DE1704670C3 - Verstärkungseinlage für Kunststoffgegenstände und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkungseinlage für Kunststoffgegenstände, bestehend aus mindestens zwei Faserschichten, von denen die erste Schicht aus nebeneinanderliegenden Faserbündeln besteht und mit der zweiten, flächenhaften, dünnen Trägerschicht verbunden ist, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verstärkungseinlage.

Durch Einlagen verstärkte Kunststoffgegenstände, so beispielsweise glasfaserverstärkte Kunststoffe, besitzen meist einen verhältnismäßig niedrigen Elastizitätsmodul. Dies führt bei biegebelasteten Konstruktionen und anderen Teilen, die nicht zu michgiebig sein dürfen, zu relativ hohen Wandstärken und Flächengewichten.

In der CH-PS 4 38 696 wird nun eine solche Verstärkungseinlage für Kunstsioffgegenstände beschrieben, bei welcher der Elastizitätsmodul durch die Verwendung von Asbestfasern etwas erhöht wird. Bei dieser Verstärkungseinlage sind parallele Bündel aus Glas- &> faserfilamenten mit einem Wirrvlies aus Asbestfasern kombiniert, wobei die Glasfaserbündel zusammen eine nahezu geschlossene flache Schicht bilden, auf welcher das Asbestfaservlies angeordnet ist.

Die hierdurch erreichbare Erhöhung des Elastizitätsmoduls ist jedoch für viele Anwendungsfälle zu gering. Ihr Vorteil wird überdies weilgehend dadurch wieder aufgehoben, daß die Zugfestigkeit der Verstärkungseinlage infolge der Kurzfasrigkeit der Asbestfasern erheblich absinkt Weiterhin ist der Einsatz von Asbes;fasern noch insofern nachteilig, als er die Verstärkungseinlage unnötig schwer macht und verteuert, wenn deren Hitzebeständigkeit, wie bei den meisten Kunststoffgegenständea gar nicht ausgenutzt werden kann.

Aus der FR-PS 14 81 753 ist eine Verstärkungseinlage der eingangs genannten Art bekannt welche es gestattet den Elastizitätsmodul in gewissen Grenzen zu beeinflussen. Dort wird die zweite Faserschicht durch Einpressen von karoförmigen Vertiefungen in ein Glasfaservlies gebildet so daß in der nicht oder nur wenig zusammengepreßten ersten Faserschicht etwas erhöhte Bereiche geringerer Dichte entstehen, die bei einem anschließenden imprägnieren mehr Kunststoff aufzunehmen vermögen als die zusammengepreßten Bereiche der zweiten Schicht. Hierdurch ist aber nur eine minimale Erhöhung der Biegefestigkeit zu erzielen. weil im wesentlichen nur eine Verlagerung des Kunststoffes erfolgt Überdies wird das Verstärkungsmaterial nur schlecht ausgenutzt, weil die Verdichtung des Materials gerade an den Stellen geringster Belastung erfolgt.

Der Erfindung liegt nun demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkungseinlage für Kunststoffgegenstände der eingangs genannten Art zu schaffen, die durch eine einfach zu erzielende Formgebung eine erheblich größere Biegesteifigkeit bei dem hiermit ausgerüsteten Kunststoffgegenstand zu erreichen gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Faserbündel der ersten Schicht als Rippen auf der Trägerschicht angewebt sind.

Hierdurch wird erreicht, daß die Hauptmasse der verstärkenden Fasern sich auch tatsächlich an den Stellen stärkster Biegebeanspruchung befindet, so daß das Verstärkungsmaterial optimal ausgenutzt wird. Auch die Kunststoffaufnahme wird geringer, so daß das Flächengewicht noch weiter abnimmt. Diese Verstärkungseinlage hat den weiteren Vorteil, daß zu ihrer Herstellung keine aufwendigen Vorrichtungen nötig sind.

Vorteilhafterweise bestehen — wie bei der genannten französischen Patentschrift — die Trägerschicht und gegebenenfalls auch die Faserbündel der ersten Schicht aus Glasfasern. Nach weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind die Faserbündel parallel im Abstand voneinander oder karoförmig angeordnet.

Andere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen. Dabei haben die Ansprüche 2 bis 9 keine selbständige Bedeutung, sondern gelten nur in Verbindung mit dem Anspruch 1.

Dip Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Strangrippen-Karogewebe mit Versteifungs- und Verstärkungswirkung in Längs-, Quer- und — in geringerem Maße — auch Diagonalrichtung,

F i g. 2 das gleiche Gewebe wie in F i g. 1, jedoch nur mit Längsrippen und dementsprechender Wirkung in Längsrichtung,

Fig.3 ein fertiges Kunststoff-Laminat unter Verwendung einer Verstärkungseinlage nach F i g. 1 und

Fig.4 ein Kunststoff-Laminat ähnlich demjenigen nach F i g. 3, jedoch mit beidseitig glatter Oberfläche.

F i g. 1 zeigt eine Trägerschicht 1, die als dünnes Grundgewebe aus Glasseide oder anderer Materialien ausgebildet ist. Mit der Trägerschicht 1 sind Längs- und Querrippen 2 und 3 verbunden, die durch Faserbündel

aus annähernd parallel und dicht neben- und übereinander liegenden Glasseidenfäden oder Fäden aus anderen Materialien gebildet und an das Grundgewebe angewebt sind.

In F i g. 2 sind lediglich Längsrippen 2 dargestellt, die an das Grundgewebe der Trägerschicht 1 angewebt sind.

F i g. 3 zeigt die Verstärkungseinlage nach F i g. 1 auf einem Grundlaminat 4 herkömmlicher Art, das mit einer Deckschicht 5 abgedeckt ist und in einer Form 6 ruht.

In F i g. 4 ist die Verstärkungseinlage nach F i g. 1 nicht mit der Trägerschicht 1, wie in Fig.3, sondern mit den Rippen 2 und 3 auf dem Grundlaminat 4 befestigt, so daß ein Kunststoff-Laminat mit beidseitig glatter Oberfläche gebildet werden kann.

Mit Hilfe der stark relief- oder rippenartig ausgebildeten Verstärkungs-Faserbündel (F i g. ι und 2), welche zusammen mit der Trägerschicht mit einem Kunstharz, vorzugsweise einem Epoxid- oder Polyesterharz, getränkt und in einem Arbeitsgang verarbeitet werden und aushärten, wird das Trägheits- und Widerstandsmoment der Laminate (F i g. 3 und 4) auf engem Raum angehoben. Dieser querschnittsbedingte Effekt wird durch den etwa verdoppelten Elastizitätsmodul der Faserbündel-Rippen noch erhöhl (gemessen an einem Gewebelaminat beidseitig gleicher Festigkeit und 50 Gewichtsprozent Glasfasergehalt).

Die Zugfestigkeit kann bis zu etwa 90 kg/mm* betragen. Laminate unter einem Flächengewicht von 5 kg/m², z. B. für glasfaserverstärkte Kunststoff-Sportboote, wo hohe Steifigkeit und ein geringes Gewicht von besonderer Bedeutung sind, können auf diese Weise — bei gleichem Gewicht wie bisher — um das Zweibis Vierfache versteift und erheblich biegeverstärkt werden.

Die Versteifungs- und Verstärkungswirkung und die Gewichtsersparnis durch den Einsatz der Faserbündel-Verstärkungsrippen steigt im Verhältnis zu herkömmlichen Laminaten gleichmäßiger Bauhöhe mit sinkendem Quadratmetergewicht der rippenverstärkten Laminate an und erreicht seinen Höhepunkt in der für sich allein verarbeiteten Rippenverstärkung.

Als Anwendungsgebiete der Erfindung kommen in Betracht: Sportboote und Boote allgemein, Karosserie- und Fahrzeugteile, Industrieteile, Flugzeug- und Raumfahrzeugteile, Platten, Meterware usw.

Die Verstärkungseinlage kann auf herkömmlichen Webmaschinen hergestellt werden. Es ist möglich, die Einlage nach F i g. 2 in Schußplissee-Webtechnik mit verstärkter Kettrichtung zu produzieren, wobei besonders hohe Rippen möglich sind.

Die Faserbündel-Rippen können mit Geweben, Maschenware, Matten, Vliesen oder anderen weichen und flächigen Trägerschichten in beliebiger Weise und Anordnung verbunden werden.

Die Anordnung der Faserbündel-Rippen und ihr Abstand zueinander, die Rippenhöhe und -breite, die Rippenlage im, am und über der Trägerschicht, die Bindung und das Material, die Ausrüstung und gegebenenfalls das Füllmaterial der Faserbündel-Rippen können verändert werden.

Die Verarbeitung der Verstärkungsrippen kann im Auflegeverfahren von Hand erfolgen; sie entspricht im Prinzip der Handhabung bis jetzt bekannter Glasseidengewebe und -matten.

Der unter normalen Bedingungen erreichbare Glasgehalt beträgt etwa 50 Gewichtsprozent.

Das Verstärkungsmaterial der Faserbündel-Rippen wird bei Laminaten, die auf einer Seite glatt sein sollen, in den meisten Fällen als letzte Lage aufgeschichtet (F i g. 3). Es soll, besonders bei stärkeren Grundlaminalen. auf das gut angehärtete Grundlaminat aufgelegt werden, wodurch ein Eindrücken der Rippen in den weichen Untergrund vermieden wird. Je höher die Rippen zu stehen kommen, desto höher ist die Steifheit, Biegebelastbarkeit und mögliche Gewichtserspanis.

Das Kunstharz darf nicht auf die Verstärkungsrippen aufgegossen werden, sondern muß mittels Laminierwalzen oder Pinsel unter mäßigem Druck sparsam aufgetragen und mit einer schmalen, langborsiigen Plüschwalze oder einem Pinsel mit verstärktem Druck verteilt werden. Die Rippen durchtränken weitgehend selbsttätig. Ihre Tränkzeit beträgt je nach Gewebe, Harzart und Viskosität etwa 3 bis 20 Minuten.

Eine Gefahr stellt der hohe Härtungsschwund von Polyesterharz dar. Besonders bei Laminaten unter etwa 4 kg/m² kann es zu Rippenabzeichnungen auf der sonst glatten Oberseite kommen. Durch den Einsatz von Epoxidharz kann man diesen Schwierigkeiten wirkungsvoll entgegentreten, und es sind, neben einer Qualitätsverbesserung, noch leichtere Konstruktionen als mit Polyesterharz möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verstärkungseinlage für Kunststoffgegenstände, bestehend aus mindestens zwei Faserschichten. von denen die erste Schicht aus nebeneinanderliegenden Faserbündeln besteht, und mit der zweiten, flächenhaften, dünnen Trägerschicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbündel der ersten Schicht als Rippen (2. 3) auf der Trägerschicht (1) angewebt sind.

2. Verstärkungseinlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (1) aus Glasfasern besteht

3. Verstärkungseinlage nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbündel der Rippen (2, 3) aus Glasfasern bestehen.

4. Verstärkungseinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbündel der Rippen (2) streifenförmig parallel im Abstand voneinander liegen.

5. Verstärkungseinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbündel der Rippen (2, 3) karoförmig angeordnet sind.

6. Verfahren zum Herstellen einer Verstärkungseinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbündel der Rippen an dünne Grundgewebe angewebt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Anwendung der Schußplissee-Webtechnik.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Anwendung der Schußplissee-Webtechnik mit verstärkter Kettrichtung.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch die Anwendung der Webdrehertechnik.