NO176084B - Ski som inneholder flateformede plater eller bånd av fiberforsterket materiale - Google Patents

Abstract

Ski som er kjennetegnet ved anvendelse av et utvalgt fiberforsterket materiale, som består av et flateformet tekstilmateriale og en duroplastharpiks, der fiberan-delen utgjør 30-70 vekt-*, og fibrenebestår av minst 30 vekt-* syntesefibre. Materialet utmerker seg ved en god fleksibilitet og en høy tilbakestillingskraft og gir skien utmerkede fartsegenskaper, f.eks. en god svingningsdempning.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en ski som inneholder flateformede plater eller bånd av et fiberforsterket materiale, som består av et flateformet tekstilmateriale og en duroplastharpiks.

En morderne ski, som en alpin- eller langrennski, blir vanligvis bygget sjiktvis. Til fremstilling av skiene blir det generelt anvendt forskjellige materialer, som vanligvis blir anbrakt rundt en såkalt kjerne. Kjernen består f.eks. av tre, av fiberforsterket kunststoff eller av oppskummet kunststoff. Over og under skiene er det generelt anbrakt kunststoffsjikt hhv. -plater eller også metallplater, som fjærer ved en sjokklignende belastning, når f.eks. skien under vekten av skiløperen blir presset mellom to ujevnheter i underlaget, avhengig av lagene rundt kjernen, sammenpresset (trykksone) eller presset fra hverandre (strekksone). Dette bevirker en fjæring i skien til utgangsformen. Under strekksonen befinner det seg vanligvis en løpssone med stålkanter. Over trykksonen som i vanlige ski fremfor alt skal beskytte kjernen, befinner det seg generelt ytterligere et overlag, som fremfor alt tjener til dekorative formål.

For montering av skikomponentene har det særlig vist seg gunstig med sandwich-byggemåten. Der blir de bærende delene av skiene lagt på hverandre lagvis og sammenklebet under vakuum eller påføring av trykk. Som kunststofflag over og under kjernen blir det vanligvis anvendt glassfiber- eller kullfiber-forsterket forbindelsesmaterialer på epoksid-harpiksbasis. Det har således vist seg at slike kunststofflag ikke uten videre kan bli belagt med et overlag. Vanligvis må man forbehandle oversiden med en primer, for å påføre overlaget. Videre er slike forbindelsesmaterialer relativt lite fleksible, da de oppviser høy strekkfasthet og elastisi-tetsmodul. Dette har blant annet som følge at svingnings-dempningen i skikonstruksjonen etter sjokkaktig belastning gir dårlig resultat og enkeltfiberriss kan forekomme.

Det er nå funnet utvalgte fiberforsterkede materialer, som i form av flateformede plater eller bånd egner seg fremragende til fremstilling av ski. •

Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er dermed en ski som inneholder flateformede plater eller bånd av et fiberforsterket materiale, som består av et flateformet tekstilmateriale og en duroplastharpiks, kjennetegnet ved at det fiberforsterkede materialet som inneholdende flateformet tekstilmateriale er polyakrylnitrilfibre, og at det fiberforsterkede materialet har en fiberandel fra 30 til 70 vekt-# idet det deri inneholdende fibermateriale minst består av 30$ syntesef ibre.

Skien ifølge oppfinnelsen utmerker seg med en rekke over-raskende fordeleri forhold til vanlige ski med hensyn på fremstillingsmåte og egenskaper.

Således lar de flateformede platene eller båndene på fremragende måte klebe seg sammen med de andre anvendte materialene. Videre utmerker skiene ifølge oppfinnelsen seg ved en høy slitestyrke, en god elastisitet og derav resulterende gode svingningsforhold (svingningsdempning), lav vekt og derav et resulterende lavt masse-treghetsmoment, og ved gode temperaturegenskaper. Videre vil det oppstå færre spaltende fiberender ved en mekanisk skade i skien, slik at risiko for beskadigelse av sportsklær bli sterkt redusert.

De anvendte fiberforsterkede materialene til fremstilling av skiene ifølge oppfinnelsen består i det vesentlige av et flateformet tekstilmateriale og en duroplastharpiks og er kjennetegnet ved at det har en fiberandel fra 30 til 70 vekt-% >, fortrinnsvis fra 40 til 60 vekt-#, særlig fra 45 til 55 vekt-#, og at det deri inneholdende fibermateriale består av minst 30$, fortrinnsvis minst 50$, særlig minst 80$ av syntesefibre. Som duroplastharpikser er det prinsipielt aktuelt med alle kjente tverrbindbare, dvs. herdbare harpikssystemer, spesielt f.eks. fenolharpikser, men også aminharpikser, epoksidharpikser, umettede polyesterharpikser , polyuretanharpikser og alkylharpikser eller kombinasjoner av disse harpiksene.

Det er spesielt foretrukket at det blir anvendt et fiberfor-sterkende materiale, hvis fibermaterialet består av inntil 100$ syntesefibre.

Som flateformede tekstilmaterialer, som blir inneholdt i de anvendte fiberforsterkede materialene ifølge oppfinnelsen, kommer strikkevarer, lag eller flor og spesielt vev i betraktning. Fibermaterialet i de flateformede tekstilmate-rialene kan foreligge i glatt eller kruset (teksturert) form og i form av stapelfibre, stapelfibergarn eller multifilamentgarn. Dreier det seg i det anvendte materialet som inneholder flateformede tekstilmaterialer ifølge oppfinnelsen om et flormateriale, så består fibermaterialet som regel av krusede stapelfibre. Stapellengden til disse fibrene ligger som regel mellom 20 og 200 mm. Med hensyn på spesielle styrkekrav er det spesielt fordelaktig å arbeide med stapelfibre på ca. 60 til 150 mm lengde. Spesielt fordelaktig for anvendelsesformålet ifølge oppfinnelsen er flormaterialet av stapelfibre med en midlere stapellengde fra 40 til 120 mm. De anvendte florene i de anvendte materialene ifølge oppfinnelsen kan på hensiktsmessig måte bli forfestet ved en varmebehandling, f.eks. ved kalandrering, særlig med pregekalandrering eller ved en bindingsfesting, f.eks. ved et varmeherdet bindemiddel eller ved bindemiddelfilamenter med et relativt høyt smeltepunkt eller også ved mekaniske midler som f.eks. ved nåler.

Vev- og strikkevarer kan også bestå av glatte eller fortrinnsvis av teksturerte multifilamentgarn eller fortrinnsvis av sekundærspunnede stapelfibergarn. Med teksturert garn forstår man ethvert i og for seg kjent strukturert garn, spesielt effektgarn som f.eks. flokegarn, som på grunn av små fibre og floker, som oppstår fra trådoverflaten eller ved fremstilling av innbrakte fortykninger eller "magebind" som ved hefting med matriksharpiksen oppviser forbedret effekt. Flatevekten til de inneholdende flateformede tekstilmate-rialene i de anvendte materialene ifølge oppfinnelsen ligger hensiktsmessig i området fra 100 til 280, fortrinnsvis 120 til 250, særlig i området fra 120 til 150 g/qm.

Spesielt anvender man slike materialer der deres flatebilde består av et stapelfibergarn, som består av 100$ syntetisk fiber. Stapelfibergarnet på sin side kan foreligge som enkeltgarn, som tvinnet og de kan ellers oppvise kjente spinn- eller tvinningseffekter.

Som tekstilflatedannere til fremstilling av de anvendte materialene ifølge oppfinnelsen anvender man spesielt vev med linveggbinding. I en spesielt foretrukket utførelsesform består denne veven av stapelfibergarn, særlig av stapelfibergarn på basis av høyfast polyakrylnitrilfibre.

De anvendte materialene som inneholder fibermateriale ifølge oppfinnelsen er minst inntil 30% syntetisk. Naturfibre, som de anvendte materialene ifølge oppfinnelsen kan inneholde, er det særlig aktuelt med cellulosefibre som f.eks. bomull-eller jutefibre. Som syntesefibre, som de anvendte materialene som inneholder flateformede tekstilmaterialer ifølge oppfinnelsen, kan overveiende eller fortrinnsvis utelukkende være bygget av, er det i prinsipp aktuelt med alle kjente høyfaste, høymodule, tilstrekkelig temperaturbestandige syntesefibre som f.eks. del- eller fullarornatiske polyamid-fibre, del- eller fullaromatiske polyesterfibre, eller høyfaste polyakrylnitrilfibre i oksidert eller ikke-oksidert form. Med hensyn på pris/ytelses-forhold, og spesielt med henblikk på feste mellom fibermaterialet og duroplastharpiksen og med henblikk på feste av de flateformede platene eller båndene med de øvrige komponentene i skien, er anvendelse av fenolharpikser som duroplast og anvendelse av tekstilflatedannere av polyakrylnitrilfiber spesielt fordelaktig. Spesielt foretrukket er anvendelse av høyfaste typer av disse syntesefibrene. Som tidligere anført kan det foreligge syntesefibre i kruset eller ikke-kruset form og som endeløs-eller stapelfiber. Titeren til syntesefibrene ligger hensiktsmessig ved 0,7 til 9 dtex, særlig ved 1,0 til 6,7 dtex.

For andre høytemperaturbestandige fibre kan det anvendes like titerområder, som i enkelttilfelle kan bli meddelt ved tilsvarende forforsøk. Fasthet til de hensiktsmessig anvendte høyfaste fibertypene ligger ved polyetylentereftalat i området fra 65 til 75 cN/tex, ved høyfast polyakrylnitriltype over 55 cN/tex. Maksimalkraftutvidelse til de hensiktsmessig anvendte syntesefibrene ligger for polyetylentereftalat i området fra 14 til 17%, for den spesielt foretrukkede polyakrylnitrilfibertypen i området fra 8 til 17%.

Spesielt foretrukkede flateformede tekstilmaterialer som er inneholdt i de anvendte materialene ifølge oppfinnelsen, er særlig vev, lag eller flor av høyforsterkede, ikke oksiderte, polyakrylnitrilfibre, som f.eks. er i handelen under betegnelsen Dolanit med type 12 og 15. Her dreier det seg om kruset langfibertyper (snittlengde ca. 30-100 mm), som er kjennetegnet ved en god hefting innenfor garnforbindelsene og lar seg derfor godt bearbeide til garn/vev og flor. Slike faste fibre utmerker seg i forhold til tekstiler av poly-akrylnitrilf ibre ved nesten dobbelt så høy fiber-fasthet, så vel som ved en god kjemikalie- og temperaturbestandighet. En spesielt foretrukket utførelsesform av de anvendte materialene ifølge oppfinnelsen inneholder f.eks. en strikkevare eller særlig en vev av et kruset, tvunnet stapelfibergarn av høyfast polyakrylnitrilfibertype Dolanit 15 og et flor av kruset stapelfiber av høyfast polyakrylnitrilfibertype Dolanit 12. Som tidligere anført blir det som duroplastharpikser fortrinnsvis anvendt fenolharpikser.

Som fenolharpikser er de anvendte fiberforsterkede materialene ifølge oppfinnelsen kjente kondensasjonsprodukter av fenolderivater med aldehyder, særlig med formaldehyd. Som fenolderivater er det spesielt aktuelt med substituerte fenoler, spesielt alkylsubstituert fenol som f.eks. kresoler, xylenoler og andre alkylfenoler som f.eks. p-tert.-butyl-fenol, oktylfenol og nonylfenol men også arylfenoler som f.eks. fenylfenol, naftoler og 2-verdige fenoler som f.eks. resorcin og bisfenol Å. Som fenolharpikser er det aktuelt i denne oppfinnelsen med slike kondensasjonsprodukter med de nevnte enkeltforbindelsene, men også kondensasjonsprodukter av blandinger av de ovennevnte fenolene og fenolderivatene med aldehyder, spesielt med formaldehyd. Dersom enkeltfor-bindelser til fremstilling av fenolharpikser blir anvendt, må det bemerkes at disse må ha en minst tre ganger funksjonali-tet i forhold til aldehydet. De nevnte fenolharpiksene kan også bli modifisert på i og for seg kjent måte ved optimering av spesielle egenskaper ved tilsetning av umettede naturlige eller syntetiske forbindelser som f.eks. fullolje, kolofonium eller styrol. Spesielt foretrukket er kondensasjonsprodukter av formaldehyd med fenol selv og blandinger av fenol med mindre deler av de nevnte fenolderivatene, særlig de nevnte alkylsubstituerte fenolene.

De inneholdende fenolharpiksene i de anvendte materialene ifølge oppfinnelsen oppviser vanligvis et molforhold av fenol til formaldehyd til 1:1 til 1:3, fortrinnsvis fra 1:1,2 til 1:2,2. Egnede fenolharpikser er f.eks. i handel under typebetegnelse fenodur VPR 45.

De anvendte fiberforsterkede materialene ifølge oppfinnelsen som inneholder fenolharpiks inneholder fortrinnsvis ytterligere en eller flere substanser som tjener som plastifiserende komponenter, dvs. som utvider elastisitetsområdet til harpiksen. Slike midler er inneholdt i fenolharpiksen i en hensiktsmessig mengde i området fra 1 til 25 vekt-#, fortrinnsvis 3 til 10 vekt-%, særlig 4 til 7 vekt-56. Som spesielt egnede plastifiserende komponenter viser seg å være epoksidharpikser, alkydharpikser så vel som derivater av polyvinylalkoholer som polyvinylacetater, fortrinnsvis polyvinylbutyral. Foretrukkede polyvinylbutyraltyper er oppløselig i lavere alifatiske alkoholer, oppviser en acetaliseringsgrad fra 60 til 75$, fortrinnsvis 68 til 72$ og en 6$ metanolisk oppløsning av den foretrukkede polyvinylbutyral har ved 20°C en viskositet fra 2 til 20, fortrinnsvis 4 til 6 mPa.s.

De anvendte materialene ifølge oppfinnelsen som inneholder duroplastharpiks, særlig fenolharpiks, kan utover de angitte tilsetningene også ytterligere inneholde fenolharpikser av vanlig tilsetning som f.eks. avskummere, nettmidler, løpemidler, hefteformidlere eller også plastifiseringsmidler så vel som latente herdere. Disse tilsetningene kan såfremt det er ønsket være inneholdt i en andel fra inntil 2 vekt-#, fortrinnsvis i området fra 0,1 til 1 vekt-# i duroplastharpiksen.

Etter den ønskede styrken på de flateformede platene eller båndene, som skal bli fremstilt av de fiberforsterkede materialene, oppviser materialet et tilsvarende antall lag med flateformet tekstilmateriale.

De anvendte fiberforsterkede materialene ifølge oppfinnelsen som inneholder fenolharpiks foreligger i utherdete, dvs. nettkoplet tilstand.

Spesielt er det foretrukket å anvende slike utførelsesformer av virkestoffet, som oppviser en kombinasjon av flere av de ovenfornevnte foretrukkede trekkene.

Fremstilling av de anvendte flateformede platene eller båndene ifølge oppfinnelsen foregår på i og for seg kjent måte ved at den bane av det ovenfor beskrevne flateformede tekstilmaterialet blir impregnert på en egnet måte, f.eks. ved fukting, sprøyting, børsting eller rakling med en oppløsning av en av de ovenfor beskrevne duroplastharpiksene, som eventuelt inneholder en eller flere av de ovenfor angitte tilsetningsstoffene, slik at det impregnerte materialet består av en fiberandel fra 30 til 70 vekt-#, fortrinnsvis 40 til 60 vekt-# av fibermaterialet. Det således oppnådde impregnatet blir etter en trykkeprosess klebefritt, der den overveiende delen av oppløsningsmidlet og eventuelt vann blir trukket vekk og der harpiksen, for innstilling av flyt- og herdingsforhold blir underkastet en videre kondensasjon, det blir lagt på flere lag og ved anvendelse av trykk og varme brakt i den ønskede flateformede formen. Til fremstilling av flateformede plater og bånd blir det tørre prepreget kuttet i passende avsnitt, som blir stablet under hverandre under trykk og underkastet en varmebehandling, hvorved lagene smelter sammen med floret i harpiksen.

Fra de således fremstilte flateformede platene eller båndene av det f iberf orsterkede materialet kan deretter på i og for seg kjente fremgangsmåter det bli fremstilt en ski ifølge oppfinnelsen.

De anvendte fiberforsterkede flateformede platene eller båndene utmerker seg ved en spesielt høy fleksibilitet og høy tilbakestillingsevne, ved liten tendens til delaminering og ved høy bestandighet i forhold til høytemperaturer og oppløsende og/eller svellingsvirkende væsker. Videre oppviser disse flateformede platene eller båndene en meget høy mekanisk styrke ved meget gunstige slitasjeforhold og høy slitasjestyrke, så vel som et lavt vannopptak. Videre må det fremheves den meget gode bearbeidbarheten, til de anvendte platene eller båndene ifølge oppfinnelsen, hvorved det blir oppnådd overordentlig glatte overflater, som er meget homogene og lukkede. Vanligvis blir derfor overflatene til disse båndene eller platene oppruet ved sliping, for å forenkle en forbedret hefting med de etterfølgende sjiktene, som lakksjikt.

Som regel består skiene ifølge oppfinnelsen av lag med forskjellige materialer. Det er imidlertid også mulig å bygge opp en ski av bare eller hovedsakelig bare de ovenfor karakteriserte flateformede platene eller båndene.

Skien ifølge oppfinnelsen er fremstilt ved et tverrsnitt i fig. 1 og 2.

I fig. 1 er det fremstilt skjematisk en kjerne 6, som består av flere enheter, f.eks. av treklosser som er limt sammen med hverandre. På sidene av kjernen er det anbrakt sidevegger 7 som fortrinnsvis består av kunststoff. På oversideflaten til kjernen 6 er det anbrakt en bredere oversone 8 og på undersiden til kjernen 6 er det anbrakt en bredere undersone 5. Både oversone 8 og også undersone 5 består i denne utførelsesformen av glassfiber-forsterket kunststoff. Under den brede undersonen 5 er det anbrakt to gummistrimler 4. Videre er det tilknyttet på undersiden av den brede undersonen 5 en smalere undersone 3. Dette består i denne utførelsesformen av flateformige bånd av en vev av høyfast polyakrylnitrilfibre, som inneholder en utherdet fenol-formaldehydharpiks. Skien blir lukket etter løpsflate 2, f.eks. av polyetylen, og av kantene 1, f.eks. av stål. Til den brede oversone 8 tilføyes ytterligere lag av forskjellige materialer. I foreliggende tilfelle dreier det seg om to forpreg 9, f.eks. av glassfiber-forsterket kunststoff, om en overkant 10 av metall, om en smal oversone 11 av glassfiber-forsterket kunststoff, så vel som ytterligere sjikt 20 og 12 av prepreg.

Fig. 2 viser en ytterligere utførelsesform av skiene ifølge oppfinnelsen. Her er det om kjernen 6 og sidevangene 7 anbrakt brede oversoner 8 og 9 og undersone 5 av glassfiber-forsterket kunststoff. Konstruksjonen blir lagt under gummistrimler 4. Under den brede undersone 5 tilslutter det seg en smalere undersone 3. Denne består i denne utførelses-formen av flateformede bånd av en vev av høyfast polyakryl-nitrilf ibre, som inneholder en utherdet fenol-formaldehydharpiks. Skien blir lukket etter valg av løpsflate 2, f.eks. av polyetylen og av kantene 1, f.eks. av stål. Mellom den smale undersone 3 og løpsflate 2 er det i denne utførelses-formen ytterligere anbrakt en metallskinne 17, f.eks. av aluminium.

I en ytterligere spesielt foretrukket utførelsesform som ikke er vist her, tilsvarer skien ifølge oppfinnelsen den fremstilte utførelsesformen i fig. 1, der følgende endringer har blitt foretatt: I stedet for forpreg 9 blir to metallskinner, f.eks. av aluminium anvendt; i stedet for overkant av metall 10 og den smalere oversone 11 blir en eller to sjikt av glassfiber-forsterket kunststoff anvendt; i stedet for de ytterligere sjiktene 20 og 12 av prepreg blir det anvendt en eller to lag av flateformede bånd av• en vev av høyfast polyakrylnitrilfibre, som inneholder en utherdet fenol-formaldehydharpiks. Ved denne spesielt foretrukkede utførelsesformen blir det både over og under kjernen 6 anvendt bånd av høyfleksibelt materiale.

Det følgende eksemplet beskriver fremstilling av et prepreg, som etter utherding som flateformede plater eller bånd fortrinnsvis kan bli anvendt i skien ifølge oppfinnelsen.

Eksempel

Vannkaret i et impregneringsanlegg blir fylt med en harpiks-blanding av 100 kg fenolharpiks, 65$ i metanol (Fénodur VPR 45 fra firma Hoechst AG), 26 kg polyvinylbutyral, 25$ i etanol (Mowital B 30 T fra firma Hoechst AG), 0,2 kg av en avskummer og 7,9 kg organisk oppløsningsmiddel på basis av en delforetret lavmolekylær alkandiol.

Med denne harpiksmassen ble en vev av et tvunnet høyfast polyakrylnitrilstapelfibergarn (Dolanit 15 fra firma Hoechst AG) med en flatevekt på ca. 225 g/qm trukket på et impregneringsanlegg med en impregneringshastighet på 5 m/min. og deretter tørket ved en temperatur mellom 130 og 150°C. Den oppnådde forpreg oppviser følgende egenskaper:

Til bestemmelse av harpiksstrøm blir fire lag forpreg med mål 10 x 10 cm presset 10 minutter ved 150° C og et spesifikt presstrykk på 5-6 bar. Den utpressede harpiksandelen ble kvantitativt bedømmet og angir i prosent av utgangsvekten den såkalte harpiksstrøm.

Claims (7)

1. Ski som inneholder flateformede plater eller bånd av et fiberforsterket materiale, som består av et flateformet tekstilmateriale og en duroplastharpiks, karakterisert ved at det fiberforsterkede materialet som inneholdende flateformet tekstilmateriale er polyakryl-nitrilf ibre, og at det f iberf orsterkede materialet har en fiberandel fra 30 til 70 vekt-# idet det deri inneholdende fibermateriale minst består av 30$ syntesefibre.

2. Ski ifølge krav 1, karakterisert ved at duroplastharpiksen er en fenolharpiks.

3. Ski ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved ■ at duroplastharpiksen inneholder en plastifiserende komponent, særlig polyvinylbutyral.

4. Ski ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at det fiberforsterkede materialet som inneholder flateformet tekstilmateriale med et innhold av 100$ polyakrylnitrilfibre, er et strikkestoff eller et flor eller spesielt en vev.

5. Ski ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at det fiberforsterkede materialet, som inneholder flateformet tekstilmateriale, består av et stapelfibergarn.

6. Ski ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det fiberforsterkede materialet som inneholder fenolharpiks er et fenol-for-maldehydkondensat med et molforhold av fenol:formaldehyd på 1:1 til 1:2.

7 . Ski ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at det fiberforsterkede materialet oppviser flere lag av et flateformet tekstilmateriale av 100$ polyakrylnitrilfibre og en durplastharpiks.