DE102014113279A1 - Faserverbundbauteil mit einem elektrisch leitfähigen Fasermaterial zur Verstärkung sowie Vorrichtung zur Herstellung desselben - Google Patents

Faserverbundbauteil mit einem elektrisch leitfähigen Fasermaterial zur Verstärkung sowie Vorrichtung zur Herstellung desselben Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil (1) als Strukturbauteil eines Luftfahrzeuges, umfassend ein mattenförmiges elektrisch leitfähiges Fasermaterial, das in mehreren Lagen (2a, 2b) in einer Kunstharzmatrix eingebettet ist, wobei einzelne Fasern als freie Faserenden (4a, 4b, 4c) aus der Flächenebene des mattenförmigen Fasermaterials abstehen, um eine elektrische Brückenverbindung zwischen benachbarten Lagen (2a, 2b) des Fasermaterials durch eine dazwischenliegende Kunstharzschicht (3) hindurch zu bilden. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Fasermaterials.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil als Strukturbauteil eines Luftfahrzeuges, umfassend ein mattenförmiges elektrisch leitfähiges Fasermaterial, das in mehreren Lagen in einer Kunstharzmatrix eingebettet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung des elektrisch leitfähigen Fasermaterials hierfür.
  • Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf den Luftfahrzeugbau. Insbesondere Strukturbauteile eines Luftfahrzeuges, wie beispielsweise der Flugzeugrumpf und/oder Flugzeugflügel, können aus Faserverbundbauteilen hergestellt werden. Vornehmlich kommen hierfür kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) zum Einsatz, bei denen Kohlenstofffasern in mehreren Lagen als Verstärkung in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind. Die Matrix kann dabei aus Duromeren oder aus Thermoplasten bestehen.
  • Die Herstellung von Faserverbundbauteilen kann mithilfe vorimprägnierter Fasern – sogenannter Prepregs – bestehend aus Kohlenstofffasern und einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix erfolgen, welche in eine Form eingelegt und unter Druck und Temperatur ausgehärtet werden, vorzugsweise durch Autoklavpressen. Das erfindungsgemäß ausgebildete elektrisch leitfähige Fasermaterial wird dagegen in der Regel in Infusions- oder Injektionsverfahren zu CFK-Bauteilen verarbeitet. Nach dem trockenes Fasermaterial auf diese Weise mit Harz getränkt ist, werden diese ausgehärtet. Dies kann in einer geschlossenen Form unter Anwendung des sogenannten RTM-Verfahrens oder in einer einseitigen Form unter Anwendung des Vakuuminfusionsverfahrens erfolgen.
  • Das Fasermaterial eines hier interessierenden Faserverbundwerkstoffs kann prinzipiell als Gelege, Gewirk, Gewebe oder Vlies mattenfömig ausgebildet sein. Gelege sind nichtgewebte textile Flächengebilde, deren Fasern parallel nebeneinander abgelegt und durch Wirkfäden in ihrer Lage fixiert sind. Durch das Übereinanderlegen von mehreren Faserlagen in verschiedenen Winkeln zueinander entsteht beispielsweise ein multiaxiales textiles Gelege, welches als Verstärkungsfasern im Rahmen von Faserverbundbauteilen eine belastungsgerechte Faserorientierung ermöglicht. Ein Gewirk ist ein aus einem Fadensystem durch Maschenbildung hergestelltes textiles Flächengewebe, bei denen eine Fadenschlinge in eine andere geschlungen wird. Dagegen ist ein Gewebe ein Oberbegriff für manuell oder maschinell gefertigte textile Flächengebilde aus mindestens zwei rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig verkreuzten Fadensystemen, nämlich Kettfäden und Schussfäden.
  • Daneben ist es auch möglich, ein Fasermaterial zur Verwendung als Verstärkungseinlage in einem Faserverbundwerkstoff als Vlies auszubilden. Ein Vlies ist ein textiles Gebilde aus Fasern begrenzter Länge, Endlosfasern oder geschnittenen Garnen jeglicher Art, die auf irgendeine Weise zu einer mattenförmigen Faserschicht zusammengefügt und auf irgendeine Weise miteinander verbunden worden sind.
  • Die Kohlenstofffasern eines CFK-Bauteils sind elektrisch leitfähig. Dagegen wirkt die diese umgebende Kunststoffmatrix als elektrischer Isolator. Dies bewirkt, dass hieraus hergestellte Faserverbundwerkstoffe zwar in der Richtung ihrer Flächenerstreckung elektrisch leitfähig sind; durch die meist mehreren Lagen von Kohlenstofffasermatten mit Zwischenschichten aus Kunstharzmaterial ist eine elektrische Leitfähigkeit in Dickenrichtung jedoch unterbrochen. Für einen Blitzschlagschutz des hier interessierenden Faserverbundwerkstoffes ist jedoch eine hinreichende elektrische Leitfähigkeit auch in Dickenrichtung zu erzeugen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Aus der US 6,749,012 B2 geht ein Strukturbauteil für ein Luftfahrzeug hervor, dessen Verstärkung aus einem textilen Vlies besteht, das zum Blitzschlagschutz in Dickenrichtung von einer gitterförmig über die Fläche eingebrachten Naht aus einem elektrisch leitfähigen Garn, beispielsweise einem metallischen Faden, durchsetzt ist. Vorzugsweise wird das elektrisch leitfähige Garn vor dem Aushärten der Kunstharzmatrix in das Bauteil eingebracht. Daneben kann auch ein elektrisch nicht leitfähiger Polymerfaden zusätzlich vernäht werden.
  • Zwar schafft das durch die spezielle Naht gebildete elektrisch leitfähige gitterförmige Netzwerk einen Blitzschlagschutz für das Strukturbauteil, allerdings ist die Belastbarkeit eines aus dieser Verstärkung hergestellten Strukturbauteils recht begrenzt. Zur Erhöhung der Belastbarkeit ist eine Erhöhung der Bauteildicke erforderlich, welche zu einer unerwünschten Steigerung des Bauteilgewichts führen würde.
  • Die DE 10 2007 075 491 B4 offenbart ein kohlenfaserverstärktes Strukturbauteil für den Flugzeugbau, welches durch einen mehrlagigen Aufbau der Verstärkung in Verbindung mit der Harzmatrix relativ hohen mechanischen Belastungen standhält. In die Harzmatrix sind daneben auch Carbonanotubes eingebettet, welche durch Erzeugung einer hohen elektrischen Leitfähigkeit für einen Blitzschlagschutz des Strukturbauteils sorgen.
  • Ferner ist eine Stromquelle vorgesehen, welche einen elektrischen Strom in das Strukturbauteil leitet, um durch Aufheizen desselben eine Enteisung zu realisieren, wobei eine Entladeeinrichtung für eine Abgabe der Ladung an die Atmosphäre vorgesehen ist und die Stromquelle als eine Induktionseinrichtung wirkt. Durch die integrierten Carbonanotubes lässt sich eine elektrische Ladung, insbesondere von einem Blitzeinschlag, sehr schnell und unter Vermeidung von Funkenbildung abführen.
  • Die WO 2011/114140 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils dessen Fasermaterial als Prepreg verarbeitet wird. Das Prepreg umfasst eine Strukturschicht aus elektrisch leitenden Fasern und wärmehärtbarem Kunstharz in den Zwischenräumen. Eine äußere Schicht aus wärmehärtbarem Kunstharz ist vorgesehen, die mit elektrisch leitfähigen Fasern an der Grenzfläche zwischen der Strukturschicht und der sich außen befindlichen Harzschicht versehen ist. Im ausgehärteten Zustand wird hierdurch ein gehärtetes Faserverbundmaterial erzeugt, das eine gehärtete Strukturschicht mit hierin verpackten leitfähigen Fasern umfasst und eine äußere Schicht aus gehärtetem Kunstharz. In der äußeren Schicht aus gehärtetem Kunstharz ragt ein Teil der elektrisch leitfähigen Fasern hinein. Dies erhöht die elektrische Leitfähigkeit in Dickenrichtung des Faserverbundbauteils. Diese technische Lösung ist jedoch auf vorimprägniertes Fasermaterial, also Prepregs, ausgerichtet.
  • Es ist dem gegenüber die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein im Infusions- oder Injektionsverfahren hergestelltes elektrisch leitfähiges Faserverbundteil zu schaffen, welches in technisch einfacher Weise mit einem zuverlässigen Blitzschlagschutz versehen werden kann.
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch Anspruch 1 gelöst. Hinsichtlich einer Vorrichtung zur Herstellung eines hierfür verwendeten speziellen Fasermaterials wird auf Anspruch 2 verwiesen. Die rückbezogenen Ansprüche beschreiben weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein elektrisch leitfähiges Faserverbundbauteil mehrere Lagen eines mattenförmigen Fasermaterials umfasst, das in einer Kunstharzmatrix eingebettet ist, wobei freie Faserenden, die zumindest aus der Flächenebene voneinander zugewandten Lagen abstehen, eine elektrische Brückenverbindung zwischen benachbarten Lagen des Fasermaterials durch die Kunstharzschicht hindurch bilden.
  • Es wird damit in vorteilhafter Weise die elektrisch isolierend wirkende Kunstharzschicht zwischen zwei benachbarten Lagen elektrisch überbrückt und hierdurch wird die elektrische Leitfähigkeit in Dickenrichtung des Faserverbundbauteils erhöht, ohne dass zu diesem Zweck auf eine Prepreg-Fertigung zurückgegriffen werden muss. Denn die erfindungsgemäße Lösung eignet sich insbesondere für die Herstellung von Faserverbundbauteilen im herkömmlichen Infusions- oder Injektionsverfahren. Dagegen sind bei der Prepreg-Fertigung Fasermatten mit Kunstharz imprägniert und werden zwischen Rollen geführt, um diese zu verfestigen. Hierbei werden freie Faserenden, die aus der Flächenebene des imprägnierten Fasermaterials abstehen durch die Rollen wieder in das Faserverbundmaterial zurückgedrückt. Demgegenüber werden bei dem Infusions- oder Injektionsverfahren die freien Faserenden durch den Durchfluss von Kunstharz während des Formprozesses bewegt und können hierdurch benachbarte Lagen von Fasermaterial miteinander elektrisch kontaktieren. Im Gegensatz zur Prepreg-Herstellung erfolgt die Fertigung also nicht mit vorimprägniertem, sondern trockenem Fasermaterial mit speziell erzeugten freien Faserenden, die aus der Flächenebene hervorstehen, um die elektrischen Kontaktfasern zu bilden. Diese verbleiben während der Zugabe des Kunstharzes im Wesentlichen in ihrer abstehenden Position. Durch die Möglichkeit, in Dickenrichtung elektrisch leitfähige Faserverbundbauteile im Infusions- oder Injektionsverfahren herstellen zu können, können Faserverbundbauteile mit vergleichsweise höherer statischer Festigkeit gefertigt werden und es sind vergleichsweise weniger freie Faserenden erforderlich, um eine hinreichende elektrische Leitfähigkeit bei diesem Bauteil zu erzeugen.
  • Zur Erzeugung der aus der Flächenebene des mattenförmigen trockenen Fasermaterials abstehenden freien Faserenden wird das Material gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer hierfür zu verwendenden Vorrichtung im trockenen Zustand über mehrere Rollen entlang einer Bearbeitungsstrecke transportiert. Dabei kann das mattenförmige Fasermaterial abwechselnd über und unter die Rollen verlaufen und auf die Oberfläche des Fasermaterials wirken an zumindest einer Stelle der Bearbeitungsstrecke mechanische Brechmittel zu Erzeugung der freien Faserenden auf der Oberfläche des Fasermaterials ein.
  • Diese mechanischen Brechmittel können beispielsweise als Rollen mit einer rauen oder strukturierten Oberfläche ausgebildet werden, die mit einer anderen Drehzahl rotieren als die übrigen transportierenden Rollen der Vorrichtung. Hierdurch wird die Oberfläche des Fasermaterials durch den auftretenden Schlupf aufgeraut und einzelne Faserenden brechen hervor.
  • Die strukturierte Oberfläche der als Brechmittel vorgesehenen Rollen kann beispielsweise als nadelförmige oder kantenförmige Anformungen auf deren Oberfläche ausgeführt werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die mechanischen Brechmittel als mehrere scharfe oder stumpfe Kantenelemente auszubilden, die auf die Oberfläche des Fasermaterials während des Transports entlang der Bearbeitungsstrecke schabend einwirken. Diese Kantenelemente können je nach Stärke des gewünschten Aufbrecheffekts und Anzahl der zu erzeugenden Faserenden im Querschnitt rechteckig, rechteckig mit abgerundeten Kanten, messerförmig oder dergleichen ausgebildet sein.
  • Ferner ist es möglich, die mechanischen Brechmittel als Nadelstanzwerkzeug auszubilden, dessen einzelnen Nadeln das mattenförmige Fasermaterial in Querrichtung durchstechen, um hierdurch an der von der Durchstoßseite rückwärtigen Seite des mattenförmigen Fasermaterials durch Ausbrechen aus der Oberfläche freie Faserenden zu erzeugen und von der Oberfläche abzuheben. Diese Methode entspricht in etwa einem Stanzvorgang und es können mehrere Lagen von Fasermaterial gleichzeitig bearbeitet werden. Insbesondere wenn große Teile des Lagenaufbaus eines Bauteils gleichzeitig bearbeitet werden, kann es sinnvoll sein nicht das Fasermaterial sondern das Stanzwerkzeug zu bewegen.
  • Das mit einem solchen elektrisch leitfähigen Faserverbundbauteil hergestellte blitzeinschlaggeschützte Flugzeugstrukturbauteil lässt sich in an sich bekannter Weise beispielsweise durch autoklavlose Härtung im Ofen produzieren. Hierfür wird das Fasermaterial als elektrisch leitfähige Verstärkung eines Faserverbundbauteils zumindest zweilagig in eine Bauteilform eingelegt und in Kunstharz als Matrix eingebettet und ausgehärtet. Das erfindungsgegenständliche Fasermaterial eignet sich jedoch auch für andere Herstellverfahren zur Erzeugung von CFK-Bauteilen, beispielsweise durch Handlaminieren, Vakuumformen und dergleichen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
  • 1 einen Querschnitt durch das Faserverbundmaterial mit freien Faserenden zur Bildung einer elektrischen Brückenverbindung zwischen benachbarten Lagen,
  • 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform für eine Vorrichtung zur Bearbeitung des mattenförmigen Fasermaterials zur Erzeugung der freien Faserenden,
  • 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform für eine Vorrichtung zur Bearbeitung des mattenförmigen Fasermaterials zur Erzeugung der freien Faserenden, und
  • 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform für eine Vorrichtung zur Bearbeitung des mattenförmigen Fasermaterials zur Erzeugung der freien Faserenden.
  • Detailbeschreibung der Zeichnung
  • Gemäß 1 besteht ein als Strukturbauteil eines Luftfahrzeuges hier ausschnittsweise im Querschnitt dargestelltes Faserverbundbauteil 1 aus zwei Lagen 2a und 2b aus einem mattenförmigen Fasermaterial, hier einem Vliesmaterial, aus Kohlenstofffasern, das in einer Kunstharzmatrix eingebettet ist. Zwischen den beiden Lagen 2a und 2b des Fasermaterials befindet sich eine Kunstharzschicht 3. Zur Herstelllung einer elektrischen Brückenverbindung in Dickenrichtung des Faserverbundbauteils 1 stehen einzelne Fasern als freie Faserenden 4a bis 4c aus der Flächenebene der Lagen 2a, 2b des mattenförmigen Fasermaterials hervor und kommen an der Oberfläche der gegenüberliegenden Lage 2b beziehungsweise 2a zur Anlage.
  • Zur Herstellung eines solchen mattenförmigen Fasermaterials mit oberflächlich abstehenden freien Faserenden kann eine Vorrichtung nach 2 eingesetzt werden, die das Fasermaterial (fette Linie) mit Hilfe mehrerer Rollen 5a bis 5d entlang einer Bearbeitungsstrecke 6 transportiert. Dabei wirken mechanische Brechmittel zur Erzeugung freier Faserenden 4 (exemplarisch) auf die Oberfläche des Fasermaterials ein. Als mechanische Brechmittel dienen hier zwei Rollen 5b und 5c mit strukturierter Oberfläche, die mit einer anderen Drehzahl als die übrigen – insoweit nur transportierenden – Rollen 5a und 5d angetrieben sind. Aus dem daraus resultierenden Schlupf entsteht ein Aufbrechen der Fasern zur Erzeugung freier Faserenden 4. Die strukturierte Oberfläche der Rollen 5b und 5c wird in diesem Ausführungsbeispiel durch nadelförmige Anformungen 7 auf der walzförmigen Oberfläche erzeugt.
  • In dem in 3 dargestellten anderen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Herstellung des erfindungsgegenständlichen mattenförmigen Fasermaterials sind die mechanischen Brechmittel als zwei scharfe Kantenelemente 8a und 8b ausgebildet. Die Kantenelemente 8a und 8b wirken schabend auf die Oberfläche des mattenförmigen Fasermaterials ein, so dass freie Faserenden 4 entstehen. Der Transport des Fasermaterials entlang der Bearbeitungsstrecke 6 erfolgt auch hier über zwei äußere Rollen 5a‘ sowie 5b‘.
  • In dem weiteren Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß 4 sind die mechanischen Brechmittel als Nadelstanzwerkzeug 9 ausgebildet, dessen einzelne Nadeln 10 (exemplarisch) das mattenförmige Fasermaterial in Querrichtung durchstechen. Hierdurch werden auf der zum Nadelstanzwerkzeug 9 gegenüberliegenden Seite des mattenförmigen Fasermaterials freie Faserenden 4 (exemplarisch) von der Oberfläche abgehoben.
  • Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, mehr als zwei Lagen des elektrisch leitfähigen Fasermaterials zu einem Faserverbundbauteil mit Blitzschlagschutz zu vereinen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Faserverbundbauteil
    2
    Lage (aus Fasermaterial)
    3
    Kunstharzschicht
    4
    freies Faserende
    5
    Rolle
    6
    Bewegungsrichtung
    7
    Anformung
    8
    Kantenelement
    9
    Nadelstanzwerkzeug
    10
    Nadel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6749012 B2 [0007]
    • DE 102007075491 B4 [0009]
    • WO 2011/114140 A1 [0011]

Claims (9)

  1. Faserverbundbauteil (1) als Strukturbauteil eines Luftfahrzeuges, umfassend ein mattenförmiges elektrisch leitfähiges Fasermaterial, das in mehreren Lagen (2a, 2b) in einer Kunstharzmatrix eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Fasern als freie Faserenden (4a, 4b, 4c) aus der Flächenebene des mattenförmigen Fasermaterials abstehen, um eine elektrische Brückenverbindung zwischen benachbarten Lagen (2a, 2b) des Fasermaterials durch eine dazwischenliegende Kunstharzschicht (3) hindurch zu bilden.
  2. Vorrichtung zur Herstellung eines mattenförmigen Fasermaterials zur Verwendung in einem Faserverbundbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rollen (5a, 5b; 5a‘, 5d‘) das mattenförmige Fasermaterial entlang einer Bearbeitungsstrecke (6) transportieren, wobei mechanische Brechmittel zur Erzeugung der freien Faserenden (4) auf die Oberfläche des Fasermaterials einwirken.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Brechmittel als Rollen (5b, 4c) mit rauer oder strukturierter Oberfläche ausgebildet sind, die mit einer anderen Drehzahl als die übrigen transportierenden Rollen (5a, 5d) rotieren.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der strukturierten Oberfläche der Rollen (5b, 5c) nadelförmige oder kantenförmige Anformungen (7) auf deren Oberfläche angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Brechmittel als mehrere scharfe oder stumpfe Kantenelemente (8a, 8b) ausgebildet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenelemente (8a, 8b) mit einer messerförmigen Kante, abgerundeten Kante oder rechteckigen Kante ausgebildet sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Brechmittel als Nadelstanzwerkzeug (9) ausgebildet ist, dessen Nadeln (10) das mattenförmige Fasermaterial in Querrichtung durchstechen, um die hierdurch abbrechenden freien Faserenden (4) von der Oberfläche des Fasermaterials abzuheben.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Nadelstanzwerkzeug (9) über das ruhende Fasermaterial bewegt, welches den Lagenaufbau eines Faserverbundbauteils (1) teilweise oder vollständig umfasst.
  9. Strukturbauteil eines Luftfahrzeuges, das ein elektrisch leitfähiges Faserverbundbauteil (1) nach Anspruch 1 umfasst.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014118670B4 (de) * 2014-12-15 2016-06-30 Benteler Sgl Gmbh & Co. Kg RTM-Verfahren mit Zwischenfaserschicht

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2249888A (en) * 1937-12-21 1941-07-22 Columbian Rope Co Moldable plastic composition
DE3511046A1 (de) * 1984-04-09 1985-10-17 Westinghouse Electric Corp Antistatische laminate mit langen kohlenstoffasern
DE69326962T2 (de) * 1992-07-13 2000-03-09 Leuven K U Res & Dev Verbundwerkstoff und verbundstruktur basiert auf eine dreidimensionale textilstruktur
US6749012B2 (en) 2002-04-30 2004-06-15 Intel Corporation Liquid cooling system for processors
EP1902830A1 (de) * 2006-09-19 2008-03-26 Quadrant Plastic Composites AG Verfahren zur Herstellung eines thermoplastisch verformbaren Verbundwerkstoffs mit einer hydrophobierten Schicht
WO2011050787A2 (de) * 2009-10-26 2011-05-05 Fachhochschule Dortmund Vorrichtung zur elektrischen kontaktierung elektrisch leitfähiger laminate aus kohlefaserverstärkten kunststoffen (cfk-laminate)
WO2011114140A1 (en) 2010-03-17 2011-09-22 Hexcel Composites Limited Process for manufacturing composite materials
WO2012032091A1 (fr) * 2010-09-07 2012-03-15 European Aeronautic Defence And Space Company Eads France Procede de realisation d'une piece electriquement et/ou thermiquement conductrice en materiau composite et piece obtenue
EP2628589A1 (de) * 2012-02-20 2013-08-21 The Boeing Company Verbundschichten mit exponierter Verstärkung
WO2013190221A1 (fr) * 2012-06-18 2013-12-27 Chomarat Textiles Industries Procede de fabrication d'une armature textile de renforcement pour materiaux composites, et armature ainsi obtenue

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2698476A (en) * 1952-11-25 1955-01-04 Parks & Woolson Machine Corp Fabric napping mechanism
US2730113A (en) * 1954-02-01 1956-01-10 Parks & Woolson Machine Co Fabric carbon duster and method
US2749593A (en) * 1955-01-11 1956-06-12 Parks & Woolson Machine Co Fabric napping mechanism
GB894323A (en) * 1958-11-27 1962-04-18 Caspar Monforts Von Hobe Improvements in textile napping machines
US4086687A (en) * 1972-01-28 1978-05-02 The Fiberwoven Corporation Apparatus for relaxing or loosening needled textile fabrics
EP0020109B1 (de) * 1979-05-24 1984-05-09 Courtaulds Plc Verfahren und Apparat zum Rauhen des Flores von Geweben
US6866911B1 (en) * 2000-04-04 2005-03-15 Milliken & Company Pile fabric having conditioned pile ends

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2249888A (en) * 1937-12-21 1941-07-22 Columbian Rope Co Moldable plastic composition
DE3511046A1 (de) * 1984-04-09 1985-10-17 Westinghouse Electric Corp Antistatische laminate mit langen kohlenstoffasern
DE69326962T2 (de) * 1992-07-13 2000-03-09 Leuven K U Res & Dev Verbundwerkstoff und verbundstruktur basiert auf eine dreidimensionale textilstruktur
US6749012B2 (en) 2002-04-30 2004-06-15 Intel Corporation Liquid cooling system for processors
EP1902830A1 (de) * 2006-09-19 2008-03-26 Quadrant Plastic Composites AG Verfahren zur Herstellung eines thermoplastisch verformbaren Verbundwerkstoffs mit einer hydrophobierten Schicht
WO2011050787A2 (de) * 2009-10-26 2011-05-05 Fachhochschule Dortmund Vorrichtung zur elektrischen kontaktierung elektrisch leitfähiger laminate aus kohlefaserverstärkten kunststoffen (cfk-laminate)
WO2011114140A1 (en) 2010-03-17 2011-09-22 Hexcel Composites Limited Process for manufacturing composite materials
WO2012032091A1 (fr) * 2010-09-07 2012-03-15 European Aeronautic Defence And Space Company Eads France Procede de realisation d'une piece electriquement et/ou thermiquement conductrice en materiau composite et piece obtenue
EP2628589A1 (de) * 2012-02-20 2013-08-21 The Boeing Company Verbundschichten mit exponierter Verstärkung
WO2013190221A1 (fr) * 2012-06-18 2013-12-27 Chomarat Textiles Industries Procede de fabrication d'une armature textile de renforcement pour materiaux composites, et armature ainsi obtenue

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