DE2856079A1

DE2856079A1 - Verfahren zum einbau von multifilen buendeln aus kohlenstoffasern im zement zur herstellung von verstaerkten strukturen mit verbesserter biegefestigkeit

Info

Publication number: DE2856079A1
Application number: DE19782856079
Authority: DE
Inventors: Christopher Gordon Cowie; Richard Dennis Curnow
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1977-12-29
Filing date: 1978-12-23
Publication date: 1979-07-05
Also published as: JPS5496527A; GB2011520A; CA1092388A; JPS5819620B2; DE2856079C2; GB2011520B

Description

Patentanwalt
dipl-img.

HELMUT GöRTZ

6 Frankfurt am Main 70 -

SchnockenWstr.27-Tel. 617079 w 3~

22. Dezember 1978 Gzm/Ra.

Union Carbide Corporation, New York, N.Y. 10017 / USA

Verfahren zum Einbau von multifilen Bündeln aus Kohlenstofffasern im Zement ~ur Herstellung von verstärkten Strukturen mit verbesserter Biegefestigkeit

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Einbau von multifilen Bündeln (multifilameiit strands) aus Kohlenstofffasern in eine wässrige, härtbare hydraulische zementartige Matrix, die gehärtet werden kann, um eine mit Kohlenstoffasern verstärkte zementartige Struktur herzustellen, die eine verbesserte Biegefestigkeit (flexural strength) aufweist. Die Erfindung betrafft insbesondere die Herstellung einer mit Kohlenstofffasern verstärkten Struktur, welche eine verbesserte Biegefestigkeit aufweist, aus einer wässrigen, härtbaren, Irydraulischen zementartigen Matrix, die multifile Bündel aus Kohlenstoffasern enthält, die vor dem Einbau in die zementartige Matrix mit einem hydrophoben Harzsystem behandelt worden sind.

Multifile Bündel aus Kohlenstoffasern sind bisher verwendet worden, um Zement zu verstärken, und zwar in dem Bestreben, die Biegefestigkeit eines derartigen Zements zu erhöhen. Wegen der schlechten Bindung zwischen den Fäden der Bündel und zwischen den Fäden der Bümdel und dem Zement wurde durch den Zusatz derartiger Faserbündel die Festigkeit des Zements nur wenig oder überhaupt nicht verbessert.

"Ji -

Es wurde nun gefunden, daß eine mit Kohlenstof fasern verstärkte zementartige Struktur, die eine verbesserte Biegefestigkeit aufweist, aus einer wässrigen, härtbaren hydraulischen, zementartigen Matrix hergestellt werden kann, der multifile Bündel aus Kohlenstoffasern zugesetzt worden sind, die mit einem hydrophoben Harzsystem behandelt worden sind. Die faserverstärkten Strukturer, die auf diese Weise hergestellt v/orden sind, zeigen einen Anstieg der Biegefestigkeit um mehr als 50 % im Vergleich mit der Biegefestigkeit von Strukturen, die in der gleichen Weise aus

aber

Faserbündeln hergestellt worden sind, die nacht mit einem hydrophoben Harzsystem behandelt worden sind.

Fig. 1 zeigt eine isometrische Ansicht des Endteils eines Zementquaders, der mit multifilen Bündeln aus Kohlenstoffasern verstärkt worden ist, die in zwei horizontalen Reihen angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht eine Form, die für die Herstellung der in Fig. 1 gezeigten mit Kohlenstoffasern verstärkten Zementquader geeignet ist. Die Abbildung zeigt, wie die erste horizontale Reihe der Faserbündel in die Form gelegt wird.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine der Abteilungen der Form, die in Fig. 1 dargestellt ist, nachdem zwei horizontale Reihen der Faserbündeln eingelegt worden sind.

Irgendein hydraulischer Zement kann für die Zementkomposition gemäß der Erfindung verwendet werden. Zuschlagsfüllmaterial kann zusammen mit dem hydraulischen Zement verwendet werden_s und zwar in üblicher Weise verwendeten Mengen. Wenn jedoch ein Füllstoff verwendet wird, so ist es vorzugsweise ein feines,

989827/0937

nicht abriebbeständiges Zuschlagsmaterial, z.B. Flugasche; der Füllstoff macht nicht mehr als 20 Gew.~?o des Gesamtgewichts des Zements und des Zuschlagsmaterials aus,

Kohlenstoffasern mit einem hohen Modul und mit hoher Festigkeit, die sich für die vorliegende Erfindung eignen, sind in den JS-PS¹en 3 454 362, 3 412 062 und 4 005 183 beschrieben. Unter dem Ausdruck "Kohlenstoff" werden graphitische und nicht-graphitische Fasern verstanden.

bemessen

Die Menge der Fasern ist derariy, daß die erwünschten Festigkeitseigenschaften erhalten werden, typischerweise von 1 Gewichtsteil bis 6 Gewichtsteilen Fasern pro 100 GeAvichtsteile "trockene Komponenten" der zementartigen Komposition. In diesem Zusammenhang bedeuten "trockene Komponenten" Zement und das andere feste Zuschlagsfüllmaterial (wenn vorhanden), die zusammen die zementartige Komposition darstellen, aber ausschließlich der Kohlenstoffaser. In den meisten Fällen sind die Fasern in einer Menge von 2,5 Gewichtsteilen bis 5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des trockenen Materials vorhanden.

Selbstverständlich muß das Wasser in einer Menge verwendet v/erden, die ausreicht, um den Zement zu hydratisieren. Um jedoch zementartige Strukturen herzustellen, die eine maximale Festigkeit aufweisen, sollte die Menge des Wassers entsprechend dem Zweck möglichst niedrig gehalten werden. Typischerweise werden ungefähr 25 Gewichtsteile bis ungefähr 55 Gewichtsteile, vorzugsweise ungefähr 30 Gewichtsteile bis 45 Gewichtsteile Wasser pro 100 Gewichtsteile trockener Komponenten in der Mischung verwendet.

089827/0937

Bevor die Kohlenstoffaserbündel in die wässrige, härtbare, hydraulische zementartige Matrix eingebaut werden, werden sie mit einem hydrophoben Harzsystem geeigneter niedriger Viskosität imprägniert. Eine derartige Imprägnierung kann dadurch bewirkt werden, daß die Fasern in das flüssige Harzsystem für eine Zeit eingetaucht werden, die ausreicht, um die Fasern der Bündel durch und durch zu benetzen.

Das verwendete hydrophobe Harzsystem muß sowohl unlöslich in Wasser sein als auch gleichzeitig mit dem Zement bei Zimmertemperatur aushärten. Obwohl viele Harze nicht hydrophob sind, können sie dennoch verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie' hydrophob werden, wenn ein Härtungsmittel zugesetzt wird. Der hydrophobe Charakter eines derartigen Harzsystems verursacht die Ausstoßung von Wasser, das auf den Oberflächen der einzelnen Zementpartikeln in der Nähe des Harzes vorhanden ist und das sonst das Aushärten und die Bindung des Harzes an die Partikeln verhindern könnte. Jedenfalls wird eine verbesserte Bindung zwischen diesen Partikeln und den Fasern hergestellt, die mit dem Harzsystem imprägniert worden sind. Das Harzsystem bewirkt auch eine verbesserte Bindung zwischen den Fasern und eine strukturelle Einheitlichkeit innerhalb der Bündel.

Ein Epoxidharzsystem wird vorzugsweise verwendet, um die Kohlenstoffasern zu behandeln, bevor sie in die zementartige Matrix eingebaut werden, denn ein derartiges System ist leicht zu handhaben und es kann leicht bei Raumtemperatur ausgehärtet werden. Ein derartiges System besteht aus einem Epoxidharz zusammen mit einem reaktiven Epoxidharzhärter, und zwar in einer Menge, die üblicherweise verwendet wird.

999827/0937

Die Epoxidharze, die vorzugsweise verwendet werden, um die KoIilenstoffasern zu behandeln, bevor sie in die zementartige Matrix eingebaut werden, sind die flüssigen Polyglycidylether der mehrwertigen Phenole, insbesondere die flüssigen Diglycidyläther von Bis (4-hydr oxyphenyl) me than und Bis (4-hydr oxyphenyl) dimethylmethan. Derartige Harze werden üblicherweise durch die Reaktion von Epichlorhydrin mit einem mehrwertigen Phenol hergestellt, und zwar in Gegenwart einer Base.

Wie bekannt ist, kann durch Verändern der Mengenverhältnisse der Reaktionsteilnehmer, die für die Herstellung des Epoxidharzes verwendet werden, ein Produkt hergestellt werden, und zwar mit variierender Viskosität, mit variierendem Molekulargewicht und mit variierendem Hydroxylgehalt. Die Harze, die für die vorliegende Erfindung verwendet v/erden, sind jene flüssigen Epoxidharze mit niedrigem Molekulargewicht und mit niedriger Viskosität, bei denen vorzugsweise der Hauptbestandteil frei von Hydroxylgruppen ist, z.B. jene Epoxidharze, bei denen das Reaktionsprodukt aus der Umsetzung von 2 Molen Epichlorhydrin mit einem Mol eines zweiwertigen Phenols das Hauptprodukt ist. Gewöhnlich sind zwar in den meisten kommerziell erhältlichen Epoxidharzen Hydroxylgruppen vorhanden, aber es sind viele erhältlich, die einen niedrigen Hydroxylgehalt aufweisen, und Harze dieses Typs sind besonders bevorzugt für die vorliegende Erfindung. Besonders bevorzugte Harze dieses Typs sind die Diglycidyläther des Bis(4-hydroxyphenyl)-methans und die Diglycidyläther des Bis(4-hydroxyphenyl)-dimethylmethan.

Das Härtungsmittel, das zusammen mit dem Epoxidharz verwendet wird, muß mit dem Harz ein hydrophobes System bilden und dessen Aushärtung bei Zimmertemperatur bewirken. Die Aushärtung bei

909827/0937

Zimmertemperatur ist notwendig, damit das Harz gleichzeitig mit dem Zement aushärtet und die Bildung eines hydrophoben Systems ist notwendig, um Wasser, das auf den Oberflächen der einzelnen Zementpartikel in der Nähe des Harzes vorhanden ist, zu verdrängen; dieses kann nämlich das Aushärten und die Bindung des Harzes an. diese Teilchen stören. Auf diese Weise wird eine verbesserte Bindung zwischen diesen Teilchen und den Fasern bewirkt, welche mit dem Harzsystem imprägniert worden sind. Das Harzsystem bewirkt auch eine verbesserte Bindung zwischen den Fäden und eine strukturelle Einheitlichkeit innerhalb der Bündel.

Zu den Epoxidharzhärtern, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, gehören die Härter "Ancamine" (hergestellt von der Anchor Chemical Co.) und "Sur-Wet" (hergestellt von der Pacific Anchor Co., Inc.). Beide Härter sind hydrophobe fette Amine, die eine Aminzahl von 170 bis 180 haben. Wenn sie einem Epoxidharz beigemischt werden, wird der hydrophobe Charakter dieser Härter auf das gesamte Harzsystein übertragen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden multifile Bündel von Kohlenstoffasern in Form von Roving, Garn oder in Form eines Taus in die zementartige Matrix in parallelen Reihen eingebaut. Die Fasern können in die zementartige Matrix in dieser Weise mit Hilfe einer Form eingebaut werden, die zwei Seitenwände fester Höhe aufweist und zwei Endwände, die verschiedenen Höhen angepaßt werden können, und zwar bis zur Höhe der Seitenwände. Typischerweise kann eine Form derart hergestellt werden, indem die inneren Oberflächen der Seitenwände in der Nähe ihrer Enden geschlitzt werden, so daß sie eine Anzahl von Endwänden geringerer Höhe aufnehmen können, die aufeinander-

80-9827/0937

gestapelt werden. Die erste Endwand wird in die Schlitze an einem Ende der Seitenwände gebracht und eine ähnliche Endwand wird in die Schlitze am anderen Ende der Seitenwände gebracht. Eine zementartige Mischung aus Zement und Wasser wird dann in die Form bis zur Höhe der Endwände eingegossen und ein kontinuierliches Bündel aus Kohlenstoffaser v;xrd dann hin und zurück entlang der Länge der Form auf der Oberfläche des Zements verlegt, wobei eine Reihe von aufrechten Pfosten an jedem Ende der Form dazu verwendet wird, um die Richtung des Bündels umzukehren. Um mitzuhelfen, einen gleichen Abstand zwischen den horizontalen Faserbündeln aufrechtzuerhalten, können zwei mit Gewinde versehene Abstandsstangen zwischen jede Pfostenreihe und die Endwände angebracht werden, und zwar in Höhe der Endwände oder etwas niedriger. Nachdem die Fasern vollständig entlang der Länge der Form verlegt worden sind, wird eine zusätzliche Endwand in die Schlitze an jedem Ende der Form eingebracht und das Verfahren wird wiederholt, und zwar unter Verwendung eines zweiten Satzes von mit Gewinden versehenen Abstandsstangen und einem ZAveiten Satz von aufrechtstehenden Pfosten, Wieder sollte die obere Oberfläche der Abstandsstangen in derselben Höhe wie die Endwände oder etwas niedriger sein. Selbstverständlich kann das Verfahren so oft wiederholt werden, wie es notwendig ist, um den Zement auf die erwünschte Höhe zu bringen.

Nachdem die erwünschte Fasermenge in den Zement eingebracht worden ist, wird er unter geeigneten Bedingungen zum Aushärten gebracht, um die mit Kohlenstoffasern verstärkten zementartigen Strukturen gemäß der Erfindung herzustellen.

Fig. 1 zeigt einen Zementquader 10, der mit Kohlenstoffaserbündeln 11 verstärkt worden ist. Die Bündel sind in dem Quader in zv/ei horizontalen Reihen angebracht.

109827/0937

4o-

Der in Fig. 1 dargestellte Zementquader 10 wird in einer der Abteilungen der Form 12, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, hergestellt. Die Form hat Seitenwände 13 und zwei Teilerwände 14 und 15} die in gleichen Abständen zwischen den Seitenwänden sind; diese teilen die Form in drei Abteilungen. Die Seitenwände 13 enthalten die Schlitze 16 in der Nähe ihrer Enden und die Teilerwände 14 und 15 enthalten die Schlitze 17 und 18 in der Nähe ihrer Enden, um die Endwände 19 aufzunehmen. Die Seitenwände 13 und die Teilerwände 14 und 15 haben dieselbe Höhe, während die Höhe der Endwände 19 nur einen Bruchteil der Höhe der Seitenwände und der Teilerwände beträgt. Abstandsstangen 20 befinden sich zwischen den Sndwänden 19 und den Ständen 21, welche aufrechtstehende Pfosten 22 enthalten, die in gleichen Abständen voneinander in den Ständen stehen. Die Abstandsstangen 20 sind über ihre Längen weg mit einem Gewinde versehen (threaded across their lengths) und ihre obere Oberfläche ist etwas niedriger als die Höhe der Endwände 19.

Die Form wird mit Zement bis zum Niveau der Endwände 19 gefüllt. Ein kontinuierliches Bündel aus Kohlenstoffasern 23 wird dann von der Spule 24 durch das Bad 25 gezogen, welches das hydrophobe Harzsystem 26 enthält. Das Bad enthält auch eine Stange 27, unter welche das Kohlenstoffaserbündel 23 gezogen wird, um ein vollständiges Eintauchen in das hydrophobe Harzsystem 26 sicherzustellen. Nachdem das Bad passiert worden ist, wird das Kohlenstoffaserbündel 23 an den ersten Pfosten an einem Ende von einem der Stände 21 befestigt und dann hin und her entlang der Länge der Form verlegt, und zwar auf der Oberfläche des Zements unter Verwendung der Pfosten 22 an jedem Ende der Form, um die Richtung des Bündels umzukehren; wie in Fig. 2 gezeigt ist, helfen

909827/0937

die Gewinde der Abstandsstangen 20 mit, einen gleichmäßigen Abstand zwischen den horizontalen Bündeln aufrechtzuerhalten.

Nachdem die Faser vollständig entlang der Breite der Form verlegt worden ist, wird sie an dem letzten Pfosten in den Ständen 21 befestigt, eine zusätzliche Endwand wird in die Schlitze an jeder. Ende der Form eingeführt und das Verfahren wird wiederholt, und zwar unter Verwendung eines zweiten Satzes von Abstandsstangen 21 und eines zweiten Satzes von aufrechtstehenden Pfosten 30, die in den Ständen 29 enthalten änd. Die Abstandsstangen 28 sind wie die Abstandsstangen 20 über ihre Längs hinweg mit einem Gewinde versehen (threaded across their lengths) und ihre obere Oberfläche befindet sich in derselben Höhe oder etwas niedriger wie der zweite Satz der Endwände. Das Verfahren kann selbstverständlich so oft wiederholt werden, wie es notwendig ist, um das Zementniveau auf die erwünschte Höhe zu bringen.

Nachdem die erwünschte Menge an Fasern in den Zement eingeführt worden ist, wird dieser unter geeigneten Bedingungen ausgehärtet, um die mit Kohlenstoffasern verstärkten zementartigen Strukturen gemäß der Erfindung herzustellen.

Das folgende Beispiel dient nur zur Erläuterung der Erfindung, Es versteht sich, daß es nur als Beispiel dient und es sollte nicht als Einschränkung der Erfindung verstanden werden.

Beispiel 1

Eine zerlegbare Form aus Holz mit drei Abteilungen wurde verwendet, um drei Zementquader herzustellen, die mit Bündeln aus Kohlenstoffaser verstärkt sind. Die Form hatte zwei Seitenwände

909827/0937

und zwei Teilerwände, die in gleichen Abständen zwischen den Seitenwänden angebracht waren, wodurch die Form in drei Abteilungen unterteilt wurde. Die Seitenwände und die Teilerwände waren 5 cm hoch und in der Nähe ihrer Enden mit Schlitzen versehen, so daß sie eine Anzahl von Endwänden aufnehmen konnten, die eine geringere Höhe hatten und aufeirandergestapeIt werden konnten. Eine Endwand der Höhe von 3,5 cm wurde in die Schlitze an einem Ende der Seitenwände und der Teilerwände gebracht und eine ähnliche Endwand wurde in die Schlitze am anderen Ende der Seitenwände und der Teilerwände gebracht. Die Form war nun gebrauchsfertig.

Jede Abteilung der zusammengebauten Form wurde dann mit einer zementartigen Mischung gefüllt, und zwar bis zur Höhe der Endwände. Während der Anfangsphase des Füllens wurde eine kleine Bürste verwendet, um die Mischung in die Kanten und Ecken jedes Abteils zu bringen. Nachdem die zementartige Mischung das erwünschte Niveau erreicht hatte, wurde eine gerade Kante verwendet, um die obere Oberfläche gleichmäßig und glatt zu machen. Schließlich wurde die Form 5 Minuten lang auf einem Schütteltisch geschüttelt.

Die verwendete zementartige Mischung enthielt 100 Gewichtsteile Zement und 30 Gewichtsteile Wasser, die in einem Mischer gründlich vermischt wurden, und zwar unter Verwendung eines Befestigungshakens (dough hook attachment). Verwendet wurde ein Portlandzement entsprechend dem britischen Standard 12.

9(^9827/0937

-43-

Eine einzige Schicht aus Kohlenstoffasergarn , das durch ein

ρ flüssiges hydrophobes Epoxidharzsystem geführt worden war, wurde dann an den endständigen Nagel einer Reihe von. aufrechtstehenden Nägeln befestigt, die parallel zu einer Endwand der Form angebracht waren. Eine ähnliche Reihe von aufrechtstehenden Nägeln befand sich parallel zu dem anderen Ende der Form und gerade vor diesem Ende. Von dem ersten Sndnagel aus wurde dann das Kohlenstoffasergarn auf der Oberfläche des Zements verlegt, und zwar entlang der Länge der Form und um den Endnagel der Reihe der aufrechtstehenden Nägel am anderen Ende der Form herum und dann zurück und vorwärts um jeden der Nägel an entgegengesetzten Enden der Form, bis das Garn vollständig entlang der Breite jedes Abteils verlegt worden war. Das Garn war immer so weit angespannt worden, daß irgendein Durchhängen aufgenommen wurde. Das freie Ende des Garns wurde dann an dem letzten verbleibenden Nagel befestigt. In dem Bemühen, einen gleichen Abstand zwischen den horizontalen Faserbündeln aufrechtzuerhalten, wurden zwei mit Gewinden versehene Abstandsstangen mit 20 Windungen auf 2,5 cm zwischen jeden Satz von Nägeln und den Endwänden angebracht, so dai3 ihre oberen Oberflächen etwas niedriger waren als die Höhe der Endwände. Das Kohlenstoffasergarn wurde über diese Abstandsstangen gezogen, und zwar zwischen jedem zweiten Gewinde, bevor es um die Nägel gewunden wurde, die sich an den Enden der Form befanden. Auf

¹) Bei dem verwendeten Garn handelte es sich um "Thornel" 300, ein aus einer einzigen Schicht (single ply) bestehendes Kohlenstoffasergarn (1717 Denier) mit 3000 Fäden, wobei die Fäden durch einen durchschnittlichen Young-Modul von 3k χ 10 psi charakterisiert sind und durch eine Biegefestigkeit von 360 χ 10^J psi. "Kiornel" ist ein Warenzeichen

_o der Union Carbide Corporation.

^d) Das verwendete Epoxidharzsystem bestand aus 100 Gewichtsteilen eines kommerziell erhältlichen flüssigen Epoxidharzes, das durch die Reaktion von Epichlorhydrin mit 2,2-Bis(^-hydroxyphenyl) propan hergestellt wurde und aus 100 Gewichtsteilen "Ancamine" R, einem Härter für Epoxidharz, der aus einem hydrophoben fetten Anin mit einer Aminzahl von 170 bis 180 besteht. Das System war unlöslich in V/asser und härtete bei Zimmertemperatur gleichzeitig mit dem Zement aus.

909^^7/0937

diese Weise v/urde die gesamte Breite jedes Abteils mit einer Schicht von Fasergarn überquert, und zwar der ganzen Länge nach und in einem Abstand von 0,25 cm.

Eine zweite Endv/and (Höhe 1,25 cm) wurde dann in die Schlitze an jedem Ende der Form eingeführt und jeue Abteilung der Form wurde dann mit einer zweiten Schicht aus Zement bis zur flöhe der zweiten Kndwände gefüllt. Um einen guten Kontakt mit den Fasern zu gewährleisten und um eine gute Bindung zu der bereits vorhandenen Zementschicht herzustellen, vmrde der erste Teil des Zements auf den oberen Teil der Fasern gebürstet. Die zweite Zementschicht wurde dann dadurch verfestigt, daß mit einer geraden Kante geglättet v/urde anstatt zu schütteln, um nicht die Fasern oder die erste Zementschicht zu stören, die gerade auszuhärten beginnt.

Das Bad mit dem Harz wurde dann geleert und mit einem frisch hergestellten Harzsystem wieder gefüllt und eine zweite Schicht aus Fasern wurde in derselben Art und ¥eise wie die erste Schicht untergebracht, und zwar unter Verwendung eines zweiten Satzes von Abstandsstangen und eines zweiten Satzes von Nägeln. Der zweite Satz von Abstandsstangen enthielt, wie der erste Satz, Gewinde über die gesamte Länge (20 Windungen pro 2,5 cm) und ihre oberen Oberflächen lagen etwas niedriger als die der Endwände des zweiten Satzes.

Schließlich wurde eine dritte Endwand (Höhe 0,25 cm) in den Schlitzen an jedem Ende der Form angebracht und jede Abteilung wurde wieder mit einer dritten und letzten Zementschicht gefüllt, und zwar in derselben Weise wie zuvor bis zur Höhe der

90-9*27/09

-Λ5Γ-

Endwände. Die drei Proben der Abmessungen 62 cm χ 7,5 cm χ 5 cm konnten in der Form 18 bis 20 Stunden lang aushärten; danach wurden sie aus der Form entfernt und 28 Tage lang in Wasser bei Zimmertemperatur weitergehärtet. Nach Abschluß der 28 Tage andauernden Aushärtungsperiode wurden die Proben aus dem Wasser entfernt und hinsichtlich der Biegefestigkeit geprüft, indem sie einer Dreipunktbiegung unterworfen wurden, und zwar über eine Spanne von 25 cm in einer 12 000 Pfund Aver-Universaltestmaschine. Die zu prüfenden Quader¹ wurden an beiden Enden durch Stützrollen getragen (1,8 cm Durchmesser), wobei die Fasern auf der Seite waren, wo die Spannung angewendet wurde (getragen von den Rollen); der Druck wurde in der Mitte der Probe mittels einer Laderolle ausgeübt, die einen Durchmesser von 2,5 cm hatte. Der Belastungsdruck wurde mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1000 psi/min gesteigert, bis der Quader zersplitterte. Jeder Quader wurde innerhalb von 30 Minuten nach Entfernung aus dein Wasser geprüft, in dem er aushärtete. Die Quader hatten eine durchschnittliche Biegefestigkeit von 2210 psi.

Die durchschnittliche Biegefestigkeit von drei Quadern, die auf dieselbe Art und Weise hergestellt waren, aber ohne Kohlenstoff as erver Stärkung, betrug 1390 psi. Quader, die in derselben Art und Weise hergestellt waren, und zwar mit Kohlenstoffaser~ verstärkung, aber ohne Vorausbehandlung der Faser mit einem hydrophoben Harz, hatten nur eine durchschnittliche Biege« festigkeit von 1390 psi.

90-9827/0937

L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

1, Verstärkte Struktur mit einer verbesserten Biegefestigkeit - (flexural strength), gekennzeichnet durch eine zementartige Struktur, die durch multifile Bündel aus Kohlenstoffasern verstärkt wurde, die mit einem flüssigen, hydrophoben Harzsystem imprägniert v/orden sind, und zwar vor ihrem Einbau in die zementartige Matrix, das hydrophobe Harzsystem härtete gleichzeitig mit der zementartigen Matrix aus und es dient dazu, die Pasern miteinander zu verbinden und ebenso um sie mit den Zementpartikeln zu verbinden.

2«Verstärkte Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffaserbündel in parallelen Reihen angeordnet sind.

3. Verstärkte Struktur nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobe Harzsystem ein Epoxidharzsystem ist, das aus einem Epoxidharz besteht und einem reaktiven Epoxidharzhärter.

4. Verstärkte Struktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Epoxidhärter ein hydrophobes fettes Amin ist.

5. Verstärkte Struktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobe fette Amin "Ancamine" R ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer mit Kohlenstoffasern verstärkten zementartigen Struktur mit einer verbesserten Biegefestigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Form mit einer

-X-

-yr-

zementartigen Mischung bis zur erwünschten Höhe gefüllt wird, ein kontinuierliches Bündel von Kohlenstoff as em mit einem flüssigen hydrophoben Harzsystem imprägniert wird und das Bündel entlang der Länge der Form auf der Oberfläche des Zements verlegt wird, eine zweite Schicht der zementartigen Mischung der ersten Schicht beigefügt wird und das hydrophobe Harz und die zernentartige Mischung gleichzeitig ausgehärtet werden, um die mit Kohlenstofffasern verstärkte zementartige Struktur herzustellen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobe Harzsystem ein Epoxidharzsystem ist, das aus einem Epoxidharz besteht und aus einem reaktiven Epoxidharzhärter.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Epoxidharzhärter ein hydrophobes fettes Amin ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobe fette Amin "Ancamine" R ist.

909827/0937