DE69917264T2 - Produkte und verfahren zur verhinderung des zusammensdrückens eines kerns - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet von laminierten Strukturen und insbesondere Verfahren zur Herstellung von Waben-Sandwichstrukturen und verbundenen Produkten mit verminderten Kernzusammendrückwerten und/oder geringem Hohlraumgehalt. Außerdem betrifft die Erfindung die Ausgangsmaterialien, welche verwendet werden, um derartige Waben-Sandwichstrukturen zusammenzusetzen.
  • Miteinander vernetzte Waben-Sandwichstrukturen, welche einen Wabenkern und wenigstens eine Prepreg-Lage (d. h. einen Stoff, der mit einem Harzsystem getränkt ist), die auf jeder Oberfläche des Wabenkerns angeordnet ist, umfassen, werden überall in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet, um hohe mechanische Festigkeit bei niedrigen Dichten bereitzustellen.
  • Ein Hauptproblem von Waben-Sandwichstrukturen ist die Neigung des Wabenkerns, während des Autoklavprozesses bei der Herstellung zusammengedrückt zu werden. Dieses Problem wird allgemein als "Kernzusammendrücken" bezeichnet. Kernzusammendrücken während der Erzeugung von Strukturen (z. B. Flugzeugstrukturen) macht die Struktur unbrauchbar und erhöht die Produktionskosten infolge direkter Arbeits-, Verzögerungs- und Materialkosten.
  • Kernzusammendrücken tritt bekanntlich infolge von Differenzialbewegung während des Autoklavprozesses zwischen den Prepreg-Lagen, welche die Waben-Sandwichstruktur umfassen, auf. In der Industrie glaubte man, dass diese Differenzialbewegung möglicherweise spät im Autoklavzyklus auftrat, wenn die Viskosität des Harzsystems auf einem Minimum ist. Infolgedessen konzentrierten sich bekannte Verfahren, welche verwendet wurden, um Kernzusammendrücken während des Autoklavprozesses zu verringern, auf das Verhindern der Differenzialbewegung entweder durch mechanische/physikalische Mittel (d. h., durch Verwenden von Bindegliedern, um die Prepreg-Lagen von differenziellem Bewegen abzuhalten) oder durch chemische Mittel, die sich auf das Harzsystem (d. h. Verwenden eines schnell reagierenden Harzsystems, um die Zunahme der Viskosität des Harzsystems zu erlauben) oder auf andere Parameter des Autoklavprozesses (z. B. verwendetes Harzsystem, wie beispielsweise Vakuumniveaus, welche zum Aufbereiten und Schichten verwendet werden, oder In-situ- und Nachbehandlungsinnendruck) konzentrieren. Siehe im Allgemeinen D. J. Renn, T. Tulleau, J. C. Seferis, R. N. Curran und K. J. Ahn, "Composite Honeycomb Core Crush in Relation to Internal Pressure Measurement," Journal of Advanced Materials, Oktober 1995, ff 31–40 ("Das Harzsystem erwies sich als der wichtigste Parameter bei der Bestimmung des Kernzusammendrückens"). Die bekannten mechanischen/physikalischen Mittel zur Verringerung des Kernzusammendrückens können jedoch infolge erhöhter Arbeitskosten die Produktionskosten erhöhen. Außerdem stellten die bekannten chemischen Mittel zur Verringerung des Kernzusammendrückens, welche sich auf das Harzsystem oder andere Parameter des Autoklavprozesses konzentrieren, manchmal keine zufrieden stellende Verringerung des Kernzusammendrückens in bekannten Waben-Sandwichstrukturen bereit.
  • Ein zusätzliches Problem in Verbindung mit Waben-Sandwichstrukturen, welche durch herkömmliche Verfahren hergestellt werden, ist in manchen Fällen ihre Neigung, infolge des Vorhandenseins eines hohen Gehalts an Hohlräumen und/oder Abschichtungen innerhalb der und zwischen den Prepreg-Lagen der Waben-Sandwichstruktur mit der Zeit zusammenzubrechen. Dieses Problem wird allgemein als "hoher Hohlraumgehalt" bezeichnet. Ein hoher Hohlraumgehalt in den Prepreg-Lagen kann das Eindringen und Ansammeln von Feuchtigkeit in den Hohlräumen der Prepreg-Lagen ermöglichen. Erhöhten Temperaturen ausgesetzt (z. B. Autoklavbedingungen) erhöht diese Feuchtigkeit den Druck innerhalb der Hohlräume in den Prepreg-Lagen und dehnt die Größe der bestehenden Hohlräume in der resultierenden ausgehärteten Struktur aus. Außerdem stellt ein hoher Hohlraumgehalt in der ausgehärteten Struktur einen Weg für die Feuchtigkeit bereit, um in den Kern der Struktur einzudringen und sich darin anzusammeln, wodurch der Struktur Gewicht hinzugefügt wird. Somit neigt ein hoher Hohlraumgehalt dazu, die Lebensdauer der Struktur zu verkürzen und/oder unerwünschte Eigenschaften (z. B. Gewicht) der Struktur zu vermehren, und erhöht die Produktionskosten infolge direkter Arbeits-, Verzögerungs- und Materialkosten.
  • Eine bekannte Ursache für hohen Hohlraumgehalt ist ungenügende Verfestigung der Komponenten der Waben-Sandwichstruktur während des Autokhavprozesses. Optimale Verfestigung erfolgt bekanntlich bei hohem Druck (d. h. ca. 100 PSI) während des Hochtemperatur-Autoklavzyklus. Die Verfestigung der Komponenten einer bekannten Waben-Sandwichstruktur erfolgt im Allgemeinen bei verhältnismäßig niedrigen Drucken (d. h. weniger als ca. 45 PSI), da die höheren Drucke (d. h. höher als ca. 45 PSI und bis zu ca. 85 PSI), welche die Verfestigung verbessern würden, unbeabsichtigterweise Kernzusammendrücken in bekannten Waben-Sandwichstrukturen bewirken würden. Infolgedessen konzentrierten sich bekannte Verfahren, welche verwendet wurden, um den Hohlraumgehalt zu verringern, im Allgemeinen auf Harzmodifikationen und Prepreg-Verarbeitungstechniken, um den Feuchtigkeitsgehalt und eingeschlossene Luft innerhalb des Prepregs zu verringern. Diese bekannten Verfahren können die Produktionskosten von Waben-Sandwichstrukturen infolge der Notwendigkeit, jede Waben-Sandwichstruktur durch wenigstens zwei Autoklavzyklen laufen lassen zu müssen, erhöhen. Außerdem kann es sein, dass der niedrige Verfestigungsdruck, welcher in diesen bekannten Verfahren verwendet wird, die Verfestigung der Prepreg-Lagen mit dem Wabenkern nicht ausreichend fördert.
  • Wie bereits erwähnt, können bekannte Prepreg-Lagen in ihrer Differenzialbewegung eingeschränkt werden, um das Kernzusammendrücken in Waben-Sandwichstrukturen, welche daraus erzeugt werden, zu verringern. Bekannte Verfahren zum Beschränken dieser Differenzialbewegung konzentrierten sich auf mechanische/physikalische Beschränkungsmittel (d. h. Verwenden von Bindegliedern) oder chemische Beschränkungsmittel, welche sich auf gewisse Parameter des Autoklavprozesses (z. B. verwendetes Harzsystem, Vakuumniveaus, welche zum Aufbereiten und Schichten verwendet werden, In-situ- und Nachbehandlungsinnendruck) konzentrieren, wie bereits erwähnt. Wie bereits erwähnt, können diese Beschränkungsmittel jedoch infolge erhöhter Arbeitskosten die Produktionskosten erhöhen und/oder dabei versagen, jederzeit eine zufrieden stellende Verringerung des Kernzusammendrückens in bekannten Waben-Sandwichstrukturen bereitzustellen.
  • Bekannte Stoffkomponenten von Prepreg-Lagen bestehen im Allgemeinen aus Fasern, welche geschlichtet und/oder oberflächenbehandelt wurden. Das Schlichten des Stoffes erleichtert das weben der Fasern zu einem Stoff. Das Die Oberflächenbehandlung des Stoffes verbessert gewisse bekannte Eigenschaften des Stoffes (z. B. Feuchtigkeitsbeständigkeit) und gewisse mechanische Eigenschaften der Prepreg-Lage, welche aus dem oberflächenbehandelten Stoff gebildet wird (z. B. Reißfestigkeit, Druckfestigkeit und Haftvermögen am Wabenkern in der Waben-Sandwichstruktur).
  • Die Eigenschaften, welche im Allgemeinen mit bekannten Stoffkomponenten der Prepreg-Lage verbunden werden, sind wie folgt.
  • Im Handel erhältliche kohlefaserbasierte Stoffe sind im Allgemeinen geschlichtet, aber nicht oberflächenbehandelt, wobei sie in Abhängigkeit von der Art der eingesetzten Gewebebindung und/oder der Art des vorgesehenen Einsatzzwecks und/oder der Art von verwendeter Schlichte Schlichtekonzentrationen von 0,5 Gewichts-% bis 1,5 Gewichts-% +/– 0,1 Gewichts-% aufweisen. Im Gegensatz dazu werden im Handel erhältliche glasfaserbasierte Stoffe geschlichtet und dann oberflächenbehandelt. Die stärkebasierte Schlichte wird jedoch durch Brennen nach dem Weben des Stoffs und vor dem Auftragen des Finishs im Wesentlichen entfernt. Diese glasfaserbasierten Stoffe können in Abhängigkeit von der Art der eingesetzten Gewebebindung und/oder der Art des vorgesehenen Einsatzzwecks und/oder der Art von verwendetem Finish Finishkonzentrationen von 0,08 Gewichts-% bis 0,21 Gewichts-% +/– 0,018 Gewichts-% aufweisen. Es heißt zum Beispiel, dass im Handel erhältliche glasfaserbasierte Stoffe, welche unter Verwendung einer 8-schäftigen Satinbindung und urheberrechtlich geschützter Finishs, welche im Handel von Clark-SchwebelTM (Andersen, SC) (d. h. CS 724) oder Burlington Glass FabricsTM (Alta Vista, VA) (d. h. BGF 644, BGF 508, BGF 508A) erhältlich sind, hergestellt werden, Finishkonzentrationen von 0,10% +/– 0,02% aufweisen.
  • Bekannte glasfaserbasierte Stoffkomponenten (mit Finish), welche auf einem Stoff mit einer 8-schäftigen Satinbindung und einem Faserflächengewicht von 293 +/– 10 g/m2 basieren, weisen im Allgemeinen einen ASTM-Steifheitswert von weniger als 3,0 Pound-Foot (lb ft) auf.
  • Eine Ausnahme dieser allgemeinen Regel ist ein glasfaserbasierter Stoff, welcher mit F-69 (HexcelTM Corporation, Casa Grande, AZ) oberflächenbehandelt ist, für den die Anmelder basierend auf Versuchen, welche an einer Probe eines glasfaserbasierten, mit F-69 oberflächenbehandelten Stoffes mit 8-schäftiger Gewebebindung und einem Faserflächengewicht von 293 +/– 10 g/m2 durchgeführt wurden, einen ASTM-Steifheitswert von ca. 9,25 lb ft gemessen haben. Bekannte kohlefaserbasierte Stoffkomponenten (mit Schlichte), welche auf einem Stoff mit einer Leinwandbindung und einem Faserflächengewicht von 193 +/– 7 g/m2 basieren, weisen im Allgemeinen einen ASTM-Steifheitswert von nicht mehr als 3,3 Pound-Foot (lb ft) auf.
  • Mit bekannten Stoffkomponenten verbundenes Verarbeiten der Prepreg-Lage ist im Allgemeinen wie folgt. Bekannte glasfaserbasierte Stoffkomponenten werden im Allgemeinen durch Auftragen des Finishs oberflächenbehandelt, worauf Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 300°F bis 350°F folgt.
  • Demgemäß besteht ein Bedarf an neuen und besseren Waben-Sandwichstrukturen, welche geringes Kernzusammendrücken zeigen. Außerdem besteht ein Bedarf an neuen und besseren Waben-Sandwichstrukturen, welche einen geringen Hohlraumgehalt zeigen. Ferner besteht ein Bedarf an neuen und besseren Prepreg-Lagen mit beschränkter Differenzialbewegung (z. B. während der Herstellung).
  • Überdies besteht ein Bedarf an neuen und besseren Ausgangsmaterialien für die Waben-Sandwichstrukturen, welche geringes Kernzusammendrücken zeigen, die Waben-Sandwichstrukturen, welche einen geringen Hohlraumgehalt zeigen, und die Prepreg-Lagen, deren Differenzialbewegung beschränkt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, dass der ASTM-Steifheitswert der Stoffkomponente von Prepreg-Lagen und Waben-Sandwichstrukturen die Differenzialbewegung von Prepreg-Lagen, den Kernzusammendrückwert und den Hohlraumgehalt von Waben-Sandwichstrukturen beeinflussen kann. Zur Änderung des ASTM-Steifheitswerts dieser Stoffkomponente wurden gewisse Möglichkeiten entwickelt.
  • Demgemäß wurden gemäß einem Aspekt der Erfindung steifheitsbehandelte Stoffe entwickelt, welche eine Vielheit von Fasern und ein polymeres Material umfassen, das auf wenigstens einigen der Fasern angeordnet ist, wobei der steifheitsbehandelte Stoff einen ASTM-Steifheitswert zeigt, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist. Die Größe dieses Zuwachses im ASTM-Steifheitswert für steifheitsbehandelte Stoffe kann in prozentualen Ausdrücken (z. B. nicht weniger als 7%) oder in absoluten Ausdrücken (z. B. nicht weniger als 3,4 lb ft) definiert werden.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wurden auch Verfahren zur Herstellung von steifheitsbehandelten Stoffen mit einem ASTM-Steifheitswert, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, entwickelt, wobei diese Verfahren das Erlangen eines Stoffes, welcher eine Vielheit von Fasern und ein polymeres Material und/oder Vorstufen von polymerem Material, welche auf wenigstens einigen der Fasern angeordnet sind, umfasst, und Behandeln des Stoffes unter Bedingungen, die ausreichen, um einen ASTM-Steifheitswert des steifheitsbehandelten Stoffes zu erzeugen, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist. Diese Bedingungen umfassen ohne Beschränkung Wärmebehandlung, Ultraviolettbehandlung, Radikalmechanismen und andere Verfahren zum Behandeln von Vorstufen, um die Bildung von polymerem Material und/oder die chemische Bindung von Vorstufen und/oder polymeren Materialen an die Fasern zu fördern. Wärmebehandlung kann bei Steifheit verbessernden Behandlungstemperaturen und/oder für eine Steifheit verbessernde Verweilzeit und/oder für ein Steifheit verbesserndes Produkt aus Zeit und Temperatur und/oder in Gegenwart von Vorstufen mit einer Steifheit verbessernden Vorstufenkonzentration und/oder bei Vorliegen einer Steifheit verbessernden Heißgasumwälzgeschwindigkeit erfolgen. Alternativerweise kann Wärmebehandlung bei niedrigeren Temperaturen erfolgen, solange im Wesentlichen die ganze Wärmeenergie, welche bei den niedrigeren Temperaturen erzeugt wird, an die bezüglich der Steifheit zu behandelnden Materialien übertragen wird.
  • In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wurden auch steifheitsbehandelte Stoffe entwickelt, welche einen ASTM-Steifheitswert aufweisen, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, und durch die vorhergehenden Verfahren hergestellt sind.
  • In einem anderen Aspekt der Erfindung wurden auch steifheitsbehandelte Stoffrohmaterialien entwickelt, welche Stoffrohmaterial, Vorstufen von polymerem Material, welche auf wenigstens einigem des Stoffrohmaterials in einer Steifheit verbessernden Vorstufenkonzentration angeordnet sind, und optional polymere Materialien, welche auf wenigstens einigem des Stoffrohmaterials angeordnet sind, umfassen. Die Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration kann bezüglich einer Zunahme in Gewichtsprozenten oder in Konzentrationsprozenten (Gewicht/Gewicht) gegenüber Vorstufenkonzentrationen, welche keine erhöhten ASTM-Steifheitswerte für bekannte Behandlungsbedingungen ergeben, gemessen werden.
  • In einem anderen Aspekt der Erfindung wurden Verfahren zur Herstellung von steifheitsbehandelten Stoffrohmaterialien entwickelt, welche umfassen: Erlangen von Stoffrohmaterial und Anordnen von 1) Vorstufen von polymerem Material in einer Steifheit verbessernden Vorstufenkonzentration und 2) optional eines polymeren Materials auf wenigstens einigem des Stoffrohmaterials umfassen. Außerdem wurden Verfahren zur Herstellung von steifheitsbehandelten Stoffrohmaterialien entwickelt, welche Erlangen von Stoffrohmaterial, das Vorstufen von polymerem Material und/oder Vorstufen von polymerem Material, welche wenigstens auf einigem des Stoffrohmaterials angeordnet sind, umfasst, und Behandeln des Stoffrohmaterials unter Bedingungen, welche selektiert werden, um einen ASTM-Steifheitswert eines steifheitsbehandelten Stoffes, der aus dem steifheitsbehandelten Stoffrohmaterials hergestellt ist, zu erbringen, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist. Zum Beispiel kann die Behandlung aus der Gruppe bestehend aus Wärmebehandlung, Ultraviolettbehandlung und Radikalmechanismen selektiert werden.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wurde festgestellt, dass sich der erhöhte ASTM-Steifheitswert der steifheitsbehandelten Stoffe der Erfindung, welche durch den hierin beschriebenen Behandlungsprozess hergestellt werden, aus einer oder mehr der folgenden optional vorhandenen Eigenschaften der Stoffe der Erfindung und/oder der Stoffrohmaterialien der Erfindung ergibt. Erstens kann während der Behandlung ein Teil des polymeren Materials im Stoff oder in den Stoffrohmaterialien chemisch an die Fasern und/oder die Stoffrohmaterialien gebunden werden, und es können sich fortgeschrittene n-mere von Vorstufen des polymeren Materials während der Behandlung entwickeln. Zweitens kann ein Teil des polymeren Materials chemisch an die Fasern und/oder die Stoffrohmaterialien gebunden werden und die Fasern und/oder die Stoffrohmaterialien beschichten, um die durchschnittliche Dicke davon im Vergleich zu den entsprechenden Fasern und/oder Stoffrohmaterialien eines unbehandelten Stoffes zu erhöhen. Drittens können während der Behandlung gewisse Komponenten der Fasern (z. B. Garne oder Spinnkabel und Filamente) das polymere Material auf ihrer kapillaren Oberfläche in einer durchschnittlichen Dicke angeordnet aufweisen, welche größer als die durchschnittliche Dicke des polymeren Materials ist, das auf der nichtkapillaren Oberfläche derselben Komponenten angeordnet ist.
  • In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wurden steifheitsbehandelte Prepreg-Lagen entwickelt, welche einen steifheitsbehandelten Stoff und ein Harzsystem umfassen.
  • In einem anderen Aspekt der Erfindung wurden Verfahren zur Herstellung von steifheitsbehandelten Prepreg-Lagen durch Erlangen eines steifheitsbehandelten Stoffes und eines Harzsystems und Anordnen des Harzsystems auf dem steifheitsbehandelten Stoff entwickelt.
  • In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wurde festgestellt, dass die Verwendung von steifheitsbehandeltem Stoff in der Konstruktion von steifheitsbehandelten Prepreg-Lagen einen größeren Reibungswiderstand zwischen einer steifheitsbehandelten Prepreg-Lage und irgendeiner anderen Lage (steifheitsbehandelt oder unbehandelt) als der Reibungswiderstand zwischen zwei unbehandelten Prepreg-Lagen zulässt. Die Größe dieses Reibungswiderstandes zwischen einer steifheitsbehandelten Prepreg-Lage und irgendeiner anderen Lage (steifheitsbehandelt oder unbehandelt) kann als ein absoluter Wert (z. B. 30 bis 200 Pounds) oder als eine prozentuale Zunahme gegenüber dem Reibungswiderstand zwischen zwei unbehandelten Prepreg-Lagen (z. B. 10% bis 600%) definiert werden.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wurden steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstrukturvorstufen entwickelt, welche einen Wabenkern mit einer ersten Oberfläche und eine steifheitsbehandelte Prepreg-Lage, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, umfassen, wobei die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage ein Harzsystem und einen steifheitsbehandelten Stoff der Erfindung umfasst. Optional können diese steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstrukturvorstufen ferner wenigstens eine zusätzliche Prepreg-Lage umfassen, welche auf der ersten Oberfläche angeordnet wird, wobei jede der zusätzlichen Prepreg-Lage(n) ein unabhängig selektiertes Harzsystem und einen unabhängig selektierten steifheitsbehandelten Stoff oder unbehandelten Stoff umfassen kann. Wenigstens eine der zusätzlichen Prepreg-Lagen und die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage können sich zur Lamination während der zukünftigen Behandlung, um die Vorstufe in ein Waben-Sandwich-Produkt zu verwandeln, optional über die erste Oberfläche des Wabenkerns hinaus erstrecken.
  • In einem anderen Aspekt der Erfindung wurden steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstrukturen entwickelt, welche einen Wabenkern mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, eine erste Prepreg-Lage, welche auf der ersten Oberfläche angeordnet ist und sich darüber hinaus erstreckt, und eine zweite Prepreg-Lage, welche auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist und sich darüber hinaus erstreckt, umfassen, wobei ein Teil der ersten Prepreg-Lage, welche sich über die erste Oberfläche hinaus erstreckt, einen Teil der zweiten Prepreg-Lage, welche sich über die zweite Oberfläche hinaus erstreckt, berührt, um ein Kantenband zu formen. Optional können zusätzliche Prepreg-Lagen auf der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche und/oder dem Kantenband angeordnet werden. Die erste Prepreg-Lage umfasst ein Harzsystem und einen steifheitsbehandelten Stoff der Erfindung, und die zweite Prepreg-Lage und jede der optionalen zusätzlichen Prepreg-Lagen umfassen jeweils ein unabhängig selektiertes Harzsystem und einen Stoff, welcher unabhängig aus den steifheitsbehandelten Stoffen der Erfindung oder unbehandelten Stoffen selektiert wurde. Optional weist die erste Prepreg-Lage einen erhöhten Harzgehalt auf.
  • In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wurden Verfahren zur Herstellung von steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstrukturvorstufen entwickelt, welche umfassen: Erlangen einer zusammengesetzten Waben-Sandwichsvorstufe, die einen Wabenkern mit einer ersten Oberfläche und eine erste Prepreg-Lage, welche auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, umfasst, wobei die erste Prepreg-Lage ein Harzsystem und einen Stoff, der aus den steifheitsbehandelten Stoffen der Erfindung selektiert wurde, umfasst, und Behandeln der zusammengesetzten Waben-Sandwichvorstufe unter Autoklavbedingungen, die ausreichen, um die zusammengesetzte Waben-Sandwichvorstufe zu verfestigen.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wurden Verfahren zur Herstellung einer steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstruktur entwickelt, welche umfassen: Erlangen eines zusammengesetzten Waben-Sandwichs, das einen Wabenkern mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, eine erste Prepreg-Lage, welche auf der ersten Oberfläche angeordnet ist und sich darüber hinaus erstreckt, und eine zweite Prepreg-Lage, welche auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist und sich darüber hinaus erstreckt, umfasst, wobei ein erster Teil der ersten Prepreg-Lage, welche sich über die erste Oberfläche hinaus erstreckt, einen zweiten Teil der zweiten Prepreg-Lage, welche sich über die zweiten Oberfläche hinaus erstreckt, berührt, um ein Kantenband zu formen. Optional können zusätzliche Prepreg-Lagen auf der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche und/oder dem Kantenband angeordnet werden. Die erste Prepreg-Lage umfasst ein Harzsystem und einen Stoff, welcher aus den steifheitsbehandelten Stoffen der Erfindung selektiert wurde, und die zweite Prepreg-Lage und jede der optionalen zusätzlichen Prepreg-Lagen umfassen jeweils ein unabhängig selektiertes Harzsystem und einen unabhängig selektierten steifheitsbehandelten Stoff oder unbehandelten Stoff. Das zusammengesetzte Waben-Sandwich wird unter Autoklavbedingungen behandelt, die ausreichen, um das zusammengesetzte Waben-Sandwich zu verfestigen.
  • Die Verwendung von wenigstens einer steifheitsbehandelten Prepreg-Lage in der Konstruktion einer steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstruktur verbessert gewisse wünschenswerte Eigenschaften der steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstruktur. Zum Beispiel ist der Kernzusammendrückwert einer steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstruktur niedriger als ein zweiter Kernzusammendrückwert einer unbehandelten Waben-Sandwichstruktur, bei welcher jede Prepreg-Lage davon eine unbehandelte Prepreg-Lage ist. Der Kernzusammendrückwert einer steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstruktur kann als der Prozentsatz der Fläche der Waben-Sandwichstruktur definiert werden, welche in Abhängigkeit von den selektierten Behandlungsbedingungen Kernzusammendrücken (z. B. 0% bis 5%) zeigt. Zum Beispiel können die Autoklavbedingungen, welche verwendet werden, um ein zusammengesetztes Waben-Sandwich zu behandeln, so selektiert werden, dass sich in der steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstruktur durch Verwenden eines Drucks darin (im Bereich von ca. 45 PSI bis 85 PSI) ein Kernzusammendrückwert ergibt, der nicht größer als 3% ergibt. Der Druck in diesem Bereich ist höher als der Druck, von dem es heißt, dass unter ihm ein unbehandelter Wabenkern verfestigt wird, ohne zu einem Kernzusammendrückwert von mehr 3% (d. h. weniger als 45 PSI) zu führen. Infolge dieses erhöhten Drucks während der Verfestigung unter Autoklavbedingungen ist der Hohlraumgehalt der steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstruktur geringer als der einer unbehandelten Waben-Sandwichstruktur.
  • Die Erfindung weist die folgenden Vorteile auf. Die Erfindung stellt Waben-Sandwichstrukturen bereit, welche steifheitsbehandelt sind, um ein geringes Kernzusammendrücken und/oder einen geringen Hohlraumgehalt zu zeigen, wodurch die Festigkeit, das Betriebsgewicht und/oder die Lebensdauer der Strukturen verbessert werden. Außerdem weisen die Prepreg-Lagen der Erfindung, welche steifheitsbehandelt sind, um ihren Reibungswiderstand zu erhöhen, eine beschränkte Differenzialbewegung gegenüber anderen Prepreg-Lagen auf, was ein Merkmal ist, das die Abnutzung, welche durch Verschieben während der Herstellung verursacht wird, verringert. Die Stoffe der Erfindung sind steifheitsbehandelte Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Waben-Sandwichstrukturen, welche geringes Kernzusammendrücken und einen geringen Hohlraumgehalt zeigen, und zur Herstellung von Prepreg-Lagen mit erhöhtem Reibungswiderstand gegenüber anderen Prepreg-Lagen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 veranschaulicht eine Wabenkernprobe, welche maschinell herausgearbeitet wurde, um eine Stoffbahn zur Diskriminierung des Kernzusammendrückens zu bilden.
  • 2A und 2B veranschaulichen schematisch einen Kernzusammendrückstoffbahnaufbau; 2A ist eine Querschnittansicht, welche einen allgemeinen Aufbau einer Vorlaminatstruktur veranschaulicht, und 2B ist eine Draufsicht der Struktur.
  • 3 veranschaulicht schematisch einen Abfüllprozess für faserbasierte Waben-Sandwichstrukturen vor dem Autoklavieren.
  • 4A ist eine grafische Darstellung, welche einen Autoklavzyklus für eine Probenstoffbahn zur Diskriminierung des Kernzusammendrückens einer glasfaserbasierten Waben-Sandwichstruktur veranschaulicht, und 4A ist eine grafische Darstellung, welche einen Autoklavzyklus für eine Probenstoffbahn zur Diskriminierung des Kernzusammendrückens einer kohlefaserbasierten Waben-Sandwichstruktur veranschaulicht.
  • 5 veranschaulicht eine Probenstoffbahn zur Diskriminierung des Kernzusammendrückens, welche einen Kernzusammendrückgrad nach dem Autoklavieren zeigt.
  • 6 veranschaulicht schematisch die Struktur einer typischen Finishspezies für Glasfasern, nämlich eines Silanhaftmittels.
  • 7 veranschaulicht die Chemie, welche der Bildung von chemischen Bindungen zwischen Silanhaftmittelvorstufen und Faseroberfläche mittels Hydrolyse und Kondensation zugrunde liegt.
  • 8 veranschaulicht schematisch die Chemie, welche Silanhaftmittelvorstufen zugrunde liegt, welche chemische Bindungen mit einer Faseroberfläche und/oder anderen Silanhaftmitteln (d. h. um polymeres Material zu bilden) mittels Kondensation bilden.
  • 9 veranschaulicht schematisch die Ansammlung von Vorstufen und/oder polymerem Haftmittel in den kapillaren Zwischenräumen zwischen den Filamenten, wobei die Ansammlung durch Wärmebehandlung bewirkt wird.
  • 10 ist eine grafische Darstellung, welche die Reibungskraft veranschaulicht, die sich zwischen zwei Prepreg-Lagen, welche auf zwei wärmebehandelten Stoffen (d. h. Probe 3) von Beispiel 5 basieren, bei 125°F entwickelt.
  • 11 ist eine grafische Darstellung, welche die Reibungskraft veranschaulicht, die sich zwischen zwei Prepreg-Lagen, welche auf zwei wärmebehandelten Stoffen (d. h. Probe 2) von Beispiel 5 basieren, bei 175°F entwickelt.
  • 12 ist eine grafische Darstellung, welche die Reibungskraft veranschaulicht, die sich zwischen zwei Prepreg-Lagen, welche auf zwei unbehandelten Stoffen (d. h. Probe 1) von Beispiel 5 basieren, bei 125°F entwickelt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Gemäß der Erfindung werden steifheitsbehandelte Stoffe bereitgestellt, welche eine Vielheit von Fasern, polymeres Material, das wenigstens auf einigen der Fasern angeordnet ist, und optional Vorstufen des polymeren Materials, welche auf wenigstens einigen der Fasern angeordnet sind, umfassen, wobei die steifheitsbehandelten Stoffe einen ASTM-Steifheitswert zeigen, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist.
  • Fasern, welche gemäß der Erfindung verwendet werden, umfassen Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, KevlarTM-Fasern und Quarzfasern, wobei jeder dieser Fasern eine veränderliche Länge und eine veränderliche Breit aufweisen kann. Die Fasern, welche gemäß der Erfindung verwendet werden, können jeweils ein Bündel von Filamenten veränderlicher Länge und veränderlicher Breite umfassen. Somit können Glasfasern Garne umfassen, wobei jedes der Garne ein Bündel von Filamenten veränderlicher Länge und veränderlicher Breite umfasst. Außerdem können Kohlefasern Spinnkabel umfassen, wobei jedes der Spinnkabel ein Bündel von Filamenten veränderlicher Länge und veränderlicher Breite umfasst. Ferner können Aramidfasern, KevlarTM-Fasern und Quarzfasern jeweils Substituentenkomponenten (einschließlich Garne und/oder Spinnkabel und/oder Filamente und/oder anderer Substituenten) veränderlicher Länge und veränderlicher Breite umfassen.
  • Das polymere Material, welches in der Praxis der Erfindung brauchbar ist, umfasst Derivate der Vorstufen eines polymeren Materials. Diese Derivate sind von der allgemeinen chemischen Formel (Vorstufe)n weniger der konkreten austretenden Gruppen, welche zur Bildung des anwendbaren Derivats der Vorstufe erforderlich sind, wobei n > 2 ist. Diese Derivate umfassen jegliche der folgenden Spezies: Oligomere, Glycidylether, Glycidylamine, ethoxylierte Spezies, vernetzte Spezies {z. B. Additionsprodukte (einschließlich ohne Einschränkung Etherifizierung) und Kondensationsprodukte}, kettenverlängerte Spezies {z. B. Additionsprodukte (einschließlich ohne Einschränkung Etherifizierung) und Kondensationsprodukte}, wasserstoffgebundene Spezies, ionengebundene Spezies, Radikalreaktionsspezies, und für Glasfasern Oxane und Siloxane, und für Kohlefasern Spezies, welche durch Basenhärtungsmechanismen (z. B. Reaktionsprodukte von Lewis-Basen, Reaktionsprodukte anorganischer Basen, Reaktionsprodukte primärer und/oder sekundärer Amine und/oder Amidreaktionsprodukte) und Säurehärtungsmechanismen (z. B. Reaktionsprodukte von Lewis-Säuren, Phenolreaktionsprodukte, Reaktionsprodukte organischer Säuren und/oder Anhydridreaktionsprodukte) erzeugt werden, und Olefinreaktionsprodukte. Optional können diese Derivate thermoplastische und/oder elastomere Materialien sein.
  • Bedingungen, welche ausreichen, um die Bildung dieser Derivate der Vorstufen des polymeren Materials zu ermöglichen, sind jene, welche die Polymerisation der Vorstufen des polymeren Materials miteinander fördern, und umfassen Temperatur, Druck und andere Reaktionsbedingungen (z. B. pH, Gegenwart von Aminen in verschiedenen Konzentrationen, Gegenwart von elektronenziehenden Gruppen, Gegenwart von hochenergetischen Photonen usw.), welche die Oligomerbildung, Glycidyletherbildung, Glycidylaminbildung, die Bildung ethoxylierter Spezies, die Bildung vernetzter Spezies, Additionsreaktionen (einschließlich ohne Einschränkung Etherifizierung), Kondensationsreaktionen, die Bildung kettenverlängerter Spezies, die Bildung wasserstoffgebundener Spezies, die Bildung ionengebundener Spezies und die Bildung von Radikalreaktionsspezies fördern. Für Glasfasern umfassen derartige Bedingungen jene, welche die Oxanbildung und/oder die Siloxanbildung fördern. Siehe zum Beispiel 7 und 8. Für Kohlefasern umfassen derartige Bedingungen jene, welche Basenhärtungsmechanismen (z. B. Reaktionsprodukte von Lewis-Basen, Reaktionsprodukte anorganischer Basen, Reaktionsprodukte primärer und/oder sekundärer Amine und/oder Amidreaktionsprodukte), Saurehärtungsmechanismen (z. B. Reaktionsprodukte von Lewis-Säuren, Phenolreaktionsprodukte, Reaktionsprodukte organischer Säuren und/oder Anhydridreaktionsprodukte) und/oder Olefinreaktionsmechanismen fördern.
  • Diese Derivate können ferner optionale Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel können die meisten der bekannten Derivate, welche mit der "Schlichte" von Kohlefasern verbunden werden, optional ein Epoxidäquivalentgewicht (EEW) von mehr als m aufweisen, wobei m aus irgendeinem Wert im Bereich zwischen ca. 260 Grammäquivalenten und etwa 5.500 Grammäquivalenten selektiert wird, wobei mit "Epoxidäquivalentgewicht" das Gewicht (in Gramm) des polymeren Materials gemeint ist, welches 1 Grammäquivalent von Epoxidfunktionalität enthält.
  • Innerhalb des Rahmens der Erfindung ist auch vorgesehen, dass diese Derivate bis zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Struktur, welche den steifheitsverbesserten Stoff einbindet, ausgebildet und verfestigt ist, jederzeit, einschließlich vor oder nach der Anordnung auf wenigstens einigen der Fasern der Vorstufen, vor oder nach dem Benetzen der vorstufenbeschichteten Fasern mit Harz und vor oder während der Verfestigung der vorstufenbeschichteten harzgetränkten Fasern unter Autoklavbedingungen, aus den Vorstufen polymerisiert werden können. vorzugsweise werden die Derivate vor dem Benetzen mit einem geeigneten Harz des Stoffes, auf welchem die Vorstufen angeordnet werden können, aus den Vorstufen polymerisiert.
  • Die Vorstufen eines polymeren Materials, welches in der Praxis der Erfindung brauchbar ist, umfassen chemische Wirkstoffe, welche mit einer bestimmten Faser verbunden werden, wobei die chemischen Wirkstoffe von den Fachleuten verwendet werden, um das Weben der Fasern zu einem Stoff zu erleichtern und/oder die Verarbeitbarkeit und/oder mechanische Eigenschaften der Fasern zu verbessern und/oder die Feuchtigkeitsaufnahme der Fasern zu vermeiden. Die Derivatbildung (z. B. Polymerisation) basierend auf diesem chemischen Wirkstoff kann mithilfe aller Mittel, welche den Fachleuten bekannt sind und ohne Einschränkung Wärme- und/oder Ultraviolettlicht- und/oder Radikalkatalysierungsmittel umfassen, erfolgen. Obwohl eine gewisse Polymerisation und/oder Derivatbildung des chemischen Wirkstoffs stattgefunden haben kann, wird die Polymerisation von chemischen Wirkstoffen im Allgemeinen nicht zum Abschluss gebracht. Außerdem kann der chemische Wirkstoff in unpolymerisierter Form reaktionsfähige Seiten- und/oder Endgruppen aufweisen, welche es dem chemischen Wirkstoff erlauben, (i) mit sich selbst zu polymerisieren und/oder Derivate zu bilden und/oder (ii) chemisch an seine zugehörigen Fasern gebunden zu werden.
  • Infolgedessen sind die Vorstufen eines polymeren Materials, das mit Glasfasern verbunden wird, im Allgemeinen als "Finishs" bekannt. Finishs, welche mit Glasfasern verbunden werden, können die allgemeine chemische Struktur von: A3-Si-R-B aufweisen, wobei
    jedes A unabhängig aus Wasserstoff, -(CH2)n (wobei n von 1 bis 4 variieren kann) oder einer hydrolisierbaren Funktion selektiert ist, welche jede der folgenden chemischen Spezies umfassen kann:
    -OH, -OCH3, -OCH2CH3, -OCH2CH2OCH3, -CH3, -OCH3, -OCH2CH2OH und -O(O)CCH3,
    Si Silicium ist,
    R eine brückenbildende Alkylgruppe ist und fehlen kann oder irgendeine der folgenden chemischen Spezies umfassen kann:
    -(CH2)n (wobei n von 1 bis 7 variieren kann),
    -(NH(CH2)n)a (wobei a von 1 bis 3 variieren kann, und n von 1 bis 4 variieren kann) und S4 (CH2CH2CH2)2, und
    B eine organofunktionelle Gruppe ist und irgendeine der folgenden chemischen Spezies umfassen kann:
    -CH3, CH2=C(CH3)C(O)O-, (CH2=CH2)-Ph-CH2- [wobei Ph ein Phenylring ist, und (CH2=CH2)-Ph- Styrol ist], CH2-CHCH2O, CH2=CH-, Cl(CH2)n- [wobei n von 1 bis 3 variieren kann], -SH, -NH2, -NH2(CH2CH2NH)n [wobei n von 1 bis 3 variieren kann], -N=C=O. -NH-(CH2)n-Si-A3 [wobei n von 1 bis 3 variieren kann], -NH-C(O)-NH2, -NH-Ph (wobei Ph ein Phenylring ist und
    Figure 00240001
  • (Sie zum Beispiel 6).
  • Alternativerweise können Finishs, welche mit Glasfasern in verbunden werden, die folgenden Spezies umfassen: N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, N-(2-(Vinylbenzylamino)-ethyl)-3-aminopropyl-trimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, Vinyltriacetoxysilan, Octyltriethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Tris-(3-(Trimethoxysilyl)propyl)isocyanurat, Vinyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyl-tris-(2-methoxyethoxy)silan, Vinylmethyldimethoxysilan, Gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Beta-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan, Gamma- Glycidoxypropyltrimethoxysilan, Gamma-Mercaptopropyltrimethoxysilan, Bis-(3-[triethoxysilyl]-propyl)-tetrasulfan, Gamma-Aminopropyltriethoxysilan, Aminoalkyl-Silicon-Lösung [der allgemeinen Formel (H2NCH2CH2CH2SiO1,5)n- (wobei n von 1 bis 3 variieren kann)], Gamma-Aminopropyltrimethoxysilan, N-beta-(Aminoethyl)-gamma-aminopropyltrimethoxysilan, triaminofunktionelles Silan, Bis-(gammatrimethoxysilylpropyl)amin, N-Phenyl-gammaaminopropyltrimethoxysilan, Polyazamidsilan (50% in Methanol), N-beta-(aminoethyl)-gammaaminopropylmethyldimethoxysilan, Gamma-Ureidopropyltrialkoxysilan (50% in Methanol), Gamma-Ureidopropyltrimethoxysilan und Gamma-Isocyanatpropyltriethoxysilan. Optional können Finishs, welche mit Glasfasern verbunden werden, Chloralkylspezies im Allgemeinen mit 3-Chloropropyltrimethoxysilan als ein Beispiel für derartige optionale Finishs umfassen. Außerdem können Finishs, welche mit Glasfasern verbunden werden, Spezies umfassen, welche im Handel von Dow CorningTM (Midland, MI) unter den folgenden Bezeichnungen erhältlich sind: Z-6020, Z-6030, Z-6032, Z-6040, Z-6075 und optional Z-6076. Zusätzlich können Finishs, welche mit Glasfasern verbunden werden, die folgenden Spezies umfassen, welche im Handel von OSI Specialties (Danbury, CT) unter den folgenden Bezeichnungen erhältlich sind: A-137, A-162, A-163, A-1230, Y-11597, RC-1, A-151, A-171, A-172, A-2171, A-174, A-186, A-187, A-189, RC-2, A-1289, A-1100, A-1101, A-1102, A-1106, A-1108, A-1110, A-1120, A-1126, A-1128, A-1130, A-1170, Y-9669, Y-11343, A-1387, A-2120, A-1160, Y-11542 und A-1310. Weitere im Handel erhältliche Finishs, welche mit Glasfasern verbunden werden, werden in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben, deren gesamte Inhalte jeweils durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden: "A Guide to Dow Corning Silane Coupling Agents", Vordruck Nr. 23-012C-90 (erhältlich von Dow Corning (Midland, MI)); "Coupling Agents for Textile Applications", Vordruck Nr. 25-343-92 (erhältlich von Dow Corning (Midland, MI)); OSI Specialties, "Organofunctional Silanes", Vordruck Nr. SC-1294 (12-91-15M) (erhältlich von OSI SpecialtiesTM (Danbury, CT); OSI Specialties, "SilquestTM Silanes – Products and Applications", Vordruck Nr. 10-009-20, 6-0499, 10-96-5M (erhältlich von OSI SpecialtiesTM (Danbury, CT).
  • Außerdem sind die Vorstufen eines polymeren Materials, welches mit Kohlefasern verbunden wird, als "Schlichte" bekannt. Schlichte, welche mit Kohlefasern verbunden wird, basiert auf Bisphenol A, welches die folgende allgemeine chemische Struktur aufweist:
  • Figure 00260001
  • Optional kann die Schlichte Polyurethankomponenten, welche von Toluendi(isocyanat) (TDI) hergeleitet sind, aufweisen, wobei das TDI die folgende allgemeine chemische Struktur aufweist:
  • Figure 00270001
  • Außerdem kann die Schlichte teilweise polymerisiert sein und/oder Derivate (wie zuvor definiert), welche daraus gebildet sind, aufweisen, und sie kann optional ein Epoxidäquivalentgewicht (EEW) irgendeines Wertes, der aus dem Bereich von zwischen ca. 260 Grammäquivalenten und ca. 5.500 Grammäquivalenten selektiert wird, aufweisen, wobei "Epoxidäquivalentgewicht" das Gewicht (in Gramm) des polymeren Materials bedeutet, welches 1 Grammäquivalent von Expoxidfunktionalität enthält.
  • Die Fachleute sind angesichts der Lehren der Erfindung imstande, zusätzliche Spezies von Finishs, Schlichten und Vorstufen, welche zur Verwendung mit bekannten Glasfasern und Kohlefasern in der Praxis der Erfindung geeignet sind, zu bestimmen, und diese zusätzlichen Finishs sind innerhalb des Rahmens der Erfindung vorgesehen und werden hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
  • Die Fachleute sind angesichts der Lehren der Erfindung auch imstande, zusätzliche Finishs, Schlichten und Vorstufen, welche mit Aramid-, KevlarTM- und Quarzfasern verbunden werden, die in der Praxis der Erfindung verwendet werden können, zu bestimmen, und diese zusätzlichen Finishs sind innerhalb des Rahmens der Erfindung vorgesehen und werden hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
  • Wie hierin verwendet, ist der "ASTM-Steifheitswert" der Wert der Steifheit eines Stoffes (in lbs) wie durch das Kreisbiegeverfahren bestimmt. Das Kreisbiegeverfahren wurde durch die amerikanische Gesellschaft für Prüfung und Werkstoffe (ASTM für engl. American Society for Testing and Materials) entwickelt. Dieses Kreisbiegeverfahren ist im Jahrbuch der ASTM-Standards (1996) unter der festen Bezeichnung D 4032 (Erstveröffentlichung oder letzte Revision 1994) und unter dem Titel "Standard Test Method of Stiffness of Fabric by the Circular Bend Procedure" veröffentlicht. Sämtliche Abschnitte des Jahrbuchs der ASTM-Standards, welche für dieses Kreisbiegeverfahren relevant sind, werden hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "unbehandelter Stoff" auf einen Stoff, welcher optional dieselben Arten von Faser, Gewebebindung und/oder Vorstufen von polymerem Material wie die Faser, Gewebebindung und/oder Vorstufen von polymerem Material des steifheitsbehandelten Stoffes, mit dem er verglichen wird, aufweist. Ein unbehandelter Stoff ist ein Stoff, welcher Stoffrohmaterialien und optional Vorstufen von polymerem Material umfassen kann, wobei weder der Stoff noch die Stoffrohmaterialien unter Bedingungen behandelt wurden, welche die Polymerisation und/oder Derivatbildung von Vorstufen von polymeren Materialien bis zu dem Ausmaß fördern, welches notwendig ist, um Kernzusammendrücken auf weniger als 5% oder vorzugsweise auf weniger als 3% oder die gegenwärtig bevorzugten weniger als 0,1% zu verringern. Diese Bedingungen umfassen ohne Einschränkung (a) Ultraviolettbehandlung, (b) Radikalkatalysatorbehandlung, (c) Wärmebehandlung entweder (i) bei Steifheit verbessernden Behandlungstemperaturen und/oder (ii) für eine Steifheit verbessernde Verweilzeit und/oder (iii) für ein Steifheit verbesserndes Produkt aus Zeit und Temperatur und/oder (iv) in Gegenwart einer Vorstufe, welche auf dem Stoff und/oder den Stoffrohmaterialien mit einer Steifheit verbessernden Vorstufenkonzentration angeordnet ist, und/oder (v) bei Vorliegen einer Steifheit verbessernden Heißgasumwälzgeschwindigkeit und/oder (vi) in irgendeiner Kombination von (i), (ii), (iii), (iv) und/oder (v) und/oder (d) irgendeiner Kombination von (a), (b) und/oder (c).
  • Behandlungsverfahren, welche zur Verwendung in der Erfindung vorgesehen sind, umfassen Ultraviolettbehandlung (d. h. die Verwendung von hochenergetischen Photonen, um die Polymerisation von Vorstufen zu fördern), Radikalbehandlungsmechanismen (d. h. die Verwendung von Peroxiden, um die Polymerisation von Vorstufen zu fördern), Wärmebehandlung und alle anderen Verfahren, welche den Fachleuten bekannt sind, um die Polymerisation und/oder Derivatbildung von Vorstufen von polymeren Materialien zu fördern.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "Wärmebehandlung" auf die Behandlung eines Stoffes (nach dem Weben), wobei der Stoff eine Vielheit von Stoffrohmaterialien und polymeres Material und/oder Vorstufen von polymerem Material, welche auf den Stoffrohmaterialen angeordnet sind, umfasst, oder die Behandlung der Stoffrohmaterialien, auf welchen polymeres Material und/oder Vorstufen von polymeren Material angeordnet sind (vor dem Weben), bei irgendeiner Temperatur im Bereich von ca. 100°C bis zu der Temperatur, bei welcher die Vorstufen und/oder das polymere Material, welche auf dem Stoff angeordnet sind, beginnen, sich zu zersetzen (z. B. bis zu und über 1.000°F für einige Vorstufen und/oder polymere Materialien). Jedes Verfahren, das den Fachleuten bekannt ist, kann verwendet werden, um dem Stoff und/oder den Stoffrohmaterialien die Wärme zuzuführen, einschließlich ohne Einschränkung Öfen, beheizte Stoff- und/oder Stoffrohmaterialproduktionsmaschinen und Bügeleisen.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "Stoffrohmaterialien" auf eine Vielheit von Fasern und/oder Garnen (oder Spinnkabeln) und/oder Filamenten, welche jeweils optional gewebt und/oder in Kontakt gebracht werden können, um einen Stoff zu bilden.
  • Der Prozentsatz, um den (i) der ASTM-Steifheitswert des steifheitsbehandelten Stoffes größer als (ii) der ASTM-Steifheitswert des unbehandelten Stoffes ist, wird durch Nehmen der Differenz zwischen dem Wert in (i) und dem Wert in (ii), Dividieren dieser Differenz durch den Wert in (ii) und Multiplizieren mit 100% bestimmt. Sowohl in Bezug auf glasfaserbasierte Stoffe als auch auf kohlefaserbasierte Stoffe ist dieser Prozentsatz nicht weniger als 7% und vorzugsweise nicht weniger als 45%. Optional ist dieser Prozentsatz in Bezug auf glasfaserbasierte Stoffe nicht größer als 350% (Tabelle 1). Optional ist dieser Prozentsatz in Bezug auf kohlefaserbasierte Stoffe nicht größer als 500% (Tabelle 2).
  • Der ASTM-Steifheitswert kann in Abhängigkeit von der Art von Faser, welche bei der Herstellung des Stoffes verwendet wird, und/oder den Bedingungen, unter welchen der Stoff behandelt wird, variieren. In Bezug auf kohlefaserbasierte Stoffe beträgt der ASTM-Steifheitswert eines steifheitsbehandelten Stoffes gemäß der Erfindung nicht weniger als ca. 3,4 lb ft und liegt im Allgemeinen im Bereich von ca. 3,1 lb ft bis 12,0 lb ft. Zum Beispiel liegt der ASTM-Steifheitswert vorzugsweise innerhalb des Bereichs, welcher als einen unteren Endpunkt irgendeinen Wert von ca. 3,1 bis ca. 6,0 Pound-Foot (lb ft) und als einen oberen Endpunkt irgendeinen Wert, der größer als der untere Endpunkt und von ca. 4,5 lb ft bis ca. 12,0 lb ft ist, aufweist. In Bezug auf glasfaserbasierte Stoffe liegt der ASTM-Steifheitswert im Allgemeinen im Bereich von ca. 3,0 lb ft bis ca. 8,1 lb ft. Beispielhafte Bereiche für den erhöhten ASTM-Steifheitswert umfassen einen Bereich von ca. 3,4 lb ft bis ca. 7,0 lb ft und einen bevorzugten Bereich von ca. 4,0 lb ft bis ca. 6,5 lb ft, wobei ein gegenwärtig bevorzugter Bereich von ca. 4,5 lb ft bis ca. 6,0 lb ft ist.
  • Optional kann der Stoff der Erfindung ein Steifheit beschränkendes Faserflächengewicht aufweisen.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "Faserflächengewicht" auf das Gewicht in Gramm/(Meter)2 (g/m2) des Stoffes, wobei der Stoff im Fall von glasfaserbasierten Stoffen oberflächenbehandelt ist und im Fall von kohlefaserbasierten Stoffen geschlichtet ist. Das Faserflächengewicht eines Stoffes kann den ASTM-Steifheitswert eines derartigen Stoffes beeinflussen, welcher ferner von der Gewebebindungsart, welche zur Herstellung eines derartigen Stoffes verwendet wird, abhängen kann.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "Steifheit beschränkendes Faserflächengewicht" auf ein Faserflächengewicht, das vorzugsweise weniger als q ist, wobei q ein Wert ist, der aus dem Bereich von zwischen ca. 99 g/m2 und 2.000 g/m2 selektiert wird. Für Stoffe, welche unter Verwendung der 8-schäftigen Gewebebindungsart hergestellt sind, ist q gegenwärtig vorzugsweise ein Wert, der aus dem Bereich von zwischen ca. 500 g/m2 und 900 g/m2 selektiert wird. Stoffe mit verschiedenen Gewebebindungsarten können verschiedene q-Werte aufweisen, wie von den Fachleuten problemlos erkannt und identifiziert.
  • Weitere optional vorhandene Eigenschaften können die erwünschte Eigenschaft eines erhöhten ASTM-Steifheitswerts für den steifheitsbehandelten Stoff im Vergleich zu unbehandelten Stoffen verbessern.
  • Zum Beispiel kann ein Teil des polymeren Materials, das auf den Fasern des steifheitsbehandelten Stoffes der Erfindung angeordnet wird, chemisch an die Fasern gebunden werden, und es kann optional im Wesentlichen aus fortgeschrittenen n-meren von Vorstufen des polymeren Materials bestehen.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "chemisch gebunden" auf eine kovalente, Ionen- oder Wasserstoffbindung zwischen zwei chemischen Baueinheiten (z. B. zwischen zwei Vorstufen, zwischen zwei polymeren Materialien und/oder zwischen einem polymeren Material und einer Vorstufe) oder zwischen einer chemischen Baueinheit (z. B. einer Vorstufe oder einem polymeren Material) und einer Faser.
  • Bedingungen, welche ausreichen, um zu ermöglichen, dass sich ein Teil der Vorstufen oder ein Teil des polymeren Materials während der Behandlung chemisch an die Fasern bindet, umfassen Temperatur, Druck und andere Reaktionsbedingungen (z. B. pH, Gegenwart von Aminen in verschiedenen Konzentrationen, Gegenwart von Elektronenentzug, Gegenwart von hochenergetischen Photonen usw.), welche ausreichen, um die Oligomerbildung, Glycidyletherbildung, Glycidylaminbildung, die Bildung ethoxylierter Spezies, die Bildung vernetzter Spezies, Additionsreaktionen (einschließlich ohne Einschränkung Etherifizierung), Kondensationsreaktionen, die Bildung kettenverlängerter Spezies, die Bildung wasserstoffgebundener Spezies, die Bildung von Ionenspezies und die Bildung von Radikalreaktionsspezies, und für Glasfasern die Oxanbildung und die Siloxanbildung, und für Kohlefasern die Bildung von Spezies, welche Basenhärtungsmechanismen (z. B. Reaktionsprodukte von Lewis-Basen, Reaktionsprodukte anorganischer Basen, Reaktionsprodukte primärer und/oder sekundärer Amine und/oder Amidreaktionsprodukte), Saurehärtungsmechanismen (z. B. Reaktionsprodukte von Lewis-Säuren, Phenolreaktionsprodukte, Reaktionsprodukte organischer Säuren, Anhydridreaktionsprodukte) und/oder Olefinreaktionsmechanismen zu ermöglichen. Siehe zum Beispiel 7.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "fortgeschrittene n-mere von Vorstufen (des polymeren Materials)" auf ein polymeres Material der allgemeinen Formel (Vorstufe)n weniger der konkreten austretenden Gruppen, welche zur Bildung des anwendbaren Derivats der Vorstufe erforderlich sind, wobei n die Anzahl von -meren im polymeren Material ist und n einen Wert aufweist, der vorzugsweise weniger als z ist, wobei z ein Wert innerhalb des Bereichs von zwischen ca. 3 und ca. 100 ist. Vorzugsweise schreitet die Polymerisation unter der Behandlung im Verfahren der Erfindung bis zur Vollendung fort.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "durchschnittlicher n-wert" auf den Wert von n im Durchschnitt, der wie folgt bestimmt wird. Auf Grund der im Allgemeinen niedrigen Konzentration des polymeren Materials kann der Durchschnittswert von n für jedes konkrete polymere Material bestimmt werden durch Bilden eines dünnen Films, welcher im Wesentlichen aus einem Film von weniger als 1 mm Dicke der Vorstufen des polymeren Materials besteht, durch Entfernen von im Wesentlichen allen flüchtigen Substanzen aus einer dünnen Schicht von Lösung, welche die Vorstufen enthält, wobei die dünne Schicht auf einem inerten Substrat angeordnet wird, Behandeln des dadurch gebildeten dünnen Films unter Wärmebehandlungs-, Temperatur- und Verweilzeitbedingungen, welche gleich sind wie jene, die zur Behandlung des Stoffes verwendet werden, dessen durchschnittlicher n-Wert bestimmt werden muss, Verwenden bekannter Titrier- und Messtechniken, um das dadurch gebildete polymere Material zu isolieren und die relative Molekülmasse dieses polymeren Materials abzuleiten, und Dividieren des Wertes der relativen Molekülmasse des dadurch isolierten polymeren Materials durch den Wert der durchschnittlichen relativen Molekülmasse der Vorstufe davon, um einen Wert für n zu bekommen. Optional kann der Wert von n für Kohlefaserschlichten bestimmt werden durch Abwickeln einer vorbestimmten Länge von geschlichteter Kohlefaser, Wiegen der vorbestimmten Länge, Entfernen im Wesentlichen aller Vorstufen und der polymeren Materialien der Schlichte von der vorbestimmten Länge durch Refluxen der vorbestimmten Länge für eine geeignete Zeit in einem geeigneten Lösemittel, Entfernen eines Großteils des Lösemittels und des Rests der vorbestimmten Länge aus dem refluxten Lösemittel, um einen öligen Rückstand zu bilden, Entfernen im Wesentlichen des ganzen Lösemittels aus dem öligen Rückstand unter erhöhter Temperatur (z. B. 100°C) und vermindertem Druck (z. B. im Wesentlichen weniger als 14,7 PSI) und Verwenden bekannter potenziometrischer Titriertechniken, um den Wert von n zu bestimmen.
  • Als ein weiteres Beispiel der optional vorhandenen Eigenschaften, welche die wünschenswerte Eigenschaft eines erhöhten ASTM-Steifheitswerts für den Stoff der Erfindung im Vergleich zu unbehandelten Stoffen verbessern, kann ein Teil des polymeren Materials, welches auf den Fasern des Stoffes der Erfindung angeordnet ist, chemisch an die Fasern gebunden werden, und es kann die Fasern beschichten, um die durchschnittliche Dicke davon im Vergleich zu den entsprechenden Fasern eines unbehandelten Stoffes zu erhöhen. Optional kann eine Untermenge der Fasern des Stoffes der Erfindung Garne (oder Spinnkabel) und/oder Filamente umfassen, welche sowohl eine kapillare Oberfläche als auch eine nichtkapillare Oberfläche aufweisen, wobei das polymere Material, welches auf der kapillaren Oberfläche im Wesentlichen aller Garne (oder Spinnkabel) und/oder Filamente der Untermenge angeordnet ist, im Allgemeinen im Durchschnitt dicker ist als das polymere Material, welches auf der nichtkapillaren Oberfläche derselben Garne (oder Spinnkabel) und/oder Filamente angeordnet ist. Die durchschnittliche Dicke der Beschichtung des polymeren Materials auf Stoffrohmaterialien kann durch oder mehr der folgenden Faktoren beeinflusst werden: die Beschaffenheit der organofunktionellen Gruppen auf dem polymeren Material und/oder den Vorstufen davon, die Aufnehmbarkeit von Wasser, den pH, das Alter der Lösung von polymerem Material und/oder der Lösung von Vorstufen davon ab dem Datum, ab dem die anwendbare Lösung verwendet wird, um die Stoffrohmaterialien zu beschichten, die Topologie der Oberfläche der Stoffrohmaterialien und/oder die Gegenwart oder Abwesenheit von gewissen Katalysatoren.
  • Wie hierin verwendet, kann die "durchschnittliche Dicke", wenn im Zusammenhang mit der beschichteten Faser (oder Bestandteilen davon) verwendet, durch den Durchschnitt einer Vielheit von Messungen der Dicke der beschichteten Faser (oder, soweit anwendbar, von Bestandteilen davon) bestimmt werden. Die Messungen werden an verschiedenen Punkten über die ganze Länge der Faser (oder, soweit anwendbar, von Bestandteilen davon) vorgenommen. Alternativerweise kann die "durchschnittliche Dicke" der Beschichtung einer kapillaren Oberfläche oder einer nichtkapillaren Oberfläche der beschichteten Garne (oder Spinnkabel) und/oder Filamente durch eine Vielheit von Messungen der Dicke der Beschichtung auf der kapillaren Oberfläche und der Beschichtung auf der nichtkapillaren Oberfläche der beschichteten Garne (oder Spinnkabel) und/oder Filamente bestimmt werden, wobei die Messungen an verschiedenen Punkten über die ganze Länge derselben Garne (oder Spinnkabel) und/oder Filamente vorgenommen werden.
  • Die Dicke von Fasern (oder Garnen oder Spinnkabeln davon) kann durch Verwenden eines automatischen elektronischen Mikrometers gemessen werden. Alternativerweise kann die Dicke von Fasern (oder, soweit anwendbar, Garnen, Spinnkabeln oder Filamenten davon) durch Verwenden von Verfahren, welche den Fachleuten bekannt sind, gemessen werden. Siehe zum Beispiel S. Sterman, H. B. Bradley, SPI 16th Annual Technology Conference (Verstärkte Kunststoffe) (1961); G. Vogel, SPI 22nd Annual Technology Conference (Verstärkte Kunststoffe) (1967). Zum Beispiel können diese Messungen vorgenommen werden durch Herstellen von Elektronendurchstrahlmikrofotosektionen von der anwendbaren Garn-(oder Spinnkabel-) und/oder Filamentprobe, welche ein polymeres Material umfasst, mittels bekannter Verfahren (z. B. "Replik"-Verfahren für Glasfasern) und Bestimmen der Messung der Dicke des Stoffrohmaterials und optional sowohl der Dicke der Beschichtung auf den kapillaren Oberflächen als auch der Beschichtung auf den nichtkapillaren Oberflächen jeweils für Garne (oder Spinnkabel) und/oder Filamente auf dem Außenmantel des zugehörigen Bündels. Die Dicke in Bezug auf Kohlefasern kann durch Verwenden von Verfahren, welche den Fachleuten bekannt sind (z. B. Rasterelektronenmikroskop), gemessen werden.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "Zuwachs in der durchschnittlichen Dicke" auf den prozentualen Zuwachs (i) der Dicke der beschichteten Faser und/oder des beschichteten Garns (oder Spinnkabels) und/oder Filaments mit einem erhöhten ASTM-Steifheitswert im Vergleich (ii) zur Dicke einer beschichteten Faser und/oder eines beschichteten Garns (oder Spinnkabels) und/oder Filaments von einem Stoff ohne einen erhöhten RSTM-Steifheitswert. Dieser prozentuale Zuwachs wird durch Nehmen der Differenz zwischen dem wert in (i) und dem Wert in (ii) im vorhergehenden Satz und Dividieren dieser Differenz durch den Wert in (i) bestimmt. Dieser prozentuale Zuwachs liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs, welcher als einen unteren Endpunkt irgendeinen Wert von zwischen ca. 5% und ca. 10% und als einen oberen Endpunkt irgendeinen Wert, der größer als der untere Endpunkt ist und zwischen ca. 8% und ca. 20% liegt, aufweist. Beispielhafte Bereiche für den erhöhten Wert umfassen einen Bereich von 7% bis 18% und einen bevorzugten Bereich von 8% bis 16%, wobei ein gegenwärtig bevorzugter Bereich von 10% bis 14% ist.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "kapillare Oberfläche" auf jenen Teil der Oberfläche eines ersten Garns, Spinnkabels oder Filaments, soweit anwendbar, einer Faser, welcher durch den Satz aller Punkte auf der Oberfläche des ersten Garns, Spinnkabels oder Filaments, soweit anwendbar, definiert ist, welche durch eine gerade radiale Linie, die sowohl die Mitte des ersten Garns, Spinnkabels oder Filaments, soweit anwendbar, als auch manchen Punkt auf dem zweiten Garn, Spinnkabel oder Filament, soweit anwendbar schneidet, geschnitten werden, welche zu derselben Faser wie das erste Garn, Spinnkabel oder Filament, soweit anwendbar, gehört.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "nichtkapillare Oberfläche" auf jenen Teil der Oberfläche eines Garns, Spinnkabels oder Filaments, soweit anwendbar, einer Faser, welcher nicht die kapillare Oberfläche dieses Garns, Spinnkabels oder Filaments, soweit anwendbar, ist.
  • Stoffe, welche zur Verwendung gemäß der Erfindung vorgesehen sind, werden unter Verwendung von Verfahren hergestellt, welche den Fachleuten allgemein bekannt sind, wobei die Verfahren ohne Einschränkung und ohne Rücksicht auf irgendeine bestimmte Reihenfolge einen oder mehrere der folgenden Schritte umfassen (wobei die Reihenfolge für die Fachleute problemlos ableitbar ist, und die Reihenfolge der Schritte optional untereinander austauschbar ist): (i) Herstellen oder Erlangen einer Faser und/oder (ii) im Falle von Glasfaser (und anderen Fasern, deren Schlichte nicht polymerisiert werden kann, um den ASTM-Steifheitswert des daraus hergestellten Stoffes zu erhöhen) Anordnen einer geeigneten Schlichte (z. B. einer stärkebasierte Lösung für Glasfasern) auf der Faser und/oder Wegbrennen dieser geeigneten Schlichte nach dem Weben und/oder (iii) Anordnen von Vorstufen eines polymeren Materials und/oder eines polymeren Materials auf der Faser und/oder (iv) Behandeln der Vorstufen des polymeren Materials und/oder des polymeren Materials unter Bedingungen, welche ausreichen, um die Polymerisation der Vorstufen miteinander zu fördern und um zu fördern, dass das polymere Material und/oder die Vorstufen chemisch an die Fasern gebunden werden. Die auf diese Weise hergestellten Fasern können gemäß (a) jeder Gewebebindungsart, welche den Fachleuten bekannt ist, einschließlich ohne Einschränkung jener Gewebebindungsarten, die allgemein unter der Bezeichnung Leinwandbindung, Krähenfussbindung, 5-schäftige Satinbindung, 8-schäftige Satinbindung, Würfelbindung, 2-zu-2-Würfelbindung, Tüllbindung, Köperbindung, 2/2-Köperbindung, 2/1-Köperbindung, Glattbindung, Plus-Minus-45-Leinwandbindung, 8-schäftige Plus-Minus-45-Satinbindung, Plus-Minus-45-Krähenfusssatinbindung und/oder 12-schäftige Satinbindung bekannt sind, und/oder (b) gemäß jedem Faserflächengewicht gewebt oder anderweitig verbunden werden, um den Stoff herzustellen.
  • Gemäß der Erfindung werden ferner Verfahren zur Herstellung eines steifheitsbehandelten Stoffes mit einem ASTM-Steifheitswert, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, bereitgestellt, welche umfassen: Erlangen eines Stoffes, der eine Vielheit von Fasern und ein polymeres Material und/oder Vorstufen eines polymeren Materials, welche auf der Faser angeordnet sind, umfasst, wobei ein Teil des polymeren Materials und/oder der Vorstufen chemisch an die Fasern gebunden ist, und Behandeln des Stoffes unter Bedingungen, welche ausreichen, um einen steifheitsbehandelten Stoff mit einem ASTM-Steifheitswert, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, zu erzeugen. Vorzugsweise beträgt der ASTM-Steifheitswert des steifheitsbehandelten Stoffes nicht weniger als 3,4 lb ft. Optional werden Teile des polymeren Materials und/oder der Vorstufen chemisch an die Fasern und/oder an andere Vorstufen und/oder das polymere Material gebunden, wobei dadurch Derivate gebildet werden.
  • Als Beispiele für derartige Bedingungen, welche ausreichen, um einen ASTM-Steifheitswert des steifheitsbehandelten Stoffes, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, zu erzeugen, können die Bedingungen ohne Einschränkung Wärmebehandlung, Ultraviolettbehandlung (z. B. Verwendung von hochenergetischen Photonen, um die Polymerisation von Vorstufen zu fördern) und Radikalbehandlung (z. B. Verwendung von Peroxiden, um die Polymerisation von Vorstufen zu fördern) umfassen.
  • Wenn das Behandlungsverfahren zum Beispiel Wärmebehandlung ist, kann eine Steifheit verbessernde Temperatur eingesetzt werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich "Steifheit verbessernde Temperatur" auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs, welcher als einen unteren Endpunkt irgendeinen Wert von ca. 250°F bis ca. 450°F und als oberen Endpunkt irgendeinen Wert, der größer als der untere Endpunkt ist und von ca. 450°F bis ca. 700°F reicht, aufweist. Beispielhafte Bereiche für den erhöhten Wert umfassen Bereiche von 250°F bis 600°F und 350°F bis 500°F, wobei gegenwärtig bevorzugte Bereiche von 350°F bis 455°F (CS724, BGF644) und 300°F bis 350°F (BGF508A) sind.
  • Als ein weiteres Beispiel für derartige Bedingungen, welche ausreichen, um einen ASTM-Steifheitswert des steifheitsbehandelten Stoffes, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, zu erzeugen, kann der Stoff für eine Steifheit verbessernde Verweilzeit während des Webens des Stoffes wärmebehandelt werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich "Verweilzeit" auf die Zeitdauer, während der der Stoff der Wärmebehandlung unterzogen wird. Die Verweilzeit ist im Allgemeinen eine Umkehrfunktion der Durchsatzgeschwindigkeit der Faser und/oder der Faserfertigungsprozessstraße und eine Funktion der Anzahl von Heizquellen für die Wärmebehandlung (z. B. Öfen) entlang der Fertigungsprozessstraße und der Länge jeder dieser Heizquellen. Zum Beispiel würde die Verweilzeit eines Stoffes, welcher in einer Fertigungsprozessstraße mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von 10 Yard/min mit 2 Öfen entlang der Straße und einer Länge jedes Ofens von 10 Yards hergestellt wird, 2 Minuten betragen [d. h. 10 Yards/Ofen (Länge jeder Heizquelle) × 2 Öfen (Anzahl der Heizquellen) × 1 Minute/10 Yards (Durchsatzgeschwindigkeit) = 2 Minuten (Verweilzeit)].
  • Wie hierin verwendet, ist die "Steifheit verbessernde Verweilzeit" im Allgemeinen eine Verweilzeit innerhalb des Bereichs, welcher als einen unteren Endpunkt irgendeinen Wert von zwischen ca. 0,4 Minuten und ca. 720 Minuten und als einen oberen Endpunkt irgendeinen Wert, der größer als der unteren Endpunkt ist und zwischen ca. 1,2 Minuten und ca. 1.440 Minuten liegt, aufweist. Beispielhafte Bereiche für den erhöhten Wert umfassen einen Bereich von 0,4 bis 10 Minuten und einen bevorzugten Bereich von 0,8 bis 5 Minuten, wobei ein gegenwärtig bevorzugter Bereich von 1,2 Minuten bis 2,5 Minuten ist.
  • Als ein zusätzliches Beispiel für derartige Bedingungen, welche ausreichen, um einen ASTM-Steifheitswert des steifheitsbehandelten Stoffes, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, zu erzeugen, kann der Stoff für ein Steifheit verbesserndes Produkt aus Zeit und Temperatur wärmebehandelt werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich "Produkt aus Zeit und Temperatur" auf das Produkt der Verweilzeit und der Temperatur der Wärmebehandlung. Infolgedessen würde ein Stoff, der bei 400°F für eine Verweilzeit von 2 Minuten behandelt wird, ein Produkt aus Zeit und Temperatur von 800 min-°F aufweisen.
  • Wie hierin verwendet, ist das "Steifheit verbessernde Produkt aus Zeit und Temperatur" im Allgemeinen ein Produkt aus Zeit und Temperatur innerhalb des Bereichs, welcher als einen unteren Endpunkt irgendeinen Wert von zwischen ca. 200 min-°F und ca. 1.080 min-°F und als einen oberen Endpunkt irgendeinen Wert, der größer als der untere Endpunkt ist und zwischen ca. 480 min-°F und 1.008.000 min-°F liegt, aufweist. Beispielhafte Bereiche für den erhöhten Wert umfassen einen Bereich von 350 min-°F bis 6.000 min-°F und einen bevorzugten Bereich von 440 min-°F bis 2.500 min-°F, wobei ein gegenwärtig bevorzugter Bereich von 544 min-°F bis 728 min-°F ist.
  • Als ein zusätzliches Beispiel für derartige Bedingungen, welche ausreichen, um einen ASTM-Steifheitswert des steifheitsbehandelten Stoffes, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, zu erzeugen, kann der Stoff nach dem Weben für eine Steifheit verbessernde Behandlungszeit behandelt werden. Wie hierin verwendet, ist die "Steifheit verbessernde Behandlungszeit" im Allgemeinen eine Zeit innerhalb des Bereichs, welcher als einen unteren Endpunkt irgendeinen Wert zwischen ca. 2 min und ca. 30 min und als einen oberen Endpunkt irgendeinen Wert, der größer als der untere Endpunkt ist und zwischen ca. 30 min und ca. 1.440 in liegt, aufweist. Beispielhafte Bereiche für kohlefaserbasierte Stoffe umfassen einen Bereich von 2 min bis 30 min und bevorzugte Bereiche von 10 min bis 20 min (bei Temperaturen, welche von ca. 400°F bis ca. 525°F reichen) und einen Bereich von 60 min bis 90 min (bei ca. 350°F).
  • Als ein zusätzliches Beispiel für derartige Bedingungen, welche ausreichen, um einen ASTM-Steifheitswert des steifheitsbehandelten Stoffes, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, zu erzeugen, kann der Stoff in der Gegenwart einer Vorstufe mit einer Steifheit verbessernden Vorstufenkonzentration wärmebehandelt werden.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "Vorstufenkonzentration" auf die Konzentration der Vorstufe, welche auf den Fasern und/oder den Stoffrohmaterialien angeordnet wird. Diese Konzentration kann im Wesentlichen in Abhängigkeit von der eingesetzten Vorstufenart, sowie von der Gewebebindungsart auf dem Stoff, der aus den Stoffrohmaterialien hergestellt ist, variieren. Diese Konzentration kann auf einer Gewichtsprozentbasis gemessen werden, wobei der Prozentsatz durch Berechnen der Differenz zwischen (i) dem Gewicht der Fasern nach dem Beschichten dieser Fasern mit solchen Vorstufen und (ii) dem Gewicht der unbeschichteten Fasern (wie bestimmt durch das Wiegen einer Probe der beschichteten Fasern nach dem Entfernen der Beschichtung durch Wegbrennen der Vorstufen mittels Verfahren, welche den Fachleuten bekannt sind [z. B. dem "Glühverlust"- oder LOI-Verfahren (für engl. lost on ignition)] und Dividieren dieser Differenz durch den wert in (i) bestimmt wird. Ein Fachmann kann alternative Mittel zur Berechnung der Vorstufenkonzentration angeben.
  • Wie hierin verwendet, ist die "Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration" jede Vorstufenkonzentration, welche sich von jenen Konzentrationen in den normalerweise eingesetzten Bereichen unterscheidet (z. B. höher oder niedriger ist) und welche in Abhängigkeit von der Endanwendung, für die der Stoff, welcher aus dem unkonditionierten Stoff hergestellt ist, verwendet wird, zur Verbesserung (oder alternativerweise bei niedrigeren Vorstufenkonzentrationen zur Nichtverminderung) des ASTM-Steifheitswerts des Stoffes dient. Somit wäre für Glasfaserstoffendanwendungen, bei welchen die meisten Endanwendungen eher zunehmende Steifheit als abnehmendes Gewicht betreffen, eine Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration vorzugsweise eine Konzentration innerhalb des Bereichs, welcher als einen unteren Endpunkt irgendeinen Wert von zwischen ca. 0,13% und ca. 0,30% und als einen oberen Endpunkt irgendeinen Wert, der größer als der untere Endpunkt ist und zwischen ca. 0,17% und ca. 1,0% liegt, aufweist. Beispielhafte Bereiche für die Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration auf einem Stoff mit einer 8-schäftigen Satinbindung mit einem im Handel von Clark-SchwebelTM (Anderson, SC) erhältlichen Finish umfassen einen Bereich von 0,13% bis 0,17% und einen bevorzugten Bereich von 0,14% bis 0,16%. (Siehe Tabelle 1, Proben, die auf dem Finishtyp CS 724 basieren.) Beispielhafte Bereiche für die Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration auf einem Stoff mit einer 8-schäftigen Satinbindung mit einem im Handel von Burlington Glass FabricsTM (Alta Vista, VA) erhältlichen Finish umfassen einen Bereich von 0,11% bis 0,20% und einen bevorzugten Bereich von 0,13% bis 0,15%. (Siehe Tabelle 1, Proben, die auf dem Finishtyp BGF 508A basieren.) Alternativerweise wäre für Kohlefaserstoffendanwendungen, bei welchen die meisten Endanwendungen abnehmendes Gewicht betreffen, eine Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration vorzugsweise eine Konzentration innerhalb des Bereichs, welcher als einen unteren Endpunkt irgendeinen Wert von zwischen ca. 0,05% und ca. 0,95% und als einen oberen Endpunkt irgendeinen wert, der größer als der untere Endpunkt ist und zwischen ca. 0,10% und ca. 1,58 liegt, aufweist. Ein beispielhafter Bereich für die Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration ist ca. 0,05% bis ca. 0,49%, wobei ein bevorzugter Bereich von ca. 0,1% bis ca. 0,39% ist. In Bezug auf Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentrationen, welche zurzeit im Handel erhältlich sind, ist ein beispielhafter Bereich für die Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration ca. 0,8% bis ca. 1,3%, wobei ein bevorzugter Bereich von ca. 1,08% bis ca. 1,17% ist.
  • Als ein weiteres Beispiel für derartige Bedingungen, welche ausreichen, um einen ASTM-Steifheitswert des steifheitsbehandelten Stoffes, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, zu erzeugen, kann der Stoff bei Vorliegen einer Steifheit verbessernden Heißgasumwälzgeschwindigkeit wärmebehandelt werden.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "Heißgasumwälzgeschwindigkeit" auf die Geschwindigkeit des Umlaufs und/oder der Filtration des Umgebungsgases (z. B. Luft), welches innerhalb des Volumens der Heizquelle(n) (z. B. Ofen/Öfen) welche für die Wärmebehandlung des Stoffes verwendet wird/werden, ist.
  • Diese Geschwindigkeit ist wichtig, da das Umgebungsgas, welches den Stoff umgibt, wenn durch die Heizquelle zur Wärmebehandlung erwärmt, als ein Träger fungieren kann, um dem Stoff Wärmeenergie auf wirksamere Weise zuzuführen.
  • Steifheit verbessernde Heißgasumwälzgeschwindigkeiten, welche zur Verwendung in der Erfindung vorgesehen sind, umfassen jene Umwälzgeschwindigkeiten, die den Stoff auf wirksamere Weise (z. B. schneller) erwärmen als jene Umwälzgeschwindigkeiten, welche von den Fachleuten während des bekannten Verarbeitens von vergleichbaren Stoffen angewendet werden.
  • Gemäß der Erfindung wird ferner ein steifheitsbehandelter Stoff bereitgestellt, welcher einen ASTM-Steifheitswert aufweist, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, und durch ein Verfahren hergestellt wird, welches umfasst: Erlangen eines Stoffes, der eine Vielheit von Fasern und polymeres Material und/oder Vorstufen von polymerem Material, welche auf wenigstens einigen der Fasern angeordnet sind, umfasst, und Behandeln des Stoffes unter Bedingungen, welche ausreichen, um einen ASTM-Steifheitswert des steifheitsbehandelten Stoffes, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, zu erzeugen. Optional (i) weist der steifheitsbehandelte Stoff einen ASTM-Steifheitswert von nicht weniger als ca. 3,4 lb ft auf und/oder (ii) umfasst ein Teil des polymeren Materials fortgeschrittene n-mere der Vorstufen und/oder (iii) beschichtet das polymere Material einen Teil der Fasern, um die durchschnittliche Dicke der beschichteten Fasern im Vergleich zur durchschnittlichen Dicke einer gleichen Anzahl von entsprechenden Fasern eines unbehandelten Stoffes zu erhöhen.
  • Gemäß der Erfindung werden ferner mehrere steifheitsbehandelte Stoffrohmaterialien für einen Stoff mit den gewünschten Eigenschaften eines ASTM-Steifheitswerts, der größer als der eines unbehandelten Stoffes ist, zum Beispiel ein ASTM-Steifheitswert von nicht weniger als 3,4 lb ft, bereitgestellt.
  • Beispiele für derartige steifheitsbehandelte Stoffrohmaterialien umfassen steifheitsbehandelte Stoffrohmaterialien, welche Stoffrohmaterial, Vorstufen von polymerem Material, welche auf wenigstens einigem des Stoffrohmaterials in einer Steifheit verbessernden Vorstufenkonzentration angeordnet sind, und optional polymeres Material, welches auf wenigstens einigem des Stoffrohmaterials angeordnet ist, umfassen.
  • Optionale Arten von Stoffrohmaterial und optionale zugehörige Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentrationsbereiche umfassen (i) das Stoffrohmaterial, welches Glasfasern und/oder Glasgarne und/oder Glasfilamente ist, und die Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration, welche im Bereich von 0,25% bis 1,0% liegt, und/oder (ii) das Stoffrohmaterial, welches Glasfasern und/oder Glasgarne und/oder Glasfilamente ist, die optional in einer 8-schäftigen Gewebebindungsart gewebt sind, um einen Stoff zu bilden, wobei die Vorstufen des polymeren Materials entweder die Formel eines im Handel erhältlichen Finishs, das als CS 724 Finish bekannt ist, und die Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration, welche im Bereich von 0,13% bis 0,15 liegt, aufweisen oder die Formel eines im Handel erhältlichen Finishs, das als BGF 508A Finish bekannt ist, und die Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration, welche im Bereich von 0,11% bis 0,20% liegt, aufweisen und/oder (iii) das Stoffrohmaterial, welches Kohlefasern und/oder Kohlespinnkabel und/oder Kohlefilamente ist, und die Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration, welche im Bereich von 0,10% bis 0,39% liegt.
  • Zusätzliche optionale Ausführungsformen des Stoffrohmaterials umfassen Folgendes. Ein Teil der Vorstufen kann chemisch an eine Untermenge von dem wenigstens einigem des Stoffrohmaterials gebunden werden. Alternativerweise kann das polymere Material auf wenigstens einigem des Stoffrohmaterials zugegen und angeordnet sein, und ein erster Teil der Vorstufen und/oder des polymeren Materials wird chemisch an die anderen Vorstufen und/oder das polymere Material gebunden, um dadurch Derivate zu bilden. Außerdem können einige der Derivate und/oder das polymere Material fortgeschrittene n-mere von Vorstufen des polymeren Materials umfassen, wobei die fortgeschrittenen n-mere einen durchschnittlichen n-Wert von nicht weniger als 3 aufweisen können.
  • Zusätzliche Beispiele von steifheitsbehandelten Stoffrohmaterialien der Erfindung umfassen ein Kohlefaserspinnkabel, welches eine Vielheit von Filamenten und ein polymeres Material und/oder Vorstufen des polymeren Materials, welche auf einem Teil der Filamente und/oder dem Spinnkabel angeordnet sind, umfasst, wobei ein Teil des polymeren Materials und/oder der Vorstufen chemisch an die Filamente gebunden ist und das Spinnkabel mit einer Behandlung, welche aus der Gruppe bestehend aus Wärmebehandlung, Ultraviolettbehandlung und Radikalbehandlung selektiert wurde, unter Bedingungen, unter welchen ein ASTM-Steifheitswert eines steifheitsbehandelten Stoffes, der aus dem Spinnkabel hergestellt ist, größer als der ASTM-Steifheitswert eines entsprechenden unbehandelten Stoffes ist, behandelt wurde.
  • Gemäß der Erfindung werden ferner Verfahren zur Herstellung eines steifheitsbehandelten Stoffrohmaterials bereitgestellt. Ein derartiges Verfahren umfasst Erlangen von Stoffrohmaterial und Anordnen auf wenigstens einigem des Stoffrohmaterials 1) von Vorstufen von polymerem Material in einer Steifheit verbessernden Vorstufenkonzentration und 2) optional eines polymeren Materials.
  • Ein zusätzliches derartiges Verfahren umfasst Erlangen von Stoffrohmaterial, welches Vorstufen von polymerem Material und/oder Vorstufen von polymerem Material, welche auf wenigstens einigem des Stoffrohmaterials angeordnet sind, umfasst, und Behandeln des Stoffrohmaterials mit einer Behandlung, welche aus der Gruppe bestehend aus Wärmebehandlung, Ultraviolettbehandlung und Radikalbehandlung selektiert wird, unter Bedingungen, welche selektiert werden, um einen steifheitsbehandelten Stoff, der aus dem steifheitsbehandelten Stoffrohmaterial hergestellt ist, mit einem ASTM-Steifheitswert, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffes ist, zu erzeugen. Beispiele für Stoffrohmaterialien, welche zur Verwendung in der Praxis der Erfindung geeignet sind, sind Kohlefasern und/oder Kohlespinnkabel und/oder Kohlefilamente.
  • Ein Teil der Vorstufen kann chemisch an eine Untermenge des wenigstens einigen des Stoffrohmaterials gebunden werden. Alternativerweise kann das polymere Material auf den Fasern zugegen und angeordnet sein, und ein erster Teil der Vorstufen und/oder des polymeren Materials kann chemisch an einen zweiten Teil der Vorstufen und/oder des polymeren Materials gebunden werden, wodurch Derivate gebildet werden. Außerdem können einige der Derivate und/oder das polymere Material fortgeschrittene n-mere von Vorstufen des polymeren Materials umfassen, wobei die fortgeschrittenen n-mere einen durchschnittlichen n-Wert von nicht weniger als 3 aufweisen.
  • Gemäß der Erfindung werden steifheitsbehandelte Prepreg-Lagen bereitgestellt, welche einen steifheitsbehandelten Stoff und ein Harzsystem umfassen, das auf einem Teil des steifheitsbehandelten Stoffes angeordnet ist.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "Prepreg-Lage" auf einen harzgetränkten Stoff, wobei der Stoff 1) eine Vielheit von Fasern, 2) ein Harzsystem, das auf den Fasern angeordnet ist oder diese benetzt, und 3) optional ein polymeres Material und/oder Vorstufen des polymeren Materials umfasst.
  • Harzsysteme, welche zur Verwendung als Teil einer Prepreg-Lage vorgesehen sind, umfassen ohne Einschränkung wärmehärtbare Harze (einschließlich ohne Einschränkung epoxidbasierter Harze, Polyesterharze, Phenolharze, Vinylesterharze, Polysiloxanharze, Cyanatesterharze, Bismaleimidharze und wärmehärtbarer Polyimidharze) und thermoplastische Harze (einschließlich ohne Einschränkung Polyaralyenetherharze, Polyimidharze, Poly(phenylsulfid)harze, Polybenzimidazolharze, Polysulfonharze und Flüssigkristallharze). Im Allgemeinen wird das Harzsystem nicht voll ausgehärtet, bevor die Prepreg-Lage nicht zu einer gewünschten Struktur zusammengesetzt ist (z. B. laminierte Struktur, Waben-Sandwichstruktur), obwohl teilweises Aushärten (z. B. B-Stufen-Aushärtung) vor dieser Zeit die Verarbeitbarkeit der Prepreg-Lage verbessern kann.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "steifheitsbehandelter Stoff" auf einen Stoff, welcher aus der Gruppe bestehend aus irgendeinem der zuvor ausgewiesenen steifheitsbehandelten Stoffe der Erfindung, Stoffen, welche gemäß irgendeinem der zuvor ausgewiesenen Verfahren der Erfindung zur Herstellung von steifheitsbehandelten Stoffen hergestellt sind, Stoffen, welche aus irgendeinem der zuvor ausgewiesenen steifheitsbehandelten Stoffrohmaterialien der Erfindung hergestellt sind, und Stoffen, welche aus irgendeinem der Stoffrohmaterialien hergestellt sind, die gemäß irgendeinem der zuvor ausgewiesenen Verfahren der Erfindung zur Herstellung von steifheitsbehandelten Stoffrohmaterialien hergestellt sind, selektiert ist.
  • Optional zeigt die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage, wenn auf einer zweiten Prepreg-Lage, welche ein Harzsystem und einen steifheitsbehandelten Stoff oder einen unbehandelten Stoff umfasst, angeordnet, einen Reibungswiderstand gegen Bewegung zwischen der steifheitsbehandelten Prepreg-Lage und der zweiten Prepreg-Lage oder dem unbehandelten Stoff, der größer ist als der Reibungswiderstand zwischen zwei unbehandelten Prepreg-Lagen, welche aufeinander angeordnet sind und bei welchen jede der beiden unbehandelten Prepreg-Lagen das Harzsystem und einen unbehandelten Stoff umfasst.
  • Der "Reibungswiderstand (zwischen zwei Prepreg-Lagen)" kann durch jedes bekannte Verfahren gemessen werden, aber vorzugsweise durch ein Verfahren, welches 1996 in einem Dokument öffentlich vorgestellt und/oder veröffentlicht wurde, das von M. Wilhelm, C. J. Martin und J. C. Seferis mit dem Titel "Frictional Resistance of Thermoset Prepegs and its Influence on Honeycomb Composite Processing" (im Folgenden das "Boeing-Wilhelm-Verfahren) verfasst wurde und dessen gesamte Inhalte durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden. Dieser Reibungswiderstand kann bei jeder Temperatur bis zu einer Temperatur, bei welcher das Härtungsmittel im Harzsystem aktiviert wird, gemessen werden.
  • Der Reibungswiderstand zwischen zwei Prepreg-Lagen, bei welchen wenigstens eine Prepreg-Lage ein Harzsystem und einen Stoff, der aus steifheitsbehandelten Stoffen selektiert ist, umfasst, kann in absoluten oder prozentualen Ausdrücken definiert werden. Somit kann dieser Wert in dem Bereich liegen, welcher als einen unteren Endpunkt irgendeinen Wert im Bereich von ca. 30 Pounds bis ca. 125 Pounds und als einen oberen Endpunkt irgendeinen Wert, der größer als der untere Endpunkt ist und im Bereich von ca. 50 Pounds bis ca. 175 Ponds liegt, aufweist, wie bei Verwenden des Boeing-Wilhelm-Verfahren gemessen. Beispielhafte Bereiche umfassen 50 Pounds bis 175 Pounds, wobei ein bevorzugter Bereich von 75 Pounds bis 175 Pounds ist und ein gegenwärtig bevorzugter Bereich von 125 Pounds bis 150 Pounds ist, zum Beispiel von ca. 30 Pounds bis ca. 50 Pounds, wie bei Verwenden des Boeing-Wilhelm-Verfahrens gemessen. Alternativerweise kann dieser Wert jeder Wert sein, der nicht weniger als eine 25%tige Zunahme gegenüber dem Wert des Reibungswiderstands von zwei Prepreg-Lagen ist, bei welchen beide Prepreg-Lagen unbehandelten Stoff umfassen. Optional kann dieser prozentuale Wert bei ca. 700% nach oben begrenzt werden.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "unbehandelte Prepreg-Lage" auf eine Prepreg-Lage, welche optional dieselbe Art von Stoff und/oder Harzsystem wie der Stoff und/oder das Harzsystem der steifheitsbehandelten Prepreg-Lage, mit der sie verglichen wird, aufweist. Eine unbehandelte Prepreg-Lage ist eine Prepreg-Lage, welche einen unbehandelten Stoff und ein Harzsystem, das auf einem Teil des unbehandelten Stoffes angeordnet ist, umfasst.
  • Gemäß der Erfindung werden Verfahren zur Herstellung einer steifheitsbehandelten Prepreg-Lage bereitgestellt, welche Erlangen eines steifheitsbehandelten Stoffes und eines Harzsystems und Anordnen des Harzsystems auf dem steifheitsbehandelten Stoff umfassen.
  • Optional zeigt die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage, welche gemäß diesen Verfahren hergestellt wird, wenn auf einer zweiten Prepreg-Lage angeordnet, welche ein Harzsystem und einen Stoff, der aus der Gruppe bestehend aus steifheitsbehandelten Stoffen und unbehandelten Stoffen selektiert sind, umfasst, einen Reibungswiderstand zwischen der steifheitsbehandelten Prepreg-Lage und der zweiten Prepreg-Lage, der größer ist als der Reibungswiderstand zwischen zwei unbehandelten Prepreg-Lagen, welche aufeinander angeordnet sind und bei welchen jede der beiden Prepreg-Lagen das Harzsystem und einen unbehandelten Stoff umfasst.
  • Gemäß der Erfindung werden steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstrukturvorstufen bereitgestellt, welche einen Wabenkern mit einer ersten Oberfläche und eine steifheitsbehandelte Prepreg-Lage, welche auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, aufweisen, wobei die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage ein Harzsystem und einen Stoff, der aus steifheitsbehandelten Stoffen selektiert ist, umfasst. Optional können die steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstrukturvorstufen (i) ferner wenigstens eine zusätzliche Prepreg-Lage, welche auf der ersten Oberfläche angeordnet wird, wobei jede der zusätzlichen Prepreg-Lage(n) ein unabhängig selektiertes Harzsystem und einen Stoff umfasst, der unabhängig aus der Gruppe bestehend aus steifheitsbehandelten Stoffen und unbehandelten Stoffen selektiert ist, umfassen und/oder können (ii) ferner erfordern, dass sich wenigstens eine Prepreg-Lage, welche aus der Gruppe bestehend aus den zusätzlichen Prepreg-Lagen und der steifheitsbehandelten Prepreg-Lage selektiert ist, über die erste Oberfläche des Wabenkerns hinaus erstreckt.
  • Gemäß der Erfindung werden steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstrukturen bereitgestellt, welche umfassen: einen Wabenkern mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, eine erste Prepreg-Lage, welche auf der ersten Oberfläche angeordnet ist und sich darüber hinaus erstreckt, und eine zweite Prepreg-Lage, welche auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist und sich darüber hinaus erstreckt, wobei ein erster Teil der ersten Prepreg-Lage, welche sich über die erste Oberfläche hinaus erstreckt, einen zweiten Teil der zweiten Prepreg-Lage, welche sich über die zweite Oberfläche hinaus erstreckt, berührt, um ein Kantenband zu formen, und optional zusätzliche Prepreg-Lagen, welche auf der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche und/oder dem Kantenband angeordnet werden, wobei die erste Prepreg-Lage ein Harzsystem und einen Stoff, welcher aus steifheitsbehandelten Stoffen selektiert ist, umfasst und wobei die zweite Prepreg-Lage und jede der zusätzlichen Prepreg-Lagen jeweils ein unabhängig selektiertes Harzsystem und einen Stoff, welcher unabhängig aus der Gruppe bestehend aus steifheitsbehandelten Stoffen und unbehandelten Stoffen selektiert ist, umfassen. Optional kann die erste Prepreg-Lage des steifheitsbehandelten Waben-Sandwichs einen erhöhten Harzgehalt aufweisen.
  • Waben-Sandwichstrukturen, welche zur Verwendung in der Erfindung vorgesehen sind, umfassen Sandwichstrukturen, welche (i) einen Wabenkern mit zwei Oberflächen und (ii) wenigstens zwei Prepreg-Lagen umfassen, wobei wenigstens eine der Prepreg-Lagen auf jeder der beiden Oberflächen des Wabenkerns angeordnet und/oder daran befestigt ist. Optional kann ein Klebstofffilm zwischen dem Wabenkern und jeder Prepreg-Lage, welche die Oberfläche des Wabenkerns berührt und welche Kohlefasern umfasst, angeordnet werden. Mehr Information über Waben-Sandwichstrukturen kann aus dem beim Waben-Sandwichstruktur-Seminar im Juni 1996 vorgestellten Dokument entnommen werden, das von A. Marshall mit dem Titel "Market and Product Trends in the World Market for Core Materials" verfasst wurde und dessen gesamte Inhalte durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
  • Wabenkerne, welche zur Verwendung in der Erfindung vorgesehen sind, umfassen zum Beispiel einen Kern, welcher umfassen kann: (i) ca. 25 Gewichts-% bis 75 Gewichts-% Kernkomponente, welche aus der Gruppe bestehend aus aromatischen Polyamidpolymerfasern (Aramid) (allgemein als NomexTM-Papier bekannt), Glasfasern, Asbestfasern, Kraftpapierfasern, KevlarTM-Fasern, Kohlefasern, Thermoplastfilm und Schaumstoff (einschließlich ohne Einschränkung polyurethanbasierter Schaumstoffe, polyimidbasierter Schaumstoffe und polyvinylchloridbasierter Schaumstoffe) selektiert wird, wobei die Kernkomponente optional verarbeitet werden kann, um eine Vielheit von Knoten auf der Kernkomponente zu bilden, und (ii) optional ca. 25 Gewichts-% bis 75 Gewichts-% eines Epoxidklebstoffs und/oder einer Phenolharzbeschichtung, welche auf der Kernkomponente angeordnet werden. Alternativerweise kann der Kern umfassen: (i) ca. 30 Gewichts-% bis 90 Gewichts-% Kernkomponente, welche aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumblechen, Edelstahlblechen, Titanblechen, Kupferblechen, Bleiblechen und Inconelblechen selektiert wird, wobei die Kernkomponente verarbeitet werden kann, um eine Vielheit von Knoten auf der Kernkomponente zu bilden, und (ii) optional ca. 10 Gewichts-% bis 70 Gewichts-% eines Epoxidklebstoffs und/oder einer Phenolharzbeschichtung, welche auf der Kernkomponente angeordnet werden. Der Epoxidklebstoff und/oder die Phenolharzbeschichtung (i) wirken, um die Knoten aneinander zu binden, und/oder (ii) dienen als eine Feuchtigkeitsbarriere und/oder (iii) dienen als ein Feuerhemmer. Die Knoten bilden die Wände der Wabenzelle, wobei die Zellen die folgenden beispielhaften Formen aufweisen können: sechseckige Zellen (welche optional überdehnt, nicht voll gedehnt oder mittels der optionalen Gegenwart einer flachen Halbierenden über das Sechseck verstärkt sein können) und geformte Zellen, welche als Biegekernzelle, Doppelbiegekernzelle, Vari-Zelle, Isokernzelle und Mikrozelle bekannt sind. Zusätzliche Formen der Wabenkernzelle (z. B. Vielecke, Kreise, Ellipsen, unregelmäßige Formen usw.) können gemäß der Erfindung verwendet werden, wie für Fachleute zu erkennen ist.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "erhöhter Harzgehalt" auf einen Harzgehalt einer Prepreg-Lage, welche einen Stoff und ein Harzsystem umfasst, wobei der Harzgehalt als ein prozentualer Gehalt durch Dividieren des Gewichts des Harzsystems in der Prepreg-Lage durch das Gewicht der Prepreg-Lage bestimmt wird. Um als ein erhöhter Harzgehalt für Prepreg-Lagen, welche kohlefaserbasierte Stoffe umfassen, zu gelten, muss der Harzgehalt im Allgemeinen größer als ca. y % sein, wobei y irgendein ganzzahliger Wert mit einem tiefen Endpunkt von 42 und einem hohen Endpunkt von 99 ist. Um als ein erhöhter Harzgehalt für Prepreg-Lagen, welche glasfaserbasierte Stoffe umfassen, zu gelten, muss der Harzgehalt im Allgemeinen größer als ca. x % sein, wobei x irgendein ganzzahliger Wert mit einem tiefen Endpunkt von 40 und einem hohen Endpunkt von 99 ist. Das Erhöhen des Harzgehalts in einer Prepreg-Lage erhöht den Grad des Kernzusammendrückens, welches die Waben-Sandwichstruktur, die eine derartige Prepreg-Lage einbindet, erfährt.
  • Optional kann eine steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur gemäß der Erfindung einen ersten Kernzusammendrückwert aufweisen, welcher niedriger ist als ein zweiter Kernzusammendrückwert einer unbehandelten Waben-Sandwichstruktur.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "Kernzusammendrückwert" auf den Grad des Kernzusammendrückens, wie bestimmt durch: Miteinandervernetzen einer 8 Zoll zu 12 Zoll großen Stoffbahn einer Waben-Sandwichstruktur; Bestimmen der Fläche des zusammengedrückten Abschnitts durch die folgende Formel: A = Σ2/3 * Xn * Ln,wobei n von 1 bis 4 variiert
    und wobei
    A die Fläche des zusammengedrückten Abschnitts ist,
    Xi die Versetzung der Mitte der i-ten Waben-Sandwichstrukturseite von ihrer ursprünglichen Position ist und Li die ursprüngliche Länge der i-ten Waben-Sandwichstrukturseite ist, und Berechnen des prozentualen Kernzusammendrückens gemäß der folgenden Formel: Prozentuales Kernzusammendrücken = 100-(96 in2-A)/96 in2
  • Siehe auch 5.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "erster Kernzusammendrückwert" auf einen Kernzusammendrückwert, der vorzugsweise in dem Bereich liegt, welcher als einen unteren Endpunkt irgendeinen Wert von zwischen 0% und 0,1% und als einen oberen Endpunkt irgendeinen Wert aufweist, der größer als der untere Endpunkt ist und einen Wert von zwischen 0,1% und 5% aufweist. Beispielhafte Bereiche für einen reduzierten Kernzusammendrückwert umfassen einen Bereich von 0% bis 5% und einen bevorzugten Bereich von 0% bis 3%, wobei ein gegenwärtig bevorzugter Bereich von 0% bis 0,1% ist.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "unbehandelte Waben-Sandwichstruktur" auf eine Waben-Sandwichstruktur, welche optional dieselbe Art von Wabenkern wie der Wabenkern der steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstruktur, mit der sie verglichen wird, aufweist. Eine unbehandelte Waben-Sandwichstruktur ist eine Waben-Sandwichstruktur, bei welcher jede einen Teil bildende Prepreg-Lage eine unbehandelte Prepreg-Lage ist.
  • Optional kann eine steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur gemäß der Erfindung im Vergleich zu einer unbehandelten Waben-Sandwichstruktur weniger Hohlraumgehalt aufweisen.
  • Wie hierin verwendet, bezieht sich "Hohlraumgehalt" auf mikroskopische und makroskopische Hohlräume oder Abschichtungen zwischen Fasern, Garnen (oder Spinnkabeln) und/oder Filamenten, wobei die Hohlräume oder Abschichtungen zwischen Fasern, Garnen (oder Spinnkabeln) und/oder Filamenten von verschiedenen Prepreg-Lagen (bekannt als "Abschichtungen/Hohlräume zwischen benachbarten Schichten") und/oder zwischen Fasern, Garnen (oder Spinnkabeln) und/oder Filamenten derselben Prepreg- Lage (bekannt als "schichtinterne Abschichtungen/Hohlräume") auftreten können. Der Hohlraumgehalt wird unter Verwendung zahlreicher Verfahren gemessen, welche den Fachleuten bekannt sind, einschließlich ohne Einschränkung des Verfahrens, das allgemein als das "optische Faserflächenmessverfahren" bekannt ist und/oder praktiziert wird. Gemäß dem "optischen Faserflächenmessverfahren" wird eine Vielheit von Querschnitten von Teilen der Waben-Sandwichstruktur erlangt; optional wird der Querschnitt mit dem größten visuell sichtbaren Hohlraumgehalt durch Sichtprüfung aus der Vielheit selektiert; und der/die Querschnitt(e) werden durch ein Fotomikroskop abgetastet, wobei die resultierte Abtastung einer softwarebasierten Analyse unterzogen wird, um den Hohlraumgehalt, den Harzgehalt und den Fasergehalt des Querschnitts basierend auf einem Flächenprozentsatz eines solchen Gehalts gegenüber der abgetasteten Gesamtquerschnittsfläche zu bestimmen.
  • Gemäß der Erfindung werden Verfahren zur Herstellung einer steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstrukturvorstufe bereitgestellt, welche umfassen: Erlangen einer zusammengesetzten Waben-Sandwichstrukturvorstufe, die einen Wabenkern mit einer ersten Oberfläche und eine erste Prepreg-Lage umfasst, welche auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, wobei die erste Prepreg-Lage ein Harzsystem und einen Stoff umfasst, der aus der steifheitsbehandelten Stoffen selektiert ist, und Behandeln der zusammengesetzten Waben-Sandwichstrukturvorstufe unter Autoklavbedingungen, welche ausreichen, um die zusammengesetzte Waben-Sandwichstrukturvorstufe zu verfestigen.
  • Waben-Sandwichstrukturen, welche zur Verwendung gemäß der Erfindung vorgesehen sind, werden unter Verwendung von Verfahren hergestellt, welche den Fachleuten allgemein bekannt sind, wobei die Verfahren ohne Einschränkung und ohne Rücksicht auf irgendeine bestimmte Reihenfolge (wobei die Reihenfolge durch die Fachleute problemlos zu erkennen ist) die folgenden optionalen Schritte umfassen: Herstellen oder Erlangen eines Stoffes, wobei der Stoff optional ein steifheitsbehandelter Stoff ist, Tränken wenigstens einer Stoffschicht mit einem Harzsystem, um eine Prepreg-Lage zu bilden, Erzeugen eines Wabenkerns mit wenigstens zwei Oberflächen, Anordnen und/oder Befestigen einer Schicht auf einer der Oberflächen des Wabenkerns, um eine Stoff-Wabenkern-Doppelschicht zu bilden, und/oder auf der zweiten Oberfläche der Stoff-Wabenkern-Doppelschicht, um ein Stoff-Wabenkern-Stoff-Sandwich zu bilden, Abfüllen der Stoff-Wabenkern-Doppelschicht und/oder des Stoff-Wabenkern-Stoff-Sandwichs, Entfernen von überschüssiger Luft aus dem Sack mittels Vakuum und/oder Aushärten der Stoff-Wabenkern-Doppelschicht und/oder des Stoff-Wabenkern-Stoff-Sandwichs unter erhöhten Druck-(im Allgemeinen nicht über 45 PSI, um weiteres Kernzusammendrücken der Wabe zu verhindern) und optional erhöhten Temperaturbedingungen. Siehe zum Beispiel 1 bis 4.
  • Gemäß der Erfindung werden Verfahren zur Herstellung einer steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstruktur bereitgestellt, welche umfassen: Erlangen eines zusammengesetzten Waben-Sandwichs, das einen Wabenkern mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, eine erste Prepreg-Lage, welche auf der ersten Oberfläche angeordnet ist und sich darüber hinaus erstreckt, eine zweite Prepreg-Lage, welche auf der zweiten Oberfläche angeordnet ist und sich darüber hinaus erstreckt, umfasst, wobei ein erster Teil der ersten Prepreg-Lage, welche sich über die erste Oberfläche hinaus erstreckt, einen zweiten Teil der zweiten Prepreg-Lage, welche sich über die zweite Oberfläche hinaus erstreckt, berührt, um ein Kantenband zu formen. Optional können die Strukturen durch zusätzliche Prepreg-Lagen, welche auf der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche und/oder dem Kantenband angeordnet werden, verstärkt werden. Die erste Prepreg-Lage umfasst ein Harzsystem und einen Stoff, welcher aus den steifheitsbehandelten Stoffen der Erfindung selektiert ist, und die zweite Prepreg-Lage und jede der optionalen Prepreg-Lagen umfassen jeweils ein unabhängig selektiertes Harzsystem und einen steifheitsbehandelten Stoff oder einen unbehandelten Stoff. Das zusammengesetzte Waben-Sandwich wird unter Bedingungen, welche ausreichen, um das zusammengesetzte Sandwich zu verfestigen, z. B. unter Autoklavbedingungen, behandelt.
  • Wie hierin verwendet, umfassen "Autoklavbedingungen" Temperatur- und/oder Druckbedingungen, welche ausreichen, um das Aushärten des Harzsystems oder der Harzsysteme, welche auf den Prepreg-Lagen und/oder im Wabenkern angeordnet sind, zu fördern und/oder die Verfestigung des zusammengesetzten Waben-Sandwichs zu fördern.
  • Optional weist die steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur einen ersten Kernzusammendrückwert auf, der niedriger als ein zweiter Kernzusammendrückwert einer unbehandelten Waben-Sandwichstruktur ist.
  • Außerdem können die Autoklavbedingungen optional Druck umfassen, welcher ausreicht, um einen ersten Kernzusammendrückwert, der in der steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstruktur nicht größer als 3% ist, und einen zweiten Kernzusammendrückwert, der in einer unbehandelten Waben-Sandwichstruktur größer als 3% ist, zu bewirken.
  • Wie hierin verwendet, ist ein Steifheit verbessernder Druck einer, welcher ausreicht, um eine "Stoff-Wabenkern"-Doppelschicht zu einer verfestigten Doppelschicht zu verfestigen und/oder um ein "Stoff-Wabenkern-Stoff"-Sandwich zu einer Waben-Sandwichstruktur zu verfestigen. Auf Grund des größeren ASTM-Steifheitswerts des steifheitsbehandelten Stoffes im Vergleich zum unbehandelten Stoff sind Wabenkern-Stoff-Doppelschichten und -Sandwichs, welche steifheitsbehandelte Stoffe verwenden, imstande, während des Autoklavzyklus höheren Drucken standzuhalten, bevor Kernzusammendrücken eintritt. Infolge dieses höheren Drucks kann eine größere Verfestigung der (und dadurch ein niedrigerer Hohlraumgehalt in den) Doppelschichten und Sandwichs, welche wenigstens einen steifheitsbehandelten Stoff verwenden, erreicht werden.
  • Der Wert des "Drucks" kann in Ausdrücken absoluter oder prozentualer Zunahme angegeben werden. Somit kann dieser Wert ein Druck in dem Bereich sein, welcher als einen unteren Endpunkt irgendeinen Wert im Bereich von zwischen über 45 PSI und ca. 60 PSI und als einen oberen Endpunkt irgendeinen Wert aufweist, der größer als der untere Endpunkt ist und im Bereich von zwischen ca. 50 PSI und ca. 85 PSI liegt. Beispielhafte Bereiche umfassen 50 PSI bis 85 PSI und einen bevorzugten Bereich von 55 PSI bis 80 PSI, wobei ein gegenwärtig bevorzugter Bereich von 65 PSI bis 70 PSI ist. Alternativerweise kann dieser Wert so sein, dass er nicht weniger ist als eine p-%-Zunahme gegenüber dem Wert des maximalen Drucks, welcher verwendet werden kann, um ein "Unbehandelter-Stoff-Wabenkern-Unbehandelter-Stoff"-Sandwich zu einer Waben-Sandwichstruktur zu verfestigen, ohne dass ein wesentliches Kernzusammendrücken eintritt (z. B. ca. 45 PSI), wobei p aus irgendeinem Wert zwischen 10 und 150 selektiert wird. Optional ist der Wert von p nicht größer als ca. 200.
  • Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden nichteinschränkenden Beispiele ausführlicher beschrieben. Alle hierin zitierten Entgegenhaltungen werden hiermit durch Bezugnahme mit aufgenommen. Wenn durch die Lehren dieser Spezifikation geführt, kann der Durchschnittsfachmann während der Schutzfrist dieses Patents andere Ausführungsformen dieser Erfindung, welche in den Rahmen der angehängten Patentansprüche fallen, entdecken.
  • Beispiele
  • 1 veranschaulicht einen Wabenkernprobe 10, welche maschinell herausgearbeitet wurde, um eine Stoffbahn zur Diskriminierung des Kernzusammendrückens zu bilden. Wie hierin dargestellt, weist der Kern im Allgemeinen eine Länge "L", eine Breite "W", eine Abschrägung "C", welche darum herum angeordnet ist, eine Bandrichtung, welche durch einen Pfeil "RD" angezeigt ist, und eine Zellengröße auf.
  • In den vorliegenden Beispielen ist die Wabenkernprobe ein 3-lb-NomexTM-Wabenkern mit einer Länge L = 12 Zoll, einer Breite W = 8 Zoll, einer Abschrägung C = 20 Grad, einer Bandrichtung RD, welche im Wesentlichen in der Richtung der Breite der Probe und im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Länge der Probe verläuft, und einer Zellengröße von 3/8 Zoll. Fachleute sind jedoch imstande, problemlos die geeigneten Abmessungen, die Topologie und zusätzliche Eigenschaften zu selektieren, welche ausreichen, um die gewünschten Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen.
  • 2A und 2B veranschaulichen schematisch einen Kernzusammendrückstoffbahnaufbau; 2A ist eine Querschnittansicht, welche einen allgemeinen Aufbau einer Vorlaminatstruktur veranschaulicht, und 2B ist eine Draufsicht der Struktur.
  • In den vorliegenden Beispielen umfasst die Kernzusammendrückstoffbahn eine 3-lb-NomexTM-Wabenkernprobe, wie unter Bezugnahme auf 1 offenbart. Wie in 2A in Querschnittansicht (entlang der Breite W der Stoffbahn) dargestellt, sind neun verschiedene Prepreg-Lagen (als im Wesentlichen horizontale Linien schematisch veranschaulicht) zu erkennen. Vier dieser Prepreg-Lagen sind "Vollbedeckungs"-Prepreg-Lagen, nämlich zwei auf der Oberseite des Wabenkerns 10 angeordnet und zwei auf der Unterseite des Wabenkerns 10 angeordnet, wobei jeweils eine der Oberseiten- und Unterseitenlagen bei +/–45° ausgerichtet ist, und die jeweils andere der Oberseiten- und Unterseitenlagen bei –0/90° ausgerichtet ist. Zwei der Prepreg-Lagen sind "Verdoppler"-Prepreg-Lagen, wobei eine auf der Oberseite des Wabenkerns 10 angeordnet ist und die andere auf der Unterseite des Wabenkerns 10 angeordnet ist und die Ausrichtung beider Lagen –0/90° ist. Die drei restlichen Prepreg-Lagen sind "Bilderrahmen"-Lagen, wobei alle drei um das Kantenband E der Waben-Sandwichstruktur herum angeordnet sind (d. h. der Teil der Struktur, an dem sich die Prepreg-Lagen direkt berühren) und die Ausrichtung aller drei Lagen –0/90° ist.
  • Wie in 2B in Draufsicht dargestellt, weist die Wabenkern-Sandwichstruktur im Algemeinen eine Länge "1", eine Breite "w" und ein Kantenband E, welches um den Umfang des Wabenkerns 10 herum ausgebildet ist, auf. In den vorliegenden Beispielen weist die Wabenkern-Sandwichstruktur eine Länge 1 = 16 Zoll und eine Breite w = 12 Zoll auf. Die auf diese Weise ausgebildete Wabenkern-Sandwichstruktur kann als eine Stoffbahn zur Diskriminierung des Kernzusammendrückens verwendet werden.
  • 3 veranschaulicht schematisch einen Abfüllprozess für stoffbasierte Waben-Sandwichstrukturen vor dem Autoklavieren. Wie in 3 dargestellt, umfasst der Abfüllprozess im Allgemeinen eine Wabenkernprobe 10, wenigstens zwei Prepegs (z. B. Stoffe, welche mit einem Harzsystem behandelt wurden) 12, 14, welche jeweils auf den unteren und oberen Flächen der Wabenkernprobe angeordnet sind, um eine Wabenkern-Sandwichstruktur zu bilden, ein Werkzeug 16, eine Trennmittelfolie 18, einen Entlüfter 20, einen Vakuumsack 22 und ein Vakuumsackband 24. Das Werkzeug 16 ist vorzugsweise Aluminium, und die Oberfläche des Werkzeugs 16 ist vorzugsweise mit Freecote hergestellt, wie im Stand der Technik bekannt. Eine stoffbasierte Waben-Sandwichstruktur mit einem derartigen Aufbau kann in einem Autoklav wärmebehandelt werden, um Miteinandervernetzen der Wabenkernprobe und der Prepegs, wie im Stand der Technik bekannt, bereitzustellen.
  • 4A ist eine grafische Darstellung, welche einen Autoklavzyklus für eine Probenstoffbahn zur Diskriminierung des Kernzusammendrückens einer glasfaserbasierten Waben-Sandwichstruktur (siehe Beispiele im Anschluss) veranschaulicht, und 4B ist eine grafische Darstellung, welche einen Autoklavzyklus für eine Probenstoffbahn zur Diskriminierung des Kernzusammendrückens einer kohlefaserbasierten Waben-Sandwichstruktur (siehe Beispiele im Anschluss) veranschaulicht. Unter Bezugnahme auf 4A werden in den vorliegenden Beispielen unter Bezug auf glasfaserbasierte Stoffe die folgenden Härtungszykluswerte verwendet: max. Aufwärmgeschwindigkeit = 3°F/min, Temperaturspitze = 260°F +/– 10°F, Haltezeit = 90 min +/– 5 min, max. Abkühlgeschwindigkeit 5°F/min, Mindestvakuum zu Vakuumsack = 22 Zoll Hg und Autoklavdruck = 45 PSI +/– 5 PSI (entlüftet, wenn Druck 20 PSI ist). Unter Bezugnahme auf 4B werden in den vorliegenden Beispielen unter Bezug auf kohlefaserbasierte Stoffe die folgenden Härtungszykluswerte verwendet: max. Aufwärmgeschwindigkeit = 3°F/min, Temperaturspitze = 350°F +/– 10°F, Haltezeit = 120 min +/– 5 min, max. Abkühlgeschwindigkeit 5°F/min, Mindestvakuum zu Vakuumsack = 22 Zoll Hg und Autoklavdruck = 45 PSI +/– 5 PSI (entlüftet, wenn Druck 20 PSI ist). Die Fachleute sind imstande, sowohl die Arbeitsbereiche als auch die bestmöglichen Werte der Aufwärmgeschwindigkeiten, Temperaturspitzen, Haltezeiten, Abkühlgeschwindigkeiten, des Vakuums und der Autoklavdrucke auf der Basis der selektierten Kern- und Prepreg-Materialien problemlos zu bestimmen.
  • 5 veranschaulicht eine Probenstoffbahn zur Diskriminierung des Kernzusammendrückens, welche einen Grad des Kernzusammendrückens nach dem Autoklavieren zeigt. Wie hierin dargestellt, zeigt für jede Stoffbahnseite der autoklavierten Probenstoffbahn zur Diskriminierung des Kernzusammendrückens jedes "Li" die ursprüngliche Länge einer jeweiligen Stoffbahnseite an, und "X" (zwischen jeweiligen Paaren von entgegengesetzten Pfeilen angeordnet) zeigt das Maß der Versetzung der Mitte der Stoffbahnseite von ihrer ursprünglichen Stelle an.
  • Beispiel 1 – Stoff und Steifheit
  • Ein glasfaserbasierter Stoff wurde folgendermaßen hergestellt und verarbeitet. Im Handel erhältliche Glasfasern wurden mit eine stärkebasierten Lösung geschlichtet und unter Verwendung einer 8-schäftigen Satinbindung (Bindungsart 7781; Faserflächengewicht von 293 +/– 10 g/m2) zu mehreren Proben gewebt. Die stärkebasierte Schlichte wurde von jeder der Proben weggebrannt. Jede der Proben erhielt eine Kennungsbezeichnung (d. h. GL-XXX, wobei XXX ein Wert ist, der im Bereich von 001 bis 9999 liegt). Siehe Tabelle 1. Jede der Proben wurde mit einem von drei verschiedenen im Handel erhältlichen Finishs (z. B. Vorstufen von dem Typ, der als CS 724 bekannt und von Clark-SchwebelTM erhältlich ist, BGF 644 oder BGF 508A, die beide von Burlington Glass FabricsTM erhältlich sind) mit verschiedenen Vorstufenkonzentrationsniveaus behandelt. Siehe Tabelle 1. Jede der verschiedenen Proben aus oberflächenbehandeltem, gewebtem Glasfaserstoff wurde bei verschiedenen Temperaturen für verschiedene Verweilzeiten und verschiedene Produkte aus Zeit und Temperatur wärmebehandelt. Siehe Tabelle 1.
  • TABELLE 1
    Figure 00710001
  • Ein kohlefaserbasierter Stoff wurde folgendermaßen hergestellt und verarbeitet. Im Handel erhältliche Rollen von geschlichtetem kohlefaserbasiertem Stoff, welcher unter Verwendung einer Leinwandbindung (Leinwandbindungsart 322; Faserflächengewicht von 193 +/– 7 g/m2) gewebt wurde, wurden beschafft. Jede der Stoffrollen wurde mit einer von zwei verschiedenen im Handel erhältlichen Schlichten [z. B. Vorstufen des Typs, der als UC309 bekannt und von Union Carbide (Danbury, CT) erhältlich ist und von Amoco (Greenville, SC) oder Toray (Japan) verarbeitet wird (Torays Vorstufe kann eine andere Handelsbezeichnung aufweisen, obwohl Torays Vorstufe dieselbe chemische Struktur wie UC309 aufweist), oder des Typs, der als EP03 bekannt und von Toho (Japan) erhältlich ist und von Toho (Palo Alto, CA) verarbeitet wird] mit verschiedenen Vorstufenkonzentrationsniveaus behandelt. Siehe Tabelle 2. Jede der Rollen erhielt eine Kennungsbezeichnung (d. h. GR-XXX, wobei XXX ein Wert ist, der im Bereich von 001 bis 999 liegt). Jede der ersten vier Rollen wurde dann in zwei Proben weiter geteilt, nämlich in eine "Vergleichs"-Probe (d. h. eine Probe in Tabelle 2, welche zwar eine Kennungsbezeichnung aufweist, aber nicht mit einem Suffix "a" gekennzeichnet ist) und eine "behandelte" Probe (d. h. eine Probe in Tabelle 2, welche dieselbe Kennungsbezeichnung wie die "Vergleichs"-Probe aufweist, aber auch mit einem Suffix "a" gekennzeichnet ist). Siehe Tabelle 2. Jede der "Vergleichs"-Proben war ein unbehandelter Stoff. Jede der "behandelten" Proben war ein unbehandelter Stoff, welcher einer Wärmebehandlung bei einer Behandlungstemperatur (°F) für eine Behandlungszeit (Minuten) unterzogen wurde. Jede der restlichen Rollen/Proben ist ein unbehandelter Stoff, welcher eine Wärmebehandlung bei einer Behandlungstemperatur (°F) für eine Behandlungszeit (Minuten) unterzogen wurde, wie angegeben. Siehe Tabelle 2 (NA bedeutet Nicht Zutreffend).
  • Unter Bezugnahme auf die Daten, welche in Tabelle 2 dargelegt sind, können Fachleute problemlos erkennen, dass verbesserte ASTM-Werte und reduzierte Kernzusammendrückwerte durch die vorliegende Erfindung entweder durch Behandeln der Kohlefasern vor dem Weben oder durch Behandeln eines kohlefaserbasierten Stoffes nach dem Weben erreicht werden können.
  • Die Fachleute erkennen auch, dass der Temperaturbereich zur Wärmebehandlung einer Kohlefaser oder eines kohlefaserbasierten Stoffes eine obere Grenze aufweist, die schlichtenspezifisch ist. Die obere Grenze kann eine Temperatur sein, bei welcher die Schlichte beginnt, sich während der Wärmebehandlung zu zersetzen, so dass es sein kann, dass die behandelte Kohlefaser oder der behandelte kohlefaserbasierte Stoff ungeachtet des prozentualen Finishanteils (LOI) keinen verbesserten ASTM-Wert oder Kernzusammendrückwert zeigen. Wärmebehandlung über dieser Grenze kann sich durch einen charakteristischen Brandgeruch während der Wärmebehandlung zeigen.
  • TABELLE 2
    Figure 00730001
  • Der ASTM-Steifheitswert oder die Steifheit jeder Probe des Glasfaserstoffs und des Kohlefaserstoffs wurden durch das Kreisbiegeverfahren bestimmt, das durch die amerikanische Gesellschaft für Prüfung und Werkstoffe (ASTM) entwickelt wurde. Die ASTM-Steifheitswerte, welche durch diese Prüfung erlangt wurden, sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 zusammengefasst. Wie aus Tabelle 1 und 2 zu erkennen ist, definieren die zahlreichen Stoffe mit erhöhtem ASTM-Steifheitswert eine Stoffgattung mit einem erhöhten ASTM-Steifheitswert, wie durch die Erfindung vorgesehen.
  • Beispiel 2 – Ausgangsmaterialien
  • Glasfaserbasierte Ausgangsmaterialien wurden folgendermaßen hergestellt und verarbeitet. Im Handel erhältliche Glasfasern wurden mit einer stärkebasierten Lösung geschlichtet und unter Verwendung einer 8-schäftigen Satinbindung (Bindungsart 7781; Faserflächengewicht von 239 +/– 10 g/m2) zu mehreren Proben gewebt. Die stärkebasierte Schlichte wurde von jeder der Proben weggebrannt. Jede der Proben erhielt eine Kennungsbezeichnung (d. h. GL-XXX, wobei XXX ein Wert ist, der von 001 bis 999 reicht). Siehe Tabelle 1. Proben, welche als GL-010 (0,17%), GL-011 (0,14%), GL-041 (0,17%), GL-042 (0,14%) und GL-055 (0,16%) zusammen mit GL-015 (0,16%), GL-019 (0,16%), GL-030 (0,16%), GL-031 (0,16%), GL-047 (0,17%) und GL-048 (0,17%) ausgewiesen sind, ergaben Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentrationsniveaus (0,14% bis 0,17%, wie in Klammer angegeben) des konkreten Finishs im Vergleich zu den im Handel praktizierten Finishkonzentrationen für das konkrete Finish (z. B. CS 724 oder BGF 644, soweit anwendbar), welche auf 0,10% +/– 0,02% geschätzt werden. Auf ähnliche Weise ergaben Proben, welche als GL-243 (0,15%), GL-245 (0,13%), GL-229 (0,14%), GL-280 (0,13%), GL-281 (0,13%) und GL-285 (0,14%) ausgewiesen sind, Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentrationen (0,13% bis 0,15%, wie in Klammer angegeben) des konkreten Finishs im Vergleich zu den im Handel praktizierten Finishkonzentrationen für das konkrete Finish (z. B. BGF 500A, soweit anwendbar), welche auf 0,10 +/– 0,02% geschätzt werden.
  • Wie in Tabelle 1 aus der ASTM-Steifheitsprüfung, welche an dem wärmebehandelten Stoff durchgeführt wurde, der aus solchen Ausgangsmaterialien gebildet wurde, ersichtlich ist, reichten Steifheitswerte für glasfaserbasierte Probenstoffe von 3,0 bis 8,1, welche innerhalb der definierten erhöhten ASTM-Steifheitswertbereiche liegen, die durch die Erfindung vorgesehen sind.
  • Beispiel 3 – Waben-Sandwichstruktur und Vorstufen davon
  • Ein Wabenkern, welcher den Boeing-Materialspezifikationen 8-124, Klasse IV, Typ V, Grad 3 entspricht, wurde von einer im Handel verfügbaren Quelle (Hexcel Corporation, Casa Grande, AZ) beschafft. Der Wabenkern wurde maschinell auf die Abmessungen, welche in 1 dargestellt sind, verarbeitet, und eine rechteckige Stoffbahn einer Waben-Sandwichstruktur wurde für jeden der selektierten Probenstoffe folgendermaßen zusammengesetzt, wie in 2A und 2B dargestellt, abgefüllt, wie in 3 dargestellt, und ausgehärtet, wie in 4A und 4B dargestellt.
  • Unter Bezugnahme auf 1, 2A und 2B umfasste die Waben-Sandwichstruktur (i) einen NomexTM-Wabenkern, (ii) vier Prepreg-Lagen, wobei zwei auf der Oberseite des Wabenkerns angeordnet wurden und sich darüber hinaus erstreckten und zwei auf der Unterseite des Wabenkerns angeordnet wurden und sich darüber hinaus erstreckten, wobei ein Teil der Oberfläche der Lagen, welche sich über die Oberflächen hinaus erstreckten, jeweils einen anderen berührte, um ein Kantenband zu formen, (ii) drei zusätzliche "Bilderrahmen"-Prepreg-Lagen, welche nur entlang des Kantenbands angeordnet waren und (iv) zwei zusätzliche "Verdoppler"-Prepreg-Lagen, welche nur entlang der Seitenkanten (z. B. der abgeschrägten Seitenfläche, welche die Oberseite und die Unterseite verband) des Wabenkerns und des Kantenbands angeordnet waren, wobei alle Prepreg-Lagen jeweils einen der selektierten Probenstoffe, welche gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden, umfassten.
  • Für jeden der selektierten Probenstoffe, welche gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden, wurde durch Benetzen des Probenstoffes mit einem geeigneten Harzsystem eine Prepreg-Schicht hergestellt. Die Prepreg-Schicht wurde in zwei Stücke oder Prepreg-Lagen geschnitten und auf dem Wabenkern angeordnet, um eine Wabenstoffbahnvorstufe zu bilden. Jede der Prepreg-Lagen wies eine ausreichende Abmessung auf, um sowohl (i) Abdecken aller Oberflächen des Wabenkerns als auch (i) Überlappen der beiden Prepreg-Lagen, um ein Kantenband zu formen, zu ermöglichen, und zwar alles gemäß den Abmessungen der rechteckigen Waben-Sandwichstruktur-Stoffbahn zur Diskriminierung des Kernzusammendrückens, deren Aufbau in 2A veranschaulicht ist.
  • Die Wabenstoffbahnvorstufe wurde auf einem Aluminiumwerkzeug aufgelegt und gemäß 3 abgefüllt.
  • Die abgefüllte Wabenstoffbahnvorstufe wurde einem Autoklavzyklus unterzogen, wobei der Autoklavzyklus entweder gemäß 4A (glasfaserbasierter Stoff) oder 4B (kohlefaserbasierter Stoff) durchgeführt wurde.
  • Nach dem Autoklavzyklus war die Waben-Sandwichstrukturstoffbahn ausgebildet und bereit zur Kernzusammendrückwertmessung.
  • Beispiel 4 – Messen des Kernzusammendrückens
  • Rechteckige Stoffbahnen einer Waben-Sandwichstruktur, welche einen NomexTM-Wabenkern und zwei Prepreg-Lagen umfasste, welche denselben Stoff umfassten, wurden für jeden der selektierten Probenstoffe gemäß Beispiel 3 zusammengesetzt und ausgehärtet.
  • Unter Bezugnahme auf 5 wurden für jede der Waben-Sandwichstrukturstoffbahnen, welche dadurch hergestellt wurden, für jede der vier Seiten dieser Stoffbahn die folgenden Messungen vorgenommen:
    • – die Versetzung der Mitte der Stoffbahnseite von ihrer ursprünglichen Position (X) und
    • – die ursprüngliche Länge der Stoffbahnseite (Li).
  • Sobald die Messungen für alle vier Seiten durchgeführt waren, wurde die Fläche des Abschnitts der Stoffbahn, welcher zusammengedrückt wurde, folgendermaßen berechnet: A = Σ2/3 * Xn * Ln,wobei n von 1 bis 4 variiert und wobei
    A der Bereich des Abschnitts der Stoffbahn, welcher zusammengedrückt wurde, ist,
    Xi die Versetzung der Mitte der i-ten Waben-Sandwichstrukturseite von ihrer ursprünglichen Position ist und
    Li die ursprüngliche Länge der i-ten Waben-Sandwichstrukturseite ist; und
    sobald der Wert von A bestimmt war, wurde die prozentuale Kernzusammendrückung gemäß der folgenden Formel berechnet: Prozentuale Kernzusammendrücken = 100 – (96 in2 – A)/96 in2
  • Die Ergebnisse des Kernzusammendrückprozentsatzes für jeden der Wabenkerne, welche unter Verwendung derselben Stoffe zusammengesetzt waren, sind in Tabelle 1 dargelegt.
  • Beispiel 5 – Messen des Reibungswiderstands zwischen Prepreg-Lagen
  • Der Reibungswiderstand zwischen Prepreg-Lagen, welche aus Spezies der Erfindung zusammengestellt waren, wurde folgendermaßen gemessen.
  • Die folgenden drei glasfaserbasierten Probenstoffe, welche gemäß Beispiel hergestellt wurden, wurden in der Reibungswiderstandsprüfung verwendet:
    • – Probe 1, welche eine "Vergleichsprobe" oder ein unbehandelter Stoff war, der in einer 8-schäftigen Satinbindung mit einem Faserflächengewicht von 293 +/– 10 g/m2 und einer Konzentration von Finish (im Handel von Clark SchwebelTM als CS 724 erhältlich) von 0,10% gewebt war und bei 300 bis 350 °F für 1,4 +/– 0,2 Minuten wärmebehandelt wurde;
    • – Probe 2, welche ein "steifheitsbehandelter" Stoff war, der in einer 8-schäftigen Satinbindung mit einem Faserflächengewicht von 293 +/– 10 g/m2 und einer Konzentration von Finish (im Handel bei Clark SchwebelTM als CS 724 erhältlich) von 0,16% gewebt war und bei 450 °F für 1,4 +/– 0,2 Minuten wärmebehandelt wurde;
    • – Probe 3, welche ein "steifheitsbehandelter" Stoff war, der in einer 8-schäftigen Satinbindung mit einem Faserflächengewicht von 293 +/– 10 g/m2 und einer Konzentration von Finish (im Handel von Burlington Glass FabricsTM als BGF 644 erhältlich) von 0,17% gewebt war und bei 500°F für 1,2 Minuten wärmebehandelt wurde.
  • Für jede der drei glasfaserbasierten Probenstoffe wurde durch Benetzen des Probenstoffes mit einem geeigneten Harzsystem (z. B. einem wärmehärtbaren epoxidbasierten Harzsystem, das im Handel von Cytec Fiberite (Tempe, AZ) erhältlich und als Cytec Fiberite 7701 bekannt ist) eine Prepreg-Schicht hergestellt. Die Prepreg-Schicht wurde in zwei rechteckige, etwa gleich große Stücke oder Prepreg-Lagen geschnitten. Jedes Stück des Zwei-Stück-Satzes wurde auf dem anderen Stück angeordnet, um eine Doppelschicht zu bilden, wobei ein Teil jedes Stücks das andere Stück an gegenüberliegenden Enden der Doppelschicht überlappt.
  • Der Reibungswiderstand zwischen den Stücken der Doppelschicht wurde gemäß dem Verfahren zur Messung des Reibungswiderstands zwischen zwei Prepreg-Lagen gemessen, wobei das Verfahren 1996 in einem Dokument öffentlich vorgestellt und/oder veröffentlicht wurde, das von M. Wilhelm, C. J. Martin und J. C. Seferis mit dem Titel "Frictional Resistance of Thermoset Prepegs and its Influence on Honeycomb Composite Processing" verfasst wurde und dessen gesamte Inhalte durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden. Siehe 10 bis 12.
  • Um das Verfahren zusammenzufassen, wurde die Doppelschicht in eine Reibungswiderstandsprüfmaschine eingeführt, welche zwei Klemmen, deren Backen einander gegenüberstanden, und Mittel zum Einstellen und Messen der Zugkraft zwischen den Klemmen umfasste. Eine der beiden überlappenden Kanten der Doppelschicht wurde in jeder Backe angeordnet, und die Backen der Klemme wurden gegen die überlappende Kante gesichert, um Verschieben der überlappenden Kante innerhalb der Backen der Klemme zu verhindern. Dann wurde eine Kraft zwischen den Klemmen angelegt und langsam gesteigert, bis wesentliches Verschieben zwischen den beiden Schichten der Doppelschicht festgestellt wurde. Die Kraft, bei welcher wesentliches Verschieben festgestellt wurde (z. B. die LAST), wurde als der Reibungswiderstand zwischen den Prepreg-Lagen ausgewiesen.
  • Die Reibungswiderstandsprüfung wurde an jeder der drei Proben bei einer von zwei Heizplattentemperaturen durchgeführt: 125°F und 175°F. Die Ergebnisse der Reibungsprüfung sind in der folgenden Tabelle 3 dargelegt.
  • TABELLE 3
    Figure 00810001
  • 10 bis 12 sind grafische Darstellungen, welche die Last- zu Versetzungswerte für Probe 2, 3 und 1 bei Heizplattentemperaturen von 125°F, 175°F beziehungsweise 125°F folgendermaßen veranschaulichen.
  • 10 ist eine grafische Darstellung, welche die Reibungskraft, die sich zwischen zwei Prepreg-Lagen, welche auf zwei wärmebehandelten Stoffen (d. h. Probe 3) von Beispiel 5 basieren, bei einer Heizplattentemperatur von 125°F entwickelt, veranschaulichen. Jede Kurve in der grafischen Darstellung stellt die Zwischen-Lagen-Versetzung (in Zoll) dieser beiden Prepreg-Lagen in Bezug aufeinander als eine Funktion der Kraft (z. B. Last, gemessen in Pounds), welche auf die Prepreg-Lagen ausgeübt wird, dar. Der Punkt, an dem die vertikale Hash-Marke jede Kurve schneidet, ist der Reibungswiderstand für dieses Probendiagramm. Der x-Achsenabschnitt jeder Kurve stellt den Nullpunkt für die Versetzung dar. Diese Kurve kann erklären, wie der steifheitsbehandelte Stoff in einer Prepreg-Lage Kernzusammendrücken mindern kann.
  • 11 ist eine grafische Darstellung, welche die Reibungskraft, die sich zwischen zwei Prepreg-Lagen, welche auf zwei wärmebehandelten Stoffen (d. h. Probe 2) von Beispiel 5 basieren, bei 175 °F entwickelt, veranschaulichen. Jede Kurve in der grafischen Darstellung stellt die Zwischen-Lagen-Versetzung (in Zoll) dieser beiden Prepreg-Lagen in Bezug aufeinander als eine Funktion der Kraft (z. B. Last, gemessen in Pounds), welche auf die Prepreg-Lagen ausgeübt wird, dar. Der Punkt, an dem die vertikale Hash-Marke jede Kurve schneidet, ist der Reibungswiderstand für dieses Probendiagramm. Der x-Achsenabschnitt jeder Kurve stellt den Nullpunkt für die Versetzung dar. Diese Kurve kann erklären, wie der steifheitsbehandelte Stoff in einer Prepreg-Lage die Kernzusammendrückung mindern kann.
  • 12 ist eine grafische Darstellung, welche die Reibungskraft, die sich zwischen zwei Prepreg-Lagen, welche auf zwei unbehandelten Stoffen (d. h. Probe 1) von Beispiel 5 basieren, bei 125°F entwickelt, veranschaulichen. Jede Kurve in der grafischen Darstellung stellt die Zwischen-Lagen-Versetzung (in Zoll) dieser beiden Prepreg-Lagen in Bezug aufeinander als eine Funktion der Kraft (z. B. Last, gemessen in-Pounds), welche auf die Prepreg-Lagen ausgeübt wird, dar. Der Punkt, an dem die vertikale Hash-Marke jede Kurve schneidet, ist der Reibungswiderstand für dieses Probendiagramm. Der x-Achsenabschnitt jeder Kurve stellt den Nullpunkt für die Versetzung dar.

Claims (46)

  1. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffs zur Herstellung einer Waben-Sandwichstrukturvorstufe, wobei die Waben-Sandwichstrukturvorstufe einen Wabenkern, eine steifheitsbehandelte Prepreg-Lage und eine zweite Prepreg-Lage einschließt, worin die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage den steifheitsbehandelten Stoff und ein Harzsystem einschließt, worin der steifheitsbehandelte Stoff eine Vielheit von Fasern und ein polymerisches Material umfasst, das auf wenigstens einigen der Fasern angeordnet ist, worin der steifheitsbehandelte Stoff einen ASTM-Steifheitswert zeigt, der größer als der ASTM-Steifheitswert eines unbehandelten Stoffs ist, und. worin die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage, wenn auf einer zweiten Prepreg-Lage angeordnet, die ein Harzsystem und einen Stoff umfasst, der aus der Gruppe selektiert ist, die aus steifheitsbehandelten Stoffen und unbehandelten Stoffen besteht, einen Reibungswiderstand zwischen der steifheitsbehandelten Prepreg-Lage und der zweiten Prepreg-Lage zeigt, der größer als der Reibungswiderstand zwischen zwei aufeinander angeordneten unbehandelten Prepreg-Lagen ist, wobei jede der zwei unbehandelten Prepreg-Lagen das Harzsystem und einen unbehandelten Stoff umfasst.
  2. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffs nach Anspruch 1, worin die Fasern des steifheitsbehandelten Stoffs und des unbehandelten Stoffs Glasfasern sind, und worin der ASTM-Steifheitswert des steifheitsbehandelten Stoffs wenigstens 7% größer als der ASTM-Steifheitswert des unbehandelten Stoffs ist.
  3. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffs nach Anspruch 1, worin die Fasern des steifheitsbehandelten Stoffs und des unbehandelten Stoffs Kohlefasern sind, und worin der ASTM-Steifheitswert des steifheitsbehandelten Stoffs wenigstens 45% größer als der ASTM-Steifheitswert des unbehandelten Stoffs ist.
  4. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffs nach Anspruch 1, worin der steifheitsbehandelte Stoff einen ASTM-Steifheitswert von nicht weniger als ca. 3,4 lb ft zeigt.
  5. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffs nach Anspruch 1, worin die Fasern Glasfasern sind und der ASTM-Steifheitswert im Bereich von ca. 3,0 lb ft bis ca. 8,1 lb ft liegt.
  6. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffs nach Anspruch 4, worin die Fasern Kohlefasern sind.
  7. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffs nach Anspruch 4, worin ein Teil des polymerischen Materials chemisch an die Fasern gebunden ist und im Wesentlichen aus fortgeschrittenen n-meren von Vorstufen des polymerischen Materials besteht.
  8. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffs nach Anspruch 7, worin die fortgeschrittenen n-mere einen durchschnittlichen n-Wert von nicht weniger als 3 haben.
  9. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffs nach Anspruch 4, worin ein Teil des polymerischen Materials chemisch an die Fasern gebunden ist und die Fasern beschichtet, um die durchschnittliche Dicke davon, im Vergleich zu den entsprechenden Fasern eines unbehandelten Stoffs, zu erhöhen.
  10. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffs nach Anspruch 9, worin der Zuwachs in der durchschnittlichen Dicke im Bereich zwischen ca. 8% und ca. 20% liegt.
  11. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffs nach Anspruch 9, worin ein Teil des Anteils von Fasern Garne oder Spinnkabel umfasst, die sowohl eine erste kapillare Oberfläche als auch eine erste nichtkapillare Oberfläche aufweisen, und das auf der ersten kapillaren Oberfläche einer ersten Vielheit der Garne oder Spinnkabel angeordnete polymerische Material eine durchschnittliche Dicke hat, die größer als die durchschnittliche Dicke des polymerischen Materials ist, das auf der ersten nichtkapillaren Oberfläche der Garne oder Spinnkabel der ersten Vielheit angeordnet ist.
  12. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffs nach Anspruch 11, worin eine Untermenge der Garne oder Spinnkabel Filamente umfassen, die sowohl eine zweite kapillare Oberfläche als auch eine zweite nichtkapillare Oberfläche aufweisen, und das auf der zweiten kapillaren Oberfläche einer zweiten Vielheit von Filamenten angeordnete polymerische Material eine durchschnittliche Dicke hat, die größer als die durchschnittliche Dicke des polymerischen Materials ist, das auf der zweiten nichtkapillaren Oberfläche der Filamente der zweiten Vielheit angeordnet ist.
  13. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffrohmaterials zur Herstellung einer Waben-Sandwichstrukturvorstufe, wobei die Waben-Sandwichstrukturvorstufe einen Wabenkern, eine steifheitsbehandelte Prepreg-Lage und eine zweite Prepreg-Lage einschließt, und wobei die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage einen steifheitsbehandelten Stoff einschließt, der das steifheitsbehandelte Stoffrohmaterial einschließt, worin das steifheitsbehandelte Stoffrohmaterial, Stoffrohmaterial, Vorstufen von polymerischem Material, das auf wenigstens einigem des Stoffrohmaterials in einer Steifheit verbessernden Vorstufenkonzentration angeordnet ist, und, optional, polymerisches Material, das auf wenigstens einigem des Stoffrohmaterials angeordnet ist, umfasst, und worin die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage, wenn auf einer zweiten Prepreg-Lage angeordnet, die ein Harzsystem und einen Stoff umfasst, der aus der Gruppe selektiert ist, die aus steifheitsbehandelten Stoffen und unbehandelten Stoffen besteht, einen Reibungswiderstand zwischen der steifheitsbehandelten Prepreg-Lage und der zweiten Prepreg-Lage zeigt, der größer als der Reibungswiderstand zwischen zwei aufeinander angeordneten, unbehandelten Prepreg-Lagen ist, wobei jede der zwei unbehandelten Prepreg-Lagen das Harzsystem und einen unbehandelten Stoff umfasst.
  14. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffrohmaterials nach Anspruch 13, worin das Stoffrohmaterial Glasfasern und/oder Glasgarne und/oder Glasfilamente ist und die Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration nach Gewicht im Bereich von 0,25 bis 1,0% liegt.
  15. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffrohmaterials nach Anspruch 13, worin das Stoffrohmaterial Glasfasern und/oder Glasgarne und/oder Glasfilamente ist, die optional in einer 8-schäftigen Gewebebindungsart gewebt wurden, um einen Stoff zu formen, die Vorstufen von polymerischem Material die Formel eines kommerziell verfügbaren Finish haben, das als CS 724 Finish bekannt ist, und die Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration im Bereich von 0,13% bis 0,17% liegt.
  16. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffrohmaterials nach Anspruch 13, worin das Stoffrohmaterial Kohlefasern und/oder Kohlespinnkabel und/oder Kohlefilamente ist und die Steifheit verbessernde Vorstufenkonzentration im Bereich von 0,10% bis 0,39% oder 1,08% bis 1,17 liegt.
  17. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffrohmaterials nach Anspruch 13, worin ein Teil der Vorstufen chemisch an eine Untermenge von wenigstens einigem des Stoffrohmaterials gebunden ist.
  18. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffrohmaterials nach Anspruche 13, worin das polymerische Material auf wenigstens einigem des Stoffrohmaterials zugegen und angeordnet ist, und worin ein erster Teil der Vorstufen und/oder des polymerischen Materials chemisch an einen zweiten Teil der Vorstufen und/oder des polymerischen Materials gebunden ist, und worin dadurch Derivate geformt werden.
  19. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffrohmaterials nach Anspruch 18, worin ein dritter Teil der Derivate und/oder des polymerischen Materials fortgeschrittene n-mere von Vorstufen des polymerischen Materials umfasst.
  20. Verwendung eines steifheitsbehandelten Stoffrohmaterials nach Anspruch 19, worin die fortgeschrittenen n-mere einen durchschnittlichen n-wert von nicht weniger als 3 haben.
  21. Verwendung einer steifheitsbehandelten Prepreg-Lage zur Herstellung einer Waben-Sandwichstrukturvorstufe, die einen Wabenkern, die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage und eine zweite Prepreg-Lage einschließt, worin die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage einen steifheitsbehandelten Stoff und ein Harzsystem umfasst, und worin die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage, wenn auf einer zweiten Prepreg-Lage angeordnet, die ein Harzsystem und einen Stoff umfasst, der aus der Gruppe selektiert ist, die aus steifheitsbehandelten Stoffen und unbehandelten Stoffen besteht, einen Reibungswiderstand zwischen der steifheitsbehandelten Prepreg-Lage und der zweiten Prepreg-Lage zeigt, der größer als der Reibungswiderstand zwischen zwei aufeinander angeordneten, unbehandelten Prepreg-Lagen ist, wobei jede der zwei unbehandelten Prepreg-Lagen das Harzsystem und einen unbehandelten Stoff umfasst.
  22. Verwendung einer steifheitsbehandelten Prepreg-Lage nach Anspruch 21, worin der Reibungswiderstand zwischen der steifheitsbehandelten Prepreg-Lage und der zweiten Prepreg-Lage zwischen 50 Pounds und 175 Pounds (Boeing-Wilhelm-Verfahren) liegt.
  23. Verwendung einer steifheitsbehandelten Prepreg-Lage nach Anspruch 21, worin der Reibungswiderstand zwischen der steifheitsbehandelten Prepreg-Lage und der zweiten Prepreg-Lage zwischen 75 Pounds und 175 Pounds (Boeing-Wilhelm-Verfahren) liegt.
  24. Verwendung einer steifheitsbehandelten Prepreg-Lage nach Anspruch 21, worin der Reibungswiderstand zwischen der steifheitsbehandelten Prepreg-Lage und der zweiten Prepreg-Lage zwischen 100 Pounds und 150 Pounds (Boeing-Wilhelm-Verfahren) liegt.
  25. Eine steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstrukturvorstufe, die einen Wabenkern mit einer ersten Oberfläche, und eine auf der ersten Oberfläche angeordnete steifheitsbehandelte Prepreg-Lage umfasst, worin die steifheitsbehandelte Prepreg-Lage ein Harzsystem und einen Stoff umfasst, der aus steifheitsbehandelten Stoffen selektiert ist.
  26. Steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstrukturvorstufe nach Anspruch 25 weiterhin wenigstens eine zusätzliche Prepreg-Lage umfassend, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist, worin jede der zusätzlichen Prepreg-Lage (n) ein unabhängig selektiertes Harzsystem und einen Stoff umfasst, der unabhängig aus der Gruppe selektiert wurde, die aus steifheitsbehandelten Stoffen und unbehandelten Stoffen besteht.
  27. Steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstrukturvorstufe nach Anspruch 26, worin sich wenigstens eine Prepreg-Lage, die aus der Gruppe selektiert wurde, die aus den zusätzlichen Prepreg-Lagen und der steifheitsbehandelten Prepreg-Lage besteht, über die erste Oberfläche des Wabenkerns hinaus erstreckt.
  28. Eine steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur, die einen Wabenkern mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, eine erste auf der ersten Oberfläche angeordnete und sich darüber hinaus erstreckende Prepreg-Lage, eine auf der zweiten Oberfläche angeordnete und sich darüber hinaus erstreckende zweite Prepreg-Lage umfasst, worin ein erster Teil der sich über die erste Oberfläche hinaus erstreckenden ersten Prepreg-Lage einen zweiten Teil der sich über die zweite Oberfläche hinaus erstreckenden zweiten Prepreg-Lage berührt, um ein Kantenband zu formen und, optional, zusätzliche Prepreg-Lagen, die auf der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche und/oder dem Kantenband angeordnet sind, worin die erste Prepreg-Lage ein Harzsystem und einen Stoff umfasst, der aus steifheitsbehandelten Stoffen selektiert wurde, und worin die zweite Prepreg-Lage und jede der optionalen zusätzlichen Prepreg-Lagen jeweils ein unabhängig selektiertes Harzsystem und einen Stoff umfassen, der unabhängig aus der Gruppe selektiert wurde, die aus steifheitsbehandelten Stoffen und unbehandelten Stoffen besteht.
  29. Steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur nach Anspruch 28, worin die erste Prepreg-Lage einen erhöhten Harzgehalt aufweist.
  30. Steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur nach Anspruch 29, worin die erste Prepreg-Lage weiterhin Kohlefasern umfasst und worin der erhöhte Harzgehalt größer als ca. 42% ist.
  31. Steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur nach Anspruch 29, worin die erste Prepreg-Lage weiterhin Glasfasern umfasst und worin der erhöhte Harzgehalt größer als ca. 40% ist.
  32. Steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur nach Anspruch 28, worin die steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur einen ersten Kernzusammendrückwert aufweist, der geringer als ein zweiter Kernzusammendrückwert einer unbehandelten Waben-Sandwichstruktur ist.
  33. Steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur nach Anspruch 32, worin der erste Kernzusammendrückwert im Bereich von 0% bis 5% liegt.
  34. Steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur nach Anspruch 32, worin der erste Kernzusammendrückwert im Bereich von 0% bis 3% liegt.
  35. Steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur nach Anspruch 32, worin der erste Kernzusammendrückwert im Bereich von 0% bis 0,1% liegt.
  36. Steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur nach Anspruch 28, worin die steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur weniger Hohlraumgehalt im Vergleich zu einer unbehandelten Waben-Sandwichstruktur aufweist.
  37. Ein Verfahren zur Herstellung einer steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstrukturvorstufe umfassend, das Erlangen einer zusammengesetzten Waben-Sandwichvorstufe, die einen Wabenkern mit einer ersten Oberfläche, und eine auf der ersten Oberfläche angeordnete erste Prepreg-Lage umfasst, worin die erste Prepreg-Lage ein Harzsystem und einen aus steifheitsbehandelten Stoffen selektierten Stoff umfasst, und Behandeln der zusammengesetzten Waben-Sandwichvorstufe unter Autoklavbedingungen, die zum Verfestigen der zusammengesetzten Waben-Sandwichvorstufe ausreichen.
  38. Ein Verfahren zur Herstellung einer steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstruktur umfassend, das Erlangen eines zusammengesetzten Waben-Sandwiches-, das einen Wabenkern mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, eine erste auf der ersten Oberfläche angeordnete und sich darüber hinaus erstreckende Prepreg-Lage, eine auf der zweiten Oberfläche angeordnete und sich darüber hinaus erstreckende zweite Prepreg-Lage umfasst, worin ein erster Teil der sich über die erste Oberfläche hinaus erstreckenden ersten Prepreg-Lage einen zweiten Teil der sich über die zweite Oberfläche hinaus erstreckenden zweiten Prepreg-Lage berührt, um ein Kantenband zu formen und, optional, zusätzliche Prepreg-Lagen, die auf der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche und/oder dem Kantenband angeordnet sind, worin die erste Prepreg-Lage ein Harzsystem und einen Stoff umfasst, der aus steifheitsbehandelten Stoffen selektiert wurde, und worin die zweite Prepreg-Lage und jede der optionalen zusätzlichen Prepreg-Lagen jeweils ein unabhängig selektiertes Harzsystem und einen Stoff umfasst, der unabhängig aus der Gruppe selektiert wurde, die aus steifheitsbehandelten Stoffen und unbehandelten Stoffen besteht, und Behandeln des zusammengesetzten Waben-Sandwiches unter Autoklavbedingungen umfasst, die zur Verfestigung des zusammengesetzten Waben-Sandwich ausreichen.
  39. Verfahren nach Anspruch 38, worin die steifheitsbehandelte Waben-Sandwichstruktur einen ersten Kernzusammendrückwert aufweist, der geringer als ein zweiter Kernzusammendrückwert einer unbehandelten Waben-Sandwichstruktur ist.
  40. Verfahren nach Anspruch 39, worin der erste Kernzusammendrückwert im Bereich von 0% bis 5% liegt.
  41. Verfahren nach Anspruch 39, worin der erste Kernzusammendrückwert im Bereich von 0% bis 3% liegt.
  42. Verfahren nach Anspruch 39, worin der erste Kernzusammendrückwert im Bereich von 0% bis 0,1% liegt.
  43. Verfahren nach Anspruch 38, worin die Autoklavbedingungen genügend Druck umfassen, um einen ersten Kernzusammendrückwert, der nicht größer als 3% ist, in der steifheitsbehandelten Waben-Sandwichstruktur, und einen zweiten Kernzusammendrückwert, der größer als 3% ist, in einer unbehandelten Waben-Sandwichstruktur zu verursachen.
  44. Verfahren nach Anspruch 43, worin der Druck in einem Bereich von zwischen ca. 50 PSI und ca. 85 PSI liegt.
  45. Verfahren nach Anspruch 43, worin der Druck in einem Bereich von zwischen ca. 55 PSI und ca. 80 PSI liegt.
  46. Verfahren nach Anspruch 43, worin der Druck in einem Bereich von zwischen ca. 65 PSI und ca. 70 PSI liegt.
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