NL1009684C1 - Werkwijze voor het vervaardigen van een baanvormige vezelstructuur; bekledingsmateriaal dat met een dergelijke vezelstructuur is versterkt en plaatstructuur die een dergelijk bekledingsmateriaal omvat. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Werkwijze voor het vervaardigen van een baanvormige vezelstructuur; bekledingsmateriaal dat met een dergelijke vezelstructuur is versterkt en plaat-structuur die een dergelijk bekledingsmateriaal omvat.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een baanvormige vezelstructuur door deze op te bouwen uit meerdere tegen elkaar aan liggende lagen van vezels waarbij elke laag een groot 5 aantal vezels omvat die evenwijdig aan elkaar gerangschikt zijn en onderling in hoofdzaak gelijke afstanden bezitten en waarbij de richtingen van de vezels van de verschillende lagen voorafbepaalde hoeken met elkaar maken zodat de vezels elkaar kruisen terwijl de ver-10 schillende lagen met elkaar worden verbonden ter plaatse van de kruispunten van de vezels door middel van verbin-dingsvezels.

Een dergelijke werkwijze is algemeen bekend en wordt gebruikt voor het vervaardigen van vezelstructuur-15 materialen die voldoende samenhang vertonen om ze te kunnen hanteren en te kunnen toepassen als versterkings-materiaal voor thermoplastische of thermohardende kunststoffen .

De samenhang van dergelijke materialen wordt ver-20 kregen doordat het verband tussen de diverse lagen van de vezelstructuur wordt verschaft door de vezels van de diverse lagen ter plaatse van de kruispunten van de vezels met elkaar te verbinden door verbindingsvezels.

Een dergelijk materiaal wordt bijvoorbeeld toege-25 past voor het vervaardigen van onder andere bekledingsmateriaal voor vliegtuigen waartoe de vezelstructuur wordt geïmpregneerd met een thermoplastische of thermohardende hars waarna door stollen respectievelijk harden een goed hanteerbaar sterk materiaal wordt verkregen dat 30 voor genoemd doel zeer geschikt is.

Een nadeel van een dergelijke bekende vezelstructuur in zijn toepassingen als versterkingsmateriaal voor bijvoorbeeld materiaal voor de inwendige bekleding van 1009684 2 vliegtuigen is dat het materiaal in verband met de huidige eisen nog niet voldoende sterkte verschaft aan dergelijke bekledingsmaterialen. Vergroting van het aantal lagen is door de aard van de toegepaste typen 5 machines niet eenvoudig en bovendien bleken de resultaten bij proefnemingen geen verbetering te verschaffen die opweegt tegen de complicatie van het vervaardigen van materialen met grote aantallen lagen, bijvoorbeeld meer dan vier lagen.

10 De onderhavige uitvinding beoogt een werkwijze van het aangegeven type te verschaffen die het mogelijk maakt om naar wens een baanvormige vezel structuur te vervaardigen die is opgebouwd uit meer lagen dan tot nu toe gebruikelijk is, d.w.z. meer dan vier lagen,· welke 15 werkwijze op bestaande apparatuur is uit te voeren en waarbij een materiaal met duidelijk betere eigenschappen wordt verkregen.

Daartoe wordt volgens de uitvinding de werkwijze van het aangegeven type gekenmerkt doordat in een eerste 20 stap een eerste deelvezelstructuur wordt vervaardigd met een opbouw zoals boven aangegeven onder toepassing van eerste verbindingsvezels en in een tweede stap op analoge wijze aanliggend op de eerste deelvezelstructuur een tweede deelvezelstructuur wordt gevormd onder toepassing 25 van tweede verbindingsvezels die eveneens de eerste en de tweede deelvezelstructuur met elkaar verbinden en de eerste en tweede deelvezelstructuren in een aanligvlak tegen elkaar liggen.

Verrassenderwijs is gevonden dat het mogelijk is om 30 op bekende wijze en onder toepassing van een bekende inrichting een baanvormige vezelstructuur te vervaardigen op de wijze zoals in de aanhef is aangegeven en vervolgens met een dergelijke in eerste instantie vervaardigde eerste deelvezelstructuur een tweede deelve-35 zelstructuur daarop op te bouwen die gezien de aard van de werkwijze door middel van toepassing van tweede verbindingsvezels op de kruispunten met de eerste deelve-J zelstructuur wordt verbonden.

i 1009684 3

De met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding verkregen baanvormige vezelstructuur kan door deze werkwijze worden verschaft in grotere dikte dan tot nu toe gebruikelijk is en wel door op een eerder gevormde 5 deelvezelstructuur in een tweede gang door dezelfde machine een tweede deelvezelstructuur te vormen die gaande de werkwijze met de eerste deelvezelstructuur wordt verbonden met behulp van tweede verbindingsvezels.

Gebleken is dat het materiaal, dat zonder buitenge-10 wone problemen onder toepassing van gebruikelijke inrichtingen verkregen wordt, een uitstekende sterkte verschaft die het materiaal een quasi-isotroop karakter geeft. Dat wil zeggen dat wanneer opgenomen in thermoplastische of thermohardende kunststof een dergelijk 15 vezelversterkt kunststofmateriaal in vrijwel alle richtingen in het horizontale vlak in hoofdzaak dezelfde treksterkte bezit terwijl de sterkte in verticale richting loodrecht op het vlak van een dergelijk vezelversterkt kunststofmateriaal door het vergrote aantal ve-20 zellagen aanmerkelijk is verhoogd waartoe de vele verbindingen door middel van de verbindingsvezels ter plaatse van de kruispunten van de vezels daaraan wezenlijk bijdragen.

Doelmatig zijn de eerste deelvezelstructuur en de 25 tweede deelvezelstructuur zodanig ten opzichte van elkaar geplaatst dat de kruispunten van de eerste deelvezelstructuur en de tweede deelvezelstructuur, in loodrechte projectie op het aanligvlak tussen deze, samenvallen .

30 Een zeer aantrekkelijke uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding houdt in dat de lagen van de eerste en de tweede deelvezelstructuur ten opzichte van het aanligvlak spiegelbeeldig zijn gerangschikt. Gebleken is namelijk dat door spiegelbeeldige 35 rangschikking van de lagen ten opzichte van het gemeenschappelijk aanligvlak tussen de eerste deelvezelstructuur en de tweede deelvezelstructuur een symmetrische opbouw wordt verkregen die bij toepassen van de totale baanvormige vezelstructuur voor het versterken van 1009684 4 kunststoffen tot uitermate goede resultaten leidt. De grotere dikte met vezels in vele richtingen verschaft om te beginnen een in hoofdzaak isotroop karakter van het versterkte kunststofmateriaal in het vlak van een derge-5 lijk in plaatvorm uitgevoerd versterkt kunststofmateriaal .

Door de symmetrie rondom het aanligvlak wordt naast het verschaffen van een uitermate grote sterkte in een richting loodrecht op het vlak van een dergelijk mate-10 riaal eveneens een zeer goede krachtopname in het vlak van een dergelijk versterkt kunststofmateriaal verkregen in alle richtingen.

Door de aanwezigheid van een groot aantal verbindingselementen in de vorm van verbindingsvezels ter 15 plaatse van de kruispunten van de vezels van de twee deelvezelstructuren wordt voorts een grote bestendigheid tegen delaminering verkregen en met name delaminering in het geval van sterke temperatuurverhoging zoals bij brand. De FAA (Federal Aviation Administration) geeft 20 voorschriften voor het doorstaan van proeven bij kerosi-nebranden. Een vlam met een temperatuur van + 1000°C

wordt gevormd; de barrièrewerking van een materiaal dat beproefd wordt moet ten minste 5 minuten bedragen. Het materiaal volgens de uitvinding dat uit twee met elkaar 25 gekoppelde deelvezelstructuren bestaat doorstaat een dergelijke proef zonder problemen.

De grote verbeteringen die met het materiaal, verkregen m.b.v. de werkwijze, bereikt worden zijn, samengevat, de volgende: 30 l) het materiaal verschaft aan een kunststof, waarin het ter versterking is opgenomen, een quasi isotroop karakter; 2) het materiaal volgens 1) bezit een grotere bestendigheid tegen punt-/stootbelastingen; 35 3) het materiaal volgens 1) delamineert niet bij brand.

Verbetering 1 is het gevolg van het onder meerdere i hoeken opleggen van de vezelbundels. Verbeteringen 2 en \ 3 zijn het gevolg van de aanwezigheid van de stikver- 1009684 5 bindingen die met behulp van tweede verbindingsvezels worden gevormd. Door deze omstandigheid wordt de zogenaamde Z-richting (loodrecht op het vlak van het versterkte materiaal) aanzienlijk versterkt met delamine-5 ringsbestendigheid tot gevolg.

In een verdere voordelige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding verbinden de tweede verbindingsvezels de eerste en tweede deelvezelstructu-ren ter plaatse van de in projectie op het aanligvlak 10 samenvallende kruispunten.

Uiteraard kunnen de verbindingsvezels ook op willekeurige andere plaatsen door middel van stikken een verbinding tussen de diverse vezellagen respectievelijk deelvezelstructuren tot stand brengen buiten de kruis-15 punten van de vezels; bij voorkeur worden echter de verbindingen door middel van tweede verbindingsvezels uitgevoerd ter plaatse van de in projectie samenvallende kruispunten, zoals hiervoor genoemd.

Bij het vormen van een deelvezelstructuur kunnen 20 sommige kruispunten meer vezels omvatten dan andere kruispunten. Bij voorkeur verbinden de tweede verbindingsvezels de eerste en tweede deelvezelstructuren ten minste ter plaatse van de in projectie samenvallende kruispunten van het hoogste aantal elkaar kruisende 25 vezels. Dit wil zeggen dat de kruispunten met de hoogste aantallen kruisende vezels van de eerste deelvezelstructuur en de tweede deelvezelstructuur in projectie samenvallen en dat daar bij voorkeur met behulp van de tweede verbindingsvezels een verbinding wordt aangebracht.

30 Bij de toepassing van verbindingsvezels spreekt het vanzelf dat naar wens per kruispunt een of meer verbindingsvezels kunnen worden aangebracht om de in het kruispunt kruisende vezels over de gehele dikte van de samengestelde deelvezelstructuren in stevig verband te 35 brengen.

In een zeer aantrekkelijke uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding bestaan de eerste en de tweede deelvezelstructuur elk uit vier lagen terwijl de vezeloriêntering van de lagen respectievelijk 0, 90, 1009684 6 +(30-60) en -(30-60) graden bedraagt ten opzichte van de langsas van de baan uit samengestelde deelvezelstructu-ren; in het bijzonder 0, 90, +45 en -45 graden.

De in het hiervoorgaande beschreven werkwijze vol-5 gens de uitvinding betreft het vormen van een baanvormi-ge vezelstructuur die is opgebouwd uit een eerste deel-vezelstructuur die is vervaardigd in een eerste stap en een daarop, in een tweede stap, gevormde tweede deelve-zelstructuur die met de eerste deelvezelstructuur wordt 10 verbonden met behulp van tweede verbindingsvézels.

De werkwijze is niet beperkt tot twee deel vezel-structuren; ook meer dan twee deelvezelstructuren kunnen op de beschreven wijze met elkaar verbonden worden.

Het zal voorts duidelijk zijn dat de tweede deelve-15 zelstructuur niet per se op een reeds gevormde eerste deelvezelstructuur behoeft te zijn gevormd. Beide deelvezelstructuren kunnen ook afzonderlijk worden gevormd en vervolgens op elkaar worden gelegd en met verbin-dingsvezels worden verbonden met behulp van stikken of 20 een andere geschikte verbindingswijze.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een bekledingsmateriaal uit met vezels versterkte kunststof waarin volgens de uitvinding de kunststof is versterkt met een baanvormige vezelstructuur zoals deze met de 25 werkwijze volgens de uitvinding is verkregen.

Zoals eerder aangegeven vindt het materiaal met een baanvormige vezelstructuur zoals verkregen volgens de uitvinding ruime toepassing in versterkte kunststofmate-rialen waarbij de kunststof van een thermoplastisch of 30 een thermohardend type kan zijn.

Als thermoplastische kunststoffen kunnen genoemd worden polyvinylchloride, polyethyleen, polypropyleen en vele andere.

Als thermohardende kunststoffen kunnen fenolharsen, 35 polyimdideharsen, epoxyharsen etc. worden genoemd.

Het bekledingsmateriaal uit met vezels versterkte kunststof waarin een baanvormige vezelstructuur volgens de uitvinding is verwerkt kan uiteraard vele vormen 1009834 7 bezitten zoals buizen, gegolfde plaat, plaat, profiel, etc.

In een aantrekkelijke uitvoeringsvorm is het bekle-dingsmateriaal een vlakke plaat en is als zodanig toe-5 pasbaar als bekledingsmateriaal in de vliegtuigindustrie zoals voor wand- en vloerbekleding.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een plaatstructuur in sandwichvorm ten minste omvattende een kernlaag met een bovenzijde en een onderzijde en twee 10 aan de bovenzijde en de onderzijde aanliggende lagen bekledingsmateriaal die met de kernlaag verbonden zijn, waarbij met veel voordeel het bekledingsmateriaal een bekledingsmateriaal volgens de uitvinding is zoals hiervoor is beschreven.

15 Een dergelijke sandwichvormige plaatstructuur is op zich bekend, bijvoorbeeld uit het Canadese octrooi-schrift 1,339,567 ten name van aanvraagster.

Door in een plaatstructuur in sandwichvorm aan de boven- en onderzijde bekledingsmateriaal volgens de 20 uitvinding op te nemen dat is opgebouwd uit twee met elkaar verbonden deelvezelstructuren die fungeren als versterking van thermoplastische of thermohardende kunststof wordt een buitengewoon sterke bestendige plaatstructuur verkregen waarvan de toepassing wederom 25 velerlei is zoals in de vliegtuigbouw als cabinebekle-ding, vloertoepassingen, terwijl uiteraard voor het bekledingsmateriaal volgens de uitvinding alsmede de plaatstructuur volgens de uitvinding geldt dat deze eveneens met succes kan worden toegepast in voertuigen, 30 vaartuigen, gebouwen, woonhuizen, verplaatsbare kantoren, etc.

De vezels die kunnen worden toegepast voor het vervaardigen van de deelvezelstructuren zijn de gebruikelijke vezels zoals glasvezels, aramidevezels, thermo-35 plastische vezels zoals polyester, koolstofvezels, keramische vezels, etc.

Het stikken met behulp van de verbindingsvezels kan in het algemeen met allerlei vezels gebeuren waarbij polyester- en glasstikdraad de voorkeur hebben. Goed 1009684 8 bruikbaar is bijvoorbeeld 220 detex glasgaren waarmee zeer goede resultaten worden verkregen.

Het aantal verbindingspunten per oppervlakte-eenheid is uiteraard afhankelijk van de toegepaste vezel-5 dikte en de onderlinge afstand.

Typische vezelkwaliteiten uit glasvezel of polyester kunnen bijvoorbeeld 2000 denier bedragen terwijl de verbindingsdraden 60 denier zijn, dat wil zeggen belangrijk dunner. Een typische verbindingsdichtheid is 10 bijvoorbeeld 81 verbindingspunten per vierkante inch; een typische dikte van een uit twee deelvezelstructuren opgebouwde baanvormige vezelstructuur waarbij elke deelvezel structuur uit vier vezellagen is opgebouwd ligt tussen 0,6 en 1,2 mm; typisch bedraagt de dikte ongeveer 15 0,8 mm.

De uitvinding zal nu worden beschreven aan de hand van de tekening waarin: fig. IA en 1B schetsmatig in boven- resp. zijaanzicht een deelvezelstructuur tonen die is opgebouwd uit 20 vier lagen van vezels.

fig. 2 schetsmatig een uit twee deelvezelstructuren opgebouwde vezelstructuur toont; en fig. 3 schetsmatig de rangschikking van de lagen van twee met elkaar verbonden deelvezelstructuren in een 25 voorkeursuitvoeringsvorm toont.

De vezels zijn aangegeven met 1, 2, 3 en 4 waarbij bijvoorbeeld vezels 4 evenwijdig zijn aan de langsrich-ting van de baanvormige vezelstructuur; de vezels 3 daar loodrecht op staan en de vezels 1 en 2 hoeken van +45 30 respectievelijk -45 graden maken met de langsrichting van de baanvormige vezelstructuur. Met 5 zijn verbindingsdraden aangegeven die in een stiksel zijn verwerkt dat, ter plaatse van de kruispunten met de hoogste dichtheid, de hele vezelstapeling insluit (zie fig. 1B). 35 Bij het stikken worden de vezels niet doorboord zodat zij hun oorspronkelijke sterkte behouden.

In fig. 2 is schetsmatig een samenstel van een ; eerste en tweede deelvezelstructuur 21 respectievelijk 22 getoond met een aanligvlak 23. Beide deelvezelstruc- 1009684 9 turen zijn opgebouwd uit vier vezellagen zoals schetsmatig is aangegeven; om de baanvormige vezelstructuur te vervaardigen wordt eerst in een op zich bekende machine de deelvezelstructuur 21 vervaardigd waarna de aldus 5 gevormde deelvezelstructuur 21 opnieuw in de machine wordt ingebracht ter vorming van de deelvezelstructuur 22 die met de deelvezelstructuur 21 wordt verbonden. De deelvezelstructuren liggen in het aanligvlak 23 tegen elkaar aan.

10 In fig. 3 is schetsmatig de rangschikking van de diverse lagen voor een baanvormige vezelstructuur volgens de uitvinding in een voorkeursuitvoeringsvorm getoond. De eerste deelvezelstructuur omvat vezellagen 31, 32, 33 en 34 die op, op zich bekende wijze, met elkaar 15 door middel van verticale verbindingen tussen de lagen onderling zijn verbonden. De aldus gevormde deelvezelstructuur wordt opnieuw in de machine ingebracht en vervolgens wordt de tweede deelvezelstructuur op de eerste deelvezelstructuur gevormd waarbij de lagen 31', 20 32', 33' en 34' ten opzichte van de lagen van de eerste deelvezelstructuur spiegelbeeldig zijn opgesteld en het aanligvlak 35 als spiegelvlak fungeert.

De aldus verkregen baanvormige vezelstructuur die is samengesteld uit twee deelvezelstructuren verschaft, 25 wanneer deze wordt toegepast voor het versterken van een thermoplastische of thermohardende kunststof, hieraan een in hoofdzaak isotroop sterktekarakter in het vlak van het aldus gevormd materiaal respectievelijk verschaft een zeer hoge sterkte in een richting loodrecht 30 op het vlak van het aldus versterkte kunststofmateriaal.

De bestendigheid tegen delamineren in geval van brand is door de aanwezigheid van het grote aantal verbindingen over de dikte van de baanvormige vezelstructuur uitermate goed en het materiaal is eveneens zeer 35 bestendig tegen schokbelasting wanneer het wordt toegepast als vloerbekledingsmateriaal in vliegtuigen.

Ten aanzien van het sandwichvormige plaatmateriaal volgens de uitvinding wordt ten aanzien van de toe te passen kern nog opgemerkt dat deze van velerlei vorm kan ί 0 ü j U o 4 10 zijn zoals een schuimstructuur, een honingraatstructuur, aluminium, papier, etc. De aan de boven- en onderzijde aanliggende lagen bekledingsmateriaal kunnen op velerlei wijze met de kernlaag verbonden zijn zoals door hechten 5 met behulp van een kleefstof; de hechting kan uiteraard ook op mechanische wijze geschieden door middel van nieten, schroeven, etc.

i 1009684

Claims (10)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een baanvor-mige vezelstructuur door deze op te bouwen uit meerdere tegen elkaar aan liggende lagen van vezels waarbij elke laag een groot aantal vezels omvat die evenwijdig aan 5 elkaar gerangschikt zijn en onderling in hoofdzaak gelijke afstanden bezitten en waarbij de richtingen van de vezels van de verschillende lagen voorafbepaalde hoeken met elkaar maken zodat de vezels elkaar kruisen terwijl de verschillende lagen met elkaar worden verbonden ter 10 plaatse van kruispunten van de vezels door middel van verbindingsvezels, met het kenmerk, dat in een eerste stap een eerste deelvezelstructuur (21) wordt vervaardigd met een opbouw zoals boven aangegeven onder toepassing van eerste verbindingsvezels en in een tweede 15 stap op analoge wijze aanliggend op de eerste deelvezel-structuur een tweede deelvezelstructuur (22) wordt gevormd onder toepassing van tweede verbindingsvezels die eveneens de eerste en de tweede deelvezelstructuur met elkaar verbinden en de eerste en tweede deelvezelstruc-20 turen in een aanligvlak (23) tegen elkaar liggen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kruispunten van de eerste deelvezelstructuur (21) en de tweede deelvezelstructuur (22) in loodrechte projectie op het aanligvlak (23) samenvallen.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de lagen van de eerste (31-34) en de tweede deelvezelstructuur (31'-34') ten opzichte van het aanligvlak (35) spiegelbeeldig zijn gerangschikt.

4. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 30 2-3, met het kenmerk, dat de tweede verbindingsvezels de eerste (31-34) en tweede deelvezelstructuren (31'-34') ter plaatse van de in projectie samenvallende kruispunten verbinden.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, 35 dat de tweede verbindingsvezels de eerste (31-34) en tweede deelvezelstructuren (31'-34') ten minste ter plaatse van de in projectie samenvallende kruispunten 1009684 van het hoogste aantal elkaar kruisende vezels verbinden.

6. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de eerste (31-34) en tweede 5 deelvezelstructuur (31'-34') elk uit vier lagen bestaan en de vezeloriëntering in de lagen resp 0, 90, +(30-60) en -(30-60) graden ten opzichte van de langsas van de baan bedraagt.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, 10 dat de vezeloriëntering van de lagen 0, 90, +45 en -45 graden ten opzichte van de langsas van de baan bedraagt.

8. Bekledingsmateriaal uit met vezels versterkte kunststof, met het kenmerk, dat de kunststof is versterkt met een baanvormige vezelstructuur zoals is ver- 15 kregen, met behulp van de werkwijze volgens een of meer van de conclusies 1-7.

9. Bekledingsmateriaal volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het bekledingsmateriaal een vlakke plaat is.

10. Plaatstructuur in sandwichvorm tenminste omvat tende een kernlaag met een bovenzijde en een onderzijde en twee aan de bovenzijde en de onderzijde aanliggende lagen bekledingsmateriaal die met de kernlaag verbonden zijn, met het kenmerk, dat het bekledingsmateriaal een 25 bekledingsmateriaal is volgens conclusie 9. i I i 0 09 ;i 3 4