DE69223324T2

DE69223324T2 - Verfahren zur herstellung einer laminierten armierten faserstruktur und mit faser armierte struktur

Info

Publication number: DE69223324T2
Application number: DE69223324T
Authority: DE
Inventors: Mauri Laitinen
Original assignee: FINNCLEVER Oy
Current assignee: FINNCLEVER Oy
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2012-09-12
Also published as: FI89471C; JPH06510571A; AU2540392A; FI89471B; NO940577D0; EP0607168B1; KR100262389B1; AU658448B2; FI920540A0; GR3026172T3; DE69223324D1; CZ57094A3; HU220284B; DK0607168T3; CA2116978A1; WO1993005219A1; ATE160595T1; HU9400629D0; CZ4309U1; HUT68009A

Description

Die Erfindung betrifft eine dreidimensionale Struktur und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Verstärkungsfaserstrukturen, bei denen aus kreuzgewebten Ketten- oder Schußfadenbündeln Faserlagen als Kettenstruktur hergestellt werden, sind durch Bindungen aneinandergefesselt. In den von den übereinanderliegenden Lagen und den Bindungen gebildeten Kanal wird eine Füllung gegeben. Die so erhaltene Verstärkungsfaserstruktur kann dann in einer gewünschten Gestalt laminiert werden.
Derartige mehrlagige Verstärkungsfaserstrukturen sind in den Patentschriften EP 299 3091 US 4.854.352 und JP 1-321946(8) beschrieben. Die Firma Vorwerk & Co, Bundesrepublik Deutschland, hat Technotex-Produkte vorgestellt, bei denen die gewebten Lagen durch besondere Bindefäden in sehr geringem gegenseitigem Abstand aneinandergebunden sind, wobei diese Bindefäden die Lagen ohne Druckeinwirkung voneinander abheben, d.h. als Distanzelemente fungieren.
In der oben genannten EP-Schrift 299 309 ist eine mehrlagige Faserstruktur beschrieben, bei der in und zwischen den Lagen Füllfäden eingesetzt werden. Die Lagen sind durch besondere Einbindefäden aneinandergebunden. In den meisten Fällen ist die Festigkeit zwischen den einzelnen Lagen wesentlich geringer als in Lagenebene.
In der JP-Schrift 1-321946 (8) werden mehrlagige Faserstrukturen beschrieben, die in bestimmten Abständen aneinandergewebt sind. Die Bindefasern gestalten sich in bezug auf die Belastung unvorteilhaft.
Mit der vorliegenden Erfindung sollen nun ein neues Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur und eine entsprechende neue Form Verstärkungsfaserstruktur geschaffen werden. Gemäß der Erfindung umfaßt das zur Herstellung der dreidimensionalen Struktur dienende Verfahren die zur Bildung des aus zwei übereinander angeordneten, zwecks Bewirkens einer Serie von Kanälen zwischen ihnen in gewissen Abständen durch Bindungen aneinandergefügten Lagen bestehenden Fasergewebes dienenden Phasen; das Aufbringen von Bindemittel auf das Fasergewebe, das Einbringen einer nicht bindemitteldurchlässigen Füllung in die einzelnen Kanäle und das Pressen des gesamten gefüllten Fasergewebes in eine vorgegebene Form zwecks Bildung der Struktur, die beim Erstarren die Gestalt der Form annimmt, gekennzeichnet dadurch, daß die besagte Füllung aus Schaummaterial besteht.
Gemäß der Erfindung erzielt man eine dreidimensionale Struktur bestehend aus einem von zwei übereinander angeordneten, zwecks Bildung einer Serie von Kanälen zwischen ihnen in gewissen Abständen durch Bindungen aneinandergefügten, gebildeten gepreßten Fasergewebe, aus die Kanäle ausfüllender Füllung und aus nicht füllstoffdurchlässigem Bindemittel, das das gepreßte Fasergewebe mit seiner Füllung in der im voraus festgelegten Gestalt hält, in die sie gepreßt wurden, dadurch gekennzeichnet, däß die besagte Füllung aus formbarem Schaummaterial besteht.
Wie verständlich, bewirkt man eine im Vergleich zur Gewebeabmessung große dreidimensionale Struktur durch Einbringen großer Füllungen in die von zwei übereinander angeordneten Kettenstrukturen gebildeten Kanäle, wobei bevorzugt entweder Kettenfaden- oder Schußfadenbündel zwischen oberer und unterer Lage hin- und herlaufen, so daß eine äußerst feste Verbindung zwischen den Lagen geschaffen wird. Die Füllung erlaubt das in einer Form erfolgende Formen der dreidimensionalen Verstärkungsfaserstruktur in jede beliebige Gestalt. Bevorzugt werden zur Verbesserung der Oberflächenfestigkeit an der Ober- und Unterseite der Verstärkungsfaserstruktur flächige Schichten angeordnet. Im Prinzip können Füllkörper, die nicht mit Bindemittel getränkt sind, auch bei den in den oben angeführten Publikationen beschriebenen Faserstrukturen als Ersatz für die Füllfadenbündel eingesetzt werden. Auf diese Weise läßt sich die Schichtdicke erheblich erhöhen und das spezifische Gewicht verringern.
Schaumstoff ist leichter als die bisher eingesetzten Faserfüllungen. Eine leichte Struktur läßt sich auch durch Einsatz hohler Füllungen erzielen; sogar Metallrohre kommen für diesen Zweck in Frage. Das spezifische Gewicht von Holz beträgt etwa die Hälfte desjenigen des Fasermaterials.
Die dreidimensionale Struktur und das Verfahren zu ihrer Herstellung, bei denen diese Erfindung zur Anwendung kommt, werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine zweilagige Verstärkungsfaserstruktur vor dem Einbringen der Füllungen;
Figur 2 eine fertige, zu laminierende Verstärkungsfaserstruktur;
Figur 3 eine in einer Form zu formende Verstärkungsfaserstruktur;
Figur 4 ein fertig geformtes Verstärkungsfaserteil;
Figur 5 eine Möglichkeit zur Herstellung dickerer Körper;
Figur 6 eine mit erfindungsgemäßer Verstärkungsfaserstruktur herzustellende Trägerkonstruktion.
Figur 1 zeigt eine zweilagige Verstärkungsfaserstruktur, wenngleich bei Bedarf auch mehr als zwei Lagen übereinander angeordnet werden können. Wesentlich dabei ist, daß die übereinander befindlichen Lagen 7 und 8 alternierend die Seite wechseln, das heißt, daß ihre Kettenfäden 2 abwechselnd in der oberen und unteren Lage laufen. Die Kreuzungsstellen der Kettenfäden, das heißt die Seitenwechselstellen, bilden die Bindungen 9, zwischen die jeweils mehrere Schußfäden zu liegen kommen. In diesem Fall werden die Ketten- und Schußfäden von passenden Faserbündeln gebildet. Im typischen Fall werden dafür Glasfasern eingesetzt, aber auch Aramid-, Kohle-, Keramik- oder andere Armierungsfasern kommen dafür in Frage.
Die Füllkörper dürfen sich nicht mit Kunstharz vollsaugen, damit sich auch das fertige Produkt sein geringes Gewicht bewahrt. Schaumstoffüllungen gewährleisten eine gute Feuchteisolierung sowie Wärme- und Schalldämmung. Aus dem laminierten Körper können die schaumstoffartigen Füllungen bei Bedarf entfernt werden.
Für die Bindungsstellen können auch ein oder mehrere gemeinsame Schußfäden benutzt werden.
Die in Figur 1 gezeigte Verstärkungsfaserstruktur wird nun in die folgende Phase überführt, in der die von den Bindungen 9 und den Lagen 7 und 8 eingeschlossenen Kanäle mit Füllung 4 versehen werden, die aus Hohlkörpern 4', zum Beispiel Kunststoffrohren, oder Schaumstoffkörpern 4" bestehen kann. Bevorzugt wird Schaumstoff mit geschlossenen Zellen, zum Beispiel Polyethen, eingesetzt, der kein Kunstharz ansaugt. Auch andere Kunststoffe und Gummi können dafür verwendet werden. Diese Körper brauchen nicht unbedingt von rundem Querschnitt zu sein, sondern auch andere Querschnittsformen kommen in Frage.
Die Verstärkungsfaserstruktur kann neben der in Figur 1 gezeigten Struktur auf einer oder auf beiden Seiten noch flache Schichten aufweisen, die zwischen den Bindungsstellen locker an die Lagen gebunden sind und dem Ganzen in Richtung der Oberfläche eine hohe Festigkeit verleihen.
Die in Figur 2 gezeigte Faserstruktur einschließlich Füllungen wird mit Kunstharz behandelt und gemäß Figur 3 in eine Form 6 eingelegt. Die Füllungen 4 sind flexibel und erlauben, daß die Verstärkungsfaserstruktur 1' die der Form entsprechende Gestalt annimmt.
Figur 4 zeigt eine fertige Verstärkungsfaserstruktur. Die Füllungen 4 sind bis auf eine herausgenommen. Auf entsprechende Weise lassen sich Körper von beliebiger Gestalt formen. Werden dickere Körper benötigt, so kann die Schicht, wie in Figur 5, übereinandergefaltet werden oder es können Strukturen der in Figur 2 gezeigten Art in einem passenden gegenseitigen Winkel aufeinandergeschichtet werden. Im Hinblick auf einen möglichst geringen Umformungsbedarf kann die Faserstruktur mit wechselnder Dicke hergestellt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Verstärkungsfaserstruktur kann auch die Warmformtechnik zur Anwendung gebracht werden. Die rechtwinklig zu den Bindungen laufenden Faserbündel werden mit einem Bindemittel, zum Beispiel Polyester, versetzt, und nach erfolgtem Weben werden die Kanäle mit Kernen gefüllt, die als vorübergehende Füllungen fungieren. Das Bindemittel wird nun durch Wärmeeinwirkung kurzzeitig geschmolzen, wobei ein Rohling oder Zuschnitt von Zellenstruktur entsteht. Das Bindemittel dient dem Zweck, den Verstärkungsfasern für die Dauer des Formpressens des zu laminierenden Zuschnitts eine passende Fasson zu verleihen.
Die Schaumstoffüllung kann aus thermoplastischem Material bestehen, zum Beispiel aus Polyethen, wobei dann durch Wärmebehandlung in der Form Körper der gewünschten Gestalt zum Laminieren hergestellt werden.
Beim Laminieren kann die an sich bekannte Prepreg-Technik zur Anwendung gebracht werden.
Zwischen den Bindungen kann sich eine variierende Anzahl - im typischen Fall 10 bis 25 - parallel zu den Bindungen verlaufender Fadenbündel befinden. In einem Probestück hatten die Polyethenkörper einen Durchmesser von 10 bis 20 mm. Verwendet wurde dabei gewöhnliches Glasfasergewebe (TEX 2400), das jedoch auf erfindungsgemäße Weise mit der anderen Lage zusammengewebt war. Durch Benutzung eines (Füllkörper) -Durchmessers von wenigstens 5 mm erzielt man eine einzigartige Struktur.
Als Füllungsmaterial kann auch, besonders um eine Haftung an den laminierten Körper zu bewirken, Holz oder Metall eingesetzt werden. Eine besonders interessante Möglichkeit besteht darin, als Füllung ein kompaktes, aufblähbares Material einzusetzen. Dabei kann dann zum Beispiel in der Form die Füllung durch Wärmeeinwirkung zum Aufblähen gebracht und so die Struktur aufgerichtet, d.h. in ihre Fasson gebracht werden.

Claims

1. Zur Herstellung einer dreidimensionalen Struktur dienendes Verfahren, bestehend aus den zur Bildung des aus zwei übereinander angeordneten Lagen (7,8), die zwecks Bildung einer Serie von Kanälen zwischen ihnen in gewissen Abständen durch Bindungen (9) aneinandergefügt sind, bestehenden Fasergewebes dienenden Phasen; dem Aufbringen von Bindemittel auf das Fasergewebe, dem Einbringen von nicht bindemitteldurchlässiger Füllung (4) in die einzelnen Kanäle und dem Pressen des gesamten gefüllten Fasergewebes in eine vorgegebene Form (6) zwecks Herstellens der Struktur, die beim Erstarren die Gestalt der Form (6) an nimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Füllung aus einer Schaummaterialfüllung (4) besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaummaterial (4) Schaumstoffe enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaummaterial (4) Schaumstoffe mit geschlossenen Zellen enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaummaterial (4) Hohlkörper enthält.

5. Dreidimensionale Struktur bestehend aus einem von zwei übereinander angeordneten Lagen (7,8), die zwecks Bildung einer Serie von Kanälen zwischen ihnen (7,8) in gewissen Abständen durch Bindungen (9) aneinanderfügt sind, gebildeten gepreßten Fasergewebe, aus die Kanäle füllender Füllung (4), aus nicht füllstoffdurchlässigem Bindemittel, das das gepreßte Fasergewebe und die Füllung (4) in der im voraus festgelegten Gestalt hält, in die sie gepreßt worden waren, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Füllung aus formbarem Schaummaterial besteht.

6. Struktur nach Anspruch 5, bei der das Schaummaterial (4) Körper enthält, deren Durchmesser wenigstens 5 mm beträgt.