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Hintegrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
polymere Verbundwerkstoffe, die bei der Konstruktion von architektonischen,
tragfähigen
Strukturen verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung
einen Fluorpolymerverbundwerkstoff, der ein verstärkendes
Gewebe enthält,
das die Lichtdurchlässigkeit
der tragfähigen
Strukturmembran verbessert.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Bei der Gestaltung von Gebäuden haben
Bau- und Tiefbautechniker seit Jahren ein gespanntes, mit Kunststoff
oder Gummi beschichtetes Gewebe als tragfähige Strukturen verwendet.
Eine tragfähige
Struktur ist eine Gebäudekomponente,
die die angewendeten externen mechanischen Kräfte (oder Belastungen) aufnimmt,
ohne ihre körperliche
Integrität
zu verlieren. Eine typische tragfähige Struktur besteht aus einem
Rahmen, der aus Bögen
und/oder Trägern
konstruiert ist. Tragfähige
Strukturen, die beschichtete Gewebe enthielten, wurden zuerst bei
der Gestaltung von Tragluftdächern
für fahrbare
Ausstellungsstücke
und als Gehäuse für Mikrowellenantennen
verwendet. Seit kurzem wurden tragfähige Strukturen aus beschichtetem
Gewebe als vorgespannte (gezogene) Teile entwickelt, wobei die Spannung
durch Dehnen eines beschichteten Gewebes über die Bögen und Träger der Struktur bereitgestellt
wird. Als vorgespanntes Teil bietet die innere Spannung des gedehnten
Gewebes einen zusätzlichen
Verformungswiderstand, wenn diese Struktur einer weiteren Belastung
ausgesetzt wird.
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Bei den frühesten Strukturen, die beschichtete
Gewebe enthielten, diente das Gewebe als Verstärkung, um die Form der Struktur
zu steuern und das Tragfähigkeitsverhalten
in der Struktur zu verbesseren. Die üblichsten Beschichtungsmaterialien
schließen
Gummi, wie Neopren, und Kunststoffe, wie Polyvinylchlorid oder Polyurethan,
ein. Die am häufigsten
verwendeten Verstärkungen
aus Gewebe waren einfache Leinwandbindungsgewebe aus Nylon- oder
Polyestergarnen.
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Herkömmliche beschichtete Gewebe
für tragfähige Strukturen
enthalten typischerweise Zusätze
für das
Beschichtungsmaterial, um die Struktur vor der Umgebung zu schützen. Zusätze können z.
B. in das beschichtete Gewebe eingebracht werden, um sowohl für die Beschichtungspolymere
als auch die Faserverstärkung
die UV-Belastung durch das Sonnenlicht zu verringern und folglich
die Haltbarkeit des beschichteten Gewebes im Freien zu verbessern.
Während
solche Zusätze
das beschichtete Gewebe vor der Umgebung schützen, verringern sie auch die
Lichtdurchlässigkeit
des beschichteten Gewebes wesentlich oder verhindern diese. Licht
geht durch ein beschichtetes Gewebe hindurch, indem es durch die
Myriaden von winzigen Öffnungen oder
Löchern
im beschichteten Gewebe (sogenannte Lücken in Geweben) geleitet wird.
Zusätze
oder Füllstoffe
füllen
diese Öffnungen
beim Beschichten und stören
den Lichtdurchgang deutlich. Flammhemmende Zusätze oder Weichmacher, die als
Füllstoffe
verwendet werden können,
können
auch dazu führen,
daß die
Oberfläche
Schmutz aus der Umgebung einfängt
und können
die Lichtdurchlässigkeit
im Verlauf der Zeit weiter behindern. Aus diesem Grund wurden die
ersten beschichteten Gewebe für
tragfähige
Strukturen nur bei Anwendungszwecken eingesetzt, bei denen eine
geringe Lichtdurchlässigkeit
akzeptabel war. Aufgrund der vorstehend genannten Mängel in
bezug auf die Lichtdurchlässigkeit,
die Feuerfestigkeit und die Umweltbeständigkeit war die Verwendung
dieser frühen
beschichteten Gewebe auf "zeitweilige" Gebäudestrukturen
begrenzt.
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1970 wurden Verbundwerkstoffe aus
beschichtetem Gewebe für
die Verwendung in tragfähigen
Strukturen entwickelt, wobei bestimmte Beschichtungen und Anordnungen
der Gewebebindung verwendet wurden, um deren Verwendung von "zeitweiligen" Strukturen auf die
dauerhafte Architektur auszudehnen. Insbesondere haben die Forscher
Verbundwerkstoffe aus Glasfaserstoff mit Leinwandbindungsmuster
und einer Beschichtung aus Perfluorkunststoffen (z. B. Polytetrafluorethylen)
begünstigt.
Polytetrafluorethylen (PTFE) zeigt bekanntlich eine Beständigkeit
gegenüber
allgegenwärtigen
Elementen der Umgebung (Sonnenlicht, Wasser, oxidierende Mittel)
sowie auch Feuer. Die Forscher haben die vorteilhaften Eigenschaften
von PTFE mit den vorteilhaften Aspekten in bezug auf das Verhältnis von
Festigkeit/Gewicht von Glasfasern in einem Leinwandbindungsmuster
kombiniert, wodurch Verbundwerkstoffe geschaffen wurden, die in
dauerhaften Strukturen vorteilhaft sind.
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1973 wurden tragfähige Verbundwerkstoffe aus
Glasfaserstoff mit Leinwandbindungsmuster, der mit Perfluorpolymeren
beschichtet ist, als gespannte Gewebestrukturen verwendet. Diese
Verbundwerkstoffe enthielten keine Zusätze zur Verbesserung der Flammfestigkeit.
Diese baulichen Verbundwerkstoffe, die von Chemfab Corporation,
Merrimack, New Hampshire unter den Bezeichnungen SHEERFILL® I
und II hergestellt wurden, ließen
bis zu 10% des einfallenden sichtbaren Lichtes hindurch und behielten
eine angemessene strukturelle Festigkeit bei. Neuere bauliche Verbundwerkstoffe,
wie SHEERFILL® II
A, die ebenfalls von Chemfab Corporation, Merrimack, New Hampshire
hergestellt wurden, ließen
etwa 12% des einfallenden sichtbaren Lichtes hindurch. Die Entwicklung
dieser Strukturtypen ist in einem Dokument zusammengefaßt, das
auf dem Symposium on Air-Supported
Structures: State-of-the-art, vom Institution of Structural Engineers
gesponsert, am 4. Juni 1980 in London präsentiert wurde. Diese Materialien
sind bis heute der Stand der Technik geblieben.
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Ein weitere Hintergrundinformation
zu Fluorpolymer-Verbundwerkstoffen liefern folgende Dokumente:
DE 3,832,828 , WO 89/12135,
EP 327,047 , WO 92/09429,
EP 164,278 ,
US 4,594,286 und Chemiefasern/Textilindustrie,
Juni 1990, Seiten T86 bis T88.
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Zusätzlich zu den wichtigsten erwünschten
Merkmalen aus Witterungsbeständigkeit,
Nichtbrennbarkeit, guter Lichtdurchlässigkeit und Selbstreinigungsvermögen müssen tragfähige Strukturen,
die Verbundwerkstoffe aus beschichteten Geweben enthalten, zuallererst
als Baumaterialien wirken. Die Strukturen müssen ausreichend fest sein,
um die verschiedenen statischen und wandernden Belastungen zu tragen,
die mit der Verwendung verbunden sind. Außerdem können die Bedingungen bei der
Herstellung und dem Einbau der Verbundwerkstoffe mit einem bevorzugten
mechanischen Verhalten zu weiteren mechanischen Einschränkungen
führen,
die den Bereich der wichtigsten Gestaltungsparameter weiter einschränken.
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Es ist z. B. übliche Praxis, bei der uniaxialen
Zugbruchfestigkeit von mit Gewebe verstärkten Verbundwerkstoffen, die
in tragfähigen
Strukturen verwendet werden, Sicherheitsfaktoren von 4 × bis 8 × anzuwenden. Das
heißt,
wenn eine tragfähige
Struktur aus einem Verbundwerkstoff aus beschichtetem Gewebe gestaltet wird,
verwendet der Techniker typischerweise ein Gewebe mit einer uniaxialen
Zugbruchfestigkeit, die mindestens das 4-Fache der maximalen Belastung
beträgt,
die auf das Gewebe trifft. Anders ausgedrückt beträgt die maximale Konstruktionsbelastung
25% der uniaxialen Zugbruchfestigkeit.
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Tragfähige Strukturen erfahren typischerweise
drei Arten von Belastungen: Einbaubelastungen, Vorbelastungen und
wandernde Belastungen. Wie vorstehend festgestellt, sind tragfähige Strukturen
typischerweise so gestaltet, daß der
Höchstwert
dieser Belastungen 25% der uniaxialen Zugbruchfestigkeit des Gewebes
beträgt.
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Die am Ende erforderliche optische
Dichte des Glasfasergewebes, um die geforderten Sicherheitsfaktoren
bei den verschiedenen Belastungen zu erfüllen, verringert das Lichtdurchlässigkeitsvermögen des
Gewebes wesentlich, besonders nachdem das gewebte Verstärkungsmaterial
mit Polytetrafluorethylen beschichtet worden ist. Außerdem führt die
Bündelung
des Glasfasergehalts zu schwereren und voluminöseren Garnen, wodurch eine
Struktur mit größeren Öffnungen
oder Lücken
erzeugt wird, oft zu gewebten Produkten mit einer unerwünschten
Topographie, die nicht leicht beschichtet oder laminiert werden
kann. Selbst wenn die Schwierigkeiten des Beschichtungsverfahrens
beseitigt werden können,
dehnt sich der entstehende Verbundwerkstoff aus beschichtetem Gewebe,
der auf diesen relativ groben Verstärkungsfasern basiert, häufig nicht befriedigend,
um die Präzisionsmusterung
von Bauplatten zu erleichtern.
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Die Techniker bestimmen die Fähigkeit
eines Verbundwerkstoffs aus beschichtetem Gewebe, in einer tragfähigen Struktur
effizient zu wirken, unter Bezugnahme auf die Kurven des Moduls
des Verbundwerkstoffs aus beschichtetem Gewebe. Die Kurve des Moduls
ist eine graphische Darstellung der biaxialen Dehnung des Verbundwerkstoffs
gegenüber
den verschiedenen biaxialen Belastungen, denen der Verbundwerkstoff
ausgesetzt wird. Bei der Erstellung einer Kurve des Moduls für einen
Verbundwerkstoff aus beschichtetem Gewebe belastet der Techniker
den Verbundwerkstoff aus beschichtetem Gewebe mehrmals biaxial und
mißt die
biaxialen Dehnungen, die mit den entsprechenden Belastungen verbunden
sind. Der Techniker wendet typischerweise eine biaxiale Belastung
von 1 : 1 an, wenn die biaxiale Dehnung bestimmt wird (d. h., die
Belastungen in Kettfaden- und
Schußfadenrichtung
des Gewebes sind gleich), es können
jedoch Belastungen mit unterschiedlichen Verhältnissen angewendet werden,
um die biaxiale Dehnung zu bestimmen, die mit bestimmten Belastungsbedingungen
verbunden ist.
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Verbundwerkstoffe aus beschichtetem
Gewebe, die keine negative biaxiale Dehnung zeigen, wenn sie eingebaut
werden und einer Vorbelastung und wandernden biaxialen Belastungen
ausgesetzt werden, sind für die
Verwendung in tragfähigen
Strukturen bevorzugt. In der Praxis weist Glasfaserstoff eine gute
Festigkeit unter einer Spannung auf, hat jedoch bei einer Kompression
schlechte Eigenschaften. Eine negative biaxiale Dehnung, die das Äquivalent
der Kompression darstellt, ist folglich nicht erwünscht, da
sie die Wirksamkeit des Verbundwerkstoffs für die Verwendung in tragfähigen Strukturen
beeinflußt.
Bis heute waren die Techniker nicht in der Lage, einen Verbundwerkstoff
aus beschichtetem Gewebe zu entwickeln, der eine hohe Lichtdurchlässigkeit
aufweist, jedoch die Fähigkeit,
effizient als Teil einer tragfähigen
Struktur zu wirken, beibehält.
Herkömmliche
Verbundwerkstoffe mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit zeigen unvermeidlich
negative Werte der biaxialen Dehnung, wenn sie eingebaut werden,
einer Vorbelastung und wandernden biaxialen Belastungen ausgesetzt
werden, oder zeigen so eine geringe Gesamtdehnung, daß sie sich
zu spröde
verhalten, um sie leicht beim gedachten Verwendungszweck zu installieren.
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Folglich ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine Verbundwerkstoff aus beschichtetem Gewebe
herzustellen, der eine bessere Lichtdurchlässigkeit aufweist, während er
die Eigenschaften in bezug auf Zugbruchfestigkeit und biaxiale Dehnung
liefert, die bei tragfähigen
Strukturen erwünscht
sind.
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Es ist eine weitere Aufgabe dieser
Erfindung, einen Verbundwerkstoff aus beschichtetem Gewebe herzustellen,
der, wenn er eingebaut wird, einer Vorbelastung und wandernden Belastungen
ausgesetzt wird, bei Belastungen von bis zu 25% der uniaxialen Zugbruchfestigkeit
des Gewebes sowohl in Kettfaden- als auch Schußfadenrichtung keine negativen
Werte der biaxialen Dehnung zeigt.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Nach einem Gesichtspunkt liefert
die Erfindung einen lichtdurchlässigen
polymeren Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 der zugehörigen Ansprüche.
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Nach einem weiteren Gesichtspunkt
stellt die Erfindung eine gespannte tragfähige Membran bereit, die einen
Rahmen und einen wie vorstehend aufgeführten Verbundwerkstoff umfaßt, der
sich auf dem Rahmen befindet.
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Nach einem dritten Gesichtspunkt
gibt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines lichtdurchlässigen polymeren
Verbundwerkstoffs an, wobei das Verfahren wie in Anspruch 13 oder
Anspruch 14 der zugehörigen
Ansprüche
definiert ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigt der Verbundwerkstoff Werte für die biaxiale Dehnung in Kettfaden-
und Schußfadenrichtung,
die 1,0% bzw. 10% nicht übersteigen,
wenn der Verbundwerkstoff biaxialen Belastungen mit 1 : 1 von bis
zu 25% der uniaxialen Zugbruchfestigkeit des Gewebes ausgesetzt
wird.
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Um die gewünschten Eigenschaften, wie
Haltbarkeit im Freien und Feuerfestigkeit, zu erreichen, basiert
das Gewebe besonders bevorzugt auf Glasfasergarnen. Die besonders
bevorzugten Materialien zum Beschichten des Gewebes sind Perfluorpolymere,
die aus der Gruppe ausgewählt
sind, die aus Homopolymeren und Copolymeren und Tetrafluorethylen
(TFE), Hexafluorpropylen (HFP) und Fluorvinylethern, einschließlich Perfluorpropyl-
und Perfluormethylvinylether (PPVE bzw. PMVE) besteht. Diese Polymere
haben wie die Glasfaserverstärkung
eine hervorragende Haltbarkeit im Freien und Feuerfestigkeit und
zeigen auch eine gute Lichtdurchlässigkeit.
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Zu einer anderen bevorzugten Klasse
von Polymeren, die in einer Polymermatrix für bauliche Verbundwerkstoffe
mit einer besseren Lichtdurchlässigkeit
vorteilhaft sind, gehören
Fluorpolymere, die auf Monomeren basieren, zu denen Chlortrifluorethylen
(CTFE) und Vinylidenenfluorid (VF2) gehören, entweder
als Homopolymere oder als Copolymere mit TFE, HFP, PPVE, PMVE und
Ethylen oder Propylen. Bei ausreichend niedrigen Temperaturen schmelzen
diese Fluorpolymere oder werden weich, so daß sie auf gewebte Substrate beschichtet
oder laminiert werden können,
die aus Garnen mit einer Tauglichkeit für geringere Temperaturen, wie
Polyester oder Nylon, bestehen.
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Eine andere Polymermatrix zum Beschichten
der Gewebe kann aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Polyvinylchlorid,
Polyvinylidenchlorid, Polyvinylalkohol und deren Copolymeren mit
Acrylsäure
oder Acrylsäureestern
oder anderen Vinylestermonomeren besteht. In diesem Fall kann gegebenenfalls
eine weitere Schicht aus einem Fluorpolymer auf dem mit Polymer
beschichteten Gewebe angeordnet werden (durch Beschichten oder Laminieren).
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Ein Schritt in dem in Anspruch 13
definierten Verfahren umfaßt
das Schmelzen der Polymerbeschichtung auf dem Gewebesubstrat, vorausgesetzt,
daß das
Substrat den Temperaturen widerstehen kann, die zum Schmelzen des
Polymers erforderlich sind. In den Fällen, in denen das gewebte
Substrat der Temperatur nicht widerstehen kann, die zum Schmelzen
des Polymers erforderlich ist, beinhaltet das in Anspruch 14 definierte Verfahren
einen Schritt, bei dem ein Polymerfilm getrennt erzeugt und geschmolzen
wird und dieser Film dann mit dem gewebten oder beschichteten Substrat
laminiert wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes 6 × 6 Scheindrehergewebemuster;
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2 zeigt
ein erfindungsgemäßes 2 × 2 Leinwandbindungsgewebemuster;
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3 zeigt
eine graphische Darstellung einer Anordnung einer trapezförmigen Probe
für den
Reißfestigkeitstest;
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4 zeigt
eine graphische Darstellung einer Anordnung einer Probe für den biaxialen
Dehnungstest; und
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5 zeigt
eine Kurve des Moduls für
den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff
aus beschichtetem Gewebe.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Der bevorzugte erfindungsgemäße lichtdurchlässige Verbundwerkstoff,
der für
eine architektonische Konstruktion geeignet ist, enthält ein Gewebe,
das sowohl in Kettfaden- als auch Schußfadenrichtung aus etwa 10
bis 30 Garnen pro inch erzeugt wurde. Die Kettfaden- und Schußfadengarne
sind orthogonal angeordnet.
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Die Garne des Gewebes sind vorzugsweise
in einem Scheindrehermuster gewebt. 1 zeigt
das Bindungsmuster eines 6 × 6
Scheindrehermustergewebes. Die Garne können auch in einem Leinwandbindungsmuster
gewebt sein, vorausgesetzt, daß die
Garnzahl in Schußfadenrichtung
gleich oder größer als
etwa das 1,25-Fache der Garnzahl in Kettfadenrichtung ist. 2 zeigt das Bindungsmuster
eines 2 × 2
Leinwandbindungsgewebes. 1 und 2 zeigen nur die Webmuster
von erfindungsgemäßen Geweben
und nicht die offenen Bereiche, die tatsächlich in den erfindungsgemäßen Gewebekonstruktionen
vorliegen.
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Auf den Gewebegarnen befindet sich
mindestens eine Polymerbeschichtung. Das beschichtete Gewebe weist
eine Lichtdurchlässigkeit von
mindestens etwa 23% des senkrecht einfallenden sichtbaren Lichtes auf
und ist so strukturiert, daß eine
nicht-negative biaxiale Dehnung erreicht wird.
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Bei biaxialen Belastungen mit 1 :
1 von bis zu 25% der uniaxialen Zugbruchfestigkeit des Gewebes ist die
biaxiale Dehnung des Verbundwerkstoffs in Kettfadenrichtung größer als
oder gleich Null und übersteigt vorzugsweise
1,0% nicht. Die biaxiale Dehnung des Verbundwerkstoffs in Schußfadenrichtung
ist bei diesen Werten größer als
die biaxiale Dehnung in Kettfadenrichtung und übersteigt vorzugsweise 10%
nicht. Die Obergrenzen der Werte für die biaxiale Dehnung in Kettfaden-
und Schußfadenrichtung
sind wichtig, da der Verbundwerkstoff oberhalb dieser Grenzwerte
nicht mehr praktisch nützlich
ist; das heißt,
es wird sehr schwierig, mit diesem Verbundwerkstoff eine tragfähige Struktur
zu konstruieren.
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Es wurde folglich festgestellt, daß der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff
aus beschichtetem Gewebe eine Lichtdurchlässigkeit erreicht, die wesentlich
höher als
die der gegenwärtig
verfügbaren
ist. Die erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe
(siehe die nachstehend erläuterten
Tabellen IIa bis b) lassen deutlich höhere Prozentsätze des
senkrecht einfallenden sichtbaren Lichtes hindurch, dies steht im
Gegensatz zu herkömmlichen
Vergleichsgestaltungen mit Leinwandbindung mit einem vergleichbaren
Gewicht, die in den Tabellen Ia bis c gezeigt sind, die auch weniger
vorteilhafte mechanische Eigenschaften aufweisen.
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Die uniaxiale Zugbruchfestigkeit
der Verbundwerkstoffe in den Tabellen ist eine Funktion der Festigkeit und
der Anzahl der einzelnen Glasfasergarne, die in die Verstärkung eingewebt
sind, sowie auch der Kräuselung,
die die Garne beim Webprozeß erhalten
haben. Eine zunehmende Garnzahl im Gewebe erhöht die Festigkeit des Verbundwerkstoffs.
Eine stärkere
Kräuselung
in den Garnen durch den Web prozeß verringert jedoch die Festigkeit
des Gewebes. Die Auswahl der exakten Garnzahl und der exakten Kräuselung
wird folglich zu einer wichtigen Basis, um das gewünschte Gleichgewicht
zwischen Festigkeit und Modul zu erzielen.
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In ähnlicher Weise werden die Dehnungsmerkmale
des Verbundwerkstoffs vom Ausmaß der
Kräuselung
in Kombination mit der Anzahl der Garne in jeder orthogonalen Richtung
beeinflußt.
Wenn ein Verbundwerkstoff unter Verwendung einer gewebten Verstärkung biaxial
belastet wird, ist die entstehende Dehnung in jeder Richtung jedoch
auch eine Funktion der relativen Belastung in jeder Richtung (d.
h. Kettfaden- und Schußfaden)
und kann folglich als Funktion der Anzahl, der Kräuselung
und des Belastungsverhältnisses
positiv oder negativ sein. Da Glasfaserstoff in der Praxis unter
Zug eine gute Festigkeit aufweist, jedoch unter Druck schlechte
Eigenschaften hat, ist eine negative Dehnung unerwünscht. Folglich
bringt die vorherrschende Verwendung von Glasfasergarn eine zusätzliche
Einschränkung
der akzeptablen Anzahl und Kräuselung mit
sich, um in beiden Richtungen eine positive Dehnung zu erzielen.
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Da fast das gesamte durch den Verbundwerkstoff
hindurchgehende Licht durch dessen "Öffnungen" oder "Lücken" geht und die Größe dieser Lücken von der Anzahl und die
Kräuselung
in Verbindung mit den Garndurchmessern bestimmt wird, führt eine
geeignete Anzahl und Kräuselung,
die die Kriterien in bezug auf mechanische Festigkeit und Modul
erfüllen
würde,
außerdem
gewöhnlich
zu einem wesentlich geringeren Durchgang von Licht oder einer wesentlichen
geringeren Lichtdurchlässigkeit.
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Definitionen
der Begriffe in den Tabellen
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Die Tabellen Ia bis c führen Werte
für verschiedene
herkömmliche
Verbundwerkstoffe auf, und die Tabellen IIa bis b zeigen Werte für erfindungsgemäße Verbundwerkstoffe.
Die in den Tabellen verwendeten Begriffe sind nachstehend zusammen
mit einer kurzen Erläuterung
der Tests beschrieben, die typischerweise für die mengenmäßige Erfassung
der aufgeführten
Werte verwendet wurden.
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Garn ist ein allgemeiner Begriff
für einen
kontinuierlichen Strang von Textilfasern, Filamenten oder einem
anderen Material in geeigneter Form zum Wirken, Weben oder anderweitigem
gegenseitigen Verdrehen, um ein Textilerzeugnis herzustellen. Garne
kommen in folgenden Formen vor:
- (1) eine Anzahl
von miteinander verdrehten Fasern (Spinngarn),
- (2) eine Anzahl von miteinander, mit oder ohne Verdrehung, gelegten
Filamenten,
- (3) ein Einzelfilament mit oder ohne Verdrehung oder
- (4) ein schmaler Streifen oder ein Material, wie Papier, Kunststoffolie
oder Metallfolie mit oder ohne Verdrehung, der bzw. das für die Verwendung
bei der Herstellung eines Gewebes gedacht ist.
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Die Garne sind in den Tabellen in
bezug auf den Garnaufbau aufgeführt,
der die Anzahl der Einzelgarne und die Anzahl der Stränge beschreibt,
die kombiniert wurden, wodurch jede aufeinanderfolgende Einheit eines
mehrfädigen
Garns erzeugt wurde. In Tabelle Ic hat z. B. NSP A96032a den Garnaufbau
B150 4/2, was bedeutet, daß man
mit Filamenten mit der Garnnummer Beta beginnt, die zu Einzelgarnen
mit einer Ausbeute von 36.000 m/kg (15.000 yards/pound) geformt
wurden. Vier dieser Einzelgarne werden miteinander zu einem Zwischenmaterial
verdreht, das als 4/0 bezeichnet wird, und dann werden zwei Zwischenmaterialien
mit 4/0 miteinander gefacht, wodurch der Aufbau 4/2 erzeugt wird.
Dieser Aufbau kann mit dem in Tabelle IIa aufgeführten beispielhaften Aufbau
NSP A96053 verglichen werden. In diesem Beispiel werden zwei des
gleichen Einzelgarns (B150 1/0) verdreht, wodurch das Zwischenmaterial
erzeugt wird, das als 2/0 bezeichnet wird, und vier dieser Zwischenmaterialien
mit 2/0 werden miteinander gefacht, wodurch der Aufbau 2/4 erzeugt
wird.
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Anzahl ist die Anzahl der Kettfadengarne
und der Schußfadengarne
pro cm (inch) des Gewebes, die der Anzahl der Reihen und Rippen
in einem Gewirk entspricht. Die Anzahl wird bestimmt, indem ein
Gewebestück
auf eine ebene Oberfläche
gelegt wird, unnatürliche
Knitter entfernt werden und die Anzahl der Kettfaden- und Schußfadengarne
pro Inch des Gewebes gezählt
wird. Wie aus den Tabellen IIa und b ersichtlich ist, reicht die
Anzahl der erfindungsgemäßen Gewebe
von etwa 4 bis 12 Garne/cm (10 bis 30 Garne/inch) in Kettfaden-
und Schußfadenrichtung.
Eine Anzahl außerhalb
dieses Bereichs kann in dieser Erfindung ebenfalls vorteilhaft sein.
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Gauge ist ein allgemeiner Begriff
für verschiedene
Arten von Vorrichtungen, die entweder zum Messen des Drucks oder
der Dicke verwendet werden. In dieser Erfindung soll der Begriff
Gauge für
die Dicke stehen, die in den Tabellen aufgeführt ist. Gauge wird durch einen
Test mit einem Eigengewicht-Zeigermikrometer bestimmt, der auf diesem
Fachgebiet allgemein bekannt ist.
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Die uniaxiale Zugbruchfestigkeit
ist die abschließende
Festigkeit eines Abschnittes des Gewebes zu dem Zeitpunkt, zu dem
es unter Zug entlang entweder der Kettfaden- oder der Schußfadengarne
reißt.
Dieser Wert ist allgemein anders als die Langzeithaltefestigkeit
des Materials.
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Es folgt ein Test zur Bestimmung
der uniaxialen Zugbruchfestigkeit. Es werden 3 Proben in Kettfadenrichtung
und 3 Proben in Schußfadenrichtung
geschnitten. Die Proben werden so ausgewählt, daß vermieden wird, die gleiche
Gruppe von Garnen mehr als einmal zu testen. Bei der Probe in der
Kettfadenrichtung wird ein Kettfadengarn ausgemacht und über mindestens
20 cm (8 inch) markiert; ein zweites Kettfadengarn wird ausgemacht
und über
etwa 2,5 cm (1 inch) vom ersten und parallel dazu (einschließlich irgendwelcher
partieller Garne innerhalb der Probe) markiert. Ein ähnliches
Verfahren dient der Kennzeichnung der Proben in Schußfadenrichtung.
Die Testproben wurden mit einem Gebrauchsmesser ausgeschnitten,
wobei das Einkerben der Garne der Testprobe vermieden wurde. Jede
Probe wird in ein Zugtestgerät
gegeben, das auf eine konstante Dehnungsrate von 5 ± 0,25
cm/min (2 ± 0,1
inch/min) eingestellt wurde. Bei 7,5 cm (3 inch) voneinander getrennten
Klemmen des Zugtestgerätes
wird die Probe so eingesetzt, daß die Probe zwischen den Klemmen
zentriert und entlang der Achse des Testgerätes ausgerichtet ist. Während der
Belastung der Probe wird die Belastung gegenüber der Dehnung erfaßt. Die
Höchstbelastung
wird als uniaxiale Zugbruchfestigkeit der Probe abgelesen, und es
wird der Durchschnittswert der getesteten Proben für jede Richtung
erfaßt.
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Die Reißfestigkeit (trapezförmig) ist
die erforderliche Kraft, damit bei bestimmten Bedingungen ein Gewebe
beginnt zu reißen
oder weiterreißt,
und kann wie folgt bestimmt werden. Drei Proben werden in Kettfadenrichtung
ausgeschnitten und drei Proben in Schußfadenrichtung. Die Proben
werden so ausgewählt,
daß vermieden
wird, die gleiche Gruppe von Garnen mehr als einmal zu testen. Siehe 3, jede Probe ist ein Rechteck
mit 7,5 × 20
cm (3 inch × 6
inch), wobei die Längsabmessung
für den "Kettfaden"-Test entlang des Kettfadengarns
ausgerichtet ist und die Längsabmessung
für den "Schußfaden"-Test entlang des
Schußfadengarns
ausgerichtet ist. Mit einer Schablone wird ein gleichschenkliges
Trapez mit 7,5 cm (3 inch) Höhe
und den Grundlinien mit 2,5 cm (1 inch) bzw. 10 cm (4 inch) markiert.
Es wird ein 1,6 cm (5/8 inch) langer Schlitz in der Mitte der und
senkrecht zur 2,5 cm (1 inch) Grundlinie des Trapezes gemacht. Die
Probe wird in ein Zugtestgerät
gegeben, das bei einer konstanten Dehnungsrate von 15 ± 1,2 cm/min
(12 ± 0,5
inch/min) eingestellt ist. Bei 2,5 cm (1 inch) voneinander getrennten
Klemmen des Zugtestgeräts
wird die Probe so eingesetzt, daß die Trapezmarkierungen parallel
zu den Klemmen sind. Der Schlitz befindet sich in der Hälfte zwischen
den Klemmen, so daß die
kurze Seite des Trapezes straff ist. Dann wird die Probe gerissen
und es werden die Höchstwerte
der Belastung gegenüber
der Zeit erfaßt.
Nach dem die Probe gerissen ist, werden die Belastungswerte der
fünf Höchstwerte
abgelesen, und der Durchschnittswert dieser Höchstwerte wird als Reißfestigkeitswert für die Probe
erfaßt.
(Siehe 3).
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Das Krümmen und der Schrägverzug
stellen verschiedene Mängel
bei der Maßhaltigkeit
eines Gewebes dar. Das Krümmen
ist ein Merkmal dafür,
wie stark die Verwerfung der Schußfadengarne im mittleren Teil des
Gewebes im Verhältnis
zu ihrer ursprünglichen
Konfiguration unter einer Belastung ist, wohingegen der Schrägverzug
ein Merkmal dafür
ist, wie stark die Verwerfung der Schußfadengarne von einer Kante
des Gewebes zur anderen ist.
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Der Durchgang von Licht ist ein Merkmal
der Lichtdurchlässigkeit
des Verbundwerkstoffs und kann wie folgt bestimmt werden. Eine 10 × 15 cm
(4 × 6
inch) Probe wird aus der Verbundwerkstoffprobe herausgeschnitten
und für
den Test präpariert,
indem sie 16 Stunden in einem Umluftofen bei 387 ± 6°C (720 ± 10°F) thermisch
gebleicht wird. Die Probe wird vor dem Test auf Raumtemperatur abgekühlt. Die
Proben werden mit einem Spektrophotometer für den Bereich des sichtbaren
Lichtes mit einer darin enthaltenen spiegelnden Komponente und bei
einem weiten Betrachtungswinkel getestet. Die Messungen erfolgen
in Abständen
von 10 nm von 400 bis 750 nm an drei Stellen der Probe (zwei mit
einer Seite in Richtung der Quelle und eine mit der entgegengesetzten
Seite in Richtung der Quelle). Es wird der Durchschnittswert der
drei Werte bei jeder Wellenlänge
erfaßt.
Der Durchschnittswert der Durchlässigkeit
in % wird im sichtbaren Bereich des Sonnenspektrums berechnet, indem
die Faktoren summiert werden, die durch Multiplizieren der Durchlässigkeit
in % bei 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700 und 750 nm mit den folgenden
gewichteten Faktoren erhalten wurden: 0,0575, 0,123, 0,148, 0,145,
0,142, 0,143, 0,135 bzw. 0,106.
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Die offene Fläche dient als Voraussage, um
die ebene Fläche
der Gewebeverstärkung
in % zu beschreiben, die kein Garn enthält. Die offene Fläche kann
mit folgender Gleichung berechnet werden:
Offene
Fläche,
% = (1 – Cw × Dw) × (1 – Cf × Df) × 100worin
C
w und C
f die Kettfaden-
bzw. Schußfadenzahl
ist und D
w und D
f die
Durchmesser der Kettfaden- bzw. Schußfadengarne sind. Die Anzahl
wird durch das vorstehend aufgeführte
Verfahren erhalten. Die Garn-"durchmesser" sind tatsächlich die
Länge der
Hauptachse des elliptischen Querschnitts der Garne, der durch das
Abflachen der Garne verursacht wird, wenn sie beim Web- und Beschichtungsprozeß gespannt
werden. Diese werden entweder durch direkte Mikroskopie oder durch
Extrapolation der Werte der "Durchmesser" von ähnlich gefachten
Garnen gemessen. Die Durchmesser entlang der Hauptachse, die in
den Berechnungen für
die nachfolgenden Tabellen verwendet wurden, lauteten:
| Garnart | Durchmesser,
cm (inch) |
| B150
4/2 | 0,0762
(0,0300) |
| B150
4/3 | 0,0970
(0,0382) |
| B150
2/2 | 0,0490
(0,0193) |
| B150
2/4 | 0,0721
(0,0284) |
| B150
2/3 | 0,0624
(0,0246} |
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Die Dehnung ist ein Merkmal der Verformung
in Richtung der Belastung, die durch eine Zugkraft hervorgerufen
wird. Man kann die Dehnung bei einer bestimmten Belastung oder beim
Zugbruch mit einem statischen oder einem dynamischen Test messen,
wobei dies vom Anwendungszweck abhängt. Bei bestimmten Anwendungen
ist es vorteil haft, die Dehnung des Gewebes unter biaxialen Belastungen
sowie auch uniaxialen Belastungen zu messen. Der Prozentsatz der
Dehnung wird gewöhnlich
bei bestimmten Belastungen, wie Vorbelastung oder maximale Belastungen,
gemessen. Die maximale biaxiale Belastung, wie sie bei den nachstehenden
Versuchswerten beschrieben ist, ist die Belastung, die 25% der uniaxialen
Belastung beträgt,
die zum Reißen
des Gewebes führen
würde.
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Die uniaxiale Dehnung kann wie folgt
gemessen werden. Drei Proben werden in Kettfadenrichtung ausgeschnitten
und drei Proben in Schußfadenrichtung.
Bei der Probe in der Kettfadenrichtung wird ein Kettfadengarn ausgemacht
und über
zumindest eine Länge
von 41 cm (16 inch) mit einer Linie entlang der Oberfläche markiert.
Ein zweites Kettfadengarn, 2,54 cm (1 inch) davon getrennt und zum
ersten parallel (einschließlich
irgendwelcher partieller Garne mit der Probe) wird in ähnlicher
Weise ausgemacht und markiert. Für
die Herstellung von Proben in Schußfadenrichtung werden die Proben
in ähnlicher
Weise ausgemacht und markiert. Für
die Zugauswertung werden die Testproben dann mit einem Gebrauchsmesser
entlang der markierten Linien geschnitten. Dabei ist Vorsicht geboten,
um die Garne der Testproben nicht einzukerben. Nachdem alle Proben
ausgeschnitten sind, werden sie auf einen Tisch gelegt, um sie zu
markieren. Mit einem Stahllineal und Stechzirkeln wird etwa 7,5
cm (3 inch) vom Ende jeder Probe ein 25 cm (10 inch) Abschnitt ausgemessen.
Die Länge
von 25 cm (10 inch) wird markiert, indem die Stechzirkel in das
Gewebe gedrückt
werden, wodurch ein kleines Loch entsteht. Das Loch wird zur schnellen
Identifizierung mit einem Zeichenstift markiert. Mit der markierten
Meßlänge nach
außen
zeigend wird ein Ende der Probe in einer ein Gewicht haltenden Klemme
und das andere Ende der Probe in einer an ein festes Gestell angebrachten
Klemme befestigt. Dieser Schritt wird mit den anderen Proben wiederholt.
Wenn alle Proben am Gestell angebracht sind, wird an jede untere
Klemme das Gewicht #40 angehängt.
Nach einer Stunde wird der Abstand zwischen den markierten Löchern auf
den Proben gemessen. Die Messungen erfolgen, während die Proben unter Last
bleiben. Mit den Stechzirkeln werden die Punkte in die Löcher platziert,
und der Abstand wird mit der Skala des Stahllineals mit Schritten
von 1 Hunderstel gemessen. Die Dehnung jeder Probe wird mit folgender
Formel berechnet:
worin L die Länge zwischen
den Löchern
nach einer einstündigen
Belastung ist und L
0 die Anfangslänge zwischen
den Löchern
ist. Der Durchschnittswert der für
jede Richtung getesteten Proben wird bis zur ersten Dezimalstelle
erfaßt.
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Die biaxiale Dehnung wird wie folgt
gemessen. Wie in 4 graphisch
dargestellt, liegt die Probe in Kreuzform vor, wobei die Arme in
Kettfaden- bzw. Schußfadenrichtung
des Gewebes ausgerichtet sind. Die Gesamtlänge beträgt entlang jeder Richtung 580
mm (22,83 inch) und die Breite jedes Arms beträgt 160 mm (6,30 inch). Die
Ecken der Probe sind mit einem Radius von 5 mm (0,20 inch) abgerundet.
Jeder Arm ist in der Hälfte
in Längsrichtung
vom mittleren biaxialen Feld zum Ende des Arms und mit 50 mm (1,96
inch) Schlitzen geschlitzt, wie es in 4 gezeigt
ist. Drei Proben werden aus dem Teil des Gewebes genommen, der mindestens
75 mm (2,95 inch) von jeder Webkante liegt.
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Die Testvorrichtung belastet die
Probe in Kettfaden- und Schußfadenrichtung
gleichzeitig bei einem Belastungsverhältnis von 1 : 1. Die Belastungen
in Kettfaden- und Schußfadenrichtung
werden von beiden Seiten der Probe angewendet, so daß der Mittelpunkt
der Probe nicht geändert
wird.
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Bei der Befestigung der Probe auf
der Testvorrichtung werden Spannfutter an einer vorher festgelegten
Position an den kreuzförmigen
Armen befestigt, wobei die Kettfaden- und die Schußfadenrichtung
mit der Testvorrichtung ausgerichtet sind. Die Probe wird so befestigt,
daß eine übermäßige Belastung
die Probe nicht beeinflußt
und es nicht zu einem übermäßigen Knittern
kommt. Die Probe wird so festgeklemmt, daß beim Test die gleiche Kraft
in Kettfaden- und in Schußfadenrichtung
angewendet wird und ausreichend fest, so daß es nicht zum Rutschen zwischen
Probe und Klemmen kommt.
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Die im biaxialen Feld in der Mitte
der Probe erzeugte Dehnung wird gleichzeitig mit der Belastung in Kett-
und Schußfadenrichtung
gemessen. Der Abstand zwischen den ersten Dehnungsmeßpunkten
liegt zwischen 20 mm (0,79 inch) und 80 mm (3,15 inch).
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Nachdem jede Testprobe an die Testvorrichtung
angebracht ist, werden die Spannungs-Dehnungs-Werte wie nachstehend
beschrieben gemessen (jedesmal wenn die Belastung angewendet oder
beendet wird, bleiben das Belastungsverhältnis und die Belastungsrate
erhalten):
- (1) Unter Beibehaltung eines axialen
Belastungsverhältnisses
von 1 : 1 für
die Kettfaden- und Schußfadenrichtung
wird jede Achse mit 4 mm/min (0,16 inch/min) bis zu 1/4 (25%) der
uniaxialen Zugbruchfestigkeit des Gewebes belastet, und die Belastungs-Dehnungs-Werte
werden als erster Belastungszyklus erfaßt.
- (2) Nach deren Anwendung wird die Last sofort auf 1/20 (5%)
der uniaxialen Zugbruchfestigkeit verringert. Die Probe wird 5 Minuten
bei 1/20 (5%) ihrer uniaxialen Zugbruchfestigkeit gehalten und dann
bis zur Nullast entspannt.
- (3) Die Probe wird erneut mit 4 mm/min (0,16 inch/min) bis auf
1/4 (25%) der uniaxialen Zugbruchfestigkeit belastet, und die Werte
werden als zweiter Belastungszyklus erfaßt. Dann wird die Probe sofort
auf die Nullast entspannt. Dieser Zyklus wird ohne den Haltezeitraum
noch einmal wiederholt, und die Werte werden für den dritten Belastungszyklus
erfaßt.
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Die Werte für die drei Proben werden graphisch
dargestellt, und die Dehnungswerte werden bei bestimmten Vergleichspunkten
erfaßt. 5 ist ein Beispiel einer
graphischen Darstellung, die die Belastungs-Dehnungs-Werte für den ersten und dritten Belastungszyklus
zeigt. Vergleichswerte für
die Dehnung (in der Grafik als Dehnung bezeichnet) lassen sich aus
dieser Kurve ablesen. Die üblichen
Punkte für
den Vergleich sind die Dehnung bei der geschätzten Belastung bei der Installation
bzw. dem Einbau (6,8 kN/m (39 pli) beim ersten Belastungszyklus),
die Dehnung bei der Vorbelastung nach der Beseitigung der Hysterese
des Materials (1,9 kN/m (11 pli) beim dritten Belastungszyklus)
und die Dehnung bei dem Test mit der maximalen biaxialen Belastung
nach der Beseitigung der Hysterese des Materials. Die Werte für diese
drei üblichen
Punkte des Vergleichs sind in den Tabellen aufgeführt.
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Andere Proben wurden bei Belastungsverhältnissen
von 2 : 1, 1 : 2, 1 : 0 und 0 : 1 getestet. Die Änderung der Dehnung beim dritten
Belastungszyklus bei jedem dieser Tests wurde bei der Berechnung
des Zugmoduls und des Poissonschen Verhältnisses des Materials verwendet.
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Ergebnisse
von Vergleichstests
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Die Tabellen Ia, b und c erläutern die
Probleme, die mit herkömmlichen
Glasfasergeweben mit Leinwandbindungsmuster verbunden sind, die
eine angemessene gesamte Zugfestigkeit haben können, jedoch eine begrenzte
gesamte Lichtdurchlässigkeit
und das Fehlen geeigneter Dehnungen unter biaxialen Belastungen
aufweisen, selbst wenn die Garne mit unterschiedlicher Kettfaden-
und Schußfadenzahl
verteilt werden. Dadurch war es schwierig oder unmöglich, eine
negative Kettfadendehnung zu vermeiden.
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Wie in Tabelle IIa in den Beispielen
NSP A96037a, NSP A96037b, NSP A96047a, NSP A96047b und NSP A96053,
gezeigt ist, wird durch die Verwendung von Glasfaserstoff im Webstil
vom Scheindrehertyp im Verbundwerkstoff nicht nur die begrenzte
Lichtdurchlässigkeit
der mit Leinwandbindungsgewebe verstärkten Verbundwerkstoffe aus
dem Stand der Technik überwunden,
sondern tatsächlich
eine deutlich bessere Lichtdurchlässigkeit als bei gegenwärtig erhältlichen,
mit PTFE beschichteten gewebten Glasfaserprodukten für architektonische
Endverbrauchszwecke erleichtert. Die Dehnungsmerkmale der verschiedenen
Ausführungsformen,
die in Tabelle IIa erfaßt
sind, zeigen, daß Verbundwerkstoffe
vom Scheindreherwebtyp in ähnlicher
Weise strukturiert und installiert werden können, wie herkömmliche
gewebte Produkte mit Leinwandbindungsmuster, während sie eine deutlich bessere
Lichtdurchlässigkeit
zeigen.
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Die in Tabelle IIa aufgeführten Werte
zeigen die vorteilhaften Aspekte eines Verbundwerkstoffs im Scheindreherwebstil,
einschließlich
der erwünschten
Lichtdurchlässigkeit
des Verbundwerkstoffs und der mechanischen Eigenschaften. Die Werte
zeigen eine relativ hohe Zugbruchfestigkeit sowie auch positive
(d. h. nicht-negative)
biaxiale Dehnungen in Kettfaden- und Schußfadenrichtung. Insbesondere
haben diese Verbundwerkstoffe eine Lichtdurchlässigkeit von 23,4 bis 28,8%,
wenn sie biaxialen Belastungen mit 1 : 1 von bis zu 25% der uniaxialen
Zugbruchfestigkeit des Gewebes ausgesetzt werden, die Verbundwerkstoffe
zeigen biaxiale Dehnungswerte von 0,04 bis 0,42% in Kettfadenrichtung
und von 0,70 bis 3,17% in Schußfadenrichtung. Somit
zeigen die Verbundwerkstoffe hervorragende Lichtdurchlässigkeitseigenschaften
und in gespannten Strukturen eine gute mechanische Wirkung.
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Die erfindungsgemäße im Scheindrehermuster gewebte
Verstärkung
bildet eine vorteilhaft große Öffnung oder
Lücke,
wenn sie sich unter einer Spannung befindet, wodurch die Lichtdurchlässigkeit
verbessert wird. Außerdem
beruhen die Dehnungseigenschaften dieser bevorzugten Gewebeart,
die der eines Leinwandbindungsgewebes vorteilhaft überlegen
ist, anscheinend auf seiner Hybrid-Strukturmischung aus dem Leinwandbindungs-
und dem Satinwebstil.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs
wurde eine bessere Lichtdurchlässigkeit,
die fast ein Drittel höher
als die gegenwärtig
erhältlicher
architektonischer Gewebe aus PTFE/Glasfaserstoff ist, erreicht,
indem ein mit Scheindrehermustergewebe verstärkter Verbundwerkstoff verwendet
wurde, wobei dieser sowohl in Kettfaden- als auch Schußfadenrichtung
nicht-negative Eigenschaften
bei der biaxialen Dehnung zeigte.
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Tabelle IIb zeigt die Werte für erfindungsgemäße Leinwandbindungs-Verbundwerkstoffe.
Die Verbundwerkstoffe NSP A96024a bis c von Tabelle IIb sind Ausführungsformen,
bei denen die Garnzahl in Schußfadenrichtung
gleich dem oder größer als
das 1,25-Fache der Garnzahl in Kettfadenrichtung ist. Diese Verbundwerkstoffe
haben Werte der Lichtdurchlässigkeit
von 21,6 bis 25%, wenn sie mit 1 : 1 dem biaxialen Einbau, der Vorbelastung
und maximalen Belastungen von bis zu 25% der uniaxialen Zugbruchfestigkeit
des Gewebes ausgesetzt werden, wobei die Verbundwerkstoffe Werte
der biaxialen Dehnung von 0,0 bis 0,15% in Kettfadenrichtung und
2,5 bis 8,6% in Schußfadenrichtung
zeigen.
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Der Verbundwerkstoff NSP A96024d
in Tabelle IIb hat einen Gewebegarnaufbau von 12 × 14 (w × f), und
folglich ist die Garnzahl in Schußfadenrichtung kleiner als
das 1,25-Fache der Garnzahl in Kettfadenrichtung. Der entstehende
Verbundwerkstoff zeigt negative Werte der biaxialen Dehnung, wenn
er bestimmten Belastungen ausgesetzt wird. Wie vorstehend erläutert, werden
solche Verbundwerkstoffkonstruktionen durch solche negativen Werte
der biaxialen Dehnung für
die Verwendung in tragfähigen
Strukturen unerwünscht.
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Beispiel 1
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Es wurde die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung hergestellt, die eine Lichtdurchlässigkeit von mindestens etwa
23% aufwies, um bestimmte Zielwerte der Zug- oder Bruchfestigkeit
in Kettfadenrichtung (w) und in Schußfadenrichtung (f) zu erfüllen. Die
biaxiale Dehnung zeigte keine negativen Dehnungswerte. Folglich
ist die Dehnung des Kettfadens (BEW) größer als Null, wohingegen die
Dehnung des Schußfadens
(BEF) größer als
BEW ist.
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Somit wurde ein Beschichtungssubstrat
aus Glasfasergewebe mit 373 g/m2 (11 osy
(ounce per square yard)) gewebt. Das Substrat war ein 6 × 6 Scheindrehermuster,
das sowohl in Kettfaden- als auch Schußfadenrichtung aus B150 2/4
Garnen bestand. Die Anzahl betrug 7,5 × 6,5 Garne (19 × 16,5 Garne/inch)
in Kettfaden- bzw. Schußfadenrichtung.
Dieses Substrat, das als CHEMFAB-Stil NSP A96053 bezeichnet wird
(in Tabelle IIa gezeigt), wurde thermisch gereinigt, um restliche
Schlichtmittel zu beseitigen. Dann wurde das Substrat erneut geschmiert,
indem Methylphenylsiliconöl
(ET-4327, von Dow Corning als wäßrige Emulsion
erhalten, 35% Feststoffe) aufgebracht wurde. Das Öl wurde
durch Tauchen und Trocknen in einem Zweizonen-Beschichtungsturm
mit einer Temperatur der Trockenzone von 93 bis 149°C (200 bis
300°F) und
einer Temperatur der Sinterzone, die bei 288°C (550°F) eingestellt war, mit 4 Gew.-%
auf das Substrat aufgebracht. Beim ersten Beschichten wurden nur
die Garne im Substrat beschichtet, während die Lücken offenblieben.
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Beim zweiten Beschichten wurden insgesamt
ungefähr
294 g/m2 (7,5 osy) aufgetragen, indem das Substrat
in eine wäßrige PTFE-Dispersion (T313A,
von Dupont erhalten und mit 53% Feststoffen aufgebracht) getaucht
wurde. Die Beschichtung wurde in einem Zweizonen-Beschichtungsturm
bei Trocknungstemperaturen von 177°C (350°F) und Temperaturen der Sinterzone
von 360°C
(680°F)
getrocknet und gesintert.
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Eine dritte Beschichtung, insgesamt
etwa 508 g/m2 (15 osy) wurde aus einer Formulierung
von T313A mit zusätzlichen
4% (auf das Gewicht der PTFE-Feststoffe bezogen) eines oberflächenaktiven
Mittels (Triton X-100, von Union Carbide) aufgebracht. Die Beschichtung
wurde in einigen Durchgängen
durch Tauchen, Trocknen und Brennen oder Sintern in einem Zweizonenturm
mit 56,3% aufgebracht. Die Temperatur der Trocknungszone lag bei
177°C (350°F). Die Temperatur
der Sinterzone betrug 360°C
(680°F)
bei den Durchgängen
1, 4 und 5 und 316°C
(600°F)
bei den Durchgängen
2 und 3.
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Der Verbundwerkstoff wurde mit einer
Deckschicht fertiggestellt, wobei eine PFA-Dispersion (TE-9946,
von DuPont erhalten und mit 38% Feststoffen aufgebracht) verwendet
wurde. Die Deckschicht wurde durch Tauchen, Trocknen und Sintern
in einem Zweizonentrockner mit etwa 50 g/m2 (1,5
osy) aufgebracht. Die Trocknungstemperatur betrug 177°C (350°F), und die
Sintertemperatur lag bei 360°C
(680°F).
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Die Ergebnisse der physikalischen
Tests für
diesen Verbundwerkstoff sind in Tabelle IIb aufgeführt, die zeigt,
daß die
Lichtdurchlässigkeit
des Verbundwerkstoffs 23,4% betrug und die Werte der biaxialen Dehnung, wenn
der Verbundwerkstoff dem Einbau, einer Vorbelastung und maximalen
Belastungen von bis zu 25% der uniaxialen Zugbruchfestigkeit ausgesetzt
wurde, 0,04 bis 0,19% in Kettfadenrichtung und 1,87 bis 3,17% in Schußfadenrichtung
betrugen.
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5 zeigt
eine Kurve des Moduls für
den Verbundwerkstoff NSP A96053. 5 zeigt
die Kurven für den
ersten und dritten Belastungszyklus. Die Kurve für den zweiten Belastungszyklus
liegt innerhalb dieser Kurven für
den ersten und dritten Belastungszyklus. Diese Kurven zeigen die
biaxiale Dehnung einer der drei getesteten Proben von NSP A96053.
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Wie aus 5 ersichtlich, ist die biaxiale Dehnung,
wenn der Verbundwerkstoff biaxialen Belastungen mit 1 : 1 von 0
bis etwa 24,5 kN/m (0 bis etwa 140 pli) (etwa 25% der "gedachten" uniaxialen Zugbruchfestigkeit des
Gewebes, die etwas geringer als die tatsächliche uniaxiale Zugbruchfestigkeit
ist, die in der Figur gezeigt ist) ausgesetzt wird, in Kettfadenrichtung
größer als
oder gleich Null und in Schußfadenrichtung
größer als
in Kettfadenrichtung ist. Dieser Verbundwerkstoff mit seinen sehr
guten Lichtdurchlässigkeitseigenschaften
ist gemäß seiner
Struktur für
die Verwendung in einer tragfähigen
Struktur ausreichend.
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Die Erfindung soll alle Modifikationen
und Äquivalente
der in der Beschreibung und dem Beispiel beschriebenen Ausführungsform
innerhalb des Umfangs der Ansprüche
abdecken.
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