NL8100088A

NL8100088A - Laminaat uit metalen platen en daarmede verbonden draden, alsmede werkwijzen ter vervaardiging daarvan.

Info

Publication number: NL8100088A
Application number: NL8100088A
Authority: NL
Original assignee: Tech Hogeschool Delft Afdeling
Priority date: 1981-01-09
Filing date: 1981-01-09
Publication date: 1982-08-02
Also published as: IE53137B1; EP0056288B1; IE820035L; US4489123A; JPH0226582B2; EP0056288A1; DE3269541D1; JPS57137149A; ATE18371T1

Description

. -: * P 163

Laminaat uit metalen platen en daarmede verbonden draden, alsmede werkwijzen ter vervaardiging daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op een laminaat gevormd uit twee of meer metalen platen, waartussen draden met hoge 5 elasticiteitsmodulus zijn aangebracht en waarbij de metalen platen en de draden met behulp van een hechtmiddel, zoals een metaallijm, onderling zijn verbonden.

Een dergelijk laminaat kan min of meer bekend geacht worden uit de publicatie van D.K. Klapprott, C.L. Mahoney, T.F.

10 Mika, P.M. Stifel en T.J. Aponyi "Improved Fatigue Life Through High Modulus-Fiber Reinforcement of Adhesives", 20 National SAMPE, April 1975. Daarin wordt vermeld, dat het wapenen van de lijmlaag met draden van hoge modulus tot verbetering van de vermoeiingseigenschappen leidt.

15 Hoewel met de bekende laminaten redelijke resultaten bereikbaar zijn, zijn die bekende laminaten niet optimaal. Met name kan daarmede niet geheel worden voldaan aan de hoge eisen, die met name in de lucht- en ruimtevaarttechniek de laatste jaren worden gesteld, in het bijzonder ten aanzien 20 van gewichtsbesparing in verband met de sterk gestegen brandstofkosten.

De uitvinding beoogt een laminaat van het in de aanhef vermelde type te verschaffen, waarmede beter aan de gestelde eisen kan worden voldaan. Het laminaat is volgens de vinding hierdoor gekenmerkt, dat in onbelaste toestand van het lami-25 naat in zijn geheel in elke metaalplaat een drukspanning aanwezig is en dat in elke laag met draden een trekspanning aanwezig is, waarbij de genoemde drukspanning een waarde 2 2 tussen 0 en 300 N/mm , in het bijzonder 0 tot 200 N/mm , bezit. Daardoor wordt een voorgespannen laminaat verkregen, 30 dat op bijzonder goede wijze in staat is de in het bijzonder in de vliegtuigbouw dikwijls optredende wisselende belastingen op te nemen. Met name de vermoeiingseigenschappen van 8100088 = 2 = * ·*· het voorgespannen laminaat volgens de vinding zijn verrassend gunstig. Daardoor kunnen bij het construeren met het laminaat volgens de vinding aanmerkelijke gewichtsbesparingen worden bereikt.

5 Met voordeel is het laminaat volgens de vinding hierdoor gekenmerkt, dat de dikte van elke metaalplaat kleiner is dan 1 mm en in het bijzonder 0,1 tot 0,7 mm bedraagt, bijvoorbeeld 0,3 mm of 0,6 mm. Hoewel toepassing van dunnere metaalplaten, in het bijzonder metaalplaten met een dikte van 10 minder dan 1 mm, in-laminaten op zichzelf tot hogere kosten leidt en op grond daarvan niet voor de hand lag, is op verrassende wijze volgens de vinding gebleken, dat toepassing van aanmerkelijk dunnere metaalplaten tot een aanzienlijke verbetering van de eigenschappen van laminaten leidt.

15 Met voordeel is het laminaat volgens de vinding hierdoor gekenmerkt, dat de metalen platen zijn gevormd uit een materi- 2 aal met een treksterkte groter dan 350 N/mm . Bij voorkeur zijn in het laminaat volgens de vinding de metaalplaten ge-. vormd door een aluminium * legering, zoals een aluminiumkoper 20 legering, in het bijzonder van het type AA (USA) Nr. 2024-T3, of een aluminiumzink legering, in het bijzonder van het type AA (USA) Nr. 7075-T^. Ook kunnen in het laminaat volgens de vinding de metalen platen zijn gevormd uit een titaan legering of uit staal of uit andere bruikbare constructie 25 metalen.

Het laminaat volgens de vinding is voorts hierdoor gekenmerkt, dat de versterkingsdraden in de lijmlagen zijn gevormd uit een materiaal, waarvan de elasticiteitsmodulus groter is dan 5x10^ N/mm'^ en ten hoogste 25x10^ N/mm:^ be-30 draagt, terwijl bijvoorkeur draden met een tussen 10x10^ en 15x10 N/mm gelegen elasticiteitsmodulus, in het . 4 2 bijzonder ongeveer 13x10 N/mm , worden toegepast.

Gunstige resultaten zijn bereikbaar indien het laminaat volgens de vinding hierdoor is gekenmerkt, dat de draden zijn 8100088 , *· * = 3 = gevormd uit homo- of copolymeren behorende tot de groep bestaande uit aramiden, in het bijzonder poly-para-fenyleen-tereftaalamide, of uit aromatische polyamidehydraziden of geheel aromatische polyesters. Ook zijn volgens de uitvin-5 ding goede resultaten te verwachten, indien de versterkings-draden in de lijmlagen zijn gevormd uit koolstof of uit glas. Een aantal van de laatstgenoemde materialen voor de draden en hun eigenschappen zijn beschreven in het artikel van Kh. Hillermeier en H. Weyland ”Een aramide garen voor verster-10 king van kunststoffen”, Flastica, November 1977, Nummer 11, blz. 374 t/m 380.

Een te verkiezen uitvoeringsvorm van het laminaat is volgens de vinding hierdoor gekenmerkt, dat de draden zijn aangebracht in de vorm van uit eindloze filamenten gevormde 15 garens, die zich in gestrekte vorm in een of meer groepen onderling evenwijdig uitstrekken. Volgens de vinding kunnen de draden zijn aangebracht in de vorm van een weefsel met een effen binding met in de ketting 7 tot 11, bij voorkeur' ongeveer 9, aramide garens per cm met ieder een titer van 20 1200 tot 2000 decitex, bij voorkeur ongeveer 1610 decitex, en 750 tot 1250 filamenten, bij voorkeur ongeveer 1000 filamenten. In de inslag van het weefsel kunnen 5,5 aramide garens per cm worden toegepast met ieder een titer van 200 decitex en 125 filamenten.

25 Een gunstige uitvoeringsvorm van het laminaat is volgens de vinding hierdoor gekenmerkt, dat het laminaat is gevormd door drie, vier, vijf of meer metalen platen, waartussen telkens draden met een hoge elasticiteitsmodulus zijn aangebracht en waarbij de metalen platen en de draden met een hechtmiddel, 30 bijvoorbeeld metaallijm, aan elkander zijn bevestigd, terwijl in de lijmlagen het gewichtspercentage van de draden 30 tot 80, bij voorkeur ongeveer 45 tot 503», bedraagt.

Afhankelijk van de beoogde toepassing en de gestelde eisen kan het optimale aantal metaalplaten worden bepaald. Hoewel 35 het aantal toe te passen metaalplaten in het algemeen niet aan een bepaald maximum is gebonden, zal het aantal metalen 8100088 • * = 4 = platen veelal niet meer dan 25 bedragen. Door het kiezen van de juiste lijmsoort in combinatie met versterkingsdraden uit het juiste materiaal, verkrijgt men volgens de vinding een laminaat, waarin de dikte van ieder der metaalplaten groter 5 is dan de dikte van de afzonderlijke versterkte lijmlagen. Dunne plaat heeft zowel wat statische als wat dynamische eigenschappen betreft betere eigenschappen dan dikke plaat. Een tweede reden om dunne plaat te kiezen is het optreden van delaminatie tijdens vermoeiingsbelasting. Meerdere dunne 10 metaal en draden-lijmlagen, in plaats van een kleiner aantal dikkere lagen, zal de schuifspanningspiek in lijm verlagen met als gevolg vermindering van delaminatie. Door nu volgens de uitvinding te optimaliseren in plaatdikte (optimale .metaal-draden verhouding) verkrijgt men de genoemde gunstige 15 resultaten.

Het laminaat volgens de vinding kan in het bijzonder met voordeel worden toegepast als constructiedeel in een voertuig of in een ruimte- of luchtvaartuig, bijvoorbeeld als onderhuid voor een vleugel enerzijds ter besparing van het 20 constructiegewicht en anderzijds ter verhoging van de veiligheid ten aanzien van scheurvorming. Het hechtmiddel kan bestaan uit een goede metaallijm, zoals BSL312 UL of FM-123-5 of FM73 in de handel gebracht door Ciba-Geigy of de door 3M Company in de handel gebrachte lijmtypen AF126-2 en AF162-3. 25 Echter ook andere warm of koud hardende metaallijmen kunnen worden toegepast.

Een voorbeeld van een laminaat volgens de vinding is in Fig. 1 schematisch in perspectief voorgesteld. Het laminaat is in zijn geheel met 1 aangeduid en is opgebouwd uit vier metalen 30 platen 2, die aan elkaar zijn bevestigd door middel van tussenliggende draden-lijmlagen 3, waarin de draden aanwezig zijn in de vorm van een weefsel, waarvan de kettingdraden de genoemde draden met hoge elasticiteitsmodulus zijn en met 4 zijn aangeduid. De Figuren 2, 3 en 4 tonen schematisch door-35 sneden van laminaten volgens de vinding, in de richting dwars op de kettingsdraden 4 van de versterkingsweefsels. In Fig. 1 8100088 = 5 - t/m 4 zijn overeenkomstige delen met dezelfde verwijzings-cijfers aangeduid. De getekende laminaten bevatten een verschillend aantal lagen. Het laminaat volgens Fig. 2 bevat aan de twee buitenzijden, een metalen plaat 2, die met de ene 5 tussengelegen draden-lijmlaag 3 aan elkaar zijn bevestigd. Het laminaat volgens Fig. 3 bevat drie metalen platen 2, die met een tweetal tussengelegen draden-lijmlagen 3 zijn verbonden. Het laminaat volgens Fig. 4 is opgebouwd uit vijf metaalplaten 2, die onderling zijn verbonden door middel van 10 vier draden-lijmlagen 3. De laminaten volgens Fig. 1, 2, 3 en 4 zijn geheel symmetrisch ten opzichte van een vlak door het midden van de laminaten en evenwijdig aan het vlak van de metaalplaten. In beginsel is het ook mogelijk laminaten te vervaardigen, die niet symmetrisch ten opzichte van een 15 vlak evenwijdig aan de metaalplaten zijn.

De foto toont op sterk vergrote schaal (ongeveer 40x) een dwarsdoorsnede in de richting haaks op de kettingdraden van een laminaat uit vier metalen platen met drie tussenliggende draden-lijmlagen van het type volgens Fig. 1. Het laminaat 20 volgens de foto is vervaardigd uit een viertal metalen platen uit de in de vliegtuigbouw veel toegepaste aluminium- koper legering van het type AA (USA) Nr. 2024. De dikte van de metalen platen bedroeg 0,6 mm. De zich tussen elk paar metalen platen bevindende versterkte lijmlaag is opgebouwd 25 uit twee lijmfilms uit een goede metaallijm met ieder een 2 uitgangsdikte van 0,08 -mm en een massa van 100 gram/m .

Tussen die twee lijmfilms is een weefsel uit aramide garens van het eerder vermelde type aangebracht, welk weefsel een dikte van ongeveer 0,10 mm bezat en een massa van 150 tot 2 30 180 gram/m . De toegepaste lijm was van het type dat eerst na verwarming op 120°C kan worden verhard.

Bij het vervaardigen van het op de foto getoonde laminaat zijn eerst op een verplaatsbare ondersteuning vier stuks identieke metaalplaten uit de genoemde aluminium-koper lege-35 ring op elkander gelegd onder tussenvoeging van telkens twee lijmfilms met een tussengelegen aramide weefsel. Het aldus 8100088 = 6 = gevormde laminaat uit losse evenwijdige delen namelijk vier metaalplaten en drie lijmlagen met versterkingsweefsels werd op de ondersteuning met een folie afgedekt. Vervolgens werd het in folie verpakte nog uit losse delen bestaande laminaat 5 van buitenaf samengedrukt door in de verpakking van het laminaat een vacuum aan te brengen. Daarna werd het verpakte laminaat met de verplaatsbare ondersteuning in een autoclaaf gebracht. Na het sluiten werd het laminaat in de autoclaaf onder een luchtdruk van 6 bar gezet en werd de temperatuur 10 op 120°C gebracht. Na een verblijf van 30 minuten in de autoclaaf was het laminaat gereed en werd het uit de autoclaaf verwijderd. Uiteraard moeten de metaalplaten enkele passende voorbehandelingen, zoals alkalisch ontvetten, etsen in een chroomzuur-zwavelzuur bad, in chroomzuur of fosfor-15 zuur anodiseren, aanbrengen van een bij de lijmsoort passende primer, bijvoorbeeld op basis van epoxy fenol met corro-siewerende eigenschappen of dergelijke, ondergaan alvorens zij met de lijmlagen kunnen worden samengevoegd.

Een werkwijze voor het vervaardigen van een voorgespannen 20 laminaat is volgens de vinding hierdoor gekenmerkt, dat na het samenlijmen door middel van een uitwendige trekkracht aan het gehele laminaat een specifieke rek wordt gegeven, die groter is dan de specifieke elastische rek van de metalen platen en kleiner is . dan de specifieke breukrek van de 25 draden en van de metalen platen. Volgens de uitvinding worden daarbij tijdens het uitoefenen van de uitwendige trekkracht de metalen platen plastisch gedeformeerd. De door de uitwendige trekkracht tot stand gebrachte specifieke rek bedraagt 0,2 tot 1,836, in het bijzonder 0,6 tot 1,636 , en bij 30 voorkeur wordt een zodanige specifieke rek toegepast, dat het metaal ongeveer 0,7% plastisch deformeert.

Een tweede bijzonder doelmatige werkwijze voor het vervaardigen van een voorgespannen laminaat is volgens de uitvinding hierdoor gekenmerkt, dat vóór het verharden van de lijm-35 laag slechts op de draden een uitwendige trekkracht wordt 8100088 = 7 = uitgeoefend, die in de draden een specifieke elastische rek kleiner dan de breukrek tot stand brengt, dat vervolgens verharding van de lijmlaag onder handhaving van de uitwendige trekkracht plaatsvindt e.n dat na voltooiing van het verhar-5 dingsproces de uitwendige trekkracht wordt weggenomen, een en ander zodanig, dat in het voltooide laminaat in de metalen platen een drukspanning aanwezig is en in de draden een resterende trekspanning heerst. Bij de laatstgenoemde werkwijze ter vervaardiging van een voorgespannen laminaat belt) hoeven de metalen platen niet plastisch te worden gedeformeerd, hetgeen een voordeel is in verband met het Bauschinger effect.

Fig. 5 dient ter toelichting en verklaring van de werkwijze voor het vervaardigen van een voorgespannen laminaat volgens 15 de methode, waarbij de metaalplaten een plastische deformatie ondergaan. Ook dit voorbeeld heeft betrekking op een laminaat uit vier metaalplaten uit de genoemde aluminium-koper legering type AA (USA) Nr. 2024 met een plaatdikte van 0,6 mm. De vier aluminiumplaten (Al) zijn aan elkaar bevestigd 20 met drie tussenliggende draad-lijmlagen uit metaallijm, die ieder een aramide weefsel (Ar) bevatten. De draden-lijmlagen bezitten ieder een dikte van 0,25 mm. Het monster uit laminaat (ARALL) waaraan de metingen zijn verricht bezat een breedte van 20 mm. In Fig. 5 zijn horizontaal de specifieke 25 rek in % en vertikaal de trekbelasting P in Newtons uitgezet. Met een drietal getrokken lijnen ARALL, Al en Ar is het verloop van specifieke rek bij toenemende trekkracht aangegeven voor de drie materialen. De ARALL-lijn heeft daarbij betrekking op het laminaat in zijn geheel. De Al-lijn heeft 30 betrekking op het gedrag van de genoemde aluminium legering op zichzelf. De Ar-lijn heeft betrekking op het gedrag van de draden-lijmlaag d.w.z. een aramide weefsel bevattende lijmlaag. Aangezien hier met een onder invloed van warmte (120°C) tot stand gebrachte lijmverbinding is gewerkt liggen 35 de beginpunten van de Al- en de Ar-lijnen niet in het nulpunt ten gevolge van de afkoeling na het lijmproces en het 8100088 = 8 = verschil in uitzettingscoëfficient van aluminium en aramide. Uit Fig. 5 blijkt, dat men een in zijn geheel onbelast voorgespannen laminaat (ARALL) kan verkrijgen met in de aluminiumplaten (Al) een drukspanning ter grootte van bijvoor-5 beeld 88,5 N/mm en in de lijm-aramidelagen (Ar) een even grote trekspanning. Het aldus voorgespannen maar in zijn totaliteit onbelaste laminaat kan worden verkregen 'door het laminaat aan een zodanig grote uitwendige trekkracht in de richting van de kettingdraden van het aramideweefsel te 10 onderwerpen, dat de specifieke rek ongeveer 1,4¾ bedraagt. Zoals uit Fig. 5 blijkt bezitten de aluminiumplaten na ontlasting dan een specifieke plastische rek van ongeveer 0,75¾. Afhankelijk van de gewenste toepassing van het laminaat kan de juiste drukspanning in de metaalplaten van het voltooide 15 laminaat bij de vervaardiging worden ingesteld. Voor andere metaalsoorten en/of versterkingsdraden met hoge modulus uit andere materialen dan aramiden kan op vergelijkbare wijze de grootte van de drukspanning in de metaallagen van het voltooide laminaat worden opgelegd. In Fig. 5 zijn Pi,Al en 20 P. de inwendige krachten in de aluminiumplaten resp. in de lijnslagen met aramidedraden, welke krachten gelijk maar tegengesteld van teken zijn. ^ correspondeert in. het onderhavige geval met een inwendige spanning van -88,5 2 N/mm , terwijl de plastische rek in het aluminium 0,75¾ 25 bedraagt.

Fig. 6 toont de resultaten van trekproeven met proefstaven zonder gat en met proefstaven die van een gat met een diameter van 6,3 mm waren voorzien. Ook deze proeven zijn genomen met een laminaat van het type ARALL volgens de vinding, dat 30 is opgebouwd uit vier metaallagen uit de genoemde aluminium-koper legering van het type AA (USA) Nr. 2024, en uit drie een aramide weefsel bevattende lijmlagen. De proeven zijn gedaan met 3 materialen namelijk met proefstaven uit de genoemde massieve aluminium-koper legering, aangeduid met AL, 35 met proefstaven uit het genoemde niet voorgespannen laminaat, aangeduid met ARALL, en met proefstaven uit het wel 8100088 ' ' * ' » = 9 = voorgespannen laminaat, aangeduid met ARALL (voorgespannen). Uit Fig. 6 blijkt in de eerste plaats, dat het ARALL en het voorgespannen ARALL laminaat een ongeveer 10 tot 15¾ grotere treksterkte bezitten dan massief aluminium (Al). Bijzonder 5 gunstig is verder, dat in tegenstelling tot bij massief aluminium, bij niet voorgespannen ARALL de treksterkte niet wordt verminderd door het aanbrengen van een gat in de proefstaat.

In Fig. 7 zijn resultaten van in de luchtvaarttechniek ge-10 bruikelijke vluchts-imulatieproeven weergegeven, die zijn gevonden met drie soorten laminaten. Het eerste laminaat bestond uit vijf lagen op elkaar gelijmde metaalplaten (met Al aangeduid), uit de aluminium-koper legering type AA (USA)

Nr. 2024, waarbij in de vier lijmlagen geen draden waren 15 aangebracht. Het tweede laminaat bestond uit vijf lagen op elkaar gelijmde aluminiumplaat van dezelfde legering, waarbij in de lijmlagen een aramide weefsel was aangebracht (aangeduid met ARALL). Het derde laminaat was van het type van het tweede laminaat maar dan voorgespannen (aangeduid 20 met voorgespannen ARALL). De afmetingen van de proefstukken waren lengte 300 mm, breedte 100 mm en totale dikte 4 mm. De doorgetrokken lijnen en de streeplijn geven de resultaten weer met proefstukken met aan het begin van de proef in het midden een zaagsnede van 7 mm lengte. De streepstippellijn 25 geeft de resultaten weer met proefstukken met aan het begin van de proef in het midden een rond gat met een diameter van 11 mm. In Fig. 7 zijn de resultaten weergegeven van met de genoemde drie soorten laminaten genomen vermoeiingsproeven, waarbij proefstukken aan een wisselende belasting volgens 30 een speciaal vluchtsimulatie programma worden onderworpen.

Horizontaal is in Fig. 7 de scheurlengte 2a in mm uitgezet d 3 en vertikaal is de scheurgroeisnelheid in mm per vlucht uitgezet. Uit vergelijking van de Al-lijn met de ARALL-lijn blijkt, dat de scheurgroeisnelheid in het ARALL laminaat 35 aanmerkelijk geringer is dan in het Al-laminaat. Voor het voorgespannen ARALL zijn de resultaten nog veel gunstiger, 8100088 = 10 = aangezien daarbij de groeisnelheid van de scheur nagenoeg tot nul afneemt. Ook bij herhaling van de proeven met voorgespannen ARALL met een enigszins ander proefstuk, namelijk met een groot gat in het midden, waren de resultaten bij-5 zonder gunstig, zoals uit het verloop van de onderbroken lijn blijkt. In Fig. 7 is met Smp de gemiddelde spanning in het proefstuk aangeduid tijdens de.gesimuleerde vlucht.

Ook in Fig. 8 zijn de resultaten weergegeven van proeven met wisselende belasting volgens een in de luchtvaarttechniek 10 gebruikelijk vluchtsimulatie programma. Alle proeven zijn genomen met proefstukken met afmetingen van 300x100 mm, een dikte van 3-4 mm en met een zaagsnede van 3 mm lengte in het midden. De proeven zijn genomen met vijf verschillende soorten materiaal, namelijk in de eerste plaats massief aluminium 15 met een dikte van 3 mm (1x3 mm Al), in de tweede plaats gelamineerd aluminium uit drie metaalplaten met een dikte van 1 mm zonder draden in de lijm (3x1 mm Al), in de derde plaats gelamineerd aluminium uit vijf metaalplaten met een dikte van 0,6 mm zonder draden in de lijmlagen (5x0,6 mm Al), 20 in de vierde plaats een laminaat uit vijf aluminium platen met een dikte van 0,6 mm en met een versterkingsweefsel uit aramidedraden in de lijmlagen (5x0,6 mm ARALL) en in de vijfde plaats een laminaat van het laatstgenoemde type dat voorgespannen is (5x0,6 mm ARALL voorgespannen). Het alumi-25 nium is wederom gevormd door de aluminium-koper legering type AA (USA) Nr. 2024. In Fig. 8 is voor de verschillende materialen aangegeven na welk aantal gesimuleerde vluchten breuk van het proefstuk optrad. In de vakken A, B en C zijn de resultaten weergegeven van de proeven waarbij een steeds 30 hogere gemiddelde belasting is toegepast op de proefstukken, 2 namelijk resp. Smp= 70, 90 en 100 N/mm . Reeds uit vak A van Fig. 8 blijkt, dat het ARALL materiaal met metaalplaten ter dikte van 0,6 mm en derhalve duidelijk minder dan 1 mm bijzonder gunstig is. Door de in vak B vermelde resultaten 35 onder een hogere gemiddelde belasting wordt het gunstige gedrag van het ARALL materiaal bevestigd. In vak C zijn ten- 8100088 = 11 = slotte de resultaten onder een nog zwaardere belasting vermeld voor een proefstuk uit voorgespannen ARALL-laminaat. Daaruit blijkt dat zelfs na ongeveer 100.000 gesimuleerde vluchten nog geen breuk in het voorgespannen ARALL-laminaat 5 optrad. ,

In Fig. 9 zijn de resultaten weergegeven van vermoeiings-proeven met proefstukken van het in Fig. 9 bovenaan getekende MlugM-type onder wisselende belasting met een constante amplitude. De proeven zijn uitgevoerd met verschillende 10 materiaalsoorten, die op soortgelijke wijze zijn aangeduid als in Fig. 8. Uit de in vak A vermelde resultaten blijkt, dat het ARALL-laminaat· met metaalplaten van minder dan 1 mm dikte bijzonder gunstige eigenschappen bezit en dat de resultaten nog beter worden bij afnemende laagdikte van de 15 metaalplaten. In vak B van Fig. 9 zijn de proefresultaten weergegeven onder een hogere gemiddelde belasting en ook daarbij toont het ARALL-laminaat zich bijzonder gunstig.

___ *

In Fig. 10 zijn nog resultaten weergegeven van proeven, die zijn genomen met proefstukken van het in de luchtvaarttech- 20 niek gebruikelijke "boutverbindings"-type. Een dergelijk proefstuk is in Fig. 10 bovenaan in perspectief weergegeven, waarbij de verbindingsbouten in de boringen met een diameter van 6,3 mm moeten worden aangebracht. In vak A van Fig. 10 zijn de resultaten van trekproeven weergegeven, waarbij de 2 25 treksterkte in N/mm is vermeld en waaruit blijkt, dat het voorgespannen ARALL-laminaat een ongeveer 22¾ grotere treksterkte toont dan massieve aluminium plaat (Al). De aluminium platen zijn van dezelfde soort legeringen als is vermeld voor Fig. 6-9. In de vakken en B^ van Fig. 10 zijn de 30 resultaten vermeld van proeven met een wisselende trekbelas-ting met constante amplitude. Daaruit blijkt, dat het proefstuk uit voorgespannen ARALL-laminaat een nagenoeg onbeperkt aantal belastingscycli kon ondergaan zonder te breken. Vak B2 heeft betrekking op resultaten met proefstukken, die 35 vooraf gedurende 6 weken aan een vochtige zoutatmosfeer 8100088 = 12 = waren blootgesteld. Vak heeft betrekking op slechts aan de normale atmosfeer blootgestelde proefstukken. In de vakken Ci en C2 van Fig. 10 zijn de resultaten weergegeven van proeven, waarbij de proefstukken werden onderworpen aan een 5 sterk wisselende belasting volgens een in de luchtvaarttech-niek gebruikelijk vluchtsimulatieprogramma. Ook daaruit blijkt, dat het voorgespannen ARALL-laminaat een nagenoeg onbeperkt aantal gesimuleerde vluchten kan doorstaan. In vak C2 zijn resultaten vermeld met proefstukken die vooraf ge-10 durende 6 weken aan een vochtige zoutatmosfeer waren blootgesteld. Vak hee-ft betrekking op slechts aan de normale atmosfeer blootgestelde proefstukken. Uit vergelijking van de resultaten van en C2 blijkt, dat voor de proef stukken uit voorgespannen ARALL-laminaat geen invloed merk-15 baar is van de zoutatmosfeer in tegenstelling tot de proefstukken uit massief aluminium.

De in het voorgaande beschreven proefresultaten hebben in hoofdzaak betrekking op 'laminaten volgens de vinding, waarbij de metaalplaten bestaan uit een in de luchtvaarttechniek 20 op grote schaal toegepaste aluminium-koper legering en waarbij in de lijmlagen een weefsel uit aramide draden is aangebracht. Echter, zoals reeds vermeld, kunnen binnen het raam van de vinding ook metaalplaten uit andere constructiemetalen met succes worden toegepast, terwijl afhankelijk van de be-25 oogde toepassing in de lijmlagen ook draden uit andere materialen kunnen worden aangebracht, die eveneens een hoge elasticiteitsmodulus bezitten. Wel moeten de toegepaste draden een slechts geringe kruip bezitten, zoals bijvoorbeeld het materiaal Arenka 930, waarvan de kruipeigenschappen zijn 30 vermeld in het genoemde artikel uit Plastica November 1977, Nr.11 blz. 374 t/m 380.

Binnen het raam van de vinding kunnen verschillende wijzigingen worden toegepast. Hoewel in de eerste plaats in de laminaten volgens de vinding metaalplaten met onderling ge-35 lijke dikte worden toegepast is het in beginsel ook mogelijk 8100088 1 · » = 13 = in een en hetzelfde laminaat metaalplaten met twee of meer verschillende dikten toe te passen in een al of niet symmetrische formatie. Ook is het in beginsel mogelijk in een en hetzelfde laminaat platen uit verschillende metalen of lege-5 ringen toe te passen. De laminaten volgens de vinding kunnen in beginsel warden vervaardigd in de vorm van plaatmateriaal met een breedte van bijvoorbeeld 1 m en een lengte van enkele meters. Buiten de lucht- en ruimtevaarttechniek kunnen de laminaten volgens de vinding ook met voordeel in diverse 10 andere gebieden der techniek worden toegepast, in het bijzonder daar waar hoge eisen aan de statische, dynamische (vermoeiingseigenschappen) en "damage tolerance" eigenschappen worden gesteld.

8100088

Claims

1. Laminaat gevormd uit. twee of meer metalen platen, waartussen draden met een hoge elasticiteitsmodulus zijn aangebracht en waarbij de metalen platen en de draden 5 met behulp van een hechtmiddel onderling zijn verbonden, met het kenmerk, dat in onbelaste toestand van het laminaat in zijn geheel in elke metaalplaat een drukspanning aanwezig is en dat elke laag met draden een trekspanning aanwezig is.

2. Laminaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de drukspanning in de metaalplaten een waarde tussen 0 en ?

300 N/mm bezit. ‘ 3. Laminaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de drukspanning in de metaalplaten een waarde tussen 0 en 2 15 200 N/mm bezit.

4. Laminaat volgens een of meer van de voorgaande conclu sies, met het kenmerk, dat de metalen platen ieder een dikte bezitten, die kleiner is dan 1 mm.

5. Laminaat volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de 20 dikte van de ieder der metalen platen 0,1 tot 0,7 mm, in het bijzonder 0,3 of 0,6 mm, bedraagt.

6. Laminaat volgens een of meer van de conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de metalen platen zijn gevormd uit een 2 materiaal met een treksterkte van groter dan 350 N/mm .

7. Laminaat volgens een of meer van de voorgaande conclu sies, met het kenmerk, dat de metalen platen zijn gevormd uit een aluminium legering.

8. Laminaat volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de metalen platen in hoofdzaak zijn gevormd uit een alumi-30 nium-koper legering. 8100088 = 15 =

9. Laminaat volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de metalen platen in hoofdzaak zijn gevormd uit een alumi-nium-zink legering.

10. Laminaat volgens een of meer van de conclusies 1-6, met 5 het kenmerk, dat de metalen platen in hoofdzaak zijn gevormd uit een titaan legering.

11. Laminaat volgens een of meer van de conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de metalen platen zijn gevormd uit staal.

12. Laminaat volgens een - of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de draden zijn gevormd uit een materiaal, waarvan de elasticiteitsmodulus groter is dan 5xl04 N/mm2.

13. Laminaat volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de 15 draden zijn gevormd uit een materiaal, waarvan de elas- a 4 2 ticiteitsmodulus 10x10 tot 15x10 N/mm bedraagt.

14. Laminaat volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de draden zijn gevormd uit een materiaal, waarvan de elas- 4 2 ticiteitsmodulus ten hoogste 25x10 N/mm bedraagt.

15. Laminaat volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de draden zijn gevormd uit homo- of copolymeren behorende tot de groep bestaande uit aramiden of aromatische polyamidehydraziden of geheel aromatische polyesters.

16. Laminaat' volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de draden zijn gevormd uit poly-para-fenyleentereftaalamide.

17. Laminaat volgens een of meer van de conclusies 1-14, met het kenmerk, dat de draden zijn gevormd uit koolstof. 8100088 4 « J = ié =

18. Laminaat volgens een of meer van de conclusies 1-14, met het kenmerk, dat de draden zijn gevormd uit glas.

19. Laminaat volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de draden zijn aangebracht in 5 de vorm van uit eindloze filamenten gevormde gestrekte garens, die zich in een of meer groepen onderling evenwijdig uitstrekken.

20. Laminaat volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de draden zijn aangebracht in de vorm van een weefsel met 10 in de ketting 7 tot 11, bij voorkeur ongeveer 9, aramide garens per cm met ieder een titer van 1200 tot 2000 decitex, bij voorkeur ongeveer lélO decitex, en 750 tot 1250 filamenten, bij voorkeur ongeveer 1000 filamenten.

21. Laminaat volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de 15 draden in een of meer lagen zijn aangebracht.

22. Laminaat volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de draden zich in twee of meer verschillende richtingen uitstrekken.

23. Laminaat volgens een of meer van de voorgaande conclu- 20 sies, met het kenmerk, dat het laminaat is gevormd door drie, vier, vijf of meer metalen platen, waartussen telkens draden met een hoge elasticiteitsmodulus zijn aangebracht en waarbij de metalen platen en de draden met een hechtmiddel aan elkander zijn bevestigd.

24. Laminaat volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat in de lijmlagen het gewichtspercentage van de draden 30 tot 80, bij voorkeur ongeveer 45 tot 50%, bedraagt.

25. Laminaat volgens conclusie 23 of 24, met het kenmerk, dat de dikte van ieder der metaalplaten groter is dan de 30 dikte van de afzonderlijke draden-lijmlagen. 8100088 = 17 = v t

26. Laminaat volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat het aantal metaalplaten 3 tot 25 bedraagt.

27. Constructiedeel voor een voertuig, met het kenmerk, dat het is vervaardigd uit een laminaat volgens een of meer 5 van de conclusies 1-26.

28. Constructiedeel voor een ruimte- of luchtvaartuig, bijvoorbeeld een vleugelonderhuid, met het kenmerk, dat het is gevormd uit een laminaat volgens een of meer van de conclusies 1-26.'

29. Werkwijze voor het vervaardigen van een laminaat volgens een of meer van de conclusies 1-26, waarbij twee of meer metalen platen, waartussen draden met een hoge elastici-teitsmodulus alsmede een hechtmiddel zijn aangebracht, onder toepassing van uitwendig druk aan elkaar worden 15 bevestigd, met het kenmerk, dat na het samenlijmen door middel van een uitwendige trekkracht aan het gehele laminaat een specifieke rek wordt gegeven, die groter is dan de specifieke elastische rek van de metalen platen en kleiner is dan de specifieke breukrek van de draden 20 en van de metalen platen.

30. Werkwijze volgens conclusie 29, met het kenmerk, dat de uitwendige trekkracht wordt aangebracht na het samenlijmen van de metalen platen.

31. Werkwijze volgens conclusie 29 en 31, met het kenmerk, 25 dat tijdens het uitoefenen van de uitwendige trekkracht de metalenplaten plastisch worden gedeformeerd.

32. Werkwijze volgens conclusie 29, met het kenmerk, dat de door de uitwendige trekkracht tot stand gebrachte specifieke rek 0,2 tot 1,8 procent bedraagt. 8100088 = 18 =

33. Werkwijze volgens conclusie 32, met het kenmerk, dat de door de uitwendige kracht tot stand gebrachte specifieke rek 0,6 tot 1,6 procent bedraagt, bij voorkeur een zodanige specifieke rek dat het metaal ongeveer 0,7¾ 5 plastisch derformeert.

34. Werkwijze voor het vervaardigen van een laminaat volgens een of meer van de conclusies 1-26, waarbij twee of meer metalen platen, waartussen draden met een hoge elastici-tietsmodulus alsmede een hechtmiddel zijn aangebracht, 10 onder toepassing van uitwendige druk aan elkaar worden bevestigd, met het kenmerk, dat vóór het verharden van de lijmlaag slechts op de draden een uitwendige trekkracht wordt uitgeoefend, die in de draden een specifieke elastische rek kleiner dan de breukrek tot stand brengt, 15 dat vervolgens verharding van de lijmlaag onder hand having van de uitwendige trekkracht plaatsvindt en dat na voltooiing van het verhardingsproces de uitwendige trekkracht wordt weggenomen, een en ander zodanig, dat in het voltooide laminaat in de metalen platen een druk-, 20 spanning aanwezig is en in de draden een resterende trekspanning heerst.

35. Werkwijze volgens conclusie 34, met het kenmerk, dat de metalen platen niet plastisch worden gedeformeerd.

36. Laminaat vervaardigd volgens de werkwijze van een of 25 meer van de conclusies 29-35. 8100088