Ткань для применения в композитных материалах и способ изготовления ткани и элемента из композитного материала
Настоящее изобретение касается ткани (10) для применения в композитных материалах. Ткань (10) имеет усилительную систему (11) из усилительных нитей (13) основы и усилительных нитей (14) утка, которые без переплетения уложены друг на друга в двух разных усилительных слоях (16, 17) и, так сказать, представляют собой свободно лежащую структуру. Усилительные нити (13), (14) образованы усилительной пряжей (15). Из связующей пряжи (30) с более низким титром, чем у усилительной пряжи (15), образована связующая система (12) из связующих нитей (20) основы и связующих нитей (21) утка. Переплетение ткани осуществляется исключительно в связующей системе (12). Усилительная система (11) заключена между связующими нитями (20) основы, с одной стороны, и связующими нитями (21) утка, с другой стороны, и удерживается за счет этого. В связующей системе (12) предусмотрены места (22) переплетения. В каждом месте (22) переплетения связующая нить (20) основы проведена и удерживается между стоевой нитью (25) основы и перевивочной нитью (24) основы одной пары (23) связующих нитей (20) основы. Между двумя соседними местами (22) переплетения одной пары (23) нитей основы стоевая нить (25) основы и перевивочная нить (24) основы имеют по меньшей мере одно место (26) перекрещивания. Все нити (13), (20) основы проходят в направлении (K) нитей основы по существу параллельно друг другу. Все нити (14), (21) утка проходят в направлении (S) нитей утка по существу параллельно друг другу и поперек направления (K) нитей основы. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение касается ткани, которая предусмотрена и выполнена для включения в композитные материалы, также называемые композитами. Такие упрочненные тканью композитные материалы общеизвестны.
В традиционных тканях при переплетении нитей основы с нитями утка возникают волнистости нитей, которые при применении в композитных материалах приводят к неидеально вытянутой ориентации нитей. Поэтому служащие для упрочнения композитного материала усилительные нити являются изломленными или волнистыми. Это проблематично потому, что усилительные нити обладают своими оптимальными свойствами прочности или, соответственно, жесткости только тогда, когда они располагаются по возможности вытянуто и устраняются волны или изломы с малыми радиусами, которые у традиционных тканей возникают в области мест переплетения между нитями основы и утка. Правда, волнистость усилительных нитей может при этом уменьшаться, когда предусматриваются большего размера расстояния между местами переплетения, то есть большего размера протяжки. Это повышает также драпируемость ткани, когда она должна адаптироваться к трехмерной форме элемента из композитного материала. Впрочем, при больших протяжках могут возникать нежелательные смещения, так что при драпировке ткани для формирования элемента из композитного материала могут образовываться места с недостаточным упрочнением или, соответственно, плотность нитей в других местах слишком велика.
Часто также возникают трудности, когда традиционные ткани применяются при изготовлении так называемых преформ. У этих преформ один или несколько слоев ткани кладутся друг на друга и предварительно формуются, чтобы позднее в последующем технологическом шаге в форме для детали изготавливать из них желаемый элемент из композитного материала. Так как время занятости формы для детали должно быть как можно меньшим, часто перед окончательным изготовлением элемента из композитного материала изготавливаются одна или несколько преформ, которые затем за более короткое время могут соединяться в форме для детали с получением элемента из композитного материала. Преформа формуется предварительно, так что при закладывании преформы в форму для детали необходимы только лишь небольшие и занимающие небольшое количество времени работы по адаптации. Поэтому необходимо, чтобы ткани преформы можно было придавать трехмерную форму, которая затем по меньшей мере в определенных областях еще должна обладать возможностью адаптации. Для этого до сих пор связующие средства в виде спреев, порошков или слоев ваточного холста наносятся кашированием или, соответственно, напыляются на ткань, чтобы обеспечивать устойчивость формы преформы и одновременно получать драпируемость ткани для дальнейшей обработки. Однако это нечасто удается выполнить воспроизводимым образом, и страдает либо устойчивость формы преформы, либо драпируемость преформы при дальнейшей обработке с получением элемента из композитного материала.
Из US 4320160 известна ткань для элемента из композитного материала. Эта ткань имеет усилительную систему из усилительных нитей и связующих нитей, которые служат для создания переплетения усилительной системы. В качестве связующих нитей либо связующие нити основы соединяются простыми переплетениями со связующими нитями утка, либо связующие нити основы вступают в переплетение с усилительными нитями основы или, соответственно, усилительными нитями утка усилительной системы.
Известная из US 4320160 ткань имеет тот недостаток, что вследствие предложенных типов переплетения натяжение связующих нитей вызывает нежелательную волнистость усилительных нитей усилительной системы. Это значит, что волнистость усилительных нитей может устраняться только тогда, когда натяжение связующих нитей мало. Однако это приводит к тому, что не может обеспечиваться достаточная прочность на сдвиг усилительных нитей усилительной системы, что является недостатком при драпировке ткани для изготовления элемента из композитного материала. Когда должна достигаться желаемая прочность на сдвиг, натяжение нитей, с одной стороны, приводит к волнистости усилительных нитей, а с другой стороны, существует опасность, что усилительная пряжа вследствие большого натяжения связующей нити соберется в пучки между точками переплетения, и при этом возникнет нежелательная решетчатая структура со слишком большими расстояниями между усилительными нитями.
DE 202005014801 U1 также описывает ткань, снабженную усилительной системой из усилительных нитей и связующих нитей для переплетения усилительной системы. Здесь также происходит переплетение между связующими нитями и усилительными нитями, что приводит к недостаткам, описанным в связи с US 4320160.
Исходя из этого, задачей настоящего изобретения может считаться создание ткани для изготовления композитных материалов или, соответственно, элементов из композитного материала, которая, с одной стороны, обеспечивает хорошее удобство в обращении при придании формы ткани и одновременно гарантирует достаточную механическую устойчивость изготавливаемого композитного материала или, соответственно, элемента из композитного материала.
Эта задача решается с помощью ткани с признаками п.1 формулы изобретения, способа изготовления ткани с признаками п.13 формулы изобретения, а также способа изготовления элемента из композитного материала с признаками п.15 формулы изобретения.
Предлагаемая изобретением ткань имеет усилительную систему из усилительных нитей утка и усилительных нитей основы. Усилительные нити основы образуют первый усилительный слой, который уложен на второй усилительный слой, при этом второй усилительный слой образован из усилительных нитей утка. Таким образом, усилительные нити утка и усилительные нити основы, не образуя переплетения, перекрещиваясь, лежат друг над другом.
Ткань имеет, кроме того, связующую систему из связующих нитей основы и связующих нитей утка. Связующие нити основы и связующие нити утка переплетены друг с другом в местах переплетения. Переплетения между нитями связующей системы и нитями усилительной системы не существует. Усилительная система расположена между связующими нитями основы и связующими нитями утка и удерживается и фиксируется исключительно за счет переплетения в связующей системе. Связующая система выполнена при этом в виде перевивочной системы. Связующие нити выполнены либо в виде стоевых нитей основы, либо в виде перевивочных нитей основы. Они образуют множество пар связующих нитей основы, из одной стоевой нити основы и одной перевивочной нити основы каждая, которые взаимодействуют со связующими нитями утка для создания переплетения. Перевивочная система может быть выполнена в виде системы с полуперевивкой или с полной перевивкой. Стоевая нить основы и перевивочная нить основы одной пары нитей основы перекрещиваются возле или между местами переплетения. Каждая связующая нить утка помещена и удерживается в месте переплетения между стоевой нитью основы и перевивочной нитью основы. Возникает хорошая фиксация связующей нити утка посредством пары связующих нитей основы в каждом месте переплетения. Таким образом, может обеспечиваться достаточная прочность на сдвиг нитей связующей системы и тем самым также нитей усилительной системы. Высокое натяжение нитей связующей системы не требуется. Таким образом, может устраняться нежелательная волнистость нитей усилительной системы. Это, в свою очередь, приводит к очень хорошей механической устойчивости ткани, так как усилительные нити утка и усилительные нити основы могут вытянуто проходить в каждом усилительном слое и иметь только изгибы и радиусы, которые необходимы в связи с формой элемента из композитного материала при его изготовлении.
В одном из предпочтительных примеров осуществления связующие нити основы проходят, примыкая ко второму усилительному слою из усилительных нитей утка, а связующие нити утка проходят, примыкая к первому усилительному слою из усилительных нитей основы.
В другом предпочтительном варианте осуществления указанное по меньшей мере одно место перекрещивания между стоевыми нитями основы и перевивочными нитями основы одной пары нитей основы предусмотрено непосредственно в месте переплетения с соответствующей связующей нитью утка. Так как в месте переплетения нити связующей системы проходят насквозь между нитями усилительной системы, то есть пронизывают оба усилительных слоя, предпочтительно использовать и так уже необходимое при этом расстояние между соседними усилительными нитями основы или, соответственно, соседними усилительными нитями утка, и там также предусмотреть указанное по меньшей мере одно место перекрещивания стоевых нитей основы и перевивочных нитей основы.
Связующие нити основы проходят относительно усилительных нитей основы предпочтительно без перекрещивания. Соответственно, предпочтительно связующие нити утка предпочтительно расположены без перекрещивания относительно усилительных нитей утка. Иначе выражаясь, все нити основы проходят в одном направлении нитей основы, а все нити утка - в одном направлении нитей утка, которое ориентировано относительно направления нитей основы примерно под прямым углом. Это обеспечивает возможность простого изготовления ткани на ткацкой машине.
Количество мест перекрещивания между усилительными нитями утка и усилительными нитями основы равно или больше количества мест переплетения в связующей системе. Иначе выражаясь, количество связующих нитей утка меньше количества усилительных нитей утка. Кроме того, количество пар связующих нитей основы может быть максимально равно количеству усилительных нитей основы. Расстояние между местами переплетения в связующей системе выбирается предпочтительно как можно больше, так чтобы возникали соответственно большие протяжки в связующей системе. Расстояние между местами переплетения в связующей системе в ткани может варьироваться в продольном направлении этой ткани и/или в поперечном направлении ткани, что зависит от изготавливаемого композитного материала и, в частности, формы изготавливаемого из него элемента из композитного материала. Когда в одном месте ткани желательна большая прочность на сдвиг, то протяжка там меньше и вместе с тем количество мест переплетения больше, чем в других местах. Наоборот, тогда, когда драпируемость ткани в определенных местах должна увеличиваться, может быть предусмотрена большая протяжка в связующей системе.
В частности, для усилительных нитей утка и для усилительных нитей основы выбирается усилительная пряжа, отличная от связующей пряжи, из которой сделаны связующие нити основы и связующие нити утка. За механическую жесткость или прочность композитного материала ответственны в основном усилительные нити усилительной системы. Усилительная пряжа может, например, содержать карбоновые волокна и/или арамидные волокна и/или стеклянные волокна. Усилительная пряжа в одном из предпочтительных примеров осуществления имеет поверхность поперечного сечения, у которой размер в направлении ширины больше, чем размер поперек к нему в направлении высоты. В отличие от этого связующая пряжа в поперечном сечении, например, круглая. Титр или поперечное сечение связующей пряжи, в частности, меньше, чем титр или поперечное сечение усилительной пряжи. Таким образом, массовая доля связующей пряжи может оставаться низкой по сравнению с усилительной пряжей. Кроме того, необходимое для связующих нитей связующей системы место между двумя соседними нитями усилительной системы в местах переплетения мало, так что усилительные нити могут располагаться на небольшом расстоянии вплотную друг к другу. Титр связующей пряжи составляет предпочтительно максимально 500 дтекс.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения применяется связующая пряжа, материал которой при изготовлении композитного материала хорошо и по существу полностью соединяется с полимерным материалом композитного материала. Выбор материала связующей пряжи может зависеть от полимерного материала, применяемого для композитного материала. В частности, связующая пряжа содержит материал, максимальная температура плавления которого равна температуре, которая достигается при изготовлении композитного материала или, соответственно, элемента из композитного материала, так что осуществляется плавящееся клеевое соединение между связующей пряжей и усилительной пряжей, с одной стороны, и полимерным материалом композитного материала, с другой стороны. Предпочтительно титр связующей пряжи устанавливается таким образом, что межслоевая прочность на срез изготавливаемого композитного материала или, соответственно, элемента из композитного материала максимально отличается от заданного усилительной системой номинального значения на заданную величину допуска. Например, массовая доля связующей пряжи в связующей системе может задаваться так, чтобы межслоевая прочность на срез, достигаемая за счет одной только усилительной системы, максимально отличалась на величину допуска, равную, например, 5%. Это может иметь значение тогда, когда применяемая связующая пряжа не может или только плохо может соединяться с полимерным материалом изготавливаемого композитного материала.
В качестве связующей пряжи возможны, например, феноксидные пряжи, такие как, например, Grilon MS® фирмы EMS Chemie. Могут также применяться другие пряжи, в частности, плавящиеся клеевые пряжи, такие как, например, сополиэстеровые пряжи.
Кроме того, предпочтительно, когда связующая пряжа имеет сердцевину и охватывающую эту сердцевину оболочку, при этом сердцевина и оболочка предпочтительно состоят из разных материалов. При этом в частности, температура плавления оболочки ниже, чем температура плавления сердцевины. С помощью такой связующей пряжи может достигаться плавящееся соединение при изготовлении композитного материала, при этом сердцевина остается без изменений. Таким образом, сердцевина поддерживает структуру ткани, в то время как оболочка может осуществлять плавящееся клеевое соединение.
Применение плавящихся клеевых пряж или, соответственно, пряж, имеющих сердцевину и оболочку с различными температурами плавления, в связующей системе, с одной стороны, позволяет осуществлять простое изготовление преформ. Ткань может храниться в желаемой форме преформы, и в необходимом случае для промежуточной фиксации в отдельных областях посредством теплового воздействия соединяться с нитями усилительной системы или, соответственно, с другими слоями ткани преформы. При этом можно обойтись без дополнительных связующих материалов, таких как порошок или спрей.
Такая ткань может очень просто изготавливаться способом в ткацкой машине. Это происходит посредством того, что усилительные нити утка и связующие нити утка, чередуясь, вводятся или, соответственно, прокидываются в заданной последовательности. Во время введения утка с усилительной нитью утка все усилительные нити основы всегда находятся в одном и том же зеве, предпочтительно верхнем зеве. Во время введения утка со связующей нитью утка перевивочные нити основы находятся в одном и том же зеве, предпочтительно верхнем зеве, в то время как стоевые нити основы пары связующих нитей основы, а также усилительные нити основы находятся в соответственно другом зеве, предпочтительно в нижнем зеве. Предпочтительно перевивочные нити основы и стоевые нити основы непосредственно перед и/или непосредственно после места переплетения перекрещиваются со связующей нитью утка. Таким образом, возникает ткань для композитного материала, как это было изложено выше. При изготовлении усилительные нити основы предпочтительно направляются в одном единственном ткацком ремизе. При этом стоевые нити основы и перевивочные нити основы могут направляться в различных ремизах ткацкой машины.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения содержатся в зависимых пунктах формулы изобретения, а также описании. Описание ограничивается основными признаками изобретения. На чертеже предпочтительные варианты осуществления изобретения изображены на примерах осуществления, приводимых дополнительно. Показано:
фиг. 1: один из примеров осуществления ткани на схематичном виде сверху;
фиг. 2: два следующих друг за другом места переплетения ткани с фиг. 1 первого вида переплетения в связующей системе на схематичном виде ткани сверху;
фиг. 3: места переплетения с фиг. 2 в сечении ткани по линии III-III сечения;
фиг. 4: два следующих друг за другом места переплетения ткани с фиг. 1 второго вида переплетения в связующей системе на схематичном виде сверху;
фиг. 5: места переплетения с фиг. 4 на изображении сечения ткани по линии V-V сечения;
фиг. 6: ткань в соответствии с фиг.1 на схематичном изображении в перспективе в трехмерной форме для изготовления преформы;
фиг. 7: структура связующей пряжи, имеющая сердцевину и оболочку, а также усилительной пряжи, в каждом случае на изображении в перспективе;
фиг. 8: схематичное изображение в виде структурной схемы ткацкой машины во время введения связующей нити утка и
фиг. 9: ткацкая машина в соответствии с фиг. 8 во время введения усилительной нити утка.
На фиг. 1 показан схематичный вид сверху ткани 10, которая предусмотрена для изготовления композитного материала или, соответственно, элемента из композитного материала, в частности комбинации из ткани 10 и полимерного материала. Ткань 10 имеет усилительную систему 11, а также связующую систему 12. Усилительная система 11 из усилительных нитей 13 основы и усилительных нитей 14 утка имеет задачу придавать композитному материалу или, соответственно, элементу из композитного материала желаемые механические свойства при взаимодействии с другим материалом, в частности полимерным материалом. При этом усилительная система 11 улучшает прочность и жесткость композитного материала. В этом примере осуществления усилительные нити 13 основы и усилительные нити 14 утка изготовлены из одной усилительной пряжи 15, которая имеет поверхность поперечного сечения, которую, например, можно видеть на фиг. 3, 5 и 7. Поверхность поперечного сечения характеризуется тем, что ее ширина в направлении B ширины больше, чем ее высота в направлении H высоты перпендикулярно направлению B ширины. В частности, ширина может быть по меньшей мере вдвое больше, чем высота H усилительной пряжи 15. В этом примере осуществления поперечное сечение является эллиптическим или, соответственно, овальным.
Для обеспечения оптимальных механических свойств должна устраняться волнистость усилительных нитей 13, 14. С этой целью усилительные нити 13 основы в первом усилительном слое 16 расположены параллельно друг другу. Усилительные нити 14 утка распространяются под прямым углом к ним и образуют второй усилительный слой 17. На виде ткани 10 сверху на фиг. 1 первый усилительный слой 16 лежит над вторым усилительным слоем 17. Однако это вопрос того, из какого направления рассматривается ткань 10. Усилительные нити 14 основы и усилительные нити 13 утка уложены друг на друга без переплетения. Они образуют множество не имеющих переплетения мест 18 перекрещивания. Усилительные нити 13, 14 усилительной системы 11 проходят на наименьшем возможном расстоянии рядом друг с другом, так что получается плотная ткань 10. Чертеж представляет собой только схематичное изображение без соблюдения масштаба.
Усилительная пряжа 15 содержит угольные волокна, арамидные волокна или стеклянные волокна или, соответственно, образована из такого рода волокон. Альтернативно может также находить применение другая усилительная пряжа 15. Например, можно выполнить усилительную пряжу в виде так называемой ровницы, у которой множество отдельных волокон расположены без скручивания параллельно друг другу и образуют усилительную пряжу 15.
Усилительные нити 13 основы и усилительные нити 14 утка проходят вытянуто в своем соответствующем усилительном слое 16 или, соответственно, 17. Под этим здесь следует понимать, что при переплетении в ткани 10 не образуется никаких изломов или волн усилительных нитей 13, 14. Радиусы или изгибы усилительных нитей 13, 14 возникают только вследствие придания формы ткани в композитном материале или, соответственно, элементе из композитного материала при драпировке. Таким образом, может достигаться оптимальная прочность и жесткость.
Связующая система 12 состоит из связующих нитей 20 основы и связующих нитей 21 утка. Связующие нити основы проходят параллельно друг другу и параллельно усилительным нитям 13 основы в направлении K нитей основы. Под прямым углом к ним проходит направление S нитей утка, в котором распространяются как усилительные нити 14 утка, так и связующие нити 21 утка. Связующие нити 21 утка проходят в этом примере осуществления, примыкая к первому усилительному слою 16, в то время как связующие нити 20 основы проходят, примыкая ко второму усилительному слою 17. Таким образом, связующие нити 20 основы и связующие нити 21 утка, подобно сэндвичу, заключают в себе усилительную систему 11. Переплетение ткани 10 осуществляется исключительно посредством связующей системы 12. Для этого связующие нити 20 основы переплетены со связующими нитями 21 утка в местах 22 переплетения. Это осуществляется у ткани 10 посредством так называемого перевивочного переплетения, так что связующая система 12 могла бы также называться перевивочной системой.
Переплетение в местах 22 переплетения подробнее изображено на фиг. 2-5. На фиг. 2 и 3 показано переплетение с полуперевивкой, в то время как фиг. 4 и 5 наглядно поясняют переплетение с полной перевивкой. Связующие нити 20 основы расположены в виде пар 23 нитей основы. Одна связующая нить 20 основы одной пары 23 нитей основы представляет собой при этом перевивочную нить 24 основы, в то время как соответственно другая связующая нить 20 основы служит стоевой нитью 25 основы. В местах 22 переплетения связующая нить 21 утка проходит между перевивочной нитью 24 основы и стоевой нитью 25 основы пары 23 нитей основы и тем самым удерживается. Таким образом, достигается хорошая фиксация относительного положения нитей 20, 21 в связующей системе 12, вследствие чего обеспечивается большая прочность на сдвиг ткани 10. Эта прочность на сдвиг может создаваться без высокого натяжения нитей в связующей системе 12. Из-за лишь небольшого натяжения нитей устраняется волнистость усилительных нитей 13 основы и усилительных нитей 15 утка в усилительной системе 11. Вытянутые усилительные нити 13, 14 обеспечивают желаемые механические свойства композитного материала.
Стоевые нити 25 основы и перевивочные нити 24 основы одной пары 23 нитей основы имеют места 26 перекрещивания. В этом примере осуществления между двумя местами 23 переплетения предусмотрены по одному или два места 26 перекрещивания. Как это, в частности, изображено на фиг. 2-5, места 26 перекрещивания находятся предпочтительно непосредственно перед и позади места 23 переплетения. Другими словами, каждое место 26 перекрещивания связующих нитей 20 основы расположено в области между двумя усилительными нитями 13 основы и двумя усилительными нитями 14 утка, в которой также находится место 23 переплетения. Таким образом, пространство, и так уже необходимое для места 23 переплетения между усилительными нитями 13, 14 усилительной системы 12, используется также для выбора мест 26 перекрещивания.
При изображенном на фиг. 2 и 3 переплетении с полуперевивкой перевивочная нить 24 основы в направлении взгляда на связующие нити 21 утка в местах 22 переплетения проходит над соответствующей связующей нитью 21 утка. Соответственно, стоевая нить 25 основы в местах 22 переплетения проходит всегда с другой стороны под связующей нитью 21 утка. При переплетении с полуперевивкой только в каждом втором месте 22 переплетения пары 23 нитей основы имеются места 26 перекрещивания, причем всегда предпочтительно непосредственно перед и позади места 22 переплетения с каждой связующей нитью 21 утка.
В отличие от этого, при переплетении с полной перевивкой в соответствии с фиг. 4 и 5 стоевая нить 25 основы и перевивочная нить 24 основы, чередуясь, проходят один раз над и один раз под связующей нитью 21 основы. При переплетении с полной перевивкой в каждом месте 22 переплетения пары 23 нитей основы имеются места 26 перекрещивания, причем всегда предпочтительно непосредственно перед и позади места 22 переплетения с соответствующей связующей нитью 21 утка.
При всех видах переплетения в каждом случае связующая нить 21 основы помещается между перевивочной нитью 24 основы и стоевой нитью 25 основы и фиксируется в месте 22 переплетения.
Количество связующих нитей 21 утка в этом примере осуществления меньше, чем количество усилительных нитей 14 утка. Поэтому количество мест 22 переплетения в связующей системе 12 меньше, чем количество мест 18 перекрещивания в усилительной системе 11. Количество пар связующих нитей 20 основы максимально равно количеству усилительных нитей 13 основы, причем это количество предпочтительно меньше. Протяжка в связующей системе 12, то есть расстояние между местами 22 переплетения, в пределах ткани может быть постоянной или варьироваться. Области ткани, которые требуют более высокой прочности на сдвиг, могут иметь большее количество мест 22 переплетения. Области ткани, которые требуют лучшей сдвигаемости усилительных нитей 13, 14 усилительной системы 11, например, для улучшения драпируемости, могут иметь большее расстояние между местами 22 переплетения и вместе с тем большую протяжку. Протяжка в ткани 10 может варьироваться в продольном направлении ткани и/или в поперечном направлении ткани.
На фиг. 7 наряду с усилительной пряжей 15 также схематично наглядно поясняется связующая пряжа 30. В этом примере осуществления связующая пряжа 30 имеет круглое поперечное сечение. Поперечное сечение в соответствии с примером в направлении B ширины и/или в направлении H высоты меньше, чем поперечное сечение усилительной пряжи 15. Предпочтительно титр связующей пряжи 30 меньше, чем титр усилительной пряжи 15. Титр связующей пряжи 30 составляет в этом примере осуществления максимально 500 дтекс.
В качестве связующей пряжи 30 в этом предпочтительном примере осуществления применяется плавящаяся клеевая пряжа, которая, например, состоит из сополиэстера или из Grilon MS® фирмы EMS Chemie. Могут также применяться другие феноксидные пряжи. Выполненная в виде плавящейся клеевой пряжи связующая пряжа 30 имеет сердцевину 31, которая в окружном направлении полностью охвачена оболочкой 32. Сердцевина 31 и оболочка 32 состоят из различного материала. В частности, температура плавления оболочки 32 меньше, чем температура плавления сердцевины 31. Благодаря этому ткань 10, приведенная при изготовлении элемента из композитного материала в желаемую форму, может фиксироваться или, соответственно, соединяться с другими слоями ткани, когда это желательно, например, для изготовления преформы. Плавящееся клеевое соединение с другими слоями ткани может при этом очень просто осуществляться без дополнительных связующих средств посредством теплового воздействия. Одновременно связующая пряжа 30 остается без изменений, так как сердцевина 31 из-за своей более высокой температуры плавления не плавится. На фиг.6 схематично изображено придание формы фрагменту ткани.
Ткань 10 служит для изготовления элемента из композитного материала. Если один слой 45 ткани, как он наглядно показан на фиг.6, должен предварительно фиксироваться и/или соединяться с другими слоями ткани в рамках процесса изготовления и предварительно фиксироваться в трехмерной желаемой форме, этот слой 45 ткани или, соответственно, расположенные друг над другом слои ткани в области 46 плавления могут обрабатываться посредством теплового воздействия. Так, например, может изготавливаться преформа. Но эта фиксация может также осуществляться только при заключительном придании формы при изготовлении элемента из композитного материала. При этом связующие нити 20, 21 связующей системы 12 также входят в плавящееся клеевое соединение с полимерным материалом элемента из композитного материала. Таким образом, получается также хорошее межслоевое соединение, что обеспечивает высокую межслоевую прочность на срез элемента из композитного материала.
На фиг. 8 и 9 схематично изображена ткацкая машина 35 для изготовления ткани 10. Ткацкая машина 35 имеет скало 36, посредством которого подводятся нити 13, 20 основы. Нити 13, 20 основы проходят затем через основонаблюдатель 37 и через ламели 38. Вслед за ними расположены ремизы, имеющие каждый множество галев, которые служат для зевообразования. Стоевые нити 25 основы направляются в одном общем первом ремизе 39. Второй ремиз 40 направляет перевивочные нити 24 основы. Через третий ремиз 41 направляются усилительные нити 13 основы. Между ремизами 39, 40, 41 и товароотводом 42 предусмотрено бердо 43 для прибоя нити 21 или, соответственно, 14 утка к кромке ткани.
Перевивочные нити 24 направляются во втором ремизе 40 в перевивочном ремизодержателе. Такая система описана, например, в EP 2063007 A1, на которую поэтому делается ссылка. Там создаются переплетения с полуперевивкой. Альтернативно этому известны перевивочные ремизодержатели для изготовления переплетений с полной перевивкой, которые могут применяться альтернативно. Для направления усилительных нитей 13 основы в третьем ремизе 41 предпочтительно предусмотрены специальные галева, которые, например, известны из EP 1795636 A1.
При изготовлении ткани 10 с помощью ткацкой машины 35 нити 13, 20 основы подводятся через скало 36. Усилительные нити 14 утка и связующие нити 21 утка вводятся в заданной последовательности. При введении усилительной нити 21 утка первый ремиз 39 прокладывает стоевые нити 25 основы в верхнем зеве. Перевивочные нити 24 основы, а также усилительные нити 13 основы прокладываются двумя ремизами 40, 41 в нижнем зеве. В зависимости от перевивки, перевивочным ремизодержателем во втором ремизе 40 образуются места 26 перекрещивания, которые пояснялись на фиг. 2-5. Во время введения усилительной нити 14 утка в верхнем зеве находятся только усилительные нити 13 основы. Связующие нити 20 основы, то есть перевивочные нити 24 основы, а также стоевые нити 25 основы, находятся в нижнем зеве. Введение утка связующей нити 21 утка изображено на фиг. 8, в отличие от чего фиг. 9 наглядно поясняет введение утка усилительной нити 14 утка.
В зависимости от количества и от расстояния между местами 22 переплетения, после введения утка связующей нити 21 утка вводятся две или больше усилительных нитей 14 утка. Количество проходящих между двумя связующими нитями 21 утка усилительных нитей 14 утка может варьироваться. Также может варьироваться количество усилительных нитей 13 основы между двумя парами 23 связующих нитей 12 основы. С этой целью ткацкая машина 35 может также изымать отдельные пары 23 связующих нитей 20 основы или отдельные усилительные нити 13 основы из процесса ткачества. Для этого могут быть предусмотрены неизображенные нитедержатели основы, которые разделяют изымаемые нити 13, 20 основы и держат наготове в области кромки ткани перед товароотводом 42. Нитедержатель основы для захвата и прокладывания разделяемой нити основы может двигаться в пространстве. Ткацкая машина 35 может также иметь несколько таких нитедержателей основы.
Кроме того, ткацкая машина 35 может иметь не изображенное поддерживающее устройство, которое подводит к нитедержателю основы разделенную и изъятую нить основы, так что поддерживающее устройство может держать наготове нить основы в желаемом положении для позднейшего повторного подвода.
Настоящее изобретение касается ткани 10 для применения в композитных материалах и элементах из композитного материала. Ткань 10 имеет усилительную систему 11 из усилительных нитей 13 основы и усилительных нитей 14 утка, которые без переплетения уложены друг на друга в двух разных усилительных слоях 16, 17 и, так сказать, представляют собой свободно лежащую структуру. Усилительные нити 13, 14 образованы усилительной пряжей 15. Из связующей пряжи 30 с более низким титром, чем у усилительной пряжи 15, образована связующая система 12 из связующих нитей 20 основы и связующих нитей 21 утка. Переплетение ткани осуществляется исключительно в связующей системе 12. Усилительная система 11 заключена между связующими нитями 20 основы, с одной стороны, и связующими нитями 21 утка, с другой стороны, и удерживается за счет этого. В связующей системе 12 предусмотрены места 22 переплетения. В каждом месте 22 переплетения связующая нить 20 основы проведена и удерживается между стоевой нитью 25 основы и перевивочной нитью 24 основы одной пары 23 связующих нитей 20 основы. Между двумя соседними местами 22 переплетения одной пары 23 нитей основы стоевая нить 25 основы и перевивочная нить 24 основы имеют по меньшей мере одно место 26 перекрещивания. Все нити 13, 20 основы проходят в направлении K нитей основы по существу параллельно друг другу. Все нити 14, 21 утка проходят в направлении S нитей утка по существу параллельно друг другу и поперек направления K нитей основы.
Список ссылочных обозначений
10 Ткань
11 Усилительная система
12 Связующая система
13 Усилительные нити основы
14 Усилительные нити утка
15 Усилительная пряжа
16 Первый усилительный слой
17 Второй усилительный слой
18 Место перекрещивания
20 Связующие нити основы
21 Связующие нити утка
22 Место переплетения
23 Пара нитей основы
24 Перевивочные нити основы
25 Стоевые нити основы
26 Место перекрещивания
30 Связующая пряжа
31 Сердцевина
32 Оболочка
35 Ткацкая машина
36 Скало
37 Основонаблюдатель
38 Ламели
39 Первый ремиз
40 Второй ремиз
41 Третий ремиз
42 Товароотвод
43 Бердо
45 Слой ткани
46 Область плавления
B Направление ширины
H Направление высоты
K Направление нитей основы
S Направление нитей утка
1. Ткань (10) для применения в композитных материалах, имеющая усилительную систему (11) из усилительных нитей (13) основы и усилительных нитей (14) утка, при этом усилительные нити (13) основы образуют первый усилительный слой (16), на который уложены усилительные нити (14) утка без переплетения с усилительными нитями (13) основы, образуя второй усилительный слой (17), имеющая связующую систему (12) из связующих нитей (20) основы и связующих нитей (21) утка, при этом усилительная система (11) заключена между связующими нитями (21) утка и связующими нитями (20) основы, при этом каждые две непосредственно соседние связующие нити (20) основы служат стоевой нитью (25) основы и перевивочной нитью (24) основы, которые многократно перекрещиваются, при этом связующая нить (21) утка в месте (22) переплетения проходит между стоевой нитью (25) основы и перевивочной нитью (24) основы.
2. Ткань (10) по п. 1, отличающаяся тем, что места (26) перекрещивания находятся между стоевой нитью (25) основы и перевивочной нитью (24) основы в месте (22) переплетения со связующей нитью (21) утка.
3. Ткань (10) по п. 1, отличающаяся тем, что связующие нити (20) основы расположены без перекрещивания относительно усилительных нитей (13) основы и/или что связующие нити (21) утка расположены без перекрещивания относительно усилительных нитей (14) утка.
4. Ткань (10) по п. 1, отличающаяся тем, что количество мест (18) перекрещивания усилительной системы (11) равно или больше количества мест (22) переплетения в связующей системе (12).
5. Ткань (10) по п. 1, отличающаяся тем, что усилительные нити (13) основы расположены вытянуто в первом усилительном слое (16), а усилительные нити (14) утка - во втором усилительном слое (17).
6. Ткань (10) по п. 1, отличающаяся тем, что усилительная система (11) изготовлена из усилительной пряжи (15), а связующая система - из связующей пряжи (30), при этом связующая пряжа (30) в поперечном сечении меньше или имеет меньший титр, чем усилительная пряжа (15).
7. Ткань (10) по п. 6, отличающаяся тем, что усилительная пряжа (15) содержит карбоновые, и/или арамидные, и/или стеклянные волокна.
8. Ткань (10) по п. 6, отличающаяся тем, что усилительная пряжа (15) имеет поверхность поперечного сечения, размер которой в направлении (B) больше, чем размер в перпендикулярном ему направлении.
9. Ткань (10) по п. 6, отличающаяся тем, что связующая пряжа (30) состоит из материала, который при изготовлении композитного материала по существу полностью соединяется с полимерным материалом композитного материала.
10. Ткань (10) по п. 6, отличающаяся тем, что материал и титр связующей пряжи (30) установлены таким образом, что межслоевая прочность на срез изготавливаемого композитного материала максимально отличается от заданного усилительной системой (11) номинального значения на заданную величину допуска.
11. Ткань (10) по п. 4, отличающаяся тем, что связующая пряжа (30) содержит полимерный материал и, в частности, представляет собой феноксидную пряжу.
12. Ткань (10) по п. 4, отличающаяся тем, что связующая пряжа (30) имеет сердцевину (31) и охватывающую сердцевину (31) оболочку (32), при этом сердцевина (31) имеет более высокую температуру плавления, чем оболочка (32).
13. Способ изготовления ткани (10) для применения в композитных материалах, включающий в себя следующие шаги: заправка ткацкой машины (35) усилительными нитями (13) основы и связующими нитями (20) основы, а также усилительными нитями (14) утка и связующими нитями (21) утка; закладывание усилительных нитей (14) утка и связующих нитей (21) утка в заданной последовательности; при этом при введении утка с усилительной нитью (14) утка все усилительные нити (13) основы всегда находятся в одном и том же верхнем зеве или нижнем зеве; при этом при введении утка со связующей нитью (21) утка служащая перевивочной нитью (24) основы связующая нить (20) основы находится соответственно в одном и том же верхнем зеве или нижнем зеве, в то время как служащая стоевой нитью (25) основы связующая нить (20) основы, а также усилительные нити (13) основы находятся в соответственно другом зеве; перекрещивание перевивочной нити (24) основы со стоевой нитью (25) основы между введениями утка со связующей нитью (21) основы; вследствие чего образуется усилительная система (11) из усилительных нитей (14) утка и усилительных нитей (13) основы, причем усилительные нити (13) основы образуют первый усилительный слой (16), на который уложены усилительные нити (14) утка без переплетения с усилительными нитями (13) основы, образуя второй соединительный слой (17), и вследствие чего образуется связующая система (12) из связующих нитей (21) утка и связующих нитей (20) основы, которая заключает внутри себя усилительную систему (11).
14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что усилительные нити (13) основы направляют в одном единственном общем ремизе (41) ткацкой машины (35), причем стоевые нити (25) основы и перевивочные нити (24) основы направляют в различных ремизах (39, 40) ткацкой машины (35).
15. Способ изготовления элемента из композитного материала, имеющего по меньшей мере один слой из ткани (10) по одному из пп. 1-12, при этом для адаптации ткани (10) к желаемой форме элемента из композитного материала по меньшей мере в одной области (46) плавления осуществляют плавление нитей (20, 21) связующей системы (12) посредством теплового воздействия.
