DE3141377A1

DE3141377A1 - Verbindungselement aus faserverstaerktem kunststoff

Info

Publication number: DE3141377A1
Application number: DE19813141377
Authority: DE
Inventors: Danilo Ing.(grad.) 7830 Emmendingen Sternisa
Original assignee: Upat GmbH and Co; Upat Max Langensiepen KG
Current assignee: Upat GmbH and Co; Upat Max Langensiepen KG
Priority date: 1981-10-17
Filing date: 1981-10-17
Publication date: 1983-05-05

Description

Verbindungselement aus faserverstärktem Kunststoff
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungselement aus faserverstärktem Kunststoff.
Es ist bekannt, zur Verstärkung von Werkstoffen und zur Verbesserung ihrer technischen Gebrauchseigenschaften diese mit faserartigen Verstärkungswerkstoffen zu vermischen. Durch diese, als Verbundwerkstoffe bezeichnete Gruppe ist ein wesentlicher Beitrag zur Lösung von Werkstoffproblemen im modernen Leichtbau, Flugzeugbau, chemischen Apparatebau sowie in Bereichen des Maschinen-und Vorrichtungsbau geleistet worden. Für die Verstärkung von Kupststoffen werden Faserstoffe verschiedener Art verwendet. So werden z. B. zur Erhöhung der physikalischen und mechanischen Eigenschäften bzw. Festigkeiten, Verstärkungsfasern aus anorganischen Faserstoffen wie Glas, Asbest, Metallfasern oder auch sog. Whiskers (Einkristalle) verwendet. Von den oryanischen Faserßtoffenrbeispielsweise Naturfasern oder Chemiefasern (Aramid).
Voraussetzung für die Erzielung einer echten Verstärkungswirkung bei Kunststoffen ist, daß die Dehnung der eingesetzten Fasern kleiner oder zumindest gleich jener des Bindemittels bzw. der Matrix ist. Das am häufigsten in Kunststoffen eingesetzte Verstärkungsmittel ist -als tragende Verstärkungsfasero vorwiegend die textile Glasfaser aus anorganischen Silikaten. Diese Elementarfasern, mit einem Durchmesser von 5 bis 15 ym werden aus speziellen Glas arten, die sich hauptsächlich im Alkaligehalt unterscheiden, hergestellt. Die eigentliche Glasfaser hat eine hohe Zugfestigkeit, welche selbst die hochwertiger Stähle übertrifft.
Durch die Verwendung neuer hochfester, hochmodulverstärkten Fasern, die erst in den letzten Jahren entwickelt wurden und die Glasfasern in mancher Hinsicht#übertreffen, wurde es sogar möglich, das Anwendungsgebiet der Kunststoffe bis in das Gebiet der metallischen Werkstoffe zu erweitern. Bei der Verwendung von Kunststoffen für Verbindungselemente spielt insbesondere eine gleichbleibende mechanische Eigenschaft des eingesetzten Kunststoffes eine wesentliche Rolle, insbesondere dann, wenn diese im Zulassungsbereich -beispielsweise als Fassadendübelverwendet werden. In diesem Bereich muß insbesondere die unangenehme Kriecheigenschaft des Kunststoffes bei Belastung beachtet werden, die bei Überlänge des Elementes zum Versagen der Befestigung führt.
So ist es bereits bekannt bei Kunststoffdübeln für den nicht zulassungsfähigen Bereich, zur Befestigung von Isoliermaterial dem Kunststoff Füllstoffe, wie Glasfasern oder Asbestfasern beizufügen (DE-GM 79 12 548). Derartige Füllstoffe sind jedoch für Dübel, deren-Anpressdruck an der Bohrlochwandung durch eine Schraube erzeugt wird, nicht geeignet, da durch die Art und Größe (Länge) der Füllstoffe der Eindrehwiderstand der Schraube zu groß ist. Bei diesem bekannten Dübel ist auch nur der lastaufnehmende Teil mit entsprechenden Zusatzstoffen ausgerüstet. Isolierplattendübel sind, wie bereits erwähnt, nicht zulassungspflichtig, so daß die Anforderungen an Zugfestigkeit und Steifigkeit wesentlich geringer sind und auch die Wärmestandfestigkeit gegenüber metallischen Werkstoffen (Schrauben) hier ganz unberücksichtigt bleiben kann.
Vor allem aber die geringe Steifigkeit und Zugfestigkei!c und die bereits angesprochene, gegenüber metallischen Werkstoffen verringerte Wärmestandfestigkeiten, haben den Kunststoffdübel im zulassungsfähigen Bereich nur bedingt zum Einsatz kommen lassen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kunststoff für Kunststoffdübel mit gleichbleibenden, mechanischen Eigenschaften durch Verwendung von Verstärkungswerkstoffen zu schaffen, der für sämtliche Einsatzbereiche verwendbar ist. Hierbei sollen nicht nur hochwertige Werkstoffe, wie z. B. Polyamid 6 oder Polyamid 6,6, Verwendung finden, sondern insbesondere Kunststoffe die üblicherweise als Massenkunststoffe bezeichnet werden, wie z. B. Polyolefine (Polyäthylen, Polypropylen).
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kunststoff ein Polyolefin ist und die Faserverstärkung aus Kohlenstoff-Fasern, Siliciumcarbidfasern, Borfasern, Oxidfasern, glasfasern oder organischen Fasern besteht.
Durch diese Maßnahme läßt sich in vorteilhafter Weise ein Massenkunststoff verwenden, dessen Kriechverhalten bei Belastung eine Anwendung bei Befestigungselementen, insbesondere bei Kunststoffdübel1 nur in den seltensten Fällen erlaubte. Erst durch die erfindungsgemäße Zugabe von Verstärkungsfasern wird das Kriechverhalten soweit unterbunden, daß dieses Verhalten vernachlässigbar ist.
und ein weiterer Vorteil der Polyolefine -geringe Feuchtigkeitsaufnahme bei maximalem Feuchtigkeitsgehalt gegenüber dem trockeneren Ausgangswerkstoff- ausgenutzt werden kann. Durch diese Eigenschaft läßt sich das Einsatzgebiet bzw. der Verwendungsbereich von Kunststoffdübel wesentlich erweitern, da jetzt auch Biestigungen mit Kunststoffdübeln im feuchten Befestigungsuntergrund, ohne Minderung der Tragfähigkeit des Kunststoffdübels, möglich sind.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin von Vorteil, daß der Faseranteil für einen Kunststoffspreizdübel so gewählt werden kann, daß der Eindrebwiderstand gering und das Anpressen des Dübels an die Wandung des Bohrloches zu guten Haltewerten führt und weiterhin gleichmäßige, mechanische Eigenschaften wie Maßhaltigkeit, Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung erreicht werden.

Claims

Patentansprüche 1. Verbindungselement aus faserverstärktem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polyolefin ist und die Faserverstärkung aus Kohlenstoff-Fasern, Siliciumcarbidfasern, Borfasern, Oxidfasern, Glasfasern oder organischen Fasern besteht.
2. Verstärkter Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch qekennzeichnet, daß der Faseranteil lo - 60 Vol.%, vorzugsweise 20 - 40 Vol.% beträgt.
3. Verstärkter Kunststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Verstärkungsfasern bezogen auf die Länge der Verstärkungsfasern 1 : 5 bis 1 : 20, vorzugsweise 1 : lo, beträgt.
4. Verstärkter Kunststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Verstärkungsfasern lo pm bis 1.ovo pm, vorzugsweise lo bis loo pm, beträgt.
5. Verstärkter Kunststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoffe Kreide, Talkum, Holzmehl, Glimmer, Hohlkugeln aus Glas sowie metallische Stoffe wie PbO, FeO und ähnliche Stoffe verwendet werden.
6. Verstärkter Kunststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch q ennzeichnetr daß die Füllstoffe in einem Mischungsverhältnis zu den Verstärkungsfasern in der Größenordnung 1 : 1 bis 1 : 20, vorzugsweise 1 : lo, vorhanden sind.
7. Verstärkter Kunststoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße der Füllstoffe 1 pm bis loo pm, vorzugsweise lo bis So um, beträgt.
8. Verstärkter Kunsttoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Füllstoffkombinationen in ihrer Korngröße verschieden sind.