NL1007281C2

NL1007281C2 - Driedimensionaal versterkingsmateriaal.

Info

Publication number: NL1007281C2
Application number: NL1007281A
Authority: NL
Inventors: Etienne Claeys
Original assignee: Syncoglas Sa Nv
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 1999-04-19
Also published as: AU9524598A; WO1999019137A1

Description

DRIEDIMENSIONAAL VERSTERKINGSMATERIAAL

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een driedimensionaal versterkingsmateriaal voor gebruik als textielbewapening in composieten. De uitvinding betreft verder de composietmaterialen die een dergelijk 5 versterkingsmateriaal bevatten en werkwijze voor het versterken van kunststofproducten.

De term composieten wordt gebruikt voor kunststoffen die versterkt worden met een textielbewapening. Dergelijke textielbewapeningen kunnen de vorm hebben van 10 weefsels, matten, vliezen, non-wovens, breisels en dergelijke of combinaties daarvan. Daarnaast kunnen kunstharsen versterkt worden door daarin korte vezels van ongeveer 1 tot 8 mm te mengen. Hoewel een dergelijke menging versterking verschaft in alle richtingen, dat wil zeggen 15 de X-, Y- en Z-richting, oftewel in langsrichting, dwars-richting en transversaal, zijn de mechanische eigenschappen van dergelijke composieten waarin vezels gemengd zijn, echter beperkt.

Composieten die versterkt zijn met weefsels of 20 legsels die bestaan uit eindloze draden hebben de hoogste sterktewaarden, omdat de mechanische waarden sterk afhangen van de lengte van de versterkingsvezel. Het grote nadeel is echter dat zij geen versterking bieden in de Z-richting. Het gevolg hiervan is dat de composietmate-25 rialen falen doordat de verschillende lagen versterkingsmateriaal van elkaar delamineren onder continue belasting.

Composieten worden echter ook vaak in de Z-richting belast. In een dergelijk geval is een driedimen-30 sionale versterking noodzakelijk. Om dit te bereiken is bijvoorbeeld in WO 94/01272 een dubbelweefsel voorgesteld, dat bestaat uit twee weefsels die aan elkaar verbonden zijn door middel van pooldraden. De weeftechniek die voor een dergelijke versterkingslaag gebruikt moet 35 worden is echter relatief gecompliceerd en vereist dure en complexe machines. Het is derhalve het doel van de onderhavige uitvinding een nieuw driedimensionaal ver- 1007281 2 sterkingsmateriaal te verschaffen dat op eenvoudige wijze vervaardigd kan worden.

Dit wordt door de uitvinding bereikt door een driedimensionaal versterkingsmateriaal, omvattende een 5 grondlaag, bestaande uit een op zichzelf bekende textiel-bewapening, voor versterking in X-richting en Y-richting, en in de grondlaag getufte en zich in hoofdzaak in Z-richting uitstrekkende polen voor versterking in de Z-richting.

10 Onder "pool" wordt in deze aanvrage begrepen een door middel van de tufttechniek in een grondlaag aangebrachte lus- of draadvormige vezel of vezelbundel.

Het voordeel van een dergelijk versterkingsmateriaal is dat het op relatief eenvoudige wijze vervaar-15 digd kan worden en dat door het kiezen van de parameters van het tuftprocédé een versterkingsmateriaal verkregen kan worden dat lange of korte polen heeft en polen met een grote of kleine dichtheid. In het algemeen zullen ter versterking van een composietmateriaal twee exemplaren 20 van een dergelijk driedimensionaal versterkingsmateriaal worden toegepast, waarbij in het eindproduct de polen naar elkaar toe wijzen. Omdat gevarieerd kan worden in de lengte van de polen en ook in de afstand tussen de toppen van de polen van twee naar elkaar toe gerichte exemplaren 25 versterkingsmateriaal is er een grote variatie in dikte van het uiteindelijke composietmateriaal mogelijk, waarbij toch een grote delaminatieweerstand en impactweer-stand in de Z-richting bereikt worden.

Als grondlaag wordt een op zichzelf bekende 30 textielbewapening gebruikt. Dergelijke textielbewapenin-gen zijn bijvoorbeeld weefsels, legsels, matten, vliezen, breisels of combinaties daarvan in geschikte materialen, zoals glasvezel, aramidevezel, koolstofvezel, synthetische vezels, zoals polyester, polypropyleen, polyethy-35 leen, polyamide, plantaardige vezels, zoals vlas, katoen, jute, hennep, dierlijke vezels, zoals wol, en dergelijke. De grondlagen verschaffen daardoor ook sterkte in X-richting en Y-richting.

1 0 o 2 8 1 3

De polen van het versterkingsmateriaal kunnen van hetzelfde of een ander materiaal zijn vervaardigd dan de grondlaag. De polen kunnen derhalve vervaardigd zijn van glasvezel, aramidevezel, koolstofvezel, synthetische 5 vezels, zoals polyester, polypropyleen, polyethyleen, polyamide, plantaardige vezels, zoals vlas, katoen, jute, hennep, dierlijke vezels, zoals wol, en dergelijke.

Bij het tuften ontstaan in beginsel lusvormige polen. Echter, door de polen aan de top door te knippen 10 of snijden kunnen eveneens draadvormige polen gevormd worden.

Het driedimensionale versterkingsmateriaal volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor gebruik als textielbewapening in een composietmateriaal. Een derge-15 lijk composietmateriaal omvat een kunsthars of een samenstel van kunstharsen met daarin opgenomen een versterkingsmateriaal volgens de uitvinding. Bij voorkeur is een dergelijk composietmateriaal een sandwichmateriaal dat bestaat uit een tweetal buitenlagen die worden gevormd 20 door de met kunsthars geïmpregneerde of in kunsthars opgenomen grondlaag van het driedimensionale versterkingsmateriaal met daartussen een tussenlaag uit een geschuimde kunsthars, waarin de zich vanuit de buitenlaag naar binnen uitstrekkende polen van het driedimensionale 25 versterkingsmateriaal zijn opgenomen. De polen worden als het ware verankerd in de geschuimde kunsthars die bijvoorbeeld een polyurethaan- of een polystyreenschuim kan zijn. Het voordeel van schuim is dat de uiteindelijke sandwich daardoor minder massief en minder zwaar wordt 30 dan bij gebruik van een massieve tussenlaag.

De uitvinding heeft echter eveneens betrekking op een sandwichmateriaal dat bestaat uit een tweetal buitenlagen, die elk worden gevormd door de met kunsthars geïmpregneerde of in kunsthars opgenomen grondlaag van 35 het driedimensionale versterkingsmateriaal met daartussen en daarmee verbonden een tussenlaag die wordt gevormd door de met een kunsthars geïmpregneerde of daarin opgenomen, zich vanuit de buitenlaag naar binnen uitstrekken- 1007281 4 de polen van het driedimensionale versterkingsmateriaal. Een dergelijk composietmateriaal is uiteraard veel massiever dan wanneer de tussenlaag geschuimd is. Er zijn echter toepassingen waarbij een dergelijke massieve 5 sandwich de voorkeur heeft.

De composietmaterialen volgens de uitvinding kunnen door middel van op zichzelf bekende technieken vervaardigd worden, zoals hand lay-up, vacuümtechniek, RIM, RTM, persen, pultrusie etc.

10 De uitvinding betreft verder een werkwijze voor het versterken van kunststofproducten, omvattende het vervaardigen van een kunststofproduct onder toepassing van een driedimensionaal versterkingsmateriaal volgens de uitvinding. Het kunststofproduct kan ook direct worden 15 vervaardigd van een composietmateriaal volgens de uitvinding. Het composietmateriaal volgens de uitvinding kan bijzonder voordelig worden toegepast in kunststofproducten, die een hoge impactweerstand vereisen, zoals auto-bumpers, boten en dergelijke.

20 Het driedimensionale versterkingsmateriaal volgens de uitvinding wordt vervaardigd door het verschaffen van een grondlaag, bestaande uit een op zichzelf bekende textielbewapening, en het in Z-richting in de grondlaag tuften van polen.

25 De onderhavige uitvinding zal verder worden verduidelijkt aan de hand van de begeleidende tekeningen, waarin overeenkomende verwijzingscijfers verwijzen naar overeenkomende onderdelen en waarin tonen:

Figuur 1 een perspectivisch aanzicht van een driedi-30 mensionaal versterkingsmateriaal volgens de uitvinding;

Figuur 2 een perspectivisch aanzicht van een alternatieve uitvoeringsvorm van het materiaal uit Figuur 1;

Figuur 3 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een sandwichpaneel waarin het versterkings-35 materiaal volgens de uitvinding wordt toegepast;

Figuur 4 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een alternatieve uitvoeringsvorm van de sandwich uit Figuur 3.

1007281 5

Figuur 1 toont een aanzicht van een getuft driedimensionaal versterkingsmateriaal 1 volgens de uitvinding. De grondlaag 2 is in het getoonde geval een weefsel bestaande uit kettingdraden in X-richting 3 en 5 inslagdraden in Y-richting 4. Daarin zijn met een relatief lage dichtheid lussen 5 getuft, die zich uitstrekken in Z-richting.

Figuur 2 toont een zelfde soort driedimensionaal versterkingsmateriaal volgens de uitvinding met een 10 hogere dichtheid van de lussen.

Figuur 3 toont een sandwichstructuur waarin het versterkingsmateriaal volgens de uitvinding wordt toegepast . Het materiaal bestaat uit een tweetal met de lussen 5 naar elkaar toe gerichte driedimensionale versterkings-15 materialen 1 volgens de uitvinding. De lussen 5 strekken zich uit in een schuimlaag 6, die is opgenomen tussen een tweetal buitenlagen 7, die elk bestaan uit de grondlaag 2 van het versterkingsmateriaal 1 volgens de uitvinding die is geïmpregneerd in een hars.

20 Figuur 4 tenslotte toont een uitvoeringsvorm waarbij de toppen van de getufte lussen 5 elkaar raken en waarbij de richting van de lussen 90° ten opzichte van elkaar verschoven is.

1007281

Claims

1. Driedimensionaal versterkingsmateriaal voor composieten, omvattende een grondlaag, bestaande uit een op zichzelf bekende textielbewapening, voor versterking in X-richting en Y-richting, en in de grondlaag getufte 5 en zich in hoofdzaak in Z-richting uitstrekkende polen voor versterking in de Z-richting.

2. Driedimensionaal versterkingsmateriaal volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de grondlaag een weefsel, legsel, mat, vlies, breisel of een combina- 10 tie daarvan is.

3. Driedimensionaal versterkingsmateriaal volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de grondlaag is vervaardigd van glasvezel, aramidevezel, koolstof vezel, synthetische vezels, zoals polyester, polypro- 15 pyleen, polyethyleen, polyamide, plantaardige vezels, zoals vlas, katoen, jute, hennep, dierlijke vezels, zoals wol, en dergelijke.

4. Driedimensionaal versterkingsmateriaal volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de polen 20 zijn vervaardigd van glasvezel, aramidevezel, koolstofve-zel, synthetische vezels, zoals polyester, polypropyleen, polyethyleen, polyamide, plantaardige vezels, zoals vlas, katoen, jute, hennep, dierlijke vezels, zoals wol, en dergelijke.

5. Driedimensionaal versterkingsmateriaal volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de polen lus- of draadvormig zijn.

6. Driedimensionaal versterkingsmateriaal volgens conclusies 1-5 voor gebruik als textielbewapening 30 in een composietmateriaal.

7. Composietmateriaal, omvattende een kunsthars of een samenstel van kunstharsen met daarin opgenomen een versterkingsmateriaal volgens conclusies 1-5.

8. Composietmateriaal volgens conclusie 7, met 35 het kenmerk, dat het materiaal een sandwichmateriaal is bestaande uit een tweetal buitenlagen, die elk worden 1 0 0 7 ?_ P 1 gevormd door de met kunsthars geïmpregneerde of in kunsthars opgenomen grondlaag van het driedimensionale ver-sterkingsmateriaal met daartussen een tussenlaag uit een geschuimde kunsthars, waarin de zich vanuit de buitenlaag 5 naar binnen uitstrekkende polen van het driedimensionale versterkingsmateriaal zijn opgenomen.

9. Composietmateriaal volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat het materiaal een sandwichmateriaal bestaande uit een tweetal buitenlagen, die elk worden 10 gevormd door de met kunsthars geïmpregneerde of in kunsthars opgenomen grondlaag van het driedimensionale versterkingsmateriaal met daartussen en daarmee verbonden een tussenlaag, die wordt gevormd door de met een kunsthars geïmpregneerde of daarin opgenomen, zich vanuit de 15 buitenlaag naar binnen uitstrekkende polen van het driedimensionale versterkingsmateriaal.

10. Composietmateriaal volgens conclusies 7-9, met het kenmerk, dat de toppen van de polen van twee tegenover elkaar gelegen driedimensionale versterkingsma- 20 terialen elkaar niet raken.

11. Composietmateriaal volgens conclusies 7-9, met het kenmerk, dat de toppen van de polen van twee tegenover elkaar gelegen driedimensionale versterkingsma-terialen elkaar raken.

12. Composietmateriaal volgens conclusies 7-11, met het kenmerk, dat de kunsthars is gekozen uit thermo-hardende kunstharsen en thermoplastische kunstharsen en in het bijzonder uit polyesterhars, epoxyhars, vinyles-terhars, fenolhars etc.

13. Composietmateriaal volgens conclusies 7-12, met het kenmerk, dat de geschuimde kunsthars is gekozen uit polyurethaan, polystyreen, etc.

14. Werkwijze voor het versterken van kunststof producten, omvattende het vervaardigen van een kunst- 35 stof product onder toepassing van een driedimensionaal versterkingsmateriaal volgens één der conclusies 1-5. 1 0 0 7 2ε 1

15. Werkwijze volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat het kunststofproduct wordt vervaardigd van een composietmateriaal volgens conclusies 7-13.

16. Werkwijze voor het vervaardigen van een 5 driedimensionaal versterkingsmateriaal volgens conclusies 1-5, omvattende het verschaffen van een grondlaag, bestaande uit een op zichzelf bekende textielbewapening, en het in Z-richting in de grondlaag tuften van polen. 1007281