DE102010030615A1 - Composite material, useful for preparing holding or transport elements e.g. vehicles, cranes comprises a first material component coated or impregnated with a fiber-based material in a matrix material and a second material component - Google Patents
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Abstract
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff, ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffes sowie die Verwendung des Verbundwerkstoffes. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Verbundwerkstoff mit Kohlenstofffasern in einem Elastomer, wobei eine Imprägnierung oder Beschichtung der Kohlenstofffasern ausgebildet und materiell nicht identisch ist mit dem Material oder einer Materialkomponente des Elastomers, sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren und deren Anwendungen.The present invention relates to a composite material, a method for producing a composite material and the use of the composite material. More particularly, the present invention relates to a composite material having carbon fibers in an elastomer, wherein an impregnation or coating of the carbon fibers is formed and not materially identical to the material or a material component of the elastomer, as well as a corresponding manufacturing method and its applications.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen und weitergehenden physikalischen und chemischen Eigenschaften finden Verbundwerkstoffe mit einer faserbasierten Materialkomponente, die in einem Elastomermaterial einbettet sind, in vielen technischen Gebieten verbreitet Anwendung. So bieten sich aufgrund der hervorragenden mechanischen Eigenschaften derartiger Verbundwerkstoffe technische Anwendungen immer dort an, wo Kräfte, Drucke und/oder Reibung aufgefangen oder übertragen werden müssen und somit zu hohen mechanischen Beanspruchungen bei den eingesetzten Materialien führen.Because of their excellent mechanical and broader physical and chemical properties, composites with a fiber-based material component embedded in an elastomeric material are widely used in many technical fields. Due to the excellent mechanical properties of such composite materials, technical applications are always available where forces, pressure and / or friction have to be absorbed or transmitted and thus lead to high mechanical stresses on the materials used.
Dies führt dazu, dass bei den eingesetzten Materialien einerseits nach kostengünstigen Lösungen gesucht wird, andererseits jedoch auch die Bandbreite der Anwendungen und somit auch der mechanischen Beanspruchung aufgeweitet wird. So ist es z. B. wünschenswert, zur Kostenreduzierung bei immer geringerem Materialeinsatz eine immer effektivere Kraft-, Schub- und/oder Druckübertragung zwischen den verschiedenen Materialkomponenten eines Verbundwerkstoffs zu realisieren.As a result, the materials used on the one hand are looking for cost-effective solutions, on the other hand, however, the range of applications and thus also the mechanical stress is widened. So it is z. For example, it is desirable to realize an ever more effective force, thrust and / or pressure transmission between the different material components of a composite material in order to reduce costs while using less and less material.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Verbundwerkstoff sowie ein Herstellungsverfahren für einen Verbundwerkstoff zu schaffen, bei welchem auf besonders einfache und doch zuverlässige Art und Weise unter einem reduzierten Einsatz materieller Ressourcen eine besonders effektive Kraft-, Schub- und/oder Druckübertragung realisierbar ist.The invention is based on the object to provide a composite material and a manufacturing method for a composite material in which in a particularly simple yet reliable way under a reduced use of material resources, a particularly effective force, thrust and / or pressure transmission is feasible ,
Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden bei einem Verbundwerkstoff erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 oder alternativ erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 3 gelöst. Ferner werden die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben bei einem Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11 oder alternativ erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs und des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für einen Verbundwerkstoff sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Der unabhängige Patentanspruch 21 definiert vorteilhafte Verwendungen des Verbundwerkstoffs.The objects underlying the invention are achieved in a composite according to the invention with the features of independent claim 1 or alternatively according to the invention with the features of independent claim 3. Furthermore, the objects underlying the invention in a method for producing a composite material according to the invention with the features of
Die vorliegende Erfindung schafft einerseits einen neuartigen Verbundwerkstoff.On the one hand, the present invention provides a novel composite material.
Gemäß einer ersten Alternative wird ein Verbundwerkstoff geschaffen, bei welchem ein mit einer ersten Materialkomponente beschichtetes oder imprägniertes faserbasiertes Material in einem Matrixmaterial mit oder aus einem Elastomermaterial als zweiter Materialkomponente eingebettet ist, wobei die erste Materialkomponente (a) von der zweiten Materialkomponente verschieden, (b) zu der zweiten Materialkomponente kompatibel und (c) mit einem Anteil von weniger als 5 Gew.-% am Gesamtgewicht des beschichteten oder imprägnierten faserbasierten Materials ausgebildet ist.According to a first alternative, there is provided a composite material in which a fiber-based material coated or impregnated with a first material component is embedded in a matrix material with or of an elastomeric material as the second material component, the first material component (a) different from the second material component, (b ) is compatible with the second material component and (c) is formed at a level of less than 5% by weight of the total weight of the coated or impregnated fiber-based material.
Gegenstand der ersten erfindungsgemäßen Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben ist also eine Beschichtung oder Imprägnierung des faserbasierten Materials mit der ersten Materialkomponente mit einem Anteil von weniger als 5 Gew.-% am Gesamtgewicht des beschichteten oder imprägnierten faserbasierten Materials, wobei die erste Materialkomponente von der zweiten Materialkomponente, nämlich dem Matrixmaterial mit oder aus einem Elastomer unterscheidet. Aufgrund der Unterschiedlichkeit der ersten und zweiten Materialkomponenten kommt es zwischen dem beschichteten oder imprägnierten faserbasierten Material und dem einbettenden Matrixmaterial auch zu einer für die Kraft-, Schub- und/oder Druckübertragung vorteilhaften Gradientenwechselwirkung, und zwar aufgrund des Anteils von weniger als 5 Gew.-% im Hinblick auf die Beschichtung oder Imprägnierung des faserbasierten Materials mit einem vergleichsweise geringeren Materialeinsatz.The object of the first inventive solution of the objects underlying the invention is thus a coating or impregnation of the fiber-based material with the first material component with a proportion of less than 5 wt .-% of the total weight of the coated or impregnated fiber-based material, wherein the first material component of the second material component, namely the matrix material with or made of an elastomer. Due to the different nature of the first and second material components, a gradient interaction which is advantageous for force, thrust and / or pressure transfer also occurs between the coated or impregnated fiber-based material and the embedding matrix material due to the proportion of less than 5% by weight. % with regard to the coating or impregnation of the fiber-based material with a comparatively lower use of material.
Gemäß einer zweiten Alternative wird ein Verbundwerkstoff geschaffen, bei welchem ein mit einer ersten Materialkomponente beschichtetes oder imprägniertes faserbasiertes Material in einem Matrixmaterial mit oder aus einem Elastomermaterial als zweiter Materialkomponente eingebettet ist, wobei die erste Materialkomponente (a) von der zweiten Materialkomponente verschieden, (b) zu der zweiten Materialkomponente kompatibel und (d) durch Beschlichten und insbesondere als eine Beschlichtung auf dem faserbasierten Material ausgebildet ist.According to a second alternative, there is provided a composite material in which a fiber-based material coated or impregnated with a first material component is embedded in a matrix material with or of an elastomeric material as the second material component, the first material component (a) different from the second material component, (b ) to the second material component compatible and (d) by Quitting and in particular as a Beschung on the fiber-based material is formed.
Bei der zweiten alternativen Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben wird ebenfalls unter Ausnutzung der Gradientenwechselwirkung durch Verschiedenheit der ersten und zweiten Materialkomponenten für die Beschichtung oder Imprägnierung des faserbasierten Materials bzw. des einbettenden Matrixmaterials eine Kraft-, Schub- und/oder Druckübertragung in vorteilhafter Weise besonders effektiv vermittelt. Darüber hinaus ergeben sich produktionstechnisch und vom Materialaufwand her Vorteile, indem die Beschichtung oder Imprägnierung des faserbasierten Materials durch Beschlichten und insbesondere als eine Beschlichtung ausgebildet wird.In the second alternative solution to the problems underlying the invention, force, thrust and / or pressure transmission is likewise advantageously achieved by utilizing the gradient interaction due to differences in the first and second material components for coating or impregnating the fiber-based material or the embedding matrix material mediated particularly effectively. In addition, production-related and material-related advantages arise in that the coating or impregnation of the fiber-based material is formed by etching and in particular as a coating.
Durch beide erfindungsgemäße Lösungen werden also bei einem besonders geringen materiellen Einsatz über besonders innige Wechselwirkungsmechanismen besonders hohe Übertragungswirkungsgrade für Kraft, Schub und/oder Druck beim erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff erreicht.By means of both solutions according to the invention, particularly high transmission efficiencies for force, thrust and / or pressure in the case of the composite material according to the invention are thus achieved with particularly intimate interaction mechanisms with particularly low material use.
Die beiden alternativen Lösungsvorschläge für die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben können auch miteinander kombiniert wird, indem nämlich bei einem Anteil von unter 5 Gew.-% der ersten Materialkomponente für die Beschichtung oder Imprägnierung des faserbasierten Materials am Gesamtgewicht des beschichteten oder imprägnierten faserbasierten Materials die Beschichtung durch Beschlichten und insbesondere in Form einer Beschlichtung ausgebildet wird.The two alternative solutions for the objects underlying the invention can also be combined with each other, namely at a proportion of less than 5 wt .-% of the first material component for the coating or impregnation of the fiber-based material on the total weight of the coated or impregnated fiber-based material, the coating by training and in particular in the form of a training.
Das faserbasierte Material kann ein Fasermaterial mit Fasern sein. Dabei können dann die Fasern beschichtet und im Matrixmaterial eingebettet ausgebildet sein.The fiber-based material may be a fiber material with fibers. In this case, the fibers can then be coated and formed embedded in the matrix material.
Einerseits kann das faserbasierte Material tatsächlich von einem aus Fasern bestehenden Material abgeleitet sein, z. B. durch Zerkleinern des Fasermaterials, indem also Faserbestandteile oder Teilfasern als Bestandteile des faserbasierten Materials fungieren. Andererseits kann ein Fasermaterial selbst das faserbasierte Material oder dessen Bestandteile bilden, indem z. B. vollständige Fasern verwendet und im Matrixmaterial nach Imprägnierung und/oder Beschichtung eingebettet werden. Dies erhöht die materielle Integrität und die Kraft-, Schub- und/oder Druckübertragungsmöglichkeiten über die gesamte Ausdehnung des hergestellten Verbundwerkstoffs.On the one hand, the fiber-based material may actually be derived from a material consisting of fibers, e.g. B. by crushing the fiber material, ie by acting fiber components or partial fibers as constituents of the fiber-based material. On the other hand, a fibrous material itself can form the fiber-based material or its constituents by, for. B. full fibers are used and embedded in the matrix material after impregnation and / or coating. This increases the material integrity and the force, thrust and / or pressure transfer possibilities over the entire extent of the composite material produced.
Als faserbasiertes Material kann ein Material mit oder aus Fasern oder deren Bestandteilen aus der Gruppe ausgebildet sein, die Fasern mit oder aus einem Kohlenstoffmaterial, einem Aramidmaterial, einem Polyamidmaterial, einem Polyethylenmaterial, einem PBO-Material, einem Glasmaterial und deren Derivate und Kombinationen aufweist.As a fiber-based material, a material with or made of fibers or their constituents may be formed of the group comprising fibers with or of a carbon material, an aramid material, a polyamide material, a polyethylene material, a PBO material, a glass material and their derivatives, and combinations.
Die genannten Faserarten können grundsätzlich vollständig oder in Teilen isoliert oder miteinander kombiniert oder gemischt verwendet werden. Grundsätzlich sind sämtliche Fasertypen verwendbar, solange das jeweils zugrunde liegende erfindungsgemäße Prinzip an ihnen verwirklichbar ist, dass nämlich das Material zur Imprägnierung oder Beschichtung unterschiedlich ist zum einbettenden Matrixmaterial oder dessen Bestandteilen, wobei die Beschichtung oder Imprägnierung durch Beschlichten oder als eine Beschlichtung und/oder von ihrem Anteil her mit weniger als 5 Gew.-% am beschichteten oder imprägnierten faserbasierten Material ausgebildet werden kann.The fiber types mentioned can in principle be completely or partially isolated or used combined or mixed. In principle, all fiber types can be used, as long as the underlying principle of the invention is realized on them, namely that the material for impregnation or coating is different from the embedding matrix material or its components, wherein the coating or impregnation by trimming or as a Beschlichtung and / or less than 5% by weight of the coated or impregnated fiber-based material.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes können der Verbundwerkstoff selbst oder das faserbasierte Material mit einem oder als ein Roving, Gelege, Gewebe, Band, UD-Band, Geflecht, Vlies, Garn, Stapelfasergarn oder einer ihrer Kombinationen ausgebildet sein. Das faserbasierte Material kann, wie das oben bereits erwähnt wurde, aus einzelnen Fasern oder Filamenten – mit einer Anzahl von bis zu mehreren Tausend – oder deren Bestandteilen bestehen, also aus Faserstücken oder Filamentstücken oder dergleichen. Denkbar ist jedoch auch, dass übergeordnete Einheiten, in denen mehrere Fasern miteinander kombiniert werden, als faserbasiertes Material dienen. Andererseits ist ein weitergehender Aspekt der vorliegenden Erfindung darin zu sehen, dass als Endprodukt, nämlich als fertig gestellter Verbundwerkstoff, derart übergeordnete Kombinationen von Einzelfasern oder Einzelfilamenten miteinander ausgebildet werden.In an advantageous development of the composite material according to the invention, the composite material itself or the fiber-based material may be formed with or as a roving, scrim, fabric, tape, UD tape, braid, nonwoven, yarn, staple fiber yarn or one of their combinations. The fiber-based material can, as has already been mentioned above, consist of individual fibers or filaments - with a number of up to several thousand - or their constituents, ie fiber pieces or filament pieces or the like. However, it is also conceivable that higher-level units in which several fibers are combined with one another serve as fiber-based material. On the other hand, a further aspect of the present invention is to be seen in the fact that such higher-order combinations of individual fibers or single filaments are formed with one another as the end product, namely as a finished composite material.
Die erste Materialkomponente kann mit oder aus einem Polymer ausgebildet sein, insbesondere mit oder aus einem Elastomer, vorzugsweise aus der Gruppe der thermoplastischen Elastomere.The first material component may be formed with or from a polymer, in particular with or from an elastomer, preferably from the group of thermoplastic elastomers.
Die erste Materialkomponente kann mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe ausgebildet sein, die Acrylatkautschuke, Acrylnitrilbutadiene, hydrierte Acrylnitrilbutadiene, Acrylat-Vinylacetate, Ethylen-Vinylacetate, Polyvinylacetate, Polyether, Polyetherester, Epoxyether, Epoxyester, Polyurethan und homologe Addukte, Styrolacrylate, Styrolbutadiene, hydrierte Styrolbutadiene, carboxylierte Styrolbutadiene, Silikone, halogenierte Silikone, Silane, insbesondere Glymo/Amen, Resorcin-Formaldehyd-Silica-Verbindungen, RFL-Materialien, RSL-Materialien, Isocyanate und Derivate, Fluorkautschuke, flüssige oder suspendierbare Formen davon, insbesondere von Kautschuken, Kombinationen und Mischungen dieser Materialien und Formulierungen mit mindestens 50% der genannten Materialien aufweist.The first material component can be formed with or from one or more materials from the group comprising acrylate rubbers, acrylonitrile butadienes, hydrogenated acrylonitrile butadienes, acrylate vinyl acetates, ethylene vinyl acetates, polyvinyl acetates, polyethers, polyether esters, epoxy ethers, epoxy esters, polyurethane and homologous adducts, styrene acrylates, Styrenebutadienes, hydrogenated styrenebutadienes, carboxylated styrenebutadienes, silicones, halogenated silicones, silanes, in particular glymo / amen, resorcinol-formaldehyde-silica compounds, RFL materials, RSL materials, isocyanates and derivatives, fluororubbers, liquid or suspendable forms thereof, in particular of Rubbers, Combinations and Mixtures of these materials and formulations having at least 50% of said materials.
Die zweite Materialkomponente kann mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe ausgebildet sein, die Acrylatkautschuke, Naturkautschuke, Butadienkautschuke, carboxylierte Styrol-Butadien-Kautschuke, Styrol-Butadien-Kautschuke, hydrierte Styrol-Butadien-Kautschuke, Acrylnitril-Butadien-Kautschuke, hydrierte Acrylnitril-Butadien-Kautschuke, Chloroprenkautschuke, Chlorierte/Chlorsulfonierte Ethylenkautschuke, Silikonkautschuke, halogenierte Silikonkautschuke, Fluorkautschuke, thermoplastische Elastomere, TPE-U-Materialien, TPE-E-Materialien, elastomere Epoxidharzformulierungen, Elends und Kombinationen, Formulierungen, Mischungen und Lösungen von mindestens 10% der genannten Komponenten aufweist.The second material component may be formed with or from one or more of the group consisting of acrylate rubbers, natural rubbers, butadiene rubbers, carboxylated styrene-butadiene rubbers, styrene-butadiene rubbers, hydrogenated styrene-butadiene rubbers, acrylonitrile-butadiene rubbers, hydrogenated acrylonitrile butadiene rubbers, chloroprene rubbers, chlorinated / chlorosulfonated ethylene rubbers, silicone rubbers, halogenated silicone rubbers, fluororubbers, thermoplastic elastomers, TPE-U materials, TPE-E materials, elastomeric epoxy resin formulations, blends and combinations, formulations, blends and solutions of at least 10% of the said components.
Grundsätzlich können neben diesen nicht abschließenden Aufzählungen für mögliche Materialien für die ersten und zweiten Materialkomponenten auch sämtliche anderen Materialien zum Einsatz kommen, solange die Kompatibilität zueinander gewährleistet ist und die oben bereits mehrfach diskutierten erfindungsgemäßen Konzepte an und mit ihnen realisierbar sind, nämlich die Verschiedenheit zueinander einerseits und das materiell, mengenmäßig reduzierte Ausbilden der Beschichtung oder Imprägnierung des faserbasierten Materials andererseits, nämlich durch Ausbilden der Beschichtung oder Imprägnierung durch Beschlichten oder als eine Beschlichtung und/oder mit einem Anteil von weniger als 5 Gew.-% im Gesamtgewicht des beschichteten oder imprägnierten faserbasierten Materials.In principle, in addition to these non-exhaustive enumerations for possible materials for the first and second material components, all other materials may also be used, as long as the compatibility with each other is guaranteed and the concepts of the invention already discussed above are realizable, namely the difference to one another on the one hand and the material, reduced amount of coating or impregnation of the fiber-based material on the other hand, namely by forming the coating or impregnation by quenching or as a Beschugung and / or in a proportion of less than 5 wt .-% in the total weight of the coated or impregnated fiber-based material.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden entsprechende Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs geschaffen.In accordance with another aspect of the present invention, there are provided corresponding methods of making a composite.
Gemäß einer ersten Alternative handelt es sich dabei um ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs, bei welchem ein mit einer ersten Materialkomponente beschichtetes oder imprägniertes faserbasiertes Material in einem Matrixmaterial mit oder aus einem Elastomermaterial als zweiter Materialkomponente eingebettet wird, wobei die erste Materialkomponente (a) von der zweiten Materialkomponente verschieden, (b) zu der zweiten Materialkomponente kompatibel und (c) mit einem Anteil von weniger als 5 Gew.-% am Gesamtgewicht des beschichteten oder imprägnierten faserbasierten Materials ausgebildet ist oder wird.According to a first alternative, this is a method for producing a composite in which a fiber-based material coated or impregnated with a first material component is embedded in a matrix material with or made of an elastomeric material as the second material component, wherein the first material component (a) of (b) being compatible with the second material component; and (c) being or are formed at a level of less than 5% by weight of the total weight of the coated or impregnated fiber-based material.
Gemäß einer zweiten Alternative handelt es sich dabei um ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs, bei welchem ein mit einer ersten Materialkomponente beschichtetes oder imprägniertes faserbasiertes Material in einem Matrixmaterial mit oder aus einem Elastomermaterial als zweiter Materialkomponente eingebettet wird, wobei die erste Materialkomponente (a) von der zweiten Materialkomponente verschieden, (b) zu der zweiten Materialkomponente kompatibel und (d) durch Beschlichten und insbesondere als eine Beschlichtung auf dem faserbasierten Material ausgebildet ist oder wird.According to a second alternative, this is a method for producing a composite in which a fiber-based material coated or impregnated with a first material component is embedded in a matrix material with or made of an elastomeric material as the second material component, wherein the first material component (a) of different from the second material component; (b) being compatible with the second material component; and (d) being formed by quenching, and in particular as a coating on the fiber-based material.
Die beiden alternativen Lösungsvorschläge für die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben können auch hier wieder verfahrensmäßig miteinander kombiniert wird, indem nämlich bei einem Anteil von unter 5 Gew.-% der ersten Materialkomponente für die Beschichtung oder Imprägnierung des faserbasierten Materials am Gesamtgewicht des beschichteten faserbasierten Materials die Beschichtung oder Imprägnierung durch Beschlichten und insbesondere in Form einer Beschlichtung ausgebildet wird.The two alternative solutions for the underlying tasks of the invention can also be procedurally combined with each other, namely at a proportion of less than 5 wt .-% of the first material component for the coating or impregnation of the fiber-based material on the total weight of the coated fiber-based material Coating or impregnation is formed by embossing and in particular in the form of a Beschugung.
Das faserbasierte Material kann ein Fasermaterial mit Fasern sein, wobei die Fasern beschichtet oder imprägniert und im Matrixmaterial eingebettet ausgebildet werden.The fiber-based material may be a fibrous material having fibers, wherein the fibers are coated or impregnated and embedded in the matrix material.
Als faserbasiertes Material kann ein Material mit oder aus Fasern aus der Gruppe ausgebildet werden, die Fasern mit oder aus einem Kohlenstoffmaterial, einem Aramidmaterial, einem Polyamidmaterial, einem Polyethylenmaterial, einem PBO-Material, einem Glasmaterial und deren Derivate und Kombinationen aufweist.As the fiber-based material, a material may be formed with or from fibers of the group comprising fibers with or of a carbon material, an aramid material, a polyamide material, a polyethylene material, a PBO material, a glass material and derivatives thereof, and combinations.
Es kann der Verbundwerkstoff selbst oder das faserbasierte Material mit einem oder als ein Roving, Gelege, Gewebe, Band, UD-Band, Geflecht, Vlies, Garn, Stapelfasergarn oder einer ihrer Kombinationen ausgebildet werden.The composite itself or the fiber-based material may be formed with or as a roving, scrim, fabric, tape, UD tape, braid, nonwoven, yarn, staple fiber yarn, or any of their combinations.
Die erste Materialkomponente kann mit oder aus einem Polymer ausgebildet sein oder werden, insbesondere mit oder aus einem Elastomer, vorzugsweise aus der Gruppe der thermoplastischen Elastomere.The first material component may be or may be formed with or from a polymer, in particular with or from an elastomer, preferably from the group of thermoplastic elastomers.
Die erste Materialkomponente kann mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe ausgebildet sein oder werden, die Acrylatkautschuke, Acrylnitrilbutadiene, hydrierte Acrylnitrilbutadiene, Acrylat-Vinylacetate, Ethylen-Vinylacetate, Polyvinylacetate, Polyether, Polyetherester, Epoxyether, Epoxyester, Polyurethan und homologe Addukte, Styrolacrylate, Styrolbutadiene, hydrierte Styrolbutadiene, carboxylierte Styrolbutadiene, Silikone, halogenierte Silikone, Silane, insbesondere Glymo/Amen, Resorcin-Formaldehyd-Silica-Verbindungen, RFL-Materialien, RSL-Materialien, Isocyanate und Derivate, Fluorkautschuke, flüssige oder suspendierbare Formen davon, insbesondere von Kautschuken, Kombinationen und Mischungen dieser Materialien und Formulierungen mit mindestens 50% der genannten Materialien aufweist.The first material component may be formed with or from one or more of the group consisting of acrylate rubbers, acrylonitrile butadienes, hydrogenated acrylonitrile butadienes, acrylate vinyl acetates, ethylene vinyl acetates, polyvinyl acetates, polyethers, polyether esters, epoxy ethers, epoxy esters, polyurethane, and homologous adducts. Styrene acrylates, styrenebutadienes, hydrogenated styrenebutadienes, carboxylated styrenebutadienes, silicones, halogenated silicones, silanes, in particular glymo / amen, resorcinol-formaldehyde-silica compounds, RFL materials, RSL materials, isocyanates and derivatives, fluororubbers, liquid or suspendable forms thereof, in particular of rubbers, combinations and mixtures of these Materials and formulations having at least 50% of said materials.
Die zweite Materialkomponente kann mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe ausgebildet sein oder werden, die Acrylatkautschuke, Naturkautschuke, Butadienkautschuke, carboxylierte Styrol-Butadien-Kautschuke, Styrol-Butadien-Kautschuke, hydrierte Styrol-Butadien-Kautschuke, Acrylnitril-Butadien-Kautschuke, hydrierte Acrylnitril-Butadien-Kautschuke, Chloroprenkautschuke, Chlorierte/Chlorsulfonierte Ethylenkautschuke, Silikonkautschuke, halogenierte Silikonkautschuke, Fluorkautschuke, thermoplastische Elastomere, TPE-U-Materialien, TPE-E-Materialien, elastomere Epoxidharzformulierungen, Elends und Kombinationen, Formulierungen, Mischungen und Lösungen von mindestens 10% der genannten Komponenten aufweist.The second material component may be formed with or from one or more of the group consisting of acrylate rubbers, natural rubbers, butadiene rubbers, carboxylated styrene-butadiene rubbers, styrene-butadiene rubbers, hydrogenated styrene-butadiene rubbers, acrylonitrile-butadiene rubbers. Rubbers, hydrogenated acrylonitrile butadiene rubbers, chloroprene rubbers, chlorinated / chlorosulfonated ethylene rubbers, silicone rubbers, halogenated silicone rubbers, fluororubbers, thermoplastic elastomers, TPE-U materials, TPE-E materials, elastomeric epoxy resin formulations, blends and combinations, formulations, blends and solutions of at least 10% of said components.
Die verfahrensmäßigen Aspekte der vorliegenden Erfindung zeigen dieselben Vorteile, wie sie im Zusammenhang mit dem Verbundwerkstoff als solchen beschrieben wurden.The procedural aspects of the present invention exhibit the same advantages as described in the context of the composite material per se.
Die Erfindung schafft ferner eine Erzeugnis mit oder aus einem Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung in der oben beschriebenen Art und Weise oder mit oder aus einem nach einem erfindungsgemäßen Verfahren in der oben beschriebenen Art und Weise hergestellten Verbundwerkstoff, welches als Seil, als Schlauch, als Band oder als eine Kombination einer Mehrzahl dieser Elemente ausgebildet ist oder ein oder mehrere dieser Strukturen oder deren Kombinationen aufweist. Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff oder ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Verbundwerkstoff können also unter anderem als Seil, Schlauch oder Band ausgebildet werden. Es bieten sich jedoch auch andere materielle Strukturen an, seien dies kompakte oder flächige Gebilde oder dergleichen.The invention further provides a composite article according to the present invention in the manner described above or with a composite material produced by a method according to the invention in the manner described above, which is a rope, a tube, a band or is formed as a combination of a plurality of these elements or has one or more of these structures or combinations thereof. The composite material according to the invention or a composite material produced in accordance with the method according to the invention can thus be formed inter alia as rope, hose or band. But there are also other material structures, be it compact or flat structures or the like.
Als Einsatzgebiete bieten sich sämtliche Gebiete an, bei welchen Kräfte, Schübe und/oder Drucke aufgenommen und/oder übertragen werden müssen. Genannt seien hier Halte- oder Transportelemente, wie Seile, Bänder, Schläuche, Verstrebungen, Dichtungen und deren Anwendung, die in Zusammenhang mit dieser Erfindung beschrieben wurden.Fields of application are all areas in which forces, thrusts and / or prints have to be recorded and / or transmitted. Mention may be here holding or transport elements, such as ropes, straps, hoses, struts, seals and their application, which have been described in connection with this invention.
Diese und weitere Aspekte werden auf der Grundlage der beigefügten Zeichnungen erläutert.These and other aspects will be explained on the basis of the attached drawings.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
DETAILBESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Sämtliche Ausführungsformen der Erfindung und auch ihre technischen Merkmale und Eigenschaften können einzeln isoliert oder wahlfrei zusammengestellt miteinander beliebig und ohne Einschränkung kombiniert werden.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. All embodiments of the invention and also their technical features and properties can be isolated individually or combined randomly combined with each other arbitrarily and without restriction.
Strukturell und/oder funktionell gleiche, ähnliche oder gleich wirkende Merkmale oder Elemente werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall wird eine detaillierte Beschreibung dieser Merkmale oder Elemente wiederholt.Structurally and / or functionally identical, similar or identically acting features or elements are referred to below in connection with the figures with the same reference numerals. Not always will a detailed description of these features or elements be repeated.
Zunächst wird auf die Zeichnungen im Allgemeinen Bezug genommen.First of all, reference is made to the drawings in general.
Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem auch einen Verbundwerkstoff, der aus einem faserbasierten Material mit oder aus Kohlenstofffasern und einem einbettenden Elastomermaterial besteht, wobei die Kohlenstofffaser mit einer ersten Materialkomponente imprägniert oder beschichtet sind, die verschieden ist von der zweiten Materialkomponente des oder in den Elastomer.The present invention also relates inter alia to a composite material consisting of a fiber-based material with or consisting of carbon fibers and an embedding elastomeric material, wherein the carbon fibers are impregnated or coated with a first material component which is different from the second material component of or in the elastomer.
Die Erfindung betrifft somit die Entwicklung eines Verbundwerkstoffs mit Kohlenstofffasern und einer Elastomermatrix. Damit sind also Kerngedanken das Einbetten der Kohlenstofffasern im Elastomer, wobei insbesondere die Kohlenstofffasern mit einer elastomerkompatiblen Schicht oder Imprägnierung mit einem Gehalt von weniger als 5 Gew.-% am Gesamtgewicht der beschichteten oder imprägnierten Kohlenstofffasern ausgebildet sind und wobei sich das Matrixpolymer des Elastomers vom Schlichtpolymer der Beschlichtung der Kohlenstofffasern unterscheidet.The invention thus relates to the development of a composite material with carbon fibers and an elastomer matrix. So core ideas are the embedding of the carbon fibers in the elastomer, in particular the carbon fibers are formed with an elastomer compatible layer or impregnation with a content of less than 5 wt .-% of the total weight of the coated or impregnated carbon fibers and wherein the matrix polymer of the elastomer from the size polymer the carbon fiber coating differs.
Bei den Elastomeren kann es sich um unvernetzte, thermoplastische und/oder vernetzbare Elastomere handeln. Als denkbare Anwendungsgebiete sind neben dem oben bereits genannten und nachfolgend erwähnten auch die Gebiete von Reifen, Druckschläuchen, Förder-/Transportbändern, Dichtungsmaterialien und Seilanwendungen denkbar. Gedacht werden kann auch an die Ausstattung von Garnen und deren Anwendungen, also an Verbundwerkstoff aus Stapelfasergarn und deren Textilien in elastomerer Matrix, z. B. aus Kautschuk und/oder Gummi.The elastomers may be uncrosslinked, thermoplastic and / or crosslinkable Elastomers act. As conceivable fields of application in addition to the above-mentioned and mentioned below, the areas of tires, pressure hoses, conveyor / conveyor belts, sealing materials and cable applications are conceivable. Can also be thought of the equipment of yarns and their applications, ie composite of staple fiber yarn and their textiles in elastomeric matrix, eg. B. of rubber and / or rubber.
Denkbar sind auch Verbundwerkstoffe aus modifizierter Kohlenstofffaser und Silikonkautschuk oder halogeniertem Silikonkautschuk, z. B. Fluorkautschuk. Dabei können Kohlenstofffasern mit Siloxan schlichten im Sinne modifizierter EPY- oder AMEO-Strukturen ausgebildet werden. Eine Kautschukmatrix und insbesondere eine Silikonkautschukmatrix kann mit so genannten Silicapartikeln ausgebildet werden.Also conceivable are composites of modified carbon fiber and silicone rubber or halogenated silicone rubber, eg. B. fluoro rubber. Carbon fibers can be formed with siloxane in the sense of modified EPY or AMEO structures. A rubber matrix and in particular a silicone rubber matrix can be formed with so-called silica particles.
Denkbar sind auch Verbundwerkstoffe mit kontinuierlichen Hybridgarnen und Stapelfaserhybridgarnen in elastomerer Matrix. Dabei übernimmt in einem derartigen Hybrid die erste Materialkomponente über alle möglichen Fasern als Verstärkungselement eine Ankopplung an die zweite Materialkomponente als Haftvermittler.Also conceivable are composites with continuous hybrid yarns and staple fiber hybrid yarns in elastomeric matrix. In this case, in such a hybrid, the first material component over all possible fibers as a reinforcing element adopts a coupling to the second material component as adhesion promoter.
Das Beschichten oder Imprägnieren der zugrunde liegenden Faserbestandteile des faserbasierten Materials dient einerseits der Haftvermittlung und damit der mechanischen Kraft-, Schub- und/oder Druckankopplung untereinander und an das einbettende Matrixmaterial, andererseits werden damit aber auch Schutzfunktionen des Fasermaterials und die materielle Integrität des Verbundwerkstoffs insgesamt realisiert. Einerseits können derartige Verbundwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung unabhängig von ihrer Geometrie in besonders geeigneter Weise Kräfte, Schübe und/oder Drucke übertragen und besitzen, falls dies nötig ist, eine entsprechende Flexibilität. Darüber hinaus können neben den mechanischen Eigenschaften über die Wahl der jeweiligen materiellen Komponenten für das einbettende Matrixmaterial aber auch für die Imprägnierung oder Beschichtung des faserbasierten Materials gewünschte chemische Eigenschaften herausgearbeitet werden, z. B. Inertheit gegen bestimmte chemische Substanzen, Feuerbeständigkeit und dergleichen. Auch Widerstandsfähigkeit gegenüber Abrieb und weitere die Reibung und Haftung betreffende Eigenschaften können über die entsprechende Materialwahl eingestellt werden. Auch können durch die Materialwahl die Permeabilität gegenüber bestimmten Substanzen, insbesondere gegenüber Wasser und/oder Luft in weiten Bereichen geregelt werden.The coating or impregnation of the underlying fiber components of the fiber-based material serves on the one hand adhesion and thus the mechanical force, thrust and / or pressure coupling with each other and to the embedding matrix material, but on the other hand also protections of the fiber material and the material integrity of the composite material realized. On the one hand, such composite materials according to the present invention can transmit forces, thrusts and / or pressures in a particularly suitable manner regardless of their geometry and, if necessary, have corresponding flexibility. In addition to the mechanical properties on the choice of the respective material components for the embedding matrix material but also for the impregnation or coating of the fiber-based material desired chemical properties can be worked out, for. Inertness to certain chemical substances, fire resistance and the like. Resistance to abrasion and other properties affecting friction and adhesion can also be set by selecting the appropriate material. Also, by the choice of material, the permeability to certain substances, in particular to water and / or air can be controlled in a wide range.
Mögliche technische Einsatzgebiete sind Transportbänder, Halteriemen, Antriebsriemen, z. B. Zahnriemen oder dergleichen, Schläuche, Röhren, Leitungen, insbesondere Hohlleitungen, Kerne und/oder Ummantelungen für Kabel, Schläuche oder andere Elemente, Halte- oder Trägerseile, z. B. bei Fahrzeugen, Kränen, Aufzügen, baulichen Konstruktionen, z. B. Brücken oder dergleichen.Possible technical applications are conveyor belts, holding straps, drive belts, z. As timing belt or the like, hoses, tubes, pipes, especially hollow pipes, cores and / or sheathing for cables, hoses or other elements, holding or carrier cables, z. As in vehicles, cranes, lifts, structural structures, z. B. bridges or the like.
Nun wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen.Now, reference will be made in detail to the drawings.
Die
Bei der in
Im Übergang zu dem in
Dies ist ebenfalls nicht zwingend. Es ist denkbar, dass bei bestimmten Materialklassen für die eigentliche Faser
Im Übergang zu dem in
Erfindungsgemäß ist dabei wesentlich, dass die erste Materialkomponente
Die
Die
Nach einem vorbereitenden Schritt S0 wird das faserbasierte Material
Im Schritt S2 wird das faserbasierte Material
Im Schritt S3 wird dann das beschichtete oder imprägnierte faserbasierte Material
Erfindungsgemäß sind die ersten und zweiten Materialkomponenten
Im Schritt S4 wird der Verbundwerkstoff
Diese Weiterverarbeitung kann Veredelungsschritte aufweisen, bei welchen der ursprüngliche Verbundwerkstoff
Im Schritt S5 wird das Endprodukt, d. h. der weiterverarbeitete Verbundwerkstoff
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Verbundwerkstoff, erfindungsgemäßer VerbundwerkstoffComposite material, composite material according to the invention
- 1111
- erste Materialkomponentefirst material component
- 1212
- zweite Materialkomponente, Matrixmaterialsecond material component, matrix material
- 12'12 '
- Elastomer, ElastomermaterialElastomer, elastomeric material
- 2020
- faserbasiertes Material, Fasermaterialfiber-based material, fiber material
- 2121
- Faser, nackte Faser, FaserbestandteilFiber, bare fiber, fiber ingredient
- 2222
- beschichtete oder imprägnierte Faser, beschichteter oder imprägnierter Faserbestandteilcoated or impregnated fiber, coated or impregnated fiber component
Claims (21)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201010030615 DE102010030615A1 (en) | 2010-06-28 | 2010-06-28 | Composite material, useful for preparing holding or transport elements e.g. vehicles, cranes comprises a first material component coated or impregnated with a fiber-based material in a matrix material and a second material component |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201010030615 DE102010030615A1 (en) | 2010-06-28 | 2010-06-28 | Composite material, useful for preparing holding or transport elements e.g. vehicles, cranes comprises a first material component coated or impregnated with a fiber-based material in a matrix material and a second material component |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102010030615A1 true DE102010030615A1 (en) | 2011-12-29 |
Family
ID=45115790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE201010030615 Withdrawn DE102010030615A1 (en) | 2010-06-28 | 2010-06-28 | Composite material, useful for preparing holding or transport elements e.g. vehicles, cranes comprises a first material component coated or impregnated with a fiber-based material in a matrix material and a second material component |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102010030615A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111716834A (en) * | 2020-06-30 | 2020-09-29 | 无锡安睿驰科技有限公司 | Tire self-repairing rubber strip and preparation method thereof |
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-
2010
- 2010-06-28 DE DE201010030615 patent/DE102010030615A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SGL CARBON SE, DE Free format text: FORMER OWNER: SGL CARBON SE, 65203 WIESBADEN, DE Effective date: 20121022 |
|
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130101 |