DE3878974T2

DE3878974T2 - Auf feuerfesten Fasern basierendes Gewebe und Artikel mit einem solchen Gewebe.

Info

Publication number: DE3878974T2
Application number: DE88400879T
Authority: DE
Inventors: Jean Aucagne; Herve Auduc
Original assignee: Brochier SA
Current assignee: Brochier SA
Priority date: 1987-04-15
Filing date: 1988-04-12
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2008-04-13
Also published as: DE3878974D1; ES2006446A4; JPS6426755A; DE288355T1; EP0288355A1; CA1303838C; ES2006446T3; EP0288355B1

Description

Die Erfindung betrifft technische Gewebe, die bedeutende Feuerbeständigkeitseigenschaften haben (vgl. beispielsweise AU-A-61662). Die Erfindung betrifft auch Artikel, die ein solches Gewebe enthalten, insbesondere die Artikel, die durch Imprägnierung dieser Gewebe mit einem Harz und gegebenenfalls in Kombination mit anderen Bestandteilen erhalten werden, wobei so Strukturen hergestellt werden, die sehr verschiedene Anwendungsgebiete haben, beispielsweise in der Luftfahrtindustrie, und in allen Fällen, wo man Produkte sucht, die eine hohe Feuerbeständigkeit besitzen.
Gegenwärtig macht man sich mehr und mehr darüber Gedanken, neue leichte, beständige und nicht-entflammbare, unbrennbare Materialien zu finden. Die technischen Probleme sind besonders entscheidend für die Innenausstattung von Flugzeugen. Leider stellt man fest, daß die meisten verwendeten Materialien nicht in der Lage sind, allen Anforderungen zu genügen. So erzeugen im Falle eines Brandes manche davon toxischen Rauch oder führen zur Bildung von Glutsteilen.
Bei Durchführung der Arbeiten auf dem Gebiet von Geweben, die aus feuerfesten Fasern bestehen, hat die Anmelderin neue Gewebe entwickelt, die durch lmprägnierung mit Harzen sich sehr gut zur Herstellung von Artikeln eignen, wie Werkstücke für die Innenausstattung von Flugzeugen, die gleichzeitig eine gewisse Anzahl von Anforderungen erfüllen müssen, insbesondere unbrennbar zu sein und gute mechanische Eigenschaften aufzuweisen. Man kann so Strukturen nach Art von Waben erhalten, die in der Lage sind, den strengsten und neuesten Normen der Luftfahrtindustrie zu genügen.
Demnach betrifft die vorliegende Erfindung ein Gewebe auf Basis von feuerbeständigen Fasern, umfassend ein Gemisch von:
a) etwa 50 bis 90 Gew.-% "feuerbeständiger" texturierter Fasern bzw. Fasern, deren Struktur "feuerbeständig" ist;
b) etwa 10 bis 50 Gew.-% technischer Fasern, die eine Steifigkeit höher als diejenige des texturierten Glases haben, unter der Bedingung, daß, falls die Fasern a) texturierte Glasfasern sind, die Fasern b) andere als Kohlenstoffasern sind.
Der erste Bestandteil des erfindungsgemäßen Gewebes besteht aus texturierten feuerfesten Fasern. Der Ausdruck "texturiert" im Sinne der vorliegenden Beschreibung bezeichnet eine Faser, bei der die Ausrichtung jedes Filaments zufällig ist. In der Technik spricht man auch von zerfaserten Fasern bzw. Reißfasern. Dieser Fasertyp ist dem Fachmann bekannt und kann in bekannter weise durch verschiedene Behandlungen erhalten werden. Die bei dem erfindungsgemäßen Gewebe eingesetzten texturierten Fasern sind kontinuierlich oder diskontinuierlich. Man bevorzugt im allgemeinen kontinuierliche Fasern, welche die besten Ergebnisse beim Schmälzen bzw. Schlichten liefern.
Die texturierten Fasern des Gewebes gemäß der Erfindung besitzen die Eigenschaft, "feuerbeständig" zu sein, und vorzugsweise als MO eingestuft werden gemäß der französischen Norm NF P 92-507 (Oktober 1975) mit der Bezeichnung "Classement des matériaux utilisés dans la construction" (Einteilung der Materialien, die in der Bautechnik verwendet werden), aufgestellt gemäß der Verfügung vom 4. Juni 1973 (Journal Officiel (Amtsblatt) vom 26. Juli 1973) und herausgegeben von der Association Francaise de Normalisation (Französischer Norinenverband) (AFNOR), Tour Europe, Paris La Défense. Die Feuerbeständigkeitsversuche von Materialien, wie der Gewebe gemäß der Erfindung, werden nach der Norm NF P 92-503 (Oktober 1975) durchgeführt.
Für die Anwendungen der Gewebe gemäß der Erfindung, welche eine hohe Feuerbeständigkeit besitzen müssen, ist es tatsächlich wichtig, daß die Fasern, aus denen sie bestehen, keinen thermischen Fluß entwickeln, d.h., daß im Brandfall die freigesetzte thermische Energie nicht in der Lage ist, die Flamme bzw. das Feuer zu verbreiten, entweder direkt oder durch Glutstellen oder Schmelztropfen. Für gewisse Erfordernisse der vorliegenden Erfindung, welche nicht notwendigerweise so schwerwiegend sind wie diejenigen der anspruchsvollsten Normen der Luftfahrtindustrie, sind die "feuerbeständigen" Fasern solche, die nach der eben erwähnten Einteilung als M0 oder M1 eingestuft werden.
Der zweite Bestandteil des Gewebes gemäß der Erfindung besteht aus technischen Fasern, die Eigenschaften hinreichender Steifigkeit aufweisen und die in Kombination mit den Fasern a) dem Gewebe Gesamteigenschaften der Feuerbeständigkeit verschaffen, welche den vorher erwähnten Normen genügen. Im Sinne der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck "Steifigkeit, höher als diejenige des texturierten Glases", daß die Fasern b) einen E-Modu aus Zugversuch höher als etwa 55 000 MPa haben. Die bevorzugten Fasern, die gleichzeitig derartige Eigenschaften sowie eine befriedigende Feuerbeständigkeit haben, sind die Kohlenstoffasern, die Aramidfasern und Siliciurncarbidfasern. Wenn man Kohlenstoffasern verwendet, haben sie meistens 1000 bis 6000 Filamente, beispielsweise etwa 3000 Filamente.
Die relativen Mengenverhältnisse der beiden Bestandteile des Gewebes gemäß der Erfindung werden in Abhängigkeit von den genauen zu lösenden Problemen ausgewählt. Tatsächlich ist es zweckmäßig, eine gewisse Anzahl von Parametern in Betracht zu ziehen, wie die Einheitsmasse, die Feuerbeständigkeitseigenschaften, die mechanischen Eigenschaften insgesamt und den Preis des endgültigen Gewebes.
In der Kombination der Fasern des Gewebes gemäß der Erfindung haben die Fasern a) die wesentliche Besonderheit, daß sie texturiert sind, was zahlreiche Vorteile in Bezug auf analoge nicht-texturierte Fasern bedeutet. Diese Vorteile sind besonders ersichtlich, wenn man, wie es bevorzugt ist, das erfindungsgemäße Gewebe zur Erzeugung von Verbundwerkstoffen verwendet, indem man das Gewebe, in Form von übereinandergeschichteten Lagen in geeigneter Zahl gebracht, mit einem Harz, wie einem Phenolharz, imprägniert. Der lmprägnierungsgrad mit dem Harz kann hoch sein und im allgemeinen ist er von 30 bis 60 %, besonders von 50 bis 60 %.
Die texturierten Fasern erlauben es, Artikel mit einem besseren Oberflächenzustand zu erhalten, denn sie besitzen eine Absorptionskapazität für das Harz, die deutlich höher ist als die entsprechenden Fasern, welche nicht-texturiert oder glatt sind. Auch bewirken die texturierten Fasern eine bessere Grenzfläche Faser/Harz, denn sie schaffen eine größere Kontaktfläche mit dem Harz. Im übrigen haben die Gewebe und Artikel auf Basis von texturierten Fasern eine geringe Oberflächeninasse aufgrund der "gequollenen" Struktur dieser Fasern.
Wenn die Fasern a) und die Fasern b) im wesentlichen verschiedene lineare Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, erlaubt es die Verwendung der texturierten Fasern a) in den erfindungsgemäßen Geweben, die schädliche Wirkung der Ausdehnungsdifferenz zwischen den Fasern a) und den Fasern b) zu eliminieren. Tatsächlich weisen die texturierten Fasern a) eine zufällige Verteilung der Filamente auf, die für die Kompensation der Ausdehnungen günstig ist. Im Gegensatz dazu können die nicht-texturierten Fasern, vermischt mit den Fasern b), Verspannungen und Deformationen in den endgültigen Artikeln, die nach der Harziniprägnierung erhalten werden, nach sich ziehen.
Man kann noch beobachten, daß das Formänderungsvermögen der Gewebe, welche texturierte Fasern a) enthalten, besser ist, als wenn man nicht-texturierte Fasern einsetzen würde.
Die Fasern, welche zu der Kategorie a) gehören und die durch die Erfindung bevorzugt sind, sind die Glasfasern. Derartige texturierte Fasern haben ein Gewicht pro Längeneinheit, das in ziemlich weiten Grenzen variieren kann, insbesondere 11 bis 126 tex (1 tex bedeutet die Zahl Gramm pro Kilometer der Fasern) . Andere Beispiele von verwendbaren Fasern sind texturierte Aramidfasern, beispielsweise diejenigen, welche am Markt unter der Bezeichnung "Kevlar"-Typ 49 vorhanden sind und die einer Texturiervorbehandlung unterworfen wurden.
Wie bereits vorstehend erwähnt, sind Beispiele für Fasern b) die Kohlenstoffasern, die Aramidfasern und die Siliciumcarbidfasern.
Wenn in der vorliegenden Beschreibung die Rede ist von einem Gemisch Fasern a) und Fasern b), ist es selbstverständlich, daß in jedem dieser Bestandteile Fasern verschiedener Natur existieren können. Beispielsweise können die Fasern b) individuell ausgewählt sein unter den Kohlenstoffasern, Aramidfasern, Siliciumcarbidfasern, man kann jedoch auch irgendwelche Kombinationen solcher Fasern verwenden, wie die Kohlenstoff- und Aramidfasern, die Kohlenstoff- und Siliciumcarbidfasern, die Aramid- und Siliciumcarbidfasern und andere analoge Kombinationen.
Die Gewebe gemäß der Erfindung können zur Erzeugung von irgendwelchen Stücken dienen, die dazu geeignet sind, durch Harz- Imprägnierung und Verformung erhalten zu werden. Man kann so Schichtstoffe herstellen, die mehrere Harz-imprägnierte Gewebeschichten umfassen, beispielsweise zwei oder drei Schichten. Es ist auch möglich, wie dies in der Technik bekannt ist, ein erfindungsgemäßes Gewebe mit einem Harz, wie einem Phenolharz, zu imprägnieren, und es auf eine Fläche oder auf die beiden Flächen einer Wabenstruktur zu kleben. Man stellt so Sandwichstrukturen her, die eine größere Inertheit haben. Diese Fabrikationstechniken sind dem Fachmann bekannt und brauchen nicht weiter erläutert zu werden. Auf alle Fälle kann man sich beispielsweise auf das Werk "Guide pratique des matériaux coinposites", 2. Ausgabe (1985), von M. Geier und D. Duedal, Editions Lavoisier (Frankreich), beziehen.
Die Artikel und Strukturen, welche die erfindungsgemäßen Gewebe enthalten, können sehr verschiedene Anwendungen finden, jedesmal, wenn man Produkte mit ausreichender Feuerfestigkeit benötigt. Außer dem Gebiet der Luftfahrt kann man auch dasjenige des Bauwesens erwähnen, wobei derartige Produkte zur Innenaustattung von Theatersälen, öffentlichen Orten und anderes verwendbar sind.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1

In diesem Beispiel verwendet man ein Basisgemisch, das, bezogen auf das Gewicht, enthält: 67 % texturierte Glasfasern und 33 % Aramidfasern ("Kevlar"-Typ 49). Die texturierten Glasfasern hatten ein Gewicht pro Längeneinheit von 34 tex.
Aus diesem Fasergemisch wurde ein Gewebe gewebt, dessen mechanische Eigenschaften die folgenden waren, wie sie an Schichtproben für Laboratoriumsversuche mit 12 Schichten imprägniertem Gewebe gemessen wurden, so daß Proben von 3 mm Dicke erhalten wurden.
Biegefestigkeit: 340 MPa
Biegemodul: 27 000 MPa
Scherfestigkeit: 30 MPa
Das Imprägnierungsharz war ein modifiziertes Phenolharz (Vicotex 250 von Brochier SA) mit einem Gehalt von 55 %.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde ein Gewebe verwendet, das in allen Punkten demjenigen von Beispiel 1 gleich war, jedoch wurden die Aramidfasern durch die gleiche Menge (33 %) Siliciumcarbid-(SiC)-fasern vom Typ Nicalon ersetzt. Die mechanischen Eigenschaften waren die folgenden:
Biegefestigkeit: 380 MPa
Biegemodul: 29 000 MPa
Scherfestigkeit: 36 MPa

Claims

1. Gewebe aus feuerfesten Fasern, mit einem Gemisch von

a) ungefähr 50 bis 90 Gew.-% Fasern, deren Struktur "feuerbeständig" ist;

b) ungefähr 10 bis 50 Gew.% technischer Fasern, die eine höhere Steifigkeit haben als die des texturierten Glases, wenn die Fasern a) texturierte Glasfasern sind, die Fasern b) andere Fasern als Fasern aus Kohlenstoff sind.

2. Gewebe nach Anspruch 1, in dem die Fasern (a) Glasfasern sind.

3. Gewebe nach Anspruch 1, in dem die Fasern (b) einen Zugmodul von mehr als etwa 55000 Mpa haben.

4. Gewebe nach Anspruch 1, in dem die Fasern (b) Fasern aus Kohlenstoff enthalten.

5. Gewebe nach Anspruch 1, in dem die Fasern (b) Aramidfasern entbalten.

6. Gewebe nach Anspruch 1, in dem die Fasern (b) Fasern aus siliciumcarbid enthalten.

7. Artikel mit einem Gewebe nach Anspruch 1 und einer Imprägnierung aus Harz.

8. Artikel nach Anspruch 7, in dem das Imprägnierharz ein Phenolharz ist.

9. Artikel nach Anspruch 7, in dem der Anteil des Harzes 30 bis 60 Gew.-% beträgt, insbesondere 50 bis 60 Gew.-% in Bezug auf das Gewicht des Artikels.