CH663758A5 - METHOD FOR PRODUCING A COMPOSITE WITH HIGH TENSILE STRENGTH CONSISTING OF A PLASTIC MATRIX WITH EMBEDDED REINFORCEMENT. - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING A COMPOSITE WITH HIGH TENSILE STRENGTH CONSISTING OF A PLASTIC MATRIX WITH EMBEDDED REINFORCEMENT. Download PDF

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CH663758A5
CH663758A5 CH307283A CH307283A CH663758A5 CH 663758 A5 CH663758 A5 CH 663758A5 CH 307283 A CH307283 A CH 307283A CH 307283 A CH307283 A CH 307283A CH 663758 A5 CH663758 A5 CH 663758A5
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Joachim Dr-Ing Albrecht
Christian Dr Rer Nat Wuethrich
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Bbc Brown Boveri & Cie
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Description

BESCHREIBUNG DESCRIPTION

Die Erfindung geht aus von einem Herstellungsverfahren für einen Verbundwerkstoff nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1. The invention is based on a production method for a composite material according to the preamble of claim 1.

Kunststoffe werden sowohl in reiner Form wie mit Füllstoffen und/oder Verstärkungselementen versehen, in der Technik vielfach verwendet. Ihre physikalischen und insbesondere ihre mechanischen Eigenschaften können durch Verstärkungen mit Glas- und Mineralfasern, Kohlefasern usw. wesentlich beein-flusst werden. Wie beim gewöhnlichen, durch Stahleinlagen armierten Beton wird dabei die Belastbarkeit solcher Verbundmaterialien entscheidend durch das erste Auftreten von Rissen in der Kunststoffmatrix begrenzt. Dies hängt im allgemeinen mit dem örtlichen Überschreiten der Zugfestigkeit oder eines ähnlichen Materialkennwertes wie Streckgrenze, Dauerwechselfestigkeit usw. des Werkstoffes zusammen. Plastics are provided both in pure form and with fillers and / or reinforcing elements, which are widely used in technology. Their physical and especially their mechanical properties can be significantly influenced by reinforcements with glass and mineral fibers, carbon fibers etc. As with ordinary steel-reinforced concrete, the resilience of such composite materials is decisively limited by the first appearance of cracks in the plastic matrix. This is generally related to the local exceeding of the tensile strength or a similar material characteristic such as yield strength, fatigue strength, etc. of the material.

Für zahlreiche Verwendungszwecke sind die bisher üblichen Verstärkungsmethoden und die daraus hervorgegangenen Erzeugnisse auf Kunststoffbasis nicht mehr ausreichend. Oft können die sonst ausgezeichneten Eigenschaften der Kunststoffe wegen mangelhafter Festigkeit des Verbunds nicht voll ausgenutzt werden. The reinforcement methods used up to now and the resulting plastic-based products are no longer sufficient for numerous purposes. Often the otherwise excellent properties of the plastics cannot be fully exploited due to the poor strength of the composite.

Es besteht daher das Bedürfnis nach neuen, mechanisch höher belastbaren Materialien mit guten physikalischen und chemischen Eigenschaften wie hoher elektrischer Widerstand und Korrosionsbeständigkeit. There is therefore a need for new, mechanically more resilient materials with good physical and chemical properties such as high electrical resistance and corrosion resistance.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren für einen Verbundwerkstoff auf Kunststoffbasis anzugeben, wobei dank höherer mechanischer Festigkeit, insbesondere Zugfestigkeit die Gefahr der Rissbildung im Betrieb vermieden und die Belastung gegenüber in herkömmlicher Weise verstärkten Kunststoffen heraufgesetzt werden kann. Das Herstellungsverfahren soll einfach sein und keine speziellen, von örtlichen Verhältnissen abhängigen Spannvorrichtungen benötigen. The invention is based on the object of specifying a production method for a composite material based on plastics, wherein the risk of crack formation during operation can be avoided and the load can be increased compared to conventionally reinforced plastics thanks to higher mechanical strength, in particular tensile strength. The manufacturing process should be simple and not require any special fixtures depending on local conditions.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt: The invention is described on the basis of the following exemplary embodiments which are explained in more detail by means of figures. It shows:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Verbundwerkstoffes in Stab- oder Plattenform mit einachsiger Bewehrung; Figure 1 is a perspective view of the composite material in rod or plate form with uniaxial reinforcement.

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Verbundwerkstoffes in Plattenform mit zweiachsiger Bewehrung; Figure 2 is a perspective view of the composite material in plate form with two-axis reinforcement.

Fig. 3 eine Schnitt-Darstellung des Verbundwerkstoffes in Plattenform mit zweiachsiger Bewehrung durch Drahtgeflecht; Figure 3 is a sectional view of the composite material in plate form with two-axis reinforcement by wire mesh.

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Verbundwerkstoffes in Blockform mit dreiachsiger Bewehrung; 4 shows a perspective illustration of the composite material in block form with three-axis reinforcement;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Verbundwerkstoffes in Plattenform mit zweiachsiger Bewehrung durch Bleche; Figure 5 is a perspective view of the composite material in plate form with biaxial reinforcement by sheets.

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Giessform mit Verbundwerkstoff in Rohrform; 6 shows a cross section through a casting mold with composite material in tubular form;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch den Verbundwerkstoff in Rohrform mit Wendelbewehrung. Fig. 7 shows a longitudinal section through the composite material in tubular form with helical reinforcement.

In Fig. 1 ist der Verbundwerkstoff in Stab- oder Plattenform perspektivisch dargestellt. 2 ist die einachsige vorgespannte Bewehrung in Form von achsparallelen, längsseitig ausgerichteten Drähten aus einer Formgedächtnislegierung. 1 ist die die Bewehrung 2 allseitig umschliessende Kunststoffmatrix. In Fig. 1, the composite material in bar or plate shape is shown in perspective. 2 is the uniaxial prestressed reinforcement in the form of axially parallel, longitudinally aligned wires made of a shape memory alloy. 1 is the plastic matrix enclosing the reinforcement 2 on all sides.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Verbundwerkstoffes in Plattenform. Die Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 1. Die Bewehrung 2 besteht hier aus mehreren, in parallelen Ebenen angeordneten sich abwechselnd rechtwinklig kreuzenden Scharen von vorgespannten Drähten. Fig. 2 shows a perspective view of the composite material in plate form. The reference numerals correspond to those in FIG. 1. The reinforcement 2 here consists of a plurality of alternating, at right angles, groups of prestressed wires arranged in parallel planes.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung des Verbundwerkstoffes in Plattenform im Schnitt. Die vorgespannte Bewehrung 3 ist hier als Drahtgeflecht ausgebildet, welches in zwei parallelen Schichten in der Kunststoffmatrix 1 eingebettet ist, wobei die beiden Schichten im vorliegenden Fall um je eine halbe Maschenweite in beiden Richtungen gegeneinander versetzt sind. Fig. 3 shows a representation of the composite material in sheet form in section. The prestressed reinforcement 3 is designed here as a wire mesh, which is embedded in two parallel layers in the plastic matrix 1, the two layers being offset from one another in each case by half a mesh size in both directions.

In Fig. 4 ist der Verbundwerkstoff in Blockform perspektivisch dargestellt. Es handelt sich hier um eine Ausführung mit dreiachsiger, durch Scharen paralleler sich orthogonal kreuzender Drähte gebildeten Bewehrung. Die Bezugszeichen entsprechen der Fig. 1. 4, the composite material is shown in perspective in block form. This is a version with triaxial reinforcement, formed by shares of parallel, orthogonally crossing wires. The reference numerals correspond to FIG. 1.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung des Verbundwerkstoffes in Plattenform mit zweiachsiger Bewehrung. Die vorgespannte Bewehrung4,5 ist in Blechform ausgeführt. Die Blechebenen liegen parallel zur Ebene der Platte aus der Kunststoffmatrix 1. Die B ewehrung 4 hat mit ihrer Vorspannung als erste Schicht x-Orientierung, während die Bewehrung 5 als zweite Schicht y-Orientierung aufweist. Beide Orientierungen stehen senkrecht aufeinander. Dabei geben die gestrichelten Pfeile 6 j eweils die Richtung der Zugvorspannung in der Bewehrung 4,5 wieder, welche der Reckrichtung des jeweiligen Bleches entspricht. Die kurzen vollen Pfeile 7 deuten die Richtung der Druckvorspannung in der Kunststoffmatrix 1 an. Letztere ist also in der bewehrten Zone in beiden Richtungen der Plattenebene vorgespannt. Fig. 5 shows a perspective view of the composite material in plate form with two-axis reinforcement. The prestressed reinforcement4,5 is made in sheet metal. The sheet metal planes are parallel to the plane of the plate made of the plastic matrix 1. The reinforcement 4, with its prestressing, has an x orientation as the first layer, while the reinforcement 5 has a y orientation as the second layer. Both orientations are perpendicular to each other. The dashed arrows 6 each indicate the direction of the tension in the reinforcement 4, 5, which corresponds to the direction of stretching of the respective sheet. The short, full arrows 7 indicate the direction of the prestress in the plastic matrix 1. The latter is therefore prestressed in the reinforced zone in both directions of the slab level.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch eine Giessform mit Verbundwerkstoff in Rohrform. 9 stellt den Mantel, 10 den Kern der Giessform für die Kunststoffmatrix 1 dar. Die vorgespannte Bewehrung 8 hat Rohrform und ist koaxial zur Giessform angeordnet. Fig. 6 shows a cross section through a casting mold with composite material in tubular form. 9 represents the casing, 10 the core of the casting mold for the plastic matrix 1. The prestressed reinforcement 8 has a tubular shape and is arranged coaxially to the casting mold.

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

In Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch den Verbundwerkstoff in Rohrform dargestellt. 1 ist die Kunststoffmatrix, in welche die vorgespannte Bewehrung 11 in Wendelform eingebettet ist. Im vorliegenden Fall besteht der Wendel aus einer auf einem Innenzylinder aus Kunststoffmatrix 1 aufgewickelten Drahtlage, deren Windungen sich nicht berühren, und welche vom Aussen-zylinder aus Kunststoffmatrix umgössen ist. Der Verbundwerkstoff in Rohrform kann jedoch auch gemäss Fig. 6 als in Kunststoffmatrix 1 eingegossener Wendel mit aufeinanderliegenden Windungen ausgeführt sein. 7 shows a longitudinal section through the composite material in tubular form. 1 is the plastic matrix in which the prestressed reinforcement 11 is embedded in a spiral shape. In the present case, the helix consists of a wire layer wound on an inner cylinder made of plastic matrix 1, the turns of which do not touch each other and which is encased by the outer cylinder made of plastic matrix. However, the composite material in the form of a tube can also be designed according to FIG. 6 as a helix cast in plastic matrix 1 with turns lying one on top of the other.

Ausführungsbeispiel I Embodiment I

Siehe Fig. 1. See Figure 1.

Ein als Flachstab ausgebildeter Verbundwerkstoff wurde aus einer Kunststoffmatrix 1 und einer Bewehrung 2 in Drahtform aus einer Formgedächtnislegierung aufgebaut. Letztere hatte folgende Zusammensetzung: A composite material designed as a flat bar was constructed from a plastic matrix 1 and a reinforcement 2 in wire form from a shape memory alloy. The latter had the following composition:

Ni: 45 Gew.-% Ni: 45% by weight

Ti: 45 Gew.-% Ti: 45% by weight

Cu: 10 Gew.-% Cu: 10% by weight

Beginn der Umwandlung in Austenit: As = 50 °C. Start of transformation into austenite: As = 50 ° C.

Die Drähte hatten einen Durchmesser von 0,5 mm und eine Länge von 100 mm. Sie wurden während 30 min bei 800 °C lösungsgeglüht und anschliessend auf Raumtemperatur abgeschreckt. Die Oxydhaut wurde in einer aus je 1 Teil HCl, HN03 und H20 bestehenden Beize entfernt. Dann wurden die Drähte bei Raumtemperatur in einer Zugvorrichtung um 4%, bezogen auf die ursprüngliche Länge gereckt und als parallele Schar in einer Giessform befestigt, so dass ihr Mittenabstand voneinander und vom Boden der Giessform 1,5 mm betrug. Diese Bewehrung 2 wurde nun von einer Kunststoffmatrix 1 in Form eines Epoxy-harzes in einer Höhe von 3 mm umgössen und bei 40 °C ausgehärtet. Die Glastemperatur der verwendeten Kunststoffmatrix 1 betrug 80 °C. Nach dem Aushärten wurde das Ganze aus der Giessform entfernt und die überstehenden Enden der Drähte der Bewehrung 2 auf das Mass der Kunststoffmatrix 1 bündig abgeschnitten. Nun wurde der Flachstab einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 70 °C unterzogen. Dabei wurde in der Bewehrung2 der Formgedächtniseffekt (Einweg-Effekt) induziert: Die Drähte zogen sich zusammen und wurden auf Zug beansprucht. Sie übten dabei auf die umgebende Kunststoffmatrix 1 eine entsprechende Druckvorspannung aus. Der Verbundwerkstoff wurde nun auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei der Einweg-Effekt erhalten blieb und somit auch die entsprechende Vorspannung. The wires had a diameter of 0.5 mm and a length of 100 mm. They were solution annealed at 800 ° C for 30 min and then quenched to room temperature. The oxide skin was removed in a stain consisting of 1 part HCl, HN03 and H20. The wires were then stretched at room temperature in a pulling device by 4%, based on the original length, and fastened as a parallel sheet in a casting mold, so that their center distance from one another and from the bottom of the casting mold was 1.5 mm. This reinforcement 2 was now encased by a plastic matrix 1 in the form of an epoxy resin at a height of 3 mm and cured at 40 ° C. The glass transition temperature of the plastic matrix 1 used was 80 ° C. After curing, the whole was removed from the casting mold and the protruding ends of the wires of the reinforcement 2 were cut off flush to the size of the plastic matrix 1. Now the flat bar was subjected to a heat treatment at a temperature of 70 ° C. The shape memory effect (one-way effect) was induced in the reinforcement2: the wires contracted and were subjected to tension. They exerted a corresponding compressive prestress on the surrounding plastic matrix 1. The composite material was then cooled to room temperature, whereby the one-way effect was retained and thus the corresponding prestress.

Ausführungsbeispiel II Embodiment II

Siehe Fig. 3. See Figure 3.

Aus der gleichen Formgedächtnislegierung wie in Beispiel I angegeben, wurden Drähte von 0,5 mm hergestellt und in der angegebenen Weise kaltgereckt. Aus den Drähten wurde eine Bewehrung 3 in Form eines Drahtgeflechts mit 2 mm Mittenabstand (1 mm Maschenweite) hergestellt. Zwei derartige Drahtgeflechte (Kreuzgeflecht) mit den Abmessungen 100x 100 mm wurden in einem Mittenstab von 2 mm voneinander und vom Boden parallel in einer Giessform montiert und in eine Kunststoffmatrix 1 gemäss Beispiel I eingegossen. Die weitere Behandlung erfolgte genau nach Beispiel I. Durch die kreuzweise Bewehrung 3 wurde der Verbundwerkstoff zweiachsig vorgespannt, so dass er als Platte praktisch in jeder Richtung seiner Ebene eine erhöhte Zugbeanspruchung ertragen konnte. 0.5 mm wires were made from the same shape memory alloy as given in Example I and cold drawn in the manner indicated. A reinforcement 3 in the form of a wire mesh with a center distance of 2 mm (1 mm mesh size) was produced from the wires. Two such wire meshes (cross mesh) with the dimensions 100 x 100 mm were mounted in a center rod of 2 mm from each other and from the bottom in parallel in a casting mold and poured into a plastic matrix 1 according to Example I. The further treatment was carried out exactly according to Example I. By means of the crosswise reinforcement 3, the composite material was prestressed biaxially, so that it could withstand increased tensile stress practically in every direction of its plane.

Die Verstärkung kann in gleicherweise gemäss Fig. 2 vorgenommen werden. The amplification can also be carried out in accordance with FIG. 2.

Ausführungsbeispiel III Embodiment III

Siehe Fig. 4. See Figure 4.

Gemäss Beispiel I wurden 0,5 mm dicke Drähte als Bewehrung 2 vorbereitet und in einer prismatischen Giessform derart According to Example I, 0.5 mm thick wires were prepared as reinforcement 2 and in a prismatic mold

663 758 663 758

befestigt, dass sie eine dreiachsige Anordnung von orthogonalen, äquidistanten Scharen in allen drei Dimensionen bildeten. Dabei betrug der Mittenabstand zweier benachbarter paralleler Drähte der gleichen Schar sowie derjenige paralleler Scharen untereinander je 3 mm, der Mittenabstand zweier sich orthogonal kreuzender Drähte je 1,5 mm. Das dreidimensionale Gebilde wurde in Epoxyharz als Kunststoffmatrix 1 eingegossen und das Ganze gemäss Beispiel I weiterbehandelt. Dank der Bewehrung 2 wurde die Kunststoffmatrix 1 in allen Richtungen auf Druck vorgespannt, so dass der Verbundwerkstoff praktisch unabhängig von der äusseren Belastungsrichtung eine erhöhte Zugfestigkeit aufwies. attached that they formed a three-axis arrangement of orthogonal, equidistant coulters in all three dimensions. The center distance between two adjacent parallel wires of the same coulter and that of parallel coulters with each other was 3 mm, the center distance between two orthogonally crossing wires was 1.5 mm. The three-dimensional structure was cast in epoxy resin as a plastic matrix 1 and the whole was further treated according to Example I. Thanks to the reinforcement 2, the plastic matrix 1 was prestressed in all directions so that the composite material had increased tensile strength practically independent of the external direction of loading.

Ausführungsbeispiel IV Embodiment IV

Siehe Fig. 5. See Figure 5.

Zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes in Form einer auf Biegung beanspruchbaren, 50 mm dicken Platte wurden zunächst zwei Bleche aus einer Formgedächtnislegierung gemäss Beispiel I vorbereitet. Die Bleche hatten die Abmessungen 200x200x0,5 mm. Nach der üblichen Vorbehandlung wurden die Bleche parallel zu einer Längskante um je 4% gereckt. Das erste Blech (vorgespannte Bewehrung 4) wurde in einem Abstand von 5 mm vom Boden in einer Giessform derart befestigt, dass die Reckrichtung in die Richtung einer gewählten x-Achse zu liegen kam (1. Schicht: x-Orientierung). Daraufhin wurde das zweite Blech (vorgespannte Bewehrung 5) in einem Abstand von 5 mm um 90° versetzt in Richtung der y-Achse montiert (2. Schicht: y-Orientierung). Die Giessform wurde nun mit der Kunststoffmatrix 1 bis zu einer Höhe von 50 mm aufgefüllt. Alles weitere ergab sich gemäss Behandlungsweise nach Beispiel I. Die Richtungen der Spannungen sind durch Pfeile 6 und 7 angedeutet. Bei der Belastung der Platte auf Biegung wurden die auf der Zugseite wirkenden Spannungen in der Kunststoffmatrix 1 durch Druckvorspannungen abgebaut, so dass die Platte höher beansprucht werden konnte. To produce a composite material in the form of a 50 mm thick plate that can be subjected to bending, two sheets of a shape memory alloy according to Example I were first prepared. The sheets had the dimensions 200x200x0.5 mm. After the usual pretreatment, the sheets were stretched parallel to a longitudinal edge by 4% each. The first sheet (prestressed reinforcement 4) was fastened in a casting mold at a distance of 5 mm from the floor in such a way that the direction of stretching was in the direction of a selected x-axis (1st layer: x-orientation). The second sheet (prestressed reinforcement 5) was then installed at a distance of 5 mm and offset by 90 ° in the direction of the y-axis (2nd layer: y-orientation). The mold was now filled with the plastic matrix 1 up to a height of 50 mm. Everything else resulted from the treatment according to Example I. The directions of the stresses are indicated by arrows 6 and 7. When the plate was subjected to bending, the stresses acting on the tension side in the plastic matrix 1 were reduced by prestressing, so that the plate could be subjected to higher loads.

Ausführungsbeispiel V Embodiment V

Siehe Fig. 6. See Fig. 6.

Zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes in Rohrform wurde zunächst eine Bewehrung 8 als dünnwandiges Rohr (0,5 mm Wandstärke) aus einer Gedächtnislegierung hergestellt. Der Innendurchmesser des Rohres betrug 15 mm. Nach der üblichen Vorbehandlung gemäss Beispiel I wurde das Rohr über einem Dorn im Durchmesser um 4% aufgeweitet, konzentrisch in eine aus dem Mantel 9 und dem Kern 10 bestehende runde Giessform eingesetzt und mit der Kunststoffmatrix 1 beidseitig umgössen. Nach dem Aushärten der Kunststoffmatrix erfolgte die Wärmebehandlung gemäss Beispiel I. Bei Beanspruchung des Rohres auf Innendruck wurden die in der Kunststoffmatrix 1 auftretenden Ring-Zugspannungen teilweise durch Druckvorspannungen abgebaut und von der Bewehrung 8 aufgenommen. Dadurch konnte das Rohr höhere Innendrücke aushalten, ohne dass radiale Risse auftraten. To produce a composite material in the form of a tube, a reinforcement 8 was first produced as a thin-walled tube (0.5 mm wall thickness) from a memory alloy. The inside diameter of the tube was 15 mm. After the customary pretreatment according to Example I, the tube was expanded by 4% in diameter over a mandrel, inserted concentrically into a round casting mold consisting of the jacket 9 and the core 10, and cast on both sides with the plastic matrix 1. After the hardening of the plastic matrix, the heat treatment was carried out according to example I. When the pipe was subjected to internal pressure, the ring tensile stresses occurring in the plastic matrix 1 were partially reduced by compressive prestressing and absorbed by the reinforcement 8. This allowed the pipe to withstand higher internal pressures without radial cracks.

Ausführungsbeispiel VI Embodiment VI

Siehe Fig. 7. See Fig. 7.

Der Verbundwerkstoff in Rohrform wurde mit einer vorgespannten Bewehrung 11 in Wendelform ausgeführt. Zunächst wurde ein Draht aus einer Formgedächtnislegierung gemäss Beispiel I behandelt einschliesslich Kaltrecken um 4%. Nun wurde der Draht auf ein bereits ausgehärtetes Kunststoffrohr mit dem gewünschten Innendurchmesser aufgewickelt und der entstehende Wendel fixiert. Dann wurde das Ganze in einer Giessform mit der aussen zu liegenden Kunststoffmasse umgössen, The composite material in the form of a tube was designed with a prestressed reinforcement 11 in a spiral shape. First, a wire made of a shape memory alloy according to Example I was treated, including cold stretching by 4%. Now the wire was wound onto an already hardened plastic tube with the desired inside diameter and the resulting spiral was fixed. Then the whole thing was encased in a mold with the plastic mass lying outside,

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

663 758 663 758

ausgehärtet und warmbehandelt. Die Bewehrung 11 kann auch Wendelform in der Gestalt einer dichten Drahtlage aufweisen, wobei die einzelnen Windungen sich gegenseitig berühren. cured and heat treated. The reinforcement 11 can also have a helical shape in the form of a dense wire layer, the individual turns touching one another.

In Abweichung dieses Verfahrens kann die Bewehrung 11 auch als freistehender Wendel hergestellt und gemäss Beispiel V allseitig aussen und innen mit Kunststoffmatrix 1 umgössen werden. Alle übrigen Verfahrensschritte bleiben sich gleich. In deviation from this method, the reinforcement 11 can also be produced as a free-standing helix and, according to example V, can be encapsulated on the outside and inside with a plastic matrix 1. All other procedural steps remain the same.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele begrenzt. Der Grundgedanke besteht darin, in den auf Zug beanspruchten Teilen der Kunststoffmatrix 1 durch eine in situ mittels einer Wärmebehandlung des Werkstoffs in der Bewehrung 2 erzeugte Vorspannung eine Druckvorspannung zu induzieren, welche die im Betrieb auftretenden Zugspannungen auf ein zulässiges Mass abbaut. Dies geschieht mit Hilfe einer Bewehrung 2, welche aus einem thermoelastischen Material, vorzugsweise aus einer Formgedächtnislegierung des Typs Cu/ Al, Cu/Al/Ni, Cu/Zn, Cu/Zn/Al, (As = 80 bis 150 °C), Ni/Ti oder The invention is not limited to the exemplary embodiments. The basic idea is to induce a compressive prestress in the parts of the plastic matrix 1 which are subjected to tension by a prestress generated in situ by means of a heat treatment of the material in the reinforcement 2, which prestress reduces the tensile stresses occurring during operation to an admissible level. This is done with the aid of a reinforcement 2, which is made of a thermoelastic material, preferably a shape memory alloy of the type Cu / Al, Cu / Al / Ni, Cu / Zn, Cu / Zn / Al, (As = 80 to 150 ° C), Ni / Ti or

Ni/Ti/Cu (As = bis 80 °C) besteht. Bedingungist, dass die charakteristischen Temperaturen sich wie folgt verhalten: Ni / Ti / Cu (As = up to 80 ° C). The condition is that the characteristic temperatures behave as follows:

Th<As<TG, Th <As <TG,

5 5

wobei in which

Th = Härtetemperatur (Verarbeitungstemperatur) der Kunststoffmatrix 1 Th = hardening temperature (processing temperature) of the plastic matrix 1

Tg = Glastemperatur (Erweichungstemperatur) derKunst-lo stoffmatrix 1 Tg = glass transition temperature (softening temperature) of the plastic material matrix 1

As = Umwandlungstemperatur des thermoelastischen Materials (Beispiel: Bewehrung 2) von der Tief- in die Hochtemperaturphase. As = transition temperature of the thermoelastic material (example: reinforcement 2) from the low to the high temperature phase.

Als Kunststoffmatrix 1 können Epoxy- oder Polyesterharze 15 Verwendung finden. Alle angegebenen B eispiele können auch als Bewehrung 2 einen thermoelastischen Kunststoff in Faser-, Gewebe-, Seil-, Platten- oder Rohrform enthalten. Epoxy or polyester resins 15 can be used as the plastic matrix 1. All of the examples given can also contain, as reinforcement 2, a thermoelastic plastic in fiber, fabric, rope, plate or tube shape.

M M

3 Blatt Zeichnunger 3 sheets of drawings

Claims (8)

663 758 PATENTANSPRÜCHE663 758 PATENT CLAIMS 1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes mit hoher Zugfestigkeit, bestehend aus einer Kunststoffmatrix mit einer eingebetteten Bewehrung, dadurch gekennzeichnet, dass als Bewehrung ein einen Formgedächtniseffekt zeigendes, ther-moelastisches Material eingesetzt wird und dass die in die Kunststoffmatrix eingebettete Bewehrung durch eine den Formgedächtniseffekt auslösende, die Bewehrung unter Zugspannung setzende Wärmebehandlung zur Ausübung einer Druckvorspannung auf die Kunststoffmatrix gezwungen wird. 1. A method for producing a composite material with high tensile strength, consisting of a plastic matrix with embedded reinforcement, characterized in that a thermo-elastic material showing a shape memory effect is used as the reinforcement and that the reinforcement embedded in the plastic matrix is triggered by a shape memory effect , the reinforcement under tensile heat treatment is forced to exert a prestress on the plastic matrix. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bewehrung ein thermoelastischer Kunststoff hoher Zugfestigkeit eingesetzt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that a thermo-elastic plastic of high tensile strength is used as reinforcement. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bewehrung eine einen Einweg-Effekt zeigende Formgedächtnislegierung eingesetzt wird, deren Tieftemperaturphase im Bereich der Verarbeitungs- oder Aushärtetemperatur des Kunststoffes liegt. 3. The method according to claim 1, characterized in that a one-way effect shape memory alloy is used as reinforcement, the low-temperature phase is in the range of the processing or hardening temperature of the plastic. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrung (2) in Form von mindestens einer Schar unter sich paralleler Drähte oder Bänder in die Kunststoffmatrix eingebettet wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the reinforcement (2) is embedded in the form of at least one family of parallel wires or bands in the plastic matrix. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrung (2) in Form von 2 oder 3 sich orthogonal schneidenden Scharen paralleler Drähte eingebettet wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that the reinforcement (2) in the form of 2 or 3 orthogonally intersecting sets of parallel wires is embedded. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrung (3) in Form von mindestens einem Drahtgeflecht eingebettet wird. 6. The method according to claim 3, characterized in that the reinforcement (3) is embedded in the form of at least one wire mesh. 7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrung (4,5) in Form von mindestens einem Blech auf einer Seite der Kunststoffmatrix (1) in diese Matrix eingebettet wird, welche Seite für eine Biegebelastung als Zugseite vorgesehen ist. 7. The method according to claim 3, characterized in that the reinforcement (4,5) in the form of at least one sheet on one side of the plastic matrix (1) is embedded in this matrix, which side is intended as a tensile side for a bending load. 8. Verfahrennach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrung (8,11) in Form von einem Rohr oder einem Wendel allseitig in die Kunststoffmatrix (1) eingebettet wird. 8. The method according to claim 3, characterized in that the reinforcement (8, 11) in the form of a tube or a spiral is embedded on all sides in the plastic matrix (1).
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