NL8802411A

NL8802411A - Combinatie van filamenten met beduidend verschillende uitzettingscoefficienten in een matrix, en toepassing daarvan.

Info

Publication number: NL8802411A
Application number: NL8802411A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1989-05-01
Also published as: JPH01152135A; DE3733446C2; DE3733446A1

Description

A

JJS/WP/(VTB)ag Stamicarbon B.V.

Uitvinders: Martinus Johannes Nicolaas Jacobs te Geleen Peter Bruinink te Maastricht -1- (7) PN 5687

COMBINATIE VAN FILAMENTEN MET BEDUIDEND VERSCHILLENDE UITZETTINGS-COËFFICIËNTEN IN EEN MATRIX, EN TOEPASSING DAARVAN

De uitvinding heeft betrekking op combinaties van filamenten met beduidend verschillende uitzettingscoëfficiënten in één matrix.

De meeste materialen ondergaan een verandering in lengte wanneer ze verhit worden en worden vervormd of zelfs vernietigd 5 wanneer er een temperatuurgradiënt is. Er zijn combinaties van composieten van koolstofvezels bekend welke een lage uitzettingscoëff-iciënt hebben en een hoge warmtegeleiding en welke niet beschadigd worden onder thermische belasting, d.w.z. bij verhitting. Combinaties van composieten van koolstofvezels zijn evenwel zeer kostbaar.

10 Het doel van de onderhavige uitvinding is composieten te verschaffen waarvan het uitzettingsgedrag gedrag aanpasbaar is.

Volgens de uitvinding wordt dit doel bereikt middels combinaties van filamenten met beduidend verschillende uitzettingscoëff-iciënten in één matrix. Hierbij worden filamenten met een positieve 15 uitzettingscoëfficiënt gecombineerd met filamenten met een negatieve uitzettingscoëfficiënt, zodat, indien dit wenselijk is, een composiet vervaardigd kan worden waarvan de uitzettingscoëfficiënt ongeveer nul bedraagt, d.w.z. dat de composiet geen enkele dimensieverandering vertoont bij verhitting. De filamenten met verschillende uitzet-20 tingscoëfficiënten worden bij voorkeur ingebed in een kunststof welke de afschuifkrachten kan absorberen. Hiervoor worden bij voorkeur epoxyhars, polyesters, vinylesters, polyurethaan, thermoplasten met een laag smeltpunt en dergelijke toegepast.

Afhankelijk van de totale uitzettingscoëfficiënt welke 25 bereikt dient te worden, kan de hoeveelheid filamenten met een negatieve uitzettingscoëfficiënt ongeveer gelijk zijn aan de hoeveelheid filamenten met een positive uitzettingscoëfficiënt. Bij voorkeur • 88024 1 1 -2- (7) PN 5687 bedraagt de totale hoeveelheid filamenten in het composietmateriaal 50 tot 70 vol.%, terwijl de hoeveelheid filamenten met een negatieve uit-zettingscoëfficiënt bij voorkeur 30 vol.% bedraagt, evenals de hoeveelheid filamenten met een positieve uitzettingscoëfficiënt.

5 De filamenten met een negatieve uitzettingscoëfficiënt bestaan bij voorkeur uit sterk verstrekte filamenten van polymeren met een hoog molecuulgewicht en hoge treksterkte en modulus. Deze filamenten worden met voordeel vervaardigd middels het gelprocédé, gevolgd door verstrekking met hoge verstrekgraden van meer dan 20, in het bij-10 zonder meer dan 30. Filamenten met een treksterkte van meer dan 500 MPa en een modulus van meer dan 40 GPa hebben bijzondere voorkeur.

Het gelprocédé is in detail beschreven in bijvoorbeeld GB-A-2.042.414 en 2.051.667, evenals in de Duitse Offenlegungsschrift 3.724.434. Het bestaat in hoofdzaak uit het oplossen van het betref-15 fende, voor de vervaardiging van het filament toegepaste polymeer in een oplosmiddel, het behandelen van de oplossing bij een temperatuur boven de oplossingstemperatuur van het polymeer om een filament te verkrijgen, het afkoelen van het filament tot een temperatuur beneden de oplossingstemperatuur om gelvorming te bewerkstelligen, en het 20 verstrekken van het filament met verwijdering van het oplosmiddel.

Alle gewenste polymeren kunnen gebruikt worden als polymeren bij het vervaardigen van de filamenten met negatieve uitzettingscoëfficiënten, bijvoorbeeld polyolefinen, polyesters, polyamiden, zoals nylons of aramide, polyvinylalcoholen, polyvinylchloriden en dergelijke.

25 Bij voorkeur bestaan de filamenten met een negatieve uitzet tingscoëfficiënt uit polymeren met een ultrahoog molecuulgewicht van meer dan 600.000 g/mol, in het bijzonder polyolefinen, waarbij poly-ethylenen, in het bijzonder lineaire polyethylenen met een sterkte van meer dan 2 GPa en een modulus van meer dan 60 GPa, bijzondere voorkeur 30 hebben. Deze polyethylenen kunnen ondergeschikte hoeveelheden, bij voorkeur ten hoogste 5 mol %, bevatten van één of meer ermee copoly-meeriseerbare alkenen, zoals propyleen, butyleen, penteen, hexeen, 4-methyIpenteen, octeen en dergelijke, en kunnen 1 tot 10, in het bijzonder 2 tot 6, methyl- of ethylgroepen dragen per 1000 koolstofato-35 men. Andere polyolefinen kunnen uiteraard ook worden gebruikt, bij- .8802411 -3- (7) PN 5687 voorbeeld polypropyleenhomopolymeren en -copolymeren. De filamenten kunnen eveneens ondergeschikte hoeveelheden van één of meer andere polymeren bevatten, in het bijzonder 1-alkeenpolymeren.

Filamenten van polyethyleen met een ultrahoog molecuulgewicht 5 en een hoge verstrekgraad hebben een uitzettingscoëfficiënt van ongeveer -10 x 10"^ 1/K. Wanneer gelijke hoeveelheden filamenten van polyethyleen met een ultrahoog molecuulgewicht en glasvezels in een matrix ingebed worden, kan een composiet verkregen worden waarvan de uitzettingscoëfficiënt ongeveer gelijk is aan nul.

10 De voordelen van de combinatie volgens de uitvinding zijn dat de uitzettingscoëfficiënten aangepast kunnen worden aan een gegeven materiaal. Met toepassing van de uitvinding kan een composiet verkregen worden, die economischer geproduceerd kan worden dan koolstof-vezels bevattende composieten. Composieten welke met combinaties 15 volgens de uitvinding geproduceerd worden, zijn niet onderhevig aan het risico van beschadiging of vernietiging bij blootstelling aan thermische belasting.

Composieten geproduceerd met combinaties volgens de uitvinding zijn bijzonder geschikt voor lagerhuizen van lichtnetmotoren, 20 parabolische antennes en uurwerkslingers.

Een noodzakelijk vereiste voor een composiet die bestaat uit een combinatie van filamenten met beduidend verschillende uitzettingscoëfficiënten en waarvan de uitzettingscoëfficiënt ongeveer gelijk is aan nul, is dat de filamenten met verschilende uitzettingscoëfficiënt 25 homogeen verdeeld zijn. Indien er sprake is van een onhomogene structuur, d.w.z. indien filamenten met een positieve uitzettingscoëfficiënt ingebed zijn aan één kant van een matrix en de filamenten met een negatieve uitzettingscoëfficiënt ingebed zijn aan de andere kant, worden composieten verkregen welke zich gedragen als een bimetaal-30 strip. Het voordeel van dergelijke composieten is dat ze niet-geleidend zijn voor elektrische stroom.

In diagram 1 wordt de verhittingscurve weergegeven voor glasvezels met een uiteindelijke uitzettingscoëfficiënt van 5,94 x 10"6.

In diagram 2 wordt de verhittingscurve weergegeven voor 35 polyethyleen vezels met een ultrahoog molecuulgewicht en een hoge o 880241 1 -4- (7) PN 5687 verstrekgraad, met een uiteindelijke uitzettingscoëfficiënt van -4,2 x 10"6.

In diagram 3 wordt de verhittingscurve weergegeven voor een combinatie van 30 vol.% vezels van polyethyleen met een ultrahoog 5 molecuulgewicht, 30 vol.% glasvezels en een epoxy matrijs welke 40 vol.% uitmaakt. Voor deze combinaties is de verkregen uitzet-tingscoêfficiënt lager dan 3 x 10“?, welke, zij het positief, veel lager is dan de uitzettingscoëfficiënt van glasvezels alleen en welke niet meer meetbaar is met de beschikbare soorten apparatuur.

.8802411

Claims

1. Combinatie van filamenten met beduidend verschillende uitzet-tingscoëfficiënten in één matrix.

2. Combinatie volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de filamenten de vorm hebben van garens, weefsels, mengsels en/of niet-textiele 5 materialen.

3. Combinatie volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat de hoeveelheid filamenten met een negatieve uitzettingscoëfficiënt en de hoeveelheid met een positieve uitzettingscoëfficiënt zodanig gekozen worden, dat de totale uitzettingscoëfficiënt ongeveer nul 10 bedraagt.

4. Combinatie volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de totale hoeveelheid filamenten 50 - 70 vol.% bedraagt.

5. Combinatie volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk dat de filamenten met een negatieve uitzettingscoëfficiënt bestaan uit 15 sterk verstrekte filamenten van polymeren met een hoog mole- cuulgewicht.

6. Combinatie volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de filamenten vervaardigd zijn middels het gelprocédé, gevolgd door verstrekking met hoge verstrekgraden.

7. Combinatie volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk dat de filamenten met een negatieve uitzettingscoëfficiënt bestaan uit polymeren met een ultrahoog molecuulgewicht van meer dan 600.000 g/mol (gewichtsgemiddeld molecuulgewicht), in het bijzonder polyolefinen.

8. Combinatie volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk dat de filamenten met een positive uitzettingscoëfficiënt glasvezels zi jn.

9. Combinatie volgens conclusie 7 en 8, met het kenmerk dat de hoeveelheid filamenten met een negatieve uitzettingscoëfficiënt 30 30 vol.% bedraagt en de hoeveelheid filamenten met een positieve uit zettingscoëfficiënt 30 vol.%. .8802411 -6- (7) PN 5687

10. Combinatie volgens een der conclusies 1 tot 9, met het kenmerk dat de matrix bestaat uit een epoxyhars van een polyester.

11. Toepassing van de combinatie volgens een der conclusies 1 tot 10 voor lagerhuizen van lichtnetmotoren, parabolische antennes, uur- 5 werkslingers en dergelijke. .8802411 % -7- (7) PN 5687 UITTREKSEL De uitvinding heeft betrekking op combinaties van filamenten met beduidend verschillende uitzettingsco’éfficiënten in één matrix. Door homogene verdeling van filamenten met een positieve uitzettings-coëfficiënt en filamenten met een negatieve uitzettingscoëfficiënt 5 kunnen composieten worden geproduceerd waarvan de totale uitzettingscoëfficiënt ongeveer gelijk aan nul gemaakt kan worden. Op deze wijze is het mogelijk de uitzettingscoëfficiënten van composieten aan te passen. .8802411