DE1268362B

DE1268362B - Plastics reinforced with metal threads

Info

Publication number: DE1268362B
Application number: DEP1268A
Authority: DE
Inventors: Arthur G Metcalfe; Cord H Sump; Walter C Troy
Original assignee: Armour Research Foundation
Current assignee: IIT Research Institute
Priority date: 1956-01-18
Filing date: 1957-01-17
Publication date: 1968-05-16

Description

Durch Metallfäden verstärkte Kunststoffe Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf durch Metallfäden verstärkte Kunststoffe, in denen die Metallfäden in Wirrlage gleichmäßig über das Gesamtvolumen verteilt sind.Plastics Reinforced by Metal Filaments The present invention refers to plastics reinforced by metal threads in which the metal threads are distributed evenly over the total volume in a random position.

Das Verstärken von Kunststoffen durch Einlagerung von Fäden, Drähten oder Geweben gehört seit langem zum Stand der Technik. Neben Verstärkungen aus Glasfasern oder Glasfasergeweben hat man vor allem metallische Werkstoffe als Verstärkungsmaterial gewählt, besonders dann, wenn die bei Glasfäden begrenzte Dehnbarkeit, Stoß- und Erschütterungsfestigkeit nicht ausreichte und größere Festigkeitswerte gewünscht wurden. Bekannt sind mit Drähten oder Stahlkabeln in Parallel- oder Kreuzlage hergestellte Bänder aus Kautschuk, beispielsweise für Transportbänder, Treibriemen und Gegenstände, an die besondere Anforderungen hinsichtlich Zugfestig-- keit gestellt werden sowie durch schichtenweisen Aufbau aus Kunststoffolien oder -platten, die mit Metalldrähten oder -geweben verstärkt sind. The strengthening of plastics by incorporating threads and wires or fabrics have long been part of the state of the art. In addition to fiberglass reinforcements or fiberglass fabrics, metallic materials are mainly used as reinforcement material chosen, especially when the limited stretchability of glass threads, impact and Vibration resistance was insufficient and greater strength values desired became. Are known produced with wires or steel cables in parallel or cross layers Belts made of rubber, e.g. for conveyor belts, drive belts and objects, to which there are special requirements with regard to tensile strength and by building up layers of plastic films or plates with metal wires or fabrics are reinforced.

Wenn die Festigkeitseigenschaften dieser mit richtungsbestimmten Metalleinlagen, wie Litzen, Drähten oder Geweben verstärkten Kunststoffe auch bessere sind, als bei Verstärkungen aus Glasfasern oder Textilien, so sind diese Eigenschaften jedoch nach den verschiedenen Beanspruchungsrichtungen mitunter sehr unterschiedlich und die Herstellung derartiger Kunststoffgebilde ist häufig auch umständlich. If the strength properties of these with directional Metal inlays such as stranded wire, wire or fabric reinforced plastics, even better ones than with reinforcements made of glass fibers or textiles, these are the properties but sometimes very different depending on the different directions of stress and the production of such plastic structures is also often cumbersome.

Man hat auch bereits bei der Herstellung von Schwung- und Standgewichten für Antriebsvorrichtungen Metallspäne in Wirrlage gleichmäßig auf das Gesamtvolumen des Materials in der Kunststoffmasse verteilt; hierfür war jedoch lediglich die gleichmäßige Gewichtsverteilung und bei außerdem wirtschaftlicherer Herstellung ein weitgehend gleiches Verhalten maßgebend, wie es bisher bei zu diesem Zweck aus dem Vollen gedrehten Metallgewichten vorlag. One has already made swing and stand weights for drive devices metal chips in a random position evenly on the total volume the material distributed in the plastic mass; however, this was only the even weight distribution and also more economical production largely the same behavior as it was previously for this purpose The solid turned metal weights were present.

Für Preßmassen schließlich ist die Verwendung von Metalldrähten auch in kurzen Stücken als Verstärkungsmaterial für Kunststoffe bekannt. Hierbei werden Metalldrähte einer Länge von 2 bis 3 cm mit einer als Füllstoff für den Preßling dienenden und mit dem Kunststoff getränkten Faserstoffumhüllung, z. B. mit einem Faden aus saugfähiger Baumwolle, umsponnen. Finally, metal wires are also used for molding compounds known in short pieces as a reinforcement material for plastics. Here will be Metal wires 2 to 3 cm long with one as a filler for the compact serving and impregnated with the plastic fiber cover, z. B. with a Thread made of absorbent cotton, covered.

In keinem der beiden letztgenannten Fälle von in Kunststoff regellos angeordneten Metallpartikeln wird als Verstärkung ein Gebilde erhalten, das der Forderung auf eine nach allen Seiten gleiche Festigkeit und Bruchsicherheit genügt. In none of the last two cases of random in plastic arranged metal particles, a structure is obtained as reinforcement, which is the The requirement for the same strength and resistance to breakage on all sides is sufficient.

Nach der Erfindung wird diese Forderung dadurch erfüllt, daß die Metallfäden jeweils nicht länger als 5 cm sind und ein Skelett bilden, das an den Berührungsstellen der Drähte durch Sinterung in metallischer Bindung zusammengehalten ist und dessen Zwischenräume mit Kunststoff gefüllt sind. According to the invention, this requirement is met in that the Metal threads are each no longer than 5 cm and form a skeleton that attaches to the Contact points of the wires held together in a metallic bond by sintering and the spaces in between are filled with plastic.

Ein derartiges Skelett, das aus kurzen, miteinander an ihren regellos verteilten Oberlagerungsstellen in metallischer Berührung stehenden und hier metallisch gebundenen Metallfäden besteht, unterscheidet sich in seiner Wirkung grundsätzlich von den lose innerhalb einer Kunststoffmasse verteilten Spänen oder von den Drahtstückchen, die von einem Hüllstoff umkleidet sind. Derartig lose Metallteilchen können einem sich durch die Kunststoffmasse fortsetzenden Druckverlauf naturgemäß nur einen geringeren Widerstand entgegensetzen als ein erfindungsgemäß den Zusammenhalt der Drähte bedingendes Skelett. Such a skeleton, made up of short, interrelated at their random distributed overlay points in metallic contact and here metallic bound metal threads, differs fundamentally in its effect from the chips loosely distributed within a plastic compound or from the pieces of wire, which are covered by a wrapping material. Such loose metal particles can be The pressure curve that continues through the plastic compound naturally only has a lower pressure Oppose resistance as a cohesion of the wires according to the invention Skeleton.

Kräfte, die dagegen auf die kompakte Masse eines Skeletts einwirken, das bereits durch ein Zusammenpressen des Drahthaufwerks an den Überlagerungsstellen der Drähte eine Kaltverschweißung erfahren hat und dann durch Sintern der Drähte zu einem festen Ganzen verbunden wurde, werden zugleich von einer Vielzahl von Drähten aufgenommen und dadurch entsprechend verteilt.Forces which, on the other hand, act on the compact mass of a skeleton, this already by pressing the wire structure together at the overlapping points of the wires has undergone cold welding and then by sintering the wires Connected to form a solid whole, are simultaneously made up of a multitude of wires recorded and thus distributed accordingly.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß die Metallfäden aus gegossenem Metall bestehen. It has proven to be particularly advantageous that the metal threads consist of cast metal.

Unter gegossenen Metallfäden sind dabei solche zu verstehen, die aus einer Schmelze in irgendeiner an sich bekannten Weise, z.B. durch Ausformen aus einer Düse unter Druck, mit rundem Querschnitt, als Band oder Streifen hergestellt sind.Cast metal threads are to be understood as meaning those made of a melt in any manner known per se, for example by molding from a nozzle under pressure, with a round cross-section, made as a ribbon or strip are.

Wie sich gezeigt hat, sind gegossene Metallfäden solchen, die auf mechanischem Wege, z. B. spanabhebende Arbeit od. dgl., erhalten wurden, deshalb überlegen, weil die Gießstruktur vor allem eine bessere Haftung an den verschiedensten Kunststoffen erbringt. Als Metalle kommen dabei alle Arten, wie Blei, Zinn, Zink, Aluminium, Kupfer und dessen Legierungen, Metalle der Eisengruppe und deren Legierungen in Betracht. As has been shown, cast metal threads are those that mechanical way, e.g. B. machining work or the like., Were obtained, therefore superior because the casting structure above all better adhesion to the most diverse Plastics. The metals used are all types, such as lead, tin, zinc, Aluminum, copper and its alloys, metals of the iron group and their alloys into consideration.

Geeignete Kunststoffe sind beispielsweise in organischen Lösungsmitteln lösliche Cellulosederivate, Natur- und Kunstharze, und zwar sowohl thermoplastische als auch wärmehärtbare Harze, ferner natürliche und synthetische Elastomere, wie Naturkautschuk und synthetische Kautschuke. Suitable plastics are, for example, in organic solvents soluble cellulose derivatives, natural and synthetic resins, both thermoplastic as well as thermosetting resins, furthermore natural and synthetic elastomers, such as Natural rubber and synthetic rubbers.

Durch Metallfäden verstärkte Kunststoffe gemäß der Erfindung eignen sich beispielsweise für Lagerwerkstoffe, für Flüssigkeitsdichtungen oder zur Ableitung von statischer Elektrizität. Je nach den vorgesehenen Anwendungszwecken kann es vorteilhaft sein, daß der Volumanteil der Metallfäden kleiner ist als der Anteil des Kunststoffmaterials oder, umgekehrt, daß der Volumanteil der Metallfäden größer ist als der des Kunststoffmaterials. Für eine Verwendung zur Stoßdämpfung oder Schallabdichtung oder als Schwimmkörper können gemäß der Erfindung Kunststoffe verwendet werden, welche Schaumstruktur in geschlossen-zelliger oder offenzelliger Form aufweisen. Plastics reinforced by metal threads are suitable according to the invention for example for bearing materials, for liquid seals or for discharge from static electricity. Depending on the intended use, it can be advantageous that the volume fraction of the metal threads is smaller than the proportion of the plastic material or, conversely, that the volume fraction of the metal threads is greater is than that of the plastic material. For use for shock absorption or soundproofing or plastics can be used as floats according to the invention, which foam structure in closed-cell or open-cell form.

Für Lagerwerkstoffe eignet sich besonders eine Grundmasse, welche 50 bis 80 Volumprozent Metallfäden und 50 bis 20 Volumprozent eines Kunststoffes, wie z. B. Polytetrafluoräthylen oder Kondensationsprodukte von Hexamethylendiamin und Adipinsäure, enthält. Ein Material, das sich in Platten zur Abdeckung von Flügelteilen an Flugzeugen eignet, kann beispielsweise eine Zusammensetzung von ungefähr 25 bis 50 Volumprozent Metallfäden und einen entsprechenden Restanteil an Kunststoff haben. Verschlüsse, wie Flüssigkeitsdruckdichtungen, haben im allgemeinen innerhalb der Kunststoffmasse ein Skelett aus Metallfäden, dessen Volumanteil 8 bis 10% beträgt, während der übrige Anteil aus einem synthetischen Harz besteht. Erdungsleitungen, Fußbodenbeläge oder Sitzbeläge haben in der Regel einen Anteil an Metallfäden, der sich von einigen Volumprozenten bis zu 90 Volumprozenten bewegen kann. A base material is particularly suitable for bearing materials, which 50 to 80 percent by volume of metal threads and 50 to 20 percent by volume of a plastic, such as B. polytetrafluoroethylene or condensation products of hexamethylenediamine and adipic acid. A material that can be found in panels used to cover parts of wings on aircraft, for example, a composition of about 25 to Have 50 percent by volume metal threads and a corresponding residual proportion of plastic. Closures, such as liquid pressure seals, generally have within the Plastic mass a skeleton made of metal threads, the proportion of which by volume is 8 to 10%, while the remaining part consists of a synthetic resin. Grounding lines, Floor coverings or seat coverings usually have a proportion of metal threads that can range from a few percent by volume to 90 percent by volume.

Dabei haben die Metallfäden die Aufgabe, die elektrische Lagung, die das Kunstharz durch Reibung annimmt, wieder abzuleiten.The task of the metal threads is to provide the electrical storage the synthetic resin takes on due to friction, to dissipate again.

Beispiele 1. Für ein als Flüssigkeitsdichtung zu verwendendes Material werden Fäden aus rostfreiem Stahl mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 0,05 mm und einer durchschnittlichen Länge von 12 mm zu einem dicht zusammenhängenden, wirren Haufwerk zusammengepackt und zwecks metallischer Bindung bei einer Temperatur von ungefähr 12000 C gesintert. 15 Volumteile dieses so erhaltenen Skelettmaterials werden mit 85 Volumteilen Polytetrafluoräthylenharz gefüllt, indem man das Gerüst mit einer flüssigen Lösung des Harzes tränkt. Dieses so hergestellte Kunststoffmaterial weist eine hervorragende Festigkeit und hohe Widerstandskraft gegen Flüssigkeitsdruck auf. Examples 1. For a material to be used as a liquid seal are stainless steel filaments with an average diameter of about 0.05 mm and an average length of 12 mm to form a closely connected, tangled heap packed together and for the purpose of metallic bonding at one temperature of about 12000 C sintered. 15 parts by volume of this skeletal material obtained in this way are filled with 85 parts by volume of polytetrafluoroethylene resin by removing the framework soaked with a liquid solution of the resin. This plastic material produced in this way has excellent strength and high resistance to fluid pressure on.

2. Für eine Hochdruckdichtung wird ein Skelettmaterial aus rostfreiem Stahl wie im Beispiel 1 verwendet, dessen Volumanteil 80 Olo beträgt und dessen Zwischenräume mit 20 Volumprozent eines Polytetraffuoräthylenharzes ausgefüllt werden. 2. A skeleton material made of rustproof is used for a high pressure seal Steel used as in Example 1, the volume fraction of which is 80 Olo and its Interstices are filled with 20 percent by volume of a polytetrafluoroethylene resin.

3. Für Lagerkörper werden wirr ineinanderliegende Bronzefasern mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,25 mm und Längen bis zu 25 mm fest zusammengepreßt, wobei an den Überlagerungsstellen der Drähte bereits eine Kaltverschweißung auftritt. Anschließend werden sie bei einer Temperatur von 775 bis 8500 C gesintert. Das entstehende Skelett wird dann mit soviel Polyamidkunstharz getränkt, daß das Endprodukt 60 Volumprozent Metallfäden und 40 Volumprozent Harz enthält. Dieses Material zeigte in jeder Hinsicht ausgezeichnete Lagereigenschaften. Die Drähte des Skelettes sind, besonders wenn es sich dabei um gegossenes Material handelt, derart im Kunststoff verankert, daß es nur unter Gewaltanwendung möglich ist, Draht von Kunststoff zu trennen. 3. For bearing bodies, tangled bronze fibers are used with a diameter of 0.05 to 0.25 mm and lengths of up to 25 mm firmly pressed together, cold welding already occurs at the overlapping points of the wires. They are then sintered at a temperature of 775 to 8500 C. The emerging The skeleton is then impregnated with polyamide synthetic resin so much that the end product is 60 percent by volume Contains metal threads and 40 percent by volume resin. This material showed in every way excellent storage properties. The wires of the skeleton are, especially when it is cast material, anchored in the plastic in such a way that it is only possible to separate wire from plastic with the use of force.

Die Zeichnung zeigt einige Ausführungsbeispiele der gemäß der Erfindung hergestellten verstärkten Kunststoffe. The drawing shows some embodiments according to the invention manufactured reinforced plastics.

Claims

F i g. 1 shows a block 1 with a broken corner in which the proportion of metallic wires 2 is greater than the proportion of plastic 3; F i g. 2 likewise shows a block in a corresponding representation, wherein the proportion of the metal threads forming the fiber skeleton 2 'is less than the proportion the plastic labeled 3 '; Fig. 3 shows an embodiment in which the polymeric plastic 4 is in the form of foam; the skeleton made of short metal threads is designated with 2 ", claims: 1. Plastics reinforced by metal threads, in which the metal threads are evenly distributed over the entire volume in a random layer are characterized by the fact that the metal threads are no longer than 5 cm and form a skeleton that passes through the points of contact of the wires Sintering is held together in a metallic bond and its spaces are filled with plastic.

2. Reinforced by metal threads plastics according to claim 1, characterized characterized in that the metal threads are made of cast metal.

3. Plastics reinforced by metal threads according to claims 1 and 2, characterized in that the volume fraction of the metal threads is less than the proportion of the plastic material.

4. Plastics reinforced by metal threads according to claims 1 to 3, characterized in that the volume fraction of the metal threads is greater than that of the plastic material.

5. Plastics reinforced by metal threads according to claims 1 to 4, characterized in that the plastic material has a foam structure in has closed-cell or open-cell form.

Considered publications: German Patent Specifications No. 870 346, 846 915, 696 035, 853 820, 910 220; German patent application C 512 (published on March 22, 1951); German utility model No. 1 672570; U.S. Patent No. 2,372,114; "Bulletin d'informations Techniques", August 1, 1948, pp. 10 to 13.