DE8705404U1

DE8705404U1 - Verstärkte Stoffbahn

Info

Publication number: DE8705404U1
Application number: DE8705404U
Authority: DE
Original assignee: Sigri GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1987-04-11
Filing date: 1987-04-11
Publication date: 1987-07-02

Description

SIGRI GmbH 8901 Meitingen Beschreibung: Verstärkte Stoffbahn

Gegenstand der Erfindung ist eine Stoffbahn aus im wesentlichen parallelen, mit einem Kunstharz beschichteten Fasern aus der Gruppe Keramik-, Glas-, Aramid- und Kohlenstoffasern.

Zur Herstellung von Gegenständen aus faserverstärktem Kunstharz geht man in der Regel von dünnen, kunsthurzimprägnierten Fasermatten oder -gelegen aus, die übereinandergestapeIt und unter Druck zur Härtung der Harzmatrix einer Wärmebehandlung unterworfen werden. Für Gegenstände, die einer hohen Belastung ausgesetzt werden, z.B. Teile für Flugzeuge, geht man in der Regel von Faserschichten aus, in denen die Faserr« parallel zueinander angeordnet sind. Fi lamentgarne, die einige Tausend bis Hunderttausend Filamente enthalten können, werden zu diesem Zweck aufgefächert, ausgerichtet und durch Tauchen in eine oder durch Besprühen mit einer Kunstharz lösung mit einer Kunstharzschicht versehen. Durch Kalandrieren wird das Kunstharz in der Schicht jleichmäßig verteilt und die gewünschte Schichtdicke eingestellt. Die mit uni di reif t i jt.a I ausgerichteten fasern ausgestatteten Stoffbahnen haber in Richtung der Faserverstärkung eine große Festigkeit und Steifigkeit Als Verstärkungsfasern verwendet man feine oder mehrere Fasern aus der Gruppe Keramik-, Glas-, Aramid- oder Kohlenstoffasern, als Harze vorwiegend Duroplaste/ wie Epoxid- oder Phenolf orma Idehydharz,- aber auch Thermoplaste, wie Polyimide oder Polyetheretherketon.

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(He Stoffbahnen sind bei ihrer Verarbeitung zu Gegenständen aus faserverstärkten Kunststoffen mannigfachen Betastungen ausgesetzt, z.B. durch Beschneiden der Schichten, Verbiegen beim Einlegen in Preßformen> und es kommt gelegentlich zu kleineren oder größeren Aufspaltungen in Richtung der Fasererstreckung, wodurch das Verhalten des fertigen Verbundkörpers stärker beeinträchtigt werden kann. Zur Stabilisierung der Stoffbahnen sind mehrere Abwandlungen der Faserschichten bekanntgeworden, die im Prinzip die Vorteile unidirektionaler und multidirektionaler (gewebter) Stoffbahnen vereinen. Beispielsweise ist durch die US-PS 4 460 633 eine. Stoffbahn bekannt, die eine Lage paralleler Verstärkungsfasern und eine zweite Lage aus mit einem Kunstharzkleber beschichtete fasern enthält, deren Richtung gegen die Faserrichtung der ersten Schicht geneigt ist. Bevorzugt schneiden sich beide Faserrichtungen unter einem Winkel von 90 . Die erste Lage besteht beispielsweise aus Koh lenstof fasern,. die zweite Schicht aus dünneren,im größeren Abstand angeordneten Glasfasern und die Klebstoffbeschichtung aus einem PolyvinylbutyraL-Harz. Ein gewichtiger Nachteil der gut handhabbaren Stoffbahn ist der fehlende Schutz der Kohlenstoffasern durch eine Harzbeschi chtung, die auf die Kreuzungen der Fasern beschrankt ist. Der Aufwand für eine Imprägnierung der gesamten Stoffbahn ist groß und eine gleichmäßige Benetzung der Fasern mit Harz nur sehr schwer zu erreichen. In einer anderen bekanntgewordenen KohLenstoffaserschicht sind die Filamente mit einem Harz, z.B. einem Epoxidharz beschichtet, und die Faserschicht ist durch Fäden fixiert, die vorzugsweise senkrecht zur Fasererstreckung verlaufen (US-PS 3 953 641). Die quer verlaufenden Fasern

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bestehen aus einem schmelzbaren Material, z*B. einem Polyamid/ und sind im Abstand Von etwa 2 bis TO cm angeordnet. Sie Werden auf die mit Harz beschichteten Kohlenstoffaserr gepreßt, geschmolzen und mit der Faserläge verbunden. Auch diese Stoffbahn läßt sich gut handhaben; nachteilig ist das Eindringen des schmelzenden Kunststoffs in das Matrixharz des Verbunds, wodurch dessen Eigenschaften möglicherweise beeinträchtigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein£ besser handhabbare Stoffbahn aus unidirektionalen mit Kunstharzen beschichteten Fasern zu schaffen, das die beschriebenen Mängel nicht aufweist.

Die Aufgabe wird mit einer Stoffbahn der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß auf wenigstens einer Fläche der Stoffbahn ein Gitterwerk aus temperaturbeständigen und inerten Fäden aufgelegt und mit der Stoffbahn verklebt ist. Die das Gitterwerk bildende Fäden sind wenigstens bis zur Härtungsteinperatur der Harze oder der maximalen Verarbeitungstemperatur der Stoffbahnen und im Kontakt mit den Beschichtungsharzen beständig. Zweckmäßig sind Fäden aus der Gruppe Keramik-, Glas-, Aramid- und Glasfasern.

Zur Herstellung der Stoffbahn werden Garne aus der Gruppe Keramik-, Glas-, Ararnid- und Kohlenstoffasern ±von einer Spule abgezogen, aufgefächert, durch einen die Lösung eines härtbaren Kunstharzes oder eines Thermoplasten enthaltenden Trog gezogen und mehrere aufgefächerte Bänder in paralleler Anordnung katandriert. Das die Faserschicht verstärkende netzartige Gewebe wird auf wenigstens eine Fläche der Schicht gedruckt, beispielsweise durch die Kalanderwalzen oder besondere nach dem Kalander angeordnete Walzen. Das aus der

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Faserschicht austretende Harz benetzt dabei die Oberfläche des GitterWerks und verbindet nach überführung in den B-Zustand Gitter und Faserschicht zu einer festen Stoffbahn/ die in bekannter Weise zu Laminaten und anderen faserverstärkten Körpern weiterverarbeitet werden kann. Beschädigungen .der Stoffbahn bei der Handhabung und Verarbeitung sind praktisch ausgeschlossen, zumal bei sehr großen Betastungen beide Flächen der Bann mit Gitterwerken belegt werden können

tie zur Herstellung der Faserschicht verwendeten Garne enthalten etwa 5000 bis 150 000 Filamente, die tu einer Schicht mit einer Dicke von etwa 0,5 bis 2 mm ausgelegt werden. Die Harzbeschichtung der Filamente besteht bevorzugt aus einem härtbaren Kunstharz, wie Polyester- oder Phenolformaldehydharz, besonders aber aus Epoxidharzen. Das verstärkende Gitterwerk besteht aus Fäden, die wenigstens bis zu den höchsten bei der Verarbeitung der Stoffbahn auftretenden Temperaturen beständig und im Kpntakt Hit dem Kunstharz inert sind, d.h. die Beschaffenheit des Harzes nicht ändern. Geeignet sind Kohlenstoffasern, Aramidfasern, Keramikfasern und vor allem Glasfasern. Das Gitterwerk ist gebildet aus zwei Scharen sich kreuzender Fasern, die an den Kreuzungspunkten •liteinander verklebt oder verschmolzen sind. Zweckmäßig verläuft eine Schar im rechten Winkel zur Erstreckung der Fasern in der Faserschicht. Die zweite Schar ist um einen beliebigen Winkel dagegen geneigt, beispielsweise um 90 . Die Maschenweite des Gitterwerks hängt vor allem von der Belastung der Stoffbahn ab. Je stärker die Belastung, desto kleiner sollte die Maschenweite gewählt werden. Im allgemeinen ist der Abstand benachbarter Fäden 10 bis 50 mm. Da das

Dickenverhä ltnis Faserschicht/Gitterwerk für Verbundwerkstoffe wichtig ist> die aus mehreren übe^einandergestapelten Stoffbahnen bestehen/ sollte die Dicke der Faserschicht stets größer als die Dicke des Gitterwerks sein. Das Verhältnis teilte möglichst groß sein, wenigstens 5 : 1, da anderenfalls die Laminate merklich lockerer und weniger hoch belastbar sind als Laminate mit dichter ^aserpackung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung und durch ein Beispiel erläutert:

In der Figur ist eine Stoffbahn 1 aus Kohlenstoffgarn 2 mit einem Titer von 280 tex und 40 000 im wesentlichen parallel ausgerichteten Filamenten 3 dargestellt. Die Filamente sind mit Epoxidharz beschichtet Auf die Stoffbahn 1 ist ein Gitterwerk 4 aus einem Glasfasergarn 5 aufgelegt und mit diesem durch nicht dargestellte Kunstharzbrücken und die Faserscharen des Gitterwerks 4 an den Knotenpunkten 7 durch einen Kunstharzkleber 8 miteinander verbunden.

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C-Faser-Garne mit 12 000 Filamenten und einem Titer von 810 tex wurden von einem Spulengatter abgezogen, zu einer flächenartigen Fadenschar ausgelegt und eine iit Epoxidharz beschichtete Papierbahn auf das Gelege gedrückt.

Auf die andere Seite des Geleges wird ein Gitterwerk aus Glasfilamentgarn aufgedrückt und durch das aus der Schicht austratende Kunstharz mit dem Gelege verbunden. Der Titer des verwendeten Garns betrug

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34 tex, Kett- und Schußfäden waren rechtwinklig zueinander angeordnet, ihr Fadenabstand war 20 mm und das Flächengewicht 16 g/m2. An den Kreuzungspunkten waren die Fäden mit einem Polyvinylalkohol miteinander verklebt.

Auf das Gitterwerk wurde eine Papierbahn aufgelegt und die Stoffbahn mit zwei Kalanderwalzen leicht zusammengedrückt. Das Flächengewicht betrug 270 g/m2 bei einem Faseranteil von 38 %. Die Querfestigkeit quer zur Fasererstreckung war bei einer Einspannbreite von 5 cm im Mittel 140 N gegen 5 bis 10 N bei Stoffbahnen ohne verstärkendes Gitterwerk *

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Claims

Schutzansprüche:

1. Stoffbahn aus im wesentlichen

para Llelen,mit einem Kunstharz beschichteten

Fasern aus der Gruppe Keramik-, Glas-, Aramid-

und KohLenstoffasern, dadurch gekennzei c h &pgr; e t , daß auf wenigstens einer Fläche der Stoffbahn ein

Gitterwerk aus temperaturbeständigen und inerten Fäden

aufgelegt und mit der Stoffbahn verklebt ist.

2. Stoffbahn nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß das Gitterwerk aus Glasfasergarn besteht.

3. Stoffbahn nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzei chnet, daß die Maschenweite des G'itterwerks 10 bis 50 mm ist»

4. Stoffbahn nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Faserschicht größer ist als die Dicke des Gitterwerks.

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