DE69621350T2

DE69621350T2 - Verstärkungsmaterial

Info

Publication number: DE69621350T2
Application number: DE69621350T
Authority: DE
Inventors: Etienne Claeys
Original assignee: Syncoglas NV SA
Current assignee: OCV Fabrics Belgium BVBA
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2016-02-24
Also published as: JPH11500791A; FI119846B; WO1996027039A1; NL9500414A; CZ294244B6; EP0873441B1; JP4195082B2; AU4872096A; CZ274297A3; US20070010154A1; ATE217917T1; ES2173269T3; EP0873441A1; DE69621350D1; FI973572A; FI973572A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verstärkungsmaterial zum Gebrauch beispielsweise als Textilverstärkung in Verbundmaterialien.
Gegenwärtig werden in Verbundmaterialien, die aus Plastik mit Textilverstärkung bestehen, gewebtes Material, Matten, Membrane, nicht-gewebtes Material usw. verarbeitet, wie aus US- A-4 911973 oder FR-A-2628448 bekannt ist.
Darüber hinaus wird eine Anzahl von Schichten von Textilverstärkung auch oft gleichzeitig verwendet, um die erforderliche Steifigkeit und Widerstandskraft zu erhalten. Die unterschiedlichen Schichten werden dann miteinander verbunden, um somit die erwünschte Dicke der Verstärkung zu erreichen. Die Verbindung dieser mehrschichtigen Strukturen untereinander kann zum Beispiel durch Strickmaschinen (sogenannte Rachel- Maschinen) erfolgen, welche die unterschiedlichen Schichten mit Hilfe eines feinen Garns verbinden, und dabei beispielsweise den Kettenstich verwenden. Der Nachteil der Verwendung beispielsweise eines Verstärkungsfadens aus Polyester ist, daß dieser den Auswirkungen von Feuchtigkeit und zersetzenden Substanzen nicht sonderlich gut widersteht. Darüber hinaus sind. die verwendeten Materialien oft nicht vereinbar mit dem Harz, so daß sie an diesem nicht haften bleiben. Dies erhöht nicht die Haltbarkeit des Endprodukts.
Verbundmaterialien mit Textilverstärkung werden beispielsweise in flachen Gegenständen wie etwa Platten verwendet, obwohl kompliziertere Stücke, wie etwa Boote, Stoßstangen, Kabelkästen, Badewannen, Telefonmasten, Röhren, Profile usw. heutzutage häufig auch aus Verbundmaterialien gefertigt sind.
Bei der Herstellung von flachen Verbundmaterialien wie etwa Platten reichen die meisten bekannten gewebten Stoffe und Matten aus. Werden jedoch komplexere Formen hergestellt, erlauben die bisher bekannten Textilverstärkungsmittel keine ausreichende Formung und Faltung, oder sie verhalten sich unkontrolliert. Insbesondere gewebte Stoffe sind schwer verformbar. Nicht-gewebtes Material neigt oft dazu, sich unkontrolliert zu verhalten und/oder zu zerreißen.
Die mehrschichtigen Strukturen verformen sich auch wenig oder überhaupt nicht beim Dehnen, wenn mindestens eine Schicht aus gewebtem Material besteht. Wenn eine Schicht aus nichtgewebtem Material besteht, verformen sie sich unkontrolliert.
Das Ziel der Erfiindung ist es, die oben genannten Nachteile vor allem der mehrschichtigen Textilverstärkung zu umgehen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine mehrschichtige Textilverstärkung zu schaffen, wobei Verbundmaterialien großer Dicke (1 bis 10 mm) hergestellt werden können. Schließlich ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, die Haltbarkeit der Verbundmaterialien, die mit Textilverstärkung versehen sind, zu erhöhen.
Dies geschieht durch die Erfindung mit einem Verstärkungsmaterial, beispielsweise zum Gebrauch als Textilverstärkung in Verbundmaterialien, welches mindestens eine einzelne Dicke schaffende Schicht und mindestens eine einzelne damit verbundene verstärkende Schicht aufweist, wobei die Dicke schaffende Schicht ein Gestrick aus Glasfaser ist, das weniger Gewicht pro Fläche hat als die verstärkende Schicht. Mindestens eine der verstärkenden Schichten ist hierbei aus Glasfaser.
Der Gebrauch eines Gestricks aus Glasfaser als mittlere Schicht in solchen Verstärkungsmaterialien wurde bisher noch nicht beschrieben.
Mit dem Verstärkungsmaterial gemäß der Erfindung kann das Dehnen und Falten der Verstärkung in einer regelmäßigen und reproduzierbaren Art und Weise geschehen. Verbundmaterialien, die unter Verwendung des Verstärkungsmaterials gemäß der Erfindung hergestellt werden, besitzen Stellen unterschiedlicher Dicke, die vorhersehbar und reproduzierbar sind.
Bei der Erfindung besteht mindestens die Mittelschicht aus einem Gestrick aus Glasfaser. Ein solches Gestrick besitzt eine hervorragende Verformbarkeit. Das Gewicht, die Dicke und die Verformbarkeit des Verstärkungsmaterials können je nach Verwendung variieren.
Das Verstärkungsmaterial kann bei der Herstellung von Plastik-Verbundmaterialien mit Hilfe von Injektion, Vakuumtechnik, RIM, RTM usw. verwendet werden.
Mit den Verstärkungsmaterialien gemäß der Erfindung wird es möglich, einen perfekten Transport von Harz über die gesamte Oberfläche und durch die gesamte Dicke des Werkstücks zu schaffen. Daneben wird eine geregelte und kontrollierte Verformung der mit dem Gestrick verbundenen Verstärkungsschichten während des Verformens des Werkstücks möglich. Das Auftauchen von Rissen und Unregelmäßigkeiten wird hiermit vermieden, selbst bei einer örtlichen Dehnung von 100%. Die mittlere Schicht, die aus einem Gestrick aus Glasfaser besteht, verleiht dem Verstärkungsmaterial Dicke, wodurch die erwünschte Steifigkeit des Verbundmaterials erreicht werden kann.
Es wurde festgestellt, daß die Delaminierungsbeständigkeit des Verbundmaterials bereits bedeutend höher ist, wenn zumindest die mittlere Schicht aus Glasfaser besteht. Vorzugsweise besteht jedoch das Verstärkungsmaterial ganz aus Glasfaser.
Die Verstärkungsschichten können nach Gewicht, Dicke und Struktur variieren. Sie können auf einer oder auf beiden Seiten der mittleren Schicht angeordnet sein. Eine oder mehrere solcher Schichten können auf jeder Seite verwendet werden. Als verstärkende Schichten können nicht-gewebtes Material, Membrane, Matten, gewebtes Material, Netze und ähnliches verwendet werden. Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, daß gemäß der Anmeldung jede erwünschte an sich bekannte verstärkende Schicht verwendet werden kann, solange sie in Verbindung mit entweder einem Gestrick oder einem Nicht-Gewebe aus Glasfaser verwendet werden.
Die Verbindung der Schichten erfolgt mit Hilfe von an sich bekannten Techniken, wie zum Beispiel Stricken, Nähen, Vernadelung oder Ankleben. Wahlweise können auch Kombinationen von verschiedenen Techniken verwendet werden. Vernadelung oder chemische Bindung (Ankleben) wird jedoch empfohlen.
Im Falle der Vernadelung werden die verschiedenen Schichten miteinander verbunden, indem die Fäden des Verstärkungsmaterials mit Nadeln durchgestanzt werden. Teile der Fäden werden hierbei durch die anderen Schichten gestoßen, was somit in einer mechanischen Verbindung resultiert. Vernadeltes Material hat eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften. Das Verstärkungsmaterial wird somit insgesamt voluminöser und wolliger, wobei die Oberfläche weicher und feiner wird. Dies führt außerdem dazu, daß Verbundmaterialien mit einem geringeren Glasgehalt hergestellt werden können. Dies ist vor allem im Hinblick auf die Kosten vorteilhaft. Eine dreidimensionale Verstärkung entsteht aus einer Mehrzahl von Fäden, oder Teilen davon, die durch die ganze Dicke des Verstärkungsmaterials gestoßen werden. Die Delaminierungsbeständigkeit eines solchen Materials ist daher sehr groß. Wenn nur Schichten aus Glas benutzt werden, und wenn diese miteinander durch Vernadelung verbunden werden, besteht das Verstärkungsmaterial ganz aus Glas. Verbundmaterialien, die hieraus hergestellt wurden, haben eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen die Auswirkungen von Feuchtigkeit und zersetzenden Stoffen, als Verbundmaterialien, bei denen die verschiedenen Schichten des Verstärkungsmaterials mit Hilfe beispielsweise eines Polyesterfadens miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ist das Verstärkungsmaterial, das durch Vernadelung hergestellt wird, ebenfalls geeignet zum Gebrauch in Verbundmaterialien, bei denen Feuerbeständigkeit wichtig ist (zum Beispiel Phenolharz).
Eine chemische Verbindung der Schichten erfolgt durch Besprühen oder Bespritzen der Schichten mit einem feinen Puder eines thermoplastischen oder warmaushärtenden Kunstharzes. Das Ganze wird danach erhitzt und zusammengepreßt, wobei der Puder schmilzt und die verschiedenen Schichten aneinander kleben. Der Vorteil einer solchen Verbindungsart ist, daß sich der thermoplastische Puder in dem für die Bildung des Verbundmaterials benutzten Harz auflöst und gänzlich an der Polymerisierung teilnimmt. Der Fachmann wird verstehen, daß die Auswahl des Puders und des Harzes dergestalt sein muß, daß ein Auflösen und eine Teilnahme an der Polymerisierung möglich ist.
Der Vorteil des chemischen Klebens ist wiederum, daß kein synthetischer Verbindungsfaden in dem Verbundmaterial vorhanden ist.
Das Verstärkungsmaterial gemäß der Erfindung ermöglicht es, die Verformung des Endprodukts in flache oder komplexe Formen in einem einschrittigen Prozeß durchzuführen.
Die Erindung betrifft weiterhin Verbundmaterialien mit einem Verstärkungsmaterial gemäß der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird weiter verdeutlicht mit Bezug auf das begleitende Beispiel, welches nur zur Veranschaulichung angeführt wird und die Erfindung in keinster Weise einschränken soll.

Beispiele

Beispiel 1

Ein Verstärkungsmaterial gemäß der Erfindung wird auf einer herkömmlichen Vernadelungsmaschine hergestellt. Das Material besteht aus einer mittleren Schicht, die aus einem Gestrick gebildet ist, das aus Gasfaser besteht. Die Glasfaser wird so ausgewählt, daß sie zur Verarbeitung mit den verwendeten Harzarten geeignet ist. Das Gestrick hat ein Gewicht von 200 g/m² und eine Dicke von 1,5 mm.
Zu Verstärkungszwecken ist ein Nicht-Gewebe auf beiden Seiten dieser mittleren Schicht vorgesehen. In diesem spezifischen Fall wird eine Glasmatte verwendet, die auf herkömmliche Weise hergestellt wird und die aus Stapelglasseide besteht, die jeweils mit klebendem Puder befestigt ist. Die Fasern haben eine Dicke von 10-50 tex und eine Länge von 50 mm. Das Gewicht der Matte ist 600 g/m². Eine solche Matte wird auch als CSM ( = Chopped Strand Mat) ( = Glasschnittmatte) bezeichnet.
Die drei Schichten werden miteinander mit Hilfe von Vernadelungstechnik verbunden.
Ausgehend von dieser textilen Verstärkung wird ein Verbundmaterial in komplexer Form durch Druck-, Injektions- und Vakuumtechnik hergestellt. Die Dicke der auf diese Weise hergestellten Verbundmaterialien ist unterschiedlich.
Es wurde festgestellt, daß in allen hergestellten Verbundmaterialien die Dehnung des Verstärkungsmaterials in der komplexen Form der Matrix in derselben Weise erfolgt, in welcher das Gestrick selbst gefaltet werden kann. Die Fasern der Glasmatten, die mit dem Gestrick mit Hilfe der Vernadelungstechnik verbunden sind, folgen der Verformung des Gestricks, wodurch eine regelmäßige, kontrollierte und reproduzierbare Dehnung der Glasmatten gesichert ist. Das Ergebnis ist, daß das Endprodukt keine Stellen mit Harzkonzentration hat, die mit Stellen mit Glasfaserkonzentration alternieren. Beide Arten von Konzentration würden Schwachpunkte in dem Verbundmaterial verursachen. Aufgrund der großen Faltbarkeit der mittleren Schicht, in diesem Fall des Gestricks, ist es möglich, Verbundmaterialien herzustellen, die stellenweise sehr große Verformungen von mehr als 100% des Verstärkungsmaterials erfordern.

Claims

1. Verstärkungsmaterial, zum Beispiel zum Gebrauch als Textilverstärkung in Verbundmaterialien, welches mindestens eine einzelne Dicke schaffende Schicht und mindestens eine einzelne damit verbundene verstärkende Schicht umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke schaffende Schicht ein Gestrick aus Glasfaser ist, das weniger Gewicht pro Fläche hat als die verstärkende Schicht.

2. Verstärkungsmaterial wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der verstärkenden Schichten aus Glasfaser ist.

3. Verstärkungsmaterial wie in Anspruch 2 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schichten aus Glasfaser sind.

4. Verstärkungsmaterial wie in einem der Ansprüche 1-3 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Schichten mit Hilfe von Stricktechniken und/oder Ankleben und/oder Vernadelung und/oder Nähen miteinander verbunden sind.

5. Verstärkungsmaterial wie in einem der Ansprüche 1-4 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkende Schicht ein nicht-gewebtes oder gewebtes Material, eine Matte, ein Netz oder eine Membran ist.

6. Verstärkungsmaterial wie in einem der Ansprüche 1-5 beansprucht, das ganz oder teilweise mit Harz imprägniert ist.

7. Verbundmaterial, das mit einem Verstärkungsmaterial ausgestattet ist, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht ist.