DE4002062A1 - Sekundaersplittergeschuetzter faserverstaerkter kunststoff - Google Patents

Sekundaersplittergeschuetzter faserverstaerkter kunststoff

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Description

Die Erfindung betrifft einen faserverstärkten Kunststoff, bei dem eine Vielzahl von Fasermateriallagen, -matten, -fäden, -cords oder dgl vorbestimmbarer Art und Beschaffen­ heit mittels eines Kunststoffes oder Kunstharzes aufeinan­ der laminiert sind.
Faserverstärkte Kunststoffe (GFK, AFK, CFK) werden bei­ spielsweise im Arbeitsschutz als Schutzhauben für Drehma­ schinen, Bohrwerke oder ähnliche schnellaufende Maschinen, für Fahrzeugbauteile, Kabinen und dgl. eingesetzt. Sie sol­ len Späne, ausbrechende Werkstücke oder ähnliche hohe Bewe­ gungsenergie beinhaltende Teile aufhalten oder zumindest soweit abbremsen, daß die Verletzungsgefahr für sich dahin­ ter befindende Personen vermieden oder verringert wird.
Nun hat sich gezeigt, daß wenn derartige faserverstärkte Kunststofformteile durchbrochen werden, das durchgebrochene Teil die sich dahinter befindenden Personen verfehlt und keine primären Verletzungen auftreten, sehr wohl eine Ver­ letzungsgefahr durch Sekundärsplitter auftritt. Sekundär­ splitter sind Teile der Faserverstärkung des an sich schüt­ zenden Bauteils, die durch den Sog des durchbrechenden Teils mitgerissen werden. Die Energie solcher mitgerissenen Teilchen ist zwar sehr gering, sie reicht jedoch aus, um in den Körper der getroffenen Person einzudringen.
Diese mitgerissenen Teilchen bestehen in der Regel aus fei­ nen Glassplittern der den Kunststoff verstärkenden Glas­ fasermatten. Durch die Sogwirkung entsteht ein relativ großer Streukegel dieser Glasfasersplitter, wodurch die se­ kundäre Verletzungsgefahr erheblich vergrößert wird. Pro­ blematisch ist, daß diese Glasfasersplitter röntgenologisch nicht lokalisiert werden können und die Behandlung derarti­ ger Verletzungen dadurch äußerst schwierig und langwierig ist.
In der deutschen Patentanmeldung 39 34 558 ist es deshalb bereits vorgeschlagen worden, die ausbruchseitige Oberflä­ che derartiger Bauteile mit einer elastischen Schutzschicht zu versehen. Derartige Schutzschichten können beispiels­ weise aus Gummi-PUR oder Silikon in reiner oder in abge­ mischter Form bestehen. Es hat sich gezeigt, daß dadurch die Splitterzahl auf unter 10% verringert werden kann. Durch eine Optimierung der Beschichtung und der Schicht­ dicke kann die Splitterzahl sogar auf unter 5% reduziert werden. Nachteilig dabei ist, daß diese Beschichtung in ei­ nem weiteren, nachträglichen Arbeitsgang aufgebracht werden muß. Eine derartige nachträgliche Beschichtung ist jedoch sehr arbeits- und kostenintensiv. Auch stellt eine solche nachträglich aufgebrachte Beschichtung eine zusätzliche Ge­ wichtsbelastung dar, die bis zu 30% ausmachen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen faserver­ stärkten Kunststoff zu schaffen, der ohne fertigungstechni­ schen Mehraufwand einen hohen Sekundärsplitterschutz auf­ weist.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die zwischen den einzelnen Fasermateriallagen vorgesehenen Kunststoffschich­ ten aus einem Thermoplast bestehen. Durch diese Maßnahme wird ein faserverstärkter Kunststoff geschaffen, der nach durchgeführter Formgebung eines frei wählbaren Bauteiles keine weitere Behandlung mehr Bedarf, um die Sekundärsplit­ terwirkung zu verringern oder zu vermeiden. Eine zusätzli­ che Gewichtsbelastung, wie sie eine nachträgliche Beschich­ tung darstellt, fällt weg, so daß derartige Bauteile ver­ gleichsweise leicht und handlich hergestellt werden können. Sondermaschinen für Beschichtung, zusätzlicher Arbeitsauf­ wand und zusätzlicher Materialaufwand werden vermieden, so daß eine Kostensenkung von ca. 25% bei einer gleichzeiti­ gen Gewichtsreduzierung von etwa 30% erreicht werden kann.
Die Anzahl der mitgesogenen Faserplitter wird auf etwa 5 bis 10% reduziert, gleichzeitig wird der Streuwinkel etwa halbiert, so daß eine wesentlich geringere Streufläche be­ troffen ist. Insgesamt wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Verletzungsgefahr durch Sekundärsplitter er­ heblich verringert.
In Versuchen hat sich gezeigt, daß beim Durchbrechen eines mit hoher Bewegungsenergie behafteten Teilchens bei einem herkömmlichen, faserverstärkten Kunststoff mit einem Epo­ xyd- oder Polyestherharzsystem in einer Entfernung von 100 mm ein Streuwinkel von etwa 80° mit ca. 300-400 sekundä­ ren Fasersplitter hervorgerufen wird. Bei gleichen Ver­ suchen mit dem erfindungsgemäßen Thermoplast-System trat ein Streuwinkel von ca. 40° mit einer Anzahl von nur ca. 30 Fasersplittern auf. Das untersuchte faserverstärkte Kunst­ stoff-Bauteil hatte dabei eine Materialdicke von 4 mm. Bei einer entsprechend dickeren Ausführung des etwa 10 bis 15 fachen hat sich gezeigt, daß herkömmliche GFK-Bauteile mit Epoxyd- und/oder Polyestherharzsystemen glatt durchschlagen werden, während die erfindungsgemäßen Thermoplast-Systeme sich als ballistischer Schutz bewährten.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeich­ nung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben; es zeigt
Fig. 1 die schematische Darstellung eines Bauteils aus herkömmlichen GFK, ohne Sekundärsplitterschutz;
Fig. 2 die schematische Darstellung eines erfindungsgemäß laminierten, faserverstärkten Kunststoffes, mit durch Thermoplaste miteinander verbundenen Faser­ matten;
Fig. 3 die schematische Darstellung des Streuwinkels eines erfindungsgemäßen, sekundärsplitterarmen GFK-Bauteils.
Das in den Fig. 1 und 3 dargestellte Bauteil 10 bzw 10a, beispielsweise die Fahrerkabine eines Kraftfahrzeugs, wird von einem ausbrechenden, eine hohe Geschindigkeit aufwei­ senden Teil 12, beispielsweise einem Geschoß, getroffen und durchschlagen. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Bauteil 10 entsteht hinter dem durchgebrochenen Teil 12a ein rela­ tiv großer Streuwinkel 15, der auf der in einem vorbestimm­ ten Abstand vorhandenen Auftrefffläche 11 eine relativ große Streufläche 20 mit einer Vielzahl von Glasfasersplit­ tern 21 bedeckt. Die Auftrefffläche 11 wird von dem durch­ gebrochenen Teil 12a in Flugrichtung 13 glatt durchgeschla­ gen, und die Innenoberfläche 14 des Bauteils 10 ist nicht mit einer elastischen Sekundärsplitterschutzschicht ver­ sehen.
Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Laminat 18 ist eine Vielzahl von Fasermateriallagen, beispielsweise Glasfaser­ matten 16 aufeinander geschichtet, die durch eine Kunst­ stoffschicht 17 aus einem Thermoplast als Klebematrix, bei­ spielsweise einem Polyamid, einem Polycarbonat, einem Poly­ urethan oder einem Polymethylmetacrylat mit und ohne Bei­ mischung versehen ist. Die als Pfeil dargestellte Wucht 19 des ausbrechenden Teils 12 ist relativ groß und kann ein relativ dünnes Laminat 18, wie es aus Gewichtsgründen für Land-, Luft- und Wasserfahrzeuge benutzt wird, glatt durch­ schlagen. Bei entsprechend dicker Ausführung, beispiels­ weise für Gebäude wie Shelter, Hangars, Unterstände und dgl, kann das erfindungsgemäße Laminat 18, wie dargestellt, ein Durchbrechen verhindern und als ballistischer Schutz dienen.
Wie die Fig. 3 zeigt, hat das ausgebrochene Teil 12 eine genügend große Wucht 19, um das Laminat 18 des Bauteils 10a zu durchbrechen. Das durchgebrochene Teil 12a verursacht dabei zwar ebenfalls Sekundärsplitter, der Streuwinkel 15a und die Anzahl der Sekundärsplitter 21 ist jedoch wesent­ lich geringer als bei einem herkömmlichen Bauteil 10. Durch diesen verringerten Streuwinkel 15a wird auch die Streuflä­ che 20a kleiner, auf der die Sekundärsplitterwirkung durch Glassplitter 21 auftreten kann. Die Anzahl der Sekundärs­ plitter 21 beträgt dabei nur etwa 5 bis 10% der Anzahl wie bei einem herkömmlichen Bauteil 10, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist.
Bezugszeichenliste
10 Bauteil
10a Bauteil
11 Auftreffläche
12 ausbrechendes Teil
12a durchgebrochenes Teil
13 Flugrichtung
14 Innenoberfläche
15 herkömmlicher Streuwinkel
15a Streuwinkel
16 Glasfasermatte
17 Kunststoffschicht
18 Laminat
19 Wucht
20 herkömmliche Streufläche
20a Streufläche
21 Sekundärsplitter

Claims (12)

1. Faserverstärkter Kunststoff, bei dem eine Vielzahl von Fasermateriallagen, -matten, -fäden, -cords oder dgl. vorbe­ stimmbarer Art und Beschaffenheit mittels eines Kunststof­ fes oder Kunstharzes aufeinander laminiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den einzelnen Fasermate­ riallagen (16) vorgesehenen Kunststoffschichten (17) aus einem Thermoplast bestehen.
2. Faserverstärkter Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Thermoplaste Polyamid-Systeme (PA) sind.
3. Faserverstärkter Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Thermoplaste Polycarbonat-Systeme (PC) sind.
4. Faserverstärkter Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Thermoplaste Polyurethan-Systeme (PUR) sind.
5. Faserverstärkter Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Thermoplaste Polymethylmethacrylat- Systeme (PMMA) sind.
6. Faserverstärkter Kunststoff nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplaste (17) als Film zwischen die einzelnen Fasermateriallagen (16) gelegt und diese durch Druck und Temperatur innig miteinander verbun­ den sind.
7. Faserverstärkter Kunststoff nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplaste (17) als Pul­ ver, Granulat, Paste oder in einem fließfähigen Zustand auf die Fasermateriallagen (16) aufgebracht sind.
8. Faserverstärkter Kunststoff nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoplastsystem (17) auf das Fasermaterial (16) kalandriert ist.
9. Faserverstärkter Kunststoff nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (16) Kohlefa­ ser (CFK) ist.
10. Faserverstärkter Kunststoff nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (16) Ara­ midfaser (AFK) ist.
11. Faserverstärkter Kunststoff nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (16) Glas­ faser (GFK) ist.
12. Faserverstärkter Kunststoff nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial (16) mit dem Thermoplast (17) zu einem Laminat (18) verklebt ist.
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