Die Erfindung betrifft eine Textileinlage zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes nach dem Pultrusions- oder Strangziehverfahren sowie einen solchen Faserverbundwerk¬ stoff.

Es ist bekannt, Faserverbundwerkstoffe, d.h. Profile aus faserverstärkten Kunststoffen, nach dem Pultrusions- oder Strangziehverfahren herzustellen, wie beispielsweise aus den EP-OSen 0 281 130, 0 382 240 und 0 514 718 bekannt ist. Dabei werden hochfeste Faserbündel in Form von Rovings durch ein Matrixmaterial in Form eines Harzbades gezogen und in einer beheizten Düse ausgeformt und gehärtet. Diese Faserverbund¬ werkstoffe-Profile weisen eine hohe Festigkeit in Längsrich¬ tung auf. Ihre Querfestigkeit, d.h. die Festigkeit quer zur Richtung der Längsachse der Fasern ist äusserst beschränkt. Um diese Nachteile abzubauen, werden zusätzlich zu den unidi- rektionalen Rovings weitere Schichten in Form von Vliesstof¬ fen oder Gewebebändern aufgebracht, welche eine Verstärkung in Querrichtung bewirken sollen, wie beispielsweise aus der EP-OS 0 285 705 hervorgeht. Es ist weiter bekannt, schlauch- förmige Gewebe zu Profilen zuverformen, die noch zusätzlich mit Bändern abgedeckt werden, wie die US-PS 5 132 070 zeigt. Alle Verfahren haben zwei entscheidende Nachteile, die ihrer bisherigen grosstechnischen Anwendung im Wege stehen.

Erstens muss erheblicher Aufwand getrieben werden, um solche Textileinlagen präzise an der richtigen Stelle und ohne Verzug durch die Pultrusionsdüse zu führen. Im Verlaufe des Ziehens verschieben sich die zur Verstärkung zusätzlich au gebrachten Bänder relativ zum unidirektionalen Kern aus den Rovings und führen zu Ausschuss.

Zweitens weisen die derart gefertigten Profile bei der Bean¬ spruchung durch Biege- und Torsionsmomente eine geringe Festigkeit senkrecht zur Ebene der Textilschichten auf. Dies führt zu einer Delamination, d.h. zum Auseinanderbrechen der Schichten und zu geringen Werten der interlaminiaren Scherfe¬ stigkeit des Profils.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Textileinlage zu schaffen, mit der Faserverbundwerkstoffe nach dem Pultrusions- oder Strangziehverfahren hergestellt werden können, sowie entspre¬ chende Verbundwerkstoffe zur Verfügung zu stellen, die die genannten Nachteile nicht aufweisen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch:

a) eine Textileinlage nach Anspruch 1; und

b) den Faserverbundwerkstoff gemäss Anspruch 11.

Die grundlegenden Techniken der Herstellung gewebter Bänder, wie beispielsweise die Herstellung von Schläuchen, Autosicherheitsgurten, Last- und Zurrgurten und dergleichen ist grundsätzlich bekannt, wie beispielsweise aus H.W. Kipp: "Bandwebtechnik", Verlag Sauerländer 1988, Kapitel 5: "Bindungen für Hohl- Doppel und Mehrfachgewebe" hervorgeht. Für die rationelle Herstellung solcher Bandgewebe sind insbe¬ sondere Nadel- Webmaschinen geeignet, welche an beiden Kanten des Gewebes eine feste Gewebekante bilden.

Die Textileinlage weist durch den mehrschichtigen Aufbau, bei dem überdies sämtliche Schichten mindestens über Teilbereiche miteinander verbunden sind, und durch die Anordnung von in Längsrichtung verlaufenden Stehfäden eine mechanische Fe¬ stigkeit auf, die ein verzugsfreies Verarbeiten der Textil¬ einlage im Pultrusions- oder Strangziehverfahren ermöglicht. Ausserdem sind keine zusätzlichen Verstärkungsauflagen mehr erforderlich. Da überdies die Textileinlage als Halbzeug in kontinuierlicher Form vorgefertigt, aufgerollt und zwischen¬ gelagert werden kann, vereinfacht sich auch das Pultrusions- und/oder Strangziehverfahren, da die bisher übliche aufwendi¬ ge und fehlerbehaftete Assemblierung von Fäden und Deck¬ schichten entfällt.

Die Textileinlage besteht also aus einem Gemisch aus echten Gewebeschichten mit sich kreuzenden Kett- und Schussfäden und Gelegen aus den eingelagerten Stehfäden. Dadurch wird ein kompakter, schiebefester Aufbau erreicht, der sich gut hand¬ haben und verarbeiten lässt. Gelege allein sind nicht schie¬ befest und lassen sich schwer lagern, handhaben und weiter¬ verarbeiten. Durch den Aufbau der Textileinlage nach der Erfindung lassen sich die Textileinlagen sowie die späteren Faserverbundwerkstoffe nahezu endlos und damit auch besonders wirtschaftlich herstellen.

Durch die Kombination Gewebe und Gelege ergeben sich in einem Faserverbundwerkstoff besonders gute Festigkeitseigen¬ schaften, so dass ein solcher Faserverbundwerkstoff auch während eines Bruches in allen drei Richtungen hohe Kräfte aufnehmen kann, wobei insbesondere auch die Gefahr der Dela- mination vermieden ist. Gelege allein weisen in Querrichtung keine Festigkeit auf. Gewebe oder andere textile Bauarten (Geflechte, Gestricke, ümwindungen und dergleichen) allein erbringen zu geringe Festigkeiten bzw. zu hohe Dehnungen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Textileinlage sind in den Ansprüchen 2 bis 10 beschrieben.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Textileinlagen be¬ schreiben die Ansprüche 2 und 3, die zu bevorzugten, stabilen Faserverbundwerkstoffen verarbeitet werden können. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Weiterbildung nach Anspruch 4.

Die Fäden können gemäss Anspruch 5 aus verschiedenen Materia¬ lien bestehen. Vorteilhaft ist jedoch eine Ausgestaltung nach Anspruch 6. Als Materialien kommen beispielsweise Glas-, Aramid- oder Kohlenstoffasern in Frage. Zweckmässig ist eine Weiterbildung nach Anspruch 7, so dass eine solche Textilein¬ lage ohne vorgängigen Tauchvorgang in ein Matrixmaterial direkt im Pultrusions- oder Strangziehverfahren verarbeitet werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Textileinlage beschreibt Anspruch 8, die eine besonders vielseitige Profi¬ lierung des herzustellenden Faserverbundwerkstoffes ermög¬ licht. Die Ausbildung nach Anspruch 9 gestattet die Herstel¬ lung von Faserverbundwerkstoffen mit Hohlprofil.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:

Figur la eine Textileinlage mit gestreckten

Verbindungsfäden, im Ausschnitt und im Querschnitt;

Figur lb eine Textileinlage analog Figur la jedoch mit gewellt verlaufenden Verbindungsfäden;

Figur 2 eine Textileinlage aus zwei

Schichten, die auch an den Längskan¬ ten miteinander verbunden sind, in Queransicht und in schematischer Darstellung;

Figur 3 einen Faserverbundwerkstoff aus einer Textileinlage nach Figur 2 in Queransicht;

Figur 4 eine Textileinlage aus zwei

Schichten, deren äussere Längskanten nicht miteinander verbunden sind in Queransicht und in schematischer Darstellung;

Figur 5 einen Faserverbundwerkstoff aus einer Textileinlage nach Figur 4; und

Figur 6 Faserverbundwerkstoffe mit verschie¬ denen Querschnittsformen.

Die Figur 1 zeigt den Aufbau einer mehrschichtigen Textilein¬ lage mit Fadenorientierungen in den drei Hauptrichtungen Längsrichtung X = Kettrichtung, Querrichtung Y = Schussrich¬ tung und Z = Verbindungsrichtung. Die Textileinlage enthält zwei Schichten S^ und S2, die jeweils aus mindestens einer Teilschicht im vorliegenden Beispiel jedoch aus Teilschichten ^s la' ^S lb ^unc * ^s 2a * ³ 2b ^au fgebaut sind. Jede Teilschicht besteht aus in Längsrichtung X verlaufenden Kettfäden l^,^ ^un< ^ in Querrichtung Y verlaufenden Schussfäden die miteinan¬ der verwebt sind. Zwischen den zwei Schichten S^ und S2 einerseits und den Teilschichten S^ _a , S^ und S2 _a ,S2 _j -, ande¬ rerseits sind jeweils Zwischenschichten 7. - , -→2 _t angeordnet.

die aus in Längsrichtung X verlaufenden gestreckten Stehfäden ⁴ 1' ⁴ 2' ⁴ 3 ^nn< ^ ^ ⁿ Querrichtung Y verlaufenden Stehfäden 61,62,63 gebildet sind. Die einzelnen Schichten können mit ge¬ streckten Verbindungsfäden 3^ (Figur la) und/oder gewellt verlaufenden Verbindungsfäden 32 (Figur lb) miteinander verbunden sein. Je nach Anforderungen an den Faserverbund¬ werkstoff werden nicht alle Fadensysteme benötigt, insbeson¬ dere kann der Anteil der in Kettrichtung verlaufenden Stehfä¬ den auf Kosten anderer Fadensysteme, z.B. der in Querrichtung Y verlaufenden Stehfäden oder 63 erhöht werden. Die Festigkeit lässt sich auch durch eine geeignete Wahl der Vorspannung der Stehfäden beeinflussen. Dies hat eine höhere Festigkeit und geringere Dehnung in Längsrichtung X zur Folge. Die Textileinlage und somit auch der daraus hergestellte Faserverbundwerkstoff können somit optimal auf einen bestimmtem Verwendungszweck eingestellt werden.

Die Figur 2 zeigt eine Textileinlage aus den zwei Haupt¬ schichten S^ und S2, die beispielsweise aus den Teilschichten S _ja und S _] ^ sowie S2 _a und S2J-, bestehen, wobei die Teilschich¬ ten mittels der Verbindungsfäden 33 in Verbindungsrichtung Z miteinander verbunden sind. Die beiden Schichten S ,S2 sind in einem mittleren Bereich A mittels Verbindungsfäden 3^ und an den Kanten C mittels der Verbindungsfäden 3^ miteinander verbunden. Aus einer solchen Textileinlage lässt sich bei¬ spielsweise ein Doppel-T-Profil gemäss Figur 3 herstellen, mit einem Steg 7 aus dem Mittelteil A und quer verlaufenden Schenkeln 8,9 der Dicke D, die der Dicke D der Textileinlage entspricht, und der Breite F, die im wesentlichen der Länge des nicht verbundenen Abschnittes B der Schichten S^ und S2 entspricht.

Die Figur 4 zeigt eine Textileinlage wiederum aus den zwei Schichten S _j und S ₂ mit den Teilschichten S _la ,S _lb und ** ⁵ 2a ^,s 2b' ^c ^ ^{e an} ihren Längskanten C^ nicht miteinander ver-

bunden sind. Das aus dieser Textileinlage hergestellte Faser¬ verbundwerkstoff-Profil ist in Figur 5 dargestellt. In diesem Falle weist das Doppel-T-förmige Profil wiederum einen mitt¬ leren Steg 7 der Dicke D auf, welche der Dicke D der Textil¬ einlage entspricht. Die Länge des Steges A entspricht dem verbundenen mittleren Teilabschnitt A der Textileinlage. Die quer verlaufenden Schenkel 8^ und 9^ weisen ein Breite F^ auf, welche ungefähr der doppelten Länge des nicht verbunde¬ nen Abschnittes B der Schichten entspricht. Die Dicke D^ dieser Stege ist gleich der halben Dicke D der Textileinlage.

Die Figur 6 zeigt Beispiele verschiedener Profilformen, in denen der Faserverbundwerkstoff hergestellt werden kann.

Die Dicke der Textileinlage und damit die Wandstärke des daraus hergestellten Faserverbundwerkstoff-Profils wird beeinflusst durch die Anzahl der Schichten wie auch durch die Anzahl der Fadensysteme und der jeweiligen Fadenstärke und Fadendichte innerhalb eines jeden Fadensystems. Bei einem vierlagigen Gewebe aus Glasfasern der Stärke 408 tex, bei einer Schussdichte von 3 x 8 Schüssen/cm, bei einer Faden¬ dichte der Kettfadensysteme von 80 Fäden/cm, bei einer Faden¬ dichte des Verbindungsfadensystems von 4,5 Fäden/cm und einer Fadendichte des Stehfadensystems von 80 Fäden/cm ergibt sich eine Dicke D von ca. 7 mm bzw. eine Schenkeldicke D-^ von 3,5 mm, gemessen am fertigen Faserverbundwerkstoff-Profil. Die Gewebedicke vor der Profilherstellung liegt ca. 10 % höher.

BEZÜGSZEICHEHLISTE

A Teilbereich verbunden

B Teilbereich nicht verbunden

C Längskanten verbunden

Ci Längskanten frei

D Dicke der Schicht

Di Dicke der Teilschicht

F Breite des Schenkels

F^ Breite des Schenkels

S Schicht

S _la Teilschicht

S _lb Teilschicht

S ₂ Schicht

S _2a Teilschicht

S21 _J Teilschicht

X Längsrichtung (Kettfadenverlauf)

Y Querrichtung (Schussfadenverlauf)

Z Verbindungsrichtung (Verbindungsfadenverlauf) l _j _ Kettfaden

12 Kettfaden

2 - Schussfaden

22 Schussfaden

3^ Verbindungsfaden in Verbindungsrichtung Z

32 Verbindungsfaden in Verbindungsrichtung Z

33 Verbindungsfaden in Verbindungsrichtung Z

34 Verbindungsfaden in Verbindungsrichtung Z 4^ Stehfaden in Längsrichtung X

42 Stehfaden in Längsrichtung X

43 Stehfaden in Längsrichtung X 6^ Stehfaden in Querrichtung Y

62 Stehfaden in Querrichtung Y

63 Stehfaden in Querrichtung Y

Steg

Schenkel

Schenkel

Schenkel

Schenkel