NO176418B - Mykt komposittmateriale med modulerbare karakteristika samt et produkt oppnådd ved hjelp av komposittmateriale - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et mykt komposittmateriale hvis karakteristika kan moduleres og som oppnås ved forimpregnering av kontinuerlige fibre.

Oppfinnelsen angår videre et produkt oppnådd ved hjelp av dette myke komposittmateriale.

Fra EP-0-133 825 er det kjent et mykt komposittmateriale som hestår av en myk hylse som dekker en lunte av fibre som er impregnert med et fint pulver av plastmateriale hvis smeltepunkt er lik eller over det til materialet som utgjør hylsen slik at man efter realisering av dette halvfabrikat oppnår et materiale som kan foldes eller brettes eller sågar knyttes uten å brekke og som kan underkastes forskjellige behandlinger som sågar veving eller strikking.

Imidlertid og uansett type pulver som benyttes er det ikke mulig å modifisere dette ut over de fastlagte grenser for alle fysikalske karakteristika for komposittmaterialet. På grunn av dette forblir anvendelsesmulighetene for komposittmaterialet begrenset og kan for eksempel ikke utvides til det radioelektriske området.

I FR-A-2 566 324 er det beskrevet et f or impregner ings-materiale som består av en ytre metallisk eller plasthylse og en kjerne i hylsen omfattende lunter i hvilke det efter åpning er dispergert metallpulvere. Man skal merke seg at den ytre hylse, når denne består av en polymer, fjernes ved kalsinering før smelting av metallmatrisen.

Under disse betingelser befinner sluttproduktet som skal benyttes industrielt seg i en tilstand der luntene ikke er eller kun i liten grad er bundet seg imellom, man oppnår således et metallisk produkt hvis fysiske karakteristika ikke er sammenlignbare med metalliske plater og/eller slanger. Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å foreslå et nytt komposittmateriale bestående av minst en ytre myk kontinuerlig hylse, kontinuerlige fibre anordnet i denne ytre hylse, spesifikke fyllinger ledsaget av organiske partikler som foreligger i form av en myk kontinuerlig tråd i hvilken ingen tilstedeværende elementer er forbundet seg imellom slik at man kan realisere semifabrikata i form av en bånd, en duk eller en hylse og der strukturen kan være unidireksjonell, vevet, strikket eller multidireksjonell.

Ved å variere arten og/eller andelene av de forskjellige bestanddeler av komposittmaterialet ifølge oppfinnelsen kan man ikke bare variere de fysiske egenskaper i henholdet til hver retning i strukturen i halvfabrikatet men likeledes modulere de spesifikke karakteristika for sluttproduktet som oppnås utfra dette halvfabrikata for å tilpasse disse optimalt til den tilsiktede bruk.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse et mykt komposittmateriale bestående av et hylster og en kjerne av kontinuerlige fibre, og et pulver som ved øket temperatur kan transformeres for å danne en matrise med hylsteret, og dette materialet karakteriseres ved at det videre omfatter et fyllstoff hvis smeltetemperatur er over den høyeste smeltetemperatur for de andre bestanddeler i materialet.

Oppfinnelsen angår som nevnt også et produkt som oppnås ved hjelp av det ovenfor beskrevne materialet og dette produkt karakteriseres ved at det har en lav dielektrisk permetivitet og en lav tapsvinkel (EgS).

Andre karakteristika og fordeler vil fremgå av den følgende beskrivelse samt av den ledsagende tegning som viser et riss i snitt av en innretning for gjennomføring av en fremgangsmåte for å oppnå en myk tråd.

Komposittmaterialet ifølge oppfinnelsen foreligger fortrinnsvis i form av en myk tråd, for eksempel oppnådd ved hjelp av den teknikk som er beskrevet i EP-0-1 338 825 og omfatter: kontinuerlige mineral-, organiske eller metallfibre i form av kontinuerlige multifilamenter som utgjør lunter

med forskjellige gramvekter,

et egnet polymerpulver av termoplastisk eller termoherd-bar type;

spesifikke vanlige flate, hule eller porøse fyllstoffer som kan være pulvere, kuler, lameller, paljetter eller fibriller idet fyllstoffene er av mineralsk, organisk eller metallisk materiale og i stand til å opppvise

isolerende, ledende og/eller magnetiske egenskaper; og

en ytre hylse som i de fleste tilfeller er av termoplastisk type og oppnådd ved ekstrudering av polymer men som kan være av en annen type og for eksempel oppnådd ved dypping eller ved føring gjennom en oppløsning og senere eliminering av oppløsningsmiddel.

Egenskapene for hver bestanddel i den myke tråd, for eksempel kjemisk, mekanisk eller dielektrisk motstand, velges som en funksjon av de egenskaper man ønsker å gi sluttproduktet.

En fremgangsmåte for fremstilling av en slik myk tråd består av: å åpne de kontinuerlige fiberlunter ved.føring over valser

eller oppblåsing ved hjelp av luft,

- å la pulver med spesifikke fyllstoffer trenge inn i de åpnede lunter; og

å samle fibrene idet pulver og fyllstoffer ikke er

sammenbundet, ved hjelp av en ekstern hylse.

Volumforholdet mellom luntefibrene og blandingen av pulver og fyllstoffer ligger fortrinnsvis mellom 40 og 70 % og vektforholdet mellom hylse og de andre bestanddeler i tråden mellom 15 og 25 %.

Man skal merke seg at den ytre hylse heller ikke er bundet til fibrene og/eller pulver eller fyllstoffer for derved å bevare en tråd med stor mykhet.

En fremgangsmåte for realisering av en myk tråd ut fra de ovenfor angitte bestanddeler kan være som følger: I et første trinn realiserer man en blanding av pulver og fyllstoffer, enten ved omhylling av fyllstoffene med pulvere eller ved forening ved hjelp av et "Dry Blend" system av fyllstoffkornene rundt pulverkornene eller omvendt. Volumforholdet i blandingen mellom fyllstoff og pulver ligger mellom 90 og 0 %.

Granulometrien for polymerpulvere og det spesifikke fyllstoff velges slik at blandingen pulver:fyllstoff kan trenge inn i de kontinuerlige fiberfilamenter. Fortrinnsvis ligger granulometrien for pulveret mellom 10 og 60 jjm mens den til fyllstoffene ligger mellom 0,2 og 100 pm.

En kontinuerlig fiberlunte 1 vikles av en spole 2 under strekk fra et par sylindre 3. Lunten 1 trenger via en tetning 7 inn i et helt lukket fluidiseringsrør 4 der blandingen 5 bringes til fluidisert tilstand ved hjelp av innvirkning av trykkluft 6. Lunten 1 åpnes eller defibreres ved hjelp av ikke viste i og for seg kjente midler ved hjelp av ruller eller sporsylindre. Lunten lades elektrostatisk ved gnidning over disse organer og derefter, belagt med blanding, trekkes den ut av fluidiseringsrøret gjennom en andre tetning 8.

Tetningen 8 har det spesielle trekk at den er montert både på f luidiseringsrøret og på et belegningshode 9 ved hjelp av to termiske ikke viste skjøter som maksimalt reduserer termisk utveksling mellom tetningen 8 og den andre del av belegningshodet 9 som er en kilde for varmedannelse på grunn av den ikke viste positive og på den andre side enden av fluidi-seringsrøret 4. Den termiske isolasjon tjener til å unngå geldannelse av blandingen i kontakt med de varme overflater på hvilken de ville smelte.

Tettheten til skjøten mellom fluidiseringsrøret 4, tetningen 8 og hodet 9 er ment for å unngå at partiklene av pulver og/eller fyllstoff slipper uti det ytre av installeringen og ikke forårsaker eksplosjons- eller brannrisiki.

For å fullføre tilbakeholdingen i røret av enhver blandings-partikkel som ikke er festet ved elektrostatisk ladning til lunten blir en' lett luftstrøm dannet i tetningen 8 ved hjelp av en pumpe 15. Denne pumpe er en vanlig laboratoriepumpe, markedsført av Ets. W. Bachofen i Basel. De luft-trykk disse pumper er i stand til å danne ligger innen området 0,10 til 0,30 bar og denne mengde kan også gjøres så liten som mulig ved å redusere rotasjonshastigheten for pumperotoren.

Små ikke viste cykloner tillater å la overskuddet av luft som innføres av pumpen 15 slippe ut og å gjenvinne små mengder medført blanding.

Ved utløpet av tetningen 8 trenger lunten med blanding inn i hodet 9.

Belegningshodet 9 mates med plastmateriale oppnådd for eksempel via ekstruderen 10 som er vist ved sin forbindelses-legeme med belegningshode. Plastmaterialet for hylsen trer ut av hodet i en form som kalles "en tubant", det vil si at utløpsdiameteren for plasthylsen er definert av en gaffel med en diameter som er større enn den ytre diameter av lunten og at hylsen av smeltet materiale trekker seg sammen på grunn av det strekk som legges på profilen fra dysen slik at den kommer i kontakt med lunten efter å ha beveget seg ca. 5 mm i luft.

Dette belegningshodet er fortrinnsvis anordnet i henhold til en vertikal akse. Profilen er praktisk talt kold efter et forløp i luft på en meter. Den forblir myk og passerer over en rulle 11 med en diameter på ca. 600 mm.

I de tilfeller det dreier seg om blandinger med høye densiteter er det foretrukket å benytte et fallsystem i stedet for et stigesystem som vist i figuren.

Under fremstilling av den myke på forhånd impregnerte tråd kan man modifisere egenskapene over lengden ved å endre arten og granulometrien til blandingen som innføres i den åpnede lunte.

Den myke tråd som sålede oppnås med karakteristiske eller variable egenskaper over lengden tjener til fremstilling av halvfabrikata i form av vevede eller strikkede unidireksjonelle strukturer eller multidireksjonelle strukturer. Egenskapene til disse halvfabrikata kan moduleres ved å legge fibre av forskjellige typer ved siden av hverandre. På denne måte kan man danne et halvfabrikat eller et mellom-produkt med variable enheter langs lengden, over overflaten eller i tykkelsen.

Et annet eksempel på en myk tråd består i å benytte en blanding der fyllstoffene overveier og der den ytre hylse er dekket av en egnet forimpregneringsharpiks som er forenelig med materialet som benyttes for hylsen. De unidireksjonale, strikkede, vevede eller multidireksjonelle strukturer som oppnås med en slik tråd impregneres derefter ved hjelp av en harpiks.

Et annet eksempel på en myk tråd som er mere kompleks består i på den ene side å benytte en første hylse som omhyller de kontinuerlige fibre, et pulver eller en pulver- fyllstoff-blanding, og på den annen side en andre hylse analog eller forskjellig fra den første der rommet mellom de to hylser fylles med kun fyllstoff, kun pulver eller en andre pulver-fyllstoffblanding idet arten og/eller andelene av elementene i den andre blandingkan være identiske eller forskjellige fra de i den første.

Det skal være. klart at man kan realisere en forimpregnert tråd med mer enn to hylser idet bestanddelen som anordnes mellom hylsene suksessivt velges som en funksjon av det resultat man ønsker å oppnå.

Transformasjonen av halvfabrikatet gjennomføres ved å bringe til smelting og/eller fornetning blanding/hylse som så binder sammen hylsene med blandingen for å gi et ferdig kompositt-produkt. Generelt foretrekker man å gjennomføre transformasjonen under kombinert innvirkning av temperatur og trykk avhengig av de benyttede materialer.

De iboende egenskaper for materialene, for eksempel viskosi-tet, krystalinitet, kjedelengde, smelte- og avkjølingstid samt tverrbinding er vesentlige faktorer for å oppnå et godt komposittmateriale.

De kjente prosesser som oppvikling, belegning eller pressing, i autoklav med projeksjon av kuttede fibre, kan likeledes benyttes.

Anvendelsesområdene for komposittmaterialet ifølge oppfinnelsen er særlig konstruksjoner, plater for trykte kretser, elektromagnetiske vinduer, absorbsjonsmidler for akustisk og elektromagnetiske anvendelser.

Fibrene fremstilles ut fra E-, R- eller S-glassfibre, videre aramid-, silisium-, polymer- eller karbonfibre.

Pulveret oppnås fra dielektriske, termoplastiske, termo-herdbare, termostabile eller absorberende polymerer som ledende eller kirale polymerer.

Fyllstoffene er for eksempel hele eller fylte silisium- eller grafittkuler eller lignende, eller foreligger i form av lamelle deler paljetter av mineraler eller metaller som oppviser de ønskede dielektriske karkteristika.

Hylsene oppnås spesielt ut fra termoplastiske polymerer eller duktile metaller i form av film eller tråd.

For å realisere et elektromagnetisk vindu kan man konfek-sjonere en myk tråd som følger: en lunte (roving) av E-glassfibre på 320 dtex, oppnådd fra

Owens Corning Fibreglass,

en blanding som er oppnådd ved "dry blend" av polyamid-12-fibre "Orgasol 2002" Nat, med en midlere granulometri på 20 ytm og hule E-glasskuler 22/X med en midlere granulometri på 30 pm oppnådd fra firma 3M; hvorved forholdet

mellom volumet av glasskuler og pulvere er 60 $ : 40 % ; - et hylster av polyamid AMNO fra ATOCHEM med densitet 1,06 og en smelteindeks på 40 (målt ved 190° under en belast-ning på 2 kg).

Den myke tråd som oppnås efter føring gjennom et hvirvelsjikt og påføring av en hylse ved ekstrudering, omfatter (på vektbasis):

Den på forhånd impregnerte tråd som oppnås på denne måte anbringes som unidireksjonelle parallelle tråder i en form som oppvarmes til 230°C i 3 minutter og derefter utsettes for et trykk på 5 bar i 30 sekunder hvorefter man avkjøler det hele under press i 10 minutter. Man oppnår på denne måte en blokk som ved analyse oppviser en lav dielektrisk permi-tivitet og tapsvinkel (Eg§).

Claims (8)

1. Mykt komposittmateriale bestående av et hylster og en kjerne av kontinuerlige fibre, og et pulver som ved øket temperatur kan transformeres for å danne en matrise med hylsteret, karakterisert ved at det videre omfatter et fyllstoff hvis smeltetemperatur er over den høyeste smeltetemperatur for de andre bestanddeler i materialet.

2. Materiale ifølge krav 1, karakterisert ved at typen fyllstoff er forskjellig fra typen pulver.

3. Materiale ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at volumforholdet mellom fyllstoffer og pulver er mellom 90 og 0 %.

4 . Materiale ifølge et hvilket som helst av de forgående krav, karakterisert ved at granulometrien for fyllstoffene ligger mellom 0,2 og 100 pm, fortrinnsvis mellom 10 og 60 pm.

5. Materiale ifølge et hvilket som helst av krav 1, karakterisert ved at pulvergranulometrien ligger mellom 10 og 60 pm.

6. Materiale ifølge krav 1, karakterisert ved at volumforholdet mellom fibrene og en blanding bestående av pulver og fyllstoff ligger mellom 70 og 5 % og fortrinnsvis mellom 70 og 30 %.

7. Materiale ifølge krav 1, karakterisert ved at vektforholdet mellom hylster og materialrest ligger mellom 5 og 70 % og fortrinnsvis mellom 5 og 20 %.

8. Produkt oppnådd ved hjelp av materialet i henhold til kravene 1 til 7, karakterisert ved at det har en lav dielektrisk permittivitet og tapsvinkel EgS.