Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Faserverbundwerkstoff hergestellt aus mindestens einem Tape aus mindestens zwei Hybrid-Rovings. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffes und eines Tapes aus Hybrid-Rovings.

Hybrid-Rovings sind bereits bekannt. In der Schrift EP 3638492 werden bespielweise solche Hybrid-Rovings beschrieben. Faserverbundwerkstoffe, die aus diesen Hybrid-Rovings hergestellt wurden, haben jedoch oftmals mechanische Eigenschaften, die nicht homogen innerhalb des Faserverbundwerkstoffes vorliegen. Weiterhin ist die Herstellung der Faserverbundwerkstoffe aus den bekannten Hybrid-Rovings aufwändig, weil eine hohe Anzahl von Hybrid-Rovings über Spulengatter zur Herstellung abgerollt und verarbeitet werden müssen. In der Schrift DE 10 2014 019 220 D1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines badförmigen Halbzeugs beschrieben. Hierbei werden beispielsweise Matrixfaserbündel zusammen mit Verstärkungsfaserbündel aufgespreizt und übereinander abgelegt. Die Breite der Faserbündel soll von 6 mm bis höchstens 16 mm betragen und in einem dreischichtigen Aufbau liegen benachbarte Faserbündel überlappend zueinander vor.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher die Bereitstellung eines Faserverbundwerkstoffes aus mindestens einem Tape, wobei das mindestens eine Tape aus mindestens zwei Hybrid-Rovings gebildet wird, wodurch der Faserverbundwerkstoff einfacher herstellbar ist und seine mechanischen Eigenschaften homogener sind als im Vergleich zum Stand der Technik.

Gelöst wird die Aufgabe mit einem Faserverbundwerkstoff nach Anspruch 1 .

Bei dem erfindungsgemäßen Faserverbundwerkstoff weist der Faserverbundwerkstoff mindestens ein Tape auf, wobei das Tape aus mindestens zwei Hybrid-Rovings aufgebaut ist. Jeder der Hybrid-Rovings besteht mindestens aus einer Lage aus Verstärkungsfasern, die direkt zwischen mindestens zwei Lagen aus thermoplastischen Fasern angeordnet sind. Die Lage aus Verstärkungsfasern und die Lagen aus thermoplastischen Fasern jedes Hybrid- Rovings haben eine Breite quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern, die mehr als 15 mm beträgt. Mindestens zwei Hybrid-Rovings sind quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern überlappungsfrei nebeneinander, aneinander anliegend angeordnet und bilden so das mindestens eine Tape. Das mindestens eine Tape weist eine Breite quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern von mindestens 30 mm auf. Zumindest die Verstärkungsfasern liegen innerhalb des Faserverbundwerkstoffes verdrehungsfrei im Faserverbundwerkstoff vor.

Unter einem Hybrid-Roving soll ein mindestens dreischichtiger Aufbau aus Faserlagen verstanden werden, wobei die unterschiedlichen Faserlagen innerhalb des Hybrid-Rovings im Wesentlichen senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung der Fasern (Verstärkungsfasern) aufeinander angeordnet vorgesehen sind.

Zur Bildung eines Tapes werden mindestens zwei Hybrid-Rovings verwendet. Die Hybrid-Rovings werden dabei so im Tape angeordnet, dass die Faserlagen der gleichen Art und der gleichen Schicht der verschiedenen Hybrid-Rovings nebeneinander, aneinander anliegend sind (Figur 4). Das bedeutet beispielsweise, dass die erste Lage der thermoplastischen Fasern des ersten Hybrid-Rovings überlappungsfrei nebeneinander, aneinander anliegend zur ersten Lage der thermoplastischen Fasern des zweiten Hybrid-Rovings im Tape liegen. Die zwischen der ersten und der zweiten Lage aus thermoplastischen Fasern liegenden Verstärkungsfasern des ersten Hybrid-Rovings sind ebenso überlappungsfrei nebeneinander, aneinander anliegend zur Lage aus Verstärkungsfasern des zweiten Hybrid-Rovings angeordnet. Entsprechend liegen die zweiten Lagen aus thermoplastischen Fasern des ersten und des zweiten Hybrid-Rovings überlappungsfrei nebeneinander, aneinander an. Hierdurch wird ein Tape gebildet, dass eine Breite quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern von mindestens 30 mm besitzt, bei dem aber die Faserverteilung sehr gleichmäßig ist. Durch das Fehlen von Überlappungsbereichen gleicher Faserarten werden vorteilhaft örtlich begrenzte Bereiche mit einer höheren Faserkonzentration vermieden, die im späteren Faserverbundwerkstoff die mechanischen Eigenschaften beeinflussen können. Weiterhin ermöglicht die Verwendung von Tapes zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffes mit einer Breite quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern von mindestens 30 mm die Herstellung des Faserverbundwerkstoffes aus möglichst wenig Spulen (mit Tapematerial), wodurch die Rüstzeit zur Herstellung verringert wird. Beispielsweise müssen nur 10 Spulen mit Tapematerial zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffes bestückt werden, statt 20 und mehr Spulen, obwohl der spätere Faserverbundwerkstoff die gleichen Dimensionen haben soll.

Der Faserverbundwerkstoff kann aus einer Mehrzahl von Tapes gebildet werden, wobei jedes Tape aus einer Mehrzahl von Hybrid-Rovings gebildet werden kann.

Das mindestens eine Tape wird in einer Ausführungsform gebildet aus zwei gespreizten Glasfaser-Rovings (Verstärkungsfasern) und vier gespreizten thermoplastischen Faser-Rovings (die zusammen zwei Hybrid-Rovings bilden), wobei jede der Faserlagen eine Breite gemessen quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern von etwa 15 mm hat. Im Tape hat die Lage aus Verstärkungsfasern und die Lagen aus thermoplastischen Fasern dann eine Breite von 30 mm gemessen quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern.

Bei der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes wird vorzugsweise ein bereits hergestelltes Tape von Rollen oder Spulen abgewickelt und zum Faserverbundwerkstoff verarbeitet. In einer anderen Ausführungsform kann das Tape allerdings auch während der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes in einem vorgelagerten Schritt durch die Zusammenfügung von Hybrid-Rovings erst gebildet werden. Beispielweise können eine Mehrzahl von Hybrid-Rovings in einem ersten Verfahrensschritt gespreizt und entsprechend zueinander abgelegt ein Tape bilden, wobei dann das mindestens eine Tape in einem Pultrusionsverfahren zum Faserverbundwerkstoff zusammengefügt wird.

Alle drei Lagen jedes Tapes werden vorzugsweise bei der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes oder vor der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes (beispielsweise bei der Herstellung des Tapes) mit einem Druck von mindestens 2 bar und Hitze beaufschlagt, sodass die thermoplastischen Fasern zu einem thermoplastischen Material schmelzen, das die Verstärkungsfasern umschließt. Anschließend wird die Lage aus umschlossenen Verstärkungsfasern vorzugsweise unter Druck abgekühlt, bis das thermoplastische Material nicht mehr fließfähig ist. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, das Tape auch ohne Überlappungsbereiche herzustellen und trotzdem ein handhabbares (lagenverschiebungssicheres) Tape zu erhalten.

In einer Ausführungsform werden alle drei Lagen jedes Hybrid-Rovings vorzugsweise bei der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes oder vor der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes (beispielsweise bei der Herstellung des Tapes) mit einem Druck von mindestens 2 bar und Hitze beaufschlagt, sodass die thermoplastischen Fasern zu einem thermoplastischen Material schmelzen, das die Verstärkungsfasern umschließt. Anschließend wird die Lage aus umschlossenen Verstärkungsfasern vorzugsweise unter Druck abgekühlt, bis das thermoplastische Material nicht mehr fließfähig ist.

In Folgenden werden die Lagen aus Verstärkungsfasern oder aus thermoplastischen Fasern auch als Faserlagen bezeichnet. Weiterhin kann das mindestens eine Tape auch als Tapes bezeichnet werden.

Eine Faser ist ein endloses oder längenbegrenztes Gebilde, dessen Breite im Verhältnis zu seiner Länge vernachlässigbar klein ist. Sowohl Endlosfasern (kontinuierliche Fasern) als auch Stapelfaser oder Hohlfaser sollen als Fasern verstanden werden. Die Fasern können Multifilamentfasern oder Monofilamentfasern sein. Die Faser kann auch als Kern-Mantel-Faser vorliegen. Weiterhin können die Fasern beispielweise in Form eines Gams (beispielweise Multifilamentgarn oder Bändchengarn) vorliegen.

Eine Breite der Faserlagen im Hybrid-Roving quer zur Hauptausbreitungsrichtung (oder auch Faserausrichtung genannt) der Verstärkungsfasern bedeutet, dass die Breite in einer Ebene der Verstärkungsfaserlage aber in einem Winkel von etwa 90° zur Haupterstreckung der Faser gemessen wird. Entsprechend bedeutet eine Breite des Tapes quer zur Hauptausbreitungsrichtung (oder auch Faserausrichtung genannt), dass die Breite in einer Ebene der Verstärkungsfaserlage, aber in einem Winkel von etwa 90° zur Haupterstreckung der Faser, gemessen wird. Das mindestens eine Tape, aufgebaut aus mindestens zwei überlappungsfrei nebeneinander, aneinander anliegenden Hybrid-Rovings, weist erfindungsgemäß eine Breite auf, die bisher für solche Tapes nicht bekannt war. Hierdurch kann der Faserverbundwerkstoff aus einer geringeren Anzahl von Hybrid-Rovings hergestellt werden und erfindungsgemäß liegen zumindest die Verstärkungsfasern innerhalb des Faserverbundwerkstoffes verdrehungsfrei innerhalb des Faserverbundwerkstoffes vor. Vorteilhaft kann so eine einheitliche Faserausrichtung der Verstärkungsfasern innerhalb des Faserverbundwerkstoffes erhalten werden und damit einhergehend homogene hohe mechanische Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffes. Beispielweise kann die Herstellung eines Faserverbundwerkstoffs durch Abwicklung und Zusammenfügen (beispielsweise unter Druck und Hitze) von einer Mehrzahl von Hybrid-Rovings erfolgen, wobei bei einer großen Anzahl von Hybrid-Rovings - so wie bisher aus dem Stand der Technik bekannt - die Hybrid-Rovings beim Zusammenfügen zueinander verdreht werden. Je mehr Hybrid-Rovings für die Herstellung des Faserverbundwerkstoffes benötigt werden, umso größer wird die Anzahl der Hybrid-Rovings, die eine Verdrehung aufweisen. Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Faserverbundwerkstoffes kann vorteilhaft eine geringere Anzahl von Hybrid-Rovings verwendet werden als bisher üblich. Durch die Zusammenfassung von mindestens zwei Hybrid-Rovings zu mindestens einem Tape wird zudem vorteilhaft die Verdrehung der Verstärkungsfasern bei der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes verhindert. Weiterhin wird der Prozess zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes wesentlich vereinfacht mit der Verwendung von wenigen, breiten Tapes, da beispielweise die Bestückungszeit und die Rüstzeit im Herstellungsprozess verkürzt werden kann. Wird der Faserverbundwerkstoff beispielsweise durch die Abwicklung und das Zusammenfügen von Tape-Rollen bewirkt, müssen im Herstellungsprozess weniger Rollen zu Beginn bestückt und im späteren Prozess eventuell ausgetauscht werden. Vorteilhafterweise ist so das Herstellungsverfahren des Faserverbundwerkstoffes schneller und erfordert weniger oder keine Unterbrechungen bei der Herstellung. Unter einem Hybrid-Roving soll ein Material verstanden werden, das aus mindestens zwei unterschiedlichen Ausgangsmatenalien gebildet wird, wobei die Ausgangsmatenalien jeweils als Roving im Hybrid-Roving verwendet werden. Unter einem Roving soll ein Bündel, Strang oder ein Multifilamentgarn aus parallel angeordneten Filamenten verstanden werden. Eine Faserlage des Hybrid-Rovings ist aus einem Faser-Roving gebildet.

Ein Tape weist mindestens zwei Hybrid-Rovings auf. Jeder Hybrid-Roving weist gespreizte Faser-Rovings auf, die die Lagen aus thermoplastischen Fasern und die Lage aus Verstärkungsfasern bilden. Der Hybrid-Roving kann auch eine Mehrzahl von thermoplastischen Faserlagen und Lagen aus Verstärkungsfasern aufweisen, die dann im Hybrid-Roving übereinander angeordnet sind (Figur 2) In einem Tape kann die mindestens eine Faserlage aus Verstärkungsfasern aus einer Mehrzahl von Rovings aus Verstärkungsfasern gebildet werden, die nebeneinander (und auch übereinander) liegen. Ebenso kann jede Faserlage aus thermoplastischen Fasern aus einer Mehrzahl von Rovings aus thermoplastischen Fasern gebildet werden. Die Anzahl der verwendeten Rovings in der Faserlage aus Verstärkungsfasern kann gleich oder unterschiedlich sein zu der Anzahl an Rovings für die Faserlage aus thermoplastischen Fasern, je nachdem wie das Tape aufgebaut werden soll.

Vorzugsweise sind alle Hybrid-Rovings zum Aufbau des Tapes gleich aufgebaut und weisen folglich die gleiche Anzahl von thermoplastischen Faserlagen und Faserlagen aus Verstärkungsfasern auf.

In einer Ausführungsform weist das mindestens eine Tape eine Breite gemessen quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern auf, die größer ist als seine Dicke, gemessen in Richtung der ersten Faserlage aus thermoplastischen Fasern zur zweiten Faserlage aus thermoplastischen Fasern. Vorzugsweise ist die Breite des Tapes senkrecht zur Faserausrichtung um das 20 bis 25 fache größer als die Dicke des Tapes, gemessen in Richtung der ersten Faserlage aus thermoplastischen Fasern zur zweiten Faserlage aus thermoplastischen Fasern. Vorzugsweise weist auch jeder Hybrid-Roving eine Breite gemessen quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern auf, die größer (vorzugsweise um das 20 bis 25 fache) ist als seine Dicke, gemessen in Richtung der ersten Faserlage aus thermoplastischen Fasern zur zweiten Faserlage aus thermoplastischen Fasern.

In einer Ausführungsform schmelzen bei der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes die thermoplastischen Fasern in den Hybrid-Rovings - beziehungsweise im mindestens einem Tape - und die Verstärkungsfasern werden vorzugsweise vollständig von dem thermoplastischen Material der thermoplastischen Fasern umgeben, ohne dass vorzugsweise ein Randbereich nur aus thermoplastischem Material vorliegt. Bezüglich des Aufbaus und der Herstellung des Hybrid-Rovings sei auf die Offenbarung zum bändchenförmigen Kompositwerkstoffs der Schrift EP 3638492 verwiesen, dessen Inhalt Teil dieser Offenbarung werden soll.

Im Hybrid-Roving steht die Faserlage aus Verstärkungsfasern bevorzugt in einem direkten Kontakt zu den zwei Faserlagen aus thermoplastischen Fasern. Auch im mindestens einem Tape steht die Faserlage aus Verstärkungsfasern bevorzugt in einem direkten Kontakt zu den zwei Faserlagen aus thermoplastischen Fasern. Die direkte Anordnung der mindestens einen Lage aus Verstärkungsfasern zwischen den zwei Lagen mit thermoplastischen Fasern bedeutet, dass keine weitere Lage aus einem anderen Material mehr zwischen den Verstärkungsfasern und den Lagen aus thermoplastischen Fasern liegt.

Die thermoplastischen Fasern können in den Hybrid-Rovings, beziehungsweise im mindestens einem Tape, als Filamente, Stapelfaser, Multifilamentfasern, Game, Monofilamente oder Bändchengame aus thermoplastischem Material vorliegen. Als thermoplastisches Material für die thermoplastischen Fasern ist jedes Material geeignet, dessen Schmelzbereich oder Schmelzpunkt nicht größer ist als 500 °C, bevorzugter nicht größer als 350 °C.

Vorzugsweise werden als thermoplastische Fasern, Fasern aus aliphatischen und teilaromatischen Polyamiden, Polyoxymethylen (POM), Polyestern, PEEK, PEN, POK, PP, PE oder PVC oder Gemischen hieraus verwendet. Die thermoplastischen Fasern können thixotropische Additive aufweisen.

Vorzugsweise werden als thixotropische Additive pyrogene Kieselsäure, Luvotix HAT, Luvotix AB, Luvotix EAB, Luvotix P 100 -15, BYK-405, BYK-420 oder BYK- 425 verwendet.

In einer Ausführungsform des Hybrid-Rovings (beziehungsweise des mindestens einen Tapes) werden als Verstärkungsfasern Glasfaser (Roving), Carbonfaser (Tow), Basaltfaser, Keramikfaser, Viskosefasern, Metallfasern, Aramidfasern oder Naturfaser oder Mischungen der genannten Fasern für die Faserlage aus Verstärkungsfasern verwendet. Vorzugsweise besteht die mindestens eine Faserlage aus Verstärkungsfasern aus etwa 60 bis 100%, bevorzugter aus 80 bis 95%, aus einer der genannten Fasern oder einer Mischung aus den genannten Fasern.

Besonders bevorzugt werden als Verstärkungsfaser Glasfaser verwendet, wobei die Glasfaser vorzugsweise eine Feinheit von 1200 bis 2400 tex hat.

Vorzugsweise besteht eine Faserlage aus thermoplastischen Fasern aus mindestens einer Schicht, vorzugsweise aus zwei Schichten aus thermoplastischen Multifilamentgarnen, die unidirektional und übereinander angeordnet sind im Hybrid-Roving. Vorzugsweise weist dann auch das mindestens eine Tape zwei Schichten aus thermoplastischen Multifilamentgarnen, die unidirektional und übereinander angeordnet sind, auf.

Bevorzugt besteht die mindestens eine Faserlage aus Verstärkungsfasern im Hybrid-Roving aus einer Schicht unidirektional angeordneter Verstärkungsfasern. Vorzugsweise liegen die Verstärkungsfasern innerhalb der Faserlage aus Verstärkungsfasern im Hybrid-Roving ohne Überlappung nebeneinander und aneinander an.

Bevorzugt beträgt die Breite der mindestens einen Faserlage aus Verstärkungsfasern und der mindestens zwei Faserlagen aus thermoplastischen Fasern im Hybrid-Roving quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern mehr als 30 mm, mehr als 50 mm, mehr als 100 mm, mehr als 250 mm, mehr als 500 mm oder mehr als 600 mm.

In einer Ausführungsform weist das mindestens eine Tape mindestens eine Faserlage aus Verstärkungsfasern und mindestens zwei Faserlagen aus thermoplastischen Fasern auf. Bevorzugt beträgt die Breite der mindestens einen Faserlage aus Verstärkungsfasern und der mindestens zwei Faserlagen aus thermoplastischen Fasern im mindestens einem Tape quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern mehr als 30 mm, mehr als 50 mm, mehr als 100 mm, mehr als 250 mm, mehr als 500 mm oder mehr als 600 mm.

In einer Ausführungsform wird der Faserverbundwerkstoff gebildet aus Hybrid- Rovings mit einer Mehrzahl von Faserlagen aus Verstärkungsfasern, wobei die Verstärkungsfasern zumindest in Teilbereichen senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern versatzlos oder mit Versatz übereinander liegend im Hybrid-Roving angeordnet sind. In einer Ausführungsform wird der Faserverbundwerkstoff gebildet aus mindestens zwei Tapes, wobei die Tapes zumindest in Teilbereichen senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern versatzlos oder mit Versatz übereinander liegend im Faserverbundwerkstoff angeordnet sind.

In einer Ausführungsform ist das Flächengewicht innerhalb der Faserlage aus Verstärkungsfasern und/oder innerhalb der Faserlagen aus thermoplastischen Fasern in jedem der mindestens zwei Hybrid-Rovings und/oder im mindestens einem Tape konstant. Konstant bedeutet hierbei, dass das Flächengewicht innerhalb der Faserlage um weniger als 5 % variiert.

Vorzugsweise weist jeder der mindestens zwei Hybrid-Rovings und/oder das mindestens eine Tape ein temporäres Bindemittel auf. Als temporäres Bindemittel kommen beispielsweise thermoplastische Dispersionen, wie Polypropylen in Wasser, in Betracht, wobei der Anteil an Bindemittel zum Faseranteil der Hybrid- Rovings und/oder des mindestens einen Tapes im Bereich von 0,3 bis 10 Gew%, vorzugsweise bei 3 Gew% liegt, bezogen auf den Gesamtfaseranteil des Hybrid- Rovings, beziehungsweise des mindestens einen Tapes. Das Bindemittel ist ein temporäres Bindemittel, sofern es bei der Herstellung oder bereits vor der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes vom Hybrid-Roving und/oder dem mindestens einem Tape entfernt oder später in einem Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes gelöst wird. Beispielweise kann das Bindemittel vor der Zusammenfügung der Hybrid-Rovings zu dem mindestens einem Tape mittels Hitze verdampft werden. In einer anderen Ausführungsform wird das Bindemittel erst bei der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes mittels Hitze verdampft. Durch das temporäre Bindemittel kann vorteilhaft eine temporäre Bindung der verschiedenen Faserlagen innerhalb eines jeden Hybrid-Rovings verstärkt werden, sodass die Hybrid-Rovings besser handhabbar werden. Weiterhin wird durch das temporäre Bindemittel auch eine temporäre Bindung der verschiedenen Faserlagen der verschiedenen Hybrid-Rovings im mindestens einem Tape verstärkt. Hierdurch ist die Bildung des mindestens einen Tapes, ohne sich überlappende Faserlagen unterschiedlicher Hybrid-Rovings, noch besser möglich.

In einer Ausführungsform wirkt das temporäre Bindemittel als Haftverstärker im späteren Faserverbundwerkstoff. Vorzugsweise bindet das Bindemittel im Hybrid- Roving die verschiedenen Faserlagen aneinander, sodass die Handhabbarkeit des Hybrid-Rovings verbesset wird und sorgt dann im Faserverbundwerkstoff für eine bessere Haftung zwischen dem Material der Hybrid-Rovings und dem zusätzlichen Matrixmaterial, das zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffes zusätzlich zu den Hybrid-Rovings verwendet wird. Vorzugsweise bindet das Bindemittel im mindestens einem Tape die verschiedenen Faserlagen aneinander, sodass die Handhabbarkeit des mindestens einen Tapes verbessert wird und sorgt dann im Faserverbundwerkstoff für eine bessere Haftung zwischen dem Material des mindestens einem Tapes und dem zusätzlichen Matrixmaterial, das zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffes zusätzlich verwendet wird.

Vorzugsweise ist das temporäre Bindemittel ein Haftklebestoff. Unter einem Haftklebstoff werden in der vorliegenden Anmeldung Materialien verstanden, die eine hohe Anfassklebkraft (dem Fachmann auch unter der Bezeichnung „Tack“ bekannt) aufweisen, die also in sehr kurzer Zeit Klebeverbindungen mit Gegenständen eingehen, die das betreffende Material berühren. Mögliche Haftklebstoffe sind Polymere oder Copolymere auf Basis von Acrylaten, namentlich auf Basis von 2-Ethylhexlacrylat, Isoamylacrylat, Hydroxymethacrylat, Isooctylacrylat, Acrylsäure, Methylmethacrylat oder Butylacrylat. Die als Haftklebstoff verwendeten Polymere oder Copolymere können darüber hinaus auch Styrol, Naturkautschuk, Polyterpenharz, Polyisopren Styrol-Butadien- Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Isobuten-Isoprenkautschuk, Acrylnitril- Butadienkautschuk, Chloroprenkautschuk, Polyvinylacetat oder Polydiphenyldisiloxan enthalten. In einer Ausführungsform enthält der Haftklebstoff quellbare Acrylatkügelchen. In einer Ausführungsform enthält der Haftklebstoff ein Lösungs- oder Quellmittel, wie Wasser, einen Alkohol wie Ethanol, Methanol, 1- Propanol oder 2-Propanol, ein Keton wie Aceton oder Methylethylketon oder ein Alkan wie n-Hexan, n-Heptan oder Petrolether. In einer Ausführungsform behält die als Haftklebstoff zugesetzte Komponente auch nach einer Wärmebehandlung des Hybrid-Rovings bei beispielsweise 180°C ihre Klebkraft. In einer Ausführungsform ist der Haftklebstoff so beschaffen, dass er seine klebrige Eigenschaft im Laufe der Zeit, zum Beispiel durch die Einwirkung von Licht, Luftsauerstoff oder durch das Verdampfen eines Lösungs- oder Quellmittels wieder verliert.

In einer Ausführungsform werden Menge und Art des Haftklebstoffs so gewählt, dass sich die dadurch entstehende Klebeverbindung durch Einwirkung einer Kraft von circa 0,01 mN/tex wieder lösen lässt. Circa bedeutet in diesem Zusammenhang eine Abweichung nach oben und unten von je 50%.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft den Faserverbundwerkstoff. Ausführungen zu den Hybrid-Rovings und dem mindestens einem Tape gelten (soweit passend) für den Faserverbundwerkstoff, der aus mindestens zwei Hybrid-Rovings - in mindestens einem Tape - hergestellt werden soll. Die Lage aus Verstärkungsfasern unterschiedlicher Hybrid-Rovings sind innerhalb des mindestens einen Tapes quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern verklebungsfrei und überlappungsfrei nebeneinander, aneinander anliegend. Vorzugsweise sind auch die Lagen aus thermoplastischen Fasern unterschiedlicher Hybrid-Rovinge innerhalb des mindestens einen Tapes quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern verklebungsfrei und überlappungsfrei nebeneinander, aneinander anliegend.

Vorzugsweise wird der Faserverbundwerkstoff aus weniger als 400, vorzugsweise weniger als 300, vorzugsweise weniger als 250, vorzugsweise weniger als 100, vorzugsweise weniger oder gleich 10 Hybrid-Rovings gebildet. Vorzugsweise wird der Faserverbundwerkstoff aus weniger als 400, vorzugsweise weniger als 300, vorzugsweise weniger als 200, vorzugsweise weniger als 250, vorzugsweise weniger als 150, vorzugsweise weniger als 125, vorzugsweise weniger als 100, vorzugsweise weniger als 50, vorzugsweise weniger oder gleich 10, oder weniger oder gleich 5 Tapes gebildet. Vorzugsweise weist jedes dieser Tapes drei oder mehr Hybrid-Rovings auf.

Vorzugsweise wird der Faserverbundwerkstoff ausschließlich aus einer Art Hybrid- Roving hergestellt, sodass alle Hybrid-Rovings einen gleichen Aufbau aufweisen und das gleiche Material beinhalten.

Vorzugsweise wird der Faserverbundwerkstoff ausschließlich aus einer Art Tape hergestellt, sodass alle Tapes einen gleichen Aufbau aufweisen und das gleiche Material beinhalten.

Vorzugsweise weist der Faserverbundwerkstoff in Dicken- und/oder Breitenrichtung eine homogene Faserverteilung auf. Eine homogene Faserverteilung bedeutet hierbei, dass die Faserverteilung der Verstärkungsfasern innerhalb des Faserverbundwerkstoffes zueinander um weniger als 5% variiert. Vorteilhaft wird hierdurch ein Faserverbundwerkstoff erhalten, der keine verstärkungsfaserfreien Bereiche nur aus Matrixmaterial aufweist. Die mechanischen Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffes werden hierdurch vorteilhaft besonders gut vorhersagbar.

In einer Ausführungsform ist der Faserverbundwerkstoff ein Pultrudat. Unter einem Pultrudat soll ein Faserverbundwerkstoff verstanden werden, der aus mindestens einem Tape in einem Pultrusionsverfahren gebildet wurde, wobei das mindestens eine Tape aus mindestens zwei Hybrid-Rovings gebildet ist. In einer Ausführungsform werden die Hybrid-Rovings über Faserführungen aus einem mehrstöckigen Spulenlager geführt und gespreizt und zu mindestens einem Tape zusammengefügt, wobei die Faserlagen der Hybrid-Rovings quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern überlappungsfrei nebeneinander, aneinander anliegend im Tape sind. Das mindesten eine Tape wird in ein heißes Pultrusionswerkzeug geführt. In diesem Werkzeug schmelzen die thermoplastischen Fasern auf und bilden eine Matrix. Die zusätzliche Zugabe von Matrixmaterial zur Herstellung des Pultrudats ist bei der Verwendung der Hybrid-Rovings nicht notwendig. Die Fasern können mehrere Vorformstationen durchlaufen, sodass sie an die gewünschte Pultrudatform herangeführt werden.

Vorzugsweise hat das Pultrudat eine Stabform, wobei die Stabform massiv ist und einen Durchmesser von mindestens 2 mm hat.

In einem Ausführungsbeispiel kann die Oberfläche des Pultrudats eine Struktur mit vorgegebener Dicke aufweisen. Beispielweise kann das Pultrudat eine Oberfläche wie beim Stahlarmierungsstab im Betonbau aufweisen.

Vorzugsweise hat das Pultrudat eine Flachprofilform (rechteckig), wobei die Form massiv ist und eine Dicke von mindestens 0,2 mm hat und eine Breite von mindestens 6 mm.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffes - wie oben beschrieben. Insofern gelten die oben gemachten Ausführungen auch für das Herstellungsverfahren.

Im Herstellungsverfahren werden 10, nicht mehr als 10 oder mehr als 10 Hybrid- Roving^) abgewickelt und zu mindestens einem Tape zusammengefügt, wobei das mindestens eine Tape zum Faserverbundwerkstoff verarbeitet wird. Jeder der Hybrid-Rovings weist eine Breite von mindestens 15 mm quer zur Faserausrichtung des Hybrid-Rovings auf und zumindest die Verstärkungsfasern sind zueinander verdrehungsfrei zum Faserverbundwerkstoff zusammengefügt. Innerhalb des mindestens einem Tape liegen die Hybrid-Rovings quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern überlappungsfrei nebeneinander, aneinander an.

Im Herstellungsverfahren können auch 10, nicht mehr als 10 oder mehr als 10 Tapes abgewickelt und zum Faserverbundwerkstoff verarbeitet werden. Im Herstellungsverfahren können auch 5, nicht mehr als 5 oder mehr als 5 Tapes abgewickelt und zum Faserverbundwerkstoff verarbeitet werden, wobei jedes Tape aus mindestens zwei Hybrid-Rovings gebildet wurde.

Bevorzugt werden im Herstellungsverfahren des Faserverbundwerkstoffes nicht mehr als 300 Hybrid-Rovings zur Herstellung verwendet, wobei jeder Hybrid- Roving eine Breite quer zur Faserausrichtung von mehr als 15 mm hat und/oder der Faserverbundwerkstoff eine Breite quer zur Faserausrichtung von mehr als 30 mm, vorzugsweise mehr als 50 mm, hat.

Durch die Verwendung mindestens eines Tapes, indem mindestens zwei Hybrid- Rovings zusammengefügt sind, wird die Gefahr der Faserverdrehung bei der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes deutlich geringer. Dies erhöht die Gleichmäßigkeit des Faserverbundwerkstoffes. Darüber hinaus reduziert sich die Reibung bzw. die Druckschwankungen im Konsolidierungswerkzeug, da nur relativ wenige Tapes zur Herstellung verwendet werden müssen. Wie bereits oben beschrieben, können dadurch vorteilhaft die mechanischen Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffes verbessert werden.

In einer Ausführungsform werden die Hybrid-Rovings zunächst in einem separaten Arbeitsschritt zu einem Tape zusammengefasst. Die Rollen mit dem Tape werden dann aufgewickelt und können gelagert werden. Zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffes werden dann die Rollen (oder Spulen) mit dem Tape abgerollt und zum Faserverbundwerkstoff verarbeitet. Das mindestens eine Tape kann jedoch auch als ein temporäres Zwischenprodukt nach dem Abrollen der Hybrid-Rovings und vor der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes hergestellt werden, ohne dass das mindestens eine Tape aufgewickelt (gelagert und später verarbeitet) wird.

Vorzugsweise werden die Hybrid-Rovings so zum mindestens einem Tape zusammengefügt, dass auch die thermoplastischen Fasern der Hybrid-Rovings verdrehungsfrei vorliegen. Spätestens jedoch beim Herstellungsprozess des Faserverbundwerkstoffes werden die thermoplastischen Fasern vollständig aufgeschmolzen, sodass im Faserverbundwerkstoff eine Faserorientierung der thermoplastischen Fasern nicht mehr festgestellt werden kann. Hierbei umschließt das thermoplastische Fasermaterial die Verstärkungsfasern und bildet die Matrix des Faserverbundwerkstoffs, beziehungsweise geht eine Verbindung mit einem zugeführten Matrixmaterial ein.

In einer Ausführungsform wird der Faserverbundwerkstoff aus einer Mehrzahl von Tapes hergestellt, wobei alle Tapes einen gleichen Aufbau (gleiches Material, gleiche Faseranzahl, gleiche Lagenanzahl) besitzen

In einer anderen Ausführungsform wird der Faserverbundwerkstoff aus einer Mehrzahl von Tapes hergestellt, wobei mindestens zwei Arten von Tapes verwendet werden. Die mindestens zwei Arten von Tapes unterscheiden sich voneinander in der Art des verwendeten Materials für die Fasern, der Faseranzahl innerhalb der verschiedenen Lagen, der Faserspreizung innerhalb einer Lage und/oder der Anzahl der Faserschichten innerhalb des Tapes. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Tape zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes, wie oben beschrieben, wobei das Tape eine Breite quer zur Hauptausrichtung der Verstärkungsfasern von mindestens 30 mm hat. Das Tape wird gebildet aus mindestens der zwei Hybrid-Rovings, die eine Breite quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern von mindestens 15 mm haben, und deren Verstärkungsfasern innerhalb des Tapes verklebungsfrei und quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern überlappungsfrei nebeneinander, aneinander anliegend sind. Für das Tape sollen alle obigen Ausführungen, die zum Faserverbundwerkstoff und zum Verfahren zu dessen Herstellung getätigt wurden, gleichermaßen gelten. Ebenso sollen alle nachfolgenden Erklärungen zum Tape sowohl für das Verfahren zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffes als auch für den Faserverbundwerkstoff selber gelten.

Das Tape weist (mindestens) eine Faserlage aus Verstärkungsfasern auf, die aus den Faserlagen aus Verstärkungsfasern mindestens zwei Hybrid-Rovings gebildet ist, wobei die Faserlagen aus Verstärkungsfasern unterschiedlicher Hybrid- Rovings innerhalb des Tapes überlappungsfrei nebeneinander, aneinander anliegend vorgesehen sind (innerhalb der Lage aus Verstärkungsfasern des Tapes). Weiterhin werden die Faserlagen aus thermoplastischen Fasermaterial des Tapes jeweils aus einer Mehrzahl von Faserlagen aus thermoplastischen Fasern unterschiedlicher Hybrid-Rovings gebildet. Jede Lage aus thermoplastischen Fasermaterial im Tape weist dabei mindestens zwei Lagen aus thermoplastischen Fasermaterial unterschiedlicher Hybrid-Rovings auf, die innerhalb der thermoplastischen Faserlage des Tapes überlappungsfrei, nebeneinander, aneinander anliegend vorgesehen sind. Das Tape kann auch aus mehr als zwei Hybrid-Rovings gebildet werden, wobei dieses Tape dann entsprechend dem grade beschriebenen Tape (nur mit mehr überlappungsfrei, nebeneinander, aneinander anliegenden Faserlagen) aufgebaut ist. Das mindestens eine Tape kann beispielsweise aus mindestens 3, aus mindestens 5 oder aus mindestens 10 Hybrid-Rovings gebildet werden, wobei jede Lage aus Verstärkungsfasern der Hybrid-Rovings eine Breite quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern von mindestens 15 mm hat und die Verstärkungsfasern unterschiedlicher Hybrid-Rovings innerhalb des Tapes quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern überlappungsfrei nebeneinander, aneinander anliegend sind (und so die Lage aus Verstärkungsfasern des Tapes bilden).

Innerhalb eines Tapes kann jeder Hybrid-Roving auch eine erste Faserlage aus thermoplastischen Fasern aufweisen, die aus einer anderen Anzahl von Fasern und/oder einer anderen Materialart der Fasern gebildet wurde, wie eine zweite Faserlage aus thermoplastischen Fasern des gleichen Hybrid-Rovings.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher beschrieben, wobei die Figuren lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen und daher nicht einschränkend sind.

Figur 1 zeigt schematisch eine mögliche Herstellungsweise eines Hybrid- Rovings

Figure 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Hybrid-Rovings

Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau eines Tapes.

Figur 4 zeigt schematisch die Anordnung einer Mehrzahl von Tapes zur Herstellung des Verbundwerkstoffs Figur 5 zeigt schematisch den Aufbau mit zwei Tapes die zum

Faserverbundwerkstoff verarbeitet werden können

In Figur 1 ist schematisch eine Möglichkeit zur Herstellung eines Hybrid-Rovings dargestellt. Gemäß diesem Beispiel wird ein Hybrid-Roving hergestellt aus drei Materialrollen als Ausgangsmaterial. Die äußeren Materialbahnen sind gespreizte thermoplastische Fasern, mittig wird eine Bahn gespreizter Verstärkungsfasern (beispielsweise Glasfasern) zugeführt. Die Verstärkungsfasern liegen dann zwischen den Bahnen aus thermoplastischen Fasern, sodass die thermoplastischen Fasern eine Oberseite und eine Unterseite der Verstärkungsfasern bedecken. In einer Ausführungsform kann vor der Zusammenführung aller Faserlagen zu dem Hybrid-Roving ein Kleber und/oder ein Bindemittel auf eine der Faserlagen oder auf einer Mehrzahl der Faserlagen aufgetragen werden. In einer anderen Ausführungsform zur Herstellung des Hybrid-Rovings werden zunächst alle Lagen thermoplastischer Fasern und alle Lagen Verstärkungsfasern zu einem Hybrid-Roving zusammengefasst und anschließend wird auf dem Hybrid-Roving ein Kleber und/oder ein Bindemittel aufgetragen. Vorzugsweise erfolgt der Auftrag des Klebemittels und/oder des Bindemittels über einen Walzenauftrag, wobei eine oder mehrere Faserbahnen oder der Hybrid-Roving über eine mit dem entsprechenden Klebe- und/oder Bindemittel versehene Walze (Rolle) geführt wird. Die Faserlagen werden übereinander geschichtet und dann vorzugsweise unter Druck zusammengefügt und getrocknet. Hierdurch entsteht eine Fixierung der Faserlagen untereinander, sodass die einzelnen Faserlagen anschließend nicht ohne entsprechenden Kraftaufwand wieder voneinander gelöst werden können. Vorzugsweise ist die Fixierung der verschiedenen Faserlagen innerhalb des Hybrid-Rovings so stark, dass der Hybrid-Roving nach der Fixierung problemlos aufgewickelt und später wieder abgewickelt werden kann, ohne dass es zu einer Trennung der verschiedenen Faserlagen kommt. Weiterhin ist die Fixierung so stark, dass auch bei der Herstellung des Faserverbundwerkstoffes aus dem Hybrid-Roving (in Form mindestens eines Tapes), dieser seinen Faserlagenaufbau beibehält.

In Figur 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Hybrid-Rovings dargestellt. Im Beispiel der Figur 2 besteht der Hybrid-Roving aus einem gespreizten Glasfaser-Roving, der zwischen zwei gespreizten Rovings aus thermoplastischen Fasern angeordnet ist. Vorzugsweise wird der Glasfaser- Roving so gespreizt, dass er eine Dicke (gemessen in Richtung von einer Faserlage aus thermoplastischen Fasern zur weiteren Faserlage aus thermoplastischen Fasern), aufweist, die größer ist, als die einzelnen Dicken der Faserlagen aus thermoplastischen Fasern. Der Hybrid-Roving weist vorliegend drei Faserlagen auf, wobei zwei Faserlagen aus dem gleichen Material bestehen (thermoplastische Fasern) und eine Faserlage aus Verstärkungsfasern besteht. Der Hybrid-Roving weist vorzugsweise eine Breite quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Verstärkungsfasern von mehr als 15 mm auf und gleichzeitig auch eine Dicke (gemessen in Richtung von einer Faserlage aus thermoplastischen Fasern zur weiteren Faserlage aus thermoplastischen Fasern), die zwischen 0,2 bis 0,4 mm beträgt. Der Hybrid-Roving weist folglich bevorzugt eine Breite auf, die wesentlich größer ist als seine Dicke. Vorzugsweise weist der Hybrid-Roving eine Breite auf, die um das 20 bis 25 fache größer ist als seine Dicke.

In Figur 3 ist schematisch ein Tape 1 dargestellt. Das Tape 1 wird im Ausführungsbeispiel der Figur 3 gebildet aus zwei Hybrid-Rovings 2, 2', wobei die Hybrid-Rovings 2,2'überlappungsfrei nebeneinander, aneinander anliegend innerhalb des Tapes 1 sind. Vorzugsweise liegt innerhalb des Tapes 1 die erste Lage aus thermoplastischen Fasern des ersten und des zweite Hybrid-Rovings überlappungsfrei nebeneinander, aneinander an, die Lagen aus Verstärkungsfasern 3 des ersten Hybrid-Rovings und des zweiten Hybrid-Rovings liegen innerhalb des Tapes überlappungsfrei nebeneinander, aneinander an und die zweiten Lagen aus thermoplastischen Fasermaterial des ersten und des zweiten Hybrid-Rovings liegen überlappungsfrei nebeneinander, aneinander an. In der Figur 3 ist nur skizzenhaft die Lage von Verstärkungsfasern 3 eines der Hybrid-Rovings 2 angedeutet worden.

In Figur 4 ist erneut schematisch der Aufbau des Tapes aus mindestens zwei Hybrid-Rovings 2,2'. Ein erster Hybrid-Roving 2 weist einen gleichen Aufbau auf wie ein zweiter Hybrid-Roving 2'. Die Hybrid-Rovings 2, 2' werden zusammengelegt und bilden das Tape 1. Wie auch in der Figur ersichtlich, liegen dabei gleiche Faserlagen der unterschiedlichen Hybrid-Rovings überlappungsfrei nebeneinander, aneinander an innerhalb des Tapes 1. Die unterschiedlichen Hybrid-Rovings 2,2'können beispielsweise ein Bindemittel oder ein Haftkleber aufweisen, durch den der Zusammenhalt der unterschiedlichen Faserlagen jedes Hybrid-Rovings 2, 2'auch ohne Überlappung der Faserlagen ermöglicht wird. Additional oder alternativ können die Faserlagen der Hybrid-Rovings 2, 2' auch durch Druck und Wärme so verbunden werden, dass sie ein Tape 1 ohne Überlappungsbereiche bilden.

In Figur 5 ist ein Aufbau mit zwei Tapes 1 dargestellt, die zum Faserverbundwerkstoff verarbeitet werden können. Jedes Tape 1 weist zwei Hybrid-Rovings 2,2' oder 2”, 2'” auf. Die Tapes 1 können dabei, wie im Beispiel der Figur 4, mit einem Versatz zueinander übereinander angeordnet werden, wobei innerhalb einer horizontalen Lage aus Tapes 1 , diese versatzlos zueinander liegen. Vorzugsweise liegen die Tapes 1 in einer horizontalen Lage überlappungsfrei nebeneinander, aneinander an. Die Tapes 1 unterschiedlicher (horizontaler) Lagen können gleich oder unterschiedlich zueinander aufgebaut sein. Vorzugsweise sind die Tapes 1 einer horizontalen Lage gleich zueinander aufgebaut. Eine Lage aus Verstärkungsfasern 3 eines Hybrid-Rovings 2'wurden andeutungsweise dargestellt.