DE69626275T2

DE69626275T2 - Flexibles, leichtes vorimpregniertes tau

Info

Publication number: DE69626275T2
Application number: DE69626275T
Authority: DE
Inventors: M. Davies; Alagirusamy Ramasamy
Original assignee: Hexcel Composites GmbH and Co KG
Current assignee: Hexcel Composites GmbH and Co KG
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: DE69626275D1; WO1996028258A1; EP1281498A2; US5756206A; ATE232758T1; CA2218907A1; EP1281498A3; EP0814916A4; EP0814916B1; ES2192222T3; CA2218907C; AU5187996A; EP0814916A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Sachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen flexibler, vorimprägnierter Kabel, und, insbesondere, auf ein Verfahren zum Herstellen flexibler, vorimprägnierter Kabel, die eine niedrige Masse und eine niedrige Biegesteifigkeit haben, das eine Pulverbeschichtung oder einen ähnlichen Beschichtungsprozess verwendet. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung setzt die Schritte eines Umwandelns von nicht- dimensionierten Hochleistungskabeln in eine vorab ausgewählte Querschnittsform, wie beispielsweise eine flache Bandform, eines Beschichtens nur der äußeren Fasern der Kabelform mit Harzteilchen, während die inneren Fasern der Kabelform unbeschichtet verbleiben, eines teilweisen Schmelzens der Harzteilchen auf dem Kabel, um eine diskontinuierliche Ummantelung aus Harz über dem Kabel zu erzeugen, und eines Wickelns des erhaltenen, flexiblen, vorimprägnierten Kabels mit geringer Masse auf Aufnahmerollen ein. Das erhaltene, vorimprägnierte Kabel kann weiter zu anderen, nützlichen, typischerweise steiferen und leichteren, Komponenten verarbeitet werden.

2. Stand der Technik

Vorimprägnierte Kabel, die Fasern aufweisen, kombiniert mit einem Matrix-Harz, sind eine Form eines Prepreg. Ein herkömmliches Prepreg besteht aus hunderten oder tausenden Fasern, eingebettet in einer kontinuierlichen Masse einer Matrix. Die verstärkenden Fasern, die typischerweise verwendet werden, sind kommerziell in einer kontinuierlichen Form in Bündeln, bekannt als Kabel bzw. Taue, erhältlich, die stark in der Anzahl der Fasern pro Kabel bzw. Tau variieren. Viele Matrix-Harze sind verfügbar; allerdings dominieren zwei Arten von Matrix-Harz-Systemen im Stand der Technik: Thermokunststoff und teilweise gehärtete, thermisch härtende Polymere.
Thermoplastische Polymere haben Vorteile gegenüber thermisch härtenden Materialien in der Bruchfestigkeit, der Aufschlagfestigkeit und der Umgebungsbeständigkeit. Thermokunststoffe liefern auch Prepregs mit einer nicht-definierten Ummantelungslebensdauer, was dem Hersteller eine bessere Qualitätssicherheit gibt und die Bevorratungs- und Gefrier-Probleme, die thermisch härtendem Prepreg zugeordnet sind, vermeidet. Der Nachteil von thermoplastischen Polymeren als ein Matrixmaterial ist die Schwierigkeit einer nicht gleichförmigen Beschichtung der Fasern aufgrund der hohen Viskosität des geschmolzenen Polymers. Thermoplastische Prepregs sind typischerweise steif und weniger gut für ein Weben oder ein Umflechten geeignet, und die sich ergebenden Gewebe bzw. Gewirke sind steif. Ähnlich Verkompliziert die Steifigkeit von thermoplastischen, beschichteten Prepregs die Bildung von komplexen Formen; Wärme muss auf den Punkt eines Kontakts fokussiert werden, um eine Gleichförmigkeit während eines Auflegens zu erreichen.
Prepregs, die thermisch härtende Vorpolymere enthalten, können, obwohl sie relativ flexibel sind, klebrig sein, was demzufolge eine schützende Freigabebeschichtung erfordert, typischerweise ein Trennpapier oder einen Film, die vor einer Benutzung entfernt werden müssen. Während thermisch härtende Prepregs für viele Anwendungen akzeptierbar sind, haben deren Klebrigkeit und deren Erfordernis einer schützenden Lösebeschichtung thermisch härtende, vorimprägnierte Kabel bzw. Fäden nur zum Weben und Flechten unbrauchbar gemacht.
Zwei andere Typen von vorimprägnierten Kabeln bzw. Fäden sind vorimprägnierte Metall-Matrix-Kabel bzw. Fäden (Towpreg), die ähnlich zu thermoplastischen, vorimprägnierten Kabeln sind, und teilweise gehärtete, keramische, vorimprägnierte Kabel, die ähnlich zu thermisch härtenden, vorimprägnierten Kabeln sind. Aufgrund der beschränkten Märkte für metallene und keramische, vorimprägnierte Kabel und Komposits sind diese Materialien nicht allgemein verfügbar und sind nicht das Ziel für Entwicklungen in der Herstelltechnologie gewesen. Metallene und keramische, vorimprägnierte Matrix-Kabel bzw. Fäden können in einer Art und Weise von thermoplastischen oder thermisch härtenden, vorimprägnierten Kabeln hergestellt werden und diese bilden.
Kontinuierliche Faser-Prepregs können durch eine Anzahl von Imprägnierungsverfahren hergestellt werden, umfassend Heißschmelz-, Lösungs-, Emulsions-, Schlämmen-, Oberflächenpolymerisations-, Faser-Vermischungs-, Film-Vernetzungs-, Elektroplattier- und Trockenpulvertechniken.
In der Heißschmelzverarbeitung kann eine Imprägnierung durch Zwangsführen der Faser und des Harzes durch eine Düsenplatte unter einer hohen Temperatur unter Bedingungen durchgeführt werden, die hohe Scherraten erzeugen. Aufgrund der hohen Temperaturen dieses Prozesses kann sich das thermoplastische Material verschlechtern. Andere Nachteile diese Prozesses umfassen die hohe Spannung, die auf die Fasern aufgebracht wird, und Schwierigkeiten beim Imprägnieren der Faser-Kabel bzw. Fäden mit Thermokunststoffen, was zu niedrigen Verarbeitungsgeschwindigkeiten führt.
In einer Lösungsbeschichtung wird das Matrix-Material in einem Lösungsmittel aufgelöst und die Faser wird durch diese Lösung hindurchgeführt und dann getrocknet, um das Lösungsmittel zu verdampfen. Zwei Nachteile dieses Prozesses sind diejenigen, dass Thermokunststoffe gewöhnlich eine begrenzte Löslichkeit bei einer hohen Konzentration zeigen, und meistens können Konstruktionsthermokunststoffe nicht in einem niedrigsiedenden Lösungsmittel bei Zimmertemperatur aufgelöst werden. Zusätzlich führt eine hohe Lösungsviskosität zu denselben Imprägnierungsproblemen wie bei einer heißen Schmelze, ebenso wie verursacht wird, dass die Fasern aneinander anhaften. Ein anderes Problem ist die Schwierigkeit beim Entfernen des Lösungsmittels. Weiterhin verbleiben Spuren des Lösungsmittels in dem Prepreg, was zu einer unerwünschten Porosität in den Komposit-Strukturen führt.
Ein Emulsionsprozess ist eine Art und Weise, um ein teilchenförmiges Polymer- Matrix-Material mit einer sehr kleinen Teilchengröße auf eine vorimprägnierte Faser durch Synthetisieren des Harzes als eine wässrige Lösung mit einem oberflächenaktiven Mittel aufzubringen. Das Problem mit diesem Prozess ist dasjenige, dass das Entfernen des oberflächenaktiven Mittels von dem endgültigen, vorimprägnierten Kabel bzw. der Schnur schwierig ist.
Eine Beschichtung mit Schlämme oder eine Verarbeitung mit einem nassen Pulver ist eine Nicht-Lösungsmittel-Beschichtungstechnik, die so ausgelegt ist, um das Problem der Unlöslichkeit der meisten Kunststoffe in einem Lösungsmittel bei Zimmertemperatur zu lösen. Bei einer Beschichtung mit einer Schlämme wird das Pulver in einem flüssigen Medium suspendiert, wobei keine Lösungsfähigkeit zwischen dem Harz und dem Medium existiert, und die Fasern werden durch die Schlämme gezogen. Die schlämmenartige, teilchenförmige Matrix nässt nicht im Wesentlichen die Faser vor, was zu dem Erfordernis nach höheren Drücken führt, um die Matrix und die Fasern zu einem Prepreg zu konsolidieren. Prepreg kann klebrig sein, was nicht für ein Weben oder ein Verflechten geeignet ist. Andere Nachteile umfassen die Notwendigkeit des Entfernens des flüssigen Mediums, flüchtiger Bestandteile und dispergierender Bestandteile oder von oberflächenaktiven Mitteln, die dazu verwendet werden, den Polymer-Flüssigkeit-Kolloidal-Zustand zu bilden, die Wahrscheinlichkeit von Aggregaten in der Schlämme, verursacht durch ein schlechtes Mischen, und die Möglichkeit, dass sich Polymer-Teilchen während einer Verarbeitung absetzen werden.
Um eine intensive Mischung in der Emulsion- oder Schlämme-Beschichtung zu erreichen, sollte die Teilchengröße der Schlämme oder der Emulsion kleiner sein als der Faserdurchmesser. Für viele der Thermokunststoffe kann dies nicht nur durch eine Emulsions- oder Dispersions-Polymerisation vorgenommen werden, wobei es extrem schwierig ist, ein solches feines Pulver herzustellen. Demzufolge wird eine grobe Mischung zwischen Fasern und Teilchen erhalten. Die Qualität der Mischung verringert sich, wenn sich die Teilchengröße erhöht, was zu einer schlechten Matrix-Verteilung in dem konsolidierten, vorimprägnierten Kabel bzw. der Schnur bzw. dem Faden, und einer schlechten Komposit-Struktur führt.
In der Oberflächenpolymerisation resultiert eine Beschichtung von der Polymerisation der Polymer-Matrix auf dem Fasersubstrat. Nachteile, die diesem Prozess zugeordnet sind, umfassen das Erfordernis, nicht erwünschte Materialien zu entfernen, wie beispielsweise Lösungsmittel, Inhibitor oder Nebenprodukte der Polymerisationsreaktionen. Eine Oberflächenpolymerisation kann nur durch spezielle Techniken durchgeführt werden, wie beispielsweise Elektropolymerisation, was nicht dazu verwendet werden kann, viele der Polymeren Matrizen, die von kommerziellem Interesse sind, herzustellen.
Bei dem Faservermischen wird die polymere Matrix in fasriger Form eingeführt. Polymere und Verstärkungsfasern werden als trockene Mischung vermischt; allerdings wird das Benetzen der Fasern durch einen Prozess, wie beispielsweise Schmelzen der Polymerfaser, unterdrückt, bis das vorimprägnierte Kabel konsolidiert ist. Eine effektive Imprägnierung hängt von dem Grad einer Zufälligkeit eines Vermischens des Harzes und der Faser durch das System hinweg ab. Da kein Benetzen der Verstärkungsfasern durch das Matrix-Material auftritt, werden höhere Drücke benötigt, um das vorimprägnierte Kabel unter äquivalenten Verarbeitungszeiten und Temperaturen zu konsolidieren, verglichen mit herkömmlich benetzten, vorimprägnierten Kabeln.
Ein Filmgießen ist ein Verfahren zum Herstellen eines Prepreg, was einige der Probleme löst, die einer Heißschmelzimprägnierung von Thermokunststoffen zugeordnet ist. Es besteht aus einem Stapel einer Filmschicht aus einem Matrix-Materialguß von entweder einer Heißschmelze oder einer Lösung über die Fasern des vorimprägnierten Kabels bzw. Seils. Die Fasern, die sandwichartig zwischen zwei Filmen zwischengefügt sind, werden erwärmt und kalandriert, um das Harz in die Fasern zu drücken.
Eine Pulverbeschichtung von Fasern besitzt wesentliche Vorteile dahingehend, dass kein Lösungsmittel erforderlich ist, und keine hohe Spannung in den Prozess eingeführt wird. Das pulverförmige Harz muss bei Umgebungs- und erhöhten Aufbewahrungstemperaturen fest sein, und muss in der Lage sein, zu schmelzen, um ein Fließen zu ermöglichen und um das Fasertau zu durchdringen, wenn es erwärmt wird. Eine Trockenpulverbeschichtung besitzt viele Vorteile, und zwar aufgrund der Eliminierung einer nassen Basis, von Lösungsmittel oder Wasser, was eine Rückführung des Beschichtungsmaterials erleichtert. Dies ist ein wichtiger, ökonomischer Vorteil, der eine hohe Nutzbarkeit von Pulver zusätzlich zu einer Eliminierung von teuren Lösungsmitteln verspricht.
Ein anderes Verfahren einer Pulverbeschichtung von Fasern mit einer Matrix ist in Gancia, U.S. Patent Nr. 4,614,678, und Ganga, U.S.-Patent Nr. 4,713,139, offenbart, wobei das letztere davon eine Divisional Application des ersteren war. Dieses Verfahren umfasst ein Imprägnieren von Fasern mit trockenem, thermoplastischen Polymerpulver und dann Abdecken der beschichteten Fasern mit einer kontinuierlichen, thermoplastischen Ummantelung, was zu einer höheren Masse führt. Allerdings können, wenn das Matrix-Pulver nicht auf den Fasern geschmolzen wird, nur Fasern in Kontakt mit der Ummantelung an der Matrix anhaftend sein. Dies führt zu einem Produkt mit drei Komponenten: Fasern, Matrixpulver, und eine separate, kontinuierliche Ummantelung. Ein Konsolidieren dieses vorimprägnierten Kabels erfordert auch höhere Drücke unter vergleichbaren Verarbeitungsbedingungen als ein vollständiges Vorbenetzen eines vorimprägnierten Kabels. Weiterhin wird, als eine Schlämmen-Beschichtung, ein feines Polymerpulver, allgemein weniger als 20 Mikron, für diesen Prozess empfohlen. Ein Herstellen eines solchen feinen Pulvers aus Thermokunststoffen kann sehr teuer sein.
Zwischen Komposit-Produkte, wie beispielsweise ein vorimprägniertes Kabel bzw. Seil, müssen eine ausreichende Matrix enthalten, typischerweise über 15% bezogen auf das Volumen, um eine Konsolidierung der Komponenten zu einer im Wesentlichen leerstellenfreien Struktur eines vorimprägnierten Kabels zu ermöglichen, ohne das das Einsetzen von mehr Matrix-Material erforderlich ist. Lineare, vorimprägnierte Kabel können in zwei- und dreidimensionale Produktformen durch Verweben, Flechten, Filament-Wicklung, und andere, bekannte Prozesse, umgewandelt werden. Alternativ können diese vorimprägnierten Kabel dazu verwendet werden, einen diskontinuierlichen, faserverstärkten Vorrat zum Formen durch Abschlagen, Schneiden oder ähnliche bekannte Prozesse zu erzeugen.
Ein vorimprägniertes Seil bzw. Kabel kann zu einer Vorform in einer vorbestimmten Form und Faserorientierung umgewandelt werden. Vorformen können durch irgendeines der herkömmlichen Textilvorformungsverfahren hergestellt werden, wie beispielsweise Weben, Flechten und Stricken, oder durch Prozesse, wie beispielsweise eine Filament- Wicklung oder ein Band-Legen. Vorformen können schließlich und gleichzeitig zu Komposit-Teilen durch Aufbringen von Wärme und Druck konsolidiert werden.
Textile Vorformungsoperationen erfordern, dass der vorimprägnierte Faden flexibel ist. In einem mit Pulver beschichteten Seil sind die Fasern nicht notwendigerweise durch das Harzmaterial an allen Stellen verbunden. Dies liefert einen Freiheitsgrad für die Fasern, um sich relativ zu einander zu bewegen. Aufgrund dieser Struktur besizt das vorimprägnierte Seil, hergestellt durch einen Pulverbeschichtungsprozess, das Potential, flexibel zu sein. Ein Pulverbeschichtungsprozess, wie beispielsweise derjenige, der in Muzzy et. al., US-Patent Nr. 5,094,883, offenbart ist, setzt typischerweise die folgenden vier Schritte ein:
1. Ausbreiten der High-Performance-Filamente zu einer Blatt-Form, nahezu auf einem Niveau eines individuellen Filaments;
2. Einsetzen der Matrix-Pulver-Partikel zwischen den Filamenten;
3. Teilweise Schmelzen der Pulverpartikel zu Filamenten und
4. Verdichten des Blatts aus Filamenten zurück zu einer Litzen-Form.
Während dieses Prozesses werden die Pulverteilchen, allgemein in einer Größe von 20 bis 200 Mikron, zwischen den Filamenten platziert, allgemein mit einem Durchmesser bis zu 5 Mikron klein. Als Folge ist es, nach einer Pulverbeschichtung, nicht für die Filamente möglich, sich so dicht zu verdichten, wie sie vor der Pulverbeschichtung verdichtet bzw. zusammengepackt waren. Fig. 1 stellt dieses Phänomen schematisch dar. Demzufolge tendiert das sich ergebende, vorimprägnierte Seil dazu, während es flexibel ist, massig zu sein. Die hohe Masse des vorimprägnierten Seils bzw. Kabels besitzt verschiedene Probleme bei der Verarbeitung dieser vorimprägnierten Kabel.
Vorimprägnierte Kabel bzw. Seile oder Vorformen mit hoher Masse erfordern Formen mit tieferen Hohlräumen als Formen, die für vorimprägnierte Seile oder Vorformen mit niedriger Masse verwendet werden. Deshalb können, um die vorimprägnierten Seile oder Vorformen mit hoher Masse zu verarbeiten, existierende Formen erfordern, dass sie umgestaltet werden. Ein anderes Problem entsteht während der Konsolidierung. Um die vorimprägnierten Seile oder Vorformen mit hoher Masse zu konsolidieren, müssen die Formhälften größere Abstände für eine vollständige Konsolidierung haben. Dies kann eine größere Faserdisorientierung bewirken, was zu schwächeren Teilen führt. Ein anderes Problem ist dasjenige, dass vorimprägnierte Seile und Vorformen mit hoher Masse schwierig in Formen, verwendet zum Herstellen von kleinerdimensionierten Teilen, mit Prozessen, wie beispielsweise Expansionsformen, einzupassen sind. Ein anderes Problem ist dasjenige, dass die Textilverarbeitung der vorimprägnierten Seile mit hoher Masse zu mehr Verarbeitungsproblemen führt als in der textilen Verarbeitung von vorimprägnierten Fäden für das Seil mit niedriger Masse.
Derzeitige Pulverbeschichtungsverfahren sind allgemein mit der Verwendung von Dimensionierungsmittel nicht kompatibel. Da die meisten Fasern, verwendet als Verstärkung, sehr brüchig sind, werden Dimensionierungsmittel, die mit der Harzmatrix kompatibel sind, oftmals dazu verwendet, die Fasern zu schützen. Allerdings führt ein Dimensionieren dazu, die Fasern aneinanderzukleben, was das Faserausbreiten schwierig gestaltet. Da Pulverbeschichtungsprozesse nach dem Stand der Technik erfordern, dass die Fasern vor einer Pulverbeschichtung ausgebreitet werden, können die Fasern nicht dimensioniert werden. Dies begrenzt die Typen von Fasern, die mit derzeitigen Pulverbeschichtungsprozessen verwendet werden können, auf Fasern, die weniger brüchig sind und weniger leicht beschädigt werden.
Vollständig beschichtete Garne sind bekannt, wie dies beispielsweise in der US-A- 5,206,085 dargestellt ist. Diese Typen von Garnen sind Bündel aus Fasern, die vollständig mit einer Hülle aus Harzmaterial beschichtet sind. Dieses bekannte Garn erfordert ein feines Pulver, das nicht schmilzt, um zu Fasern geblasen zu werden, wonach die Fasern zu einem Kern zusammengefügt werden. Eine thermoplastische Beschichtung wird dann über den gesamten Kern extrudiert, was im Wesentlichen den gesamten Kern einhüllt. Das Fehlen einer diskontinuierlichen Oberfläche verringert die Flexibilität des Garns.
Aus allen diesen Gründen ist es sehr wichtig, vorimprägnierte Seile zu haben, mit dem geringsten Umfang einer Masse, die möglich ist. Allerdings werden, wie vorstehend angegeben ist, mit den existierenden Verfahren einer Pulverbeschichtung, Ausbreitungstechniken verwendet, damit die Pulverteilchen in das Faserbündel hineindringen, was es demzufolge sehr schwierig macht, die Masse der vorimprägnierten Seile zu verringern. Deshalb existiert ein Erfordernis in der Industrie nach einem Verfahren zum Herstellen von vorimprägnierten Seilen mit relativ niedriger Masse, und die flexibel sind, das unter Verwendung von Pulverbeschichtungstechniken und den Vorteilen davon durchgeführt werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung setzt allgemein ein Umwandeln von Fäden aus High- Performance-Fasern zu einer vorbestimmten Querschnittsform durch eines einer Mehrzahl von unterschiedlichen Verfahren, ein Pulverbeschichten der Querschnittsform mit ausgewählten Harzteilchen, teilweise Schmelzen der Teilchen auf der Außenseite der Fasern des Faserbündels so, dass die inneren Fasern unbeschichtet verbleiben, ein, und eine diskontinuierliche Ummantelung aus Harz wird auf der Außenseite des Faserbündels erzeugt. Das erhaltene, flexible, vorimprägnierte Seil wird auf Aufnahme-Spulen aufgewickelt. Das vorimprägnierte Kabel wird dann weiterverarbeitet.
Das erhaltene, flexible, vorimprägnierte Kabel kann dann zu Vorformen für Komposit-Anwendungen über eines einer Vielzahl von herkömmlichen Textilprozessen umgewandelt werden, oder durch ein Band-Legen oder ein Filament-Wickeln. Obwohl die vorimprägnierten Seile in der flachen Bandform, erhalten dann, wenn die flache Bandform verwendet wird, sehr geeignet für viele Anwendungen sind, sind vorimprägnierte Seile mit elliptischen oder mehr kreisförmigen Querschnitten in vielen Textilprozessen, wie beispielweise Flechten und Stricken, bevorzugt. Deshalb schlägt die vorliegende Erfindung auch einen Nachbehandlungsprozess vor, der im Detail nachfolgend beschrieben ist, der dazu verwendet werden kann, die flachen Bänder zu einem mehr elliptischen Querschnitt umzuwandeln.
Das Verfahren setzt ein Beschichten von nicht-gespreizten Faserseilen in verschiedenen Querschnittskonfigurationen mit einem Matrix-Harz ein. Die Kabel bzw. Seile sind in einer vorbestimmten Querschnittsform angeordnet, wie beispielsweise einer flachen Bandform, Bändern, Ellipsen, Rechtecken und Kreisen. Die Umformung des Querschnitts des Seils kann durch unterschiedliche Maßnahmen erhalten werden, wie, zum Beispiel, Walzen-Abflachen oder Hindurchführen des Seils durch eine Öffnung. Ein geeignetes Dimensionierungsmittel kann verwendet werden, um die Fasern zusammen in der erforderlichen Form zu halten. Während des Beschichtungsprozesses treten, da sich die Fasern nicht ausbreiten, die Harzteilchen nicht in das Faserbündel ein, sondern beschichten nur die Oberflächen der Kabel bzw. Seile. Dies führt zu trockenen, inneren Fasern in dem Kern des vorimprägnierten Kabels und zu einer nicht-kontinuierlichen Hülle aus im Wesentlichen benetzten, externen Fasern.
Die externen Fasern werden hauptsächlich auf der Oberfläche des vorimprägnierten Kabels benetzt; allerdings beschichtet die Harzhülle nicht vollständig die gesamte Oberfläche des Faserbündels, was zu einer verringerten Biegesteifigkeit führt. Die Harzschicht auf der Oberfläche des vorimprägnierten Kabels wird durch teilweises Schmelzen der Harzteilchen gebildet, was zu dem Verschmelzen der Teilchen auf den Seilen führt. Ein teilweises Schmelzen der Teilchen führt zu einer Harzschicht, die nicht vollständig die Oberfläche des vorimprägnierten Kabels abdeckt. Dieser Typ einer nicht-kontinuierlichen Hülle-Trockenkern-Struktur führt zu einem vorimprägnierten Kabel mit einer relativ niedrigen Masse und einer vergleichbaren Biegefestigkeit im Vergleich zu vorimprägnierten Kabeln, die mit dem existierenden Pulverbeschichtungsverfahren hergestellt sind.
Demzufolge ist es eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von flexiblen, vorimprägnierten Kabeln mit der geringstmöglichen Masse zu schaffen, unter Verwendung von Hochleistungsfasern, wie beispielsweise Kohlenstoff-, Aramid-, Glasfasern, usw., und Harzmaterialien, umfassend sowohl thermisch härtende als auch thermoplastische Harze.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von flexiblen, vorimprägnierten Kabeln mit niedriger Masse zu schaffen, die mindestens 15% Harz bezogen auf das Volumen haben, um dadurch eine Konsolidierung der Komponenten zu im Wesentlichen an Leerstellen freien Komposit-Strukturen zu ermöglichen.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von flexiblen, vorimprägnierten Kabeln mit niedriger Masse zu schaffen, wobei die Harzteilchen gleichförmig über und entlang der äußeren Fasern des Kabels bzw. des Seils verteilt sind, so dass, mit der Aufbringung eines Druckes und einer Temperatur, das Harz in der Lage sein wird, zu schmelzen und zwischen den Fasern zu fließen, was zu einem gleichförmigen Grad einer Benetzung der Fasern führt, wenn ein Komposit-Gegenstand gebildet wird.
Es ist eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von flexiblen, vorimprägnierten Kabeln mit niedriger Masse zu schaffen, wobei das Verfahren ermöglicht, dass die maximale Anzahl von Fasern mit dem Harzmaterial ohne Erhöhen der Masse oder der Steifigkeit des vorimprägnierten Kabels abgedeckt werden.
Es ist eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von flexiblen, vorimprägnierten Kabeln mit niedriger Masse zu schaffen, das ein teilweises, im Gegensatz zu einem vollständigen, Schmelzen, der Harzpulverteilchen vorschlägt, um eine Adhäsion des Harzes an den Fasern zu erreichen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vorimprägniertes Kabel zu schaffen, das ein Bündel von Fasern aufweist, wobei die inneren Fasern frei von einem eine Matrix bildenden Harzteilchen verbleiben und die äußeren Fasern teilweise mit einer nicht-kontinuierlichen Ummantelung von einem eine Matrix bildendem Harz beschichtet werden.
Es ist eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von flexiblen, vorimprägnierten Kabeln mit niedriger Masse zu schaffen, das zum Verarbeiten von verschiedenen Typen von kommerziell erhältlichen Fasern und Harzmaterialien in einer ökonomisch variablen Art und Weise geeignet ist.
Es ist eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Umwandeln eines flachen, vorimprägnierten Band-Kabels, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, zu einem flexiblen, unidirektionalen Band zu bilden.
Diese Aufgaben, und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Diskussion ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen entsprechende Bezugszeichen entsprechenden Bauelementen durch die verschiedenen Ansichten hindurch entsprechen.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1A-1C stellen die hohe Masse eines mit Pulver beschichteten Seils bzw. Kabels, hergestellt durch herkömmliche Pulverbeschichtungstechniken, dar.
Fig. 2 stellt eine erste Ausführungsform des Pulverbeschichtungssystems und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 3A-3D stellen die unterschiedlichen Typen von Querschnittsgeometrien für die Kabel dar, die zur Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
Fig. 4 zeigt Rasterelektronen-Mikroskopaufnahmen der Oberfläche und des Querschnitts eines vorimprägnierten Kabels, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, die nicht kontinuierliche Hüllen-Art der äußeren Beschichtung des Harzmaterials darstellen.
Fig. 5 stellt eine zweite Ausführungsform des Pulverbeschichtungssystems und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 6 stellt ein System zum Vornehmen verschiedener Operationen gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Fig. 7 stellt ein System zum Erwärmen eines vorimprägnierten Kabels, umwickelt mit einem Filament-Garn, dar, um zu bewirken, dass das Garn schrumpft und sich um das vorimprägnierte Kabel dicht herumwickelt.
Fig. 8 stellt ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung dar, die dazu verwendet wird, die Masse eines vorimprägnierten Kabels, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, zu messen.
Fig. 9 stellt ein schematisches Diagramm eines ultra-flexiblen, unidirektionalen Bands dar, hergestellt gemäß dem Nachbehandlungsprozess der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein Verringern der Masse des vorimprägnierten Kabels ohne Beeinträchtigung der Flexibilität und andere Eigenschaften des vorimprägnierten Kabels ist ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung. Dies wird durch geeignetes Modifizieren der Faserarchitektur und des Seils, Vorbeschichten der Fasern mit dem Harzmaterial, durchgeführt.
Wie in den Fig. 1A-1C dargestellt ist, setzt ein herkömmliches Pulverbeschichten ein Spreizen der Kabel auf eine Breite typischerweise in dem Bereich von 100 bis 130 mm für ein Kohlenstofffaserseil mit 12.000 Filamenten dar. Andere Faserseile sind erhältlich, die von 1.000 bis 300.000 Fasern reichen, wobei alle davon für den vorliegenden Prozess geeignet sind. Irgendeine der typischen Fasern kann für das Seil verwendet werden. Vorzugsweise besitzen die Fasern ein Elastizitätsmodul von mindestens ungefähr 34 GPa und eine Zugfestigkeit von mindestens ungefähr 0,70 Gpa Fasern, hergestellt aus Kohlenstoff, organischen Verbindungen, Glasen, Metallen und Keramiken, die die vorstehenden, physikalischen Charakteristika haben, sind am bevorzugtesten.
Die vorliegende Erfindung kann sowohl unter Verwendung von thermisch härtenden als auch thermoplastischen Harzteilchen durchgeführt werden. Die bevorzugten Ausführungsformen umfassen Epoxidharze, Polyester, Acrylharze, Polyimide und Phenole. Die bevorzugten Thermokunststoffe umfassen Nylon, Polypropylene, Polyester, Polycarbonate, Acryle, Polyimide, Polyetherimide und Polyarylether.
In dem herkömmlichen Prozess werden, nachdem die Pulverteilchen 82 zwischen den Fasern 80 (Fig. 1B) platziert sind, typischerweise unter Verwendung eines elektrostatischen, fluodisierten Betts, diese Teilchen 82 an die Fasern 80 geschmolzen, indem die beschichteten Fasern durch einen heißen Ofen hindurchgeführt werden. Die Fasern werden kondensiert (Fig. 1C), nachdem die Harzteilchen gekühlt sind. Allerdings lassen sich, da die Pulverteilchen an den Fasern angeschmolzen werden, während sich die Fasern in einer gespreizten Konfiguration befinden, die Fasern nicht so dicht zusammen nach einer Kondensierung bzw. Verdichtung packen. Dies führt allgemein zu den vorimprägnierten Kabeln, die eine relativ hohe Masse besitzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Spreizprozess, verwendet in der herkömmlichen Pulverbeschichtung, beseitigt. Eine gleichförmige Verteilung von Harzteilchen auf der Außenseite des Faserseils wird durch geeignetes Modifizieren der Seilarchitektur vor einem Beschichten der Seile bzw. Taue erhalten. Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm, dass die Prinzipien des Pulverbeschichtungsprozesses der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Kabel 20 von einem Vorrat 22 wird abgewickelt und zu der Pulverbeschichtungskammer 24 zugeführt, wo die elektrostatisch geladenen Harzpulverteilchen (nicht dargestellt) auf den Fasern des Kabels niedergeschlagen werden. Wenn das Kabel 20 aus der Pulverbeschichtungskammer 24 austritt, wird das Kabel 20 durch einen Ofen oder eine Heizeinrichtung 25 hindurchgeführt, wo die Pulverteilchen teilweise auf die Fasern aufgeschmolzen werden. Das heiße, vorimprägnierte Kabel 27 wird dann gekühlt, indem das Kabel 20 um eine Kühlwalze herumgeführt wird, enthalten innerhalb eines Kühlsystems 30, bevor sie auf eine Bandaufnahme 32 aufgewickelt wird.
Das Harz, aufgenommen durch das Kabel, kann durch Ändern des Niveaus der elektrostatischen Aufladung, der Pulverzuführrate und der Kabelgeschwindigkeit kontrolliert werden. Eine höhere Aufladung an den Pulverteilchen, eine höhere Pulverzuführrate und eine langsamere Kabelgeschwindigkeit erhöhen die Pulveraufnahme. Die Temperatur des Ofens wird in Abhängigkeit der Schmelztemperatur des Matrix-Pulvers, das verwendet wird, ausgewählt. Die Temperatur wird in einer solchen Art und Weise ausgewählt, dass die Pulverteilchen teilweise geschmolzen werden, um an dem Kabel anzuhaften. Ein vollständiges Schmelzen des Harzes führt zu einer Dochtwirkung des geschmolzenen Harzes entlang der Kabel und steift das vorimprägnierte Kabel aus. Eine unzureichende Erwärmung des Pulvers führt zu einer schlechten Adhäsion des Pulvers an den Seilen und zu einem Pulverabfallen bei der darauffolgenden Verarbeitung. Typischerweise wird die Pulverbeschichtungslinie in dem Bereich von ungefähr 10 bis 60 Meter pro Minute betrieben. Der Bereich der Strahlungsplattentemperatur beträgt 650ºC bis 950ºC, und zwar in Abhängigkeit von dem Polymer und der Arbeitsgeschwindigkeit.
Die Qualitäten des vorimprägnierten Kabels, wie beispielsweise Biegesteifigkeit, und die Eigenschaften von Laminaten, hergestellt aus diesen vorimprägnierten Kabeln bzw. Seilen, hängt von der Querschnittsform des Kabels, dem Harzgehalt und den Pulverbeschichtungsbedingungen ab. Unterschiedliche, mögliche Geometrien der Querschnitte des Kabels sind in den Fig. 3A-3D angegeben. Fig. 3A stellt eine flache Bandgeometrie dar, Fig. 3B stellt eine elliptische Geometrie dar, Fig. 3C stellt eine kreisförmige Geometrie dar und Fig. 3D stellt eine quadratische Geometrie dar. Diese unterschiedlichen Formen können dadurch erhalten werden, indem die Seile durch ein Bad hindurchgeführt werden, das ein Schlichtmittel enthält, und dann durch eine Düsenplatte mit der erforderlichen Querschnittsform, oder durch andere Einrichtungen ohne die Verwendung von Schlichtmitteln. Der allgemeine Bereich in der Menge, die verwendet ist, beträgt 0,5% bis 5,0% bezogen auf das Gewicht.
Die Typen von Schlichtungsmitteln beeinflussen das Interface des Komposit- Systems in einem großen Umfang. Eine starke Zwischen- bzw. Grenzfläche zwischen der Faser und dem Harz führt zu einer effektiven Lastübertragung zwischen der Faser und dem Harz. Die Zwischenfläche spielt eine wichtige Rolle in der Scher- und Ermüdungsfunktion des Komposits. Demzufolge ist es wichtig, die richtige Größe oder das richtige Schlichtmittel auf dem Seil zu haben, um eine Adhäsion zu unterstützen.
Die nachfolgenden Beispiele stellen den Effekt der Querschnittsgeometrie und den Effekt, das richtige Schlichtmittel auf den Fasern zu haben, während die gewünschte Querschnittsform der Kabel bzw. Seile gebildet wird, dar.

BEISPIEL 1

Kreisförmiger Querschnitt ohne Schlichtmittel. Nicht geschlichtete 12K G30-500 (Toho Industries, Japan) Kohlenstofffasern wurden von einem Vorrat abgewickelt. Jede Kohlenstofffaser besaß einen Durchmesser von ungefähr 8 Mikron. Eine Aufbringung von 90 g Zug auf ein Seil dieser Fasern brachte das Seil zu einem kreisförmigen Querschnitt, mit einem Durchmesser von ungefähr 2 mm. Dieses Seil bzw. Kabel wurde dann durch eine Pulverbeschichtungskammer hindurchgeführt, die eine aufgeladene Pulverwolke der Matrixharzteilchen enthielt. Die Arbeitsgeschwindigkeit betrug 18,3 Meter/Minute (60 ft/Minute), wodurch demzufolge die Verweilzeil der Kabel innerhalb der Pulverbeschichtungskammer 2,6 Sekunden betrug. Das Kabel wurde durch einen Ofen hindurchgeführt, nachdem es von der Pulverbeschichtungskammer austrat. Die Temperatur des Heizelementes wurde auf ungefähr 900ºC gehalten. Die Verweilzeit innerhalb des Ofens betrug 2,0 Sekunden. Das Pulver, das in diesem Fall verwendet wurde, war Nylon 6 mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 100 Mikron innerhalb eines Bereichs von 20 bis 400 Mikron. Der Pulvergehalt in dem vorimprägnierten Kabel betrug 32,0% bezogen auf das Gewicht. Unter der Annahme einer hexagonalen, dichten Packung der Fasern und einer vollständigen Benetzung der Oberflächenschichten der Fasern ist das Ergebnis ein vorimprägniertes Kabel, wobei 1 von allen 16 Fasern vollständig benetzt ist, wobei dies die außenseitigen oder Oberflächenfasern sind.
Die Biegesteifigkeit des erhaltenen, vorimprägnierten Kabels betrug 305 · 10&supmin;&sup8; Nm². Ein nicht-beschichtetes 12K G30-500 Kohlenstoffkabel besaß eine Biegefestigkeit von 14 · 10&supmin;&sup8; Nm². Die Biegefestigkeit wurde unter Verwendung eines reinen Biege-Modes in einem Kawabata Evaluation System gemessen, ein hochempfindliches Verfahren, verwendet zum Messen der Biegefestigkeit- bzw. Steifigkeit von textilen Litzen. Das Verfahren ist in Ramasamy, A., Y. Wang und J. Muzzy, Characterization of Powder Coated Towpregs and 2D Preforms, 38 Int'l SAMPE Symposium 1882-91 (1993), beschrieben, die hier unter Bezug darauf eingeschlossen wird. Laminate wurden mit den vorimprägnierten Kabeln unter den folgenden Verarbeitungsbedingungen vorgenommen. Konsolidierungsdruck 100 kPa; Temperatur 260ºC und Zeit 20 Minuten. Die Laminate wurden in einer Drei-Punkt- Biegekonfiguration getestet. Die abschließende Festigkeit in Längsrichtung betrug 1,4 GPa und diejenige in der Querrichtung betrug 0,060 GPa. Dabei war eine wesentliche Menge an trockenen Fasern in dem Querschnitt des Laminats vorhanden. Eine Erhöhungszeit, Temperatur und/oder Druck würde diese trockenen Fasern eliminieren und die Festigkeit der Laminate erhöhen.

BEISPIEL II

Bandquerschnitt mit einer Epoxidharz-Schlichtung. Mit Epoxidharz geschlichtetes 12K T700 Kohlenstofffaserseile (Torayca, Japan), das eine flache Bandform im Querschnitt besaß, wurden mit Pulver, und zwar mit Nylon-6-Pulver, beschichtet. Das unbeschichtete Kabel besaß eine Breite von ungefähr 6,35 mm und eine Dicke von ungefähr 0,13 mm. Der Umfang einer Schlichtung, vorhanden in dem Kabel, betrug 1,0% bezogen auf das Gewicht der Fasern. Die vorimprägnierten Kabeln wurden unter Verwendung von Bedingungen, ähnlich zu solchen, verwendet in Beispiel 1, hergestellt. Der Pulvergehalt in dem Kabel in diesem Fall betrug 36,2%. Die erhöhte Pulveraufnahme, verglichen mit Beispiel 1, erfolgte aufgrund des erhöhten Oberflächenbereichs des Kabels. Dieser flache Bandquerschnitt sollte, unter Annahme einer hexagonalen, engen Packung der Fasern und einer vollständigen Benetzung der Oberflächenschichten der Fasern, zu einem vorimprägnierten Kabel führen, bei dem eine von allen sechs Fasern vollständig durch das Harz benetzt ist, wobei diese auch die außenseitigen oder Oberflächenfasern sind.
Die Fig. 4A-4D stellen Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen sowohl der Oberfläche (Fig. 4A und 4B) als auch des Querschnitts (Fig. 4C und 4D) des vorimprägnierten Kabels dieses Beispiels dar. Die Fig. 4A-4D stellen das Vorhandensein von trockenen Fasern in dem Kern des vorimprägnierten Kabels und mindestens eine Schicht aus Fasern auf der Oberfläche dar, die im Wesentlichen, allerdings nicht vollständig, durch das Harz benetzt ist. Die Fig. 4A-4D stellen auch die nicht-kontinuierliche Art der Harzhülle um die Außenseite des Kabels herum dar. Die nicht-kontinuierliche Hülle führt zu einem vorimprägnierten Kabel, das eine niedrigere Biegesteifigkeit besitzt. Während einer Konsolidierung werden die trockenen Fasern in dem Kern vollständig durch das Harz aufgrund des Konsolidierungsdrucks und der -temperatur benetzt. Die Spalte zwischen den Fasern in der Hülle unterstützen bei dem Harzfluß von der Oberfläche des vorimprägnierten Kabels zu dem Kern, was zu einem Benetzen der trockenen Fasern unter dem Konsolidierungsdruck führt. Die Biegesteifigkeit des Kabels betrug 112 · 10&supmin;&sup8; Nm². Laminate wurden mit diesen vorimprägnierten Kabeln unter Verwendung derselben Konsolidierungsbedingung wie in Beispiel 1 hergestellt. Die abschließende Festigkeit in der Längsrichtung betrug 1,6 GPa und diejenige in der Querrichtung betrug 0,06 GPa. Trockene Fasern wurden nicht in dem Querschnitt der Laminate beobachtet.

BEISPIEL III

Ein Bandquerschnitt mit einer Nylon-Schlichtung. Nicht geschlichtetes 12K G30-500 (Toho Industries, Japan), Kohlenstofffaserkabel wurden mit einem Nylon-Terpolymer- Schlichtungsmittel unter Verwendung des Systems, dargestellt in Fig. 5, geschlichtet. Die Kabel 35 wurden durch eine Eintauchwalzenanordnung 36 in ein Schlichtungsbad 38 eingetaucht, hindurchgeführt durch einen Satz von Abflachungswalzen 40, geführt über Trocknungswalzen 86, enthalten in einem Ofen 42, und dann zu einer Aufnahmewickeleinrichtung, wo sie auf Spulen (nicht dargestellt) aufgenommen wurden. Das erhaltene Kabel von dieser Einstellung war ein flaches Band, ungefähr 5,80 mm breit und ungefähr 1,52 mm dick. Das Kabel besaß einen Schlichtungsmittel-Gehalt von 1,5% bezogen auf das Gesamtgewicht des Kabels. Diese Kabel wurden mit Pulver beschichtet mit Nylon 6 unter Verwendung von Bedingungen ähnlich zu solchen, verwendet in Beispiel 1. Der Pulvergehalt in dem Kabel in diesem Fall betrug 34,5%. Die Biegesteifigkeit des erhaltenen Kabels betrug 135 · 10&supmin;&sup8; Nm². Laminate wurden mit diesen vorimprägnierten Kabeln unter denselben Konsolidierungsbedingungen wie in Beispiel I hergestellt. Die abschließende Festigkeit in der Längsrichtung betrug 2,0 GPa und diejenige in der Querrichtung betrug 0,16 GPa. Demzufolge führt das Vorhandensein des Nylon-Schlichtungsmittels, wenn ein Ny- Ion-Matrix-Komposit hergestellt wird, zu höheren, mechanischen Eigenschaften. Trockene Fasern wurden nicht in dem Querschnitt der Laminate beobachtet.

BEISPIEL IV

Bandquerschnitt mit einer On-Line-Schlichtung. Nicht geschlichtete 12K G30-500 (Toho Industries, Japan), Kohlenstofffaserkabel wurden mit einem Nylon-Terpolymer- Schlichtungsmittel unter Verwendung einer On-Line-Schlichtung mit einem Pulverbeschichtungsprozess geschlichtet. In diesem Fall wurde die Schlichtungseinheit, dargestellt in Fig. 5, On-Line mit der Pulverbeschichtungslinie platziert, mit der Ausnahme, dass die Trocknungswalzen 43 entfernt wurden und die Kabel durch Blasen von heißer Luft auf die Abflachungswalzen 40 getrocknet wurden. Die Arbeitsgeschwindigkeit in diesem Fall betrug 1,2 Meter/Minute. Die Temperatur des Infrarotheizelements betrug 520ºC. Die Pulveraufnahme in diesem Beispiel betrug 40,1%, und zwar aufgrund der langsameren Arbeitsgeschwindigkeit. Die Biegesteifigkeit des erhaltenen, vorimprägnierten Kabels betrug 298 · 10&supmin;&sup8; Nm². Laminate wurden mit diesen vorimprägnierten Kabeln unter denselben Konsolidierungsbedingungen wie in Beispiel I vorgenommen. Die Festigkeit in der Längsrichtung betrug 1,6 GPa und diejenige in der Querrichtung betrug 0,13 GPa. Dieses Beispiel zeigt die Durchführbarkeit einer On-Line-Schlichtung und einer Umstrukturierung des Kabelquerschnitts zusammen mit einer Pulverbeschichtung.
Die vorstehenden Beispiele zeigen unterschiedliche Verfahren, um flexible, vorimprägnierte Kabel mit einer niedrigen Masse, ohne Spreizen der Kabel, herzustellen. Ähnliche Typen an Strukturen können auch unter Verwendung von Harzmaterial in Formen, anders als Pulver, erhalten werden. Ein Verfahren ist dasjenige, die Oberfläche der Kabel mit sehr feinen, kurzen Fasern abzudecken, hergestellt aus Harz, durch Prozesse, wie beispielsweise Schmelzblasen. In dem Schmelzblasprozess wird das Polymer geschmolzen und durch Spinndüsen extrudiert, während komprimierte, heiße Luft in die Spinndüsen gedrückt wird. Dies bewirkt, dass das Harz auf der Kabeloberfläche in der Form eines Netzwerks aus kurzen, feinen Fasern niedergeschlagen wird. Zum Beispiel siehe US- Patent Nr. 4,380,570 für Schwarz, das hier unter Bezugnahme darauf eingeschlossen wird.
Die vorliegende Erfindung eleminiert das Erfordernis zum Spreizen der Kabel, um dadurch zu ermöglichen, dass mehrere Kabel gleichzeitig durch die Pulverbeschichtungslinie eng zusammenlaufen, um hohe Produktionsraten zu erreichen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht weiterhin eine Pulverbeschichtung von Filament-Typen, die nur schwierig zu spreizen sind. Die folgenden Beispiele demonstrieren diese Vorteile.

BEISPIEL V

Beschichtung von Mehrfach-Enden von Aramid-Fasern mit Nylon 11 Pulver. Zwölf Enden von Kevlar 49 Aramidfasern mit 2840 Denier wurden simultan mit Nylon 11 Pulver pulverbeschichtet. In diesem Beispiel wurde eine Pulverbeschichtung in einer horizontalen Konfiguration durchgeführt. Die Länge des Ofens, verwendet zum Aufschmelzen des Pulvers auf die Kabel, betrug 2,44 Meter. Alle Kabel liefen bei 13,7 Meter/Minute. Die Temperatur in dem Ofen wurde nicht gemessen, sondern es wurde nur der Teil einer Energiezuführung zu den Heizelementen kontrolliert. Die Kabel wurden um fixierte Stahlwalzen herumgeführt, bevor sie in die Pulverkabine eintraten. Die Wirkung der Taue um die Stahlwalzen herum flachte die Taue auf eine Breite von ungefähr 4 bis 5 mm ab. Die Pulveraufnahme betrug 32%. Die Taue bzw. Kabel wurden dann zu einem Gewebe bzw. Gewirke verwebt (2 mal 2 Twill mit 3,8 mal 3,8 Knoten (picks) pro Zentimeter), und die Gewebe wurden zu Laminaten konsolidiert. Diese Laminate wurden in einer 3-Punkt-Biegekonfiguration getestet. Die abschließende Bruchfestigkeit betrug 0,3 GPa. Die Laminate waren im Wesentlichen frei an Leerstellen (geringer als 2% Leerstellen), als die Querschnitte unter dem Mikroskop geprüft wurden.

BEISPIEL VI

Beschichtung von Mehrfach-Enden eines E-Glases mit Polyesterpulver. Achtundvierzig Enden eines E-Glases mit 1.600 Yield wurden simultan mit Polyester- (Polyethylenterephthalat)-Pulver pulverbeschichtet. Das Pulverbeschichtungssystem, das verwendet wurde, ist ähnlich zu demjenigen, das in dem Experiment verwendet worden ist, das in Beispiel V diskutiert ist. In diesem Fall wurden 8 der Kabel zu einem Kabel kombiniert, bevor sie in die Pulverkammer einliefen. Dieses kombinierte Kabel wurde um einen fixierten Stahlstab geführt. Die Wirkung des Kabels um den Stahlstab herum flachte das kombinierte Kabel auf eine Breite von ungefähr 20 mm ab. Die Verarbeitungsparameter wurden auf demselben Niveau wie in dem Experiment von Beispiel V gehalten. Die Menge einer Pulveraufnahme in diesem Fall betrug ungefähr 36%. Diese vorimprägnierten Kabel wurden zu unidirektionalen Laminaten konsolidiert und in einer 3-Punkt-Biege- Konfiguration getestet. Die abschließende Bruchfestigkeit in der axialen Richtung betrug 1,5 GPa und 0,07 GPa in der Querrichtung. Die Laminate waren im Wesentlichen an Leerstellen frei (geringer als 2% Leerstellen), als die Querschnitte unter dem Mikroskop geprüft wurden.
Diese Beispiele demonstrieren deutlich, dass, mit der vorliegenden Erfindung, eine Pulverbeschichtung von Kabeln in einer flachen Bandform zu besseren Eigenschaften eines vorimprägnierten Kabels führen. Allerdings ist, für textile Vorformungsprozesse, wie beispielsweise Flechten, eine kreisförmige oder elliptische Querschnittsform oftmals gegenüber derjenigen einer flachen Bandform bevorzugt. Um einen Querschnitt näher zu den kreisförmigen oder elliptischen Querschnittsformen zu erhalten, werden Umhüllungs- und Wärmeschrumpfungsoperationen gleichzeitig mit der Pulverbeschichtung durchgeführt.
Fig. 6 stellt ein schematisches Diagramm eines System 45 dar, verwendet für die Umhüllungsoperation. Bei diesem Vorgang wird das flache, bandförmige, vorimprägnierte Kabel 48 durch ein Loch mit einem Durchmesser von 3,2 mm (0,125") in einem Teflon- Stopfen 50 und durch das zentrale Loch in einer hohlen Spindel 52 hindurchgeführt, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Die hohle Spindel ist auch mit einem ähnlichen Teflon-Stopfen 54 an der Oberseite verbunden. Wenn das vorimprägnierte Kabel 48 durch die Löcher in den Teflon-Stopfen 50 und 54 hindurchführt, wird es als Folge des Durchmessers des Lochs (3,2 mm) gefaltet, das kleiner als die Breite des vorimprägnierten Kabels (6,4 mm) ist. Das vorimprägnierte Kabel 48 wird dann mit einem feinen Filamentgarn (vorzugsweise, allerdings nicht notwendigerweise, hergestellt aus demselben Material wie das Matrix- Material; andere thermoplastische Materialien können verwendet werden) in seine gefaltete Form durch die Drehung der hohlen Spindel 52 herumgewickelt. Die Umwicklungsdichte (Anzahl der Umwicklungen pro Längeneinheit des vorimprägnierten Kabels) kann durch Ändern der Geschwindigkeit der hohlen Spindel 52 oder durch Ändern der Arbeitsgeschwindigkeit des Kabels geändert werden. Ein typischer Bereich einer Umwicklungsdichte beträgt 40 bis 200 Umwicklungen pro Meter. Alternativ kann ein Kabelbündel, das einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, mit dem Filamentgarn umwickelt werden.
Da die Form eines vorimprägnierten Kabels, hergestellt gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine glatte Oberfläche besitzt, wird das umhüllte Garn nicht fest an der Oberfläche des vorimprägnierten Kabels gehalten. Dies macht es einfacher für die umhüllten Garne, während einer weiteren Verarbeitung zu gleiten. Um dieses Problem zu vermeiden, wird das vorimprägnierte Kabel 49 entlang von Führungswalzen geführt, die eine oder mehrere Führungswalzen 60 und eine oder mehrere Antriebswahlen 62, und zwischen erwärmten Walzen 65, die durch ein Luftgebläse 67 erwärmt werden, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, umfassen können. Dies bewirkt, dass das feine, umhüllte Garn schrumpft und sich um das Kabel oder das vorimprägnierte Kabel dicht herumwickelt. Alternativ kann eine Glasfaser als das umwickelnde Garn verwendet werden. Obwohl Glas eine minimale Schrumpfung bei Erwärmung besitzt, wird der Vorgang der Umwicklung die Kabel oder das vorimprägnierte Kabel zusammenhalten.
Fig. 8 stellt ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung 70 dar, die zum Messen der Masse des vorimprägnierten Kabels, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, verwendet wird. Der Masse-Faktor, Bf, ist als das Verhältnis der Dicke (tp) der Vorform oder des vorimprägnierten Kabels zu derjenigen der vollständig konsolidierten Dicke des Laminats (tc), die aus dieser Vorform oder dem vorimprägnierten Kabel hergestellt werden kann, unter der Annahme, das dabei keine Leerstellen in dem Laminat vorhanden sind, definiert.
Masse-Faktor, Bf = tp/tc
Ein Instron Modell 1125, dargestellt in Fig. 8 und bezeichnet allgemein mit dem Bezugszeichen 70, wird zum Messen von tp verwendet. Eine Spannvorrichtung 72 mit einem Hohlraum 74 mit Dimensionen von 6,4 mm Breite (w) und 254,0 mm Länge (nicht auf der Seite dargestellt) und 76,2 mm in der Tiefe, wird hergestellt, um die vorimprägnierten Kabel 26 innerhalb eines umschlossenen Raums zu komprimieren, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Die vorimprägnierten Kabel 76 werden zu Längen von 254,0 mm geschnitten und 50 Teile der vorimprägnierten Kabel 46 werden innerhalb des Hohlraums 74 gestapelt. Um den Masse-Faktor bzw. Bulk-Faktor des vorimprägnierten Kabels zu messen, wird ein Druck von 50,1 Pa auf die vorimprägnierten Kabel aufgebracht. Dieses Druckniveau wird so ausgewählt, dass die Messungen mit anderen, berichteten Messungen vergleichbar sind. Die Verschiebungswerte der vorimprägnierten Kabel werden unter Verwendung eines Linear Variable Differential Transformer (LVDT der nicht dargestellt ist) gemessen. Die Dicke der vorimprägnierten Kabel wird durch Heranziehen der Differenz in den LVDT Auslesungen mit und ohne den Proben des vorimprägnierten Kabels in der Fixiervorrichtung gemessen.
Der Bulk- bzw. Masse-Faktor von Nylon 6/12K G30-500 pulverbeschichteten Kabels mit 35% Harz bezogen auf das Gewicht, unter Verwendung des bekannten Spreizungsverfahrens, beträgt 7,5. Ein ähnliches, vorimprägniertes Kabel, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung in der flachen Bandform mit 12K T-700 Kohlenstofffaser/Nylon 6, ist allgemein geringer als 5,0 und ist bis zu 2,6 niedrig hergestellt worden. Mit Nylon 6/2840 Denier Kevlar 49 pulverbeschichtetes Kabel besitzt einen Masse-Faktor von 2,4. Diese Messungen zeigen deutlich die relativ niedrige Masse der vorimprägnierten Kabel, hergestellt gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, an.
Zusammengefasst setzt die vorliegende Erfindung ein neuartiges Verfahren zum Herstellen von flexiblen, vorimprägnierten Kabeln ein, die eine niedrige Masse haben. Dies wird durch eine Pulverbeschichtung ohne Spreizen der Kabel erreicht. Die grundsätzlichen Verarbeitungsschritte, die eingesetzt sind, sind eine Pulverbeschichtung der Taue und eine Nachbehandlung der vorimprägnierten Kabel für eine weitere, textile Verarbeitung. Eine Schlichtung des Taus bzw. Fadens vor einer Pulverbeschichtung kann vorgenommen werden, falls dies notwendig ist. Dementsprechend zeigen die vorimprägnierten Kabel, hergestellt durch dieses neuartige Verfahren, eine niedrige Masse, eine niedrige Biegefestigkeit und eine verbesserte Verarbeitbarkeit.
Vor einer Pulverbeschichtung der nicht-gespreizten Faserkabel mit dem Matrix-Harz werden die Kabel in einer vorbestimmten Querschnittsform angeordnet, wie beispielsweise in einer flachen Band-Form. Die Umformung des Querschnitts des Taus kann durch unterschiedliche Mittel, wie beispielsweise Rollenabflachung oder Hindurchführen durch geformte Öffnungen, erhalten werden.
Das Schlichtungsmittel kann die Fasern zusammen in der erforderlichen Form halten. Während des Pulverbeschichtungsvorgangs treten, da sich die Fasern nicht spreizen, die Pulverpartikel nicht in die Faserbündel ein, sondern beschichten vielmehr nur die Oberfläche der Kabel. Dies führt zu trockenen Fasern in dem Kern des vorimprägnierten Kabels und einer Umhüllung der Fasern, die weitgehendst auf der Oberfläche des vorimprägnierten Kabels benetzt sind, den Kern der trockenen Fasern umgebend. Die Harzschicht auf der Oberfläche des vorimprägnierten Kabels wird durch ein teilweises Schmelzen der Pulverpartikel gebildet. Ein teilweises Schmelzen der Partikel führt zu einer Harzschicht, die nicht vollständig die Oberfläche des vorimprägnierten Kabels abdeckt. Dieser Typ einer Hüll-Kern-Struktur führt zu einem vorimprägnierten Kabel mit einer relativ niedrigen Masse und einer vergleichbaren Flexibilität verglichen mit vorimprägnierten Kabeln, hergestellt mit den existierenden Pulverbeschichtungsverfahren. Die nicht-kontinuierliche Oberflächenschicht ist in zweierlei Hinsicht vorteilhaft: (1) sie hält das Kabel flexibel, da sie den Fasern eine Freiheit verleiht, sich relativ zueinander zu bewegen; und (2) sie hilft dabei, dass die Luft in dem Kern des vorimprägnierten Kabels entweichen kann, während diese vorimprägnierten Kabel zu Komposit-Teilen konsolidiert werden, was zu im Wesentlichen an Leerstellen freien Teilen führt.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Nachbehandlung des flachen Bands aus vorimprägnierten Kabel, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, um das vorimprägnierte Kabel zu einem flexiblen unidirektionalen Band umzuwandeln. Zwei Merkmale des flachen, vorimprägnierten Band-Kabels machen es geeignet für eine Umwandlung zu einem flexiblen, unidirektionalen Band. Zuerst liegt das vorimprägnierte Kabel in einer flachen Bandform mit konsistenten Dimensionen und mit allen Fasern parallel zueinanderliegend vor. Als zweites ist nur die Oberfläche des vorimprägnierten Kabels mit dem Harzmaterial beschichtet worden.
Ein Umwandeln der neuen, vorimprägnierten Kabel zu einem undirektionalen Band setzt die folgenden Verfahrensschritte ein:
1. Platzieren der erforderlichen Anzahl von Spulen mit vorimprägnierten Kabeln in ein Gestell in einer geeigneten Art und Weise;
2. Kondensieren des vorimprägnierten Kabels von dem Gestell durch irgendeine bekannte Einrichtung und vorzugsweise durch eine Kondensiererplatte; die Anzahl der vorimprägnierten Kabel, die zusammengebracht werden, um eine Einheits-Länge über die Breite des Bands zu bilden, bestimmt die luftmäßige Dichte (Gewicht pro Flächeneinheit) des Bands; dieser Schritt kann ein Überlappen der vorimprägnierten Kabel einsetzen;
3. Erwärmen der Bahn aus individuellen, vorimprägnierten Kabeln, gebildet entsprechend der Schritte 1 und 2 so, dass das Harzmaterial schmilzt; wenn das Harzmaterial nur auf der Oberfläche des vorimprägnierten Kabels vorhanden ist, kann das Harzmaterial mit weniger Energie als diejenige geschmolzen werden, die erforderlich sein würde, falls das Harzmaterial vollständig die Fasern des vorimprägnierten Kabels beschichten würde;
4. Aufbringen eines Drucks auf die Oberfläche der Bahn des vorimprägnierten Kabels, dass das geschmolzene Harzmaterial darauf besitzt, wie beispielsweise unter Hindurchführen der Bahn von vorimprägnierten Kabeln zwischen einem Paar von Heißklemmwalzen, die bewirken, dass sich das geschmolzene Harz von benachbarten, vorimprägnierten Kabeln mischt; und
5. Kühlen der Bahn, was zu einem unidirektionalen Band führt, das eine glatte dünne Schicht aus Harz auf beiden Oberflächen und trockene Fasern in dem Kern besitzt; die sich ergebene Struktur liefert ein flexibles, unidirektionales Band.

BEISPIEL VII

Flexibles, unidirektionales Band. G30-500 (Toho Industries, Japan) Kohlenstofffaserseil mit 12.000 Filamenten wurde zu einer flachen Bandform unter Verwendung eines Nylon-Schlichtungsmittels umgewandelt und mit Nylon 6 Harzpulver beschichtet. Die Menge des Harzes, hinzugefügt zu der Kohlenstofffaser betrug 35% ± 3% bezogen auf das Gewicht. Die vorimprägnierten Kabel wurden zu einer Bahn-Form mit 187 Seilen pro Meter kondensiert. Die Haltekonfiguration war ein unidirektionales Band, das eine Dichte von 244 g/m² besaß.
Bänder, hergestellt mit diesem Verfahren, bilden Knickstellen, wenn sie um hohe Krümmungen gebogen werden. Dieses Knickphänomen ist eine Folge davon, dass die vorimprägnierten Kabel mit Harzmaterial zusammengehalten werden, um dadurch eine geringere Freiheit zwischen den vorimprägnierten Kabeln oder Fasern in einem Makromaßstab zuzulassen, um sich selbst umzupositionieren, wenn das Band gebogen wird. Viele Komposit-Anwendungen erfordern relativ hohe Krümmungen und deshalb ohne unidirektionale Bänder, die nicht knicken, wenn sie gebogen werden. Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein ultra-flexibles Band, das nicht knickt, wenn es um relativ hohe Krümmungen herumgebogen wird.
Um das ultra-flexbile, unidirektionale Band herzustellen, werden die vorimprägnierten Kabel zuerst angrenzend aneinander unter Verwendung eines geeigneten Spulen- Verfahrens platziert. Das Harz wird dann geschmolzen und zwischen den vorimprägnierten Kabeln nur in ausgewählten Stellen aufgeschmolzen. Auf diese Art und Weise besitzen Fasern oder vorimprägnierte Kabel zwischen den verschweißten Punkten die Freiheit, sich selbst umzupositionieren, wenn die vorimprägnierten Kabel gebogen werden. Fig. 9 stellt ein schematisches Diagramm des ultra-flexiblen, unidirektionalen Bands 90, gebildet gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dar. Das selektive Schmelzen des Harzes und das selektive Aufschmelzen der vorimprägnierten Kabel zu einer Bahn kann in irgendeiner der zwei folgenden Arten und Weisen durchgeführt werden:
1. Ein einzelner oder ein Satz von sich hin- und herbewegenden oder rotierenden, heißen Stäben oder Schuhen kann nach unten auf eine sich langsam bewegende Bahn aus vorimprägnierten Kabeln 92 kommen und die vorimprägnierten Kabel gegen eine heiße Metalloberfläche drücken, um dadurch zu bewirken, dass das Harz schmilzt und Brücken oder Schweißlinien 94 zwischen den vorimprägnierten Kabeln bildet; der Abstand zwischen den Schweißlinien 94 kann durch Ändern der Frequenz der Hin- und Herbewegung oder der Drehgeschwindigkeit der heißen Stäbe oder der Schuhe oder durch Ändern der Geschwindigkeit der Bahn der vorimprägnierten Kabel geändert werden; oder
2. erwärmte Stäbe mit spiralförmigen Nuten können verwendet werden, um einen Druck aufzubringen, um die vorimprägnierten Kabel 92 gegen eine heiße Metalloberfläche zu drücken; in diesem Fall werden die Schweißlinien 94 unter einem Winkel zu den vorimprägnierten Kabeln gebildet werden.
Das selektive Schmelzen und Aufschmelzen können auch durch andere Verfahren vorgenommen werden, wie beispielsweise unter Verwendung von heißen, gewellten Walzen, um die Schweißlinien zu bilden, oder durch ein Punkt-Bonden der Bahn der vorimprägnierten Kabel unter Verwendung einer heißen Platte mit dem erforderlichen Muster.

BEISPIEL VIII

Ultraflexible-unidirektionale Bänder, die ein Knicken vermeiden, wenn sie um relativ hohe Krümmungen herumgebogen werden. G30-500 (Toho Industries, Japan), Kohlenstofffasertau mit 12.000 Filamenten wurde zu einer flachen Bandform unter Verwendung eines Nylon-Schlichtungsmitteln und einer Nylon 6 Harzpulverbeschichtung umgewandelt. Die Menge an Harzmaterial, hinzugefügt zu der Kohlenstofffaser, betrug 35±3%. Die erhaltenen, vorimprägnierten Kabel wurden in eine Bahnform mit 157 Seilen pro Meter kondensiert. Die Luftdichte des erhaltenen Bands wurde durch die Breite der individuellen, vorimprägnierten Kabel begrenzt. Die erhaltene Konfiguration war ein unidirektionales Band, das eine Dichte von 195 g/m² besaß.
Die Unterschiede in der Flexibilität des unidirektionalen Bands, hergestellt durch die erste Ausführungsform (unidirektionales Band von Beispiel VII, das eine Dichte von 244 g/m² besaß), und dem ultra-flexiblen, unidirektionalen Band, hergestellt gemäß der zweiten Ausführungsform (unidirektionales Band von Beispiel VIII, das eine Dickte von 195 g/m² besaß), wurden gemessen, unter Verwendung eines Cantilever-Beam-Principle (ASTM 1388). Die Ablenkung des Bands (δn) für eine Überhanglänge (L) wird gemessen, indem das Band (geschnitten auf eine vorbestimmte Breite) überhängen gelassen wird. Die Biegesteifigkeit (EI) wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:
EI = qL&sup4;/8δn
Hierbei ist q das Gewicht des Bands pro Einheitslänge. Die Biegesteifigkeit des unidirektionalen Bands wurde so berechnet, dass sie 207 · 10&supmin;&sup6; Nm² betrug, und diejenige des ultra-flexiblen, unidirektionalen Bands war 264 · 10&supmin;&sup6; Nm². Deshalb zeigen die Berechnungen zur Biegesteifigkeit deutlich, dass das ultra-flexible, unidirektionale Band wesentlich flexibler als das unidirektionale Band, hergestellt gemäß der ersten Ausführungsform, ist.

BEISPIEL IX

Die unidirektionalen Bänder, hergestellt gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform, können beide dazu verwendet werden, um ein rohrförmiges Produkt mit einer 5º Biegung herzustellen. Der Außendurchmesser des Rohrs beträgt 22,2 mm und der Innendurchmesser des Rohrs beträgt 15,9 mm. Diese unidirektionalen Bänder sind so orientiert, dass die Faserrichtung entlang des Rohrs auf der Oberseite einer Umflechtung liegt. Wenn das unidirektionale Band, hergestellt gemäß der ersten Ausführungsform, mit den ultra-flexiblen, unidirektionalen Bändern, hergestellt gemäß der zweiten Ausführungsform, verglichen wird, bildete das ultra-flexible, unidirektionale Band keine ernsthaften Knicke in dem fertiggestellten Komposit-Teil.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass Modifikationen hinsichtlich des Verfahrens, der Materialien, der Dimensionen und der Konditionen, die vorstehend diskutiert sind, vorgenommen werden können, die innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen flexibler, vorimprägnierter Kabel (27, 48, 59, 76, 92) aus einer Vielzahl von Fasern (80) und einer Harzbeschichtung, wobei die Fasern (80) in einer vorgegebenen Querschnittsanordnung innerer Fasern, die im Wesentlichen frei von Harz sind, und äußerer Fasern in dem vorimprägnierten Kabel (27, 48, 59, 76, 92) strukturiert sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Beschichten der äußeren Fasern der Kabels (20) mit Harzpulverteilchen (82);

(b) Erhitzen des beschichteten Kabels (20) bei einer bekannten Temperatur über einen vorgegebenen Zeitraum, um die Pulverteilchen (82) teilweise zum Schmelzen zu bringen, so dass die Pulverteilchen (82) an den äußeren Fasern haften und so das vorimprägnierte Kabel (27, 48, 59, 76, 92) bilden;

(c) Abkühlen des vorimprägnierten Kabels (27, 48, 59, 76, 92), so dass die äußeren Fasern, die aneinandergrenzen, wenigstens teilweise in einer nicht durchgehenden Hülle der Harzbeschichtung eingebettet sind.

2. Verfahren zum Herstellen flexibler, vorimprägnierter Kabel nach Anspruch 1, wobei bei dem Schritt des Beschichtens der äußeren Fasern des Kabels (20) eine elektrostatische Pulverbeschichtungskammer (24) eingesetzt wird, in der die Fasern (80) des Kabels (20) mit elektrostatisch geladenen Harzpulverteilchen (82) beschichtet werden.

3. Verfahren zum Herstellen flexibler, vorimprägnierter Kabel nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Querschnittsform die Form eines flachen Bandes, die Form eines Kreises, die Form einer Ellipse oder die Form eines Vierecks ist.

4. Verfahren zum Herstellen flexibler, vorimprägnierter Kabel nach Anspruch 1, das des Weiteren den Schritt des Faltens des vorimprägnierten Kabels (48) über seine Länge, um so ein vorimprägniertes Kabel (48) geringerer Breite auszubilden, umfasst.

5. Verfahren zum Herstellen flexibler, vorimprägnierter Kabel nach Anspruch 4, das des Weiteren den Schritt des Umwickelns des gefalteten, vorimprägnierten Kabels (48) mit einem Filamentgarn umfasst.

6. Verfahren zum Herstellen flexibler, vorimprägnierter Kabel nach Anspruch 5, wobei es sich bei dem Filamentgarn um ein Material handelt, das bei der Wirkung von Wärme schrumpft, und das des Weiteren den Schritt des Einwirkens von Wärme auf das in das Filamentgarn gewickelte vorimprägnierte Kabel (48) in einem Maß umfasst, das ausreicht, damit das Filamentgarn um das vorimprägnierte Kabel (48) herum schrumpft.

7. Verfahren zum Herstellen flexibler, vorimprägnierter Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-6, das des Weiteren die folgenden Schritte umfasst:

Ausrichten einer Vielzahl vorimprägnierter Kabel in paralleler Beziehung zueinander; Verdichten der vorimprägnierten Kabel zu einer Plattenform mit wenigstens einer Oberfläche; Erhitzen der Platte aus vorimprägnierten Kabeln auf eine Temperatur und über eine Zeit, durch die das Harzmaterial teilweise schmilzt; Ausüben von Druck auf die Oberfläche der Platte aus vorimprägnierten Kabeln mit dem geschmolzenen Harz darauf, so dass das geschmolzene Harz von benachbarten vorimprägnierten Kabeln sich vermischt; und Abkühlen der Platte aus vorimprägnierten Kabeln, um das geschmolzene Harzmaterial zu verfestigen.

8. Verfahren zum Herstellen flexibler, vorimprägnierter Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Harzpulverteilchen (82) wenigstens teilweise zum Schmelzen gebracht werden, bevor sie auf die äußeren fasern aufgebracht werden, und wobei die wenigstens teilweise zum Schmelzen gebrachten Teilchen (82) an den äußeren Fasern des Kabels haften und so das vorimprägnierte Kabel bilden, und wobei weiteres Erhitzen nicht notwendig ist.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-8, wobei die Fasern (80) einen Elastizitätsmodul von wenigstens ungefähr 34 GPa haben.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-9, wobei die Fasern eine Zugfestigkeit von wenigstens ungefähr 0,70 GPa haben.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-10, wobei die Fasern (80) des Kabels (20) aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Kohlenstoff-, organischen, Glas-, Metall- und Keramikfasern besteht.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-11, wobei es sich bei den Harzpulverteilchen (82) um wärmehärtende Harzpulverteilchen handelt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Harzpulverteilchen (82) aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Epoxidharzen, Polyestern, Acrylen, Polyimiden und Phenolen besteht.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-11, wobei es sich bei den Harzpulverteilchen (82) um Thermoplast-Harzpulverteilchen handelt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Harzpulverteilchen aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Nylonmaterialien, Polypropylenen, Polyestern, Polycarbonaten, Acrylen, Polyimiden, Polyetherimiden und Polyarylethern besteht.

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-15, wobei vor Schritt (a) auf das Kabel (35) ein Leimmittel aufgetragen wird, das mit den Harzpulverteilchen (82) kompatibel ist.

17. Flexibles, vorimprägniertes Kabel (27, 48, 59, 76, 92), das eine Vielzahl von Fasern (80) und eine Harzbeschichtung umfasst, wobei die Fasern (80) in einer Anordnung innerer Fasern, die im Wesentlichen frei von Matrixharz sind, und äußerer Fasern strukturiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Fasern wenigstens teilweise in einer nicht durchgehende Hülle aus Matrixharz eingebettet sind, die die Harzbeschichtung bildet.

18. Vorimprägniertes Kabel nach Anspruch 17, wobei die nicht durchgehende Hülle die Außenfläche des vorimprägnierten Kabels nicht vollständig bedeckt.

19. Vorimprägniertes Kabel nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Matrixharz aus Thermoplast-Harzpulverteilchen besteht.

20. Vorimprägniertes Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche 17-19, das des Weiteren eine Wicklung aus Filamentgarn um die Außenseite herum umfasst.

21. Vorimprägniertes Kabel nach Anspruch 20, wobei das vorimprägnierte Kabel die Querschnittsform eines Kreises hat.

22. Vorimprägniertes Kabel nach Anspruch 20, wobei das vorimprägnierte Kabel (48) die Querschnittsform eines flachen Bandes hat und das vorimprägnierte Kabel (48) über seine Länge gefaltet ist, so dass ein vorimprägniertes Kabel (48) geringerer Breite entsteht, wobei das Filamentgarn um das gefaltete, vorimprägnierte Kabel (48) herum gewickelt ist.

23. Vorimprägniertes Kabel nach Anspruch 20, wobei es sich bei dem Filamentgarn um ein Material handelt, das beim Einwirken von Wärme schrumpft, vorzugsweise ein Thermoplastmaterial.

24. Vorimprägniertes Kabel nach Anspruch 23, wobei das Matrixharz aus Harzpulverteilchen besteht, die aus Thermoplastmaterial bestehen, und die Harzpulverteilchen sowie das Filamentgarn aus dem gleichen Thermoplastmaterial bestehen.

25. Vorimprägniertes Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche 17-24, wobei die Fasern (80) einen Elastizitätsmodul von wenigstens ungefähr 34 GPa haben.

26. Vorimprägniertes Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche 17-25, wobei die Fasern (80) einen Zugfestigkeit von wenigstens ungefähr 0,70 GPa haben.

27. Vorimprägniertes Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche 17-26, wobei die Fasern (80) des Kabels (20) aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Kohlenstoff-, organischen, Glas-, Metall- und Keramikfasern besteht.

28. Vorimprägniertes Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche 17-27, wobei es sich bei den Harzpulverteilchen (82) um wärmehärtende Harzpulverteilchen handelt.

29. Vorimprägniertes Kabel nach Anspruch 28, wobei die Harzpulverteilchen (82) aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Epoxidharzen, Polyestern, Acrylen, Polyimiden und Phenolen besteht.

30. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 17-27, wobei es sich bei den Harzpulverteilchen (82) um Thermoplast-Harzpulverteilchen handelt.

31. Vorimprägniertes Kabel nach Anspruch 30, wobei die Harzpulverteilchen aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Nylonmaterialien, Polypropylenen, Polyestern, Polycarbonaten, Acrylen, Polyimiden, Polyetherimiden und Polysrylethern besteht.

32. Vorimprägniertes Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche 17-31, wobei das vorimprägnierte Kabel (27, 48, 59, 76, 92) einen Füllfaktor von weniger als 5,0 hat.

33. Vorimprägniertes Kabel nach Anspruch 32, wobei das vorimprägnierte Kabel (27, 48, 59, 76, 92) einen Füllfaktor zwischen ungefähr 5,0 und ungefähr 2,0 hat.