WO2001043934A1

WO2001043934A1 - Bewehrungsmaterial, verfahren zu seiner herstellung und anwendung des bewehrungsmaterials

Info

Publication number: WO2001043934A1
Application number: PCT/DE2000/004327
Authority: WO
Inventors: Robert Hertel
Original assignee: HEMPAGE AG
Current assignee: HEMPAGE AG
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 2000-12-02
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2002-06-15
Also published as: DE10085242D2; AU2828201A; DE10085242B4; DE19961216A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bewehrungsmaterial, ein Verfahren zu seiner Herstellung und dessen Anwendung. Aufgabe ist, aus Naturfasern ein Bewehrungsmaterial zu gewinnen, das unter Belastung eine Dehnbarkeit gleich der reinen, gestreckten Naturfaser aufweist und eine gute Einbindung in einen umhüllenden Werkstoff ermöglicht. Ein Verfahren zur Herstellung und erfindungsgemässe Anwendungen sind vorzuschlagen. Die gestreckten und weitgehend parallel liegenden Naturfasern werden durch einen aufgeschmolzenen Kunststoff miteinander verbunden und zu einem Gebilde geformt. Die Naturfasern sind entweder von dem Kunststoff vollständig oder teilweise umschlossen. Der Faden besteht aus einheitlichen oder unterschiedlichen Naturfasern. Der Kunststoff ist bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff. Die Naturfasern werden vorbehandelt, parallel ausgerichtet und gestreckt, mit einem Kunststoff durchmischt und verschmolzen. Der Kunststoff wird bevorzugt in Form von Fasern beigefügt. Das Bewehrungsmaterial wird in einen umhüllenden Werkstoff eingebracht und mit ihm zu einem Verbundwerkstoff verbunden.

Description

Bewehrungsmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung und Anwendung des Be- wehrungsmaterials

Die Erfindung betrifft ein Bewehrungsmaterial, ein Verfahren zu seiner Herstellung und die Anwendung des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials.

Als Bewehrungsmaterial, beispielsweise für Bauteile in der Autoindustrie oder in der Sportartikel-Herstellung, werden in großem Umfang Glasfasern oder sogar Carbonfasern eingesetzt. Die Herstellung der Glasfasern ist kosten- und energie-intensiv. Darüber hinaus ist die Festigkeit von Glasfasern in Hinsicht auf ihre Einsatzbereiche unbe- friedigend. Carbonfasern erregten ihrer höheren Festigkeit wegen Aufsehen, ihr Einsatz ist aber aufgrund ihres hohen Preises begrenzt.

Mit Blick auf den Schutz der vorhandenen Energie-Ressourcen gewinnt die Verwendung nachwachsender, natürlicher Rohstoffe mehr und mehr an Bedeutung. Das betrifft auch den Einsatz von Naturfasern. Es ist bekannt. Naturfasern wie Sisal, Hanf und sogar Stroh als Bewehrung in Baustoffen wie Gips, Zement oder Lehm zu verwenden. Diese Naturfasern werden dabei als lose Schüttung. in Form von Wirrlagen oder als gedrehte Seile. Stränge oder Garne verwendet. Wie beispielsweise in der DE-OS 30 05 288 beschrieben, wird die Asbestbewehrung in Dachziegeln aus Zement teilweise durch Hanffasern mit einer Stapellänge von 5 - 55 mm und durch Eukalyptusfasern ersetzt. Die genannten Naturfasern besitzen eine gegenüber Glasfasern etwa dreifach höhere Zugfestigkeit sowie eine gegen Null gehende Dehnbarkeit. Aufgrund ihrer teils relativ kurzen Stapellänge sind sie aber nur in Form gedrehter Garne. Seile oder Stränge beziehungsweise als Wirrlagen verwendbar. In dieser Darreichungsform wirkt nicht mehr die Dehnbarkeit der reinen Faser, sondern die viel höhere Dehnbarkeit des gedrehten Ele- ments. Dieser weitaus höhere Wert ist für ein Bewehrungsmaterial nicht akzeptabel, da es bei Belastung elastisch nachgibt, während die Festigkeit des umhüllenden Werkstoffs überschritten wird und dieser bricht. Aus der Textiltechnik ist bekannt, mit Hilfe von Schmelzbindefasern, thermoplastischen Überzügen oder Beschichtungen eine Verbindung von Einzelfasern durch ein sogenanntes Bondieren herbeizuführen. So ist zum Beispiel aus der DE-OS 42 40 335 bekannt, die Strapazierfahigkeit eines Fasergarns aus Wolle für die Herstellung hochfloriger Bo- denbeläge durch das Hinzufügen einer Schmelzbindefaser zu erhöhen. Dabei wird einem schon gesponnenen Fasergarn aus Wolle die zusätzliche Schmelzbindefaser hinzugefügt und durch Aufschmelzen mit dem Wollfasergarn bondiert. Für ein besseres Einbinden der Pole bei der Teppich- oder Bezugsstoff-Herstellung wird in der DE-OS 21 02 581 ebenfalls für die Teppich-Herstellung ein ähnliches Verfahren zur Behandlung eines Garns beschrieben, wobei ein künstliches, organisches oder po- lymeres Grundgarn mit einer Kunstharz-Heißschmelz-Klebmasse beschichtet wird. Das Beschichten geschieht durch ein Hindurchführen des Grundgarns durch ein die Klebmasse in geschmolzener Form enthaltendes Bad sowie durch Hindurchführen des Grundgarns durch eine Abstreifvorrichtung. In der EP 255 202 wird beschrieben, daß bei der Teppichweberei der Florstrang, bestehend aus unverdrehten synthetischen oder natürlichen Fasern, zum Zweck ihres besseren Zusammenhalts mit einem Schmelzbindefaden aus einem bei niedrigen Temperaturen schmelzenden Thermoplast spiralförmig umschlungen ist. Nach einer thermischen Endbehandlung werden die zuvor umwickelten parallelen Fa- sern wieder freigegeben. Durch Schrumpfen bei der Schmelze bildet das Thermoplast eine feste Verbindung im Unterflor des Teppichs.

Schließlich dient das Bondieren eines Schußfadens in der Teppichweberei dazu, den Florschlingen in dem textilen Flächengebilde einen besseren Halt zu geben. So wird in der DE-Gm 19 8 592 beschrieben, daß die das Teppichmuster bildende Florkette mit einem Schußfaden aus Flachs- oder Hanfzwirn verwebt wird, der mit einem thermoplastischen Überzug versehen ist. Das führt zu einer festeren Bindung der Florschlingen und zu einer Verminderung der Elastizität des Schußfadens. Zur Herstellung des thermoplastischen Überzugs wird der Schußfaden von einer Ablaufspule abgezogen, durch eine Auftragevorrichtung in Form eines Tauchbades und durch einen Abstreifer geführt, in einem Trockenkanal getrocknet und schließlich aufgespult.

Hier wird ein fertiges Garn erst bei oder nach dem Weben durch ein Thermoplast verschmolzen, um dem Gewebe oder Gespinst einen besseren Zusammenhalt zu geben. Zwar wird dadurch die Elastizität des Garns vermindert, die verbleibende Restelastizität des gedrehten Garns ist für ein Bewehrungsmaterial aber unakzeptabel. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, aus Naturfasern ein Bewehrungsmaterial zu gewinnen, das unter Belastung in etwa eine Dehnbarkeit gleich der reinen, gestreckten Naturfaser aufweist. Das Bewehrungsmaterial soll mit derartigen Eigenschaften ausgestattet sein, die dessen gute Einbindung in einen umhüllenden Werkstoff ge- statten. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bewehrungsmaterials, die dazu notwendigen neuen Vorrichtungen und erfindungsgemäße Anwendungen vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß gestreckte und weitgehend parallel liegende Naturfasern durch einen aufgeschmolzenen Kunststoff miteinander verbunden und zu einem Gebilde geformt sind. Bevorzugt sind sie zu einem Faden geformt. Die Naturfasern sind von dem Kunststoff vollständig umschlossen, und die Außenfläche des Fadens ist durch den Kunststoff gebildet. Mindestens die an der Peripherie des Fadens liegenden Naturfasern sind von dem Kunststoff teilweise umschlossen und die Außenfläche des Fadens ist weitgehend durch die Naturfasern gebildet. Der Faden besteht aus einheitlichen oder aus einem Gemisch unterschiedlicher Naturfasern. Die Naturfasern weisen eine Stapellänge von nicht unter 50 mm auf. In einer bevorzugten Ausführung ist der Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff. Der Faden weist einen Anteil von 5 - 50% Kunststoff auf, besitzt einen Schmelzpunkt von unter 200°C und einen Schrumpfungsgrad nach Erreichen des Schmelzpunktes und anschließender Abkühlung von maximal 5%. In einer bevorzugten Ausführung ist der thermoplastische Kunststoff ein Biopolymer.

Bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung des Bewehrungsmaterials, bei dem die Naturfasern vorbehandelt, insbesondere gereinigt und gekämmt, weitgehend parallel aus- gerichtet und gestreckt, mit einem Kunststoff durchmischt und verschmolzen werden. Bevorzugt ist auch ein Verfahren zur Herstellung des Bewehrungsmaterials, bei dem die Naturfasern vorbehandelt, insbesondere gereinigt und gekämmt, weitgehend parallel ausgerichtet und gestreckt, zu einem Strang geformt werden, wobei den Naturfasern ein vorbestimmter Anteil Kunststoff beigefügt und mit ihnen durchmischt wird, der Strang verdichtet und der Kunststoff aufgeschmolzen wird und schließlich die Naturfasern in der Schmelze zu einem Faden geformt werden. Der Kunststoff wird in Form von Fasern den Naturfasern beigefügt. In einer anderen Ausführung wird der Kunststoff in Form von Pulver den Naturfasern beigefügt. Vorteilhafterweise wird der Kunststoff den Naturfasern in einem Tauchbad als eine Flüssigkeit oder in einem Sprühbad als ein Aero- sol beigefügt. Die Naturfasern werden durch ein Kammband gereinigt, gekämmt, weitgehend parallel ausgerichtet und gestreckt. Vorteilhafterweise sind dem Kammband Karden vorgeordnet. Der Strang wird in einer Formierdüse verdichtet. Vorteilhafterweise wird den Naturfasern in der Formierdüse der Kunststoff beigefügt. Der Kunststoff wird mittels Schmelzrollen aufgeschmolzen, und die Naturfasern werden in der Schmelze zu dem Faden geformt. Die Naturfasern werden mit dem Kunststoff über eine Schmelzrolle oder durch ein Paar Schmelzrollen hindurchgeführt. Der geformte Faden wird mittels Kühlrollen gekühlt. Die Schmelzrollen besitzen ein eckiges oder ein gerundetes Profil und sind mit einer Antihaft-Beschichtung versehen. Die Schmelzrollen sind beheizt und in einem Bereich von 120 bis 320°C temperaturgeregelt. Für die Anwendung wird das Bewehrungsmaterial in einen ihn umhüllenden Werkstoff eingebracht und mit ihm zu einem Verbundwerkstoff verbunden. Bevorzugt ist der umhüllende Werkstoff ein aushärtbarer Kunststoff. Dazu wird das Bewehrungsmaterial in Form eines Gebildes aus parallel ausgerichteten, gestreckten und mit dem Kunststoff verbundenen Naturfasern in den aushärtbaren Kunststoff eingebracht. In einer anderen Ausführung enthält der aushärtbare Kunststoff das Bewehrungsmaterial in Form von parallel ausgerichteten Fäden aus den mit dem Kunststoff verschmolzenen Naturfasern. Die Fäden sind in Form eines Geleges mit sich in einem Winkel kreuzenden Fäden oder in Form eines Gewebes mit sich kreuzenden Kett- und Schußfäden oder auch in Form von Wirrlagen in den aushärtbaren Kunststoff eingebracht. Dabei wird das Bewehrungsmaterial in einheitlicher Form oder in unterschiedlichen Formen in den aushärtbaren Kunststoff eingebracht und bildet derart den Verbundwerkstoff.

Das erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial weist aufgrund der Verschmelzung der Naturfasern mit dem Kunststoff eine Eigenstabilität auf, die es gestattet, aus ihm unterschiedlich gestaltete Gebilde zu formen. Diese Gebilde aus parallel ausgerichteten und mit Kunststoff verschmolzenen Naturfasern können Formteile, ähnlich dem herzustellenden Produkt, Flächengebilde oder ein Faden sein, aus dem Gelege, Gewebe oder Wirrlagen gearbeitet werden. Von Vorteil ist, daß für das erfindungsgemäße Beweh- rungsmaterial auch Naturfasern mit relativ kurzen Stapellängen verarbeitet werden können, die bisher nicht oder nur mit sehr hohen Drehungen genutzt werden konnten. Das Bewehrungsmaterial ist drehungsfrei und besitzt aufgrund seiner parallel ausgerichteten Einzelfasern unter Belastung in etwa eine Dehnbarkeit, die der gestreckten Naturfaser entspricht. Dadurch wird die Festigkeit eines fertigen Verbundwerkstoffs in signi- fikanter Weise erhöht. In der Praxis bedeutet das eine erhebliche Gewichtseinsparung bei gleicher Festigkeit.

Durch die Kombination von unterschiedlichen Formen des Bewehrungsmaterials in einem Teil lassen sich Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften an unterschiedlichen Stellen des Teils herstellen, beispielsweise Teile mit eingebauten Sollbruch- oder Sollknickstellen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung ist das Bewehrungsmaterial schrumpfungsfrei bei nachfolgenden thermischen Verpressungen. Durch den erfin- dungsgemäß verwendeten Kunststoff entsteht eine gute Einbindung in den herzustellenden Verbundwerkstoff.

Für das erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial lassen sich bevorzugt Hanf, Flachs und Sisal verwenden. Das schließt die Verwendung anderer Naturfasern nicht aus.

Die Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen schutzfähige Ausführungen darstellen, für die hier Schutz beansprucht wird. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 - Querschnitt durch einen Faden aus dem erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterial,

Fig. 2 - schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung des Bewehrungsmaterials,

Fig. 3 - schematische Darstellung einer Formierdüse.

Fig. 4 - Schmelzrollen für einen Faden des Bewehrungsmaterials mit eckigem Querschnitt, Fig. 5 - Schmelzrollen für einen Faden des Bewehrungsmaterials mit gerundetem Querschnitt,

Fig. 6 - Querschnitt durch einen Verbundwerkstoff mit einem Gelege aus dem erfin- dungsgemäßen Bewehrungsmaterial und

Fig. 7 - Querschnitt durch einen Verbundwerkstoff mit einem Gewebe aus dem erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterial.

Das erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial wird im folgenden näher erläutert. Dazu zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Faden 1 aus dem erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterial mit gestreckten und weitgehend parallel ausgerichteten Naturfasern 2 und einem aufgeschmolzenen Kunststoff 3. Die Figur zeigt das Umschließen der einzelnen Naturfasern 2 durch den Kunststoff 3. wodurch diese unabhängig von ihrer Sta- pellänge in den Verbund des Bewehrungsmaterials eingebunden werden. In dem dargestellten Beispiel ist der äußere Umfang des Fadens 1 von dem Kunststoff 3 umschlossen. In einer anderen vorteilhaften Ausführung sind die Naturfasern 2 nur im Innern des Fadens 1 von dem Kunststoff 3 umschlossen. Am äußeren Umfang des Fadens 1 sind die Naturfasern 2 nicht oder nur teilweise von dem Kunststoff 3 bedeckt. Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung eines bevorzugten Verfahrensablaufs zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials. Dabei wird ein lockerer Strang mit schon weitgehend parallel ausgerichteten und gestreckten Naturfasern 2 mit einem vorbestimmten Anteil von Fasern aus dem Kunststoff 3 einem nur schematisch dargestellten Kammband 4 zugeführt. Pfeile zeigen die Bewegungsrichtung des Stranges und des Kammbandes 4 an. Ein Zugrollenpaar 5 fordert den Strang zu einer Formierdüse 6. In relativ kurzem Abstand folgt ein Schmelzrollenpaar 7 und ein Kühlrollenpaar 8. Der fertige Faden 1 des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials gelangt danach in eine nicht dargestellte Aufspulvorrichtung. Fig. 3 zeigt in einer ebenfalls schematischen Darstellung die Formierdüse 6. Der zuge- führte, gekämmte Strang aus den Naturfasern 2 mit dem vorbestimmten Anteil von Fasern aus dem Kunststoff 3 verläßt die Formierdüse 6 als ein verdichteter Strang mit gedrängt aneinander liegenden Fasern. In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Ausführung wird über die Formierdüse 6 einem zugeführten Strang aus vorwiegend reinen Naturfasern 2 ein Pulver aus dem Kunststoff 3 zugemischt. Fig. 4 und Fig. 5 zeigen unterschiedliche Profile des Schmelzrollenpaares 7. Das Profil des Schmelzrollenpaares 7 gemäß Fig. 4 dient zur Herstellung des Fadens 1 des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials mit einem eckigen Querschnitt. Das Profil des Schmelzrollenpaares 7 gemäß Fig. 5 dient dagegen zur Herstellung des Fadens 1 mit gerundetem Querschnitt.

Fig. 6 zeigt in einem Querschnitt einen Verbundwerkstoff 9 mit einer Bewehrung in Form eines Geleges 10. Die Fäden 1 des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials kreuzen sich in einem Winkel von 90°, so daß ein Faden 1 in seiner Längserstreckung und weitere Fäden 1 mit ihren Querschnitten dargestellt sind. Fig. 7 zeigt in einer ähnlichen Darstellung einen Querschnitt des Verbundwerkstoffs 9 mit einer Bewehrung in Form eines Gewebes 11. Die Kett- und Schußfaden des Gewebes 11 bestehen aus den Fäden 1 des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials wird im folgenden näher erläutert. Gestreckte und weitgehend parallel ausgerichtete Naturfasern 2 werden von einem aufgeschmolzenen Kunststoff 3 miteinander verbunden und zu unterschiedlichen Gebilden, unter anderem auch zu einem Faden 1, geformt. Die Festigkeit der verwendeten Naturfasern 2, insbesondere Hanf, Flachs oder Sisal, ist etwa dreifach höher als die von Glasfasern. Die Dehnbarkeit der Naturfasern 2 geht im gestreckten Zustand gegen Null. Das bedeutet, daß eine Bruchdehnung der Naturfasern 2 unter Belastung erst unmittelbar vor Erreichen der maximalen Festigkeit eintritt. Die Naturfasern 2 lassen sich üblicherweise nur durch eine Drehung beim Spinnen zu einem Garn miteinander verbinden. Ein gedrehtes Garn weist aber eine Dehnbarkeit auf, die für den Einsatz in hochfesten Verbundwerkstoffen 9 nicht akzeptabel ist. Dieser Nachteil wird durch das erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial vermieden, bei dem Naturfasern 2 auch bei relativ geringen Stapellängen durch den Kunststoff 3 drehungsfrei zu einem Gebilde, wie einem Faden 1, geformt werden, der eine Dehnung annähernd gleich der reinen, gestreckten Naturfaser 2 besitzt. Je nach dem Anteil des Kunststoffs 3 im Verhältnis zu der Menge der Naturfasern 2. der zwischen 5 und 50% liegen kann, wird ein Faden 1 gebildet, dessen Außenfläche entweder vollständig von dem Kunststoff 3 umschlossen ist oder von freiliegenden Naturfasern 2 gebildet wird. Ein Faden 1 mit einer Außenfläche aus dem Kunststoff 3 läßt sich aufgrund seiner relativ glatten Außenfläche leicht verarbeiten. Durch die Auswahl eines geeigneten Kunststoffs 3 ist eine gute Einbindung in den Verbundwerkstoff 9 er- zielbar. In der anderen, ebenfalls vorteilhaften Ausführung wird durch die an der Außenfläche des Fadens 1 freiliegenden Naturfasern 2 eine gute Einbindung in den Verbundwerkstoff 9 erreicht. Alle dazwischen liegenden Varianten liegen im Bereich der erfindungs gemäßen Lösung.

Bevorzugt werden für das erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial sortenreine, einheitliche Naturfasern 2. wie Hanf, Flachs oder Sisal. verwendet. Durch das Mischen unterschiedlicher Naturfasern 2 lassen sich dagegen bestimmte Eigenschaften betonen, wie beispielsweise ein verzögerter Bruch unter Belastung, da die verschiedenen Naturfasern 2 voneinander abweichende Festigkeiten besitzen.

Der eingesetzte Kunststoff 3 soll neben einer guten Affinität zu dem Verbundwerkstoff 9 eine Schmelztemperatur besitzen, bei der die Eigenschaften der Naturfasern 2 noch nicht einer Degradation unterliegen. Der Schmelzpunkt soll aus diesem Grund unter 200°C liegen. Darüber hinaus soll der Schrumpfungsgrad des Kunststoffs 3 nach Auf- schmelzen und Abkühlen nicht größer als 5% sein. Als besonders geeignet hat sich ein thermoplastischer Kunststoff 3, und zwar ein Biopolymer, erwiesen, das unter der Bezeichnung ..Lactat 12" bekannt ist. Es besitzt eine besonders hohe Bindungsfähigkeit zu den als Verbundwerkstoff in Betracht kommenden Kunststoffen, beispielsweise Polypropylen. Das schließt den Einsatz anderer Kunststoffe 3 nicht aus. Unter Einhaltung materialtypischer Bedingungen, wie beispielsweise die Biegsamkeit des Fadens 1, ist selbst die Verwendung duroplastischer Kunststoffe 3 möglich.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Bewehrungsmaterials für Verbundwerkstoffe 9 wird ein lockerer Strang von gereinigten und von Schaben befreiten sowie schon ausgerichteten Naturfasern 2 zusammen mit einem vorbestimmten Anteil von Fasern aus dem Kunststoff 3 in einer schon annähernd homogenen Mischung mit den Naturfasern 2 dem Kammband 4 zugeführt. Die Naturfasern 2 und die Fasern aus dem Kunststoff 3 werden gekämmt, weiter ausgerichtet und gestreckt und zu einem ausgedünnten Strang geformt. Ein Zugrollenpaar 5 fördert den ausgedünnten Strang zu einer Formierdüse 6, in der der Strang weiter durchmischt und verdichtet wird. Der derart verdichtete Strang, in dem die Naturfasern 2 gedrängt aneinander liegen, durchläuft in relativ kurzem Abstand die Schmelzrollen 7, in denen der Kunststoff 3 aufgeschmolzen und die Naturfasern 2 zu dem Faden 1 mit dem gewünschten Querschnitt geformt werden. Es folgen die Kühlrollen 8. in denen der Faden 1 bis zum Erreichen seiner Formstabilität abgekühlt wird, so daß sich der Faden 1 anschließend aufspulen läßt.

In einer anderen, ebenfalls vorteilhaften Ausführung wird der Kunststoff 3 in Form ei- nes Pulvers in der Formierdüse 6 den Naturfasern 2 beigefügt. In der Formierdüse 6 wird das Pulver aus dem Kunststoff 3 mit den Naturfasern 2 durchmischt, und der derart behandelte Strang wird, wie schon beschrieben, verdichtet und den Schmelzrollen 7 zugeführt. In den Schmelzrollen 7 wird der Kunststoff 3 aufgeschmolzen, die Naturfasern 2 werden zu dem Faden 1 mit dem gewünschten Querschnitt geformt, der in den Kühlrollen 8 abgekühlt und dann aufgespult wird.

Die Schmelzrollen 7 können jeweils derart ausgeführt sein, daß der Faden 1 entweder über eine Schmelzrolle 7 geführt oder zwischen einem Rollenpaar hindurch geführt wird. Die Schmelzrollen 7 besitzen jeweils ein Profil, das dem gewünschten Querschnitt des Fadens 1 entspricht. Das Profil kann dabei eckig, gerundet oder in beliebigen ande- ren Variationen ausgeführt sein. Von Vorteil ist eine Antihaft-Beschichtung der Schmelz- und Kühlrollen 7; 8. Zumindest die Schmelzrolle 7 ist beheizt und in einem Bereich zwischen 120 und 320°C temperaturgeregelt.

Für die erfindungsgemäße Anwendung wird das nach der Lehre der Erfindung beschaf- fene und hergestellte Bewehrungsmaterial in einen umhüllenden Werkstoff eingebracht und mit ihm zu einem Verbundwerkstoff 9 verbunden. In bevorzugten Anwendungen ist der umhüllende Werkstoff ein aushärtbarer Kunststoff, wie Polyester oder Polypropylen. Von besonderem Vorteil für die Anwendung ist, daß das Bewehrungsmaterial zu unterschiedlichen Gebilden geformt sein kann. Die parallel ausgerichteten und mit dem Kunststoff 3 umschlossenen Naturfasern 2 lassen sich beispielsweise zu einem Gebilde formen, dessen Gestalt schon annähernd der Form des herzustellenden Produkts entspricht. Das Gebilde aus den parallel ausgerichteten und gestreckten Naturfasern 2 mit dem umschließenden Kunststoff 3 kann in einer anderen Ausführung ein Flächengebilde in Form einer Matte sein, das in den umhüllenden Werkstoff eingebracht wird. Schließlich lassen sich aus den parallel ausgerichteten Naturfasern 2 auch Fäden 1 formen, aus denen Gelege 10 mit sich unter einem Winkel kreuzenden Fäden 1, Gewebe 11 mit sich kreuzenden Kett- und Schußfaden oder Wirrlagen aus Fäden 1 herstellbar sind. Mit den unterschiedlichen Gebilden aus dem Bewehrungsmaterial entstehen Verbundwerkstoffe 9 mit unterschiedlichen Eigenschaften, die sich beispielsweise in unterschiedlichen Zug- oder Bruchfestigkeiten ausdrücken. Durch die Kombination unterschiedlicher Gebilde des Bewehrungsmaterials lassen sich auch diese Eigenschaften kombinieren, beispielsweise durch Stellen mit erhöhter oder mit verminderter Festigkeit. So lassen sich zum Beispiel für die Autoindustrie Teile mit Sollbruch- oder Sollknickstellen herstellen.

In der vorliegenden Beschreibung wurde anhand eines konkreten Ausfuhrungsbeispiels das erfindungsgemäße Bewehrungsmaterial für hochfeste Verbundwerkstoffe, ein Verfahren zu seiner Herstellung und die Anwendung des erfindungsgemäßen Bewehrungsmaterials erläutert. Es sei aber vermerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Einzelheiten der Beschreibung in dem Ausführungsbeispiel beschränkt ist, da im Rahmen der Ansprüche Änderungen und Abwandlungen beansprucht werden.

Claims

Patentansprüche

1. Bewehrungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß gestreckte und weitgehend parallel ausgerichtete Naturfasern (2) durch einen aufgeschmolzenen Kunststoff (3) miteinander verbunden und zu einem Gebilde geformt sind.

2. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß gestreckte und weitgehend parallel ausgerichtete Naturfasern (2) durch einen aufgeschmolzenen Kunststoff (3) miteinander verbunden und zu einem Faden (1) geformt sind.

3. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern (2) von dem Kunststoff (3) vollständig umschlossen sind und die Außenfläche des Fadens (1) durch den Kunststoff (3) gebildet ist.

4. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die an der Peripherie des Fadens (1) liegenden Naturfasern (2) von dem Kunststoff (3) teilweise umschlossen sind und die Außenfläche des Fadens (1) weitgehend durch die Naturfasern (2) gebildet ist.

5. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (1) aus einheitlichen Naturfasern (2) besteht.

6. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (1) aus einem Gemisch unterschiedlicher Naturfasern (2) besteht.

7. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern (2) eine Stapellänge von nicht unter 50 mm aufweisen.

8. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeschmolzene Kunststoff (3) vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff ist.

9. Bewehrungsmaterial nach Anspruch 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (1) einen Anteil von Kunststoff (3) von 5 - 50% aufweist.

10. Bewehrungsmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (3) einen Schmelzpunkt von unter 200°C besitzt.

1 1. Bewehrungsmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (3) einen Schrumpfungsgrad nach Erreichen des Schmelzpunktes und anschließender Abkühlung von maximal 5% besitzt.

12. Bewehrungsmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1 1. dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff (3) ein Biopolymer ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Bewehrungsmaterials wie in den Ansprüchen 1 bis 12 beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß Naturfasern (2) vorbehandelt, insbesondere gereinigt und gekämmt, weitgehend parallel ausgerichtet und gestreckt, mit einem Kunststoff (3) durchmischt und verschmolzen werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern (2) vorbehandelt, insbesondere gereinigt und gekämmt, weitgehend parallel ausgerichtet und gestreckt, zu einem Strang geformt werden, wobei den Naturfasern (2) ein vorbestimmter Anteil an Kunststoff (3) beigefügt und mit den Naturfasern (2) durchmischt wird, der Strang verdichtet und der Kunststoff (3) aufgeschmolzen wird und die Naturfasern (2) in der Schmelze zu einem Faden (1) geformt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (3) in Form von Fasern den Naturfasern (2) beigefügt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13 und 14. dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (3) in Form von Pulver den Naturfasern (2) beigefügt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 13 und 14. dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (3) den Naturfasern (2) in einem Tauchbad in Form von Flüssigkeit beigefügt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 13 und 14. dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (3) den Naturfasern (2) in einem Sprühbad in Form eines Aerosols beigefügt wird.

19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 18, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Naturfasern (2) durch ein Kammband (4) gereinigt, gekämmt, weitgehend parallel ausgerichtet und gestreckt werden.

20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kammband (4) Karden vorgeordnet sind.

21. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang in einer Formierdüse (6) verdichtet wird.

22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Kunststoff (3) den Naturfasern (2) in der Formierdüse (6) beigefügt wird.

23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (3) mittels Schmelzrollen (7) aufgeschmolzen wird und die Naturfasern (2) in der Schmelze zu dem Faden (1) geformt werden.

24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern (2) mit dem Kunststoff (3) über eine Schmelzrolle (7) geführt werden.

25. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Naturfasern (2) mit dem Kunststoff (3) durch ein Paar Schmelzrollen (7) hindurch geführt werden.

26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 25. dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Faden (1) mittels Kühlrollen (8) gekühlt wird.

27. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Schmelzrollen (7) ein eckiges Profil besitzen.

28. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 26. dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzrollen (7) ein gerundetes Profil besitzen.

29. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 26. dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzrollen (7) mit einer Antihaft-Beschichtung versehen sind.

30. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Schmelzrollen (7) beheizt und temperaturgeregelt sind.

31. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Schmelzrollen (7) in einem Bereich von 120 bis 320°C geregelt wird.

32. Anwendung des in den Ansprüchen 1 bis 12 beschriebenen und nach dem in den Ansprüchen 13 bis 31 beschriebenen Verfahren hergestellten Bewehrungsmaterials, gekennzeichnet durch seine Einbringung und Verbindung mit einem das Bewehrungsmaterial umhüllenden Werkstoff zu einem Verbundwerkstoff (9).

33. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch seine Einbringung und Verbindung mit einem aushärtbaren Kunststoff zu einem Verbundwerkstoff (9).

34. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33. dadurch gekennzeichnet, daß das Bewehrungsmaterial in Form eines Gebildes aus parallel ausgerichteten, gestreckten, mit dem Kunststoff (3) verschmolzenen Naturfasern (2) in den aushärtbaren Kunststoff eingebracht ist.

35. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewehrungsmaterial in Form parallel ausgerichteter Fäden (1) in den aushärtbaren Kunststoff eingebracht ist.

36. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewehrungsmaterial in Form eines Geleges (10) aus sich in einem Winkel kreuzenden Fäden (1) in den aushärtbaren Kunststoff eingebracht ist.

37. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33, dadurch gekennzeich- net, daß das Bewehrungsmaterial in Form eines Gewebes (11) aus sich kreuzenden Fäden (1) in den aushärtbaren Kunststoff eingebracht ist.

38. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33. dadurch gekennzeichnet, daß das Bewehrungsmaterial in Form von Wirrlagen aus den Fäden (1) in den aushärtbaren Kunststoff eingebracht ist.

39. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33. dadurch gekennzeichnet, daß in den aushärtbaren Kunststoff das Bewehrungsmaterial in einheitlicher Form eingebracht ist.

40. Anwendung des Bewehrungsmaterials nach Anspruch 33. dadurch gekennzeichnet, daß in den aushärtbaren Kunststoff das Bewehrungsmaterial in unterschiedlichen Formen eingebracht ist.