DK171615B1 - Orienteret fiberstruktur og fremgangsmåde til dens fremstilling - Google Patents

Description

i DK 171615 B1 Nærværende opfindelse angår en lamineret, orienteret fiberstruktur ifølge indledningen til krav 9 og en tilsvarende fremgangsmåde til at fremstille strukturen ifølge den indledende del af krav 1.

5 Laminat betyder her forskellige slags fiberkomposi tmaterialer i almindelighed.

Ifølge den kendte teknologi fremstilles giasfiberkomposi tmaterialer ved at påføre resin ud over en glasfibermåtte, der er blevet anbragt 10 ovenpå eller inde i en form. Glasfibrene strikkes eller knyttes sammen til en glasfibermåtte som diskontinuerte fibre eller knyttes i en tæppestruktur. Problemet i denne forbindelse er, at luftbobler har tilbøjelighed til at forblive i laminatet. Dette fænomen er især problematisk ved hjørnerne. En sådan tæppestruktur kendes fra tysk 15 offentliggørelsesskrift DE 3.304.345 og fra svensk fremlæggel ses-skrift nr. 411559, der begge omhandler tæppestrukturer af relativt løs form og udført i et enkelt lag, fortrinsvis ved kædestrikning eller -knytning. Fra US-patent nr. 3.201.104 kendes en cirkelformet knyttemaskine, der ved enkeltlagsstrikning eller knytning er bereg-20 net til at fremstilile en fleksibel slange, i hvilken et forstærkningselement indføjes i det rørformede, knyttede stof. Herved kommer stoffet imidlertid til at udgøre et relativt løst net. Hvis stoffet trækkes tæt sammen, vil der ikke mere være kanaler for forstærkningstrådene eller fibrene, og disse vil således ikke vedblive at 25 være lige, men få serpentinform, hvilket ikke er hensigtsmæssigt med f.eks. kulfibre, som mister deres styrke, når de bøjes.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe en ny type lamineret fiberstruktur, som let kan tildannes efter overfladen af en form, og 30 som undgår de ovenfor nævnte luftbobler i laminatet, og som er fremstillet ved en flerlags skudstrikning eller -knytning til en fast struktur. Til opfindelsen er det fordelagtigt at anvende den såkaldte forimprægnerings- eller blandingsmetode, i hvilken binderen indeholdes i en støttefiber eller tilføres sammen med denne, således 35 at binderen, når den opvarmes, hærdner i vævet til en tynd skal struktur. Det er muligt at bruge polyesterfibre som bindertype. Da støttefibrene ofte er af eftergiveligt materiale, trækker de knyttede tråde sig sammen, således at de ikke eftergivelige forstærkningsfibre kommer til at rage ud fra stoffet. Dette kan reguleres ved DK 171615 B1 2 hjælp af metoden ifølge patentets krav 8, hvorved åbninger, som forstærkningsfibrene bringes til at rage frem igennem, anbringes med regelmæssige mellemrum i det knyttede stof. Hovedfordelene ved opfindelsen kan opregnes således: 5

Ved hjælp af et hensigtsmæssigt valg af et støttefiberfi lament og af forstærkningsfiberfilamentmaterialer fås en meget lav, specifik vægt, 10 - ved hjælp af et hensigtsmæssigt valg af et støttefiberfilament (f.eks. polyester) fås en udmærket fugtabsorbtionsevne, således at der kun sker en meget ringe luftbobeldannelse i laminatet, i tekstil produkter kan retningen af de orienterede fibre 15 umiddelbart ses, hvorved det bliver let at anbringe de orien terede glasfiberfilamenter, der har en høj styrke, på en sådan måde, at de kan optage det meste af vægtbelastningen, som laminatet er beregnet til at klare, 20 · det knyttede stof med forstærkningsfibre er eftergiveligt eller fleksibelt i alle retninger, således at det er let at laminere og især at anbringe på en form svarende til anvendelsen, et slangeformet, knyttet element kan let skæres op både på 25 tværs og i retning af de orienterede fibre, hvilket gør det muligt at udnytte det knyttede element som et tildækningselement af ønsket form og/eller størrelse, og der tilvejebringes tillige en fiberstruktur, som er velegnet 30 til forskellige beskyttelsesformål.

Herudover har opfindelsen til formål at tilvejebringe en metode til fremstilling af en fiberstruktur, som kan benyttes med en hvilken som helst fiber, som ønskes orienteret. Hovedtrækkene ved metoden 35 ifølge opfindelsen vil fremgå af det vedføjede krav 1. Hovedprincippet i opfindelsen er bindingen af forstærkningsfibrene til et dobbeltsidet, knyttet stof på tværs af maskerækkerne. Anvendelsen som angivet i krav 2 gør det muligt dels at opnå en stor produktionsydelse dels at fremstille et produkt som angivet i krav 10. En DK 171615 B1 3 sådan type rørformet fiberstruktur er især fordelagtig, da den under laminering kan trækkes direkte på en ledning, en pind eller en tilsvarende genstand. Almindeligvis er både støttefibrene og forstærkningsfibrene filamentfibre, d.v.s. endeløse fibre.

5

Den i krav 3 omtalte fremgangsmåde benyttes til at tilvejebringe en tæt knytning af forstærkningsfibre. Fremgangsmåden ifølge krav 3 har den særlige fordel, at resinen effektivt bliver opsuget i stoffet, således at det er usandsynligt, at der vil danne sig luftbobler.

10 Mange forstærkningsfibre kan overhovedet ikke bindes i knuder. Styrken af f.eks. aramidfibre bevares derimod, selv efter at de er blevet bøjet i en vis udstrækning, hvorved den samlede fiberstruktur kan knyttes af disse fibre. Lignende erfaringer er også blevet gjort med spundne glasfibre.

15

Hvor der kun er behov for en enkelt forstærkningsfiber, er det naturligvis muligt at benytte flere forstærkningsfibre og da i form af bundter af fibre. Dog er det ikke nødvendigt at indføre forstærkningsfibre i hver enkelt maskerække. I denne forbindelse er det ikke 20 noget problem som forstærkningsfibre at benytte en hvilken som helst kendt fiber, f.eks. glas, kul, aramid, borax eller keramiske fibre, enten som filamenter eller som bundter af filamenter. Det er også muligt at benytte polyamider og disses derivater som forstærknings-fibre. I det følgende er opfindelsen beskrevet eksempelvis ved 25 henvisning til de vedføjede tegninger, på hvilke fig. 1 viser et forstørret billede af et knyttet stof ifølge opfindelsen, 30 fig. 2 viser en forstørrelse af en anden type knyttet stof, fig. 3 viser en forstørrelse af en tredje type knyttet stof, og fig. 4 viser et knyttet stof til en slange.

Det på fig. 1 viste knyttede stof er lavet på en såkaldt dobbelt, cirkelformet strikkemaskine, i hvilken der er lodrette cylindernåle og horisontale pladenåle. Almindeligvis kan man derfor tale om det 35 4 DK 171615 B1 første sæt nåle og det andet sæt nåle, af hvilke det første knytter rundt med uret, og det andet knytter rundt mod uret. Polyestre eller andre fibre benyttes som basisunderstøtningsfibre 7, d.v.s. som maskefilament. Nålene på cylindersiden indstilles til at knytte ved 5 hver trådtilførsel, d.v.s. maskerne 2 i maskerækken. Nålene på pladesiden indstilles derimod til at knytte i den såkaldte interlock-stilling, hvorved der under den pågældende fibertilførsel udføres en frem- og tilbagegående knytning. Maskerne, der knyttes af pladenålene, er betegnet med 3 og 4. Forstærkningsfiberen 1 tilføres 10 hver anden maskerække og forbliver i kanalerne, som dannes af maskerne 2, 3 og 4 til indbyrdes modsat liggende sider. Forstærkningsfibrene 1 ligger på tværs af maskerækkerne 10. På grund af interlock-retningen vil det vævede stof søge at trække sig sammen på langs, hvorved forstærkningsfibrene bliver meget kompakte. Den 15 mulige udragning af forstærkningsfibrene reguleres ved at fjerne nålene i pladenålesættet med regelmæssige mellemrum, således at forstærkningsfibrene bringes til at rage frem fra de mellemrum, som opstår. Overraskende fordele ved laminering opnås med denne type knyttet stof. På grund af de udragende masker fra forstærkningsfib-20 rene bliver retningen af fibrene triaksial, hvilket hindrer delami-nering af den færdige forstærkningsstruktur, med andre ord hindrer indbyrdes adskillelse af lagene.

Det er naturligvis muligt, at støttefiberstrukturen vil afvige fra 25 ovenstående på flere måder. Det knyttede stof må imidlertid have masker, som dannes i begge retninger, både rundt med uret og rundt mod uret, således at forstærkningsfibrene kan føres ind mellem dem. Forstærkningsfibrene kan således også knyttes til et meget løst, blødt stof. Diameterne på cylinderne i strikkemaskinerne ligger 30 almindeligvis i området fra 5/8" til 36” (15-91 mm). Ved anvendelse af en større maskine er det muligt effektivt at fremstille brede fibermåtter, idet en slange kan skæres op og spredes ud som en måtte. For eksempel kan en 36" (91 mm) maskine lave fiberklæde, der er ca. 2,8 m bredt. Under laminering kan alternerende lag anbringes 35 krydsende hinanden, således at laminatets styrke bliver lige stor i alle retninger. Det er også meget let at opnå laminering af produkter til slanger med en fiberstruktur hertil. En spiralformet retning af forstærkningsfibrene er den helt korrekte, når det f.eks. drejer sig om trykbelastning.

5 DK 171615 B1 I en anden fordelagtig udførelsesform for opfindelsen løber de orienterede forstærkningsfibre 1 således som vist på fig. 2 ovenover og nedenunder maskerne 13 og 14 af støttefibrene og retlinede og parallelle med hinanden i kanalen, som dannes mellem maskerækkerne 5 11 og 12 af hver tredje maske, og vinkelret på maskerækkerne 10 på en sådan måde, at hver med uret rundtgående maske 14 i maskerækkerne II og 12, som består af støttefibrene 2, omslutter en forstærkningsfiber 1. For at få denne type støttefiberfilamentarrangement benyttes et antal støttefiberfilamenter, der svarer til maskerække- 10 tallet 1/4 i en cirkel formet strikkemaskine. Filamenterne føres til nåleringen fra trådti 1 føringspunkter anbragt periferisk med regelmæssige mellemrum. Et antal fiberfilamenter svarende til 3/4 tilføres fra tilførselspunkterne anbragt med regelmæssige mellemrum på nåleringen. Når maskerækkeantallet udgør det ovenfor omtalte 36, er 15 der 9 støttefiberfilamenter og 27 maskefiberfilamenter. I det således knyttede element knyttes et antal af de første og de næste masker 11 og 12 sammen, uden at støttefiberen 1 lægges ind imellem dem. I retning af maskerækkerne 10 efterfølges hver maske 11, 12 af en støttefiber 1 med mindst én maske uden forstærkningsfiberfila-20 ment.

Fig. 3 viser et endnu mere hensigtsmæssigt knyttet element, som allerede har været omtalt i forbindelse med den foregående anvendelsesform, og som dannes ifølge den anden udførelsesform for 25 opfindelsen med den forskel, at der i stedet for én forstærknings -fiber 1 her er indlagt flere, nemlig 3 parallelle forstærkningsfiberfilamenter ad gangen fra ét trådtilførselspunkt oven på den første maske 11. I dette tilfælde indeholder således hver maske 11, 12 flere parallelle støttefibre 1 og efterfølges i retning mod 30 maskerækkerne 10 af to støttefiberrækker, som ikke indeholder forstærkningsfiberfilamenter. På tilsvarende måde kan bindefibre indlægges sammen med forstærkningsfibrene.

Fig. 4 viser et til anvendelse i en slange knyttet stof 5, af 35 hvilket der fremstilles en båndlignende fiberstruktur. Det til en slange beregnede stof 5 er opdelt i smalle strimler 6, til hvilke der ikke er ført nogen forstærkningsfiber. Det knyttede stof kan let skæres op langs kanten af strimlen 8, hvorved det ovenfor omtalte, båndlignende produkt fås. Fig. 4 viser tydeligt, at maskerækkerne 10 DK 171615 B1 6 er anbragt vinkelret i det til en slange beregnede stof, hvorimod forstærkningsfibrene 1 forløber i en spiral rundt i stoffet.

I et som forsøg knyttet stof var forholdet mellem glasfiber og 5 polyesterfilamenter ca. 50/50. På denne måde opnåedes en lav, speci- 3 fik vægt af laminatet på kun 1,3 g/cm . Den teoretiske tæthed af en hul kugle med en di amter på 100 mm og en vægtykkelse på 2,5 mm ville 3 blive på ca. 0,2 g/cm med dette laminat.

10 En fremgangsmåde, hvorved fibrene indledningsvist behandles således, at de i hvilestilling antager en spiralform eller en snoet form, hvorved de i det færdige produkt vil søge at trække sig sammen, kan anvendes især ved aramider. Herved bliver det muligt at gøre det knyttede stof elastisk også i retning af forstærkningsfibrene.

15 20 25 30 35

Claims (12)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af en orienteret fiberstruktur, der skal lamineres, og i hvilken forstærkningsfibre (1) er knyttet 5 således, at de danner en orienteret fibermåtte eller et tilsvarende knyttet element, i hvilket fibrene (1) er lamineret inde i en res in eller en anden binder, og således at der dannes en stærk skalstruktur, kendetegnet ved, at knytningen udføres som en fieriagsskudknytning på en såkaldt dobbelt cirkel formet strikkema-10 skine på en sådan måde, at knytningen omfatter følgende, efter hinanden og kontinuert gentagne trin under fremstillingen a) en første maske (2) laves af det første sæt nåle, 15 b) mindst én forstærkningsfiber (1), der skal indgå i det knyttede stof, orienteres og anbringes oven på den ovennævnte første maske, og c) en anden maske (3, 4) knyttes af det andet sæt nåle oven på den 20 orienterede forstærkningstråd og fastgjort til den ovenfor nævnte første maske (2), således at den orienterede forstærkningsfiber (1) løber understøttet af maskerne (2, 3, 4) retlinet mellem maskerækkerne i kanalen, der 25 dannes af maskerne.

2. Fremgangsmåde til fremstilling ifølge krav 1, kendetegnet ved, at nålene på cylindersiden i alt væsentligt er anbragt således, at de knytter for hver fibertilførsel, og at pladenålene 30 eller de dertil svarende nåle er anbragt til gensidigt at passere forbi hinanden, d.v.s. at de er indstillet til den såkaldte interlockstilling, hvorved det knyttede stof fremstilles til en langsgående sammentrækning.

3. Fremgangsmåde til fremstilling ifølge et hvilket som helst af kravene 1-2, kendetegnet ved, at polyester eller andre fibre, som absorberer resin godt, benyttes som støttefiber (7). DK 171615 B1

4. Fremgangsmåde til fremstilling ifølge et hvilket som helst af kravene 1-3, kendetegnet ved, at én eller flere fibre (1) parallelt anbringes oven på ovennævnte første maske (2).

5. Fremgangsmåde til fremstilling ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet ved, at en del af rækkerne af de ovenfor nævnte første og efterfølgende masker (2, 3, 4) knyttes sammen, uden at det foran nævnte støttefiberfilament anbringes mellem dem. 10

6. Fremgangsmåde til fremstilling ifølge et hvilket som helst af kravene 1-5, kendetegnet ved, at aramid eller spundet glasfiber benyttes som støttefibre (7).

7. Fremgangsmåde til fremstilling ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6, kendetegnet ved, at støttefiberen indeholder en binder til laminering, som er fremstillet således, at den reagerer ved varmepåvirkning eller på en anden måde, og som gør det muligt at fremstille en stærk skalstruktur ved hjælp af den såkaldte 20 forimprægneringsmetode.

8. Fremgangsmåde til fremstilling ifølge et hvilket som helst af kravene 1-5, kendetegnet ved, at en nål er blevet fjernet med regelmæssige mellemrum i hver side, mest hensigtsmæssigt fra 25 pladenål siden, hvorved forstærkningsfiberen bringes til at rage frem gennem den således tilvejebragte åbning i det knyttede stof.

9. Fiberstruktur til laminering og i hvilken forstærkningsfibre (1) er knyttet således, at de danner en orienteret fibermåtte eller 30 et tilsvarende knyttet element, hvorved fibrene (1) lamineres inde i en resin eller i en anden binder og således danner en stærk skalstruktur, kendetegnet ved, at forstærkningsfiberen (1) i tværretningen er fastgjort til det bløde, knyttede stof, der dannes af retsidemaskerne (2) sammen med vrangsidemaskerne (3, 4). 35

10. Knyttet fiberstruktur ifølge krav 9, kendetegnet ved, at det knyttede stof (5) er slangeformet med forstærkningsfibre (1) forløbende i en kontinuert spiral rundt i det knyttede stof (5). DK 171615 B1

11. Knyttet, slangeformet fiberstruktur ifølge krav 10, k ende-tegnet ved, at strukturen er forsynet med en snæver, spiralformet strimmel (6) uden forstærkningsfibre (1) mellem de spiralformede omkredsfølgende forstærkningsfibre (1), hvorved den slangefor- 5 mede, knyttede fiber (5) kan skæres op, således at der dannes et bånd.

12. Fiberstruktur ifølge et hvilket som helst af kravene 1-11, kendetegnet ved, at forstærkningsfibrene, f.eks. aramid- 10 fibre, er spiralsnoede, hvorved fiberstrukturen bliver elastisk også i fiberretningen. 15 20 25 30 35