DE3744348A1 - Verbundkoerper zum absorbieren von energie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper zum Absorbieren von Energie, bestehend aus in einer Matrix eingebetteten Fasern.

Derartige Verbundkörper werden beispielsweise eingesetzt für Fahrzeuge zur Halterung von Stoßstangen oder anderen Teilen, die bei einem Aufprall kinetische Energie in Verformungsenergie umsetzen sollen. Es sind Verbundkörper bekannt, bei welchen Glas- oder Kohlenstoffasern in einer Matrix aus Epoxyharz eingebettet sind. Derartige Verbundkörper, insbesondere mit Kohlenstoffasern können zwar eine relativ große Energie absorbieren, sie weisen jedoch ein unkontrolliertes Verhalten auf und sind derart spröde, daß sie bei einem Aufprall splittern und die mechanische Verbindung zerstört wird. Darüber hinaus sind Verbundkörper mit Kohlenstoffasern teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundkörper zu schaffen, welcher bei einem großen Energieabsorptionsvermögen ein kontrolliertes Verhalten aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Fasern aus einem linearen hochverstreckten Polyethylen (PE) mit ultrahohem Molekulargewicht bestehen und parallel zur Druckbeaufschlagungsrichtung ausgerichtet sind.

Ein Verfahren zur Herstellung derartiger Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht ist beispielsweise in der DE-OS 37 24 434 beschrieben. Dabei wird ein Polyolefin in einem Lösungsmittel aufgelöst, die Lösung wird bei einer Temperatur oberhalb der Lösungstemperatur des Polyolefins zu Fasern verformt, die Fasern werden auf eine Temperatur unterhalb der Lösetemperatur zur Gelierung abgekühlt und die Gelfasern werden verstreckt. Die Verstreckung erfolgt dabei unter Lösemittelentfernung. Damit ergeben sich Fasern mit extrem langen und stark orientierten Molekülen. Derartige Fasern in Verbundkörpern innerhalb einer Matrix aus einem Harz zeigen bei hoher Energieabsorption ein kontrolliertes Versagen, d.h. es ist abzusehen, wie und wann sich der Körper bei statischem oder dynamischem Aufbringen der Last verformt.

Die Polyethylene können in kleineren Mengen, vorzugsweise höchstens 5 Mol.-% eines oder mehrerer damit copolymerisierbarer anderer Alkene, wie Propylen, Butylen, Penten, Hexen, 4-Methylpenten, Octen, etc. enthalten und 1-10, insbesondere 2-6 Methyl- oder Ethylgruppen pro 1000 Kohlenstoffatomen aufweisen. Es kommen auch andere Polyolefine in Frage, beispielsweise Polypropylenhomo- und copolymere. Ferner können die eingesetzten Polyolefine auch kleinere Mengen eines oder mehrerer anderer Polymere enthalten, insbesondere Alken-l-Polymerer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil der Fasern 40 bis 70 Vol.-% in dem Verbundkörper.

Die Matrix, in welcher die PE-Fasern eingebettet sind, ist vorzugsweise ein Epoxyharz oder ein Polyester.

Die Verbundkörper weisen vorzugsweise die Form von Stangen mit kreisförmigem oder rechteckigem Querschnitt auf. Sie können aber auch die Form von Rohren beliebigen Querschnitts aufweisen oder sie sind gewellt, wobei die Druckbeaufschlagungsrichtung parallel zur Breitenerstreckung der Wellen erfolgt. Gewellte Platten sind vorzugsweise an ihren Rändern eingespannt, so daß bei Aufbringen einer Last oder Schlag- oder Stoßkraft ein kontrolliertes Ausbeulen oder eine kontrollierte Faltenbildung erfolgt.

Derartige Verbundkörper sind insbesondere geeignet für Traggestelle von Hubschraubern, für Böden von Hubschraubern, für Halterungen von Stoßstangen oder für Elemente, bei denen mit dem Auftreffen von Stoß- oder Schlagenergien zu rechnen ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen stabförmigen Verbundkörper mit kreisförmigem Querschnitt in perspektivischer Ansicht und

Fig. 2 den Verbundkörper nach Fig. 1 nach Auftreffen einer Last.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Verbundkörper 10 in Form eines Stabes mit kreisförmigem Querschnitt sind lineare hochverstreckte Polyethylenfasern 12 mit ultrahohem Molekulargewicht parallel zur Druckbeaufschlagungsrichtung, die durch den Pfeil 14 angedeutet ist, in einer Matrix 16 aus einem Epoxyharz eingebettet.

Nach dem Aufbringen der Last 14 auf den Verbundkörper 10 nimmt dieser eine Form an, wie sie in Fig. 2 angedeutet ist. Etwa im mittleren Bereich bildet sich eine Ausbauchung 18 aus, wobei gleichzeitig die aufgebrachte Energie absorbiert und in Verformungsenergie umgewandelt wird. Je nach Geschwindigkeit der aufgebrachten Kraft bilden sich mehr oder weniger ausgeprägte Ausbauchungen aus.

Claims (6)

1. Verbundkörper zum Absorbieren von Energie, bestehend aus in einer Matrix eingebetteten Fasern, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Fasern (12) aus einem linearen hochverstrecken Polyethylen (PE) mit ultrahohem Molekulargewicht bestehen und parallel zur Druckbeaufschlagungsrichtung (14) ausgerichtet sind.

2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anteil der Fasern (12) 40 bis 70 Vol.-% beträgt.

3. Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Matrix (16) Epoxyharz oder Polyester ist.

4. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyethylenfasern ein Molekulargewicht von mehr als 60 0000 g/Mol aufweisen.

5. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt kreisförmig oder rechteckig ist.

6. Verwendung des Verbundkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für Traggestelle oder Böden für Hubschrauber, Sitze für Flugzeuge, Halterungen für Stoßstangen.