DE102015003778B4

DE102015003778B4 - Verfahren zur Herstellung von Prepregs aus Fasern und thermoplastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE102015003778B4
Application number: DE102015003778.1A
Authority: DE
Inventors: Helmut Schmieder; Max-Reinhard Hahn; Björn Hildebrandt; Oliver Thamm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: DE102015003778A1; WO2016150418A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Prepregs aus Fasern (2, 16) und thermoplastischem Kunststoff, enthaltend wenigstens folgende Schritte: • Herstellung einer Dispersion, mindestens beinhaltend eine kolloiddisperse Phase und eine grobdisperse Phase, durch Einarbeiten von thermoplastischen Kunststoffpartikeln (18) mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 400 μm in eine Kolloiddispersion, mindestens umfassend zwischen 50 und 95 Masse% Flüssigkeit (19), zwischen 5 und 50 Masse% Partikel (17) mit einer Partikelgröße < 0,5 μm sowie Tensiden, wobei der Gesamtanteil der Partikel (17, 18) in der Dispersion ≤ 66 Masse% ist und das Verhältnis des Masse%-Anteiles der Partikel (17) mit einer Partikelgröße < 0,5 μm zum Masse%-Anteil der Partikel (18) mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 400 μm ≥ 1 ist, • Aufbringen der Dispersion auf die textilen Fasern (2, 16) durch Tauchen oder Besprühen der textilen Fasern (2, 16) mit einer solchen Menge Dispersion und über eine solche Einwirkzeit, dass nach dem Abstreifen überschüssiger Dispersion und dem Trocknen des Prepregs 20 bis 70 Volumen% Kunststoffpartikel (17, 18) im Prepreg an den Fasern (2, 16) anhaften und • Abstreifen überschüssiger Dispersion und Trocknen des Prepregs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Prepregs aus Fasern und thermoplastischem Kunststoff unter Verwendung von thermoplastischen Kunststoffpartikeln. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Prepregs aus einem Fasergewebe, -gelege, -vlies oder Ähnlichem und thermoplastischen Mikrokunststoffpartikeln.
Unter einem Prepreg wird im Rahmen dieser Erfindung ein Halbzeug verstanden, das aus textilen Fasern in Form eines Fasergewebes, -geleges, -vlieses oder Ähnlichem und/oder eines oder mehrerer unidirektionalen/r Faserstranges/-stränge, nachfolgend kurz textile Fasern genannt, besteht, die mit thermoplastischen Kunststoffpartikeln, insbesondere thermoplastischen Mikrokunststoffpartikeln, imprägniert sind. Prepregs können nahezu eine beliebige Gestalt aufweisen oder in eine nahezu beliebige Gestalt geformt, insbesondere drapiert, werden. Sie können zur Herstellung von Bauteilen unter Temperatur und Druck ausgehärtet werden.
Verfahren zur Herstellung von Prepregs aus Fasern und thermoplastischem Kunststoff sind aus dem Stand der Technik bekannt. Meist werden die textilen Fasern durch eine Dispersion oder Suspension mit thermoplastischen Kuststoffpartikeln bewegt ( WO 93/01045 A1 ) oder mit dieser besprüht ( EP 1 215 022 A1 ) und nachfolgend die Flüssigkeit, beispielsweise durch Erwärmung, entfernt. Die bekannten Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Kunststoffpartikel nicht ausreichend in die textile Faseranordnung eindringen, sondern sich meist lose auf der äußeren Schicht der Faseranordnung, d. h. des Fasergewebes, -geleges, -vlieses oder Ähnlichem oder des unidirektionalen Faserstranges, ablagern. Um ein verbessertes Eindringen der Dispersion oder Suspension zwischen die einzelnen Fasern zu erreichen, ist es bekannt, Faserstränge während des Imprägniervorganges aufzuspreizen und/oder den Imprägniervorgang unter erhöhtem Druck durchzuführen. Problematisch ist bei den bekannten Verfahren jedoch stets die Erzeugung einer gleichmäßigen ausreichenden Imprägnierung der textilen Fasern mit thermoplastischen Kunststoffpartikeln, die auch bei einer nachfolgenden Lagerung sowie dem Transport und der Weiterverarbeitung, insbesondere dem Drapieren der Prepregs, erhalten bleibt.
Aus der DE 10 2013 227 142 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von langzeitstabilen Prepregs aus Fasern und einem zumindest teilweise ungehärteten Reaktivharz bekannt, bei dem die Fasern mit einer wässrigen Dispersion benetzt werden, die Reaktivharzpartikel mit einer Partikelgröße ≤ 10 μm sowie ein wasserstabiles, z. B. verkapseltes, dann partikelförmiges, Vernetzungsmittel mit einer Partikelgröße ≤ 10 μm aufweist. Für die Herstellung von Prepregs mit thermoplastischem Kunststoff kann mit diesem Verfahren keine ausreichende Imprägnierung der Fasern mit themoplastischen Kunststoffpartikeln erreicht werden.
Es sind eine Reihe von Verfahren bekannt, die die Verwendung von Kunststoffpartikeln mit einer beschränkten vorbestimmten Größe beschreiben. So wird in der DE 691 07 203 T2 ein Verfahren zum Imprägnieren von Fasern beschrieben, bei dem Kunststoffpartikel, die vorzugsweise < 250 μm groß sind, verwendet werden. In der WO 02/068356 A1 wird ein Verfahren zum Beschichten von Fasern mit Pulverpartikeln mit einer durchschnittlichen Partikelgröße zwischen 1 und 60 μm, bevorzugt zwischen 10 und 30 μm, besonders bevorzugt zwischen 15 und 20 μm, beschrieben. In der EP 0 013 244 B1 wird ein Verfahren zur Imprägnierung eines faserförmigen Textilmaterials mit einem plastischen Harz, dessen Teilchen Durchmesser < 50 μm haben, beschrieben, wobei zur Herstellung der Dispersion ein Verdickungsmittel auf Basis von wasserlöslichen Cellulosederivaten verwendet wird. Die Herstellung von thermoplastischen Kunststoffpartikeln mit einem beschränkten vorgegebenen engen Partikelgrößenbereich ist aufwendig und mit erheblichen Kosten verbunden. Hinzu kommt, dass auch diese Verfahren das Problem der Herstellung von Prepregs mit einer gleichmäßigen ausreichenden und für die Lagerung, den Transport und die Weiterverarbeitung der Prepregs hinreichend stabilen Beladung der textilen Fasern mit thermoplastischen Kunststoffpartikeln nicht zufriedenstellend lösen.
Des Weiteren ist aus der US 2012 0 061 013 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Prepregs bekannt, bei dem zunächst die Fasern mit einer thermoplastische Partikel mit einer Größe zwischen 30 und 200 μm und Nanaopartikel aufweisenden Dispersion imprägniert werden und nachfolgend die imprägnierten Fasern bei erhöhter Temperatur mit einem thermoplastischen Kernmaterial verbunden werden, wobei die durch die Imprägnierung an die Fasern angelagerten thermoplastischen Partikel aufgeschmolzen werden. Eine für die Herstellung von Prepregs aus Fasern und thermoplastischem Kunststoff ausreichende Beladung der Fasern mit thermoplastischen Kunststoffpartikeln ist mit diesem Verfahren nicht möglich.
Schließlich offenbart die JP 2010-260 955 A1 ein nicht wässriges Dispersionssystem, beinhaltend Harzpartikel und Siliciumdioxidpartikel mit einer Partikelgröße zwischen 0,01 und 1 μm, welches in eine mit einem nicht wässrigen Lösungsmittel gelöste wärmehärtende Harzmasse eingebracht wird. Für die Herstellung von Prepregs aus Fasern und thermoplastischem Kunststoff, die eine ausreichende und für die Lagerung, den Transport und die Weiterverarbeitung der Prepregs hinreichend stabile Beladung der Fasern mit thermoplastischen Kunststoffpartikeln aufweisen, ist diese Dispersion nicht geeignet.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Prepregs aus textilen Fasern und thermoplastischem Kunststoff, mit dem eine gleichmäßige, ausreichende und für die Lagerung, den Transport und die Weiterverarbeitung der Prepregs hinreichend stabile Beladung der textilen Fasern mit thermoplastischen Kunststoffpartikeln erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird dieses Ziel mit einem Verfahren gemäß dem 1. Patentanspruch erreicht. In den abhängigen Patentansprüchen werden vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst wenigstens die folgenden Schritte:

• Herstellung einer Dispersion, mindestens beinhaltend eine kolloiddisperse Phase und eine grobdisperse Phase, durch Einarbeiten von thermoplastischen Kunststoffpartikeln mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 400 μm in eine Kolloiddispersion, wobei die Kolloiddispersion mindestens zwischen 50 und 95 Masse% Flüssigkeit, zwischen 5 und 50 Masse% Partikel mit einer Partikelgröße < 0,5 μm sowie Tenside umfasst, und wobei der Gesamtanteil der Partikel in der Dispersion nach dem Einarbeiten der thermoplastischen Kunststoffpartikel mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 400 μm ≤ 66 Masse% ist und das Verhältnis des Masse%-Anteiles der Partikel mit einer Partikelgröße < 0,5 μm zum Masse%-Anteil der Partikel mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 400 μm ≥ 1 ist,
• Aufbringen der Dispersion auf die textilen Fasern durch Tauchen oder Besprühen der textilen Fasern mit einer solchen Menge Dispersion und über eine solche Einwirkzeit, dass nach dem Abstreifen überschüssiger Dispersion und dem Trocknen des Prepregs 20 bis 70 Volumen% Kunststoffpartikel im Prepreg an den Fasern anhaften und
• Abstreifen überschüssiger Dispersion und Trocknen des Prepregs.

Das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass beim Imprägnieren der textilen Fasern, sei es durch Eintauchen der textilen Fasern in die Dispersion oder durch Besprühen der textilen Fasern mit der Dispersion, die Partikel der kolloiddispersen Phase der Dispersion mit einer Partikelgröße < 0,5 μm tief in die textilen Fasern eindringen und sich an die Einzelfasern der textilen Fasern anlagern, diese quasi umschließen, und dabei die thermoplastischen Kunststoffpartikel der grobdispersen Phase mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 400 μm, an deren Oberfläche sich Partikel der kolloiddispersen Phase der Dispersion mit einer Partikelgröße < 0,5 μm ebenfalls, diese quasi umschließend, angelagert haben, mitführen und nachfolgend, d. h. nach der Trocknung, durch Adhäsion im Verbund mit den textilen Fasern halten, oder anders ausgedrückt, thermoplastische Kunststoffpartikel mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 400 μm, vermittelt durch Adhäsion, die im Wesentlichen durch die Partikel der kolloiddispersen Phase der Dispersion mit einer Partikelgröße < 0,5 μm bewirkt wird, an den Einzelfasern anhaften.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Prepregs haben den Vorteil, dass die thermoplastischen Kunststoffpartikel tief in die Faseranordnung, d. h. das Fasergewebe, -gelege, -vlies oder Ähnliches oder die unidirektionalen Faserstränge, eingelagert sind und auch bei einer nachfolgenden Lagerung, dem Transport und der Weiterverarbeitung der Prepregs hier verbleiben. Die Prepregs können ohne wesentlichen Verlust an thermoplastischen Kunststoffpartikeln für den Transport aufgewickelt werden. Sie weisen auch nach einer Weiterverarbeitung, d. h. insbesondere nach dem Drapieren, eine ausreichende Menge an thermoplastischem Kunststoff zur Ausbildung der thermoplastischen Matrix auf. Außerdem bildet sich beim Aufschmelzen der thermoplastischen Kunststoffpartikel eine besonders gleichmäßige thermoplastische Matrix zwischen den einzelnen Fasern des Fasergewebes, -geleges, -vlieses oder Ähnlichem oder den unidirektionelen Fasersträngen aus, weil sich die thermoplastischen Kunststoffpartikel bereits weitgehend gleichmäßig verteilt im Fasergewebe, -gelege, -vlies oder Ähnlichem oder den unidirektionalen Fasersträngen befinden.
Im Gegensatz hierzu verweisen die Lösungen des Standes der Technik darauf, dass der thermoplastische Kunststoff erst beim Aufschmelzen der Kunststoffpartikel in das Fasergewebe, -gelege, -vlies oder Ähnliches oder die unidirektionalen Faserstränge eindringt, wodurch die Ausbildung einer vergleichsweise ungleichmäßigen thermoplastischen Matrix zwischen den einzelnen Fasern begründet ist.
Es wurde gefunden, dass sich die Partikel der kolloiddispersen Phase der Dispersion mit einer Partikelgröße < 0,5 μm an den Oberflächen der Fasern sowie den Oberflächen der Kunststoffpartikel mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 400 μm die Oberfläche quasi umschließend anlagern, wodurch bei der Formgebung der Prepregs auftretende Reibungskräfte erheblich reduziert werden.
Bevorzugt handelt es sich bei der Dispersion um eine wässrige Dispersion, d. h. die Flüssigkeit in der Dispersion ist Wasser. Die thermoplastischen Kunststoffpartikel mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 400 μm besitzen bevorzugt eine Partikelgröße zwischen 5 und 100 μm, besonders bevorzugt zwischen 30 und 60 μm.
Weiterhin bevorzugt bestehen neben den Partikeln mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 400 μm auch die Partikel der kolloiddispersen Phase der Dispersion mit einer Partikelgröße < 0,5 μm aus thermoplastischem Kunststoff.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
1: das Schema einer Vorrichtung zum Imprägnieren textiler Fasern im Wege des Tauchens der textilen Fasern in eine Dispersion, in
2: das Schema einer Vorrichtung zum Imprägnieren textiler Fasern im Wege des Besprühens der textilen Fasen mit einer Dispersion und in
3: schematisch in die textilen Fasern eingedrungene Dispersion.

Gemäß der Erfindung wird in einem ersten Verfahrensschritt eine Dispersion 1 hergestellt, die mindestens eine kolloiddisperse Phase und eine grobdisperse Phase an thermoplastischen Kunststoffpartikeln beinhaltet. Dazu werden in eine Styrol-Homopolymer-Kolloiddispersion vom Typ Texicote 57-0058 (Hersteller: Scott Bader Company Ltd., Wollaston Hall, Wollaston, Wellingborough, Northants, United Kingdom, NN29 7RL), die zwischen 49 und 51 Masse% Polystyrolpartikel mit einer Partikelgröße von ca. 0,3 μm und zwischen 49 und 51 Masse% Wasser sowie Tenside enthält, bei Raumtemperatur und ggf. unter Zugabe von entionisiertem Wasser portionsweise Polypropylenpartikel (modifiziertes Polypropylen vom TYP AC-2022, Hersteller: Abifor AG, Luegislandstrasse 31, 8051 Zürich, Schweiz) mit einer Partikelgröße zwischen 80 und 200 μm durch Rühren eingearbeitet. Tabelle 1 zeigt den Partikelanteil sowie den Flüssigkeitsanteil von 4 erfindungsgemäß hergestellten Dispersionen.

Lfd. Nr.	Polystyrolpartikel, Partikelgröße von ca. 0,3 μm [Masse%]	Wasser [Masse%]	Polypropylenpartikel, Partikelgröße 80–200 μm [Masse%]	Gesamtanteil thermoplastische Kunststoffpartikel [Masse%]
1	32,3	64,5	3,2	35,5
2	47,6	47,6	4,8	52,4
3	45,4	45,4	9,2	54,6
4	41,7	41,7	16,6	58,3

Tabelle 1

Für das Aufbringen der Dispersion 1 auf textile Fasern 2 werden zwei alternative Varianten beschrieben. Bei beiden Varianten sind die textilen Fasern 2 ein E-Glas-Triaxialgewebe vom TYP FGE 117 GE 1200 0/–45/+45 (Hersteller: Formax UK Ltd., Cutters Close Industrial Estate, Narborough, Leicester, United Kingdom, LE19 2FZ). Das Flächengewicht des Gewebes beträgt 1175 g/m² (±5%). Bei einer Dichte des E-Glases von 2,6 g/cm³ ergibt sich für das E-Glas-Triaxialgewebe ein Flächenvolumen von 452 cm³/m².
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Imprägnieren textiler Fasern 2 im Wege des Tauchens der textilen Fasern 2 in die Dispersion 1. Die zu imprägnierenden textilen Fasern 2 befinden sich auf einer Vorratsrolle 3. Die Vorratsrolle 3 ist seitlich über einer nach oben offenen, sich nach unten verjüngenden Imprägnierwanne 4 angeordnet. Die Imprägnierwanne 4 ist mit Dispersion 1 gefüllt. In der Imprägnierwanne 4 innerhalb der Dispersion 1 ist eine Umlenk- und Führungsrolle 5 positioniert. Ebenfalls über der nach oben offenen Imprägnierwanne 4 sind Abstreifwalzen 6 angeordnet. Die Imprägnierwanne 4 besitzt eine Umwälzeinrichtung 7 zum ständigen Umwälzen der Dispersion 1. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Trockenstrecke 8 sowie eine angetriebene Aufwickeltrommel 9. Die zu imprägnierenden textilen Fasern 2 werden mit einer Vorschubgeschwindigkeit v von der Vorratsrolle 3 abgewickelt und gelangen geführt durch die Umlenk- und Führungsrolle 5 in die Dispersion 1 innerhalb der Imprägnierwanne 4. Nach dem Austritt der textilen Fasern 2 aus der Dispersion 1 gelangen sie zu den über der nach oben offenen Imprägnierwanne 4 angeordneten Abstreifwalzen 6. Hier wird überschüssige Dispersion 1 von den textilen Fasern 2 abgestreift. Die abgestreifte Dispersion 1 tropft die in die Imprägnierwanne 4 zurück. Die imprägnierten textilen Fasern 2 werden anschließend durch die Trockenstrecke 8 geführt, hier getrocknet und schließlich auf die Aufwickeltrommel 9 aufgewickelt. Die Vorschubbewegung v der textilen Fasern 2 wird durch die angetriebene Aufwickeltrommel 9 erzeugt, wobei die Drehbewegung der Aufwickeltrommel 9 und damit die Vorschubgeschwindigkeit v der textilen Fasern 2 so bemessen ist, dass die textilen Fasern 2 ca. 20 s in die Dispersion 1 eingetaucht werden. Die Trocknung der imprägnierten textilen Fasern 2 in der Trockenstrecke 8 erfolgt nach dem Verfahren der Umlufttrocknung bei 80°C über eine Zeit von 120 bis 180 s bis zur Gewichtskonstanz des Trockengutes. Die Dispersion 1 wird mittels der Umwälzeinrichtung 7 innerhalb der Imprägnierwanne 3 ständig umgewälzt, um ein Absetzen der Polypropylenpartikel mit einer Partikelgröße zwischen 80 und 200 μm und damit eine Entmischung der Dispersion 1 zu vermeiden.
2 zeigt eine alternative Variante zum Imprägnieren der textilen Fasern 2 im Wege des Sprühauftrages der Dispersion 1. Die zu imprägnierenden textilen Fasern 2 befinden sich auf einer Vorratsrolle 3. Die Vorratsrolle 3 ist seitlich von einer nach oben offenen, sich nach unten verjüngenden Auffangwanne 10 angeordnet. Über der nach oben weisenden Öffnung der Auffangwanne 10 sind Sprühköpfe 11 angeordnet. Die Sprühköpfe 11 sind als Druckluftzerstäuber ausgebildet. Ebenfalls über der nach oben weisenden Öffnung der Auffangwanne 10 ist eine Abstreifeinrichtung 12 angeordnet. Unterhalb der Auffangwanne 10 befindet sich ein Vorratsbehälter 13 für die Dispersion 1. Am unteren sich verjüngenden Boden der Auffangwanne 10 ist ein Auslauf für die Dispersion 1 angeordnet, der in den Vorratsbehälter 13 einmündet. Vom Vorratsbehälter 13 führt eine Rohrleitung 14 zu den Sprühköpfen 11. In die Rohrleitung 14 ist eine Pumpe 15 zum Fördern von Dispersion 1 zu den Sprühköpfen 11 eingebunden. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Trockenstrecke 8 sowie eine angetrieben Aufwickeltrommel 9. Die zu imprägnierenden textilen Fasern 2 werden mit einer Vorschubgeschwindigkeit v von der Vorratsrolle 3 abgewickelt und über die nach oben weisende Öffnung der Auffangwanne 10 sowie unter die Sprühköpfe 11 geführt. Von den Sprühköpfen 11 wird fein verteilt Dispersion 1 versprüht und gelangt auf die textilen Fasern 2. Die textilen Fasern 2 werden vollständig und gleichmäßig mit Dispersion 1 benetzt. Versprühte Dispersion 1, die von den textilen Fasern nicht mehr aufgenommen werden kann, tropft in die Auffangwanne 10. Danach wird in der Abstreifeinrichtung 12 überschüssige Dispersion 1 von den textilen Fasern 2 abgestreift. Die abgestreifte Dispersion 1 tropft in die Auffangwanne 10 zurück. Die imprägnierten textilen Fasern 2 werden anschließend durch die Trockenstrecke 8 geführt, hier getrocknet und schließlich auf die Aufwickeltrommel 9 aufgewickelt. Die Vorschubbewegung v der textilen Fasern 2 wird durch die angetriebene Aufwickeltrommel 9 erzeugt, wobei die Drehbewegung der Aufwickeltrommel 9 und damit die Vorschubgeschwindigkeit v der textilen Fasern 2 so bemessen ist, dass die textilen Fasern 2 ca. 20 s durch die Sprühdüsen 11 mit Dispersion 1 besprüht werden. Die Trocknung der imprägnierten textilen Fasern 2 in der Trockenstrecke 8 erfolgt nach dem Verfahren der Umlufttrocknung bei 80°C über eine Zeit von 120 bis 180 s bis zur Gewichtskonstanz des Trockengutes.

Tabelle 2 zeigt die an den textilen Fasern 2 nach dem Imprägnieren mit den in Tabelle 1 enthaltenen Dispersionen 1 anhaftende Menge an Kunststoffpartikeln. Dabei entspricht die lfd. Nummerierung in der Tabelle 2 den Dispersionen gemäß der Tabelle 1.

Lfd. Nr.	Menge der an den textilen Fasern anhaftenden Kunststoffpartikel [g/m²]	Masseanteile Glas [Masse%]	Masseanteile Kunststoffpartikel [Masse%]	Volumen anteile Glas [Volumen%]	Volumenanteile Kunststoffpartikel [Volumen%]
1	417	73,8	26,2	52,0	48,0
2	587	66,7	33,3	43,5	56,5
3	717	62,1	37,9	38,6	61,4
4	845	58,2	41,8	34,8	65,2

Tabelle 2

3 zeigt schematisch einen vergrößerten Ausschnitt der textilen Fasern 2 mit eingedrungener Dispersion 1. Dargestellt sind Einzelfasern 16 der textilen Fasern 2 mit zwischen die Einzelfasern 16 eingedrungenes Wasser 19, Polystyrolpartikel 17 der kolloiddispersen Phase der Dispersion 1 mit einer Partikelgröße von ca. 0,3 μm sowie Polypropylenpartikel 18 der grobdispersen Phase mit einer Partikelgröße zwischen 80 und 200 μm. Die Polystyrolpartikel 17 der kolloiddispersen Phase umhüllen quasi die Einzelfasern 16 und die Polypropylenpartikel 18 der grobdispersen Phase. Sie haben sich an die Oberflächen der Einzelfasern 16 und der Polypropylenpartikel 18 angelagert und haften an diesen infolge von Adhäsion. Beim Eindringen der kolloiddispersen Phase der Dispersion 1 in die Zwischenräume zwischen den Einzelfasern 16 werden Polypropylenpartikel 18 der grobdispersen Phase mitgeführt und so in die Zwischenräume zwischen die Einzelfasern eingelagert. Nach der Trocknung haften die Polypropylenpartikel 18 mit einer Partikelgröße zwischen 80 und 200 μm vermittelt durch Adhäsion, die im Wesentlichen durch die Polystyrolpartikel 17 der kolloiddispersen Phase mit einer Partikelgröße von ca. 0,3 μm bewirkt wird, an den Einzelfasern 16.
Hierdurch wird bewirkt, dass erfindungsgemäß imprägnierte textile Fasern 2 sowie daraus gefertigte Prepregs zum einen ohne wesentlichen Verlust an thermoplastischen Kunststoffpartikeln 17, 18 transportiert und weiterverarbeitet, insbesondere drapiert, werden können und zum anderen wird beim Aufschmelzen der thermoplastischen Kunststoffpartikel 17, 18 eine besonders gleichmäßige thermoplastische Matrix zwischen den Einzelfasern 16 der textilen Fasern 2 ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Dispersion
2: textile Fasern
3: Vorratsrolle
4: Imprägnierwanne
5: Umlenk- und Führungsrolle
6: Abstreifwalzen
7: Umwälzeinrichtung
8: Trockenstrecke
9: Aufwickeltrommel
10: Auffangwanne
11: Sprühköpfe
12: Abstreifeinrichtung
13: Vorratsbehälter
14: Rohrleitung
15: Pumpe
16: Einzelfaser
17: Polystyrolpartikel mit einer Partikelgröße von ca. 0,3 μm
18: Polypropylenpartikel mit einer Partikelgröße zwischen 80 und 200 μm
19: Wasser
v: Vorschubgeschwindigkeit

Claims

Verfahren zur Herstellung von Prepregs aus Fasern (2, 16) und thermoplastischem Kunststoff, enthaltend wenigstens folgende Schritte: • Herstellung einer Dispersion, mindestens beinhaltend eine kolloiddisperse Phase und eine grobdisperse Phase, durch Einarbeiten von thermoplastischen Kunststoffpartikeln (18) mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 400 μm in eine Kolloiddispersion, mindestens umfassend zwischen 50 und 95 Masse% Flüssigkeit (19), zwischen 5 und 50 Masse% Partikel (17) mit einer Partikelgröße < 0,5 μm sowie Tensiden, wobei der Gesamtanteil der Partikel (17, 18) in der Dispersion ≤ 66 Masse% ist und das Verhältnis des Masse%-Anteiles der Partikel (17) mit einer Partikelgröße < 0,5 μm zum Masse%-Anteil der Partikel (18) mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 400 μm ≥ 1 ist, • Aufbringen der Dispersion auf die textilen Fasern (2, 16) durch Tauchen oder Besprühen der textilen Fasern (2, 16) mit einer solchen Menge Dispersion und über eine solche Einwirkzeit, dass nach dem Abstreifen überschüssiger Dispersion und dem Trocknen des Prepregs 20 bis 70 Volumen% Kunststoffpartikel (17, 18) im Prepreg an den Fasern (2, 16) anhaften und • Abstreifen überschüssiger Dispersion und Trocknen des Prepregs.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (19) der Dispersion Wasser ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Kunststoffpartikel (18) bevorzugt eine Partikelgröße zwischen 5 und 100 μm, besonders bevorzugt zwischen 30 und 60 μm, besitzen.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (17) in der Kolloiddispersion mit einer Partikelgröße < 0,5 μm aus thermoplastischem Kunststoff bestehen.