DE2264156C3 - Verfahren zur Herstellung rechteckiger Matten oder Tafeln mit schräg zur Kante ausgerichteten hochtemperaturfesten Fasern und Verwendung für mehrschichtige Produkte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich au'' ein Verfahren zur Herstellung rechteckiger Matten oder Tafeln aus mit einem Präpolymeren imprägnierten oder in einem metallischen Grundmaterial untergebrachten parallelen hoehtemperaturfesten Fasern mit hohem Modul, die mit den Seiten des Rechtecks einen Winkel * oder (90-λ) bilden, nach dem die Fasern zunächst schraubenförmig auf einen Dorn aufgewickelt v/erden, wobei jede Windung praktisch in einer zur Dornachse senkrechten Ebene liegt, und der so gebildete Faser/.ylinder dann auf dem Dorn Iängs einer Linie aufgeschnitten und flachgelegt wird. Außerdem richtet sich die Erfindung auf die Verwendung solcher Matten oder Tafeln zur Herstellung von Mehrschichterzeugnissen.

Industriell eingesetzte Fasern ;nit »hohem Modul« wie Fasern aus Bor. Siliciumcarbid oder Kohlenstoff werden im allgemeinen in drei unterschiedlichen Erscheinungsformen angeboten:

In Form von Spulen oder Wicklungen der bloßen Fasern;

in Form von Bändern oder Matten aus mit einem plastischen Harz vorimprägnierten Fasern; und in Form von Tafeln aus Fasern innerhalb eines metallischen Grundmaterials wie Aluminium.
Die vorimprägnierten Bänder oder Matten sowie die relativ dünnen metallischen Tafeln (»Elementarschichten«) werden durch Übereinanderlegen bzw. Überlagerung der Elementarschichten zur Herstellung mehrschichtiger Wände verwendet.

Im Falle der vorimprägnierten Matten erfolgt dann eine Polymerisation in der Wärme und im Falle der metallischen Platten eine Druckverdichtung bei einer zur Vereinigung der verschiedenen Schichten ausreichenden Temperatur.

Bei der Herstellung solcher mehrschichtigen Körper werden nun häufig Produkte mit einer allseits gleichwertigen Festigkeit oder mit verbesserter Festigkeit in bestimmten, in Abhängigkeit von den vom Produkt aufzunehmenden Kräften innerhalb des Fertigungsteils, das von ihm gebildet oder in das es einbezogen wird, gut definierten Richtungen angestrebt Zu diesem Zweck werden Lagen mit unterschiedlicher Faserausrichtung oder mit unterschiedlichen Faserausrichtungen innerhalb einer Lage verwendet, bei denen die Fasern untereinander (einen) in Abhängigkeit von der gewünschten richtungsabhängigen Festigkeitsverteilung ausgewählte(n) Winkel bilden.

Zur Herstellung solcher Matten mit unterschiedlichen Faserausrichlungen werden bisher zwei Verfahren angewandt:

Nach dem ersten Verfahren, das aus der GB-PS 6 19 b74 bekannt ist, werden im allgemeinen rechteckige Matten durch Aufwickeln von mit einem Präpolymeren imprägnierten Fäden in aneinandcrgren/enden Windungen auf den Dorn einer Drehbank hergestellt. Jede dieser Windungen liegt dabei praktisch in einer zur Dornachse senkrechten Ebene. Die durch Aufschneiden der Wicklung auf dem Dorn längs einer Mantellinie erhaltenen rechteckigen imprägnierten Matten werden dann derart aufeinandergcstapelt, daß die Fäden von Math¹ /u Matte untereinander den oder die gewünschten Winkel bilden. Dieses Verfahren hat den Nachteil, mit erheblichen Verlusten an Produkt verbunden zu sein, da allein der zentrale Teil der Matten, in dem sie sich überdecken.ausgenutzt weiden kann.

Das /weite Verfahren besteht darin, mit Hilfe einer Drehbank eine schraubenförmige Wicklung sich kreuzender Fäden /u erzeugen, wobei jede Windung einen Winkel mit der zur Dornachse der Drehbank senkrechten Ebene bildet. Dieser Winkel λ wird dadurch erhalten, daß man den Schlitten der Drehbank mit einer der Rotationsgeschwindigkeit des Dorns angepaßten Geschwindigkeit verschiebt. Diese Funktionsweise hat die folgenden Schwierigkeiten:

Der Winkel /x wird durch das Verhältnis zwischen dem Dorndurchmesser und dem Bewegungsvollausschlag des Drehbankschlittens begrenzt;
es weiden zwangläufig gleichzeitig Winkel + \ und - χ gebildet;

diese gleichzeitige Erzeugung ist mit einem »Krummstehen« der Fäden an ihren Überschneidungen verbunden;

der Wickelvorgang ist schwierig und langsam auszuführen;

die Investition an Material ist erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte, aus der GB-PS 6 19 674 bekannte Verfahren so abzuändern, daß man in einfacherer Weise und mit höherem Matcrialausnutzungsgrad als bisher Matten oder Tafeln erhält, in denen die Fasern statt rechte Winkel auch beliebige \υη 90° verschiedene Winkel mit den Matten- bzw. Tafelseiten bilden können und damit beliebige Kombinationen unterschiedlicher Winkel von Lage zu Lage eines mehrschichtigen Matten- oder Tafellaminats ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der l'aserzylinder auf dem Dorn Iängs einer Schraubenlinie, die bein" Flachlegen des Zylinders eine

Gerade wird.die nut ilen angrenzenden Seiten des beim einer 1 bene eine mn der Mantellinic des Dorns b/w.

Flachlegen gebildeten Parallelogramms einen Winkel Zylinders einen Winkel bildende Gerade AD (I ig. 1)

von λ oder ('M) ,\) bildet, aufgeschnitten wird, daß das bildet. Man erhält so ein Parallelogramm ABiD mn

erhaltene Parallelogramm längs einer dt. η beiden durch stumpfen Winkeln (90+ λ), in dem die lasern in der

das Aufschneiden geschaffenen Seiten gemeinsamen 5 durch den Pfeil 1 angegebenen Richtung hegen.

Senkrechten durchgeschnitten wird und daß die beiden Dieses Parallelogramm ABCDwWu nun. wie in I ι g 1

so erzeugten Flächen unter Bildung eines Rechtecks, in ersichtlich, längs einer auf den beiden durch lias

dem alle Fasern parallel sind, wieder vereinigt weiden. Aufschneiden .r.if dem Dorn erzeugten Seiten AD und

Durch das Aufschneiden des Faser/ylinders längs ßi "senkrecht stehenden Geraden /V/Z'/ersehnitien. und

einer den gewünschten Winkel der Fasern /ti den io die beiden so gebildeten rechtwinkligen Trape/e

Rechleckseiten direkt bestimmenden Schraubenlinie, werden derart verschoben, daß die beiden Seiten AB

das Durchschneiden des dabei nach dem Flachlegen und CD des ursprünglichen Parallelogramms miieinan-

erhaltenen Parallelogramms längs der genannten der in Berührung kommen. Auf diese Weise wird

Senkrechten und das Vereinigen der beiden Teile wird wiederum ein Rechteck (Fig. 2) gebildet, bei dem

erreicht, dall man die Matten oder Tafeln mit beliebiger 15 jv'doch die Fasern einen Winkel \ oder (90- \) — b/w.

Winkelrichtung der in der einzelnen Matte oder Tafel (180- \) oder (90-.\) — mit den Seiten bilden,

untereinander parallelen I äscin in einfacher Weise und Die Punkte //und H' sind vorzugsweise von den

ohne Matenalabfall herstellen und nielv'agige F.rzeug- Fckpunkien A und Cverschieden, damit Schwierigkei-

iiisse aus Manen oder l.ilelti verschiedener Kaserrich ten. die beim 7.erschneidcn in einem Winke! b/w einer

Hingen lerngeit kann. Dabei lassen sich im Vergleich mn 20 Fcke. wo die Festigkeit bzw. Steifigkeit geru.ger ist.

dem bekannten Verl.ihren je nach dei I aserw inkelrich- vermieden werden.

Hing m ilen einzelnen I agen der Mehrschu hierzeugnis- Die Aufstapelung der erhaltenen Rechtecke in

se Materialersparnisse von etwa 19 bisii J"i> erzielen. unterschiedlichem Sinn b/w. mit unterschiedlicher

Gegenstand tier I rlinihmg lsi daher .ιικ h die Ausrichfing der Fasern ermöglicht die Fr/eugung von

Verwendung der erliiulungsgeinaß hergestellten Mai 25 Körpern mil Schichten, bei denen der Winkel der

ten oder IaIeIn. insbesondere mit untereinaiulei lasern gegenüber den Seiten + λ und - λ beträgt,

verschiedenen, /wischen 0 uiiil 90 veränderlichen Nach der Polymerisation im Falle von mit Prapolv me-

I aserw inkeln. /111 I lei -stellung mehrschichtiger Wände ren vorimprägnierten lasern oder nach Warmkonipres-

oilei Ou.iiler. sion im Falle metallischer Gnindniaterialien bilden die

Die I i'lmdting wird anhand des m der Zeichnung 30 erhaltenen mehrschichtigen 'Tafeln oder Korper korn-

veranschaulichten Ausfuhrungsbeispiels naher ei lau pakte rechteckige Blocke, bei denen die längs ////

iert:ilanu zeigt ausgeführten Schnitte zu keinen Punkten besonderer

Fig. I einen längs einer Schraubenlinie aulgeschmi Schwächung fuhren.

lenen Tasci/vlindci nach dem I lachlegen mit der Fs ist selbstverständlich möglich. Schichten abw ech-

Diirehschneidlime; und 3s sein /u lassen, bei denen die Winkel \ unterschiedliche

F1 g. 2 das durch Vereinigen der beulen Teile Werte haben, in alL'ti lallen sind jedoch die

gebildete Rechleck der leriigen Matte oder Tafel. aufgeschichteten Lagen Rechtecke Damit die Seilen-

Zunächsi v\ ird /ur I lcrsiellung der Malle oder Ί alel längen dieser Rechtecke unabhängig vom Wert des

aiii einem Dorn eine I aserw ickliing er/engt, die Winkels \ stets gleich bleiben, wird die Höhe der

praktisch mit derjenigen nach den? ersten bekannten 40 Wicklung auf dem Dorn m der Weise verändert, daß die

Verfahren identisch ist. d. h. eine Wicklung von Lange des Schnitts auf dem Dorn konstant ist. und der

praktisch ancinandcrgrcn/cndcn schrauhenlornngen Dorndurchmesser derart gewählt, daß die Lunge ////

Windungen, die in Fbenen senkrecht /tir Dornachse (Ι-Ί g. 1) ebenfalls konstant ist. In der Praxis wählt man

liegen. fur den Winkel \ nur cmc begrenzte Anzahl von

Der so gebildete Faser/v, linder wird dann auf dem 4«, unterschiedlichen Weilen, wobei jedem von ihnen ein

Dorn längs einer Schraubenlinie aufgeschnitten, die bestimmter Dormlurchmcssei entspricht,
nach dem »Fuifalicn« bzw. Flachlegen des Zvlinders in

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung rechteckiger Matten oder Tafeln aus mit einem Präpolymeren imprägnierten oder in einem metallischen Grundmaterial untergebrachten parallelen hoehtemperaturfesten Fasern mit hohem Modul, die mit den Seiten des Rechtecks einen Winkel α oder (90-λ) bilden, nach dem die Fasern zunächst schraubenförmig auf einen Dorn aufgewickelt werden, wobei jede Windung praktisch in einer zur Dornachse senkrechten Ebene liegt, und der so gebildete Faserzylinder dann auf dem Dorn iängs einer Linie aufgeschnitten und flachgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserzylinder auf dem Dorn längs einer Schraubenlinie, die beim Flachlegen des Zylinders eine Gerade wird, die mit den angrenzenden Seiten des beim Flachlegen gebildeten Prallelogramms einen Winkel von α oder (90 - σ.) bildet, aufgeschnilten wird, daß das erhaltene Parallelogramm längs einer den beiden durch das Aufschneiden geschaffenen Seiten gemeinsamen Senkrechten durchgeschnitten wird und daß die beiden so erzeugten Flächen unter Bildung eines Rechtecks, in dem alle Fasern parallel sind, wieder vereinigt werden.

2. Verwendung von nach Anspruch 1 hersgestellten Matten oder Tafeln zur Herstellung mehrschichtiger Wände oder Quader.

3. Verwendung von nach AnsDruch 1 hergestellten Matten oder Tafeln mit untereinander verschiedenen, zwischen 0 und MO veränderlichen Faserwinkeln für die Herstellung mehrschichtiger Wände oder Quader.

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