DE2011320A1 - Band, insbesondere Band zur Verstärkung von Kunststoffgegenständen - Google Patents

Band, insbesondere Band zur Verstärkung von Kunststoffgegenständen

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DE2011320A1
DE2011320A1 DE19702011320 DE2011320A DE2011320A1 DE 2011320 A1 DE2011320 A1 DE 2011320A1 DE 19702011320 DE19702011320 DE 19702011320 DE 2011320 A DE2011320 A DE 2011320A DE 2011320 A1 DE2011320 A1 DE 2011320A1
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Description

Patentanwälte
njR. BEETZ sen.
Dipl.-!,-,-. κ. UMP.-iSCHT
Qr.-Ing. R. ESuTZJr.
8 München 22, Steinsdorfstr. 10 29^-15.479P 10.5.1970
Minister of Technology in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland
LONDON, S.W.I., (Großbritannien)·
Band, insbesondere Band zur Stärkung von Kunststoffgegenständen .
Die Erfindung bezieht sich auf ein Band, insbesondere ein Band zur Verstärkung von Kunststoffgegenständenj das erfindungsgemäße Band enthält sich in einer Richtung erstreckende Kohlenstoff-Fäden oder -Pasern, die mit Harz imprägniert sein können. Derartige Bänder lassen sich zur Herstellung"von faserverstärkten Kunststoffgegenständen benutzen,,indem man die Bänder- auf eine Form auflegt oder um eine Form herumwickelt und anschließend das in ihnen enthaltene oder mit ihnen aufgebrachte Kunstharz härtet. '
Es ist bereits bekannt, faserverstärkte Kunststoffgegenstände dadurch herzustellen, daß man ein zuvor mit Harz imprägniertes Band auf eine Grundform geeigneter Gestalt auflegt oder aufwickelt und dann diese Grundform und das aufgewickelte Band in einer Hohl- oder Preßform formt bzw. härtet, gegebenenfalls ohne weitere Zugabe von Harz oder auch nach einer weiteren Harzimprägnierung. Es konnte Jedoch festgestellt werden,
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daß die parallele Ausrichtung der Verstärkungsfaden oder -fasern des Bandes in der Form nicht bestehen bleibt, weil in den ersten Stufen der Kunstharzhärtung das Kunstharz flüssig ist und unter dem Einfluß hydrostatischer Drücke in dem flüssigen Harz die einzelnen Verstärkungsfaden oder -fasern innerhalb des zuvor imprägnierten Bandes auseinandergedrückt werden, so daß eine Erscheinung auftritt, die als "Ausbauchen" bezeichnet werden kann. Die Wirkung einer dadurch verschlechterten Ausrichtung der Verstärkungsfasern oder -fäden kann dazu führen, daß man nicht die volle Festigkeit eines durch gleichlaufende oder parallele Fäden verstärkten Verbund-Materials erreichen kann.
Eine schlechte Ausrichtung der Fasern oder Fäden in Gegenständen, die durch Kohlenstoff-Fasern verstärkt sind, kann eine erhebliche Festigkeitsverringerung bedingen, weil die relativ kleine Bruchdehnung der Kohlenstoff-Fasern bedeutet, daß in einem Verbundmaterial, in dem diese Fasern nicht einwandfrei parallel in Richtung der größten Beanspruchung ausgerichtet sind, einzelne, zunächst den größten Anteil der Kräfte übernehmende Fasern brechen können, bevor andere, abweichend orientierte Fasern einen nennenswerten Anteil der Last übernehmen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und ein insbesondere zur Verstärkung von Kunststoffgegenständen verwendbares Band zu schaffen, bei dem die hohe Zugfestigkeit aufweisenden Fäden parallel zueinander gehalten werden und sich deshalb sämtlich an der Übernahme der Last bzw. der Zugbeanspruchung beteiligen.
Ein erfindungsgemäßes Band - das insbesondere zur Verstärkung von Kunststoffgegenständen verwendet werden kann - ist im wesentlichen gekennzeichnet durch mehrere Kohlenstoff-Faserstränge als Kettenelemente und stetig durchlaufende Schußfäden,
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die etwa quer zu den Kettenelementen in einer Folge von ungefähr 10 bis 2 Fäden je Zoll derart angeordnet sind, daß sie die Kettenelemente dicht aneinander anliegend und parallel zueinander halten.
Normalerweise sind die Kettenelemente nicht einzelne Faden, sondern jeweils zusammengefaßte Fadengruppenj zweckmäßigerweise ist ein Kettenelement ein Strang aus Kohlenstoff-Fasern oder -Fäden mit ungefähr 10.000 einzelnen Fädchen; für bestimmte Zwecke kann jedoch die Anzahl der einzelnen Fädchen in jedem Kohlenstoff-Faserstrang der Kette eine beliebige Anzahl bis herab zu 500 sein., jeweils entsprechend den Wünschen oder Erfordernissen.
Die Kettenelemente können sämtlich oder vollständig aus Kohlenstoff-Fasermaterial bestehende Stränge sein, es kann aber auch ein Teil dieser Stränge durch Bündel von feinen Glasfaden ersetzt sein und bis zu 90 Gew.°$ der gesamten Kette ,können aus Glasfaserbündeln bestehen.
Stränge aus Kohlenstoff-Fasern und Bündel aus Glasfaden können abwechselnd als Kettenelemente verwendet werden; man kann auch mehrere Kohlenstoff-Faserstränge nebeneinander anordnen und/oder mehrere benachbarte Kettenelemente können aus Glasfaserbündeln bestehen, so daß das Band einen Streifen-Aufbau hat, in dem die Kohlenstoff- und die Glas-Fasern jeweils in Gruppen als Kettenelemente nebeneinander liegen.
In einem außergewöhnlichen Ausführungsbeispiel kann ein einziges Glasfaserbündel oder ein einziger Kohlenstoff-Faserstrang zwischen zwei Gruppen von Fasern der anderen Art liegen. Wenn beispielsweise ein Band sowohl Kohlenstoff-Fasern als auch Glasfasern enthält und an seinen Rändern feste Kanten haben soll, ist es wirtschaftlicher, die Kanten wegen der hohen Kosten der Kohlenstoff-Fasern völlig aus Glasfasern
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zu bilden, -ma zwar stets dann, wenn dies nicht nachteilig ο ο ei- ungÜ!Vr\;lg für die Eigenschaften des herausteilenden u-Ma'-^i'i.a'; £: cdtr -Gegenstandes ist.
Normalerweise werden die Glasfaserbündel und die Kohlenstoff-Faserstränge im wesentlichen die gleiche Größe bzw, den gleichen Durchmesser haben, so daß das' fertige Bandgewebe eine ebene glatte Oberfläche hat. Die Stärken oder Durchmesser der Bündel und Stränge können jedoch auch deutlich unterschiedlich sein, wenn dadurch nicht die Glattheit in der Gewebeoberfläche des fertiggestellten Bandes beeinträchtigt oder eine unerwünschte Abweichung von der parallelen Ausrichtung der Kohlenstoff-Fasern in einem faserverstärkten Verbundkörper ergibt, bei dem in einem solchen ungünstigen Falle zahlreiche Kohlenstoff-Fasern unter Last brechen können, bevor im wesentlichen sämtliche Kohlenstoff-Fasern belastet sind.
Vorzugsweise haben die in gleicher Richtung verlaufenden Kohlenstoff-Faserstränge der Kettenglieder des Bandes hohe Zugfestigkeit und hohen Elastizitätsmodul, sie können nach einem oder mehreren der Verfahren hergestellt werden, die in den folgenden brit. Patentschriften: 1 110 791; 1 1*8 874; 1 166 251; 1 166 252; 1 168 619; 1 180 441; oder der brit. Patentanmeldung Nr. 28 881/66 beschrieben sind.
Der Schuß oder die Schußfäden haben die Aufgabe, den Vorgang des "Ausbauchens" zu unterbinden, der oben erwähnt wurde, und die Fasern parallel zueinander zu halten. Das für den Schuß benutzte Material wird derart gewählt, daß es eine ausreichende Zugfestigkeit hat, um diesen Anforderungen zu genügen. Es muß andererseits auch derart ausgewählt werden, daß es mit den gleichmäßig ausgerichteten Verstärkungs-Kohlen·« stoff-Fasern, mit dem zu verstärkenden Kunststoff und mit irgendwelchen Zusätzen zu dem Kunststoffmaterial verträglich ist,
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Die Schußfäden können aus endlosen Kohlenstoff-Fäden bestehenj dies ist jedoch nicht in allen Fällen günstigο Vorzugsweise wird als Schußfaden ein Glasfaser- oder Fadenmaterial benutzt; es wurde gefunden, daß Glasfäden aus zwischen 1 und 10 einzelnen feinen Glasfädchen vorzuziehen sind» ■
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bandes ist in der Zeichnung veranschaulicht; in der einzigen Figur der Zeichnung bedeuten A die Kettenelemente, die aus Strängen von Kohlenstoff-Fasern oder -Fäden bzw. aus einer Folge oder einer Mischung von Kohlenstoff-Fasersträngen und Glasfaserbündeln bestehen können, wie dies oben beschrieben wurde. B bezeichnet den vorzugsweise endlosen Schußfaden, der in einer Folge von zwischen 10 und 2 "Fäden" oder Schußfäden je Zoll eingewebt wird und der vorzugsweise aus einem und bis zu 10 sehr feinen Glasfäden bestehen kann.
Das erfindungsgemäße Band läßt sich mit bekannten Bandwebevorrichtungen weben; vorzugsweise werden jedoch vor dem Webvorgang die kettebildenden Kohlenstoff-Stränge nach einem Verfahren behandelt, das. in den englischen Patentanmeldungen Nr. 52 653/67 und 4 711/68 besehrieben ist. In diesen Patentschriften ist ein Behandlungs- oder Schlichtmittel beschrieben, dessen Anwendung das Handhaben und Verarbeiten von Kohlenstoff-Fasern oder -Fäden erleichtert. Dieses Mittel ist eine dünne Lösung mit nicht mehr als 35 Gew.% Harz in einem flüssigen organischen, nicht wäßrigen Lösungsmittel. ■
Das Harz kann ein Epoxy-, ein Phenol-Harz, ein Friedel Craft-Harz sein, schließlich ein Polyamid- oder Polyester-Harz.
Geeignete Lösungsmittel sind Aceton, Äthylacetat, Methylathy1-keton und chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Dichloräthylen und 1,2 Dichloräthan.
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Beim Durchavbei ten eines Beispiel;, wurde gefunden, daß eine Lösung von 1 Di s S Gev:.# eines Ep oxy -Harzes In Aceton ein sehr geeignetes Dehancilungs- oder Schlichtmittel bildete.
Beispiele von Epoxyharz η, die benutzt wurden, sind Araldit (Warenzeichen) i.Y 558 und Shell (Warenzeichen) Epikote 828. Es können auch andere Epoxy-Harae benutzt werden; es ist nur erwünscht, daß sie eine hohe Viskosität haben und spröde Harze nicht benutzt werden, Harze des oycloaliphatischen Typs mit geringer Viskosität, wie Harze auf Cyclopentadienbasis, können mit anderen stärker viskosen Harzen gemischt werden, um die insgesamt erforderliche Viskosität zu erzielen.
Bei einer weiteren Versuchsreihe wurde gefunden, daß eine Lösung von 5 bis 20 Gew.% Polyesterharz in Methyläthylketon ein gutes Behandiungs- und Schlichtmittel bildete.
Es wurde auch gefunden, daß entweder ein heiß oder kalt härtbares Polyesterharz geeignet ist, wobei insbesondere Bakelite (Warenzeichen) S.R. 17^49* ein ungesättigter Polyester, der aus Glycol, einer Dicarbonsäure und Maleinsäureanhydrid hergestellt wurde, zufriedenstellende Ergebnisse brachte.
Dementsprechend besteht ein erfindungsgemäßes Verfahren, um Kohlenstoff-Pasern oder -Fäden einwandfrei in maschinellen Einrichtungen verarbeitbar zu machen, im wesentlichen darin, daß man die Fäden oder Fasern mit einem Behandiungs- oder Schllcht-Material imprägniert, das eine schwache Harzlösung, etwa eine Lösung eines Epoxy-, Phenol-Friedel Craft-, Polyimid- oder Polyester-Harzes, in einem flüchtigen organischen, nicht wäßrigen Lösungsmittel ist, und daß man dann das Lösungsmittel verdampfen läßt, so daß nach Verdampfen des Lösungsmittels der Kohlenstoff-Faden oder die Kohlenstoff-Fasern in einer fest zusammenhängenden, verarbeitbaren Form zurückbleiben.
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Es wäre-noch darauf hinzuweisen* daß der Ausdruck Friede1= Graft-Harz ein Harz bedeutete das aus einer aromatischen Verbindung mit einem aroiaatisehen Kupplungsstoff hergestellt wird, der zwei Ghlonnetoyl·= oder Methoxymethyl-Gruppen an einem aromatischen Kern enthält, durch eine Polykondensation^= reaktion, welch© die Keraiiasserstoffatome betrifft und durch die Anwesenheit einer geringen Menge eines Friedel-Craft~ Katalysators, wie Zinnchlorid2 gefördert wird.
Wenn das Band fertiggestellt ist, kann es anschließend mit einem geeigneten Harz imprägniert werden und so in ein vorimprägniertes Band umgewandelt werden» das sich in der oben beschriebenen Weise zur Herstellung von faserbandverstarkten Kunststoffgegenständen verwenden, läßt.
Das gemäß der vorliegenden Erfinduhg hergestellte Band kann mit besonderem Vorteil dann benutzt werden, wenn man die gleichgerichteten Kohlenstoff-Fasern oder -Fäden bereits während des Vorform- oder Formprozesses des Kunststoffgegenstandes unter Spannung setzen will» Dins hat den Vorteil, daß die einzelnen Kohlenstoff-Fäden oder -Fasern während des Härtprozesses praktisch einwandfrei parallel ausgerichtet bleiben und dadurch erreicht wird, daß die Kraftbeanspruchung des endgültig hergestellten Verbund-Gegenstandes gleichmäßig auf praktisch alle Kohlenstoff-Fasern oder -Fäden verteilt wird. Dies ist wichtig im Hinblick auf die relativ geringe Bruchdehnung von Kohlenstoff-Fasern oder -Fäden, was bedeutet, daß in einem Verbundmaterial, in dem die Fasern oder Fäden nicht einwandfrei parallel zueinander ausgerichtet sind, einzelne Fasern oder Fäden bereits brechen können, bevor andere Fasern oder Fäden abweichender Ausrichtung einen nennenswerten Anteil der Beanspruchung übernehmen.
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Claims (2)

  1. - 8 Patentansprüche
    (l) Band, insbesondere Band zur Verstärkung von Kunststoffgegenständen, gekennzeichnet durch mehrere Kohlenstoff-Faserstränge als Kettenelemente (A) und stetig durchlaufende Schußfäden (B), die etwa quer zu den Kettenelementen in einer Folge von ungefähr 10 bis 2 Fäden je Zoll derart eingewebt sind, daß sie die Kettenelemente dicht aneinander anliegend und parallel zueinander halten.
  2. 2. Band nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schußfäden zwischen 1 und 10 Einzel-Glasfäden enthalten.
    j3. Band nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoff-Fasern oder -Fäden nach dem in der dt. Patentschrift .... (Anmeldung P 18 09 758.0) beschriebenen Verfahren hergestellt sind.
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DE19702011320 1969-03-10 1970-03-10 Band, insbesondere Band zur Verstärkung von Kunststoffgegenständen Withdrawn DE2011320A1 (de)

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GB1244869 1969-03-10
GB5445269 1969-11-06

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