DE2934782A1

DE2934782A1 - Flaechengebilde und verwendung des flaechengebildes fuer verbundmaterialien

Info

Publication number: DE2934782A1
Application number: DE19792934782
Authority: DE
Inventors: Akira Nishimura; Kyuichiro Nishimura
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1978-08-29
Filing date: 1979-08-29
Publication date: 1980-03-13
Also published as: GB2032476A; JPS5530974A; JPS5752221B2; NL7906446A; FR2434880A1

Description

Toroy Industries, Inc. Tokvo / .faoar

Flächengebildc und Verwendung deensos Flächcngebildes in Vcrl)undmaterialion

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J3t'sehr ei buna

DLe Erfindung betrifft ein Flächengobilde für Verbundmotor ia.I ion , insbesondere ein Flächengebilde das als verstärkende r Material für faserverstärkte Kunststoffe (TRP) un:¹ f.'i-; ervers ta rkte Metalle (FRM), insbesondere für ».-in ll-:i',·, da?- als Mali ix in fasciverstärkten Kunststoffen vorv;;.-nilcL wird, Tociqnet ist.

Faserverstärkte Kuh:; tsto'~i~o, horqes? tollt aus einem !ldJ", clop r¹ i t ei ;kt, faser:gen Material zusammengesetzt aus "erstärkt'ndon Pasern wie Graphitfasern oder Glasfasern verstärkt ist, sind bekannt. Oft: wird ein Gewebe aus verstärkenden Fasern als Fadenmaterial verwendet.

In eine;;! Fa.;>'rmatoria] in der Form eines Gewebes ist die Beanspruchung auf die Vorbindunc :;pur.k te konzentriert, da die verstärkenden Fasern aber die Kreuzungspunkto der Kettfaden und Schußfäden miteinander verbunden sind und daher können die charakteristischen Eigenschaften der verstärkenden Fasern wie hohe Zugfestigkeit und hohe Elastizität nicht in ausreichenden Maße ausgenutzt werden.

Darüber hinaus wird keine ausreichende Biegefestigkeit erreicht, wenn faserverstärkte Kunststoffe mit einer kegel artigen oder kapponartigen Form z.B. für akustische Vibrationsplatten von Lautsprechern gebildet werden unter Verwendung einer Flächengebilde-Bahn, da die verstärkenden Fasern eine Form ähnlich einer gebogenen gewellten Bahn erhalten.

Fs sind daher Versuche uriternonipen worden, faserverstärkte K; ι η ■::. t s t ο f f e ί ι e r :■: u y L ·■ j 11 e η u η t e r Ve rwe η el u η g ο i η e s sog e r. a η η ten kt" tt.en;;vark--n Π~".-:>-·\>^:: au.· Kettfaden, bestehend aus geraden vors tarnenden F-i.-sorn d i \? frei sind von Biegungen.

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Da aber in dem kettenstarken Gewebe die physikalischen Eigenschafton in der Kettrichtung von denen j.n der Schußrichtung sich unterscheiden und das Gewebe in den physiaklLsehen Eigenschaften anisotrop ist sollten die Kettfaden so angeordnet werden, daß Gruppen bestehend aus einer Vielzahl von Kettfaden laminiert sind um einander zu überkreuzen und daher ist das Verfahren zur Bildung der faserverstärkten Kunststoffe kompliziert und schwierig.

Gegenstand der Erfindung ist ein Flächengebilde für ein Verbundmaterial in dem die oben genannten Nachteile der üblLehen Gewebe die als verstärkende Fasermaterialien für Verbundmaterialien verwendet werden nicht auftreten, wobei die charakteristischen Eigenschaften der verstärkenden Fasern wir hohe Zugfestigkeit und hoher Modul im wesentlichen vollständig erhalten bleiben und damit auf sehr einfache und leichte Weise Verbundmaterialien mit sehr hoher spezifischer Festigkeit und sehr hohen spezifischen Moduli hergestellt werden können.

Dies wird erreicht durch Verwendung eines Flächengebildes für Verbundmaterialien, das wenigstens zwei Garngruppen enthält, zusammengesetzt aus geraden verstärkenden fadenförmigen Garnen (geraden, verstärkenden Filamentgarnen) die frei sind von Biegungen und Krümmungen und die zusammengefasst sind in einer Richtung in Form ähnlich eines Bandes, wobei die Garngruppen miteinander integriert sind durch Hilfs-Endlosgarne, so daß die bandartigen Flächen bzw. schichtartigen Flächen der Garngruppen miteinander in Kontakt stehen und fadenförmige Garne (Filamentgarne) einer Garngruppe sich mit Hilfs-Endlosgarnen einer anderen Garngruppe überschneiden und die Hilfs-Endlosgarne eine höhere Bruchdehnung aufweisen als die der verstärkenden fadenförmigen Garne bzw. verstärkenden Filamentgarne.

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rig. 1 ::eigt die vergrößerte perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen i"J.cich..Mvj^l. i. Ide.s für ein Verbundmaterial;

Fig. 2 zeig ι: die vergrößerte perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fl ächengebildes;

Fig. 3 zeigt die vergrößerte perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flächengebildes;

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung des Flächengebildes;

Fig. 5 r-eigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer weiteren Möglichkeit des erfindungsgemäßen Flächengebildes;

Fig. G zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung des Flächengebildes nach der Erfindung.

Die Erfindung wird anhand der Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung gemäß der folgenden Zeichnungen näher erläutert.

In der Fig. 1 ist das Flächengebilde bzw. die gewebeartige Struktur mit 1 gekennzeichnet und sie besteht aus verstärkenden fadenförmigen Garnen bzw. verstärkenden Filamentgarnen 2 und 2' und Hilfs-Endlosgarnen 3 und 3". In dem Flächengebilde 1 ist eine Garngruppe A zusammengesetzt aus einer Vielzahl von geraden, verstärkten fadenförmigen Garnen 2 zusammengefasst in einer Richtung (horizontale Richtung in Fig. 1) parallel zu einer

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— i υ ~

anderen Gruppe in Form ähnlich eines Bandes und dieses Band >st laminiert, bzw. beschichtet mit oincr Garngruppe B, zusammengesetzt aus einer Vielzahl von geraden, vorstärkenden fadenförmigen Garnen 2' ausgerichtet in einer Richtung (vertikale Richtung in Fig. 1) parallel zueinander in Form ähnlich eines Bandes. In der Ausgestaltung nach Fig. 1 bestehen die verstärkenden Filamentgarne 2 und 2' aus einem Multifilamentgarn zusammengesetzt aus einer Vielzahl von einzelnen Fäden. Ähnlich eines Bandes bedeutet_fdaß die verstärkenden Filamente in einer Ebene angeordnet sind. Der Ausdruck gerade bedeutet, daß die Filamente deutlich sichtbar nicht wellenförmig gebogen sind, wie in üblichen Geweben, wobei sie jedoch bis zu einem gewissen Ausmaß leicht gebogen sein können.

Die Fläche des Bandes der Garngruppe A befindet sich auf der Fläche des Bandes, zusammengesetzt aus der Garngruppe B. Die Bahnen sind laminiert. Die verstärkenden fadenförmigen Garne 2 und 2¹ überkreuzen einander. Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 überkreuzen sich die fadenförmigen Garne in einem rechten Winkel. Von den Hilfs-Endlosgarnen 3 und 3'sind die Hilfs-Endlosgarne 3' parallel zu den verstärkenden, fadenförmigen Garnen 2' außerhalb der Garngruppe A angeordnet, d.h. oberhalb der Garngruppe A in der Ausgestaltung nach Fig. 1, wobei sie in gerader Linie zwischen den verstärkenden, fadenförmigen Garnen 2¹ parallel zueinander angeordnet sind. In der Ausgestaltung nach Fig. 1 sind die Hilfs-Endlosgarne, obwohl sie gerade angeordnet sind, mit den 'Garnen der Gruppe A laminiert. Die anderen Hilfs-Endlosgarne 3 sind zwischen den verstärkenden fadenförmigen Garnen 2 parallel zueinander angeordnet, wobei die Hilfs-Endlosgarne 3 parallel zu den verstär-

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London, fadenförmiger. Garnen 2 angeordnet sind, aber nicht in gerader Linie. Die Hilfs-Endlosgarne 3 .sind gebogen, wobei :;ie mit den entsprechenden verstärkenden, fadenfr an igen Garnen 2^! und den Hilfs-Hndl 'isg-irncn 3' verflochten sind. Die IIL Lf s-Endlosgarne J sind gebogen und angeordnet in der gleichen Weise wie bei üblichen Geweben. In der Ausgestaltung nach Fig. 2 sind nov/ohl die Hilfs-Endlosgarne 3 als auch 3' zusammengesetzt aus einem Multifilamentgarn so wie die verstärkenden fadenförmigen Garne 2 und 2¹.

In der Ausgestaltung nach Fig. 1 weisen die verstärkenden, fadenförmigen Garne 2 und 2¹ flache Querschnitte auf, insbesondere sind in jedem der verstärkenden, fadenförmigen Garne fadenförmige Filamente (einzelne Fäden) in einer flachen Form angeordnet, so daß jedes verstärkende, fadenfürmige Garn eine bandförmige Form aufweist. D^lher v/oist die Gesamtstruktur keine große Dicke auf, sondern eine schichtförmige bzw, bandförmige Form.

Das Flächengebilde gemäß Fig. 1 kann in der folgenden Weise hergestellt werden:

Die verstärkenden, fadenförmigen Garne und die Hilfs-Endlosgarne werden um verschiedene Kettbäume gebunden und dann werden sie durch verschiedene Heddles (healds) geführt, so daß die verstärkenden, fadenförmigen Garne und die Hilfs-Endlosgarne alternativ zueinander angeordnet werden. Getrennt davon werden die verstärkenden, fadenförmigen Garne und Hilfs-Endlosgarne nacheinander in der Schußrichtung mittels einer Rapier-Wirkmaschine eingeschlagen. Hier ist die Spannung auf dem Hilfsgarn als Kettfaden größer als die Spannung auf den Hilfs-Endlosfäden als Schußfäden.

Das Flächengebilde gemäß Fig. 2 ist dem Flächengebilde

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gemäß Fiq. 1 ähnlich, jedoch mit dem Unterschied, daß die.· Zahl der verstärkenden Filamente, die jedes der verstärkenden, fadenförmigen Garne 2 und 2' ausmachen zwei Mal größer ist als die Zahl der verstärkenden Filamente aus denen die verstärkenden, fadenförmigen Garne 2 und 2' des Flächengebildes nach Fig. 1 bestehen.

Die Breite der verstärkenden, fadenförmigen Garne 2 und 2¹ ist größer als die im Flächengebilde gemäß Fig. 1. In dem Flächengebilde gemäß Fig. 2 ist die Menge der verstärkenden Filamente pro Volumeneinheit größer als im Flächengebilde gemäß Fig.1 und daher ist die Festigkeit auch entsprechend erhöht.

Das Flächengebilde gemäß Fig. 2 kann hergestellt werden unter Verwendung von verstärkenden, fadenförmigen Garnen enthaltend eine große Zahl von Filamenten gemäß dem Verfahren wie es bei dec Fig. 1 beschrieben ist. Das Flächenqebilde gemäß Fig. 2 kann hergestellt werden unter Verwendung der gleichen verstärkenden,fadenförmigen Garne wie sie für die Bildung des Flächengebildes nach Fig. 1 verwendet worden sind, wobei die verstärkenden, fadenförmigen Garne und die Hilfs-Endlosgarne durch verschiedene Heddles geführt werden, so daß zwei verstärkende, fadenförmige Garne mit einem Hilfs-Endlosgarn alternieren und dann die verstärkenden, fadenförmigen Garne und die Hilfs-Endlosgarne von der Schußrichtung einschlägt, so daß zwei verstärkende, fadenförmige Garne mit einem Hilfs-Endlosgarn abwechseln.

Das Flächengebilde gemäß Fig. 3 ist ähnlich aufgebaut wie das Flächengebilde nach Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß die Zahl ver verstärkenden Filamente die jedes der verstärkenden, fadenförmigen Garne 2' bildet, zwei Mal so groß ist wie die Zahl der verstärkenden

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Filamente, u Io ic:^:"S <1>:τ ','erstarkenden, fadenförmigen Garni-- 2¹ in I'J .■ic!icn.-:cbi.]do gemäß rig. 1 bilden und ci-'hc: ist (iat- F1 .'choiK^bildo gemäß Fig. 3 in der Breite der verstärkender», fadenförmigen Garne 2' verstärkt. Bei den Flüehcngobj ld-^ gemäß Fig. 2 ist die Festigkeit in der axialen Richtung der verstärkenden, fadenförmigen r.arno 2' verstärkt und dir· gerichtete Charakteristik (tor Festigkeit ergibt die Struktur.

Das Flächengebilde gemäß Fig. 3 kann hergestellt werden, indem man die verstärkenden, fadenförmigen Garne und die Hilfs-Endlcsgarne (Filanentgarne) an verschiedenen Kettbäumen befestigt und sie dann durch verschiedene Ileddles hindurchführt, so daß zwei verstärkende, fadenförmige Garne mit einem Hilfs-Filamentgarn alternieren und dann die verstärkenden,fadenförmigen Garne und die Hilfs-Filarentgarnc alternierend eines nach dem anderen unter Verwendung eines Rapier-Webstuhles oder einer ähnlicher» Vorrichtung in der Schußrichtung einschlägt.

Das Flächengebilde nach Fig. 4 ähnelt dem der Fig. 1 jedoch mit den Unterschied, daß beide Hilfsfilamente und 3¹ im gev/ellten Zustand angeordnet sind. In diesem Flächengebilde ist die Fadenspannung der Hilfs-Filamentgarne als Kette gleich der Fadenspannung der Hilfs-Filamentgarne als Schuß. Das Flächengebilde nach Fig. 4 kann gemäß dem Verfahren hergestellt werden wie es in Fig. 1 beschrieben ist.

Das Flächengebilde gemäß Fig. 5 entspricht dem der Fig. hinsichtlich der Anordnung der verstärkenden, fadenförmigen Garne 2 und 2' und unterscheidet sich von diesen hinsichtlich der Anordnung der Hilfs-Filamentgarne. Flächengebilde gemäß Fig. 5 sind insbesondere die Hilfs-Endlosgarne 3'¹ nicht parallel zu den verstärkenden,

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fadenförmigen Garner, 2 und 2' angeordnet und die Hi 1fr;-, fadenförmigen Garne 3'' sind S-förmig gebogen, so daß sie mit den Garnen 2 und 2" alternieren. Obgleich das Vorfahren zur Herstellung dieses Flächenaobildes relativ kompliziert, ist wird damit jedoch der Vorteil erreicht, daß die verstärkenden, fadenförmigen Garne fixiert werden können mit Hilfs-Endlosgarnen in einer Richtung. Das Flächcnqebilde gemäß Fig. 5 kann nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden: Die verstärkenden, fadenförmigen Garne und die HiIfs-Filamentgarne werden um verschiedene Kettbäume gewickelt und dann wird ein verstärkendes fadenförmiges Garn und ein Hilfs-Filamentgarn durch eine halbe Helfe-Heddle (doup heald) geführt, so daß sie miteinander abwechseln. Das verstärkende, fadenförmige Garn und das Hilfs-Filamentgarn, daß durch die gleiche Doupheddle geführt worden sind, werden in ein Blatt eingeführt. Jedes Mal wenn ein Schuß, d.h. ein verstärkendes, fadenförmiges Garn eingeschlagen wird, wird die relative Position des verstärkenden fadenförmigen Garnes und des Hilfs-Filamentgarnes als Kette mittels einer Drehergevebo-Webmaschine gewechselt.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Flächengebildes nach der Erfindung. Das Flächengebilde 1 setzt sich zusammen aus geraden verstärkenden fadenförmigen Garnen und Hilfsfilamentgarnen wie in Fig. 1 wiedergegeben, wobei sich das Flächengebilde in Fig. 6 jedoch in wesentlichen Punkten von dem der Fig. 1 unterscheidet. In dem Flächengebilde 1 nach Fig. 6 ist eine bandartige Garngruppe A, bestehend aus verstärkenden, fadenförmigen Garnen 2, eine bandartige Garngruppe B, bestehend aus verstärkenden, fadenförmigen Garnen 2' und eine bandartige Garngruppe C bestehend aus verstärkenden fadenförmigen Garnen 2' so miteinander laminiert, daß ein Drei-Lagen-Flächengebilde gebildet wird,

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in dorr; drei Garngruppen aneinander alternierend überkreuzen. Die I! Mf s-Fiiarncnt'j'arne 3' sind parallel zu den \'cr:i!"rk onuon, fadenförmigen Garnen 2¹ angeordnet und dabei, sind sie so gewollt, daß sie die verstärkenden fadenförmigen Garne 2 und 2¹¹ alternierend eines nach de;;! anderen 1:reuzen. Dieses Flächengebilde hat den Vorteil, daß die Menge der verstärkenden Fasern pro Volumeneinheit des faserverstärkten Kunststoffs erhöht ist und somit die Festigkeit des Kunststoffs verbessert wird. Das Fläohengebildo nach Fig. 6 kann dadurch hergestellt worden, daß man die verstärkenden, fadenförmigen Garne und die HiIfs-Filamentgarne um verschiedene Kettbaum« herumwickelt, sie dann durch verschiedene Heddles hindurchführt, so daß die verstärkenden, fadenförmigen Garne uv.a die Hilf s-Filamentgarne alternierend eines nach dem mdoren angeordnet sind und man dann die verstärkenden, fadenförmigen Garne in dor Schußrichtung einschlägt bzw. knüpft.

Anschließend werden die bevorzug Lon Anwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Flächengebilde näher beschrieben.

Der Ausdruck Verbundmaterial erfasst nicht nur faserverstärkte Kunststoffe, sondern auch faserverstärkte Metalle. In allen diesen Fällen wird die Anordnung der verstärkenden, fadenförmigen Garne bzw. verstärkenden Filamentgnrne und der Hilfs-Filamentgarne in dem erfindungsgemäßen Flächengebilde, das als verstärkendes Fasermaterial verwendet wird nicht geändert.

Als Fasern der verstärkenden, fadenförmigen Garne können z.B. verwendet werden Kohlenstoffasern, Graphitfasern, Glasfasern, Polyarjmidfasern, Siliciumcarbidfasern, Borfasern und !Metallfasern. Die Multifilamentgarne, die aus den oben erwähnten Fasern bestehen, werden als verstärkende,

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fadenförmige Garne verwendet.

Die Fasern der Hilfs-Filamentgarne können z.B. bestehen aus Glasfasern, Acrylfasern, Reyonfasern, Polypropylenfasern, PolyaramiUfasern, Polyamidfasern und Polyesterfasern. Die Monofilamentgarne bzw. Multifilamentgarne, die aus den oben erwähnten Fasern hergestellt werden, werden als Hilfs-Filamentgarnc verwendet.

Es ist unbedingt notwendig, daß die Bruchdehnung der Hilfs-Filamentgarne größer ist als die der verstärkenden, fadenförmigen Garne. Die Bruchdehnung der Hilfs-Filamentgarne ist wenigstens zwei Mal so groß wie die Bruchdehnung der verstärkenden, fadenförmigen Garne. Gemäß dieser Forderung sollten die Materialien der verstärkenden Filamentgarne und der Hilfs-Filamentgarne ausgewählt und entsprechend kombiniert werden. Die bevorzugten Kombinationen· werden nachfolgend beschrieben.

Wenn z.B. Kohlenstoffasern, Graphitfasern, Siliciumcarbidfasern oder Borfasern als verstärkende Fasern verwendet werden, werden Acrylfasern, Reyonfasern, Polypropylenfasern, Glasfasern, Polyamidfasern, Polyaramidfasern oder Polyesterfasern als Hilfsfasern verwendet. Wenn Glasfasern oder Polyara midfasern als verstärkende Fasern eingesetzt werden, werden Acrylfasern, Reyonfasern, Polypropylenfasern, Polyamidfasern oder Polyesterfasern vorzugsweise als Hilfsfasern verwendet. Wenn Metallfasern z.B. Stahl-, Berylium- und Wolframfasern als verstärkende Fasern verwendet werden, werden vorzugsweise Acrylfasern, Reyonfasern, Polypropylen-, PoIyamid-,oder Polyesterfasern als Hilfsfasern ausgewählt. Die am meisten bevorzugte Kombination ist eine Zusammensetzung aus Graphitfasern als verstärkende Fasern mit Glasfasern als Hilfsfasern.

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Das wichtigste Merkmal der erfindungsgemäßen Flächengchilde ist, daß die verstärkenden, fadenförmigen Garne nicht gewellt sind sondern gerade ausgerichtete und bandartig angeordnete Gai^ngruppen aus verstärkenden, fadenförmigen Garnen aufweisen, die nicht miteinander verschlungen sind, sondern die miteinander laminiert sind. Dadurch unterscheidet sich die Fadendichte des erfi ndungsgeinä Ben Flächengebildes wesentlich von der Fadendichte der verstärkenden Fasern der bekannten Gewebe. Bei den bekannten Geweben überkreuzen sich die Kett,- und Schußfäden und die verstärkenden Fäden sind an diesen Kreuzungspunkten miteinander verbunden. Dies ist der Grund dafür, daß sich die Belastung an den Kreuzqngspunkten konzentriert und die hohe Festigkeit und die hohen Moduli der verstärkenden Fasern nicht ausreichend ausgenutzt werden können. In den erfindungsgemäßen Flächengebilden sind die verstärkenden Fasern gerade angeordnet, wodurch die den verstärkenden Fasern innewohnenden Eigenschaften vollständig erhalten bleiben.

In den erfindungsgemäßen Flächengebilden werden Garngruppen von verstärkenden, fadenförmigen Garnen abwechselnd durch Hilfs-Filamentfasern fixiert. Da die verstärkenden, fadenförmigen Garne gerade angeordnet sind, sind die Hilfs-Filamentgarne in extrem gewundener Form angeordnet. In einem Verbundmaterial, daß das erfindungsgemäße Flächengebilde enthält, wird die Belastung auf den gebogenen Anteilen der Hilfs-Filamentgarne konzentriert und deshalb sollten die Hilfε-Filamentgarne eine höhere Bruchdehnung aufweisen. Die Bruchdehnung der Hilfs-Filamentgarne ist daher wenigstens zwei Mal so groß wie die Bruchdehnung der verstärkenden Filamentgarne.

Die Hilfs-Filamentgarne bestehen entweder aus Multifilament-

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garnen oder Monofilamentgarnen. Die Querschnittsfläche der Hilfs-Filanientgarne ist vorzugsweise gering und beträgt insbesondere weniger als ein Drittel der Querschnittsfläche der verstärkenden Filamentgarne. Wenn die Querschnittsfläche der Hilfs-Filamentgarne größer als der Querschnitt der verstärkenden Filamentgarne ist,treten die folgenden Nachteile auf:

1. Der Anteil der verstärkenden, fadenförmigen Garne, der ein gewisses Volumen des Flächengebildes ausmacht, wird gering und so können die charakteristischen Eigenschaften der verstärkenden, fadenförmigen Garne nicht

in ausreichendem Maße in Erscheinung treten;

2. wenn faserverstärkte Kunststoffe unter Verwendung dieser Fasergebilde hergestellt werden, wird Harz in die Zwischenräume eingeführt die durch die konvexen und konkaven Oberflächen der Hilfs-Filamentgarne gebildet wird und so kann kein Verbundmaterial hergestellt werden, das einen hohen Faservolumenanteil aufweist;

3. die Steifigkeit der Hilfs-Filamentgarne wird erhöht und die verstärkenden Filamentgarne werden von derart steifen Hilfs-Filamentgarnen umschlungen.

Die Festigkeit der Hilfs-Filamentgarne beträgt vorzugsweise weniger als ein Fünftel der Festigkeit der verstärkenden, fadenförmigen Garne. Wenn die Festigkeit der Hilfs-Filamentgarne zu hoch ist, werden die verstärkenden, fadenförmigen Garne nicht fest genug durch die Hilfs-Filamentgarne verbunden. Die erfindungsgemäßen Flächengebilde bestehen vorzugsweise aus zweilagigen Garngruppen der verstärkenden, fadenförmigen Garne. Es können aber auch dreilagige Garngruppen wie in Fig. 6 dargestellt oder

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;richr;;c}: Lchtige Garngruppen für die Herstellung der erf :i ndung.syomaßen Flachongebilde eingesetzt werden.

Der Querschnitt der verstärkenden, fadenförmigen Garne lsi: vorzugsweise fLach, insbesondere bandartig. Es worden vorzugsweise Vorrichtungen verwendet, die die Breite der vorstärkenden, fadenförmigen Garne erhöht, indem die Filamente flach angeordnet, werden oc'er die Zahl der ."ilaments entsprechend erhöht wird und dann entsprechend breit angeordnet werden. Die Garngruppen der verstärkenden, fadenförmigen Garne werden so laminiert, daß die Garnrichtungen der Garngruppen sich miteinander überschneiden. Die Garngruppen sind vorzugsweise im rechten Winkel angeordnet. Die erfindungsgemäßen Flächengebilde werden mit einem nicht gehärteten wärmehärtbai'en Harz imprägniert um so ein sogenanntes Prepreg herzustellen.

Ais wärmehärtbare Harze werden vorzugsweise ungesättigte Polyesterharze, Epoxidharze, Polyimidharze und Phenolharze verwendet.

Die Prepregs der vorliegenden Erfindung können zu faserverstärkten Kunststoffartikeln geformt werden, wobei die imprägnierten wärmehärtbaren Harze thermisch gehärtet werden. Die so hergestellten faserverstärkten Kunststoffartikel können z.B. verwendet werden als Bauelemente in der Luftfahrtindustrie oder Raumfahrtindustrie, z.B. als Flugzeugflügel, Rotorblätter von Hubschraubern, als Flugzeugrumpf, als Trägerelement für Flugzeugflügel, als Türklappen von Flugzeugen, Sportartikel z.B. Boote, Kanus, Jachten, Angelruten, Tennisschläger, Skier, für Pfeile und Bogen, als Kolben, Hockeyschläger, Fahrradrahmen und auch für übliche Industrieartikel z.B. Autokarrosserien, Automobilteile, Stoßdämpfer, Armaturenbretter, für medizinische Instrumente, als Röntgenkasetten, als Tankgerüst,

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als Tank, Lautsprecher, Musikinstruinente, Schiffe, Zentrifugen-Trennvorrichtungen und Flugräder.

Die in den erfindungsgemäßen Flächengebilden verwendeten verstärkenden Fasern und Hilfsfasern können mit dünnen Mctallfilmen beschichtet sein. Für die Beschichtung können z.B. Kupfer, Nickel, Aluminium und Legierungen enthaltend wenigstens ein Metall der obigen Gruppe als Hauptkomponente verwendet werden. Die faserverstärkten Metalle enthaltend die erfindungsgemäßen Flächengebilde können dadurch hergestellt werden, daß man eine Vielzahl der metallbeschichteten Flächengebilde laminiert und dann die so hergestellten Laminate erwärmt und miteinander verpresst.

Die so hergestellten erfindungsgemäßen faserverstärkten Metalle können z.B. verwendet werden als Lager, Lager-, teile, als Flansch- oder Schaufoliiiaterialicn und als Sammelschieber. Als bevorzugte Materialien für die Beschichtung mit Metallen werden insbesondere Kohlenstofffasern, Graphitfasern, Si Iiciumcarbidfasern, Borfasern und Metallfasern verwendet.

Die Erfindung wird durch folgende Beispiele näher erläutert, Beispiel 1

Es wurde ein Flächengebilde hergestellt aus hochfesten Graphitfasergarnen, zusammengesetzt aus 3000 Filamenten mit einem mittleren Monofilamentdurchmesser von 7 μ und einer Fadenstärke von 300 kg/mm² und einem Fadenmodul von 23, b χ 10³ kg/mm² (Tora yea T 300-3000 fil) als verstärkende, fadenförmige Garne und 2 2,5 - Fadendichtenummer-Glasfasergarnen gebildet aus gedrehten Glasfasergarnen, die zusammengesetzt sind aus 200 Filamenten mit einem mittleren Monofilamentdurchmesser von 5 μ bei einer Verdrehung von 4 .,4 Drehungen-pro 25,4 mm tbezeichnet

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als ECD 450 1/2) als Hilfs-Filamentgarne. Aus diesen Filanentgarnen wurde ein Fläehengebilde gemäß Fig. 1 hergestellt, in dem die Garndichte 12 Garne pro Zentimeter entweder in der Längsrichtung oder in der seitlichen Richtung betrug. Die Dichte der Graphitfilamentgarne und der Glasfilamentgarne betrugt 6 Garne pro Zentimeter.

Es wurden übliche Graphitfasergewebe B und C, die gewellte bzw. verschlungene,verstärkende Garne gemäß Tabelle 1 enthielten und das erfindungsgemäße Fläehengebilde mit einer Lösung beschichtet, die aus einem Härter enthaltenden, vorpolymerisierten Epoxidharz in Methyltatylketon bestand. Durch Abziehen des Methyläthylketons wurde ein Prepreg hergestellt, das zwischen zwei Eisenplatten, die mit einem Formtrennmittel aus Wachs, Silikon und einer Polyvinylalkohollösung beschichtet war gelegt. Aus den üblichen Graphitfasergeweben wurden einlagige und zweilagige (Laminierungswinkel: 0°/0°) Fläehengebilde geformt und aus den üblichen Graphitfasergeweben C und aus dem erfindungsgemäßen Fläehengebilde A wurde ein einlagiges Fläehengebilde hergestellt. Für die Herstellung der graphitfaserverstärkten Harzplatten wurde die Härtung bei 120⁰C für eine Stunde und bei einem Druck von 10 kg/cm² in einer Heißpresse vorgenommen. Dann wurden die Platten für zwei Stunden bei 130⁰C nachgehärtet.

Die charakteristische Frequenz jeder graphitfaserverstärkten Harzplatte wurde gemessen und dann wurden die Bietjemoduli aus den gemessenen Werten berechnet. Weiterhin wurden das spezifische Gewicht und die Oberflächendichte ermittelt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefasst.

Bei dem zweilagigen Produkt, daß das übliche Graphitfaser-

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gewebe B enthielt, wurde ein Elastizitätsmodul von 5,6 χ 10"" kg/mm¹ und bei dem einlagigen Produkt, daß das übliche Graphitfasergewebe B oder C enthielt Wurde ein Biegemodul von weniger als 3,2 bis 3,5 k-g/mm² ermittelt. Dagegen betrug der Biegemodul der graphitfaserverstärkten Harzplatte, die das erfindungsgemäße Flächengebilde Λ enthielt 5,5 χ TO kg/mm⁷.

Es wurde ein Lautsprechertrichter unterVerwendung der so hergestellten graphitfaserverstärkten Harzplatten mit dem erfindungsgemäßen Flächengebilde A hergestellt. Da die Kunststoffplatte eine dünne einschichtige Struktur aufwies und eine kleine Oberflächendichte und einen hohen Biegemodul besaß, konnte das Formungsverfahren sehr leicht durchgeführt werden, so daß ein Lautsprechertrichter hergestellt werden konnte.

Beispiel 2

Es wurden Epoxyharz-Prepregs unter Verwendung üblicher Graphitfasergewebe C nach Beispiel 1, einer üblichen kettenstarken Graphitfaseranordnung D und eines Flächengebildes A gemäß der vorliegenden Anmeldung wie in Beispiel 1 hergestellt .Für den Fall des Gewebe C und des Flächengebildes A gemäß der Erfindung wurden sieben Epoxyharz-Prepregs in der gleichen Richtung laminiert (Kette in Axialrichtung) und im Fall der üblichen kettenstarken Graphitfaseranordnung D wurden acht Epoxyharz-Prepregs in einem Kreuzungswinkel von 0/90° laminiert.

Es wurden'Teststreifen für die Untersuchung der Zugfestigkeit mit einer Breite von 12,7 mm einer Länge von 230 iran, einer Meßlänge von 100 mm und einer Dicke von etwa 1,5 mm aus den erhaltenen gehärteten Platten herausgeschnitten, so daß die Meßachse mit der Kettrichtung in dem Fall des Gewebes C und de s Flächengebildes A übereinstimmte und

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die Meßachse nit der O°-Richturig im Fall des kettenstarken Graphitfasergebildes D übereinstimmte.

Die Ergebnisse der Messung der physikalischen Eigenschaften dieser graphitfaserverstärkten Harzplatten sind in der Tabelle 2 zusammengefasst.

Bej einer Faservolumenfraktion von 60 % betrug die Zugfestigkeit der Kunststoffplatte, enthaltend die übliche Zusammensetzung C weniger als 48 kg/mm², aufgrund der Konzentration der Belastung an den ansteigenden Teilen und die Zugfestigkeit der Kunststoffplatte enthaltend das Flächengebilde A gemäß der Erfindung betrug 82 kg/mm² und lag somit nahe dem theoretischen Wert errechnet aus aen Garnen der Mischung. Die Zugfestigkeit der Kunststoffplatte enthaltend 0°/90° laminierte Epoxyharz-Prepregs aus üblichen kettenstarken Graphitfasergebilden D betrug nur 6 2 kg/mm².

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Tabelle

Materialien

	Garn	Graphitfa- j Kette ! ser (GF) -j	Schuß	GF 'j	Schuß	GF ( /cm) j	3000	lOOOf	3000	i
		Kohlenstoff-)· faser (CF) !	CF j	ί CF ( /cm)	ECG450 1/2 j	-	3000 j
Auf		Kette ' ^GF < ^/CT) !	Gewicht (g/m ) \|	3000	lOOOf	j
bau	Feinheits nummer	CF ( /cn) j	Bindung	ECG450 1/2		5 i
	Lagenzahl	5	IO	I
	Dicke nach der Härtung(mm)	6		5 :
	Gewicht (g/m )	δ	10
	Fasergehalt (vol. -%)			200
Eigen	spezif. Gewicht	267	133	2/2 Twill
schaf ten	Biegemodul (10 Kg/nun )	glatt	2/2 Twill	1
des Lami	1	1 ί 2 (0°-0°)	0.18
nats	0.25	0.11 ^! 0.21	254
	342	169 ! 330 I	72
	70	72 I 74	1.59
1.63	1.60 ! 1.60	3.5
¹ 5.5	3.2 5.6

„ *"ϊ t-I _

Tabelle

Materialien

ten df.r
Lanti na to

Zugmodul

ugfestigkeit

2 ί'Κπ/!;::η'*)

Fasorgehalt (Vol.-'i)

	C	D 6.3 62 60
	5.7 48
	60

Λ
6.3
82
60

0 3 C j 1 1/0789

Claims

1.j Flächengebilde für Verbandmaterialien, dadurch Ό ken η zeichnet, daß es

in einer Richtung parallel zueinander in der Form ähnlich eines Bandes angeordnet sind,

b) eine Garngruppe B, zusammengesetzt aus einer Vielzahl von geraden verstärkenden fadenförmigen Garnen, die in einer Richtung parallel zueinander in Form ähnlich eines Bandes angeordnet sind, wobei die Bandfläche der Garngruppe B der Bandfläche .!er Garngruppe Λ gegenübersteht und die verstärkenden fadenförmigen Garne der Gruppe B die verstärkenden fadenförmigen Garne der Garngruppe A kreuzen und

c) fadenförmige Hilfsgarne (Hilfs-Endlosgarne), die die Garngruppen A und B integrierend zusammenhalten, wobei die fadenförmigen Hilfsgarne eine höhere Bruchdehnung als die verstärkenden fadenförmigen Garne der· Garngruppen A und B aufweisen, enthält.

2. Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Hilfs-Endlosgarne Schuß- und Kettfaden umfassen und eine Gruppe der Hilfs-Endlosgarne fortlaufend bzw. ununterbrochen außerhalb der Garngruppe A und intermediär zwischen jeweils zwei benachbarten verstärkenden fadenförmigen Garnen der Garngruppe B parallel zu den verstärkenden fadenförmigen Garnen der Garngruppe B angeordnet ist und

b) die andere Gruppe der Hilfs-Endlosgarne außerhalb der

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Garnqruppe B und intermediär zv/ischen jeweils zwei benachbarten verstärkenden fadenförmigen Garnen der Garngruppe A parallel zu den verstärkenden fadenförmigen Garnen der Garngruppe A angeordnet ist, wobei die andere Gruppe der Hilfs-Endlosgarne so verbunden ist, daß sie die verstärkenden fadenförmigen Garne der Garngruppe B und die Hilfs-Endlosgarne dieser einen Gruppe alternativ bzw. abwechselnd kreuzt.

3. Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Hilfs-Endlosgarne zwei Gruppen umfassen und eine Gruppe der Hilfs-Endlosgarne in einem gebogenen Zustand außerhalb der Garngruppe A und intermediär zwischen jeweils zwei benachbarten verstärkenden fadenförmigen Garnen der Garngruppe B parallel zu den verstärkenden fadenförmigen Garnen der Garngruppe B vorliegt und

b) die andere Gruppe der Hilfs-Endlosgarne außerhalb der Garngruppe B und intermediär zwischen jeweils zwei benachbarten verstärkenden fadenförmigen Garnen der Garngruppe

A parallel zu den verstärkenden fadenförmigen Garnen der Garngruppe A angeordnet ist, wobei die andere Gruppe der Hilfs-Endlosgarne so gebunden bzw. gebogen sind, daß sie die Hilfs-Endlosgarne dieser einen Gruppe abwechselnd kreuzen.

4. Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Garngruppe A so mit einer weiteren Garngruppe laminiert ist, daß die Bandflächen bzw. Schichtflächen der drei Garngruppen miteinander in Kontakt stehen und die verstärkenden fadenförmigen Garne einer Garngruppe die verstärkenden fadenförmigen Garne wenigstens einer der übrigen zwei Garngruppen abwechselnd kreuzen.

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5. Flächengebi lde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, '.l.jß die νersta rkendon fadenförmigen Garne zusammengesetzt sind aus Koh ¹ en^to; If a:-orn , Graphitfasern, Glasfasern, Polyamidfasern, S/ι iciur.icarbidf asern, Borfasern und/oder Metall fasern.

6. Γ!äohengohi1 do nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkenden fadenförmigen Garne einen flachen

Q11 ο r :^T. c h η 1 f:. t λ 'lfwo i. s ι: η .

7. riächcngobjldo nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, naß die Zahl der Fasern in allen verstärkenden fadenförmigen Garnen gleich ist, aber die Garnbreite in den Garngruppen

u r. t ■. · r s oh i c d 1 i c h i r, t.

3. rlächengebildr noch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der F.-iden in den verstärkenden fadenförmigen Garnen und die G«mbreite in den Garngruppen unterschiedlich ist.

9. Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-Endlosgarne aus Glas-, Acryl-, Reyon-, Polypropylen-, Polyaraiuid-,Polyamid- und/oder Polyesterfasern bestehen.

10. Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchdehnung der Hilfs~Endlosgarne wenigstens zwei Mal so groß ist wie die Bruchdehnung der verstärkenden fadenförmigen Garne.

11. Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der verstärkenden fadenförmigen Garne wenigstens drei Mal so groß ist wie die Querschnittsfläche der Hilfs-Endlosqarne.

12. F]ächengcbildc nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit der verstärkenden fadenförmigen Garne

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(vor.stärkende ilndlosgarru;) wenigstens fünf Mal so groß ist wie die Festigkeit der Hilfs-Endlosgarne.

13. Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß sowohl die verstärkenden fadenförmigen Garne (verstärkenden Endlosgarno) und die Hilfs-Endlosgarne Multifilamentgarne sind.

14. Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß die Hilfs-Endlosgarne Monofilamentgarne sind.

15. Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkenden fadenförmigen Garne der Garngruppen sich in einem rechton Winkel kreuzen.

Iu. FlächomjebilUe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkenden fadenförmigen Garne und die Hilfs-Endlosgarne mit einem ungehärteten wärmehärtbaren Harz imprägniert sind.

17. Flächengebilde nach Anspruch 1 und Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkenden fadenförmigen Garne und die Hilfs-Endlosgarne imprägniert sind mit ungesättigten Polyesterharzen, Epoxyharzen, Polyimidharzen und/oder Phenolharzen .

18. Flächengebildo nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkenden fadenförmigen Garne und die Hilfs-Endlosgarne mit einen dünnen Metallfilm beschichtet sind ausgewählt aus Kupfer, Nickel, Aluminium und Legierungen enthaltend wenigstens ein Metall ausgewählt aus den Metallen di'^or Haupt, metal lc: .

19. Faserverstärktem Harz enthaltend ein Flächengebilde nach einei.i der Ansprüche 1 bis 18.

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20. Faserverstärktes Metall enthaltend ein Flächenqebildo noch einem der Ansprüche 1 bis 17.

21. Verwendung der Flächengebilde nach den Ansprüchen 1 bis 18 zur Herstellung von faserverstärkten Harzen bzw. .Metallen.

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