richtung stark von dem Flächengewicht der Fadenlage in 0°-Richtung abhängig. Die Erhöhung des Flächengewichts würde folglich eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bewirken. Allerdings kann das Flächengewicht nicht ohne Probleme gesteigert werden. Ein hohes Flächengewicht führt häufig zu einer Faserablenkung oder Faserbündelung innerhalb der Lage (sogenannte

Ondulation), wodurch die Fadenlage oder deren Nachbarlagen eine Welligkeit erhalten. Die Welligkeit wiederum verringert die mechanischen Eigenschaften der Fadenlage.

Aus der Schrift EP 3023241 ist ein faserverstärktes Material bekannt, dass aus Tape-Material aufgebaut sein kann und dessen verschiedene Lagen in Winkeln zueinander abgelegt werden. Gemäß dieser Schrift werden die Tapes mit einem Abstand zueinander angeordnet vorgesehen (sie bilden seperation channels). Hierdurch wird die mechanische Eigenschaft des Materials beeinflusst, da garnfreie Bereiche entstehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Multiaxialware bereitzustellen, die besser an mechanische Eigenschaften anpassbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Multiaxialware, mit wenigstens drei

Fadenlagen, wobei jede der Fadenlagen von innerhalb der Fadenlagen

zueinander parallel und nebeneinander aneinander anliegend angeordneten Multifilamentverstärkungsgarnen gebildet wird, wobei wenigstens zwei

Fadenlagen innerhalb der Multiaxialware so angeordnet sind, dass sie eine 0°- Richtung innerhalb der Multiaxialware definieren und wobei die wenigstens eine weitere Fadenlage in einem Winkel von mehr als ±10° zur 0°-Richtung innerhalb der Multiaxialware angeordnet ist, wobei die wenigstens zwei Fadenlagen in 0°- Richtung bezogen auf die Anordnung der wenigstens drei Fadenlagen zueinander innerhalb der Multiaxialware ohne weitere Lage aus

Multifilamentverstärkungsgarnen dazwischen unmittelbar aufeinander folgen.

Mittels der Verwendung von wenigstens zwei Fadenlagen in 0°-Richtung, die innerhalb der Multiaxialware (ohne irgendeine weitere Lage aus

Multifilamentverstärkungsgarnen als Fadenlage dazwischen) aufeinander folgen, können vorteilhaft die mechanischen Eigenschaften der Multiaxialware beeinflusst werden. Beispielsweise können die mindestens zwei Fadenlagen in 0°-Richtung aus unterschiedlichen Multifilamentverstärkungsgarnen aufgebaut werden, wobei sich die unterschiedlichen Garntypen nicht oder nur wenig negativ beeinflussen können, da sie nicht innerhalb einer Lage vorliegen.

Die wenigstens eine weitere Fadenlage in einem Winkel von mehr als ± 10°zur 0°- Richtung innerhalb der Multiaxialware hat bevorzugt einen Winkel von ±30°, ± 45°, ± 60° und/oder 90° zur 0°-Richtung innerhalb der Multiaxialware. Die wenigstens eine weitere Fadenlage in einem Winkel von mehr als ± 10° zur 0°-Richtung ist jedoch keine Fadenlage, die eigentlich in 0°-Richtung abgelegt werden sollte und lediglich durch Ungenauigkeiten in einen gering von der 0°-Richtung

abweichenden Winkel abgelegt wurde. Die wenigstens eine weitere Fadenlage in einem Winkel von mehr als ± 10°zur 0°-Richtung wird im Folgenden auch nur als mindestens eine weitere Fadenlage bezeichnet.

Zur Klarstellung, die Multiaxialware kann eine Vielzahl von Fadenlagen aus Multifilamentverstärkungsgarnen aufweisen. Zwischen den mindestens zwei Fadenlagen, die die 0° Lagen bilden, liegen erfindungsgemäß jedoch keine Lagen (also auch keine weiteren Fadenlagen) aus Multifilamentverstärkungsgarnen mit einem Winkel von mindestens ± 10°zur 0° Lage. Zwischen den Fadenlagen in 0°- Richtung können folglich lediglich sogenannte Zwischenlagen liegen, wie beispielsweise Vlieslagen. Jede Lage, die Fasern mit einer Festigkeit von weniger als 2000 MPa und/oder eine überwiegend nicht parallele Faseranordnung innerhalb der Lage (z.B. Vliese, Wirrfaserlagen) aufweisen, soll dabei als

Zwischenlage angesehen werden.

Die Fadenlagen bestehen bevorzugt aus gespreizten

Multifilamentverstärkungsgarnen, die auch als Tapes bezeichnet werden können. Die Tapes haben vorzugsweise eine Breite von 80 bis 800 mm, besonders bevorzugt haben die Tapes eine Breite zwischen 250 bis 360 mm und ganz besonders bevorzugt von 600 bis 700 mm. Die gespreizten

Multifilamentverstärkungsgarne werden zur Herstellung der Fadenlagen so abgelegt, dass innerhalb der Fadenlage im Wesentlichen keine Lücken (garnfreie Bereiche) vorliegen. Die Multifilamentverstärkungsgarne liegen folglich aneinander lückenlos an. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bestehen die mindestens drei Fadenlagen aus jeweils einem Unidirektionalgewebe. In dem Unidirektionalgewebe liegen die Multifilamentverstärkungsgarne ebenfalls gespreizt zueinander parallel und nebeneinander aneinander anliegend vor, werden jedoch mit Hilfsgarnen verwebt, um die Stabilität der Lagen zu erhöhen. Als Hilfsgarne können beispielsweise Bikomponentenschmelzklebegarne mit einem Titer von 200 dtex verwendet werden.

Vorzugsweise stehen die wenigstens zwei Fadenlagen in 0°-Richtung in einem direkten Kontakt zueinander in der Multiaxialware. Unter einem„direkten Kontakt“ soll dabei verstanden werden, dass die wenigstens zwei Fadenlagen in 0°- Richtung in der Multiaxialware ohne jede weitere Zwischenlage (auch ohne Vlies) zwischen den wenigstens zwei Fadenlagen in 0°-Richtung aufeinander aufliegen.

Bevorzugt weisen die wenigstens zwei Fadenlagen in 0°-Richtung jeweils ein Flächengewicht von wenigstens 100 g/m ² , bevorzugter von wenigstens 150 g/m ² und besonders bevorzugt von wenigstens 180 g/m ² auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen alle Fadenlagen in 0°-Richtung dasselbe Flächengewicht auf. Denkbar wäre jedoch auch, dass die wenigstens zwei Fadenlagen in 0°- Richtung unterschiedliche Flächengewichte aufweisen. Da mindestens zwei Fadenlagen in 0°-Richtung für die Multiaxialware verwendet werden, können vorteilhafterweise hohe Flächengewichte in 0°-Richtung erzielt werden, so dass beispielsweise die Druckfestigkeit in 0°-Richtung erhöht wird. Gegenüber der Verwendung einer einzigen Lage mit hohem Flächengewicht ergibt sich jedoch der Vorteil, dass beispielsweise eine Fadenondulation nicht oder nur sehr gering in den einzelnen Fadenlagen in 0°-Richtung oder deren Nachbarlagen stattfindet.

Vorzugsweise weist die mindestens eine weitere Fadenlage ein Flächengewicht von wenigstens 100 g/m ² , besonders bevorzugt von wenigstens 120 g/m ² auf. Bei der Verwendung von einer Mehrzahl von solchen weiteren Fadenlagen können alle Fadenlagen jeweils das gleiche Flächengewicht aufweisen oder

unterschiedliche Flächengewichte haben.

Vorzugsweise weisen die wenigstens drei Fadenlagen als

Multifilamentverstärkungsgarn Kohlenstofffaser-, Glasfaser,- Aramidgarne und/oder hochverstreckte UHMW-Polyethylengarn oder Mischungen aus den genannten Garnen auf. Besonders bevorzugt bestehen die wenigstens drei Fadenlagen zu mindestens 90% aus den genannten Fasern beziehungsweise aus den Garnen oder Mischungen der genannten Fasern oder Garne.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die wenigstens zwei Fadenlagen in 0°-Richtung dieselben Faserarten oder Garnart auf, wie die mindestens eine weitere Fadenlage. Die unterschiedlichen Fadenlagen können hinsichtlich des verwendeten Garntiters gleich oder unterschiedlich sein.

Vorzugsweise sind die Multifilamentverstärkungsgarne Kohlenstofffasergarne mit einer Festigkeit von mindestens 5000 MPa, gemessen nach JIS-R- 7608 und einem Zugmodul von mindestens 260 GPa, gemessen nach JIS-R- 7608.

Bezüglich dieses verwendeten Kohlenstofffasergarns wird auf die noch

unveröffentlichte japanische Anmeldung mit dem Aktenzeichen JP 2017-231749 verwiesen. Weiterhin bevorzugt sind die Multifilamentverstärkungsgarne

Kohlenstofffasergarne mit einer Festigkeit von mindestens 4500 MPa, gemessen nach JIS-R- 7608 und einem Zugmodul von mindestens 240 GPa, gemessen nach JIS-R- 7608.

Bevorzugt weist die Multiaxialware mindestens eine Vlieslage auf. Vorzugsweise ist wenigstens ein Vlies auf, unter und/oder zwischen den wenigstens drei

Fadenlagen angeordnet. Besonders bevorzugt ist zwischen jeder Fadenlage ein Vlies angeordnet und/oder die Multiaxialware weist an der Oberseite und/oder an der Unterseite jeweils ein weiteres Vlies auf. Es soll dabei deutlich werden, dass auch zwischen zwei Fadenlagen in 0°-Richtung, die bezogen auf die Anordnung der wenigstens drei Fadenlagen zueinander unmittelbar aufeinander folgen (in der Multiaxialware), ein Vlies angeordnet sein kann (außer im Ausführungsbeispiel, bei dem die Fadenlagen in 0°-Richtung in einem direkten Kontakt zueinander stehen). Weiterhin bevorzugt weist die Multiaxialware einen Pulverbinder auf. Beispielsweise kann ein Vlies einen Pulverbinder aufweisen. Bevorzugt weist das wenigstens eine Vlies ein Flächengewicht von 3 bis 25 g/m ² auf. In einer Ausführungsform mit mehr als einem Vlies können alle verwendeten Vlieslagen das gleiche Flächengewicht oder unterschiedliche Flächengewichte aufweisen.

Ein besonders bevorzugter Aufbau der Multiaxialware ergibt sich wie folgt:

• Wenigstens eine weitere Fadenlage

• Vlies

• Wenigstens eine weitere Fadenlage

• Vlies

• Fadenlage in 0°-Richtung

• Vlies

• Fadenlage in 0°-Richtung

• Vlies mit Pulverbinder

In einer Ausführungsform weist die Multiaxialware ein Metallgitter auf. Bevorzugt ist das Metallgitter auf und/oder unter den wenigstens drei Fadenlagen

angeordnet. Vorzugsweise bildet das Metallgitter eine äußerste Lage der

Multiaxialware. Besonders bevorzugt weist das Metallgitter ein Flächengewicht von 50 bis 250 g/m ² , besonders bevorzugt von 70 bis 175 g/m ² und ganz besonders bevorzugt von 90 bis 139 g/m ² , auf. Das Metallgitter ist bevorzugt mit einer oder mehreren Fadenlagen verbunden, beispielsweise durch Vernähung oder durch ein Wirkfadensystem, das die Multiaxialware zusammenhält. Durch das Metallgitter kann vorteilhafterweise die Leitfähigkeit der Multiaxialware verbessert werden, was insbesondere für Anwendungen im Bereich der Luft- und Raumfahrt vorteilhaft ist. Vorzugsweise ist das Metallgitter ein Kupfergitter.

Vorzugsweise besteht das wenigstens eine Vlies aus mindestens einer ersten und einer zweiten thermoplastischen Polymerkomponente, wobei die erste und die zweite Polymerkomponente unterschiedliche Schmelztemperaturen aufweisen.

Vorzugsweise weist die Polymerkomponente mit niedrigerer Schmelztemperatur eine Schmelztemperatur im Bereich zwischen 80 und 135°C auf und/oder die Polymerkomponente mit höherer Schmelztemperatur weist eine

Schmelztemperatur im Bereich zwischen 140 und 250°C auf.

Bevorzugt ist die erste Polymerkomponente in Epoxid-, Cyanatester-, oder Benzoxazin-Matrixharzen oder in Mischungen dieser Matrixharze löslich und die zweite Polymerkomponente ist in Epoxid-, Cyanatester-, oder Benzoxazin- Matrixharzen oder in Mischungen dieser Matrixharze unlöslich.

In einer Ausführungsform ist die erste Polymerkomponente ein Polyamid und/oder das Vlies weist ein Epoxid auf. Besonders bevorzugt liegt das Epoxid als

Pulverbinder vor, das auf das Vlies aufgestreut und thermisch mit diesem verbunden wurde.

Sofern ein Bindermaterial in irgendeiner Ausführungsform in Partikelform verwendet wird, liegt die bevorzugte Partikelgröße in einem Bereich von 50 - 160 miti, besonders bevorzugt zwischen 80-140 prn.

Für alle Ausführungsformen mit Vlies gilt, dass bei der Verwendung von mehr als einer Vlieslage jeweils unterschiedliche Vliese oder die gleichen Vliese für die Multiaxialware verwendet werden können. Bei der Verwendung von

unterschiedlichen Vlieslagen können sich die Vlieslagen hinsichtlich ihres

Flächengewichts, ihres Materials und/oder ihres Aufbaus unterscheiden.

Die vorgeschlagene Multiaxialware hat gegenüber den bisher bekannten

Multiaxialwaren den Vorteil, ein gleichmäßiges Fadenbild bei gleichzeitig hohem Faservolumenanteil zu haben, da die Gefahr der Ondulation verringert wird.

Flierdurch kann insbesondere die Druckfestigkeit der Multiaxialware erhöht werden. Die vorgeschlagene Multiaxialware lässt sich zudem leichter drapieren im Vergleich zu Multiaxialwaren mit vergleichbarem Flächengewicht, aber weniger Fadenlagen sowie durch den Einsatz von bereits vorfixierten 0°-Lagen (z.B. als UD Tape, fixiert mittels Schussfaden, Pulverbinder oder eines thermoplastischen Gitters).

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Multiaxialware, wie sie vorhergehend beschrieben wurde.

Zur Herstellung der Multiaxialware werden wenigstens drei Fadenlagen abgelegt, wobei jede der Fadenlagen von innerhalb der Fadenlagen zueinander parallel und nebeneinander aneinander anliegend angeordneten

Multifilamentverstärkungsgarnen gebildet wird, wobei bei der Herstellung der Multiaxialware wenigstens zwei Fadenlagen in einer 0°-Richtung abgelegt werden, wobei auf und/oder unter aller der wenigstens zwei Fadenlagen in 0°-Richtung wenigstens eine weitere Fadenlagen in einem Winkel von mehr als ±10° zur 0°- Richtung innerhalb der Multiaxialware abgelegt wird.

Die wenigstens drei Fadenlagen zur Herstellung der Multiaxialware können erst während der Herstellung der Multiaxialware gebildet werden (online) oder bereits als vorkonfektionierte Ware (beispielsweise Tape) zur Herstellung der

Multiaxialware im Herstellungsprozess als fertige Lage (offline) abgelegt werden.

Die wenigstens zwei Fadenlagen in 0°-Richtung werden ohne eine weitere

Fadenlage (mit Multifilamentverstärkungsgarnen angeordnet in einem Winkel von mehr als ± 10° zur 0°-Richtung) dazwischen aufeinander abgelegt. Die wenigstens eine weitere Fadenlage kann folglich auf oder unter den wenigstens zwei

Fadenlagen in 0°-Richtung angeordnet werden. Wird mehr als eine weitere

Fadenlage verwendet, befinden sich die weiteren Fadenlagen auf und/oder unter den Fadenlagen in 0°-Richtung, jedoch nie dazwischen. Bei der Verwendung von mehr als einer weiteren Fadenlage kann die so hergestellte Multiaxialware einen symmetrischen Aufbau um die wenigstens zwei Fadenlagen in 0°- Richtung aufweisen. Ein symmetrischer Aufbau, um die 0°-Richtung ist beispielsweise bei einer Multiaxialware mit folgendem Aufbau gegeben: +45 0 0 -45°.

Vorzugsweise wird bei der Herstellung der Multiaxialware mindestens eine

Vlieslage zwischen eine der Fadenlagen abgelegt. Vorzugsweise werden

Vlieslagen zwischen alle Fadenlagen und/oder als letzte Lage einseitig oder beidseitig auf die äußeren Fadenlagen abgelegt. Bezüglich der verwendeten Vliese als Vlieslagen soll auf die bereits beschriebenen Ausführungen zu den Vliesen der Multiaxialware verwiesen werden.

Auf eine Außenseite der Multiaxialware kann in einem Ausführungsbeispiel zudem ein Metallgitter abgelegt werden. Für die Ausgestaltung des Metallgitters wird auf das bereits zum Metallgitter der Multiaxialware geschriebene verwiesen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird jede der wenigstens zwei in 0°- Richtung abgelegten Fadenlagen durch jeweils eine Ablegevorrichtung abgelegt. Bei der Verwendung von bereits vorkonfektionierten Fadenlagen werden folglich für jede Fadenlage in 0°-Richtung eine Ablegevorrichtung mit aufgewickelter Fadenlage verwendet.

In einer anderen Ausführungsform werden die wenigstens zwei Fadenlagen in 0°- Richtung mittels jeweils einem Stehfadengatter bei der Herstellung der

Multiaxialware erzeugt, wenn eine Online Zuführung vorgesehen ist.

In einer weiteren Ausführungsform werden die wenigstens zwei Fadenlagen in 0°- Richtung als sogenanntes Unidirektionalgewebe bei der Herstellung der

Multiaxialware abgelegt. Bei der Herstellung wird dann jedes

Unidirektionalgewebe als Fadenlage in 0°-Richtung bevorzugt durch eine eigene Ablegevorrichtung im Herstellungsprozess abgelegt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen faserverstärkten Komposit, der mindestens eine Multiaxialware gemäß dem eben beschriebenen enthält. Vorzugsweise weist der Komposite eine Vielzahl von Fadenlagen aus Multifilamentverstärkungsgarnen und Vlieslagen dazwischen auf. Besonders bevorzugt weist der Komposit ein weiteres oder zusätzliches Matrixmaterial auf, mit denen die Fadenlagen und die Vlieslagen imprägniert sind.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Fierstellung des Komposits mittels eines zusätzlichen Matrixmaterials.

Vorzugsweise werden hierfür eine Vielzahl von Multiaxialwaren der oben genannten Art aufeinandergeschichtet und mittels Wärme und Druck und eines zusätzlichen Matrixmaterials zu einem Bauteil (Komposit) verfestigt. Ein solches Komposit kann beispielsweise im Bereich der Luft- und Raumfahrt oder im Bereich Automobil als Bauteil verwendet werden.