DE3608938A1 - Verbundwerkstoff aus kunstharz, insbesondere glasfaser-verstaerktem kunstharz, und metall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunstharz mit Metall und eignet sich besonders zur Herstellung als sogenanntes Laminat von Schalen, Karosserieteilen und Behältern und dergl. und besonders zur elektrostatischen Schirmung solcher, durch Reibungselektrizi­ tät oder elektrischer Aufladung gefährdeter Kunstharzkörper.

Verbundwerkstoffe aus Kunstharz mit Metalleinlage sind in zahlreichen Ausführungen bekannt. In der Elektrotechnik um­ spritzt man Schalt- und Leitelemente zur Isolation mit Kunst­ harz. Bei der Herstellung von Leichtmetallbauteilen werden die Metallteile zum Korrosionsschutz mit Kunstharz durch Auf­ walzen beschichtet. Bei der Herstellung von Behältern durch Laminieren von kunstharzgetränktem Glasfasergewebe ist bisher keine befriedigende Verbindung mit Metalleinlage gelungen, weil sich zwischen der Metallfläche und dem Kunstharzlaminat gern Luftblasen festsetzen und die Bindung zwischen dem Me­ tall und dem Laminat verhindern.

Ein besonderes Problem bildet bei aus Kunstharz hergestell­ ten Behältern und Rohren und anderen Elementen die mögliche elektrische Aufladung durch Oberflächenreibung mit strömender Luft, Flüssigkeit, Pulver oder fasrigen Stoffen. Die elektri­ sche Aufladung der Oberfläche kann dabei Werte annehmen, die zu Überschlägen mit Funken führen. Sind in den Kunststoffbe­ hältern explosive Stoffe wie z.B. Treibstoff (Benzol, Kerosin), bestimmte Grundstoffe für die Kunstharzherstellung (Acrylnitril) oder staubförmige Stoffe (Kohlenstaub, Aluminiumstaub) enthal­ ten, dann können elektrische Überschläge als Folge von elektro­ statischer Aufladung zu gefährlichen Explosionen der genannten Stoffe und damit zur Beschädigung der Verbundkörper führen. Die Entwicklung von Explosionszuständen läßt sich nur schwer überwachen und bildet eine ständige Gefahrenquelle im Betrieb.

Die Erfindung hat die Aufgabe einen Verbundwerkstoff aus Kunst­ harz und Metall zu schaffen, dessen Gewicht im Vergleich zu Werkstoffen ausschließlich aus Kunstharz nur gering höher ist, bei Bruch nicht splittert, gegebenenfalls elektrisch leitfähig und gegen elektrostatische Aufladung immun ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß in das Kunst­ harz mindestens ein dünnes Metallsieb eingebettet ist. Dieses Metallsieb ist beiderseits in vorzugsweise glasfaserverstärk­ tes Kunstharz durch Beschichten, Verpressen oder Laminieren eingebettet. Beim Einbetten verbindet sich das Kunstharz von beiden Seiten mit dem dünnen Metallsieb durch dessen Durch­ brechungen innig miteinander und es können beim Laminieren durch Anrollen der Metallschicht etwaige Lufteinschlüsse darunter durch die zahlreichen Löcher der dünnen Metallschicht entwei­ chen. Infolge der zahlreichen Durchbrechungen des Metallsie­ bes bringt die Metalleinlage nur eine geringe Gewichtserhöhung für den Verbundwerkstoff. Der Verbundwerkstoff hat hohe Elasti­ zität und kann ähnlich wie Drahtglas bei Bruch nicht splittern, da die Metalleinlage zwar nachgibt, die Bruchstücke aber wei­ terhin verbindet. Ordnet man das Metallsieb dicht an einer oder beiden Oberflächen des Werkstoffes an, dann kann die Metallschicht die Funktion eines elektrischen Schirmes über­ nehmen, mit dem sich elektrische Wechselfelder und statische Felder abschirmen und eine elektrostatische Reibungsaufladung der Kunststofffläche ungefährlich an Masse oder ein anderes Grundpotential abführen läßt. Ordnet man das dünne Metallsieb mehr in der Mitte des Querschnitts an, dann kann das dünne Metallnetz auch die Funktion eines elektrischen Leiters über­ nehmen und z.B. bei Autokarosserien und Lampengehäusen einen elektrischen Pol bilden und dabei wegen seiner großen Fläche trotz der geringen Stärke verhältnismäßig hohe Ströme aufnehmen.

Als durchbrochenes dünnes Metallsieb eignen sich gutleitende Metallbleche oder -Folien mit regelmäßiger Lochung und Metall­ drahtmaschengeflecht.

Sind die Metalldrahtmaschengeflechte genügend weitmaschig, dann kann sich das glasfaserverstärkte Kunstharz bei beider­ seitiger Beschichtung unschwierig durch die Maschenlücken verbinden.

Je kleiner jedoch die Maschenweite und je stärker die einzelnen Maschendrähte im Interesse höherer mechanischer Festigkeit sind, desto schwieriger wird die gute Verbindung der beider­ seitigen Kunstharzbeschichtung durch die Gefahr von Luftein­ schlüssen, die sich in dem durch die Vermaschung entstehenden Wabenprofil bei der Wärmereaktion von zwei Komponentenharzen bilden und das kunstharzgetränkte Glasfaserlaminat entweder ganz oder stellenweise von der Metallfläche abheben. Dieser Schwierigkeit wird nach der weiteren Erfindung durch die Ver­ wendung von Maschengeweben begegnet, in dem die Maschenlücken mindestens teilweise durch Glasfasern gefüllt sind. Dazu kön­ nen Maschengewebe dienen, in denen auf jeden Metalldraht je Schuß und Kette ein oder mehrere Glasfaserfäden folgen und die Lücken zwischen den Metalldrähten ausfüllen. Die Glasfaser­ fäden werden beim Tränken mit Kunstharz während des Laminierens dann voll in die Kunstharzbeschichtung miteingebaut. Es hat sich gezeigt, daß beim Beschichten dann keine Luftblasen mehr auftreten und Maschengewebeeinlagen beim Ausrollen deshalb auch besser an der voranlaufenden Schicht haften.

Zur guten Verbindung mit Metalldrahtmaschengeweben mit der Kunstharzbeschichtung kann man auch mit Metalldrahtmaschen­ geweben arbeiten, die beiderseits mit Glasfaservlies vernietet, verklammert oder vernäht oder mit Glasfasern beflockt sind.

Ausführungsbeispiele zur Erfindung: a) Herstellung einer elektrisch schirmenden Verbundplatte aus Polyphenylchlorid.

Eine Kupferfolie von ca. 0,3 mm Stärke und regelmäßiger Lochung von ca. 8 mm Durchmesser bei 8 mm in Reihe und Zeile versetztem Lochabstand wird gereinigt und erhält seitlich einen den spä­ teren Potentialanschluß herstellenden Flachleiter von ca. 0,3 mm Stärke und 10 mm Breite angelötet und wird dann auf eine mit PVC-Kleber bestrichene ca. 0,3 mm starke PVC-Folie aufgelegt und damit unter Druck und Wärme verbunden. Die Kup­ ferfolie soll dabei einen kleineren Zuschnitt wie die PVC- Folie haben und nur der Flachleiter über den Folienzuschnitt vorstehen. Auf das Kupferblech werden dann je nach der gewünsch­ ten Wandstärke weitere, diesmal 0,5 mm starke, PVC-Folien gleichen Zuschnittes wie die erste dünne Folie unter Zwischen­ gabe von Kleber aufgeschichtet und das ganze Gebilde unter Druck und Wärme verbunden, wobei das Kupferblech voll in das Folienpaket eingebettet wird und nur noch der Anschluß-Flach­ leiter vorsteht. Diese Verbundplatte kann man dann unter Druck und Wärme zu Zylindern und anderen Schalenformen weiter ver­ arbeiten. Die Kupfereinlage wirkt beim fertigen Gebilde nach Anschluß des Außenleiters an das gewünschte Potential wie ein Faradayscher Käfig.

Soll ein solcher Verbundkörper auch mechanische Festigkeit neben elektrostatischem Schutz bieten, dann kann man eine stärkere, gelochte Kupferfolie verwenden und als Kern in die Mitte des Verbundstoffes einbauen, d.h. man beschichtet das gelochte Kupferblech beiderseits in gleicher Stärke mit PVC- Folie.

Soll eine solche Verbundplatte besonders elastisch sein und sollen ihre Teilstücke bei eventuellem Bruch unter allen Um­ ständen nicht splittern, sondern weiter zusammenhängen, dann kann man anstelle des Kupferbleches auch ein Metalldrahtmaschen­ gewebe als durchbrochene, dünne Metallschicht in den Körper einbauen.

b) Herstellung eines elektrostatisch geschirmten ellipsoiden Flugzeugtreibstoffbehälters aus Epoxidharz, z.B. zum Auf­ hängen unter den Flügeln der Maschine laut Fig. 1 und 2

Dabei zeigen:

Fig. 1 die Ansicht eines ellipsoidförmigen Treibstoffbehäl­ ters und

Fig. 2 einen Schnitt durch den Körper laut Linie A-A der Fig. 1.

Die Herstellung solcher Behälter 10 kann von einem bekannten Verfahren ausgehen, bei dem er horizontal mittig geteilt und aus zwei Halbschalen hergestellt ist. Diese beiden Halbschalen werden in Halbform laut Fig. 2 durch Laminieren aus kunstharz­ getränktem Glasfasergewebe geformt und dann nach entsprechender Vorbereitung, wie für sich bekannt ist, an den Stoßstellen verklebt. Bei der Herstellung eines solchen Behälters mit dem Verbundwerkstoff laut Erfindung geht man folgendermaßen vor:

Zunächst werden die Halbform mit Trennwachs zum späteren leich­ ten Ausheben der fertigen Halbschalen ausgestrichen und dann die Form mit Glasfaserseidematten geringerer Stärke ausgelegt und die Matten mit Epoxidharz durch Anrollen getränkt. Diese erste Schicht bildet die besonders beständige Coatschicht.

Diese erste Schicht wird dann mit einer etwa 0,2 mm starken Kupferfolie mit Lochung wie in Beispiel A ausgelegt und an die Folie in der Nähe der späteren Stoßstelle der Halbschale ein über den Schalenrand hinausreichendes Metallband angelö­ tet, das später den elektrischen Potentialanschluß herstellt. Die Folie wird mit Epoxidharz an die Coatschicht angerollt, wobei eventuelle Lufteinschlüsse unter der Folie durch die Löcher austreten und sich die Löcher mit Kunstharz füllen. Anschließend werden weitere Glasfasergewebeschichten mit Kunst­ harz anlaminiert, bis die gewünschte Schalenstärke erreicht ist.

Soll ein solcher Behälter 10 besonders hohe Bruchsicherheit aufweisen, dann kann man nach Erreichen der halben Wandstärke ein Messing- oder Kupfer-Maschendrahtglasfasergewebe 12 von 0,3 mm Maschendrahtstärke und 4 mm Drahtabstand in Schuß und Kette und 4-5 mm zwischen den Drähten in Schuß und Kette liegenden Glasfaserfäden einlaminieren. An das Maschendraht­ gewebe 11 wird eine Metallfahne 13 hart angelötet.

Das dünne Metallsieb im Kern der Wand erhöht nicht nur die mechanische Festigkeit, sondern kann auch als gemeinsamer elektrischer Massepol für elektrische Anschlüsse dienen. Dreht man in den Verbundwerkstoff Schrauben genügenden Durchmessers, z.B. M 5 oder M 6 ein, dann stellen die Schrauben die Verbin­ dung mit der Metallschicht nach außen her.

Bei beiden fertigen Halbschalen 10 steht dann der mit dem elektrostastischen Schirm verbundene Anschlußleiter 13 am Schalenende über. Nunmehr werden die beiden Schalenhälften nach entsprechender Vorbereitung der Ränder zum geschlossenen Ellipsoid-Körper 10 verklebt. Dabei muß man auf gas- und flüs­ sigkeitsdichtes Herausführen der Anschlußleiter 13 achten. Sie werden an der gleichen Stelle herausgeführt und miteinander hart verlötet. Sie bilden den späteren Anschluß des elektro­ statischen Schirms an das gewünschte Erd- oder Massepotential.

Claims (8)

1. Flächiger Verbundwerkstoff aus Kunstharz, insbesondere glasfaserverstärktem Kunstharz und Metall, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Metall als Sieb (11) in das Kunst­ harz eingebettet ist.

2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ met, daß das Metallsieb (11) aus einer regelmäßig geloch­ ten Metallfolie oder dünnem Metallblech mit guter elek­ trischer Leitfähigkeit besteht.

3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekemnzeich­ net, daß das dünne Metallsieb (11) aus einem Maschendraht­ gewebe aus elektrisch gut leitendem, biegsamen Metall­ draht besteht.

4. Verbundwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dünne Metalldrahtgewebe aus einem Maschengewebe besteht, in dem biegsame Drähte aus elek­ trisch gut leitendem Metall mit Glasfaserfäden in Schuß und Kette wechseln.

5. Verbundwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß im Maschendrahtgewebe bei einer Maschenweite von etwa 3-4 mm auf jeden Metalldraht in Schuß und Kette mindestens ein Glasfaserfaden in Schuß und Kette folgt.

6. Verbundwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalldrahtmaschengewebe beider­ seits mit Glasfasermatte vernäht oder verklammert ist.

7. Verbundwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalldrahtmaschengewebe mit Glasfasern beflockt ist.

8. Verbundwerkstoff nach den Ansprüchen 1 bis 7 zur Verwen­ dung als elektrostatischer Schirm, dadurch gekennzeich­ net, daß das Metallnetz als Faradayscher Käfig dicht unter einer Außenhaut des Werkstoffes liegt und von der Metallschicht ein elektrischer Anschlußleiter (13) aus dem Werkstoff herausgeführt wird.