REITER, Birgit (Werner-von-Siemens-Str. 18, Meitingen, 86405, DE)
GOJNY, Florian (Rheingaustr. 182, Wiesbaden, 65203, DE)
BODE, Reiner (Werner-von-Siemens-Str. 18, Meitingen, 86405, DE)
GOMMEL, Heide (Werner-von-Siemens-Str. 18, Meitingen, 86405, DE)
REITER, Birgit (Werner-von-Siemens-Str. 18, Meitingen, 86405, DE)
GOJNY, Florian (Rheingaustr. 182, Wiesbaden, 65203, DE)
BODE, Reiner (Werner-von-Siemens-Str. 18, Meitingen, 86405, DE)
| PATENTANSPRÜCHE 1 . Nähgarn (1 0), welches als Stapelfasergarn - insbesondere als Spinnfasergarn aus einem Stapelfasermaterial mit oder aus Stapelfasern (20) - ausgebildet ist und welches mit oder aus Carbonfasermaterial ien (20') ausgebildet ist. 2. Nähgarn (1 0) nach Anspruch 1 , bei welchem ein Teil oder die Gesamtheit der Stapelfasern (20) als Einzelfasern (20), als Gruppen (25) von Einzelfasern (20) oder in ihrer Gesamtheit ganz oder teilweise mit einem oder mehreren Beschichtungsmaterial ien (30') und/oder Imprägniermaterialien (40') beschichtet bzw. imprägniert ist, insbesondere mit einem Gehalt des oder der Beschichtungsmaterialien (30') und/oder Imprägniermaterialien (40') im Bereich von etwa 0, 1 % bis etwa 50 %. 3. Nähgarn (1 0), welches als Stapelfasergarn - insbesondere als Spinnfasergarn aus einem Stapelfasermaterial (20') mit oder aus Stapelfasern (20) - ausgebildet ist, welches mit oder aus Fasermaterialien (20') ausgebildet ist und bei welchem ein Teil oder die Gesamtheit der Stapelfaser (20) als Einzelfasern (20), als Gruppen (25) von Einzelfasern (20) oder in ihrer Gesamtheit ganz oder teilweise mit einem oder mehreren Beschichtungsmaterialien (30') und/oder Imprägniermaterialien (40') beschichtet bzw. imprägniert ist. 4. Nähgarn (1 0) nach Anspruch 3, bei welchem ein oder mehrere Fasermaterialien (20') mit oder aus einem oder mehreren Carbonfasermaterialien (20') ausgebildet sind . 5. Nähgarn (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Stapelfasergarn ganz oder teilweise aus einem Multifi- lamentgarn, insbesondere einem Multifilamentcarbonroving gewonnen ist. 6. Nähgarn (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Stapelfasergarn ganz oder teilweise aus einem streckgerissenen und/oder geschnittenen Multifilamentgarn, insbesondere einem streckgerissenen Multifilamentcarbonroving gewonnen ist. 7. Nähgarn (1 0) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Stapelfasergarn ganz oder teilweise aus einem textilen Flächengebilde, einem Gelege, insbesondere einem Carbongelege, einem Gewebe, insbesondere einem Carbongewebe, einem Geflecht, einem Gewirk, einem Gestrick und/oder deren Kombinationen gewonnen ist. 8. Nähgarn (1 0), bei welchem das Stapelfasergarn mit oder aus Filamenten oder Fila- mentabschnitten mit einer Länge im Bereich von etwa 1 0 mm bis etwa 250 mm gebildet ist. 9. Stapelfasergarn nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Stapelfasergarn mit oder aus Filamenten auf der Grundlage von Glasmaterialfasern, Acrylmaterialfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern und/oder deren Kombinationen gebildet ist, insbesondere als Hybrid mit einem Carbonfaseranteil , vorzugsweise mit einem Carbonfaseranteil im Bereich von mehr als 1 0 % . 1 0. Nähgarn (1 0), bei welchem die Beschichtung (30) und/oder die Imprägnierung (40) mit dem Beschichtungsmaterial (30') bzw. dem Imprägniermaterial (40') als Be- schlichtung ausgebildet ist. 1 1 . Verfahren zum Herstellen eines Nähgarns (1 0), bei welchem das Nähgarn (1 0) als Stapelfasergarn - insbesondere als Spinnfasergarn aus einem Stapelfasermaterial mit oder aus Stapelfasern (20) - ausgebildet wird und bei welchem das Nähgarn (1 0) mit oder aus einem oder mehreren Carbonfasermaterialien ausgebildet wird . 1 2. Verfahren nach Anspruch 1 1 , bei welchem das Stapelfasergarn aus Filamenten (20) oder Filamen- tabschnitten (20) mit einer Länge im Bereich von etwa 1 0 mm bis etwa 250 mm gebildet wird . 1 3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 1 oder 1 2, bei welchem mit oder aus dem Garn (1 0) oder Nähgarn (1 0) ein textiles Gebilde ausgebildet wird, insbesondere mittels eines Webprozesses, vorzugsweise als ein oder nach Art eines zweidimensionalen Textils, als ein oder nach Art eines Gewebes, Geleges, Geflechts, Gewirks, Gestricks und/oder deren Kombinationen . |
EINES GARNS ODER NÄHGARNS
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Garn oder Nähgarn sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Garns oder Nähgarns. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Nähgarn nach Art eines Stapelfasergarns aus Carbon und insbesondere ein entsprechendes Herstellungsverfahren . Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren auch Maßnahmen zur Verbesserung der Eigenschaften von CF-Rovings und CF-Stapelfasergarnen, insbesondere für den Einsatz in Einbettung in Elastomeren, Thermoplasten und/oder Duroplasten, z.B. Phenolharzen .
H INTERGRUN D DER ERFINDU NG
Bei der Herstellung, Verarbeitung und Verwendung von Garnen und insbesondere von Nähgarnen, also von Garnen, die in Nähprozessen eingesetzt und verwendet werden, treten aufgrund der zu Grunde l iegenden Ausgangsmaterialien und deren Eigenschaften häufig Beschränkungen und andere Umstände auf, die nicht toleriert werden können .
Dies betrifft Aspekte der statischen und/oder dynamischen Belastbarkeit und der inneren und äußeren Reibung sowie damit im Zusammenhang stehende Folgeerscheinungen, z.B. aufgrund von innerer und äußerer Reibung sich ergebende Beeinflussungen des Garns oder Nähgarns hinsichtlich Struktur und Eigenschaften selbst, aber auch Aspekte der mit der Reibung in Zusammenhang stehenden Kontamination des Garns oder der Anwendungsumgebung durch Abrieb und dergleichen . ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDU NG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Garn , Nähgarn oder ein Stapelfasergarn im Allgemeinen sowie entsprechende Herstellungsverfahren anzugeben, bei welchen auf einfache und gleichwohl zuverlässige Art und Weise und insbesondere bei einfacher Verarbeitbarkeit ein möglichst konstantes Eigenschaftenprofil des Garns oder Nähgarns gewährleistet werden kann .
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Nähgarn erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 , bei einem Garn und insbesondere Nähgarn erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 3, bei einem Verfahren zum Herstellen eines Nähgarns erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 1 sowie bei einem Verfahren zum Herstellen eines Garns und insbesondere Nähgarns erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Garn und insbesondere ein Nähgarn geschaffen, welches als ein oder nach Art eines Stapelfasergarns - insbesondere als Spinnfasergarn aus einem Stapelfasermaterial mit oder aus Stapelfasern - ausgebildet ist und welches mit oder aus einem oder mehreren Carbonfasermaterialien ausgebildet ist.
Es ist somit ein erster Aspekt der vorl iegenden Erfindung, ein Garn oder Nähgarn dadurch mit einem besonders konstanten Eigenschaftenprofil auszubilden, dass dieses auf der Grundlage eines oder nach Art eines Stapelfasergarns ausgebildet ist oder wird, wobei dieses Stapelfasergarn und letztl ich das Garn oder Nähgarn selbst mit oder aus einem oder mehreren Carbonfasermaterialien ausgebildet ist bzw. wird .
Carbonfasern haben sich in der chemischen und physikalischen Verfahrenstechnik und auf vielen technischen Anwendungsgebieten als besonders vor- teilhaft erwiesen, weil sie in ihrem Eigenschaftenprofil auf besonders geeignete und konstante Art und Weise eingestellt werden können und als solche hinsichtlich ihrer mechanischen, thermischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften von besonderem Vorteil in vielen Einsatzgebieten sind .
Gemäß einer alternativen Vorgehensweise schafft die vorliegende Erfindung ein Garn und insbesondere ein Nähgarn, welches als ein oder nach Art eines Stapelfasergarns - insbesondere als Spinnfasergarn aus einem Stapelfasermaterial mit oder aus Stapelfasern - ausgebildet ist, welches mit oder aus einem oder mehreren Fasermaterialien ausgebildet ist und bei welchem ein Teil oder die Gesamtheit von Fasern des oder der Fasermaterial ien als Einzelfasern, als Gruppen von Einzelfasern oder in ihrer Gesamtheit ganz oder teilweise mit einem oder mehreren Beschichtungsmaterial ien und/oder Imprägniermaterialien beschichtet bzw. imprägniert ist.
Gemäß diesem alternativen Aspekt wird also bei der Ausbildung eines Garns oder Nähgarns ebenfalls auf ein oder die Art eines Stapelfasergarns abgestellt, wobei dieses und somit das Garn oder Nähgarn selbst mit oder aus einem oder mehreren Fasermaterialien ausgebildet ist bzw. wird . Eine Einschränkung auf Carbonfasermaterialien findet hier zunächst nicht statt. Dagegen wird zur Verbesserung und zum Konstanthalten des Eigenschaftenprofils insbesondere im Hinblick auf die statische und dynamische Belastbarkeit und/oder im Hinblick auf die innere und äußere Reibung zusätzlich darauf abgestellt, dass eine Beschichtung und/oder Imprägnierung mit einem Beschich- tungsmaterial bzw. Imprägnierungsmaterial vorgesehen ist oder wird . Durch die Wahl der jeweiligen Material ien für die Beschichtung und/oder Imprägnierung können die Eigenschaften der Einzelfilamente, die Wechselwirkung der Einzelfilamente untereinander und somit die Eigenschaften des Endprodukts, nämlich des Garns oder Nähgarns sowohl im Hinblick auf die innere Wechselwirkung der Fasern untereinander als auch im H inblick auf die äußere Wechselwirkung zwischen einzelnen Fasersträngen, also Abschnitten des Garns oder Nähgarns, als auch mit der Umgebung in vorteilhafter Weise ausgebildet, eingestellt und konstant gehalten werden . Die beiden erfindungsgemäßen Aspekte können natürlich miteinander kombiniert werden .
Dies bedeutet einerseits, dass man im Zusammenhang mit dem carbonfaser- materialbasierten Stapelfasergarn für das Nähgarn ebenfalls auf eine teilweise oder vollständige Beschichtung und/oder Imprägnierung zurückgreifen kann, näml ich bei Einzelfilamenten oder Einzelfilamentabschnitten, deren Gruppen oder beim gesamten Gebilde, dem Garn oder Vorgarn.
Andererseits bedeutet dies, dass das allgemein gehaltene Garn oder Nähgarn auf der Grundlage eines oder mehrerer Fasermaterialien im Zusammenhang mit einer Beschichtung und/oder Imprägnierung auf der Grundlage von Carbonfasermaterial ien ausgebildet sein oder werden kann .
Das Stapelfasergarn kann ganz oder teilweise aus einem Multifilamentgarn oder -roving, insbesondere aus einem Multifilamentcarbonroving gewonnen sein oder werden .
Das Stapelfasergarn kann dabei insbesondere ganz oder teilweise aus einem streckgerissenen und/oder geschnittenen Multifilamentgarn oder -roving, insbesondere aus einem streckgerissenen Multifilamentcarbonroving gewonnen sein oder werden .
Ferner kann das Stapelfasergarn auch ganz oder teilweise aus einem textilen Flächengebilde, einem Gelege, insbesondere einem Carbongelege, einem Gewebe, insbesondere einem Carbongewebe, und/oder deren Kombinationen gewonnen sein oder werden .
Denkbar ist dabei insbesondere die Verwendung recycelter Materialien . Darüber hinaus kann das Stapelfasergarn mit oder aus Filamenten oder Fila- mentabschnitten mit einer Länge im Bereich von etwa 1 0 mm bis etwa 250 mm gebildet ist.
Es bieten sich also verschiedene Möglichkeiten an, auf deren Grundlage des zu Grunde l iegende Stapelfasergarn für ein Garn oder Nähgarn weitergebildet werden kann .
Sämtliche Aspekte sind natürlich auch auf Multifilamentgarne oder Multifila- mentrovings und deren Umgestaltung, z.B. deren Einbringung in ein umgebendes Matrixmaterial, z.B. aus einem Elastomer, Thermoplast und/oder Duroplast, z.B. einem Phenolharz anwendbar, wobei insbesondere eine Imprägnierung und/oder Beschichtung, z.B. durch Beschlichten oder nach Art einer Beschl ichtung, geeignet sind, Aspekte der statischen und/oder dynamischen Belastung, der inneren und/oder äußeren Reibung und/oder der Einbettung in sowie Wechselwirkung mit dem einbettenden Matrixmaterial und somit der Übertragung von Kraft, Schub und Druck vorteilhaft zu entwickeln .
Das Stapelfasergarn kann mit oder aus Filamenten oder Filamentabschnitten auf der Grundlage von Glasmaterialfasern, Acrylmaterialfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern, Basaltmaterialfaser und/oder deren Kombinationen ausgebildet sein oder werden, insbesondere als ein oder nach Art eines Hybrids, vorzugsweise mit einem Carbonfaseranteil im Bereich von mehr als 1 0 %.
Die Beschichtung und/oder die Imprägnierung mit dem Beschichtungsmaterial bzw. dem Imprägniermaterial kann durch Beschlichten und insbesondere als Beschl ichtung ausgebildet sein oder werden .
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Grundprinzipien sind auch auf andere Fasertypen als Carbonfasern und Stapelfasern anwendbar, insbesondere hinsichtlich der Beschichtung und/oder Imprägnierung . Gemäß weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung werden die der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien auch bei entsprechenden Herstellungsverfahren in vorteilhafter Weise eingebracht.
Die vorliegende Erfindung schafft also einerseits auch ein Verfahren zum Herstellen eines Garns oder Nähgarns, bei welchem das Garn oder Nähgarn als ein oder nach Art eines Stapelfasergarns - insbesondere als Spinnfasergarn aus einem Stapelfasermaterial mit oder aus Stapelfasern - ausgebildet wird und bei welchem das Garn oder Nähgarn mit oder aus einem oder mehreren Carbonfasermaterialien ausgebildet wird .
Dabei können ein Teil oder die Gesamtheit von Fasern des oder der Carbonfasermaterialien als Einzelfasern, als Gruppen von Einzelfasern oder in ihrer Gesamtheit ganz oder teilweise mit einem oder mehreren Beschichtungsmate- rialien und/oder Imprägniermaterialien beschichtet bzw. imprägniert werden .
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen eines Garns oder Nähgarns geschaffen, bei welchem das Garn oder Nähgarn als ein oder nach Art eines Stapelfasergarns - insbesondere als Spinnfasergarn aus einem Stapelfasermaterial mit oder aus Stapelfasern - ausgebildet wird, bei welchem das Nähgarn mit oder aus einem oder mehreren Fasermaterialien ausgebildet wird und bei welchem ein Teil oder die Gesamtheit von Fasern des oder der Fasermaterial ien als Einzelfasern, als Gruppen von Einzelfasern oder in ihrer Gesamtheit ganz oder teilweise mit einem oder mehreren Beschichtungsmaterial ien und/oder Imprägniermaterialien beschichtet bzw. imprägniert wird .
Dabei können ein oder mehrere Fasermaterialien mit oder aus einem oder mehreren Carbonfasermaterialien ausgebildet werden, z.B. nach Art eines Hybrids. Das Stapelfasergarn kann verfahrensmäßig ganz oder teilweise aus einem Multifilamentgarn oder -roving, insbesondere einem Multifilamentcarbonroving gewonnen werden .
Dabei kann das Stapelfasergarn ganz oder teilweise aus einem streckgerissenen und/oder geschnittenen Multifilamentgarn oder -roving, insbesondere einem streckgerissenen und/oder geschnittenen Multifilamentcarbonroving gewonnen werden, wobei der Vorgang des Streckreißens und/oder Schneidens insbesondere in das Verfahren integriert ausgebildet sein kann .
Andererseits kann das Stapelfasergarn ganz oder teilweise aus einem textilen Flächengebilde, einem Gelege, insbesondere einem Carbongelege, einem Gewebe, insbesondere einem Carbongewebe, und/oder deren Kombinationen gewonnen werden, z.B. auch im Rahmen eines Recyclingprozesses.
Die Filamente oder Filamentabschnitte für das Stapelfasergarn können mit einer Länge im Bereich von etwa 1 0 mm bis etwa 250 mm ausgebildet werden.
Das Stapelfasergarn kann - neben den carbonbasierten Materialien - mit oder aus Filamenten oder Filamentabschnitten auf der Grundlage von Glasmaterialfasern, Acrylmaterialfasern, Polyesterfasern, Polyamidfasern und/oder deren Kombinationen ausgebildet werden, insbesondere als ein oder nach Art eines Hybrids, vorzugsweise mit einem Carbonfaseranteil im Bereich von mehr als 1 0 %.
Verfahrensmäßig können die Beschichtung und/oder Imprägnierung mit dem Beschichtungsmaterial bzw. dem Imprägniermaterial durch Beschl ichten und insbesondere als Beschlichtung ausgebildet werden .
Diese und weitere Aspekte werden beispielhaft auf der Grundlage der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. KU RZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Fig . 1 A - D zeigen in schematischer und geschnittener Querschnittsansicht verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Garns oder Nähgarns.
Fig . 2 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches eine Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Garns oder Nähgarns zeigt.
Fig . 3, 4 sind schematische Blockdiagramme, die Detailaspekte von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Garns oder Nähgarns erläutern .
DETAILBESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreiben . Sämtliche Ausführungsformen der Erfindung und auch ihre technischen Merkmale und Eigenschaften können einzeln isoliert oder wahlfrei zusammengestellt miteinander beliebig und ohne Einschränkung kombiniert werden .
Strukturell und/oder funktionell gleiche, ähnliche oder gleich wirkende Merkmale oder Elemente werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall wird eine detaillierte Beschreibung dieser Merkmale oder Elemente wiederholt.
Zunächst wird auf die Zeichnungen im Allgemeinen Bezug genommen .
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch Stapelfasergarne aus Carbon und deren Herstellung sowie Verfahren und Mögl ichkeiten zur Verbesserung der Eigenschaften von CF-Rovings und CF-Stapelfasergarne, insbe- sondere auch für den Einsatz in Elastomeren, Thermoplasten und Duroplasten, z.B. in Phenolharzen .
Dies führt im Prozess zu Zugkräften, die sich negativ auf das fertige Produkt auswirken können. Durch die Belastungen können die Filamente 20 beschädigt und somit die mechanischen Festigkeiten herabgesetzt werden . Es können sich auch Prozessstörungen herausbilden, z.B. im Zusammenhang mit einem Garnriss oder dergleichen .
Mit Hilfe einer Drehung im Garn 1 0 kann die Oberfläche vergrößert werden, diese Drehung dient zum Schutz des Garnverbundes. Jedoch ist auch hier die Verarbeitung nur eingeschränkt möglich . Die Filamentgarne haben eine sehr hohe Festigkeit, jedoch eine niedrige Dehnung . Stellt man hingegen ein Stapelfasergarn her, d .h . Spinnfasergarn 1 0 aus Stapelfasern 20 mit begrenzter Länge, so lässt sich ein Garn 1 0 mit höherer Dehnung herstellen .
Als Rohstoff für das streckgerissene Stapelfasergarn kann ein Carbonroving mit hoher Filamentanzahl verwendet werden . Die Herstellung eines 1 K-Ro- vings mit einem Filamentdurchmesser von oder unter 6 μιτι ist dagegen sehr kostenintensiv.
Kohlenstofffasern weisen eine hohe Festigkeit, aber leider auch eine geringe Duktil ität auf. Aus diesem Grund können Kohlenstofffasern in textilen Prozessen nur vergleichsweise langsam und unter vergleichsweise hohem Aufwand verarbeitet werden .
Es ist unter anderem auch ein Ziel der Erfindung, eine Beschichtung für Kohlenstofffasern 20, Garne 1 0 aus streckgerissenen Fasern 20 oder Panox 20, sowie weiterer spröder Fasern anzugeben, die die Verarbeitungseigenschaften verbessern .
Die Verbesserung kann unter anderem auch anhand des Faserabriebs, der Anzahl an Fadenbrüchen, sowie der Verarbeitungsgeschwindigkeit gemessen werden . Hierbei wird dann in Folge auch bei den Näh- und Wirkprozessen eine Verbesserung erzielt. Derartig beschlichtete Garne können effektiver Verwoben werden, was unter anderem einen höhere Produktivität zur Folge hat.
Eine Ausführungsform eines mögl ichen erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kann folgende Schritte aufweisen :
1 . Streckreißen und/oder Schneiden eines Multifilamentrovings, z.B. eine Ro- vings von über 48K, oder von textilen Flächengebilden, z.B. Recycl ingmaterial aus Carbongelege oder -gewebe zu Filamenten, die eine Länge im Bereich von 1 0 - 250 mm haben .
2 Auflösen, Parallel isieren in einer Karde.
3. Herstellung eines Bandes in einer Strecke.
4. Gegebenenfalls und in Abhängigkeit von einem einzusetzenden Spinnverfahren, Weiterverarbeitung zu einer Flyerlunte.
5. Garnherstellung durch Spinnen, z.B. mit Hilfe einer Ringspinnmaschine, Rotorspinnmaschine oder einer Friktionspinnmaschine.
6. Zwirnherstellung, z.B. zu einem Zweifachzwirn .
7. Optionale Avivierung mit Textilhilfsmittel zur Verbesserung des Haft-/Gleit- verhaltens, der Herabsetzung der statischen Reibung, der Erhöhung der dynamischen Reibung, dem thermischen Schutz sowie der Verbesserung des Faserreibverhaltens und Erhöhung der Dehnung.
Eine Ausführungsform der Oberflächenbehandlung kann erfindungsgemäß auf folgenden Aspekten beruhen : Die Verwendung einer elastischen Schlichte mit einer niedrigen Glasübergangstemperatur zur Beschichtung von Fasern 20 und Garnen 1 0 führt zu einer geeigneteren Oberfläche, die eine verbesserte Verarbeitbarkeit gewährleistet.
Als besonders geeignet haben sich unter anderem selbstvernetzende carboxy- lierte Styrol-Butadien-Copolymere erwiesen, die in einem thermischen Trock- nungsprozess vernetzen .
Neben einer sehr glatten Oberfläche, stellt insbesondere die elektrische Kon- taktierbarkeit der Fasern eine interessante Eigenschaft dar. Hier ist der Einsatz als Heizleiter in Fördereinrichtungen, als oder bei Schläuchen, Förderbändern, heizbaren Flächengebilden, usw. denkbar.
Aufgrund der Flexibilität wird eine sanfte Schubübertragung zwischen den Fasern 20 und damit eine gute Krafteinleitung in den gesamten Strang 1 0 oder das gesamt Garn 1 0 gewährleistet.
Dieses Vorgehen eignet sich gleichfalls zur Behandlung aller Fasertypen, insbesondere aber von Kohlenstoff- und Keramikfasern .
Weiterhin wird kann so auch eine gute Kompatibilität zu Elastomermatrizen gewährleistet werden .
Im Hinblick auf die Verbesserung von Eigenschaften von CF-Rovings und CF- Stapelfasergarnen, insbesondere für den Einsatz in Elastomeren oder Thermoplasten, wird insbesondere die Verbesserung der Prozesseigenschaften durch Abriebverminderung und/oder Abriebvermeidung realisiert, insbesondere bei Strukturen, die Entstehen durch Flechten, Nähen, Weben oder dergleichen .
Die Vermeidung von Reibung zwischen Einzelfilamenten, die auch als innere Reibung bezeichnet wird, wird ermögl icht durch eine teilweise oder vollständi- ge Beschichtung, Imprägnierung und/oder Umhüllung eines jeweil igen Einzelfi- laments oder Abschnitts eines Einzelfilaments mit einem Thermoplast oder einem entsprechenden anderen Material , welches die Reibung vermindert. Dadurch wird eine verbesserte Standfähigkeit erreicht, insbesondere bei dynamischer Beanspruchung . Dies kann in der Anwendung z.B. Aufzugseile, Treibriemen, Förderbänder oder dergleichen betreffen.
Des Weiteren ist durch die Imprägnierung, Beschichtung und/oder Umhüllung auch eine verbesserte Einbindung eines CF-Rovings, CF-Stapelfasergarns oder der jeweiligen Einzelfilamente in Matrixsystemen, z.B. aus Gummi, Thermoplast und/oder Duroplast, möglich . Ferner kann durch eine derartige Imprägnierung, Einbettung und/oder Beschichtung auch eine Verbesserung der Übertragung von Kraft, Schub und/oder Druck erreicht werden .
Erfindungsgemäß werden dazu entsprechende Verfahren des Einbringens thermoplastischer Fasern 20 und/oder Materialien in Endlosrovings oder Fila- mentgarne beschrieben . Da derartige Prozesse auch unter Zuführung von Wärme ablaufen können, wird bei derartigen Ausführungsformen erreicht, dass der Thermoplast schmilzt und die CF-Filamente komplett einbindet. Die komplette Einbindung und der Schutz der Filamente 20 oder Filamentabschnit- te 20 verringert die innere Reibung untereinander und erhöht somit die dynamische Festigkeit des Produkts.
Eine Imprägnierung 40 und/oder Beschichtung 30 der Fasern 20, Fasergruppen 25 oder des Garns 1 0 als Ganzes reduzieren oder verhindern einerseits die Staubentstehung durch Abrieb, andererseits aber auch die Anhaftung entstehenden oder vorhandenen Staubs an den Fasern 20, den Fasergruppen 25 oder dem Garn 1 0 als Ganzes.
Nun wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen . Die Fig . 1 A bis 1 D beschreiben in schematischer Querschnittsansicht verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Garns 1 0 oder Nähgarns 1 0.
Bei der Ausführungsform der Fig . 1 A ist in schematischer Querschnittsansicht eine Gruppe 25 oder ein Bündel 25 einzelner Filamente 20 oder Fasern 20 aus einem Fasermaterial 20' dargestellt, die als Gruppe 25 oder Bündel 25 nach einem entsprechenden Spinnprozess ein Garn 1 0 und insbesondere ein Nähgarn 1 0 bilden .
Dabei ist erfindungswesentlich, dass es sich bei den eigentlichen Fasern 20 um Stapelfasern handelt, also um Faser- oder Filamentabschnitte mit endlicher Länge, die über einen Spinnprozess miteinander versponnen sind oder werden. Bevorzugt ist das Material 20' der zugrunde liegenden Fasern 20 oder Filamente 20 ein Kohlenstoffmaterial oder Carbonmaterial , so dass die Filamente 20 oder Fasern 20 als Kohlenstofffasern oder Carbonfasern in engerem oder weiterem Sinne bezeichnet werden können .
Bei der Ausführungsform der Fig . 1 B sind die einzelnen Fasern oder Filamente 20 an ihrer Oberfläche 20a, also der Mantelfläche 20a der Fasern 20 oder Filamente 20, mit einer Beschichtung 30 aus einem Beschichtungsmaterial 30' ausgebildet.
Bei der Ausführungsform der Fig . 1 C sind die einzelnen Fasern 20 oder Filamente 20 über ihre Oberfläche 20a, also über ihre Mantelfläche 20a mit einer Imprägnierung 40 mit einem Imprägniermaterial 40' ausgebildet. Das bedeutet, dass das Imprägniermaterial 40' in die Oberfläche 20a der Fasern 20 oder Filamente 20 eindringt oder eingedrungen ist, um dort eine Oberflächenmodifikation zu bewirken .
Die Darstellungen der Fig . 1 B mit der Beschichtung 30 und der Fig . 1 C mit der Imprägnierung 40 stellen extreme Sichtweisen der in der Realität zu erwartenden Verhältnisse dar. In der Regel werden Mischvorgänge ablaufen, sobald ein Beschichtungsmaterial 30' oder ein Imprägniermaterial 40' auf die Oberfläche 20a einer jeglichen Faser 20 oder eines jeglichen Filaments 20 aufgebracht wird . Das bedeutet, dass die aufgebrachten Materialien 30', 40' einerseits eine Beschichtung 30, andererseits aber auch eine Imprägnierung 40 realisieren oder bewirken werden .
Bei der Ausführungsform der Fig . 1 D ist die Gruppe 25 oder das Bündel 25 der Mehrzahl Fasern 20 oder Fasersegmente 20 in einer Einbettung 50 mit oder aus einem Einbettungsmaterial 50' eingebettet, so dass die Fasern 20 oder Faserabschnitte 20 nicht mehr individuell oder einzeln mit ihrer Oberfläche 20a in Erscheinung treten .
Selbstverständlich können die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der Fig . 1 B und 1 C diskutierten Aspekte auch mit der Einbettung 50 kombiniert werden, indem z.B. mit einer Beschichtung 30 oder einer Imprägnierung 40 ausgebildete Fasern 20 oder Faserabschnitte 20 als Gruppe 25 insgesamt in einer Einbettung 50 eingebettet werden .
Die Fig . 2 zeigt nach Art eines schematischen Flussdiagramms Aspekte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Garns 1 0 oder Nähgarns 1 0.
Nach einem vorbereitenden Schritt SO werden in einem Folgeschritt S1 Stapelfasern oder ein Stapelfasermaterial bereitgestellt.
In einem Zwischenverarbeitungsschritt S2 wird das bereitgestellte Stapelfasermaterial optional zwischen verarbeitet, um z.B. eine bestimmte Ordnung der Stapelfasern aufzulösen oder herzustellen oder eine Oberflächenbehandlung oder dergleichen durchzuführen . Dieser Schritt des Zwischenverarbeitens S2 ist jedoch optional und nur bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens vorzusehen, d .h . nicht bei jeder Ausführungsform der Erfindung zwingend . Danach folgt der Schritt des eigentlichen Herstellens des Garns 1 0 oder Nähgarns 10, nämlich ein Prozess des Spinnens S3 der bereitgestellten und gegebenenfalls zwischen verarbeiteten oder zwischen behandelten Stapelfasern .
Es kann sich dann ein Nachverarbeitungsschritt anschließen, bei welchem das sich so ergebende Produkt als Vorgarn aufgefasst, z.B. noch oberflächenbehandelt und/oder in eine Einbettung 50 eingebracht wird.
Der abschließende Schritt S5 beendet das Verfahren .
Die Fig . 3 zeigt Teilaspekte des Schritts S1 des Bereitstellens der Stapelfasern oder des Stapelfasermaterials.
Dabei wird bei der hier vorgestellten Ausführungsform zunächst ein Roving, z.B. im Sinne eines Multifilamentrovings, vorzugsweise auf der Grundlage eines Kohlenstofffasermaterials oder Carbonfasermaterials, gegebenenfalls a- ber auch auf der Grundlage anderer Fasermaterialien, in einem ersten Teilschritt T1 bereitgestellt.
Dann schließt sich ein Prozess T2 des so genannten Streckreißens und/oder Schneidens an, bei welchem die an sich endlosen Einzelfilamente des Ro- vings in mehr oder weniger definierter Art und Weise in Faser- oder Filament- segmente oder -abschnitte unterteilt wird. Dieses unterteilte Material bildet dann das Ausgangsmaterial für die Weiterverarbeitungsprozesse.
Alternativ dazu kann z.B. auch bereits vorgelegtes Faserabschnittsmaterial vorgesehen werden, welches z.B. aus einem Recyclingprozess stammt und Fasermaterialabfälle, z.B. in filzartiger Art und Weise verwendet.
Fig . 4 zeigt Teilaspekte des optionalen Zwischenverarbeitungsschritts S2. Bei dieser Ausführungsform wird in einem ersten Teilschritt U 1 das bereitgestellte grundlegende Stapelfasermaterial aufgelöst und/oder parallelisiert, und zwar mittels einer so genannten Karde.
Es schließt sich dann ein zweiter Teilschritt U2 der Herstellung eines Bandes in einer Strecke an .
Darauf folgt dann als dritter Teilschritt U3 die Zwischenverarbeitung zu einer so genannten Lunte oder Flyerlunte.
Wie oben bereits beschrieben wurde, erfolgt die eigentl iche Herstellung des Garns 10 oder Nähgarns 1 0 im Rahmen eines Spinnprozesses des zugrunde liegenden Stapelfasermaterials, z.B. unter Verwendung einer Ringspinnmaschine, einer Rotorspinnmaschine oder einer Friktionsspinnmaschine.
Zur Verbesserung der Eigenschaften und insbesondere zur Steigerung der Stabil ität des Garns 1 0 oder Nähgarns 1 0 kann das erhaltene grundlegende Garn als Vorgarn aufgefasst und einem Zwirnprozess unterzogen werden, um z.B. einen Zweifachzwirn oder dergleichen zu erzeugen .
Davor oder danach kann ein Avierungsprozess im Sinne einer Beschichtung, Beschl ichtung, Imprägnierung und/oder Einbettung erfolgen .
Die folgenden Tabellen zeigen Eigenschaften von Ausführungsformen erfindungsgemäß gefertigter Garne 1 0 oder Nähgarne 1 0. Ausführungsbeispiel 1 :
Physikalische Größe Maßeinheit Numerischer Mittelwert
Zugfestigkeit (impregnated) MPa 2.750
MPa 1 .000
Zugfestigkeit (trocken)
N 43
Garnfestigkeit
GPa 220
Youngmodul (Zug)
Ausdehnung impregnated) % 1 , 1 g/cm 3 1 ,79
Dichte
N 2,2
Knot tensile strength
Loop tensile strength N 14,4
Elektrischer Widerstand Ω/m gemittelt 405 bzw. 430
Spezifischer Elektrischer WiΩ/μιτι 1 6,7
derstand
Average: 1 23
Stapelfaserlänge mm Max: 220
Min : 1 5
Tpm 31 0 S/230 T
Twist Ausführunqsbeispiel 2:
Physikalische Größe Maßeinheit Numerischer Mittelwert
MPa 2.950
Zugfestigkeit (impregnated)
MPa 820
Zugfestigkeit (trocken)
N 90
Garnfestigkeit
GPa 200
Youngmodul (Zug)
% 1 ,4
Ausdehnung impregnated)
g/cm 3 1 ,79
Dichte
N 2,7
Knot tensile strength
Loop tensile strength N 60
Elektrischer Widerstand Ω/m gemittelt 140
Spezifischer Elektrischer Widerstand Ω/μιτι 1 6,0 gemittelt: 1 23
Stapelfaserlänge mm maximal : 220
min imal : 1 5
Tpm 31 0 S/230 T
Twist
Bei einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahren wird mit oder aus dem Garn 1 0 oder Nähgarn 1 0 ein textiles Gebilde ausgebildet, insbesondere mittels eines Webprozesses, vorzugsweise als ein oder nach Art eines zweidimensionalen Textils, als ein oder nach Art eines Gewebes, Geleges, Geflechts, Gewirks, Gestricks und/oder deren Kombinationen. BEZUGSZEICHENLISTE
1 0 Garn, Nähgarn
20 Faser
20' Fasermaterial
25 Gruppe von Fasern, Fasergruppe
30 Beschichtung
30' Beschichtungsmaterial
40 Imprägnierung
40' Imprägniermaterial
50 Einbettung
50' Einbettungsmaterial
Next Patent: TRANSFORMER WITH SHIELDED CLAMPS