DE3109400A1

DE3109400A1 - "verfahren zum strangpressen von faserverbundwerkstoffen"

Info

Publication number: DE3109400A1
Application number: DE19813109400
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 1000 Berlin Müller; Dieter Dipl.-Ing. Dr.rer.nat. 7534 Birkenfeld Stöckel
Original assignee: Rau G GmbH and Co
Current assignee: Rau G GmbH and Co
Priority date: 1981-03-12
Filing date: 1981-03-12
Publication date: 1982-09-30

Description

Verfahren zum Strangpressen von Faserver-
bundwerks toffen Die Erfindung betrifft ein Strangpreßverfahren zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen, bei dem in eine metallene Matrix eine Mehrzahl von Fasern eingelagert ist, wobei als Ausgangsmaterial ein, insbesondere in einem Hüllrohr zusammengefaßtes Bündel von Manteldrähten verwendet wird.
In der Zeitscbrift "Maschinenmarkt", Würzburg '36 (1980) 34 - Z7 wird ein Verfahren zum Strangpressen von Faserverbundwerkstoffen beschrieben, bei dem in eine metallene, Kupfer, Silber oder Nickel enthaltende Matrix nichtmetallene, kontinuierliche Kohlefasern eingepreP;t werden. Bei diesem indirekten Strangpressen findet während des Auspreßvorgangs keine Relativbewegung zwischen Blockaufnehmer und Preßblock statt. Somit entfällt die Reibung zwischen Blockoberfläche und Aufnehmerwand bzw. die Verschiebung des Blockinneren gegenüber der Randzone.
Das indirekte Strangpressen erfolgt dabei in der Weise, daß ein beheizter Blockaufnehmer nach dem Einbringen des auszupressenden Blockes, der aus dem metallenen Matrixmaterial und den eingelegten Kohlenstoffsträngen besteht, mit einem VerschluPJstück verschlossen wird, auf dem ein Preßplunger aufliegt.
Der Preßplunger bewegt sich durch den Preßzylinder abwärts, wobei das Verschlußstück auf dem Block aufsitzt und dieser zunächst im Blockaufnehmer auf den Aufnehmerdurchmesser aufgestaucht wird. Bei weiterer Betätigung des Preßzylinders erfolgt der eigentliche StrangpreS.,vorgang. IIierbei bewegt sich die auf einem Hohlstempel feststshende Matrize relativ zum Blockaufnehmer und dringt in diesen ein, während der Block durch die Mittelausnehmung der konischen Matrize und durch den Hohlstempel als Verbundstrang ausgepreßt wird.
Beim direkten Strangpressen wird der Block bei feststehendem Blockaufnehmer durch den Preßplunger ausgepreßt. Dies führt u.U. zu einer Verschiebung der Randzone gegebenüber dem Blockinneren.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, den Verfahrensablauf beim Strangpressen, vorzugsweise beim indirekten Strangpressen so zu verbessern, daß Faserverbundwerkstoffe der eingangs genannten Art besonders einfach und wirtschaftlich hergestellt werden können.
Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß in einem indirekten Strangpreßverfahren aus dem Bündel der Manteldrähte ein Verbundstrang ausgepreßt wird, dessen Durchmesser dem Durchmesser eines einzelnen Manteldrahtes entspricht, daß die Verbundstränge in der Art der Manteldrähte gebündelt werden, daß ein neuer Verbundstrang mit entsprechend höherer Faseranzahl ausgepreßt wird, und daß das Bündeln und Auspressen in mehreren Stufen durchgeführt wird, bis ein Matrixmaterial mit einer vorgegebenen Anzahl von eingebetteten Fasern hergestellt ist.
Zweckmäßig wird der beim Auspressen entstandene Verbundstrang abgelängt und die Längsabschnitte des gleichen Verbundstranges werden in einem Hüllrohr gebündelt und wieder verpreßt.
Das Preßverhältnis, d.h. das Verhältnis der Querschnittsflächen kann wenigstens in der letzten Preßstufe größer sein als in den vorangehenden Preßstufen.
Damit kann ein geforderter Enddurchmesser des Verbundwerkstoffes erzielt werden. Zweckmäßige Preßverhältnisse können 9 : 1, 25 : 1 und 49 : 1 betragen.
Bei diesen Preßverhältnissen ergeben sich gleichmäßige geometrische Anordnungen der Stränge im Bündel bei gleichzeitig einfacher Handhabung.
Die Manteldrähte lassen sich in verschiedener Weise, nämlich durch Ziehen von Rohren mit eingesetzten Kernen bzw. Kerndrähten, oder auch durch loses Einlegen von einem oder mehreren Kerndrähten, mit Kernmaterial in Form einer gewickelten Folie bzw. durch Einfüllen eines vorverdichteten Pulvers in ein Rohr, herstellen. Zweckmäßig kann die Herstellung des Manteldrahtes ebenfalls im Strangpreßverfahren mit defiW niertem Preßverhältnis erfolgen und eine Vorstufe des Verarbeitungsvorganges darstellen.
Es kann ferner gegebenenfalls zweckmäßig sein, das Verfahren so auszuführen, daß beim mehrstufigen Bündeln und Pressen in jeder Stufe jeweils Hüllrohre verwendet werden. Dabei lassen sich die Hüllrohre u.U. vorteil- haft mehrschichtig aufbauen, wobei mindestens ein Schichtwerkstoff von den Werkstoffen des Manteldrahtes verschieden sein kann. In einer weiteren Ausgestaltung kann das Hüllrohr von Preßstufe zu Preßstufe aus einem anderen Werkstoff sein.
Die beim Bündeln der Manteldrähte bzw. der nachfolgenden Verbundstränge vor den jeweiligen Preßstufen verbleibenden Zwischenräume lassen sich vorteilhaft mit Fülldrähten ausfüllen, welche einen geringeren Durchmesser als die ursprünglich gebündelten Manteldrähte bzw. die gebündelten Verbundstränge aufweisen. Dabei kann es zweckmäßig sein, daß die Fülldrähte aus von den Werkstoffen der ursprünglichen Manteldrähte verschiedenen unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Eine andere, gegebenenfalls günstige Möglichkeit besteht darin,als Fülldrähte Manteldrähte von gegebenüber den ursprünglichen Manteldrähten geringerem Durchmesser zu verwenden.
Die ausgepreßten Verbundstränge und das Hüllrohr werden zweckmäßig mit kreisförmigem Querschnitt gewählt. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es jedoch zweckmäßig sein, wenigstens die ausgepreßten Verbundstränge in Sechseckquerschnitt herzustellen. Damit ergibt sich eine verbesserte Bündelungsmögliclikeit mit höherem Füllgrad.
Das Strangpreßverfahren wird zweckmäßig als indirektes Strangpreßverfahren ausgeführt.
Das längen/Durchmesserverhältnis der im Bündel zusammengefaßten Manteldraht- und/oder Verbundstrangabschnitte ist vorteilhaft c 42, da bei größeren Längen-/Durchmesserverhältnissen die Gefahr der Knickung und damit der Werkstoffschädigung besteht.
Besonders vorteilhaft erscheint die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes, bei dem in eine metallene Matrix eine Vielzahl von Graphitfasern eingelagert ist.
In einem praktischen Ausführungsbeispiel wird ein Verbundblock mit 19 Manteldrähten als Ausgangsmaterial eingesetzt, wobei der einzelne Manteldraht einen Außendurchmesser des Mantelmatrixmaterials Silber von 5,74 mm aufweist. Der Innendurchmesser und der Durchmesser des einzulegenden pulverförmig vorverdichteten Graphitkerns beträgt 3 mm. Der Außendurchmesser des 19 Manteldrähte umschließenden Silber-Hüllrohres beträgt 29 mm bei einer Hüllrohrdicke von 0,5 mm und einer Länge des Verbundblockes von 150 mm. Das geometrische.Verpressungsverhältnis wird in allen Verfahrensstufen konstant mit 25 gewählt.
Damit ergibt sich in der ersten Stufe ein Verbundstrang von 5,74 mm Außendurchmesser mit 19 Graphitfasern, dessen Verbundstrangabsuhnitte auf 150 mm abgelängt in einem dem ursprünglichen Hüllrohr ent- sprechenden Hüllrohr in gleicher Anzahl gebündelt und wieder verpreßt werden.
In einer 5- stufigen Wiederholungspressung ergibt sich schließlich ein Werkstoff mit einem Strangdurchmesser von 5,74 mm, welcher 94 Gew.% Silber und 4,3 Gew.% Graphit enthält, wobei die Graphiteinlagerung auf mehr als 130.000 Einzelfasern verteilt ist.
Die Hüllrohre der einzelnen Preßstufen bilden ein sich verfeinerndes gleichmäßig verteiltes Netzwerk aus Matrixwerkstoffen. Die Bindungsgüte war in der letzten Preßstufe auch dann noch befriedigend, wenn kein Nachkalibrieren mit einem Preßwerkzeug größeren Preßverhältnisses durchgeführt wurde.

Claims

Patentansprüche OStrangpreßverfahren zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes, bei dem in eine metallene Matrix eine Mehrzahl von Fasern eingelagert ist, wobei als Ausgangsmaterial ein, insbesondere in einem Hüllrohr zusammengefaßtes, Bündel von Manteldrähten verwendet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in einem indirekten Strangpreßverfahren aus dem Bündel der Manteldrähte ein Verbundstrang ausgepreßt wird, dessen Durchmesser dem Durchmesser eines einzelnen Manteldrahtes entspricht, daß die Verbundstränge in der Art der Manteldrähte gebündelt werden, daß ein neuer Verbundstrang mit entsprechend höherer Faseranzahl ausgepreßt wird, und daß das Bündeln und Auspressen in mehreren Stufen durchgeführt wird, bis ein Matrixmaterial mit einer vorgegebenen Anzahl von eingebetteten Fasern hergestellt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der entstandene Verbundstrang abgelängt und die Längsabschnitte des gleichen Verbundstranges in dem Hüllrohr gebündelt und wieder verpreßt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erzielung eines geforderten Enddurchmessers des Verbundstranges das Preßverhältnis in der letzten Preßstufe größer ist als in den vorangehenden Preßstufen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in einer Vorstufe die Herstellung eines Manteldrahtes ebenfalls durch Strangpressen mit definiertem Preßverhältnis erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Manteldraht als Kernmaterial ein vorverdichtetes Pulver enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Manteldraht das Kernmaterial in Form einer gewickelten Folie enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Manteldraht das Kernmaterial in Form eines massiven metallenen Zylinders enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c b g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Preßverhältnis 9 : 1 beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Preßverhältnis 25 : 1 beträgt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Preßverhältnis 49 : 1 beträgt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß beim mehrstufigen Bündeln und Auspressen jeweils Hüllrohre verwendet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Hüllrohre mehrschichtig aufgebaut sind, wobei mindestens ein Schichtwerkstoff vom Werkstoff des Manteldrahtes verschieden ist.
13. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die beim Bündeln der Manteldrähte bzw. der Verbundstränge vor den jeweiligen Preßstufen verbleibenden Zwischenräume mit Fülldrähten ausgefüllt werden, welche einen geringeren Durchmesser als die ursprünglich gebündelten Manteldrähte bzw. die gebündelten Verbundstränge aufweisen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fülldrähte aus vom Werkstoff der ursprünglichen Manteldrähte unterschiedlichen Werkstoffen besteht.
15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Fülldrähte Manteldrähte sind.
16. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die ausgepreßten Verbundstränge und das Hüllrohr kreisförmige Querschnitte besitzen.
17. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens die ausgepreßten Verbundstränge Sechseckquerschnitt besitzen.
18. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das längen/Durchmesserverhältnis der im Bündel zusammengefaßten Manteldraht- und/oder Verbundstrangabschnitte ( 42 ist.
19. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes, bei dem in eine metallene Matrix eine Vielzahl von Graphitfasern eingelagert ist.