DE2130995A1 - Graphitfaser-Schichtverbundstoff - Google Patents
Graphitfaser-SchichtverbundstoffInfo
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Description
8 MÜNCHEN 8O, MAUERKIRCHERSTR. 45
Monsanto Company
St. Louis/USA
St. Louis/USA
Anwaltsakte 21 206
Be/Ro
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-
209825/0592 "2"
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 Formkörr
per mit hoher Schlagwiderstandafähigkeit zur Verfügung zu
-3-
209825/0592
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,
-7- 209825/0592 BA0 O
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.
209825/0592 -3-
■«■··· ' 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
209825/0592
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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- ίο -
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 9f5 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
-11-
209825/0592
SAD ORIGINAL
_____________ 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<fasexMfctallfolien-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.
-12- ,
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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.
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_ 14 _
Tabelle III Verbundstoffe au3 Graphitfasern/Glasfasern
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)90o,90o,0° 406 im
Glaslage an
der schlagentgegengesetzten
Seite
der schlagentgegengesetzten
Seite
11 a) Glasfaser a) 1 a) 0°
b) Graphitfaser b) 3n 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°,0o,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
Bei- Beschreibung Anzahl der Lagenorien- Schlagergebnisse
spiel lagen tierung bei einer PaIl-
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
Seite
18 a)Graphitfaeer 4 ο 0ο,90°,90ο.0°
b}0f050_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 (4)
- - 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 1d 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.209825/0592
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-
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