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Beispielhaft seien hier genannt: Ketone (Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon.Cyclohexanon), Ether (Tetrahydrofuran), Ester (n-Propylacetat, n-Butylacetat, Isobutylacetat, 1,2-Propylencarbonat, Propylenglykol-Methylether-Acetat).
By way of example, ketones (acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclo-hexanone), ethers (tetrahydrofuran), esters (n-propyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, 1,2-propylene carbonate, propylene glycol methyl ether acetate) may be mentioned here.
Die erfindungsgemäßen Prepregs weisen nach Abkühlung auf Raumtemperatur eine sehr hohe Lagerstabilität bei Raumtemperatur auf, sobald das Matrixmaterial einen Tg von mindestens 40 °C aufweist.
After cooling to room temperature, the prepregs according to the invention exhibit very high storage stability at room temperature, provided that the matrix material exhibits a Tg of at least 40° C. Depending on the reactive polyurethane composition contained this is at least a few days at room temperature, but as a rule the prepregs are storage-stable for several weeks at 40° C. and below.
Die so hergestellten Prepregs sind nicht klebrig und daher sehr gut zu handhaben und weiter zu verarbeiten.
The prepregs thus produced are not sticky and are thus very good for handling and further processing.
Die erfindungsgemäß eingesetzten reaktiven oder hochreaktiven Polyurethanzusammensetzungen weisen demnach eine sehr gute Haftung und Verteilung auf dem Faser förmigen Träger auf.
The reactive or highly reactive polyurethane compositions used according to the invention thus exhibit very good adhesion and distribution on the fibrous support.
Während der Weiterverarbeitung der Prepregs zu Composites (Verbundwerkstoffen) z. B. durch Verpressen bei erhöhten Temperaturen, erfolgt eine sehr gute Imprägnierung des Faser förmigen Trägers, dadurch bedingt, dass die dabei flüssig niedrig viskosen reaktiven oder hochreaktiven Polyurethanzusammensetzungen vor der Vernetzungsreaktion die Faser des Trägers sehr gut benetzen, bevor durch die Vernetzungsreaktion der reaktiven oder hochreaktiven Polyurethanzusammensetzung bei erhöhten Temperaturen eine Vergelung eintritt beziehungsweise die komplette Polyurethanmatrix durchhärtet.
During the further processing of the prepregs to composites (composite materials) e.g. by pressing at elevated temperatures, very good impregnation of the fibrous support takes place, due to the fact that the then liquid low viscosity reactive or highly reactive polyurethane compositions before the crosslinking reaction wet the fibres of the support very well, before gelling occurs or the complete polyurethane matrix cures fully due to the crosslinking reaction of the reactive or highly reactive polyurethane composition at elevated temperatures.
Die so hergestellten Prepregs können je nach Bedarf zu unterschiedlichen Formen kombiniert und zugeschnitten werden.
The prepregs thus produced can as required be combined into different forms and cut to size.
Zur Konsolidierung der Prepregs zu einem einzigen Composite und zur Vernetzung des Matrixmaterials zur Matrix werden die Prepregs zugeschnitten, gegebenenfalls vernäht oder anderweitig fixiert und in einer geeigneten Form unter Druck und gegebenenfalls Anlegen von Vakuum verpresst.
For the consolidation of the prepregs into a single composite and the crosslinking of the matrix material to give the matrix, the prepregs are cut to size, optionally sewn or otherwise fixed and compressed in a suitable mould under pressure and optionally application of vacuum.
Im Rahmen dieser Erfindung erfolgt dieser Vorgang der Herstellung der Composites aus den Prepregs je nach Aushärtungszeit bei Temperaturen von oberhalb etwa 160 °C bei Einsatz von reaktiven Matrixmaterialien (Variante I), oder bei mit entsprechenden Katalysatoren versehenen hochreaktiven Matrixmaterialien (Variante II) bei Temperaturen von über 100 °C. Je nach Zusammensetzung der verwendeten reaktiven oder hochreaktiven Polyurethanzusammensetzung und gegebenenfalls zugesetzten Katalysatoren können sowohl die Geschwindigkeit der Vernetzungsreaktion bei der Herstellung der CompositeBauteile als auch die Eigenschaften der Matrix in weiten Bereichen variiert werden.
In the context of this invention, depending on the curing time this procedure of the production of the composites from the prepregs is effected at temperatures of over about 160° C. with the use of reactive matrix materials (modification I) or at temperatures of over 100° C. with highly reactive matrix materials provided with appropriate catalysts (modification II).
Als Matrixmaterial wird im Rahmen der Erfindung die zur Herstellung der Prepregs eingesetzte reaktive oder hochreaktive Polyurethanzusammensetzung definiert und bei der Beschreibung der Prepregs, die auf der Faser durch das erfindungsgemäße Verfahren aufgebrachte noch reaktive oder hochreaktive Polyurethanzusammensetzung.
In the context of the invention, the reactive or highly reactive polyurethane composition used for the production of the prepregs is defined as the matrix material, and in the description of the prepregs the still reactive or highly reactive polyurethane composition applied onto the fibres by the process according to the invention.
Die Matrix ist definiert als die im Composite vernetzten Matrixmaterialien aus den reaktiven oder hochreaktiven Polyurethanzusammensetzungen.
The matrix is defined as the matrix materials from the reactive or highly reactive polyurethane compositions crosslinked in the composite.
Träger Der Faser förmige Träger in der vorliegenden Erfindung besteht aus Faser förmigem Material (auch häufig Verstärkungsfasern genannt).
The fibrous support in the present invention consists of fibrous material (also often called reinforcing fibres).
Im Allgemeinen ist jegliches Material, aus dem die Fasern bestehen, geeignet, bevorzugt wird jedoch Faser förmiges Material aus Glas, Kohlenstoff, Kunststoffen, wie z. B. Polyamid (Aramid) oder Polyester, Naturfasern oder mineralischen Fasermaterialien wie Basaltfasern oder keramische Fasern (Oxidische Fasern auf Basis von Aluminiumoxiden und/oder Siliciumoxiden) verwendet.
In general, any material of which the fibres consist is suitable, however, fibrous material of glass, carbon, plastics such as for example polyamide (aramid) or polyester, natural fibres or mineral fibre materials such as basalt fibres or ceramic fibres (oxide fibres based on aluminium oxides and/or silicon oxides) is preferably used.
Auch Mischungen von Fasertypen, wie z. B. Gewebe-Kombinationen aus Aramidund Glasfasern, oder Kohlenstoffund Glasfasern, können verwendet werden.
Mixtures of fibre types, such as for example fabric combinations of aramid and glass fibres, or carbon and glass fibres, can be used.
Ebenso sind Hybrid-CompositeBauteile mit Prepregs aus unterschiedlichen Faser förmigen Trägern herstellbar.
Likewise, hybrid composite components with prepregs of different fibrous supports can be produced.
Glasfasern sind hauptsächlich wegen ihres relativ geringen Preises die am häufigsten verwendeten Fasertypen.
Mainly because of their relatively low price, glass fibres are the most commonly used fibre types.
Prinzipiell sind hier alle Arten von glasbasierenden Verstärkungsfasern geeignet (E-Glas-, S-Glas-, R-Glas-, M-Glas-, C-Glas-, ECR-Glas-, D- Glas-, AR-Glas-, oder Hohlglasfasern).
In principle here, all types of glass-based reinforcing fibres are suitable (E glass, S glass, R glass, M glass, C glass, ECR glass, D glass, AR glass, or hollow glass fibres).
Kohlenstofffasern kommen im Allgemeinen in Hochleistungsverbundverstoffen zum Einsatz, wo auch die im Verhältnis zur Glasfaser niedrigere Dichte bei gleichzeitig hoher Festigkeit ein wichtiger Faktor ist.
Carbon fibres are generally used in high performance composite materials, where the lower density in comparison to glass fibres with at the same time higher strength is also an important factor.
Kohlenstofffasern (auch Carbonfasern) sind industriell hergestellte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, die durch Pyrolyse in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt werden.
Carbon fibres are industrially produced fibres made from carbon-containing starting materials which are converted by pyrolysis into carbon in graphite configuration.
Man unterscheidet isotrope und anisotrope Typen: isotrope Fasern besitzen nur geringe Festigkeiten und geringere technische Bedeutung, anisotrope Fasern zeigen hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bei gleichzeitig geringer Bruchdehnung.
A distinction is made between isotropic and anisotropic: isotropic fibres have only low strength and lower industrial importance, anisotropic fibres exhibit high strength and rigidity with at the same time low elongation at break.
Als Naturfasern werden hier alle Textilfasern und Faserwerkstoffe bezeichnet, die aus pflanzlichem und tierischem Material gewonnen werden (z. B. Holz-, Zellulose-, Baumwoll-, Hanf-, Jute-, Leinen-, Sisal-, Bambusfasern).
Here all textile fibres and fibre materials obtained from plant and animal material (e.g. wood, cellulose, cotton, hemp, jute, flax, sisal or bamboo fibres) are described as natural fibres.
Aramid-Fasern weisen, ähnlich wie auch Kohlenstofffasern, einen negativen Wärmeausdehnungs-koeffizienten auf, werden also bei Erwärmung kürzer.
Similarly also to carbon fibres, aramid fibres exhibit a negative coefficient of thermal expansion, i.e. become shorter on heating.
Ihre spezifische Festigkeit und ihr Elastizitätsmodul ist deutlich niedriger als jene von Kohlenstofffasern.
Their specific strength and modulus of elasticity are markedly lower than that of carbon fibres.
In Verbindung mit dem positiven Ausdehnungskoeffizienten des Matrixharzes lassen sich hoch maßhaltige Bauteile fertigen.
In combination with the positive coefficient of expansion of the matrix resin, highly dimensionally stable components can be manufactured.
Gegenüber Kohlenstofffaser verstärkten Kunststoffen ist die Druckfestigkeit von Aramidfaser-Verbundwerkstoffen deutlich geringer.
Compared to carbon fibre-reinforced plastics, the compressive strength of aramid fibre composite materials is markedly lower.
Bekannte Markennamen für Aramidfasern sind Nomex® und Kevlar® von DuPont, oder Teijinconex®, Twaron® und Technora® von Teijin.
Well-known brand names for aramid fibres are Nomex® and Kevlar® from DuPont, or Teijinconex®, Twaron® and Technora® from Teijin.
Besonders geeignet und bevorzugt sind Träger aus Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder keramische Fasern.
Supports made of glass fibres, carbon fibres, aramid fibres or ceramic fibres are particularly suitable and preferred.
Bei dem Faser förmigen Material handelt es sich um ein textiles Flächengebilde.
The fibrous material is a flat textile sheet.
Geeignet sind textile Flächengebilde aus Vlies, ebenso sogenannte Maschenware, wie Gewirke und Gestricke, aber auch nicht maschige Gebinde wie Gewebe, Gelege oder Geflechte.
Flat textile sheets of non-woven material, also so-called knitted goods, such as hosiery and knitted fabrics, but also non-knitted sheets such as woven fabrics, non-wovens or braided fabrics, are suitable.
Außerdem unterscheidet man Langfaserund Kurzfasermaterialien als Träger.
In addition, a distinction is made between long-fibre and short-fibre materials as supports.
Ebenfalls erfindungsgemäß geeignet sind Rovings und Garne.
Also suitable according to the invention are rovings and yarns.
Alle genannten Materialien sind im Rahmen der Erfindung als Faser förmiger Träger geeignet.
All the said materials are suitable as fibrous supports in the context of the invention.
Einen Überblick über Verstärkungsfasern enthält„Composites Technologien, Paolo Ermanni (Version 4), Script zur Vorlesung ETH Zürich, August 2007, Kapitel 7".
An overview of reinforcing fibres is contained in “Composites Technologies, Paolo Ermanni (Version 4), Script for Lecture at ETH Zürich, August 2007, Chapter 7”.
Matrixmaterial Prinzipiell sind alle, auch sonstige bei Raumtemperatur lagerstabilen reaktiven oder hochreaktiven Polyurethanzusammensetzungen als Matrixmaterialen geeignet.
In principle, all reactive or highly reactive polyurethane compositions, even others which are storage-stable at room temperature, are suitable as matrix materials.
Geeignete Polyurethanzusammensetzungen bestehen erfindungsgemäß aus Mischungen aus einem funktionellen Gruppen - reaktiv gegenüber NCO-Gruppen - aufweisenden Polymeren b) (Binder), auch als Harz bezeichnet, und temporär deaktivierte, das heißt intern blockierte und/oder mit Blockierungsmitteln blockierte Dioder Polyisocyanate, auch als Härter a) (Komponente a)) bezeichnet.
According to the invention, suitable polyurethane compositions consist of mixtures of a polymer b) (binder) having functional groups—reactive towards NCO groups, also described as resin, and di- or polyisocyanates that are temporarily deactivated, in other words internally blocked and/or blocked with blocking agents, also described as curing agents a) (component a)).
Als funktionelle Gruppen der Polymeren b) (Binder) sind Hydroxylgruppen, Aminogruppen und Thiolgruppen geeignet, welche mit den freien Isocyanatgruppen unter Addition reagieren und somit die Polyurethanzusammensetzung vernetzen und aushärten.
As functional groups of the polymers b) (binder), hydroxyl groups, amino groups and thiol groups which react with the free isocyanate groups with addition and thus crosslink and cure the polyurethane composition are suitable.
Die Binderkomponenten müssen einen Festharzcharakter (Glastemperatur größer als die Raumtemperatur) haben.
The binder components must be of a solid resin nature (glass transition temperature greater than room temperature).
Vorspinnmaschine zur Herstellung eines Vorgarns sowie Verfahren zum Anspinnen eines Faserverbands Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorspinnmaschine zur Herstellung eines Vorgarns aus einem Faserverband, wobei die Vorspinnmaschine zumindest eine Spinnstelle umfasst, die eine Wirbelkammer mit einer Einlauföffnung für den Faserverband und ein sich zumindest teilweise in die Wirbelkammer erstreckendes Vorgarnbildungselement in Form einer eine Einlassmündung aufweisenden Spindel aufweist, wobei der Wirbelkammer Spinndüsen zugeordnet sind, über die Luft in die Wirbelkammer leitbar ist, um dem Faserverband nach einem Anspinnvorgang im Bereich der Einlassmündung eine Schutzdrehung zu erteilen, und wobei die Spindel einen Abzugskanal aufweist, über den das mit der Schutzdrehung versehene Vorgarn aus der Wirbelkammer abziehbar ist.
The present invention relates to a roving machine for producing a roving from a fiber sliver, wherein the roving machine comprises at least one spinning station which has a vortex chamber with an infeed opening for the fiber sliver and a roving forming element in the form of a spindle that has an inlet port and extends at least partially into the vortex chamber, wherein the vortex chamber is associated with spinning nozzles through which air can be guided into the vortex chamber in order to impart, after a piecing process, a protective twist to the fiber sliver in the region of the inlet port, and wherein the spindle has a draw-off channel via which the roving provided with the protective twist can be drawn out of the vortex chamber.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Anspinnen eines Faserverbands an einer der Herstellung eines Vorgarns dienenden Vorspinnmaschine beschrieben.
Furthermore, a method for piecing a fiber sliver on a roving machine used for producing a roving is described.
Vorgarn wird mit Hilfe von Vorspinnmaschinen aus meist mit Hilfe von Strecken vorbehandelten (z. B. dublierten) Faserbändern hergestellt und dient als Vorlage für den anschließenden Spinnprozess, bei dem die einzelnen Fasern des Vorgarns, beispielsweise mit Hilfe einer Ringspinnmaschine, zu einem Fasergarn versponnen werden.
Roving is produced by means of roving machines from (e.g. doubled) fiber slivers that are pretreated in most cases by drafting, and it serves as feed for the subsequent spinning process in which the individual fibers of the roving are spun into a fiber yarn, for example by means of a ring spinning machine.
Um dem Vorgarn eine gewisse Festigkeit zu verleihen, hat es sich bewährt, den vorgelegten Faserverband während der Herstellung des Vorgarns mit Hilfe eines Streckwerks, das meist Teil der Vorspinnmaschine ist, zu verstrecken und anschließend mit einer Schutzdrehung zu versehen.
In order to give the roving a certain strength, it has proved to be useful to draft the sliver during the production of the roving by means of a drafting arrangement, which in most cases is part of the roving machine, and subsequently to provide it with a protective twist.
Die genannte Festigkeit ist wichtig, um ein Reißen des Vorgarns beim Aufwickeln auf eine Spule bzw. während der Zufuhr zur nachgeschalteten Spinnmaschine zu verhindern.
The mentioned strength is important in order to prevent the roving from breaking during winding onto a bobbin or during feeding to the downstream spinning machine.
Die erteilte Schutzdrehung darf jedoch nur so stark sein, dass ein Zusammenhalt der einzelnen Fasern während der einzelnen Aufbzw.
However, the applied protective twist must only be strong enough that a cohesion of the individual fibers during the individual winding and unwinding processes and the adequate transport processes between the respective machine types is ensured.
Hingegen muss auch trotz der Schutzdrehung sichergestellt werden, dass das Vorgarn in einer Spinnmaschine weiterverarbeitet werden kann - das Vorgarn muss also weiterhin verzugsfähig sein.
On the other hand, it has also to be ensured, despite the protective twist, that the roving can be further processed in a spinning machine—thus, the roving has still to be draftable.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Um ein entsprechendes Vorgarn herzustellen, kommen vorrangig so genannte Flyer zum Einsatz, deren Liefergeschwindigkeit jedoch aufgrund auftretender Fliehkräfte beschränkt ist.
In order to produce a corresponding roving, so-called flyers are primarily used; however, the delivery speed of said flyers is limited due to the occurring centrifugal forces.
Es gab daher bereits vielfältige Vorschläge, den Flyer zu umgehen oder durch einen alternativen Maschinentypus zu ersetzen (siehe beispielsweise EP 0 375 242 A2, DE 32 37 989 C2).
Thus, many different proposals have already been made to avoid the flyer or to replace it by an alternative machine type (see, for example, EP 0 375 242 A1, DE 32 37 989 C2).
Unter anderem wurde in diesem Zusammenhang auch bereits vorgeschlagen, Vorgarn mit Hilfe von Luftspinnmaschinen herzustellen, bei dem die Schutzdrehung mit Hilfe von Luftströmungen erzeugt wird.
In this connection it has already been proposed, among other things, to produce roving by means of air-jet spinning machines in which the protective twist is generated by means of air flows.
Das Grundprinzip besteht dabei darin, einen Faserverband durch eine Wirbelkammer zu führen, in der ein Luftwirbel erzeugt wird.
The basic principle here is to guide a fiber sliver through a vortex chamber in which an air vortex is generated.
Dieser bewirkt schließlich, dass ein Teil der äußeren Fasern als so genannte Umwindefasern um den zentral verlaufenden Faserstrang geschlungen wird, der wiederum aus im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Kernfasern besteht.
Said air vortex finally effects that a portion of the outer fibers are wound as so-called wrap fibers around the centrally extending fiber strand which, in turn, consists of core fibers which extend substantially parallel to each other.
Wie auch beim Spinnen von Garn ist es jedoch auch bei der Herstellung von Vorgarn regelmäßig notwendig, den der Vorspinnmaschine zugeführten Faserverband anzuspinnen, bevor der eigentliche Spinnvorgang gestartet werden kann.
However, as with the spinning of yarn, producing a roving usually also requires to piece the fiber sliver fed to the roving machine before the actual spinning process can be started.
Ein entsprechendes Anspinnen kann beispielsweise beim Anschalten der Spinnmaschine oder nach einem Riss des Vorgarns oder des Faserverbands erforderlich sein.
A corresponding piecing can be required, for example, upon switching on the spinning machine or after a breakage of the roving or the fiber sliver.
Bei Spinnmaschinen ist es hierbei Stand der Technik, das von einer Spule abgewickelte Garnende entgegen der eigentlichen Spinnrichtung durch die Spinnstelle zu führen und mit dem vom Streckwerk gelieferten Faserverband zu verbinden.
In spinning machines it is prior art that the yarn end unwound from the bobbin is fed counter to the actual spinning direction through the spinning station and is connected to the fiber sliver delivered from the drafting arrangement.
Nach Passieren der Verbindungsstelle wird in der Spinnstelle schließlich das gewünschte Garn produziert.
After passing the connecting station, the desired yarn is finally produced in the spinning station.
Durch die oben genannten Eigenschaften des produzierten Vorgarns, insbesondere dessen gewünschte Verzugsfähigkeit, ist ein gezieltes Rückführen des Vorgarns in bzw. durch die Spinnstelle jedoch nur schwer möglich.
However, due to the above-mentioned properties of the produced roving, in particular the desired draftability thereof, a defined feeding of the roving back into or through the spinning station is only possible with great difficulties.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Luft-Vorspinnmaschine sowie ein Verfahren zu schaffen, die ein schnelles und zuverlässiges Anspinnen eines Faserverbands ermöglichen.
It is therefore an object of the present invention to provide an air-jet roving machine and a method which enable a fast and reliable piecing of a fiber sliver.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorspinnmaschine sowie ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
The object is achieved by a roving machine and a method with the features of the independent patent claims.
Erfindungsgemäß zeichnet sich nun die Vorspinnmaschine dadurch aus, dass der Wirbelkammer, in der die eigentliche Vorgarnherstellung erfolgt, zusätzlich zu den Spinndüsen Anspinndüsen zugeordnet sind.
According to the invention, the roving machine is characterized in that in addition to the spinning nozzles, piecing nozzles are associated with the vortex chamber in which the actual roving production takes place.
Die Anspinndüsen weisen zudem jeweils eine Strömungsrichtung auf, welche in Richtung der Einlassmündung der Spindel ausgerichtet ist.
Moreover, each of the piecing nozzles has a flow direction that is aligned in the direction of the inlet port of the spindle.
Die Anspinndüsen sind somit derart ausgerichtet, dass mit ihnen während des Anspinnvorgangs eine sich über die Einlassmündung in den Abzugskanal erstreckende Luftströmung erzeugbar ist.
The piecing nozzles are therefore aligned such that during the piecing process, an air flow can be generated therewith which extends through the inlet port into the draw-off channel.
Diese Luftströmung bewirkt einen Sog im Bereich der Einlauföffnung der Wirbelkammer.
This air flow effects suction in the region of the infeed opening of the vortex chamber.
Wird nun, beispielsweise mit Hilfe eines der Spinnstelle vorgeschalteten Streckwerks, der anzuspinnende Faserverband in die Wirbelkammer bzw. in den Bereich deren Einlauföffnung geliefert, so wird dieser durch den genannten Sog in Richtung der Einlassmündung gesaugt und gelangt schließlich - unterstützt durch die sich in den Abzugskanal erstreckende Luftströmung - ebenfalls in den Abzugskanal.
If now, for example by means of a drafting arrangement upstream of the spinning station, the fiber sliver to be pieced is delivered into the vortex chamber or in the region of the infeed opening thereof, said fiber sliver is suctioned by the suction in the direction of the inlet port and finally—supported by the air flow extending into the draw-off channel—also arrives in the draw-off channel.