DE2623044C2

DE2623044C2 - Flächengebilde aus Borfäden

Info

Publication number: DE2623044C2
Application number: DE2623044A
Authority: DE
Inventors: Fernand Jacques Paris Levy
Original assignee: Avions Marcel Dassault Breguet Aviation SA
Current assignee: Dassault Aviation SA
Priority date: 1975-05-26
Filing date: 1976-05-22
Publication date: 1985-05-09
Also published as: NL7605534A; FR2312369A1; US4103055A; FR2312369B1; GB1541728A; DE2623044A1

Description

möglich ist. Dieses Hohlgitterwerk hat dabei eine ausgezeichnete mechanische Stabilität bei geringem Gewicht.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispicl. Es zeigt

F i g. 1 einen Abschnitt eines im wesentlichen zweidimensionalen Flächengebildes in Form einer Bahn aus Borfäden, welche durch Weben erzeugt werden kann,

F i g. 2 einen Abschnitt der Bahn nach F i g. 1 in vergrößertem Maßstab,

F i g. 3,4 und 5 die Herstellung eines erfindungsgemäßen porösen Flächengebildes, welches bei diesem vereinfachten Beispiel zusammengesetzt ist aus 3 übereinander angeordneten Bahnen aus Borfäden,

F i g. 6 das als Endprodukt erhaltene poröse Flächengebilde, wobei ein Teil der Schichten jeweils weggeschnitten ist, um den Aufbau des Flächengebildes deutlich zu zeigen,

F i g. 7 einen Schnitt durch eine Preßvorrichtung; dieser Schnitt zeigi die Endphase der Herstellung eiries porösen Flächengebildes, und

F i g. 8 eine schematische, stark vergrößerte Darstellung, welche zeigt, wie die Borfäden von 3 übereinanderliegenden Bahnen aneinander befestigt sind.

Die F i g. 1 und 2 zeigen einen Ausschnitt aus einem Gewebe bzw. einer Bahn aus monofilen Bor-Längsfäden 1, welche parallel zueinander angeordnet sind (die Borfäden 1 verlaufen in F i g. 1 in vertikaler Pjchtung) und welche ohne irgendeine Umhüllung oder Kleben in diesem Zustand gehalten werden durch synthetische Fäden 2, z. B. aus Polyester oder Glas, wobei die Fäden 2 senkrecht zu den Borfäden 1 verlaufen. Die Fäden 2, welche als Hilfs-Querfäden dienen, haben voneinander einen bestimmten Abstand in der Größenordnung von einigen Millimetern, während zwischen den Borfäden ein kleinerer Abstand liegt, welcher einer der bestimmenden Faktoren für die Eigenschaften, insbesondere die Porosität, des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Endprodukts ist.

Beiderseits der Bahn sind die Hilfs-Querfäden 2 einige Millimeter verlängert, und die Verlängerungen sind verwebt mit Fäden 3 aus Kunststoff oder aus Glas, z. B. mit Polyesterfäden, welche parallel zu den Borfäden verlaufen, um beiderseits derselben Sicherheitsränder zu bilden, welche in erfiniiungsgemäßer V/eise die Borfäden daran hindern, sich zu trennen; diese Sicherheitsränder kann man vor der Verwendung der Bahn abschneiden.

Zur Herstellung solcher Bahnen auf einem Webstuhl ist es zweckmäßig und vorteilhaft, die Fäden 2 als Kettfaden und die Borfäden als Schußfäden zu verwenden, so daß mas< mit einer einzigen Spule von Borfäden eine Bahn von beliebiger Länge weben kann, deren Breite nur durch die Breite des Webstuhls begrenzt ist. (In Fig. I ist die horizontale Dimension die Länge der Bahn, und die Breite ist die vertikale Dimension.)

Aus einer solchen Bahn kann man mittels geeigneter Werkzeuge Stücke mit den gewünschten Maßen und Formen ausschneiden.

Um nun ein erfindungsgemäßes poröses Flächengebilde herzustellen, geht man z. B. wie folgt vor, wobei angenommen wird, daß drei Bahnen verwendet werden. (Diese Zahl reicht im allgemeinen nicht aus; sie wurde aber gewählt, um dem Fachmann die Grundprinzipien der Erfindung an einem einfachen Beispiel leicht erläutern und die Erfindung verständlich machen zu können.) Es wird ferner bei dicfcsm Beispiel angenommen, daß ebene, rechteckförmige Teile hergestellt werden sollen. Die Herstellung von Teilen anderer Form und Gestalt ergibt sich dann für den Fachmann ohne weiteres aus dieser Darstellung.

Man schneidet aus einer Bahn ein erstes rechteckförmiges Stück aus, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. Es hat die Abmessungen des gewünschten Endprodukts und ist so geschnitten, daß die Bor-Längsfäden 1 parallel zu den Längsseiten des Rechtecks verlaufen, wie das F i g. 3

ίο klar zeigt

Dann bestreicht man mittels eines Haarpinsels dieses Stück leicht mit einem flüssigen Epoxiharz. Hierbei verwendet man nur das ivlinimum an Epoxiharz, das gerade erforderlich ist, um die Borfäden mit einem dünnen Harzfilm zu überziehen, und man preßt die so behandelte Schicht dann einige Minuten lang zwischen absorbierende Schichten, z. B. Glasfasergewebe, Löschpapier oder dergleichen, um überschüssiges Harz abzusaugen, so daß das Harz nur in Form eines dünnen Films auf den einzelnen Borfäden zurückbleibt. Dieser Absaugvorgang wird im folgenden auch als Abtrocknen bezeichnet

Ferner schneidet man aus der beschriebenen Borfäden-Bahn die in den F i g. 4 und 5 dargestellten Stücke aus, welche dieselbe Form und dieselben Maße haben wie das Stück nach F i g. 3, wobei aber der Schnitt erfindungsgemäß anders orientiert ist, und zwar so, daß wenn die Längsseiten der drei Rechtecke parallel zueinander liegen, die Borfäden des Stücks nach F i g. 4 einen

jo Winkel von +45° mit denen des Stücks nach Fig. 3 bilden, und daß die Fäden des Stücks nach F i g. 5 einen Winkel von —45° mit denen des Stücks nach Fig.3 bilden, wie das die Zeichnungen klar zeigen.

Die beiden Zuschnitte gemäß F i g. 4 und 5 werden dann in derselben Weise leicht mit demselben flüssigen Epoxiharz bestrichen, wie das bei Fig.3 beschrieben wurde.

Dann legt man die drei Zuschnitte in folgender Reihenfolge aufeinander: Zuschnitt nach Fig.5; —45°. Zuschnitt nach Fig.3: 0°. Zuschnitt nach Fig.4: -i-45°. Dies ist in F i g. 6 anhand der Schnitte klar erkennbar.

Mat man die drei Zuschnitte so übereinandergelegt, so legt man sie sandwichartig zwischen zwei Schichten eines perforierten Kunststoff-Trennfilms, welche Schichten ihrerseits jeweils von einer Schicht aus einem absorbierenden Gewebe überdeckt sinJ. Die gesamte so gebildete Sandwichanordnung wird dann, wie in F i g. 7 dargestellt, auf eine starre Form 5 gelegt, welche die Form hat, die man dem Element geben will. Bei F i g. 7 ist dies eine flache Form; naturgemäß sind aber in gleicher Weise beliebige andere Formen herstellbar, z. B. gekrümmte Formen, wie das der Fachmann ohne weiteres erkennt.

Man erkennt auch in Fig. 7 die absorbierenden Schienten 6,7 und die Schichten 8 aus Borfäden, welche mit dem perforierten Trennfilm bedeckt sind.

Gemäß F i g. 7 wird dann die ganze AnordiiUng überdeckt mit einer Platte 9 aus nachgiebigem Werkstoff, welche größere Abmessungen hat als das Sandwichpaket 6,7,8 und folgl'.h seitlich über dieses hinausragt. Die Platte 9 liegt auf einem elastischen Dichtring 10 auf, welcher das Sandwichpaket 6,7,8 umgibt.

Die Form ist mit einem Anschluß J1 versehen, an den man eine Vakuumpumpe anschließen kann, wobei dann die Platte 9 das Sandwichpaket 6, 7,8 und den Dichtring 10 zusammenpreßt. 3abei genügt ein Druck von 0,8 kp/ cm², d. h. es ist kein hohes Vakuum erforderlich.

Dieses Vakuum hält man während der Zeit aufrecht.

die zur Polymerisation des Harzes erforderlich ist, wobei man gegebenenfalls die Anordnung auch in eine Wärmekammer einbringen kann, wenn es sich um ein wärmepolymerisicrbares Kunstharz handelt.

Nach dem Polymerisieren entformt man und nimmt ■-> dann die absorbierenden Schichten sowie den perforierten Trennfilm ab.

Das Endprodukt, also das poröse Flächcngcbilde, ist dann bei diesem Aiisfühningsbeispicl eine sehr harte Platte mit hoher Widerstandsfähigkeit sowohl gegen das Zusammendrücken und Stauchen wie gegen Biegung. Das Flächengebilde ist relativ leicht und hat eine gut definierte Porosität.

Das Absaugen bzw. Entfernen allen überschüssigen Kunstharzes während der Herstellung, also das söge- ι j nannte Abtrocknen, hat dabei dazu geführt, daß solches Harz nur in den kleinen Kapillarintervallen zwischen den monofilcn Borfäden der einzelnen Bahnen an ihren Krcuzungspunkien übriggeblieben ist.

Die Fäden der einzelnen Bahnen sind also miteinan der an punktförmigen Kreuzungsstellen a, b verklebt, welche in Fig.8 durch eine durchgehende schwarze Färbung gekennzeichnet sind. Infolge der guten Ausrichtung der Borfäden mit präzisen Abständen beim Ausgangsprodukt, nämlich der gewebten Bahn, und infolge der großen Härte dieser Fäden, welche sich beim Zusammendrücken nicht verformen, hat das Endprodukt von der einen Seite zur anderen Zwischenräume bestimmter Größe und mit ziemlich großer Genauigkeit und Regelmäßigkeit.

Die Größe und Anordnung dieser Zwischräume ist eine Funktion des Durchmessers der Borfäden, der Anzahl von Borfäden pro Zentimeter (in Fig. 1 bezogen auf die Waagerechte), und schließlich der Zahl und des Kreuzungswinkels der übereinander angeordneten Schichten.

Von den auf dem Markt befindlichen Borfäden eignen

Sich diC Fäden ίϊϊϊί CmEiTl Durchmesser VOn !GO μϊϊΙ üi'ld 140 μπι besonders gut für die vorliegende Erfindung.

Die Zahl der Borfäden pro Zentimeter kann variieren. Es genügt, den Webstuhl in geeigneter Weise zu regulieren, welcher verwendet wird, um die Bahn aus Borfäden zu weben.

Man kann beispielsweise Bahnen herstellen, welche eine Anzahl von Borfäden pro Zentimeter aufweisen, die zwischen etwa 18 und etwa 40 liegt.

Ferner kann nach der Erfindung die Zahl der Schichten, welche kreuzweise zueinander liegen, 5,7,9,11 ode-13 betragen. Diese Zahl wird man bevorzugt ungerade und größer als 3 wählen. Das Ausführungsbeispiel mit nur drei Schichten diente, wie bereits ausgeführt, der Erläuterung der Grundprinzipien der Erfindung.

Die Porosität nimmt naturgemäß ab. wenn man den einen, den anderen oder mehrere der folgenden Faktoren erhöht: Durchmesser der Borfäden; Zahl der Borfäden pro Zentimeter; Zahl der übereinanderliegenden und sich kreuzenden Schichten. Bei gleich großer Zahl der sich kreuzenden Schichten kann auch die Orientierung der Borfäden eine Rolle spielen.

Im folgenden werden zum besseren Verständnis der Erfindung noch zwei Beispiele angegeben:

Beispiel 1

Man verwendet eine Bahn, deren Bor-Längsfäden 1 einen Durchmesser von 140 μπι haben und die 18 Borfäden pro Zentimeter hat Aus dieser Bahn schneidet man neun rechteckförmige Zuschnitte aus, bei denen die Fäden wie folgt orientiert sind:

I. F.lement :	0
2. Kleinem :	45
3. Element:	90
4. Element :	-45
5. Element :	0
6. Element:	-45
7. Element :	90
8. Element :	45
9. Element	0

Diese Elemente werden mit einem Epoxiharz leicht bestrichen, welches in zwei Stunden bei 180^C polymerisierbar ist, und sie werden in der vorstehend beschriebenen Weise abgetrocknet, d. h. das überschüssige Kunstharz wird entfernt. Dann werden sie übereinandergclegt und in der bei Fig. 7 beschriebenen Weise zwei Stunden lang bei l80°Cgepreßt.

Die Porosität des so erhaltenen Flächengebildes wird gemessen (in Rayl), indem man mit ihm einen Luftstrom sperrt, der in einem Kanal mit 10m/sec strömt. Dabei ermittelt man eine Größe von 22 Rayl.

Beispiel 2

Man verwendet neun kreuzweise angeordnete Schichten, genau wie beim Beispiel 1. ferner dasselbe Harz und denselben Preßvorgang, schneidet aber die Zuschnitte aus einer Bahn, welche pro Zentimeter 40 monofile Borfäden mit einem Durchmesser von 100 μιη hat. Hierbei ermittelt man eine Porosität von 50 Rayl.

Naturgemäß dienen die vorstehenden, bevorzugten Beispiele nur der Erläuterung und beschränken die Erfindung nicht. Zum Beispiel könnte man fünf Schichten von Borfadengewebe mit einer Orientierung von +30°, —30°. 0°, +60°, und —60° verwenden. Auch sonst sind im Rahmen des allgemeinen Erfitidutigsgcuankens der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich, insbesondere natürlich die Substitution von technischen Äquivalenten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rächengebilde aus Borfäden, bestehend aus mehreren gekreuzten, übereinander angeordneten Bahnen paralleler Borfäden, wobei die Bahnen jeweils aus Bor-Längsfäden und Hilfs-Querfäden gebildet sind, indem die Hilfs-Querfäden anderer Art die Bor-Längsfäden in ihrer parallelen Anordnung halten und einen wesentlich größeren Abstand als der Abstand zwischen den Bor-Längsfäden haben, und wobei die Bor-Längsfäden aufeinanderfolgender Bahnen an einer Vielzahl von Kreuzungsstellen mit einem Harzbindemittel miteinander verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Bor-Längsfäden (1) als Monofile ausgebildet sind, daß das Bindemittel im wesentlichen auf die punktförmigen Kreuzungsstellen (a, b) beschränkt ist, so daß ^^s so gebildete flächige Element eine genau vorgegebene Porosität aufweist,
und daß die Hilfs-Querfäden (2) mit den Borfäden (1) verwebt sind.

2. Flächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl übereinander angeordneter Bahnen ungerade ist und mindestes 5 beträgt

3. Flächengebilde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der monofilen Bor-Längsfäden (1) im Bereich von etwa 18/cm bis etwa 40/cm liegt.

4. Flächenf-bilde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die monofilen Bor-Längsfäden (1) einen Durchmesser von etwa 1^0... 100 μπι aufweiDie Erfindung betrifft ein Flächengebilde aus Borfäden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Flächengebilde können die Form von ebenen Platten oder Tafeln haben, können aber auch je nach den Erfordernissen gekrümmt sein.

Ein derartiges Flächengebilde ist bekannt aus der DE-OS 23 20 133. Diese Schrift beschreibt die Herstellung eines sogenannten Vlieses mit parallelen Fäden. Jeder dieser Fäden wird aus tausenden von parallelen »Hochleistungs-Einzelfäden« (Kohlenstoff, Glasfasern, Bor, Nylon etc.) gebildet, die mit einem Harz getränkt und in einem Kalibrierwerk auf ein vorgegebenes Maß kalibriert werden. Diese parallelen Fäden werden dann durch quer zu ihnen verlaufende, geschmolzene Fäden aus einem Kopolyamid zu einem Vlies verbunden. Mehrere solche Vliese können unter verschiedenen Kreuzungswinkeln übereinander angeordnet und durch ein Kunstharz miteinander verbunden werden. Es ergibt sich dann ein massives Laminat, das mit Kunststoff getränkt und weitgehend frei von Porositäten ist, da die relativ dicken parallelen Fäden, die ja jeweils aus tausenden von Einzelfäden bestehen, dicht beieinanderliegen und daher flächig miteinander verkleben.

In manchen Fällen besteht jedoch der Wunsch nach einem Flächengebilde, das eine vorgegebene Porosität mit offenen Poren aufweist, d. h. mit Poren, welche das Flächengebilde ganz durchdringen, so daß dieses durchlässig ist. Das gilt z. B. in Land- und Luftfahrzeugen zur Schalldämmung, Reflexionsdämpfung oder zur Grenzschichtabsaugung. Dabei soll ein solches Flächengebildc trotzdem robust und widerstandsfähig sein. Ein solches poröses Flächengebilde ist nach der Lehre dieser DE-OS nicht herstellbar, denn das Endprodukt ist dort weitgehend frei von Porositäten.

Femer ist aus der DE-OS 21 18 810 ein gewebtes Hilfsfadensystem bekannt, das aus wärmeverschweißbaren Fäden hergestellt wird, also z. B. aus Polyamid, Polyester, mit Venylharz imprägnierter Zellulose oder Glasfasern. Auf Kettfaden aus diesem Material w»/d dabei jeweils in Querrichtung ein lose gewebtes Produkt aufgelegt, dann in einem Heiztunnel verschweißt, und anschließend durch Druckwalzen mit einem Druck von 0,5 kg/cm zusammengepreßt Man erhält dann eine Struktur mit plattgedrückten flächigen Schweißstellen, d-i sich die wärmeverschweißbaren Fäden unter Druck und Hitze verformen. Für die Herstellung eines porösen Flächengebildes mit hoher Festigkeit gibt auch diese Schrift keinerlei Hinweise.

'Es ist ferner bekannt, sogenannte Monofile aus Bor industriell herzustellen. Diese Monofile haben im allgemeinen einen Kem bzw. eine Ader aus Wolfram, doch kann dieser Kern auch aus Glas, Kohlenstoff oder anderen Werkstoffen bestehen. Dieser Kern wird in einem physikalisch-chemischen Prozeß mit einer Borschicht überzogen. Solche Monofile aus Bor haben eine sehr hohe Zugfestigkeit bei einem gleichfalls sehr hohen E-Modul, der höher ist ar< derjenige von Stahl.

Poröse Flächengebilde werden in der Technik auf verschiedenen Gebieten benötigt Insbesondere ist dies der Fall bei Luftfahrzeugen in verschiedenen Bereichen der Flügelzellen oder des Rumpfs, der Wände der Lufteinlässe der Motoren, der Wände von Windkanälen und Gebläsen, der rotierenden oder stationären Teile von Gebläsen, etc.

Die Porosität dieser Wände ermöglicht es, die Grenzschicht abzusaugen und so zur Dämpfung von Druckschwankungen und zur Verbesserung der Aufnahme der Stoßwelle im Bereich dieser Wände beizutragen, und ferner den Wirkungsgrad zu erhöhen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Flächengebilde aus Borfäden in Gestalt von ebenen oder gekrümmten Strukturen, z. B. Platten oder Tafeln, zu schaffen, welche man ggf. nebeneinander anordnen kann, um eine durchgehende Wand zu schaffen, wobei diese Flächengebilde eine mit einer gewissen Präzision vorherbestimmbare Porosität haben sollen und dabei eine gute mechanische Widerstandsfähigkeit bei geringem Gewicht aufweisen sollen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Hierbei werden monofile Borfäden verwendet, welche zuvor in die Form von flachen Bahnen gebracht worden sind, in denen diese Borfäden praktisch in einer Ebene liegen und durch Verweben mit Textilfaden aus Kunststoff, Glasfasern oder dergleichen parallel zueinander gehalten werden. Man verwebt also zuerst die Borfäden zu einer Gewebebahn mit vorgegebenen Eigenschaften, und stellt dann hieraus in ganz spezifischer Weise die porösen Flächengebilde her. Dabei wird eine geeignete Anzahl solcher Bahnen so übereinander angeordnet daß sich die Fäden jeweils unter einem bestimmten Winkel kreuzen und daß die Bahnen durch Verkleben der Borfäden an deren punktförmigen Kreuzungsstellen aneinander festgehalten werden. Dadurch, daß die Verklebung im wesentlichen nur an diesen punktförmigen Kreuzungsstellen oder Kreuzungspunkten erfolgt bilden die Borfäden eine Art Hohlgitterwerk, durch dessen Hohlräume hindurch z.B. eine Grenzschichtabsaugung