DE69108623T2

DE69108623T2 - Hochschermodulhonigwabe aus Aramid.

Info

Publication number: DE69108623T2
Application number: DE69108623T
Authority: DE
Inventors: Pui-Yan Lin
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2011-07-17
Also published as: JP3518608B2; JPH04226745A; US5137768A; CA2046947A1; EP0467286A1; EP0467286B1; DE69108623D1; CA2046947C

Description

Hintergrund der Erfindung

Bereich der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Wabe, umfassend ein Papier oder eine strukturierte Bahn aus Aramidmaterialien, imprägniert mit einem festen Harzbinder, worin die Wabe ein leichtes Gewicht, einen hohen Festigkeits- und Schermodul, hervorragende Beständigkeit gegen Wasser und hohe Temperaturen sowie hervorragende Korrosionsbeständigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit aufweist.

Beschreibung des Standes der Technik

In US-A-4,7l0,432, erteilt am 1. Dezember 1987 auf Grund der Anmeldung durch Nishimura et al., wird die Herstellung eines Papiers aus Polyester beschrieben, bestehend aus gestreckten und plattgedrückten Polyesterfasern. Das Papier wird zur Herstellung einer Wabe verwendet. Eine Wabe aus Papier, bestehend aus Fasern aus Poly(m-phenylenisophthalamid) wird als dem Stande der Technik entsprechend erwähnt.
In JP-A-60-36152, veröffentlicht am 25. Februar 1985 auf Grund der Anmeldung durch Yamamoto et al., wird ein Zweikomponenten- Vliesstoffpapier aus Aramid zum Gebrauch bei der Herstellung einer Wabe beschrieben. Eine der Komponenten des Papiers ist eine gestreckte Faser, und die andere ist eine ungestreckte Faser. In der Konstruktion sind keine Bindefasern vorhanden.
In JP-A-62-223398, veröffentlicht am 1. Oktober 1987 auf Grund der Anmeldung durch Nishimura et al., wird ein Zweikomponenten- Vliesstoffpapier beschrieben, worin eine der Komponenten eine feste Faser ist, die aus Aramid sein kann, und die andere Komponente eine orientierungsarme Polyesterfaser ist. Das Papier kann für eine wabe verwendet werden.
In US-A-4,729,921, erteilt am 8. März 1988 auf Grund der Anmeldung durch Tokarsky, wird die Herstellung von Aramidpapieren unter Verwendung von Aramidflocken, Aramidfibriden und wahlweise von Aramidfaserbrei beschrieben. Die Papiere sollen sich zur Beschichtung von gedruckten Leiterplatten eignen.

Zusammenfassung der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Wabe geschaffen, umfassend einen Kern, imprägniert mit einem festen Harzbinder, worin der Kern umfaßt:
a) ein Vliesstoffpapier, enthaltend ein gleichmäßiges Gemisch aus mindestens 50 Gew,.-% Para-Aramidfasern und aus bis zu 50 Gew.-% polymerem Bindermaterial,
b) einen festen Harzbinder, der in dem Papier gleichmäßig verteilt ist, so daß die Para-Aramidfasern 20 bis 80 Prozent des Gesamtvolumens des imprägnierten Kernmaterials ausmachen, und
worin der Kern eine Dichte von 0,015 bis 0,24 g/cm³ sowie einen Schermodul von mehr als 9800 N/cm² (1000 kg/cm²) aufweist; und worin das Papier bei Fehlen des Harzbinders eine Dichte gemäß dem folgenden Verhältnis aufweist:
Papierdichte> Dichte der Para-Aramidfaser/Gew.-Anteil an Para-Aramidfaser x 0,25
Mit der vorliegenden Erfindung wird insbesondere eine Wabe geschaffen, umfassend einen Kern, imprägniert mit einem festen Harz binder, worin der Kern ein Vliesstoffpapier umfaßt, enthaltend ein gleichmäßiges Gemisch aus bis zu 50 Gew.-% Fibriden aus Poly(m-phenylenisophthalamid (MPD-I) und aus mindestens 50 Gew.-% Fasern aus Poly(p-phenylenterephthalamid) (PPD-T), und einen festen Harzbinder, der in dem Papier gleichmäßig verteilt ist, so daß die Para- Aramidfasern 20 bis 80 % des Gesamtvolumens des imprägnierten Kernmaterials ausmachen.
Der Schermodul des Kerns gemäß dieser Erfindung weist das folgende Verhältnis zur Dichte auf:
Schermodul (kg/cm²) > 7000 x Dichte des Kerns (g/cm³).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Kerns gemäß dieser Erfindung mit sechseckigen Zellen lautet das Verhältnis folgendermaßen:
Schermodul (kg/cm²) > 14000 x Dichte des Kerns (g/cm³).

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Figur ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Wabe gemäß dieser Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Hochleistungsfahige Waben werden gewöhnlich aus Aluminium, Glasfasern oder synthetischen Fasern hergestellt. Waben aus Aluminium weisen eine hohe Festigkeit und einen hohen Schermodul auf, unterliegen jedoch der Zersetzung infolge von Korrosion und sind elektrisch leitend. Außerdem weisen Waben aus Aluminium sehr hohe Wärmedehnungskoeffizienten auf und können beim Transport beschädigt werden.
Waben aus Glasfasern werden im allgemeinen mit Hilfe von Geweben aus Glasfasern hergestellt und stehen auf Grund von Schwierigkeiten bei der Herstellung von feintitrigem Glasfasergewebe nicht in sehr niedrigen Dichten zur Verfügung. Aus normalem Glasfasergewebe hergestellte Waben weisen keinen hohen Schermodul auf. Eine aus diagonal gewebtem Glasfasergewebe hergestellte Wabe weist einen hohen Schermodul auf, läßt sich jedoch schwer herstellen, weist einen hohen Wärmedehnungskoeffizienten auf und kann beim Transport beschädigt werden.
Aus Aramidfasergewebe hergestellte Waben stehen nicht in niedrigen Dichten zur Verfügung, da Aramidfasergewebe nicht in niedrigen Dichten zur Verfügung stehen. Eine aus Aramidfasergewebe hergestellte Wabe weist keinen hohen Schermodul auf.
Bis zur heutigen Zeit gelten aus Poly(m-phenylenterephthalamid) (MPD-I) hergestellte Waben als Standard für aus synthetischen Fasern hergestellte Waben. Unter Verwendung von MPD-I-Fibriden und von kurzen MPD-I-Fasern hergestellte Papiere sind in US-A- 3,756,908 beschrieben, erteilt am 4. September 1973 auf Grund der Anmeldung durch Gross, und w&rden zur Herstellung einer Wabe als leichtes, temperaturstabiles Erzeugnis vertrieben, die sich für anfällige Konstruktionen eignet, wie zum Beispiel für Fahrzeugstrukturen beim Transport, Sportgeräte und provisorische Schutzbauten. Die Wabe aus MPD-I weist eine Scherfestigkeit und einen Schermodul auf, die etwas unter denen von aus Aluminium und diagonal gewebten Glasfasern hergestellten Waben liegen. Die Scherfestigkeit und der Schermodul einer Wabe aus MPD-I sind vergleichbar mit der Scherfestigkeit und dem Schermodul von einer aus normal gewebten Glasfasern hergestellten Wabe.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Wabe geschaffen, die sehr leicht und sehr temperatur- und feuchtigkeitsbeständig ist, eine geringe Wasseraufnahme auftjeist, ein gutes elektrisches Isolationsmaterial mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstanten ist und einen sehr hohen Schermodul aufweist. Da die Wabe gemäß dieser Erfindung unter Verwendung von Vliesstoffpapier hergestellt wird, kann die Wabe mit einer geringeren Dichte hergestellt werden als dann, wenn Gewebe verwendet werden. Das bei der Wabe gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Vliesstoffpapier enthält eine Kombination aus bis zu 50 % Bindermaterial, vorzugsweise aus MPD-I-Fibriden, und aus mindestens 50 % Para-Aramidfasern, vorzugsweise aus PPD-T. Der Gebrauch von Vliesstoffpapier bei dieser Erfindung stellt auch eine Verbesserung gegenüber dem Gebrauch von Geweben dar, da Vliesstoffstrukturen mit gesteuerter Gleichmäßigkeit hergestellt werden können und leichter Zusatzstoffe aufnehmen können. Fibride sind ungranulierte, weiche, folienartige Teilchen und werden vorzugsweise aus MPD-I hergestellt. Die Herstellung von Fibriden wird erläutert in US-A-3,756,908, wobei eine allgemeine Behandlung der Verfahren in US-A-2,999,788 zu finden ist. Zwei der drei Abmessungen der Fibride liegen in dem Bereich von Mikrometern, und die Fibride sollten gemäß den Erläuterungen in US-A-3,756,908 nur in dem Maße verfeinert werden, wie dieses eine bleibende Verdichtung und Imprägnierbarkeit der fertigen Folie ermöglicht.
Fibride werden als ein Bindermaterial für die Para-Aramidfasern verwendet; und MPD-I-Fibride werden bevorzugt, weil sie aus einem Aramid-Material bestehen, das Eigenschaften aufweist, die für das Erzeugnis dieser Erfinduhg wünschenswert sind. Fibride oder ein Harzbinder aus anderem Material wären für diese Erfindung unter der Voraussetzung einsetzbar, daß diese ebenfalls die für die Wabe ererforderlichen Eigenschaften aufweisen. Weitere Bindermaterialien sind in der allgemeinen Form von Harzen vorhanden und können Epoxidharze, Phenolharze, Polyharnstoffe, Polyurethane, Melaminformaldehydharze, Polyester, Polyvinylacetate, Polyacrylnitrile, Alkydharze und ähnliche sein. Bevorzugte Harze sind in Wasser dispergierbar und wärmehärtbar. Am meisten bevorzugt werden aus wasserdispergierbaren Epoxidharze bestehende Bindermaterialien.
Durch den Gebrauch von Bindermaterialien, wie zum Beispiel von Fibriden oder Harzbindern, wird die Behandlung des Aramid-Papiers bei dessen Herstellung und dann, wenn das Papier zwecks Herstellung einer Wabe kontinuierlich mit Harz imprägniert werden soll, sehr erleichtert. Werden diskontinuierliche Verfahren der Papierherstellung angewandt, kann das Bindermaterial auf Kosten der leichten Behandlung weggelassen werden. Werden kontinuierliche Papierherstellungsverfahren angewandt, erbringt ein Bindermaterial bei weniger als 5 Gew.-% an den gesamten Feststoffen eine ungenügende Wirkung und wird bei mehr als 50 Gew.-% an den gesamten Feststoffen im allgemeinen nicht durch die Fasern festgehalten. Werden jedoch mehr als etwa 50 Gew.-% an Bindermaterial aus Fibriden eingesetzt kann sich die Bahn schließen und wird unimprägnierbar. Wenn das Bindermaterial auf Grund von übermäßig vielen oder von übergroßen Fibriden das Innere des Papiers so abdichtet, daß der Harzbinder nicht so eindringen kann, daß er alle Faseroberflächen aneinander bindet, kann die Wabe keine verbesserten Eigenschaften entwickeln. Ebenso kann die Wabe geschwächt werden, wenn das Bindermaterial die Faser einhüllt und eine Sperre zwischen dem Imprägnierharz und der Para- Aramidfaser bildet. Eine Imprägnierung des Papiers durch den Harzbinder ist wichtig.
Bindermaterialien können eingesetzt werden, um das Papier herzustellen, und können dann durch Auflösen oder Abbrennen von den Para-Aramidfasern beseitigt werden, bevor das Papier zwecks Herstellung der Wabe impragniert wird. Auf diese Weise kann eine Wabe gemäß dieser Erfindung hergestellt werden, in der das Papier aus 100 % Aramidfasern besteht.
Para-Aramidfasern weisen eine sehr hohe Festigkeit und einen sehr hohen Modul auf. Beispiele für Para-Aramidfasern sind in US-A- 3,869,429 und in EP-A-0 330,163 erläutert. Spezifische Beispiele für Para-Aramidfasern sind Poly(p-phenylenterephthalamid) (PPD-T) und Copoly(p-phenylen-3,4'-oxydiphenylenterephthalamid). PPD-T-Fasern werden im allgemeinen mittels eines Luftspaltspinnverfahrens hergestellt, wie zum Beispiel mittels des in US-A-3,767,756 beschriebenen; sie werden vorzugsweise in der in US-A-3,869,430 beschriebenen Weise wärmebehandelt. Die in der Wabe gemäß dieser Erfindung verwendeten Fasern sind 1 bis 25, vorzugsweise 2 bis 20 mm lang und weisen einen Wert von etwa 1,1 bis 5,5 dtex (1 bis 5 Denier) auf. Die in dieser Erfindung verwendeten Fasern werden als Stapelfasern aus Endlosgarn oder Endloskabeln geschnitten und zur Herstellung des Papiers mit dem Bindermaterial kombiniert.
Das bei der Herstellung der Wabe gemäß dieser Erfindung verwendete Papier rnuß von einer hohen Dichte sein und mindestens 50 Gew.-% Stapelfasern aus Para-Aramid enthalten. Das Papier kann gemäß der allgemein akzeptierten Praxis der Papierherstellung hergestellt werden. Ein bevorzugtes Verfahren zur Papierherstellung umfaßt die folgenden Schritte: (1) Herstellung eines wäßrigen Breis von 0,01 bis 3 Gew.-% Stapelfasern aus Aramid; (2) wahlweises Zusetzen eines Bindermaterials von 5 bis 50 Gew.-% an den gesamten Feststoffen; (3) Bildung einer Bahn aus dem Brei unter Anwendung von bekannten Verfahren der Papierherstellung; (4) Trocknen der auf diese Weise gebildeten Bahn; und (5) Glätten der Bahn in einer oder in mehreren Stufen zwischen starren, auf 125 bis 400 ºC erhitzten Walzen bei einem Druck von etwa 686 bis 34 300 N (70 bis 3500 Kilogramm) pro linearem Zentimeter. Die Bahnen können auch unter Einsatz von Druckplatten mit äquivalenter Wärme und äquivalentem Druck verdichtet werden.
Die Dichte des in dieser Erfindung verwendeten Papiers gleicht der Dichte der Para-Aramidfasern, dividiert durch den Gewichtsanteil an Para-Aramidfasern in dem Papier mal dem Volumenanteil an Fasern in dem Papier. Damit die Wabe gemäß dieser Erfindung entsteht, wurde festgelegt daß der Volumenanteil an den Para-Aramidfasern in dem Papier bei Fehlen des Harzbinders 0,25 bis 0,80 betragen muß.
Daher:
Papierdichte > Dichte der Para-Aramidfasern/Gew.-Anteil an Para-Aramidfasern x 0,25
Die Dichte der Fasern aus Poly(p-phenylenterephthalamid) beträgt etwa 1,44 g/cm³.
Natürlich können Zusatzstoffe, die normalerweise in Papieren dieser Art zum Einsatz kommen, bei dem in die Wabe gemäß dieser Erfindung zu verwandelnden Papier verwendet werden, solange die Zusatzstoffe nicht wesentlich die Gebrauchseigenschaften beeinträchtigen, die bei Verwendung in Waben erforderlich sind. Den Papieren werden üblicherweise Oxidationsinhibitoren, Flammschutzmittel und ähnliches zugesetzt.
Die Wabe wird aus Papierlagen hergestellt, bei denen die Lagen abwechselnd in parallelen Linien aufgeklebt werden, die gegenüber den Linien in den benachbarten Lagen versetzt sind. Die Lagen werden im allgemeinen mittels eines Harzklebers aufgeklebt. Das Papier für die Wabe kann mit einem Harz imprägniert werden, gekennzeichnet als Harzbinder; und der Harzbinder kann das gleiche Harz wie das für einen Harzkleber verwendete sein. Ebenso ist es der Fall, daß das gleiche Harz das sich als Harzbinder für das Papier eignet, als Bindeharz bei der Herstellung der Wabe gemäß dieser Erfindung eingesetzt werden kann. Weitere als Harzbinder geeignete Harze sind: wärmehärtbare -- Phenolharze, Polyimidharze, Diallylphthalatharze, Bismaleinimid-Triazinharze, Epoxidharze und ähnliche. Bevorzugte Harzbinder sind Phenolharze und Epoxidharze. Als allgemeine Regel gilt, daß sich jedes beliebige polymere Material als Harz binder eignet, wenn es einen Zugelastizitätsmodul von mehr als 24 108 N/cm² (24 600 kg/cm²) aufweist und eine gute Adhäsion an den Para-Aramidfasern aufweist.
Zwecks Behandlung der Herstellung der Wabe wird Bezug genommen auf die Figur. Eine Papierrolle 1 kann als Papierzuführeinrichtung zum Zerschneiden in einzelne Bogen 2 und zum Aufbringen von Kleberstreifen 3 dienen, bevor die Bogen zusammen so aufgelegt werden, daß sie eine zusammengeklappte Struktur von Bogen bilden, die so auseinandergezogen werden kann, daß sie eine Wabe 4 bildet. Während sich die Struktur 4 noch in ihrer nicht auseinandergezogenen Form befindet, wird sie Härtungsbedingungen unterworfen, durch die die Kleberstreifen 3 gehärtet werden und die verschiedenen Lagen 2 miteinander verklebt werden. Dann wird der Block 4 auseinandergezogen, indem die Ränder 5 und 6 so voneinander weggezogen werden, daß sich die Wabe 7 ergibt. Die Wabe 7 wird durch Wärme gehärtet und dann in ein Bad 8 aus einem ungehärteten Harzbinder getaucht. Die eingetauchte Wabe mit dem ungehärteten Harzbinder wird der Härtungswärme 9 ausgesetzt; und das Eintauchen und Härten kann wiederholt werden, bis die gewünschte Menge an Harzbinder aufgebracht und gehärtet wurde, so daß die fertige Wabe 10 entstanden ist. Die fertige Wabe 10 wird zugeschnitten oder anderweitig zu einzelnen Wabenerzeugnissen 11 geformt.
Der Wabenkern gemäß dieser Erfindung kann je nach dem Flächengewicht des unimprägnierten Bogens und der in der Struktur enthaltenen Menge an Harzbinder mit Dichten von 0,015 bis 0,24 g/cm³ hergestellt werden. Der Schermodul der Wabe ist eine direkte Funktion der Dichte des Kerns und des Gehalts an Flocken, wobei höhere Dichten und höhere Gehalte an Flocken höhere Schermoduli ergeben. Bei Wabenkernen gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Schermodul (kg/cm²) bei allen Zellenformen höher als das 7000-fache der Dichte des Kerns (g/cm³); und bei hexagonalen Zellenformen ist der Schermodul (kg/cm²) höher als das 14000-fache der Dichte des Kerns (g/cm³).
Der Harzbinder kann Zusatzstoffe enthalten, die gewöhnlich in solchen Materialien vorhanden sind. Zusatzstoffe können dazu dienen, die Oxidation zu steuern, den Flammschutz zu verbessern, die Struktur zu färben, die elektromagnetischen Eigenschaften des Materials zu verändern, und zu ahnlichem.

Testverfahren

Dichte. Die Dichte eines Wabenkerns wird bestimmt, indem ein Kern mit bekannten Außenabmessungen gewogen und daraus die Dichte errechnet wird.
Scherfestigkeit/Schermoduli. Die Schermuduli und die Scherfestigkeiten eines Wabenkerns werden gemäß dem USA-Militärstandard MIL-STD-401B, 5.1.5 ermittelt. Die Probestücke messen 50 mm x 12,7 mm x 165 mm, wobei die Längsachse der Zellen parallel zu der kurzen Dimension liegt. Jeder Test erfolgt an zwei Probestücken, und die Ergebnisse werden für die Registrierung gemittelt. Jedes Probestück wird 16 Stunden lang bei 23 ºC bei einer relativen Feuchtigkeit von 50 % konditioniert. An die offenen Zellenenden der Probestücke werden mittels eines Epoxidharzes 1,27 cm dicke Stahlplatten angeklebt. Die Platten werden so positioniert, daß die Testkräfte so nahe wie möglich an den einander diagonal gegenüberliegenden Ecken des Probestücks durch diese laufen.
Auf die Platten wird kontinuierlich ein Druck in einem solchen Maße aufgebracht, daß in nicht weniger als 3 und in nicht mehr als 6 Minuten an den Enden der Stahlplatten durch ein Universalgelenk ein Bruch eintritt, so daß die Belastung uher die gesamte Breite des Probestücks und langs einer Linie verteilt wird, die von den einander diagonal gegenüberliegenden Ecken des Probestucks ausgeht. Es wird eine Spannungs-Dehnungs-Kurve aufgezeichnet, und es werden die Scherfestigkeit und der Schermodul ermittelt. Die Scherfestigkeit ist definiert als die von dem Probestück entwickelte maximale Scherspannung. Der Schermodul beträgt
G = W t/b
wobei W die Steigung des anfänglichen linearen Abschnitts der Lastdurchbiegungskurve ist und t, a und b die Dicke bzw. die Länge bzw. die Breite des Probestücks sind.
Zum Zwecke des Testens der Waben gemäß dieser Erfindung wird der als "L-Scherkraft" gekennzeichnete Schermodul bestimmt. Die "L-Scherkraft" wird ermittelt, indem die Waben so befestigt werden, daß die Längsachse der kontinuierlichen Bahn in der Wabe in der gleichen Richtung verläuft wie die aufgebrachte Testkraft, wie in MIL-STD-401B beschrieben.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Es wurde eine Reihe von mehreren Waben hergestellt, um den verbesserten Schermodul der Wabe gemäß der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren. Aus MPD-I-Fibriden und PPD-T-Stapelfasern wurden Papiere in einer Vielzahl von Verhältnissen hergestellt, und zu einem Kontrollvergleich wurde ein Papier aus je 50 Gew.-% MPD-I-Fibriden und MPD-I-Stapelfasern hergestellt.
Zwecks Herstellung von Fibriden wurden nicht verfeinerte MPD- I-Fibride in der in US-A-3,756,908 (Gross) beschriebenen Weise zur Herstellung von Fibriden hergestellt. Die Fibride wurden teilweise verfeinert, indem 60 Sekunden lang in einem Waring-Blendor-Gefäß siebenhundert Milliliter einer Dispersion von 1,2 Gew.-% der Fibride mit 2100 ml Wasser gemischt wurden.
Die PPD-T-Stapelfaser wurde hergestellt, indem Endlosgarn aus Para-Aramid zu 0,60 - 0,65 cm langen Stucken geschnitten wurde. Das Para-Aramidgarn war ein handelsübliches Erzeugnis von 1,65 dtex (mit einem Denier-Wert von 1,5) und wird unter der Handelsbezeichnung Kevlar 49 von E. I. du Pont de Nemours & Co. vertrieben.
Prüfbogen wurden folgendermaßen hergestellt: In 800 ml Wasser in einem Waring-Blendor-Gefäß wurden die Stapelfasern und die Fibride mit Gewichten eingegeben, die so gewählt waren, daß naßformierte Bogen von etwa 54 g/m² (1,6 oz/yd²) entstanden. Dieses Gemisch wurde 30 bis 60 Sekunden lang gemischt. Der Papierbildner war ein M/K Systems-Blattbildner der Serie 8000, der zur Naßformierung von quadratischen Bögen von je 30,5 cm geeignet war. Der Brei in dem Waring-Blendor wurde in den Behälter in dem Papierbildner gegossen, der 22 Liter Wasser enthielt. In dem Behälter wurde 30 Sekunden lang gemischt, bevor auf dem Papierbildner entwässert wurde. Die entstandenen Prüfbogen wurden auf einem Trommeltrockner etwa 1 Minute lang bei 100 ºC teilweise getrocknet und dann mit einer Heizplattenanlage E9 von Noble & Wood bei 200 ºC preßgetrocknet.
Jeder Bogen wurde in einem Zweiwalzenkalander mit Stahlwalzen bei 159 kg/cm und 325 ºC auf eine relative Dichte von etwa 1,06 g/cm³ druckverdichtet. Die Bogen wurden in eine Lösung von 2 - 5 % Feststoffen getaucht, bestehend aus ?0 Gewichtsteilen Epoxidharz, bezeichnet als Epon 826 und vertrieben von der Shell Chemical Co.,
30 Gewichtsteilen eines elastomermodifizierten Epoxidharzes, bezeichnet als Heloxy WC 8006 und vertrieben von der Wilmington Chemical Corporation, Wilmington, DE, USA, 54 Gewichtsteilen eines Harzhärtemittels aus Bisphenol A - Formaldehyd, bezeichnet als UCAR BRWE 5400 und vertrieben von der Union Carbide Corp., und 0,6 Gewichtsteilen 2-methylimidazol als Härtekatalysator, in einem Lösungsmittel aus Glykolether, bezeichnet als Dowanol PH und vertrieben von der Dow Chemical Company.
Von den Bogen wurden sechsundzwanzig mit Epoxid-Knotenlinien bedruckt, wobei eine Lösung verwendet wurde, die 50 % Feststoffe enthielt, bestehend aus den gleichen Inhaltsstoffen in den gleichen Mengen, wie diese bei der Formulierung in dem vorhergehenden Abschnitt bezeichnet wurden, sowie aus 7 Teilen eines Polymerharzes, bezeichnet als Eponol 55-B-40 und vertrieben von der Miller-Stephenson Chemical Co., sowie aus 1,5 Gewichtsteilen von Quarzstaub, bezeichnet Cab-0-Sil und vertrieben von der Cabot Corp. Der Kleber in den Knotenlinien wurde 6,5 Minuten lang bei 130 ºC im B-Zustand gehalten. Die Bogen wurden zu einem Stapel geordnet, 30 Minuten lang bei 140 ºC und 40 Minuten lang bei 177 ºC und bei 345 kPa (50 Pounds pro Quadratzoll) zwecks Härtung der Knotenlinien druckgehärtet, und dann wurden die Bogen zu einer Wabe auseinandergezogen. Die Wabe wurde 10 Minuten lang bei 280 ºC wärmestabilisiert. Die Wabe wurde wiederholt in die am Anfang beschriebene Epoxidharz-Lösung eingetaucht und gehärtet, jedoch bei einem Feststoffgehalt von 20 %, bis eine Struktur mit einer Dichte von etwa 0,056 g/cm³ (3,5 Pounds pro Kubikfoot) entstanden war. Das Härten erfolgte 30 Minuten lang bei 140 ºC und 40 Minuten lang bei 177 ºC.
Waben können ebenso mittels einer Phenol lösung als Imprägniermaterial hergestellt werden. Solche Waben weisen eine verbesserte Brennfestigkeit auf und kosten weniger. Eine einsetzbare Phenolharzlösung ist durch die USA-Militärspezifikation MIL-R-9299C definiert.
In der Tabelle sind die Schereigenschaften der Wabe für die verschiedenen Elemente des Beispiels sowie für den Kontrollvergleich angegeben. TABELLE Modul Festigkeit Kontrollvergleich
* Unten erläutertes, geändertes Herstellungsverfahren
** Die Dichte dieser Probe betrug 0,072 g/cm³. Die Dichte der anderen Proben in dieser Tabelle betrug 0,056 g/cm³.
Die Wabe, bei der Papier mit nur 10 % MPD-I verwendet wurde, wurde mittels fester, thermoplastischer Streifen aus Polyetherimidharz hergestellt, bezeichnet als Ultem und vertrieben von der General Electric Corp., die an den Knotenlinien angeklebt wurden, da es nur schwer zu einem Durchschlagen kommt, wenn Papier mit so wenig Bindemittel bedruckt wird.
Die Kontrollvergleichswabe wurde versehentlich mit einer Dichte hergestellt, die größer war als die Dichte bei den Beispielen gemaß der Erfindung. Der Schermodul einer Wabe erhöht sich durch eine Erhöhung der Dichte. Aus diesem Grunde kann die Kontrollvergleichswabe als ein akzeptables Vergleichsstück gelten, da diese trotz der gräßeren Dichte und der daraus folgenden Erwartung eines höheren Schermoduls einen wesentlich niedrigeren Schermodul aufweist als eine beliebige der Waben gemäß der Erfindung.
Die 50 Gew.-% oder etwas weniger an Para-Aramidfaser enthaltende Wabe weist einen annehmbar hohen Schermodul von mehr als 9800 N/cm² (1000 kg/cm²) auf. Sinkt der Fasergehalt der Wabe auf Werte von bedeutend weniger als 50 Gew.-% Faser, sinkt der Schermodul auf weniger als 9800 N/cm² (1000 kg/cm²).
Das Beispiel veranschaulicht die Überlegenheit der Wabe gemäß dieser Erfindung gegenüber der Kontrollvergleichswabe. Aus 100 % PPD-T hergestellte Papiere wiesen einen deutlich erhöhten Schermodul auf, und diese Erhöhung setzt sich fort bei Papieren mit nicht mehr als 50 % PPD-T. Bei einem Gehalt von weniger als 50 % Para- Aramidfasern ist zu erwarten, daß sich der Schermodul der Wabe nur leicht gegenüber dem der Wabe nach dem Stande der Technik erhöht.

Claims

1. Wabe, umfassend einen Kern, imprägniert mit einem festen Harzbinder, worin der Kern umfaßt

a) ein Vliesstoffpapier, enthaltend ein gleichmäßiges Gemisch aus mindestens 50 Gew.-% Para-Aramidfasern und aus bis zu 50 Gew.-% polymerem Bindermaterial.

b) einen festen Harzbinder, der in dem Papier gleichmäßig verteilt ist, so daß die Para-Aramidfasern 20 bis 80 Prozent des Gesamtvolumens des imprägnierten Kernmaterials ausmachen, und

worin der Kern eine Dichte von 0,015 bis 0,24 g/cm³ sowie einen Schermodul von mehr als 9800 N/cm² (1000 kg/cm²) aufweist; und worin das Papier bei Fehlen des Harzbinders eine Dichte gemäß dem folgenden Verhältnis aufweist:

Papierdichte> Dichte der Para-Aramidfaser/Gew.-Anteil an Para-Aramidfaser x 0,25

2. Wabe nach Anspruch 1, worin der Harzbinder in dem Kern ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend ein Epoxidharz und ein Phenolharz.

3. Wabe nach Anspruch 1, worin der Kern einen Schermodul gemäß dem folgenden Verhältnis aufweist:

Schermodul (kg/cm²) > 7000 x Dichte des Kerns (g/cm³)

4. Wabe nach Anspruch 1, umfassend einen Kern mit sechseckigen Zellen, imprägniert mit dem festen Harzbinder,

und

worin der Kern einen Schermodul gemaß dem folgenden Verhältnis aufweist:

Schermodul (kg/cm²) > 14000 x Dichte des Kerns (g/cm³)

5. Wehe nach Anspruch 1, worin das Vliesstoffpapier aus einem gleichmaßigen Gemisch aus mindestens 50 Gew.-% PPD-T-Fasern and aus bis zu 50 Gew.-% MPD-I-Fibriden besteht.