DE2314172A1

DE2314172A1 - Verstaerkungselement aus fasern bzw. faeden

Info

Publication number: DE2314172A1
Application number: DE19732314172
Authority: DE
Inventors: Franz Dr Ing Hesselt
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1973-03-22
Filing date: 1973-03-22
Publication date: 1974-10-03

Description

Verstärkungselement aus Fasern bzw. Fäden Die Erfindung bezieht sich auf ein Verstärkungselement aus Fasern bzw. aus zu Endlosfäden gesponnenen Fasern.
Es können hierzu sowohl anorganische Faserstoffe, wie Glas-, Quarz-, Asbest- oder Metallfasern bzw. dünne Drähte oder dergleichen als auch organische Faserstoffe, wie Natur- und Chemiefasern, verwendet werden.
Es ist bekannt Matten und Gewebe als Verstärkungselemente in eine Matrix aus Reaktionsharzen oder dergleichen ein zu betten oder mit einer aushärtenden Schicht mehr oder weniger viskoser bzw. teigförmiger Massen zu versehen bzw. sie darin zu tränken (Glasfaserverstärkte Kunststoffe, Selden, Springer Verlag 1967, Seite 534).
Diese bekannten Verbundwerkstoffe, die mit Verstärkungselementen aus gewebten, gestrickten oder auf ähnliche Art miteinander verschlungenen Fäden versehen sind, haben in der Regel keine glatte Oberfläche mehr, weil sich die Struktur des Gewebes oder Geschlinges der Verstärkungsfäden darauf plastisch abzeichnet Das wird oft nachteilig empfunden.
Vor allen aber wird in all diesen Fällen die verstärkende Eigenschaft der Fäden nicht optimal genutzt, weil bei Gewebebindungen jeder Art durch Verschlingung, Verknüpfung oder ähnlichem die Verstärkungsfäden stets Wellungen und Krümmungen in engen Radien unterworfen werden müssen. Hierdurch wird die verstärkende Wirkung sowohl der einzelnen Fasern als auch der Fäden gemindert Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verstärkungselement und ein zu dessen Herstellung geeignetes Verfahren vorzuschlagen, bei dem die verstärkenden Eigenschaften von aus Fasern bestehenden Fäden optimal ausgenutzt und die Nachteile bicher bekannter Verstärkungselemente vermieden werden Die Erfindung besteht darin, daß ein Verstärkungselement der eingangs genannten Art gekennzeichnet ist durch drei in einer Ebene übereinandergelegte und in ihmn Hauptrichtungen zueinander um 600 orientierte Fäden, deren jeweilige Lagen mittels eines Bindemittels fixiert sind. Es entsteht auf diese Weise ein quasi isotropes Gelege, was sich z. B. bei sphärischen Verformungen des Verstärkungselementes besonders günstig auswirkt. Entscheidend ist auch die durch den Verzicht auf eine herkömmliche Gewebebindung ermöglichte völlig gestreckte Faserablage.
Nun lassen sich zwar auch im sog. Wickelverfahren Verstärkungsfäden zu Hohlkörpern verarbeiten, die, wenn sie in Richtung der Wickelachse aufgeschnitten und in eine Ebene gelegt werden, auch ein Gelege von ebener Gestaltung ergeben. Länge und Breite einer solchen Matte sind aber immer abhängig von Durchmesser und Länge des verwendeten Wickelkernes. Es läßt sich auf diesem Wege also keine Bahnenware analog einem Gewebe herstellen. Außerdem entsteht beim Wickeln zwangsläufig eine Quasi-Gewebestruktur, die zu einer Wellung der Fasern führt. Auch ist die Herstellung derartiger Gelege sehr aufwendig, weil dazu u. a. drehbankähnliche Wickelmaschinen verwendet werden müssen.
Herstellungsmäßig bedingt ist zudem eine starke Krümmung des gesamten Wickelkörpers; sie wirkt sich bei Verwendung zur Verstärkung ebener Flächen ungünstig aus, weil die Wickellage, die zuletzt gelegt wurde und an der Oberseite liegt, längere Verstärkungsfäden aufweist als die Unterseite eines im Wickelverfahren hergestellten Geleges. Bei solchen Verstärkungseinlagen ergeben sich naturgemäß im Betriebe unterschiedlich hohe Belastungen der Fäden an Ober-und Unterseite der Verstärkungsmatte, eine optimale Ausnutzung der verstärkenden Eigenschaften ist daher in diesen Fällen nicht möglich.
Beim Verstärkungselement gemäß der Erfindung dagegen sind alle Fadenlagen von gleicher Länge, es ergeben sich bei seiner Herstellung auch keine wesentlichen Wellungen oder Knickungen der Fasern, die ihre hohe Verstärkungswirkung beeinträchtigen können. Sie kommt vielmehr voll zur Geltung; weil die Fäden alle straff gezogen sind und die Matrix etwa die Dicke der Fadenkreuzungen hat.
In Weiterbildung der Erfindung wird ferner ein Bindemittel vorgeschlagen, das eine größere Bruchdehnung aufweist als die zur Anwendung kommende Verstärkungsfaser. Die Dehnung ist für die verstärkende Wirkung der Fasern von Wichtigkeit. Beim Gegenstand der Erfindung wird bei Belastung zwar die Zugfestigkeit des Harzes nicht voll in Anspruch genommen, es besteht aber Sicherheit, daß die Zugfestigkeit des Verstärkungselementes voll ausgenutzt werden kann.
Es legt im Rahmen der Erfindung, auch ein Verfahren anzugeben, bei dessen Anwendung ein die Erfindungsaufgabe erfüllendes Verstärkungselement geschaffen wird Dieses Verfahren besteht darin, daß auf einem in üblicher Weise geführten Kettfaden mindestens ein aus einer um etwa 60 geschwenkten Richtung herangeführter weiterer Faden abgelegt wird und daß das so entstandene Fasergelege mit Hilfe eines Bindemittels fixiert wird.
Nach vorteilhaften Weiterbildungen das Verfahrens gemäß der Erfindung wird vorgeschlagdn, zur Herstellung eines endlosen Geleges mindestens zwei Kettbäume zu verwenden.
Die Beschichtung des Geleges kann entsprechend dem Bestimmungszwecke des Verstärkungselementes mit einem geeigneten Kunststoff erfolgen, um z. B. später in der Art anes Prepregs endgültig verarbeitet zu werden. Man kann das Verstärkungselement auch mit einer Matrix umgeben bzw. in eine solche einbetten.
Von Vorteil ist ferner die Möglichkeit, das Gelege vorzuspannen, und zwar entweder nur seine in der Hauptrichtung verlaufenden Fäden oder auch die in den von der Hauptrichtung abweichenden Richtungen.
Weiterhin entfallen beim Gegenstand nach der Erfindung der Aufwand für die sonst übliche spezielle Ausrüstung zu webender Fäden sowie auch die für das Weben erforderlichen Arbeits- und Maschinenstunden. Das meist notwendige Gewebe-finish kann ebenso eingespart werden wie alle übrigen für die Weberei erforderlichen oder doch zweckmäßigen Vor- und Nachbehandlungen des Webgutes. Das Verstärkungselement gemäß der Erfindung ist ferner frei von störenden Gewebsknoten: es hat eine im Querschnitt homogene Faserverteilung bei einheitlich flachem Faserkomplex.
Auf der nachfolgend beschriebenen Zeichnung ist cas Verfahren gemäß der Erfindung anhand zweier Schemazeichnungen erläutert. Die von zeichnerisch nicht dargestellten Kettbäumen in Richtung der Pfeile 19 und 20 herangeführten, in sich parallelen und in praktisch einer Ebene liegenden Fadenlagen 1 und 2 bestehen jede aus einer beliebigen Anzahl von Verstärkungsfäden. Die Fadenlage 2 ist etwa um r (, gegenüber der Fadenlage 1 in der Zeichenebene verschwerlke Letztere wird, wie es z. Bo bei der Herstellung von Geweben üblich ist, straff gefahr und erhält unter Umständen eine gewünschte Vorspannung Die Fadenlage 2 wird an den äußeren Fäden der Lage 1, nämlich an den Punkten 3 bis 10 bzw den zuvor passierten Punkten 11 bis 18 durch geeignete Mittel umgelenkt, vodurcf- sich auch die Fadenlage 21 ergibt, und wobei außerdem eine Fixierung der Lagen mittels eines Bindemittels erfolgt Grundsätzlich kommen vier verschiedene Eindungsaren an den Kreuzungspunkten der Fadenlagen in Frage: a) Bindung, wie bei Vliesen b) an sich bekannte Vernadelung mit oder ohne Beilage eines Trägers c) Vernähen d) chemische Bindung, analog derjenigen ei Glasfaser-Schnitzelmatten.
Gemäß Fig. 2 ist die Orienlierung der Fäden durch die Abstimmung der Abzugsgeschwindigkeiten der Fade je 1 nach Fig. 1 = V1 mit der Fadenlage 2 nach Fic 1 = V2 beliebig beeinflußbar und kann bei laufender Fertigung geändert werden, so daß der Aufbau des Verstärkungselementes dessen späterem Verwendungszweck angepaf erden Kann - Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche 1. Verstärkungselement aus Fasern bzw. aus zu Endlosfäden gesponnenen Fasern, g e k e n n z e i c h n e t durch drei in einer Ebene übereinandergelegte und in ihren Hauptrichtungen zueinander um 600 orientierte Fäden, deren jeweilige Lagen mittels eines Bindemittels fixiert sind.
2. Verstärkungselement nach Anspruch 1 g e k e n n -z e i c h n e t durch ein Bindemittel, welches eine größere Bruchdehnung aufweist als die zur Anwendung kommende Verstärkungsfaser.
3. Verstärkungselement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auf einem nach Art eines Kettfadens abgelegten Faden etwa um 600 abweichend von der Hauptrichtung weitere Fäden abgelegt und das Gelege mit Kunststoff beschichtet oder in eine Matrix eingebettet ist.
4. Verfahren zur Herstellung eines Verstärkungselementes nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß auf einem in üblicher Weise geführten Kettfaden mindestens ein aus einer um etwa 600 geschwenkten Richtung herangeführter weiterer Faden abgelegt wird und daß das so entstandene Fasergelege mit Hilfe eines Bindemittels fixiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4 g e k e n n z e i c h n e t durch die Verwendung von mindestens zwei Kettbäumen.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5 g e k e n n -z e i c h n e t durch Beschichtung des Geleges mit Kunstharz.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5 g e k e n n -z e i c h n e t durch Einbettung des Geleges in eine Matrix.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 7 g e k e n n -z e i c h n e t durch Weiterverarbeitung des Geleges als Prepreg.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Fadengelege zumindest teilweise vorgespannt ist.