DE1923622A1 - Composite - Google Patents

Composite

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DE1923622A1
DE1923622A1 DE19691923622 DE1923622A DE1923622A1 DE 1923622 A1 DE1923622 A1 DE 1923622A1 DE 19691923622 DE19691923622 DE 19691923622 DE 1923622 A DE1923622 A DE 1923622A DE 1923622 A1 DE1923622 A1 DE 1923622A1
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Description

ROLLS-ROYCE LIMITED* Derby /England (Großbritannien)ROLLS-ROYCE LIMITED * Derby / England (Great Britain)

VerbundwerkstoffComposite

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs und den danach hergestellten Verbundwerkstoff. The invention relates to a method for producing a composite material and the composite material produced therefrom.

Das erfindungsgemäiäe Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs kennzeichnet sich durch die folgenden aufeinanderfolgenden Verfahren3Sohrittes (1) Erhitzen eines Polyacrylnitril· Polymeren oder Kopolymeren in Faserform in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von 15O 0C bie JOO °Cj (2) Erhitzen des Fasermaterials in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von 900 0C bis 1200 0C; und (»Einbetten einer Mehrzahl der aus den beiden vorstehendem Verfahrensschritten erhaltenen Fasern in einThe erfindungsgemäiäe process for producing a composite material characterized by the following successive Verfahren3Sohrittes (1) heating a polyacrylonitrile · polymers or copolymers in fiber form in an oxygen-containing atmosphere to a temperature in the range of 15O 0 C bie JOO ° Cj (2) heating the fiber material in an inert atmosphere to a temperature in the range from 900 0 C to 1200 0 C; and (»Embedding a plurality of the fibers obtained from the two above process steps in a

werden die Fasern nach dem zweiten Verfahren»- aahritt in Folienforrn aufgelegt» und dies· Folien eodann sur bildung des Verbundwerkstoffs aufgelegt·the fibers are made according to the second method »- aahritt placed in foil form »and this · foils eodann sur formation of the composite material applied

Htm *rÄ#erbara kann auf 41« ?tiira aufgebracht ««Fden, brror *dit·· su Foli«n auegelegt werden» wobei um IbUm »odann teil Htm * # rÄ can erbara Tiira applied to 41 '? "" FDEN, brror * dit ·· su Foli' s are auegelegt "where odann to IbUm" part

809887/1130809887/1130

weise ausgehärtet werden, um ihre Handhabung zu erleichternj die teilweise ausgehärteten Folien werden sodann aufgelegt, kompaktiert und schließlich zur Bildung des Verbundwerkstoffs vollständig ausgehärtet»cured wisely to make them easier to handle j the partially cured foils are then placed on top, compacted and finally to form the composite material completely hardened »

Die Imprägnierung der Folien mit dem Trägerharz kann durch Aufsprühen oder Eintauchen erfolgen.The impregnation of the films with the carrier resin can be carried out by Spray on or immerse.

Als Trägerharz kann ein Epoxy-NovoIac-Harz in Verbindung mit einem Bortrifluorid enthaltenden latenten katalytisch wirkenden Härter verwendet werden. Alternativ können je nach den für den fertigen Verbundwerkstoff gewünschten verschiedenen Eigenschaften auch anderweitige Harzsysteme verwendet werden.An epoxy-NovoIac resin in conjunction with a latent catalytically active hardener containing boron trifluoride can be used. Alternatively, depending on the Other resin systems can also be used for the different properties desired for the finished composite material.

Die Bedeutung der vorliegenden Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß für die Eigenschaften eines für praktische Anwendungszwecke bestimmten Verbundwerkstoffs nicht unbedingt der höchstmögliche erzielbare Wert des Young*sehen Moduls erforderlich ist; vielmehr kann eine gewisse Verringerung des Werts dieses Parameters des Fasermaterials zugelassen werden, falls mit dieser Verringerung eine Verbesserung hinsichtlich anderer Eigenschaften einhergeht. Dies gilt insbesondere, wenn man die Verbundfestigkeit zwischen der Faser und dem Trägerharz in Betracht ziehts welche zu einem großen Teil andere Eigenschaften wie beispiels weise die Scher- und Torsionsfestigkeit des Verbundwerkstoffs bestimmt.The importance of the present invention is based on the knowledge that the properties of a composite material intended for practical purposes do not necessarily require the highest possible achievable value of the Young's modulus; rather, some reduction in the value of this parameter of the fiber material can be allowed if this reduction is accompanied by an improvement in other properties. This is especially true when one considers the bond strength between the fiber and the resin support into consideration s that to a large extent other properties such example, the shear and torsional strength determines the composite material.

Bisher bereitete die Erzielung zufriedenstellender Werte dieser Verbundfestigkeit mit den verfügbaren Kohlenstoff-Werkstoffen Schwierigkeiten, und es wurden verschiedene Verfahren versucht, um dieses Problem zu lösen.So far prepared the achievement of satisfactory values this bond strength with the available carbon materials Difficulties, and various methods have been tried to solve this problem.

Die bekannten Verfahren sür Herstellang hochfester Kohlenstoff as«rä umfasse einen abeehll«Stiii«n eogenanntan %r&phi-The known processes for the production of high-strength carbon as «rä encompass an abeehll« stiii «n so called% r & phi-

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

tierungs"-Verfahrenssehritt, bei welchem die Paser auf eine Temperatur im Bereich von 1500 0G aufwärts erhitzt wird.The process step in which the fiber is heated to a temperature in the range of 1500 0 G upwards.

(Ein derartiges Verfahren isfc beispielsweise in Patent .......(Such a process isfc, for example, in patent .......

(Patentanmeldung P 16 46 946.8 vom 6. April 1906 der gleichen Anroelderin mit Prioritätsbeanspruchung aus der britischen Anmeldung Nr. 14,476/65 vom 6. April 1965) beschrieben.)(Patent application P 16 46 946.8 of April 6, 1906 of the same Anroelderin with priority claim from the British Application No. 14,476 / 65 dated April 6, 1965).)

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich eine sehr gute Verbundfestigkeit erzielen läßt, wenn man die Temperatur des abschließenden Wärraebehandlungsschritts verringert oder diese abschließende Wärmebehandlung ganz entfallen läßt. Auf diese Weise werden diejenigen Eigenschaften, welche von der Festigkeit des Verbunds zwischen dem Fasermaterial und dem Trägerharz abhängen, ganz erheblieh verbessert, während die übrigen Eigenschaften Werte behalten, welche für die beabsichtigten Verwendungszwecke mehr als ausreichen. Wenngleich dies.eine gewisse Verringerung des Werts des Young1sehen Moduls mit sich bringt, so behält dieser doch einen über dem Wert vergleichbarer Werkstoffe liegenden Wert, und die Verbesserung der Tors^ions- und Biegefestigkeit bewirkt, daß der so erhaltene Werkstoff wesentlich besser speziell auf die Bedürfnisse und Erfordernisse beispielsweise von Plugzeugtriebvrerks-Aufbauten zugeschnitten ist. Dies gilt besonders für Gebläseschaufeln u.dgl., für welche das geringe Gewicht und der hohe Wert des Young'schen Moduls derartige Verbundwerkstoffe attraktiv erscheinen lassen, wobei jedoch im Hinblick auf Anprall von Vögeln und aerodynamische Erfordernisse eine gute Biege- und Verbundfestigkeit erforderlich ist.The invention is based on the knowledge that a very good bond strength can be achieved if the temperature of the final heat treatment step is reduced or this final heat treatment can be omitted entirely. In this way, those properties which depend on the strength of the bond between the fiber material and the carrier resin are improved quite considerably, while the other properties retain values which are more than sufficient for the intended use. Even though this brings about a certain reduction in the value of the Young 1 modulus, it still maintains a value that is above the value of comparable materials, and the improvement in torsional and flexural strength makes the material obtained in this way much better special is tailored to the needs and requirements of, for example, plug-in unit drive superstructures. This is particularly true of fan blades and the like, for which the low weight and high Young's modulus value make such composites attractive, but with good flexural and composite strength required in view of bird impact and aerodynamic requirements.

In den folgenden Beispielen werden Werkstoffe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, mit ähnlichen Werkstoffen verglichen, welche einer "Graphitierung" unterworfen wurden und daher nicht der vorliegenden Erfindung entsprechen. In the following examples, materials that are produced according to the Processes according to the invention are compared with similar materials which are subjected to "graphitization" and therefore do not conform to the present invention.

BM>0RlGmM" . 90 9 88 7/1538BM> 0RlGmM ". 90 9 88 7/1538

Für den erfindungsgemäß hergestellten Werkstoff wurde das Fasermaterial in der V/eise erzeugt, daß man eine Faser aus "Courtelle"-Polyacrylnitril (PAN)-Kopolymer von 1 1/2 Denier auf einen Rahmen wickelt, das PAN in Luft sieben Stunden lang auf einer Temperatur von 220 0C voroxydiert und sodann die Faser in einer inerten Atmosphäre v/ährend einer Zeitdauer von etwa vier Stunden auf eine Temperatur von 10GO 0C erhitzt.For the material produced according to the invention, the fiber material was produced by winding a fiber made of "Courtelle" polyacrylonitrile (PAN) copolymer of 1 1/2 denier onto a frame, the PAN in air for seven hours on one voroxydiert temperature of 220 0 C and then the fiber in an inert atmosphere v / hile a period of about four hours to a temperature of 0 C 10GO heated.

Die erhaltene Faser vjird zur Herstellung von Materialfolien von dem Rahmen abgeschnitten; die Folien werden sodann mit einer Lösung von Epoxy-Novolac-Harz (im beschriebenen speziellen Beispiel wurde CIBA LY 55& verwendet) mit einem latenten katalytisch wirkenden Bortrifluorid-Härter (im speziellen Beispielsfall wurde Shell Chemicals BF^.400 verwendet) besprüht. Die so erhaltenen Folien wurden getrocknet und durch Erwärmen auf eine Temperatur von 80 0C in Luft teilweise ausgehärtet, um die Handhabung zu erleichtern.The fiber obtained is cut from the frame for the production of material foils; the films are then sprayed with a solution of epoxy novolac resin (in the specific example described, CIBA LY 55 & was used) with a latent catalytically active boron trifluoride hardener (in the specific example, Shell Chemicals BF ^ .400 was used). The films obtained in this way were dried and partially cured by heating to a temperature of 80 ° C. in air in order to facilitate handling.

Zur Herstellung von Gegenständen aus den Folien, und speziell zur Herstellung der für die Testung der Materialeigenschaften dieses Werkstoffs erforderlichen' Prüflinge, werden mehrere mit Harz imprägnierte Folien bis zum Erreichen der erforderlichen Dicke so aufeinandergelegt, daß sämtliche Fasern parallel laufen; sodann werden die aufeinandergeschichteten Folien mit einem Druck von einigen 400 psi (=* brit. Pfund pro Quadratzoll) in einer Presse kompaktiert unu gleichzeitig zehn Minuten lang auf 165 °C erwärmt; danach werden die Folien aus der Presse entnommen und in einem Ofen vier Stunden lang bei' ΙδΟ CC zur vollständigen Aushärtung des Harzes nachgehärtet. Der ausgehärtete Gegenstand wird sodann, falls erforderlich, zur Herstellung des benötigten Prüflings oder zu anderweitiger Formgebung bearbeitet.For the production of objects from the foils, and especially for the production of the test specimens required for testing the material properties of this material, several foils impregnated with resin are placed on top of one another until the required thickness is reached so that all the fibers run parallel; The stacked films are then compacted in a press with a pressure of a few 400 psi (= * pounds per square inch) and simultaneously heated to 165 ° C for ten minutes; then the foils are removed from the press and post-cured in an oven for four hours at δΟ C C to completely cure the resin. The cured object is then processed, if necessary, to produce the required test specimen or to shape it in some other way.

Zur Herstellung des nicht gemäß der Erfindung ausgebildeten Vergleichswerkstoffes wurde von der gleichen Ausgangsfaser ausgegangen, die in der gleichen V/eise auf einen Rahmen gewickeltTo produce the not designed according to the invention The reference material was based on the same starting fiber, which was wound on a frame in the same way

909887/1538909887/1538

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

war. Die Paser wurde sodann in ähnlicher V/eise, wie oben beschrieben, wärmebehandelt, Jedoch wurde sie in diesem Fall nach der bei 1000 0G vor sich gehenden "Karbonisierung" in einen Hochtemperaturofen gebracht und in einer inerten Atmosphäre etwa fünf Stunden lang bei 1750 0C "graphitierte Sodann wurde die Faser aus dem Ofen entnommen und in genau der gleichen Weise wie oben für das erfindungsgemäße Material beschrieben zu Gegenständen verarbeitet.was. The Paser was then else, as described above, heat-treated in a similar V /, However, it was brought in this case, after at 1000 0 G going on, "carbonation" in a high temperature oven and in an inert atmosphere for about five hours at 1750 0 Then the fiber was removed from the oven and made into articles in exactly the same manner as described above for the material according to the invention.

Weiter unterbind die Ergebnisse der an Werkstoffprüflingen vorgenommenen Tests angegeben. In den nachfolgenden Tabellen bedeutet dabei jeweils Werkstoff A den gemäß der Erfindung hergestellten Werkstoff, während der Werkstoff B der nicht gemäß der Erfindung hergestellte Werkstoff ist. Zu beachten ist, daß in sämtlichen Fällen der Fasergehalt in VoI.^ angegeben ist; dieser Volum-Anteil hängt hauptsächlich vom Abstand der Fasern in den Folien ab, die zur Herstellung der Gegenstände übereinandergelegt werden; die Werkstoffeigenschaften zeigen eine Abhängigkeit von diesem Volumenanteil.Furthermore, the results of the tests carried out on material specimens are not stated. In the tables below, material A means the material produced according to the invention, while material B is the material not produced according to the invention. It should be noted that in all cases the fiber content is given in vol. this volume fraction depends mainly on the spacing of the fibers in the films that are placed on top of one another to produce the objects; the material properties show a dependency on this volume fraction.

Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der "Kleinstab-Scherfeatigkeit" ("short beam shear strength") der Werkstoffe. Zur Gewinnung dieser Ergebnisse wurde ein Standardprüfung mit den Abmessungen (O.65O + 0.01") x (0.250 + O.OO5") x(0.060 ± 0.001") auf zwei in einem Abstand von O.6OO" angeordneten Walzen von O.25O" angeordnet und unter der Wirkung einer in gleichem Abstand zwischen diesen Walzen angeordneten ähnlichen Walze verformt. Die Anordnung war so getroffen, daß die Fasern in Richtung der Längsachse des Prüflinge lagen. Es herrscht allgemein Übereinstimmung darüber, daß die Bruchfestigkeit aus einem derartigen Test in Beziehung zu der interlaminaren Scherfestigkeit gesetzt werden kann und bei Werkstoffen der hier in Frage stehenden Art ergibt dies eine gute Anzeige für die Verbundfestigkeit zwischen der Faser und dem Träger- oder Matrixmaterial.Table 1 shows a comparison of the "short beam shear strength" of the materials. To obtain these results, a standard test with the dimensions (O.650 + 0.01 ") x (0.250 + O.OO5") x (0.060 ± 0.001 ") was carried out on two rollers of O.25O arranged at a distance of O.6OO""and deformed under the action of a similar roller equidistant between these rollers. The arrangement was such that the fibers lay in the direction of the longitudinal axis of the specimen. It is generally agreed that the breaking strength from such a test is related can be added to the interlaminar shear strength and with materials of the type in question here this gives a good indication of the bond strength between the fiber and the carrier or matrix material.

9OS807/1S389OS807 / 1S38

TABELLE ITABLE I.

KLEINSTAB-SCHERFESTIGKEIT (PS! = brit. Pfund /Quadratzoll) (Short Beam Shear Strength (FSI))SMALL ROD SHEAR STRENGTH (PS! = British pounds / square inch) (Short Beam Shear Strength (FSI))

werkstoff Amaterial A Werkstoff AMaterial A Werkstoff BMaterial B -- Werkstoff BMaterial B 55 % Faser55 % fiber 67 £-Faser67 lb fiber 50 % Faser50 % fiber 60 % Faser.60 % fiber. 872O872O 46004600 319O319O * 2000* 2000 59755975 47IO47IO 286O286O 218O218O 60246024 47204720 32903290 21902190 69136913 47704770 28202820 235O235O 83818381 476O476O 3C603C60 24202420 83418341 48004800 33203320 24402440 83038303 48104810 31503150 24502450 78297829 50205020 33103310 24802480 81898189 52105210 33203320 26402640 71207120 53105310 33403340 88308830 53505350 32OO32OO 83378337 56505650 319O319O -- 56905690 58305830 60906090 62C062C0 64106410 67OO67OO 698c698c

Wie ersichtlich, sind die Vierte für den erfindungsgemä3en Werkstoff A etwa drei Mal so gut wie die für den Werkstoff B, was eine Anzeige dafür ist, daü die Verbundfestigkeit wesentlich verbessert v/erden konnte. Man erkennt ferner auch, daß die Vierte sieh in Abhängigkeit von den Faservolumenanteil beträchtlich änderr., und daß diese Änderung zwischen den beiden Werkstoffen unterschiedlich ist. In der Tat darf angenommen werden, daß de;· erfindungsgemäße Werkstoff ein optimales Faservolumen besitzt, das von dem optimalen Fasarvolumenanteil des,As can be seen, the fourths for the material A according to the invention are about three times as good as those for the material B, which is an indication that the bond strength could be significantly improved. It can also be seen that the fourth changes considerably as a function of the fiber volume fraction, and that this change is different between the two materials. In fact, it can be assumed that the material according to the invention has an optimal fiber volume, which depends on the optimal fiber volume fraction of the,

9 0 9 8 8 7/15399 0 9 8 8 7/1539

BAD OBIGiNALBAD OBIGiNAL

Werkstoff*; B nennenswert ver-schirJeii .5 st;-.Material*; B noteworthy ver-schirJeii .5 st; -.

Tabelle 11 betrifft die endgültige Biegefestigkeit der Werkstoffe, gemessen an einem Stabe der Abmessungen 4.5".χ 0.5" χ 0.2" (Spannweite/Tiefe-Verhältnis = 2C) .,ui Dreipunkt-Biegeversuch mit 4"-Abstand zwischen den Mittelpunkten. Die Faseinrichtung verläuft gleichgerichtet entlang der Längsachse des Stabs.Table 11 relates to the final flexural strength of the materials, measured on a rod measuring 4.5 ".χ 0.5" χ 0.2 "(span / depth ratio = 2C)., And a three-point bending test with a 4" distance between the centers. The chamfering device runs in the same direction along the longitudinal axis of the rod.

TABELLE II
Endgültige Biegefestigkeit (brit. t /Quadratzoll)
TABLE II
Ultimate Flexural Strength (tonnes / square inch)

Werkstoff ΛMaterial Λ Werkstoff BMaterial B 6^ Yj Faser6 ^ Yj fiber 60 £ Faser60 pounds of fiber 58.558.5 3939 59.459.4 39.739.7 6I.56I.5 40.740.7 63.363.3 41.541.5 65.765.7 43.O43.O 65.965.9 43.243.2 64.064.0 46.046.0

Auch hier ist- wiederum im Fall des erfindungsgemäßen Werkstoffs A eine Erhöhung um etwa 50 £ festzustellen; die Faservolumenanteile sind Ewar verschieden, aber praktisch nicht nennenswert, da die Streuung bei jeglicher Werkstoffherstellung wahrscheinlich den Unter1" hied von 5 % überdecken würde.Here, too, in the case of the material A according to the invention, an increase of about £ 50 can be found; the fiber volume fractions are Ewar different, but practically insignificant, since the scatter would probably cover the under 1 "hied of 5 % with any material production.

In Tabelle III sind die Werte des Young'sehen Moduls (= Elastizitätsmoduls) entlang der Faserrichtung miteinander verglichen, wie sie sich bei Messung mit Standard-Zugversuchen ergeben. In diesem Falle sind keine einseinen Vierte angegeben, sondern Mindestwertci für bestimmte spezielle Faseranteile.Table III shows the values of Young's modulus (= modulus of elasticity) compared with each other along the fiber direction, as they result when measured with standard tensile tests. In in this case, no one-fourths are given, but minimum values ci for certain special fiber proportions.

909887/1538909887/1538

TABELLE III 'TABLE III '

Mindest-Normalwerte des Elastizitätsmoduls (in brit. Pfd./Quadrat*-Minimum normal values of the modulus of elasticity (in British pounds per square *

Werkstoff A Werkstoff B 64 % Faser 17.2 χ ΙΟ6 60 % Faser 22.5 ac ΙΟ6 67 % Faser 17·6 χ ΙΟ6
72 % Faser Ιδ.7 Χ ΙΟ6
Material A Material B 64 % fiber 17.2 χ ΙΟ 6 60 % fiber 22.5 ac ΙΟ 6 67 % fiber 17 6 χ ΙΟ 6
72 % fiber Ιδ.7 Χ ΙΟ 6

Hinsichtlich dieser speziellen Eigenschaft ist der Werkstoff A nicht ganz so gut wie der Werkstoff Bj wie jedoch eingangs erläutert, hat es sich ergeben, daß dies für viele praktische Anwendungen keinen besonders nerfenswerten Abfall darstellt und durch die Verbesserung anderer Eigenschaften erheblich aufgewogen wird* (Es sei betont, daß es wegen der Anisotropie des Werkstoffs notwendig ist, Jeweils eine Richtung für die betreffende Eigenschaft anzugeben.) With regard to this special property, material A is not quite as good as material Bj, however, as explained at the beginning, it has emerged that this is not a particularly nasty waste for many practical applications and is considerably outweighed by the improvement of other properties * (Let it be stresses that it is necessary because of the anisotropy of the material to provide each one direction for that property.)

Tabelle IV zeigt wiederum Mindest-Normalwerte für die endgültige Zugfestigkeit, nach herkömmlichen Verfahren gemessen.Table IV again shows minimum normal values for the final Tensile strength measured by conventional methods.

TABELIiE IVTABLE IV

Endgültige Zugfestigkeit (in brit. t / Quadratzoll)Ultimate Tensile Strength (in tonnes per square inch)

Werkstoff A Werkstoff B 60 % Faser 60 % Faser 70 80 Material A Material B 60 % fiber 60 % fiber 70 80

Demgemäß zeigt der erflndungsgemäße Werkstoff eine geringfügige Verringerung der endgültigen Zugfestigkeit.Accordingly, the material according to the invention shows a slight reduction in the ultimate tensile strength.

In Tabelle V sind typische Werte angegeben, wie sie mit herkömm lichen Standard-Testverfahren für den Young1sehen Modul (Elaettal- In Table V typical values are given as they can be seen with conventional standard test methods for the Young 1 module (Elaettal-

90 9887/153890 9887/1538

BAD OBlGiNALBAD OBlGiNAL

tätsmodul) in einer Richtung quer zu den Fasern ermittelt wurden.modulus of capacity) were determined in a direction perpendicular to the fibers.

TABELLE VTABLE V

Elastizitätsmodul in Querrichtung (in brit. Pfd./Quadratzoll)Transverse modulus of elasticity (in British pounds per square inch)

Werkstoff A Werkstoff B 65 % Faser 60 & Faser Material A Material B 65 % fiber 60 & fiber

1Λ χ ΙΟ6 Ο.? χ 106 1Λ χ ΙΟ 6 Ο.? χ 10 6

Hier deutet sich die verbesserte Verbundfestigkeit durch die Verbesserung dieser Eigenschaft in Richtung quer zu den Fasern um den Faktor 2 an.This shows the improved bond strength through the Improvement of this property in the direction across the fibers by a factor of 2.

Tabelle VI betrifft den Torsionsmodul der Werkstoffe, wiederum nach herkömmlichen Standardverfahren gemessen. Die Tabelle zeigt typische Werte dieses Parameters.Table VI relates to the torsional modulus of the materials, again measured by standard conventional methods. The table shows typical values of this parameter.

TABELLE VITABLE VI

Torsionsmodul (in brit. Pfd. /Quadratzoll)Torsional modulus (in British pounds / square inches)

Werkstoffmaterial χ 10& χ 10 & AA. Werkstoff BMaterial B %% Faserfiber 0.0. 6666 XX 106 10 6 67 S67 p 0.860.86 χ 106 χ 10 6 5757 44th Faserfiber 0.0. 6666 XX ΙΟ6 ΙΟ 6 72 % 72 % 0.900.90 5858 Faserfiber 0.0. 7575 XX !O6 ! O 6 6363 t Faser t fiber & Faser & Fiber

Man erkennt, daß eine wesentliche Verbesserung (bis zu 50 %) hinsichtlich dieser Materialeigenschaft erreicht wird5 die sehr bedeutsam bei Gegenständen wie beispielsweise Schaufeln für Gasturbinentriebwerke ist, welche TorsionskrSfte aushalten müssen, die nicht nur infolge von Zentrifugal- und aerodynamischen Dz»uckk?äffcen auftreten, sondern auch ηηά Xm erhöhten MaßeIt is recognized that a substantial improvement is achieved (up to 50%) with regard to this material characteristic 5 which is very important in objects such as blades for gas turbine engines have to endure what TorsionskrSfte, not only as a result of centrifugal and aerodynamic Dz "uckk? Äffcen occur, but also ηηά Xm increased dimensions

90888?/1S$i -90888? / 1S $ i -

BADBATH

als Folge von Vogelaufprallbelastungen, die um ein Vielfaches größer als die erst erwähnten Ursachen sein können.as a result of bird impact loads that are many times over greater than the causes mentioned earlier can be.

Aus den vorstehend mitgeteilten Ergebnissen ist klar ersichtlich, da3 die Verwendung des erfindungsgemäßen Werkstoffs eine erhebliche Verbesserung in den. Gesarnteigenschaften erbringt. Selbstverständlich war in den oben wiedergegebenen Prüftests das Trägerharz in allen Fällen, das gleiche, und es könnten ohne weiteres auch andere Harze verwendet werden. Es wären dann ebenfalls wtederura bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bessere Eigenschaften zu erwarten,, als sie andernfalls mit dem gleichen Harzsystem zu erreichen wäx^en. Als offensichtlich anwendbare Harze kommen andere Epoxyharze, Polyimldharze sowie weitere Harze in Präge, je nach den erforderlichen Eigenschaften, wie beispielsweise Lagerfähigkeit, Einfachheit der Herstellung usw.From the results reported above it is clear that da3 the use of the material according to the invention is significant Improvement in the. Provides overall properties. Of course, in the test tests given above, the carrier resin was, and could be, the same in all cases other resins can readily be used. It would then also be wtederura when using the invention Process to expect better properties, than they would otherwise wax with the same resin system. As obvious applicable resins include other epoxy resins, polyimide resins as well as other resins in embossing, depending on the required Properties such as shelf life, ease of manufacture, etc.

Da das Pasermaterial der Werkstoffe A bzw. B ein spez. Gewicht von 1·75 g/o!ir bzw. l.bO g/cm-3 besitzt, würden sich .unter Verwendung der betreffenden Werkstoffe hergestellte Verbundwerkstoffe bei gleichem Faservolumanteil in ihrem spezifischen Gewicht im gleichen Verhältnis wie die spezifischen Gewichte der Fasern unterscheiden,Since the fiber material of the materials A and B has a spec. Has a weight of 1 · 75 g / o! Ir or 1.bO g / cm- 3 , composite materials produced using the relevant materials would differ in their specific weight in the same ratio as the specific weights of the fibers with the same fiber volume fraction,

Es folgt daraus, daß die spezifischen Eigenschaften eines Verbundwerkstoffs mit Fasern vqbj arfindungsgemäßen Typ A weiter verbessert werden.It follows that the specific properties of a composite material with fibers of type A according to the invention be improved.

Tatsächlich erschöpfen sich die durch die Erfindung erzielten Verbesserungen nicht in den vorstehend mitgeteilten Ergebnissen. So zeigen vorläufige Tests, da* sowohl die Druck- und Stoßfestigkeit bei Anwendung der Erfindung um etwa 50 % verbessert werden.Indeed, the improvements achieved by the invention are not exhausted in the results reported above. Preliminary tests show that both pressure and impact resistance are improved by about 50% when the invention is used.

Die oben mitgeteilten Ergebnisse belieben eich auf Fasern* dl®The above reported results kipper custody on fibers * DL®

909-887/1538909-887 / 1538

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-Xl--Xl-

kelnerlel Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Adhäsion zwischen dem Trägerharz und den Fasern erfahren hatten. Selbstverständlich können in Verbindung tnit der vorliegenden Erfindung zur noch weiteren Verbesserung der Eigenschaften dee Verbundwerkstoffs Verfahren wie etwa beispielsweise Oberfläohenätzung Anwendung finden.kelnerlel surface treatment to improve adhesion experienced between the carrier resin and the fibers. Of course, in connection with the present invention to further improve the properties of the composite material Processes such as surface etching, for example Find application.

- Patentansprüche - - patent claims -

909807/15 3909807/15 3

Claims (10)

- 12 - . Patentansprüche- 12 -. Claims Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, gele e ti nzelohnet durch die folgenden aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte: (l) Erhitzen eines Polyacrylnltril-Polymeren oder Kopolymeren in Faserform in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von 1500C bis 300 0C; (2) Erhitzen des Fasermaterials in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von 900 0C bis 1200 0C; und (3) Einbetten einer Mehrzahl der auB den beiden vorstehenden Verfahrensschritten erhaltenen Pasern in ein Trägerharz. "A process for producing a composite material, gels e ti nzelohnet by the following successive process steps: (I) heating a Polyacrylnltril polymers or copolymers in fiber form in an oxygen-containing atmosphere to a temperature in the range from 150 0 C to 300 0 C; (2) heating the fiber material in an inert atmosphere to a temperature in the range from 900 ° C. to 1200 ° C.; and (3) embedding a plurality of the fibers obtained from the two above process steps in a carrier resin. " 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pasern nach dem zweiten Verfahrensschritt zur Einbettung in den Kunststoff-Trägerkörper in Folienform ausgelegt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the Pasern after the second process step be laid out in film form for embedding in the plastic carrier body. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien nach dem dritten Verfahrensechritt zu einem Verbundwerkstoff aufgelegt werden.3. The method according to claim 2, characterized in that the films according to the third process step be placed on a composite material. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz auf die Fasern vor deren Auslegung in Folienform aufgebracht wird.4. The method according to claim 2, characterized in that the synthetic resin is applied to the fibers prior to their interpretation is applied in film form. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend das Kunstharz in den Folien teilweise ausgehärtet wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the synthetic resin is then partially cured in the films. 6. Verfahren nach Anspruch 5* dadurch g e k e η η ζ e i 0 h - « net, daß die teilweise ausgehärteten Folien zur Bildung eines Verbundwerkstoffs aufgelegt werden, der anschließend6. The method according to claim 5 * thereby g e k e η η ζ e i 0 h - « net that the partially cured foils to form a composite material are applied, which then zu Ende ausgehärtet wird« l is hardened to the end « l 909887/1538909887/1538 BAD ORlGlHALBAD ORlGlHAL 7. Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbettung der Fasern in das Trägerkunstharz durch Aufsprühen des Kunstharzes auf die Fasern erfolgt.7. The method naoh claim 1, characterized in that the embedding of the fibers in the synthetic resin carrier by spraying the synthetic resin onto the fibers. 6. Verfahren nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß die Einbettung der Fasern in das Trägerkunstharz durch Eintauchen der Fasern in das Kunstharz erfolgt.6. The method according to claim 1 »characterized in that the embedding of the fibers in the synthetic resin is carried out by dipping the fibers into the synthetic resin. 9. Verfahren naoh Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet« daß als Kunstharz ein Epoxy-Novolac-Harz mit Bortrifluorid als latent katalyisoh wirkendem Härter dient.9. The method naoh claim 3, characterized «that an epoxy novolac resin with boron trifluoride is used as the synthetic resin as a latent katalyisoh hardener. 10. Verbundwerkstoff hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.10. Composite material produced by the method according to a or more of the preceding claims. BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
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