DE2130995A1

DE2130995A1 - Graphitfaser-Schichtverbundstoff

Info

Publication number: DE2130995A1
Application number: DE19712130995
Authority: DE
Inventors: Calfee John Douglas
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1970-06-23
Filing date: 1971-06-22
Publication date: 1972-06-15
Also published as: FR2096434B1; FR2096434A1; CA952806A; GB1324898A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF 91QnQQR PATENTANWÄLTE ^ I ΟϋϋϋΟ

8 MÜNCHEN 8O, MAUERKIRCHERSTR. 45

Dr. Barg Dipl.-Ing. Stopf, 8 München 80, Mauerkircherstrgflt AS · Ihr Ztichen

Monsanto Company
St. Louis/USA

Ihr Schreiben Unser Zeichen Datum' 2 2i lHffli 1971

Anwaltsakte 21 206
Be/Ro

"Graphitf aser-Schichtverbundstoff "

Die vorliegende Erfindung betcLfit ein mit Graphitfasern verstärktes, geschichtetes hzvr. kaschiertes Verbundprodukt mit hoher dchlagfesti^lceit.

Schieh !,verbundstoffe haben in eier Industrie erhöhte Bedeu-"uung tjcv/omien, besonders dort, \ro Materialien mit hoher Pe-

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ORIGINAL

stigkeit/hohein Modul nit geringer Dichte benötigt werden. Mit dem Auftreten von Graphitfasem mit hoher Zähigkeit und hohem Modul wurden viele Arten und Formkörper von Graphitfaserverstärkten Schichtverbundstoffen hergestellt, die zunächst ideal zur Verwendung als Turbinenschaufein in Düaenflugzeugmotoren, Raumschiffen und dergleichen geeignet zu seien schienen, d.h. dort, wo Materialien mit hoher Festigkeit, hohem Modul und geringem Gewicht gewünscht v/erden.

Ungünstigerweise hat sich herausgestellt, daß die Graphitfaser-verstärkten Körper, besonders in Laminatform (als Schichtmaterial) in hoher Weise schlagempfindlich sind. Neuerdings bei Schichtstoffen durchgeführte Schlaguntersuchungen mit einem Stoß oder Schlag in der Normalen zu der Fläche, haben gezeigt, daß Bruch gewöhnlich in Form von Rißbildung quer zu den Pasern, anfangs an der entgegengesetzten Seite zu der, die den Schlag aufnimmt, d.h. an der Schlag entgegengesetzten Seite, eintritt. Weil die Graphi-fcfaser-verstärkten Laminate in Baukörpern, wie Hochleiatungsflugkörpern und Turbinenschaufel^ vorgesehen sind, läßt die Schlagempfindlichkeit dieser Laminate ernsthafte Zweifel über die Geeignetheit trotz ihrer bemerkenswerten Eigenschaften an hoher Festigkeit/hohem Modul und geringer Dichte aufkommen.

Es ist daher ein wesentlicher Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Graphitfaser-verstärkten, laminaren Formkör_r per mit hoher Schlagwiderstandafähigkeit zur Verfügung zu

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stellen.

Entsprechend dieser einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wurde festgestellt, daß die Bindung einer Schicht, die Fasern mit hoher Rückprallelastizität bzw. hohem Rückstellvermogen und hoher Festigkeit enthält, an eine Seite eines Graphitfaser-Schichtverbundkörpers wesentlich die Schlagwiderstandsfähigkeit, die an der entgegengesetzten Seite des Körpers auftritt, verbessert. Es wird angenommen, daß die an der schlagentgegengesetzten Seite zusätzlich angebrachte Schicht einen Mechanismus in Gang bringt, der die durch den Schlag gebildete, von den Oberflächenfasern der Graphitfaserschichten, die an der Schlagseite des Laminats angeordnet sind, abgegebene Energie, verteilt. Die Lagerung der Schicht ist kritisch, v/eil festgestellt wurde, daß eine willkürliche Anordnung der zusätzlichen Schicht zumeist keine wesentliche Verbesserung der Schlageigenschaften, besonders im Falle von Mehrschientlaminaten zur Folge hat. Als willkürliche Anordnung kann angesehen werden, wenn die zusätzliche Schicht innerhalb bzw. zentral im mehrschichtigen Laminat angeordnet wird, d.h. innerhalb der äußersten Graphitschicht an der dem Schlag entgegengesetzten Seite; durch eine derartige, zusätzliche Anordnung wird nur ein geringer Beitrag zur Erhöhung der Gesamtschlagwiderstandsfähigkeit des Verbundstoffs erbracht.

Der hier verwendete Begriff "Faserschicht" bezeichnet eine oder mehrere Lagen, in denen die Fasern in einer Richtung

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angeordnet gelagert sind« Es kann daher eine Faserschicht selbst in einem Extremfall in einer Richtung angeordnet sein, wenn die zusammengesetzten Lagen, bzw. der Lagenverbund in der gleichen Richtung orientiert ist und die Faserschicht kann im entgegengesetzten Extrem qua3i-isotrop sein, wenn der Lagenverbund so angeordnet ist, daß spezifische Eigenschaften, die in allen Richtungen ungefähr dieselben sind, gebildet werden. Diese Eigenschaft kann beispielsweise dadurch verständlich gemacht werden, daß man sich eine Faserschicht nit Il Lagen vorstellt, bei der jede Lage eine 15° Orientierung zu der benachbarten Lage oder den benachbarten Lagen aufweist. Die spezifischen Eigenschaften sind ungefähr in allen Richtungen gleich.

Die^Erfindung selbst ist zusammen mit weiteren Ausführungsformen und ihren Vorteilen am Besten unter Hinweis auf die begleitenden Zeichnungen zu verstehen, worin die Figuren 1, 2 und 3 einen vertikalen Querschnitt durch verschiedene Anordnungen von Laminaten (Schichtstoffen) bildet, die nach der

vorliegenden Erfindung hergestellt sind, " und Figur 4 eine typische Prüfvorrichtung zeigt, die verwendet wurde um die Schlagwiderstandsfähigkeit von Schichtverbundstoffen zu bestimmen.

Obgleich die Kombination von elastischen Fasern und Graphitfasern in Verbundstoffen Stand der Technik ist, insoweit der

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Anmelder davon Kenntnis hat, ist die kritische Anordnung einer elastischen Glasfaserschicht oder von elastischen Glasfaserschichten bisher nicht festgestellt oder bekannt geworden. Meistenteils waren die Verbesserungsanstrengungen darauf gerichtet, die Scherfestigkeit, Abtriebwiderstandsfähigkeit Quer-(biege-)bruchfestigkeit und Zugfestigkeit des Laminats zu verbessern. Tatsächlich wurde die Benützung der Sohlagempfindlichkeit bei Laminaten, bei denen Graphitfasern ganz oder teilweise zur Verstärkung verwendet werden, gerade erst neuerdings bekannt. Eines der vielen Anwendungsgebiete, jedoch eines der bedeutendsten, ist die Verwendung von Graphitschichtverbundstoffen als Baumaterial für Turbinenschaufeln in Düsentriebwerken. Der Bruch der Graphitfaserlaminate bei Versuchen, die mit Turbinenschaufeln durchgeführt wurden, war besonders enttäuschend im Hinblick auf die für diesen Zweck gegebenen weitgehenden Möglichkeiten zur Verwendung von Graphitfaser-Verbundstoffen. Im Gegensatz dazu hat die Einführung von elastischen Faserschichten, beispielsweise Glasfaserschichten in einem Graphitfaser-Verbundstoff an Stellen, die nachfolgende noch angegeben werden, zu Verbundstoffen geführt, die nicht nur die günstigen physikalischen Eigenschaften eines Graphitfaser-Verbundstoffe, sondern ebenso bedeutenden Schlagwiderstandsfähigkeit aufweisen.

Bei der Entwicklung des Schichtverbundstoffs der vorliegenden Erfindung wurde unerwartet festgestellt, daß das Einverleiben einer Faserschicht mit hochelastischer Dehnung, wie beispiels-

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weise von Glasfasern außerhalb der Graphitfaserschichten, an der schlagentgegengesetzten Seite zu einen Schichtniaterial mit bemerkenswert erhöhter Schlagfestigkeit führt. Die einfachste Form der Erfindung, ein Schichtmaterial 10, Anordnung einer Schicht 11 von elastischen Fasern, nur einer Schicht von Graphitfasern 12, ist in Figur 1 erläutert. Die Anordnung von Figur 1 zeigt eine Schicht 12 uit 3 Lagen i-us Graphitfasern mit einer 0°, 0°, 90° Faserorientierung, die mit einer einzigen Lagenschicht 11 von elastischen Fasern * mit einer 90° Faserorientierung verbunden sind. Der Schlag erfolgt an der der elastischen Faserschicht 11 entgegengesetzten Seite. «7enn man ein 4-lagiges Laminat ausschließlich aus Graphitfaser (0°, 90°, 90°, 0°) Bit einem Laminat, wie es in Figur 1 erläutert ist, vergleicht, ist eine bemerkenswerte Verbesserung der Schlagwiderstandsfähigkeit festzustellen. Erfolgt andererseits der Schlag unmittelbar gegen die elastische Faserlage der in Figur 1- dargestellten laminaren Anordnung, so tritt meist keine Erhöhung der Schlagwiderstandsfähigkeit auf.

Die offensichtliche Folgerung, die man normalerweise aus den vorausgehenden Erörterungen ziehen würde, besteht darin, daß das Anbringen einer elastischen Faserschicht an der Schlagseite eines Graphitfaserlaminats unnötig und Verschwendung ist, weil dadurch Iceine zusätzliche Schlagwiderstandsfähigkeit erreicht wird. Überraschend hat sich jedoch herausgestellt, daß der Einbau von 2 elastischen Faserschichten,

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einer an jeder Seite der Graphitfaserschicht oder -faserschicfc ten eine synergistische Erhöhung der Schlagwiderstandsfähigkeit mit sich bringt, d.h. mehr als die Gesamtschlagerhöhung, die man jeweils durch eine einzel wirkende Schicht erhält. Die Figur 2 erläutert ein Laminat 13 mit einer 3-Lagenschicht 14 von Graphitfasern (0°, 90°, 0°) im "Sandwich-Verfahren" (Verbundbauweise) zwischen den Schichten 15 und 16 von elastischen Fasern (0°) angeordnet. Die Schlagwiderstandsfähigkeit gegenüber Schlägen, die von irgendeiner Richtung normal zu den Oberflächen des Laminats 13 auftreten, ist größer als die Schlagwiderstandsfähigkeit eines 5-Lagen-Graphitfaserlaminata mit identischer Faserorientierung. Bedeutender als de der Vergleich Bit einem ähnlichen Gesamtgraphitfaserlaainat ist jedoch, daß die Erhöhung der Schlagwiderstandsfähigkeit des Laminats 13 größer ist als die kombinierte Gesamterhöhung der Schlagwideratändafähigkeit des 4-Lagen-Graphitfaser» 1-Lagen-elastische Faser-Laminats (Schlagseiten entgegengesetzt) und dem gle-ichen Laminat mit elastischer Faserlage an der Schlagseite.

Es wurde weiterhin festgestellt, daß es vorzuziehen ist, daß die elastische Faserlage oder Faserlagen, die an die Graphitfaserschicht angrenzen, ungefähr die gleiche Richtung wie die benachbarten Graphitfasern aufweist. Mit anderen Worten ist es bei der elastischen Faser-Graphitfasergrenzfläche oder Grenzflächen vorzuziehen, daß die Fasern die gleiche Orien- . tierung aufweisen sollten. Diese Orientierung fördert die optimale Schlagfestigkeit.

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■«■··· ' BAD ORIGINAL

-s-

Es können verschiedene Arten von elastischen Fasern verwendet werden. Viele anorganische Pasern, \7ie beispielsweise S-Glae-und E-Glas-Fasern sind geeignet. Als organische Fasern sind beispielsweise Fasern geeignet, die aus aromatischen Polymerisaten hoher Festigkeit und hohem Modul der Amidklasse hergestellt 3ind, wie sie in der US-Patentschrift 3 232 910 und im Journal of Polymer Science, Teil B, Band 5, Seiten 807» 812 (1967) beschrieben sind. Fasern mit einer· so geringen elastischen Dehnung wie das Zweifache der Graphitfaaer (ungefähr 0,5 #) können, wie hier beschrieben, verwendet werden. Es wird jedoch vorgezogen, Fasern, wie beispiels weise Standard E-Glas-Fasern zu verwenden, die eine Dehnung bis zum Bruch von ungefähr 2,5 ^ oder ungefähr das Fünffache der Dehnung der G-raphitfasern aufweise».Es wird weiterhin vorgezogen, das Vol.#-Verhältnis der elastischen Faser auf einem Bereich von ungefähr 5 bis 50 $> zu beschränken, wobei optimale Ergebnisse in einem Bereich von ungefähr 5 bis 30 $> auftreten. Größere Vol.#-Sätze an elastischen Fasern beginnen die physikalischen Eigenschaften für die die Graphitfasern ausgewählt wurden, bedeutend zu verringern.

Die verbesserte Sohlagwiderstandsfähigkeit kann ebenso bei graphitfaserverstärlrten Lattinaten, die noch weitere Komponen ten enthalten, erreicht werden. Beispielsweise ist in der

gleichzeitig anhängigen Anmeldung Serial Nr. 889 395, am 31.12^1969 eingereicht von der gleichen Anmelderin wie bei

der vorliegenden Erfindung, ein Schichtverbundstoff beschrie

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ben, der Schichten aus Graphitfasern und Iletallfolien enthält. Die Verwendung von Metallf olien mit Graphitfaserschichten in einem Laminat bringt einen erhöhten spezifischen Quermodul und Querfestigkeit im Vergleich zu ausschließlich aus Graphitfasern bestehenden Verbundstoffen. Wie alle Graphitfaserlaminate ist jedoch das in der angegebenen Anmeldung beschriebene Laminat nicht sehr widerstandsfähig gegen normal gegen die Oberflächen geführte Schläge. Es v/urde jedoch festgestellt, daß durch den Einbau von elastischen Pasern in der vorausgehend beschriebenen Weise, beispielsweise von Glasfasern7 die Schlagwiderstandsfähigkeit des Laminats wesentlich verbessert werden kann. Figur 5 erläutert ein typisches Laminat aus Metallfolie /Iraphitfaser 16 mit Graphitfaserschichten 17 (90°, 0°, 90°) in Verbundbauweise zwischen elastischen Fasern 18 (90°). Die Metallfolienschichten 19 sind zwischen die Graphit- und Glasfaserschichten eingefügt.

Es wurden experimentelle Untersuchungen hinsichtlich der Schlagfestigkeit mit einer Versuchsvorrichtung durchgeführt, die schematisch in Figur 4 dargestellt ist. Ein Stößel 20 ist in einem vorbestimmten Abstand über der Testprobe 21 angebracht. Die Probe 21 liegt auf einem offenen Rahmen 22, der die Probe 21 an ihren Kanten durch Kontakt festhält. Der Stößel (Pfeil) 20 wird durch einen elektrischen Auslöser (nicht aufgezeigt) freigegeben, dei^ einen Elektromagneten 23 inaktiviert, der Festhaltung des Stößel 20 sicherstellt.

Die Fallhöhe ( ein Maßstab für freigesetzte Energie), die

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BAD OFtIGINAL

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einen Anfangsbruch auf der entgegengesetzten Seite der Probe bewirkt, wird als Maßstab der Schlagenercie verwendet. Die nachfolgenden Beispiele zeigen Versuchsablaufe, die mit einer Anzahl von Testprobestücken durchgeführt wurden. Zunächst wurde eine Reihe von experimentellen Untersuchungen an vielen

Laminaten mit insgesamt Graphitf o-sercchichten durchgeführt. Die Laminate enthielten HLlG-50 Graphitfaser (50 χ 10⁶ Kodul, 21 χ 103 kg/cm², .(300 χ 1θ3 psi) Zugfestigkeit) in einer Epoxy harzmatrix mit ungefähr 55 - 60 YoI.Jo Paser. Alle Lagen hat- * ten eine einheitliche Orientierung. Die verwendete Versuchsvorrichtung war der von Figur 4 ähnlich. Sin Stahlstößel (Pfeil) mit einem Gewicht von ungefähr 0,544 kg und einem Kurvenradius an der Spitze von 9_f5 ei wurde über der Probe aufgehangen, die von einem offenen Rahmenträger gehalten wurde. Der Abstand zwischen den Rahmenkanten betrug ungefähr 69 μ. Y/enn bei den folgenden Versuchen keine anderen Angaben vorliegen, bedeutet Bruch bei dem angegebenen Pallabstand

Bruch durch Rißbildung quer zu den Graphitfasern. Tabelle 1 k erläutert die Ergebnisse, die bei der Prüfung jedes Graphitfaserlaminats erhalten wurden.

Tabelle 1 siehe Seite

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SAD ORIGINAL

Tabelle I Verbundstoffe ausschließlich aus Graphitfaaern Beispiel Anzahl der Lagenorientierung Schlagergebnisse bei

_____________ Lagen _ einer Pallhöhe von;

1 4 O⁰, 90°, 90°, 0° Bruch bei 101 ca

2 7 0°, +60°, -60° Bruch bei 152 ra

0°, -60°, +60°, 0°

3 5 0°, 90°, 0°, 90°,0°Bruch bei 101 ra

4 16 4 bei ± 45°

8 bei + 0° Bruch bei 406 m 4 bei + 45°

Die Ergebnisse der an den Probestücken durchgeführten Schlaguntersuchungen der Tabelle 1 zeigen, daß die Schlagempfindlichkeit der Graphitfaserlaminate weitgehend unabhängig ist von der faserorientierung und Stärke. Brüche traten bei relativ kurzen Schlagabetänden auf. Bei anderen experimentellen Untersuchungen wurde festgestellt, daß die Schlagempfindlichkeit ebenso weitgehend unabhängig ist von der chemischen Zusammensetzung der Harze mit hohem Modul, Ifaserfestigkeit und dem Fasermodul bei Pasern, wie man sie derzeit im Handel erhält.

Bine zweite Reihe von experimentellen Untersuchungen wurden bei Grap&ltfasexMfctallfolien-Yerbundetoffen durchgtführt. Die verwendeten Metallfolien waren Aluminium, Titan und Stahl alt den in der Tabelle II angegebenen verschiedenen Starken. Die , Graphitfasern waren die gleichen wie in den Verbundatoffen, die in den experimentellen Versuchen von Beispiel I verwendet

wurden.

Tabelle II siehe 3eite

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- 12 Tabelle II Graphitfaser/Metallfolie-Verbundstoffe

Bei- Beschreibung Anzahl der Lagenorien- Schlagergebnisspiel Lcvjen tierung se bei einer

Fallhöhe von:

5 a)0,051a Stahl a) 2 _(s)i a) —

b)Graphitfasern b) 4 b)0°, 9O°9O?O° Bruch bei

6 a)0,127ia Alum, a) 5 (τ)² a) —

b)Graphitfasern b) 4. b)0°, 9O°9O°O⁰ Bruch bei 203ο

7 a)0,127n Alum, a) 11 _a) —

b)Graphitfasern b) 10 b) alle 0° Bruch bei 304ω

8 a)O,O66 En Titan a) 2 , * a) —

b)Graphitfasern b) 4 ^Kh) b)0O90,^o90°0° ^{Bruch bei}

9 a)0,05lEiü Alum, a) 4 /_T\ a) —

b)Graphitfasern b) 3 *>)O°ßO°_t o⁰ Bruch bei lOlcai

Fußnoten:

1 Verwendet um zu kennzeichnen, daß die Metallfoliensehichten im Sandwich-Verfahren zu der Graphitfaserschicht angeordnet sind. (Metallfolien zwischen Graphitfaserschicht)

2 Verwendet um zu kennzeichnen, daß die Metallfolie und die Graphitfaserschichten als Zwischenlage angeordnet sind.

(GraphSfeserschicht eingelegt)

Bei der Auswertung der Ergebnisse der Tabelle Il ist hervorzuheben, daß die Verwendung isotroper Materialien, wie IJetallfolien in Graphitfaser-Verbundstoffen, die Schlagwiderstandsfähiglieit des Verbundstoffs nicht erhöht.

Die GjLasfaserschichten in den Graphitfaser/Glasfaserlaminatkörpern, deren Untersuchung in Tabelle III angegeben ist, ent·

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SAO ORfGiNAL

halten Ε-Glasfasern In einer Epoxyharzmatrix. Jede Glasfaserlage hat eine In eine Sichtung welsende Orientierung mit ungefähr 55 hie 60 Vol.jC Paserfüllung in jeder Lage. Die Zusammensetzung der Graphit*aserlagen war der der Materialien von Tabelle I ähnlich.

Sie Ergebnisse der Tabelle III haben eine erhöhte Bedeutung, wenn ton sie mit der Tabelle I vergleicht. So erfolgte beispielsweise bei der Testprobe von Beispiel 10 mit einer gleichen Ansah! von lagen Dei der Probe von Beispiel 1 kein Bruch bei einem 4-faoh größeren 3chlagabstand ale dem Bruchabstand der Prob· von Beispiel 1. Sie Probe Ton Beispiel 4 hatte 16 Lagen aus Graphitiaaern und dennoch brach sie vor der Probe von Beispiel 10·

Sie Bedeutung der Einbringung der CHasfaserschioht auf der schlagentgegengqeetzten Seite wird durch Vergleich der Beispiele 10 und 11 erläutert. Sie Glasfaserschichten auf der Schlagseite scheinen nur eine geringe Hilfe hinsichtlich der Sohlagreslstenc zn bieten.

Tabelle III siehe Seite 1+

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_ 14 _
Tabelle III Verbundstoffe au3 Graphitfasern/Glasfasern

Bei- Beschreibung Anzahl der Lagenorien- Schlagergebnisse spiel lagen tierung bei einer PaIl-

10 a) Glasfaser a) 1 _a) q° kein Bruch bei b) Graphitfaser b) 3 b)90^o,90^o,0° 406 im

Glaslage an
der schlagentgegengesetzten
Seite

11 a) Glasfaser a) 1 a) 0°

b) Graphitfaser b) 3_n b) 90°,90°,0°Bruch bei 152m

Glaslage an ^f der Schlagseite

13 a) Glasfaser a) 2 /_q\l a) beide 0° Bruch bei 812ω b) Graphitfaser b) 4 ^{K }} b)90°,0^o,0°_f90⁰

14 a) Glasfaser _a) 2 /_gxl a) beide 0° Bruch bei 812a b) Graphitfaser b) 4 ^v ' b) 0°,90°,9O⁰O⁰

15 a) Glasfaser a) 8(2 4-Lagen- a) alle 0°

Sohlchten)

b) Graphitfaser b) 16 b) 8 bei + 45°

8 bei O"¹⁰ Bruch bei 812ra

mit 1.088 kg 1 Stößel

16 a) Glasfaser a) 4 (S) a)0°*90°Spitze

90°&90°Boden

b) Graphitfaser b) 4 b)90°,0⁰,0⁰,90°kein Bruch bei

812 μ .

17 a) Glasfaser a) 4 (S)² a)0°,90°,9οθ,ο° b) Graphitfaser, b) 8 (2 4-Lagen- b)alle bei

Schichten) 0° Bruch bei

304 ca

Fußnoten:

1 Glasfascherschichten zwischen den Graphitfaserwchichten eingelegt. (Sandwichverfahren)

2 Graphitfaserschichten zwischen den Glasfaserschichten eingelegt. (Sandwichverfahren)

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Das Beispiel 18 erläutert weiterhin die kritische Bedeutung der Anordnung der G-lasf as erschient. Im Beispiel 18 befinden sich die (xraphitfaserschichten in Sandv/ichanordnung zu den Glasfaserschichten. Der Bruch tritt viel früher ein als bei dem weniger starken Xaminat von Beispiel 16. Andererseits tritt eine unerwartete Erhöhung der Schlagwiderstandsfähigkeit, d.h. eine synergistische Wirkung ein, nenn die Graphitfaserschichten sich in Sandwichanordnung zwischen den Glasfaserschichten befinden. Da die Glasfaserschichten an der Schlagseite nur eine geringe Erhöhung der· Schlagwiderstandsfähigkeit bilden, wäre normalerweise nur eine geringe Erhöhung der Schlagwiderstandsfähigkeit zu erwarten, wenn man eine zweite Glasfaserschicht an dem Verbundstoff anbringt, der bereits eine Glasfaserschicht an der dem Schlag entgegengesetzten Seite aufweist.Ein Vergleich der Ergebnisse von Beispiel 12 mit Beispiel 10 zeigt jedoch das überraschende Ergebnis. Ein weiteres überraschendes Ergebnis ist beim Vergleich der Beispiele 13 und 14 zu erkennen. Im Beispie. 1 13 haben die Glas- und Graphitfaserlagen, die die Grenzfläche bilden, einen Winkel von 90° zueinander. Im Beisj/fel 14 sind die Lagen paralell orientiert. Bei dem Beispiel 13 trat der Bruch früher auf, was zu erkennen gibt, daß die Glas- und Graphitgrenzflächenlage vorzugsweise im wesentlichen die gleiche !faserorientierung aufweisen sollte.

Die Tabelle 4 erläutert eine weitere Reihe von experimentellen Untersuchungen, die mit Schichtverbundstoffen aus Metall-

folie/Glasfaser und Graphitiasern durchgeführt wurden. Die verwendeten Materialien waren die gleichen wie sie in Beispiel II für Metallfolien und Graphitfaaer- und im Beispiel III iür Glasiaser/Graphitfaserverbundstoffe verwendet wurden.

tabelle IT Verbundstoffe aus Graphitfasern/Glasfasern/

Metallfolie

17 a)Graphitiaser 3 η 0°,90°, 0°

b}0,050e Alum. 4 (I) —- _{n n} kein Bruch bei cJGlasfaeer 4 alle an der O°9O,9O?O° 406 rau

Schlag entgegengesetzten
Seite

18 a)Graphitfaeer 4 ο 0^ο,90°,90^ο.0° b}0_f050_etahl 7 (I), _ — - kein Bruch bei c)GlasfaBer 2 (S)⁵ 0°Kopf & Boden 812 u

19 a)Graphitfaser 4 _o O⁰,90°,90°,0°

b)0,O67« Titan 7 (τ.)5 _Λ kein Bruch bei

c)Glaefaaer 2 (ti 0°Kopf & Boden 214 ■

20 a)araphltfaeer 4 « 90°,0<> 0°,90° b>0,127«Alum. 9 (I)i — kein Bruch b«i c)Glasfaeer 4 (SP 2-La- a°,0° Xopf * 812 m

genschichten Boden

Pußnotent

1 Metallfoliß als Zwiachenlage zwischen den Graphitschiohten.

2 Metallf dlie als Zwischenlage sowohl zwischen Glas als auch ßraphitfaserachicht»

3 Glass chi ehten in Sandwichanordnung zu den Graphitfaserschichten.

Aus einem Vergleich der Tabellen IY und II ist zu erkennen, daß die Anordnung der Glasfaserschicht an der Schlag entgegengesetzten Seite des Metallfolie/Graphitfaser/Glasfaser-Verbundstoffs eine bemerkenswerte 3rhöhung der Schlagwiderstandsfähigkeit liefert.

Demzufolge hat der laminare Verbundstoff der vorliegenden Erfindung in seiner einfachsten Anordnung eine Schicht von elastischen Fasern außerhalb der gesamten Graphitfaserschichten an der Schlag entgegengesetzten Seite» In einer anderen Anordnung entsteht eine Verbundbauweise der Graphitfaserschichten zwischen elastischen Faserschichten, wodurch eine Synergistisehe Erhöhung der Schlagwiderstandsfähigkeit erreicht wird. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß andere elastische Faserschichten und/oder andere Komponenten, wie beispielsweise Metallfolien, sich innerhalb eines Teils der Graphitfaserschiohten insoweit befinden können, als ihr Vorhandensein nicht schädlich ist auf die Erhöhung der Schlagwiderstandsiähigkeit und auf die anderen gewünschten physikalischen Parameter. So wurde beispielsweise festgestellt, daß bis zu 25 Vol.56 G-lasfasern in einem Glasfaser/Graphitlaminat innerhalb eines Teils der Graphitschichten eingebaut werden kann, ohne daß die Schlagwiderstandsfähigkeit des Laminats nachteilig beeinflußt wird,

Y/ährend bestimmte spezifische Gegenstände und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geschildert wurden, können

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viele Modifikationen und Änderungen vom Fachmann vorgenommen werden. Die Erfindung beinhaltet diese Abweichungen und Änderungen soweit sie von dem allgemeinen Erfindungsgedanken Gebrauch machen.

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Claims

- 19 Patentansprüche :

1J Sehlagwiderstandsfähiger Schichtverbunästoff g e kenn ζ ei chne t durch den Gehalt wenigstens einer Schicht, die wenigstens «ine Lage von Graphitίasern enthält und weiterhin wenigstens eine Schicht, die wenigstens eine Lage von Fasern enthält, die eine elastische Dehnung von wenigstens dem Zweifachen der elastischen Dehnung der Graphitfaser aufweisen, wobei die elastische Faserschicht außerhalb der Graphitfaserschicht und an der Schlag entgegengesetzten Seite des Yerbundmaterials sich befindet, die Schichten miteinander duroh ein verträgliches Harz verbunden sind, der Verbundstoff gegebenenfalls wenigstens eine Metallfolie ale äußere Schicht an der Schlag entgegengesetzten Seite des Verbundstoffe oder eine Vielzahl von FoIienschichten zwischen den Faserschichten und als äußere Schichten des Verbundstoffs enthalten kann.
2. Schlagwiderstandafähiger Verbundstoff gemäß Anspruch 1

d a d u τ λ -h g e k β η η ζ e i c h η e t , daß er wenigstens zwei elastische Schichten aufweist, wobei wenigstens eine der elastischen Schichten an 3eäer Seit« der Graphitfaserschichten angeordnet ist.
3. Schlagwiderstandsf ähiger Schichtverbundstoiff gemäß Anspruch 2 dad u χ c h g « k ·β η η ζ e i c h η * t , daß di« elastischen Fasern Glasfasern sind, die Sraphitiaaer-

schicht und die Glasfaserschicht in ihrem Grenzflächenbereich die gleiche Faserorientierung aufweisen und worin die Glasfaserschichten zwischen 5 und 50 Vol.# des Verbundstoffes ausmachen.
4. Schlagwiderstandsfähiger Schichtverbundstoff gemäß Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet , daß die Glasfaserschicht wenigstens zwei Lagen mit unterschiedlichen Paserorientierungen hat.

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