NL1011516C2 - Laminaat uit metaallagen die met een vezelversterkte hechtingsmiddellaag zijn verbonden. - Google Patents

Description

995005/Ba/fhe

Korte aanduiding: Laminaat uit metaallagen die met een vezelversterkte hechtingsmiddellaag zijn verbonden.

De uitvinding heeft betrekking op een laminaat omvattende een groot aantal metaallagen die onderling met elkaar zijn verbonden door een hechtingsmiddellaag welke hechtingsmiddellaag is versterkt met een samenhangende 5 structuur uit groepen van, onderling in hoofdzaak evenwijdige, vezels en de richting van de vezels van groep tot groep verschilt en er twee of meer verschillende richtingen van vezels te onderscheiden zijn

Een dergelijk laminaat is bekend uit EP-A-0 056 289.

10 In bedoelde publicatie wordt een laminaat van het aangegeven type beschreven waarin metaallagen, zoals bijvoorbeeld lagen uit aluminium of een aluminiumlege-ring, met behulp van een hechtingsmiddellaag met elkaar zijn verbonden waarbij als vezels bijvoorbeeld polypara-15 fenyleentereftaalamidevezels worden toegepast en de vezels tot een weefsel respectievelijk een structuur met vezels in twee of meer richtingen kunnen zijn gevormd.

Bedoeld laminaat heeft een opbouw om te kunnen voldoen aan de hoge eisen die worden gesteld in de lucht-2 0 vaart en bij de bouw van ruimtevoertuigen en in het bijzonder ten aanzien van gewicht en mechanische eigenschappen .

Alhoewel de laminaten van het beschreven type goed voldoen voor de aangegeven doeleinden en goede eigen-25 schappen bezitten wordt verdere verbetering gewenst en in het bijzonder blijft de vraag bestaan naar een materiaal dat een zo hoog mogelijke vermoeidheidsbestendig-heid bezit.

Aanvraagster heeft onderzoek gedaan aan dergelijke 30 materialen en heeft verrassenderwijs gevonden dat een laminaat van het aangegeven type betere vermoeidheidsbe-stendigheid kan worden verschaft wanneer, volgens de uitvinding, de samenhangende structuur uit vezels meerdere lagen omvat en elke laag een groep vormt en steeds

1 0 1 1 R 1 R

2 de vezels van een laag de vezels van een andere laag kruisen terwijl de vezels van een laag in de kruispunten zijn verbonden met de vezels van een andere laag met behulp van verbindingsvezels.

5 Vermoed wordt dat met name de aanwezigheid van de verbindingsvezels de samenhangende structuur in zijn versterkingswerking behulpzaam is waardoor de ver-moeidheidsbestendigheid van het metaallaminaat sterk verbeterd wordt.

10 Ten aanzien van de metaallagen die worden toegepast kan in zijn algemeenheid worden gezegd dat deze veelal een dikte van 0,25 tot 1,0 mm bezitten,· uit aluminium of een aluminiumlegering zijn vervaardigd, bijvoorbeeld een aluminiumkoper- respectievelijk aluminiumzinklegering 15 terwijl het percentage draden in de hechtingsmiddellaag van 3 0 tot 60, bij voorkeur 45 tot 60 gew.% berekend op het totale gewicht van hechtingsmiddel plus draden kan bedragen.

In het bijzonder omvat de samenhangende structuur 20 vier lagen van vezels terwijl de richting van de vezels van een eerste laag in de richting van de vezels van de andere drie lagen hoeken van 45, 90 en 135 graden met elkaar maken.

Ten aanzien van het verbinden van de vezels in de 25 kruispunten daarvan geldt dat de lagen bij voorkeur door stikken met behulp van de verbindingsvezels in de kruispunten van de vezels zijn verbonden.

Het stikken vindt bij voorkeur plaats in kruispunten met een zo hoog mogelijke dichtheid, dat wil zeggen 30 kruispunten waarbij drie draden elkaar kruisen genieten de voorkeur boven kruispunten waar twee draden elkaar kruisen.

In een aantrekkelijke uitvoeringsvorm omvat in het laminaat volgens de uitvinding de samenhangende struc-35 tuur ten minste een eerste en een tweede te onderscheiden deelvezelstructuur waarbij elk der deelvezelstructu-ren een opbouw heeft als de samenhangende structuur van het laminaat zoals hiervoor beschreven welke deelvezel-structuren in een aanligvlak tegen elkaar aanliggen 1011516 3 waarbij de deelvezelstructuren eveneens met elkaar zijn verbonden met behulp van verbindingsvezels.

Deze uit twee of meer deelvezelstructuren opgebouwde samenhangende structuur is aantrekkelijk omdat op be-5 staande apparatuur een uit bijvoorbeeld vier lagen bestaande samenhangende structuur goed is op te bouwen, waarbij echter een opbouw uit meer lagen niet onmogelijk doch gecompliceerd en arbeidsintensief is. Door de samenhangende structuur in het laminaat op te bouwen uit 10 twee of meer deelvezelstructuren die met elkaar worden verbonden met behulp van verbindingsvezels wordt het mogelijk om uit deelvezelstructuren opgebouwde samenhangende structuren te vormen waarin de totale structuur een gewenst aantal lagen kan omvatten.

15 In een zeer aantrekkelijke uitvoeringsvorm is in het laminaat volgens de uitvinding ervoor gezorgd dat de kruispunten van de vezels van de eerste en tweede deel-vezelstructuur, van een twee deelvezelstructuren omvattende samenhangende vezelstructuur, bij loodrechte pro-20 jectie op het aanligvlak samenvallen.

In een nog aantrekkelijker uitvoeringsvorm is in het laminaat ervoor gezorgd dat de lagen van de eerste en tweede deelvezelstructuur ten opzichte van het aanligvlak spiegelbeeldig zijn gerangschikt.

25 Een dergelijke symmetrisch opgebouwde samenhangende structuur uit vezels blijkt uitermate goede resultaten te verschaffen waarbij het laminaat een quasi isotroop karakter bezit dat samenhangt met het quasi isotroop karakter van de samenhangende structuur uit vezels die 30 uit meerdere deelvezelstructuren is opgebouwd.

Overigens wordt opgemerkt dat door toepassing van de samenhangende structuur uit vezels zoals eerder verwoord en waarbij de samenhangende structuur niet is opgebouwd uit deelvezelstructuren toch reeds uitstekende sterkte-35 eigenschappen worden geconstateerd die samenhangen met het sterk quasi isotrope karakter van de enkelvoudige samenhangende structuur die volgens de uitvinding wordt toegepast en waarbij vezels in lagen zijn gerangschikt, twee of meer vezelrichtingen te onderscheiden zijn en 1011516 4 waarbij de vezels in de kruispunten met behulp van ver-bindingsvezels zijn verbonden.

Ten aanzien van de in het laminaat volgens de uitvinding toe te passen vezels zal het duidelijk zijn dat 5 velerlei vezels kunnen worden toegepast zoals Aramide® vezels en andere geschikte vezels,· goede resultaten worden verkregen met glasvezels en polyestervezels; de uitvinding is echter niet tot de toepassing van genoemde vezels beperkt.

10 Ten aanzien van de karakteristieken van de toe te passen vezels wordt opgemerkt dat de vakman het gewicht van die vezels, in verband met de door hem gewenste eigenschappen van het laminaat, zal weten te kiezen; in zijn algemeenheid zullen voor de vezels die de samenhan-15 gende structuur opbouwen vezels met een gewicht van 1500 tot 5000 denier worden gekozen terwijl het gewicht van de verbindingsvezels 20 tot 100 denier zal kunnen zijn.

In een typisch voorbeeld worden polyester of glasvezels gebruikt met een gewicht van 3600 denier terwijl 20 dergelijke verbindingsvezels werden gebruikt met een gewicht van 72 denier.

Ook de keuze van het hecht ingsmiddel zal door de vakman op basis van kennis en ervaring kunnen geschieden. Veel voorkomende hechtingsmiddelen zijn thermohar-25 dende systemen, bijvoorbeeld op basis van epoxyhars, v fenolhars, polyimidehars, etc.

De uitvinding zal nu worden beschreven aan de hand van de tekening waarin: fig. IA en 1B schetsmatig in boven- respectievelijk 30 zijaanzicht een deelvezelstructuur tonen die is opgebouwd uit vier lagen van vezels.

fig. 2 schetsmatig een uit twee deelvezelstructuren opgebouwde vezelstructuur toont,· fig. 3 schetsmatig de rangschikking van de lagen van 35 twee met elkaar verbonden deelvezelstructuren in een voorkeursuitvoeringsvorm toont,· en fig. 4 schetsmatig een uit vier metaallagen bestaand laminaat volgens de uitvinding toont.

In fig. IA en 1B zijn de vezels aangegeven met 1, 2, 40 3 en 4 waarbij bijvoorbeeld vezels 4 evenwijdig zijn aan 1011516 5 de langsrichting van de samenhangende vezelstructuur die hier baanvormig is; de vezels 3 daar loodrecht op staan en de vezels 1 en 2 hoeken van +45 respectievelijk -45 graden maken met de langsrichting van de samenhangende 5 vezelstructuur. Met 5 zijn verbindingsdraden aangegeven die in een stiksel zijn verwerkt dat, ter plaatse van de kruispunten met de hoogste dichtheid, de hele vezelsta-peling insluit (zie fig. 1B).

Bij het stikken worden de vezels niet doorboord zodat 10 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 deelvezelstructuren zijn opgebouwd uit vier vezellagen zoals schetsmatig is 15 aangegeven; om de baanvormige vezelstructuur te vervaardigen wordt eerst in een op zich bekende machine de deelvezelstructuur 21 vervaardigd waarna de aldus gevormde deelvezelstructuur 21 opnieuw in de machine wordt ingebracht ter vorming van de deelvezelstructuur 22 die 20 met de deelvezelstructuur 21 wordt verbonden. De deelvezelstructuren liggen in het aanligvlak 23 tegen elkaar aan.

In fig. 3 is schetsmatig de rangschikking van de diverse lagen voor een samenvallende vezelstructuur in 25 een voorkeursuitvoeringsvorm getoond. De eerste deelvezelstructuur omvat vezellagen 31, 32, 33 en 34 die op, op zich bekende wijze, met elkaar door middel van verticale verbindingen tussen de lagen onderling zijn verbonden. De aldus gevormde deelvezelstructuur wordt opnieuw 30 in de machine ingebracht en vervolgens wordt de tweede deelvezelstructuur op de eerste deelvezelstructuur gevormd waarbij de lagen 31', 32', 33' en 34' ten opzichte van de lagen van de eerste deelvezelstructuur spiegelbeeldig zijn opgesteld en het aanligvlak 35 als spiegel-35 vlak fungeert.

In fig. 4 is schetsmatig een metaallaminaat volgens de uitvinding getoond dat bestaat uit aluminiumlagen 40, 41, 42 en 43 welke lagen zijn verbonden door hechtings-middellagen 44, 45 en 46 die volgens de uitvinding zijn 101 1516 6 versterkt met een samenhangende structuur uit vezels 47, 48 en 49.

De toegepaste aluminiumplaat van de lagen 40, 41, 42 en 43 was Pretreated Aluminium type 2024.

5 De lagen 44, 45 en 46 zijn bijvoorbeeld met glasvezel versterkte geharde kunstharslagen, waarbij het harssysteem een gemodificeerde epoxyhars omvat zoals bijvoorbeeld AF 153® van 3M Company en FN94® van Cytec. De glasvezelversterking is bijvoorbeeld een vezelstruc-10 tuur zoals te zien is in fig. 1 met de volgende parameters :

Vezel Richting Tex.vezel Materiaal 1 +45° 400 tex S2 glasvezel 2 -45° 400 tex S2 glasvezel 15 3 +90° 400 tex S2 glasvezel 4 0° 400 tex S2 glasvezel 5 80 dtex polyester 1011516

Claims (9)

1. Laminaat omvattende een groot aantal metaallagen die onderling met elkaar zijn verbonden door een hech-tingsmiddellaag welke hechtingsmiddellaag is versterkt met een samenhangende structuur uit groepen van, onder- 5 ling in hoofdzaak evenwijdige, vezels (1-4) en de richting van de vezels (1-4) van groep tot groep verschilt en er twee of meer verschillende richtingen van vezels te onderscheiden zijn, met het kenmerk, dat de samenhangende structuur uit vezels (1-4) meerdere lagen omvat en 10 elke laag een groep vormt en steeds de vezels (1, 2, 3, 4. van een laag de vezels (1, 2, 3, 4) van een andere laag kruisen terwijl de vezels (1, 2, 3, 4) van een laag in de kruispunten met de zijn verbonden met de vezels (1, 2, 3, 4) van een andere laag met behulp van verbin- 15 dingsvezels (5).

2. Laminaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de samenhangende structuur vier lagen van vezels (1-4) omvat en de richting van de vezels (1) van een eerste laag en de richting van de vezels (2, 3, 4) van de ande- 20 re drie lagen hoeken van respectievelijk 45, 90 en 135 graden met elkaar maken.

3. Laminaat volgens conclusie 1-2, met het kenmerk, dat de lagen door stikken met behulp van verbindingsve-zels (5) in de kruispunten van de vezels (1-4) zijn 25 verbonden.

4. Laminaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de samenhangende structuur ten minste een eerste (21) en een tweede (22) te onderscheiden deelvezelstructuur omvat, waarbij elk der deelvezelstructuren (21, 22) een 30 opbouw heeft als de samenhangende structuur volgens een of meer van de conclusies 1-3 en die in een aanligvlak (23) tegen elkaar aanliggen, waarbij de deelvezelstructuren (21, 22) eveneens met behulp van verbindingsvezels met elkaar zijn verbonden.

5. Laminaat volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de kruispunten van de vezels van de eerste (21) en de tweede (22) deelvezelstructuur bij loodrechte projectie op het aanligvlak (23) samenvallen. 101 151R

6. Laminaat volgens conclusie 4-5, met het kenmerk, dat de lagen van de eerste (31-34) en tweede (31'-34') deelvezelstructuur ten opzichte van het aanligvlak (25) spiegelbeeldig zijn gerangschikt.

7. Laminaat volgens een of meer van de conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de toegepaste vezels (1-4) en verbindingsvezels (5) zijn gekozen uit glasvezel en polyestervezel.

8. Laminaat volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat 10 het gewicht van de vezels (1-4) 1500 tot 5000 denier bedraagt en het gewicht van de verbindingsvezels (5) 20 tot 100 denier.

9. Laminaat volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat het gewicht van de vezels (1-4) 3600 denier 15 bedraagt en van de verbindingsvezels (5) 72 denier. 1011516