NL1002828C2

NL1002828C2 - Versterkingsmateriaal.

Info

Publication number: NL1002828C2
Application number: NL1002828A
Authority: NL
Inventors: Etienne Claeijs
Original assignee: Syncoglas Sa Nv
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-10-14
Also published as: WO1997037835A1; AU2499997A; EP1007336A1

Description

VERSTERKINGSMATERIAAL

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een versterkingsmateriaal, bijvoorbeeld voor gebruik als 5 textielbewapening in composieten.

Composieten kunnen versterkt zijn met behulp van één- of meerlaagse structuren, welke structuren van verschillende materialen vervaardigd kunnen zijn. Een veel toegepast type versterkingsmateriaal is een weefsel 10 dat bestaat uit kettingdraden en inslagdraden. Deze vormen een rechte hoek ten opzichte van elkaar. De kettingdraden liggen daarbij in de 0° richting en de inslagdraden in de 90° richting. De hiermee gemaakte composieten zijn echter gemiddeld 70% minder sterk in de +45° 15 en -45° richting. Om dit probleem op te lossen zijn er reeds verschillende technieken voorgesteld om produkten te maken die wel in de +45° en -45° richting versterken.

Het Europese octrooi 0 193 497 beschrijft bijvoorbeeld een weefsel waarbij de ketting een thermo-20 plastische draad of een met thermoplasten bekleedde versterk ingsdraad is. Na het weven wordt de inslagdraad verplaatst ten opzichte van de kettingdraad door middel van een in de textielindustrie op zichzelf reeds bekende techniek. Hierdoor wordt de oorspronkelijke rechte (90«*) 25 hoek tussen ketting en inslag gewijzigd, meestal in een hoek van 45°. Vervolgens worden twee van deze lagen, één met een hoek van +45° ten opzichte van de kettingdraad en één met een hoek van -45® ten opzichte van de kettingdraad op elkaar gelegd en vervolgens aan elkaar gestikt.

3 0 Een andere methode is het vervaardigen van legsels uit een aantal parallel lopende draden of fila-mentbundels, waarna twee van dergelijke legsels waarbij de draden in verschillende richtingen lopen door middel van breien of stikken aan elkaar bevestigd worden. Deze 35 methode is eveneens op zichzelf bekend en kan worden uitgevoerd met behulp van de multiaxiale machines van de firma's Liba en K. Mayer.

1002828 2

Deze bekende technieken hebben een aantal nadelen. Versterkingslagen, die aan elkaar gestikt worden hebben als nadeel dat de gebruikte draden of filamentbun-dels door het stikken beschadigd worden. Op de punten 5 waar de stikdraad door een filamentbundel heengaat ontstaat een opening (zogeheten "harsnesten"). Dit gebeurt tevens wanneer de bundels aan elkaar gebreid worden. Dit verschijnsel vermindert de sterkte van het eindprodukt. Figuur 1 toont een versterkingsmateriaal vervaardigd met 10 behulp van de bovengenoemde multiaxiale breimachine, waarin de openingen in de bundels goed zichtbaar zijn. In Figuur 2 wordt een versterkingsmateriaal vervaardigd volgens EP 0 193 497 getoond. Hierin zijn de ontstane openingen zelfs nog groter.

15 Daarnaast worden vaak voor de bevestiging materialen gebruikt die niet compatibel zijn met het uiteindelijk te gebruiken kunsthars, zoals thermoplastische stik- en breidraden. Ook dit werkt nadelig op de sterkte en duurzaamheid van het materiaal. Bovendien zijn 20 de versterkingsdraden niet gestrekt.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding de bovengenoemde nadelen te vermijden.

Dit wordt door de uitvinding bereikt door een versterkingsmateriaal, bijvoorbeeld voor gebruik in 25 composieten, omvattende een eerste laag, die tenminste bestaat uit een aantal in hoofdzaak parallelle filament-bundels, en tenminste één tweede laag, die eveneens bestaat uit een aantal in hoofdzaak parallelle filament-bundels, welke tweede laag ten opzichte van de eerste 30 laag onder een hoek tussen in hoofdzaak tussen 60° en 120°, bij voorkeur tussen 70° en 110°, meer bij voorkeur tussen 80° en 100°, meest bij voorkeur van 90° ligt, waarbij de eerste laag en de tweede laag door middel van een kleefmiddel aan elkaar gehecht zijn.

35 De lagen die volgens de uitvinding door middel van een kleefmiddel aan elkaar bevestigd worden kunnen legsels of weefsels zijn. In geval van legsels worden de draden bij voorkeur vooraf reeds in een van de lengte- 10 C 2 3 2 8 3 richting of kettingrichting afwijkende richting gelegd onder een hoek van 30° tot 60°, bij voorkeur onder een hoek van in hoofdzaak 45°.

In geval van een weefsel zal bij voorkeur na 5 het weven de inslagdraad ten opzichte van de kettingrichting verplaatst worden.

Nadat de weefsels of legsels in de geschikte vorm gebracht zijn, dat wil zeggen in een vorm waarbij de inslagdraden of filamentbundels in de gewenste richting 10 liggen, worden twee of meer lagen aan elkaar bevestigd door middel van een kleefmiddel, zoals bijvoorbeeld een thermoplastisch of thermohardend poeder of een lijm. In plaats van een poeder kan ook een andere vorm van een thermoplastisch of thermohardende kunststof gebruikt 15 worden zolang het beoogde doel, het aan elkaar hechten van de lagen, bereikt wordt. Het kleven op basis van een kunststof wordt tot stand gebracht door het geheel van de lagen met daartussen het kleefmiddel te verwarmen en samen te drukken zodat de kunststof smelt en beide lagen 20 aan elkaar hechten. De gebruikte kunststof kan er één zijn op basis van polyester, epoxy, acrylaat en dergelijke.

Als alternatief kunnen één of meer van de lagen bespoten worden of bestreken worden met een lijm, bij-25 voorbeeld een waterverdunbare dispersie, tweecomponenten-lijm etcetera, waarna de beide of meerdere lagen op elkaar gedrukt worden waardoor ze kleven.

De filamentbundels en eventuele kettingdraden waaruit de lagen volgens de uitvinding bestaan kunnen van 30 ieder in de techniek bekend type materiaal vervaardigd zijn, maar de voorkeur gaat uit naar glasvezel, koolstof-vezel, aramidevezel en dergelijke.

Eventueel kunnen samen met het kleefmiddel extra versterkingsmaterialen toegevoegd worden, zoals 35 bijvoorbeeld gesneden draden van bovengenoemde materialen.

'10 0 2 8 2 8 4

De onderhavige uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een versterkingsmateriaal, waarbij de werkwijze omvat: a) het vervaardigen van twee of meer lagen, die 5 elk tenminste bestaan uit een aantal parallelle filament- bundels; b) het aanbrengen van een kleefmiddel op de eerste van de lagen; c) het op de eerste laag leggen van een tweede 10 laag; d) het eventueel herhalen van de stappen b) en c) ; en e) het doen hechten van de lagen aan elkaar.

Bij voorkeur worden de filamentbundels tijdens het hech- 15 ten gestrekt.

Het op deze wijze verkregen versterkingsmateriaal heeft een aantal voordelen. De versterkingsdraden worden bij voorkeur volledig vlak gestrekt en daarna chemisch aan elkaar gebonden. Hierdoor heeft het verster-20 kingsmateriaal een hoge treksterkte, buigsterkte en elasticiteitsmodulus en kunnen vlakke composieten met een hoog gehalte aan versterkingsmateriaal gemaakt worden. De breedte, hoek en het gewicht van het materiaal kunnen naar wens gevarieerd worden. Daarnaast kunnen zwaardere 25 draden gebruikt worden waardoor het materiaal goedkoper kan worden. De versterkingsdraad wordt nu niet beschadigd door de stiknaald. Omdat de verschillende lagen aan elkaar gekleefd zijn kan het versterkingsmateriaal gestanst, gesneden of anderszins verwerkt worden zonder dat 30 het uitrafelt. Zo kan het versterkingsmateriaal in smalle bandjes gesneden worden.

In een voorkeursuitvoeringsvorm heeft het kleefpoeder dezelfde samenstelling als de kunsthars waarmee de composiet vervaardigd wordt. Hierdoor maakt 35 het kleefmiddel volledig onderdeel uit van het eindprodukt. Het voordeel hiervan is dat er geen vreemde materialen in het laminaat voorkomen, welke vreemde materialen vaak oorzaak kunnen zijn van de vermindering van mechani- 10 0 2 S i 8 5 sche eigenschappen door capillaire indringing van vocht of chemische produkten. Tenslotte zijn er geen harsnesten in de composieten die met het versterkingsmateriaal gemaakt worden. Harsnesten zijn plaatsen waar geen ver-5 sterking zit. Dergelijke harsnesten kunnen bijvoorbeeld optreden wanneer een versterkingsmateriaal volgens de stand der techniek gebruikt wordt, waarbij door de brei-of de stiknaald veroorzaakte openingen in de filament-bundels ontstaan.

10 De onderhavige uitvinding zal verder worden verduidelijkt aan de hand van de begeleidende voorbeelden die slechts gegeven zijn ter illustratie en niet bedoeld zijn de uitvinding op enigerlei wijze beperken.

15 VOORBEELDEN VOORBEELD 1

Er werd een weefsel gemaakt met in de ketting 3,5 glasdraden van 68 tex en in de inslag 2,4 glasrovings (filamentbundels) van 600 tex. Vervolgens worden door 20 middel van op dit gebied op zichzelf bekende technieken onder het strekken van de inslagdraden deze zodanig ten opzichte van de kettingdraden verplaatst dat er een hoek van 45° tussen beiden gevormd wordt. Een tweede weefsel met dezelfde samenstelling wordt omgekeerd op het eerste 25 weefsel gelegd dat voorafgaand met een thermoplastisch poeder besproeid is. Na verwarmen en samenpersen van de beide lagen ontstaat een multiaxiaal, chemisch gebonden versterkingsmateriaal in 100% glas. Figuur 3 toont een versterkingsmateriaal volgens de uitvinding op ware 30 grootte. Figuur 4 toont een detail. Het is duidelijk zichtbaar dat de gebruikte filamentbundels en kettingdraden niet beschadigd zijn. Het materiaal is mooi dicht.

VOORBEELD 2 35 Met dezelfde materialen als in voorbeeld 1 maar met weglating van de kettingdraden wordt eerst een legsel gemaakt dat volgens dezelfde techniek aan een tweede legsel gebonden wordt. Op deze wijze wordt eveneens een 1002828 6 biaxiaal chemisch gebonden versterkingsmateriaal vervaardigd.

VOORBEELD 3 5 Van een biaxiaal en triaxiaal versterkingsmate- riaal volgens de uitvinding werd de sterkte bepaald in vergelijking met een bekend materiaal.

3.1. Biaxiaal versterkingsmateriaal (+/- 45® 1 10 A. Materiaal 1 (volgens de uitvinding)

Samenstelling: 0° richting bevat 50 g/m2 glasdraad 68 Tex +45° richting bevat 200 g/m2 "roving" van parallelle draden van 600 Tex 15 -45° richting bevat 200 g/m2 "roving" van parallelle draden van 600 Tex 90® richting bevat geen materiaal B. Materiaal 2 (stand der techniek, aan elkaar gebreid) 20 Samenstelling: 0° richting bevat geen materiaal +45® richting bevat 212 g/m2 glasdraad 136 Tex -45° richting bevat 212 g/m2 glasdraad 136 Tex 90® richting bevat geen materiaal 25

De materialen werd toegepast als versterkingsmateriaal van een polyesterlaminaat. Van dit laminaat werd de gemiddelde buigsterkte in de 0°, +45®, -45® en 90® richting bepaald volgens DIN 53452 met 50 gewichtsprocent 30 glas. De gemiddelde waarden van de vier richtingen staan in de volgende tabel:

Omstandigheden 1 2 (1/2 x 100) - 100 (N/mm2) (N/mra2) (%) droog 363 312 + 163 na 4 uur koken 339 298 + 13,7 '10 0 2 3 28 35 7

De gemiddelde buigmodulus werd bepaald in de 0°, +45®, -45° en 90° richting volgens DIN 53457 met 50 gewichtspro-cent glas. De gemiddelde waarden van de vier richtingen staan in de volgende tabel: 5

Omstandigheden 1 2 (1/2 x 100) - 100 (N/mm2) (N/mm2) (%) droog 10771 10024 + 7.4 na 4 uur koken 10145 8641 + 17,4 10 3.2. Triaxiaal versterkinasmateriaal A. Materiaal 1 (volgens de uitvinding)

Samenstelling: 0® richting bevat 400 g/m2 "roving'1 van parallelle draden van 600 Tex 15 +45° richting bevat 200 g/m2 "roving" van parallelle draden van 600 Tex -45® richting bevat 200 g/m2 "roving" van parallelle draden van 600 Tex 90® richting bevat geen materiaal 20 B. Materiaal 2 (stand der techniek, aan elkaar gebreid met polyesterdraad)

Samenstelling: 0® richting bevat 400 g/m2 glasdraad 600 Tex 25 +45® richting bevat 200 g/m2 glasdraad 320 Tex -45° richting bevat 200 g/m2 glasdraad 320 Tex 90® richting bevat geen materiaal

De materialen werd toegepast als versterkingsmateriaal 30 van een polyesterlaminaat. Van dit laminaat werd de gemiddelde buigsterkte in de 0®, +45®, -45® en 90® richting bepaald volgens DIN 53452 met 50 gewichtsprocent glas. De resultaten staan in de volgende tabel: 1002828 8

Omstandigheden 1 2 (1/2 x 100) - 100 (N/mm!) (N/mm2) (%) droog 317 315 + 0,6 na 4 uur koken 280 213 + 313 5 De gemiddelde buigmodulus werd bepaald in de 0°, +45°, -45° en 90° richting volgens DIN 53457 met 50 gewichtspro-cent glas. De resultaten staan in de volgende tabel:

Omstandigheden 1 2 (1/2 x 100) - 100 (N/mm2) (N/mm2) (%) 10 droog 9569 9569 + 0 na 4 uur koken 8852 6369 + 39

In het bovenstaande betekent Tex: een draad van 1 km weegt 1 gram. De rovings waren steeds van hetzelfde type 15 van dezelfde fabrikant.

1002928

Claims

1. Versterkingsmateriaal, bijvoorbeeld voor gebruik in composieten, omvattende een eerste laag, die 5 tenminste bestaat uit een aantal in hoofdzaak parallelle filamentbundels, en tenminste één tweede laag, die eveneens bestaat uit een aantal in hoofdzaak parallelle fila-mentbundels, welke tweede laag ten opzichte van de eerste laag onder een hoek tussen in hoofdzaak 60° en 120°, bij 10 70° en 110°, meer bij voorkeur tussen 80° en 100°, meest bij voorkeur van 90° ligt, waarbij de eerste laag en de tweede laag door middel van een kleefmiddel aan elkaar gehecht zijn.

2. Versterkingsmateriaal volgens conclusie 1, 15 met het kenmerk, dat de f ilamentbundels de inslagdraden van een weefsel of legsel zijn.

3. Versterkingsmateriaal volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de f ilamentbundels onder een hoek van 30° tot 60®, bij voorkeur onder een hoek van in 20 hoofdzaak 45° ten opzichte van de lengterichting van het materiaal, respectievelijk de kettingdraden van het weefsel liggen.

4. Versterkingsmateriaal volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het kleefmiddel een lijm of 25 een thermoplastisch of thermohardend poeder is dat al dan niet onder invloed van warmte tot smelten gebracht is.

5. Versterkingsmateriaal volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de lijm een waterverdunbare dispersie of een tweecomponentenlijm is.

6. Versterkingsmateriaal volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het poeder een polyester, epoxy, acrylaat of andere kunststof, of combinaties daarvan is.

7. Versterkingsmateriaal volgens één der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat het kleefmiddel ver- 35 mengd is met een extra versterkingscomponent, zoals gesneden vezels of dergelijke.

8. Versterkingsmateriaal volgens één der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de filamentbundels 1002828 » bestaan uit filamenten, die gekozen zijn uit de groep, die bestaat uit glasvezels, koolstofvezels, aramidevezels of combinaties daarvan.

9. Versterkingsmateriaal volgens één der con-5 clusies 1-8, met het kenmerk, dat het materiaal naast de genoemde eerste en tweede lagen één of meer andere ver-sterkingslagen omvat, bijvoorbeeld gekozen uit draden, rovings, matten, vliezen, legsels, weefsels, non-wovens en dergelijke.

10. Versterkingsmateriaal volgens één der con clusies 1-9, met het kenmerk, dat het materiaal en/of zijn samenstellende lagen voorgeïmpregneerd zijn met een kunsthars, bijvoorbeeld gekozen uit polyester, fenol, epoxy, polypropyleen of combinaties daarvan.

11. Composieten, omvattende tenminste één versterkingsmateriaal volgens één der voorgaande conclusies .

12. Werkwijze voor het vervaardigen van een versterkingsmateriaal volgens één der conclusies 1-10, 20 omvattende de stappen: a) het vervaardigen van twee of meer lagen, die elk tenminste bestaan uit een aantal parallelle filament-bundels; b) het aanbrengen van een kleefmiddel op de 25 eerste van de lagen; c) het op de eerste laag leggen van een tweede laag; d) het eventueel herhalen van de stappen b) en c) ; en 30 e) het doen hechten van de lagen aan elkaar.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de filamentbundels de inslagdraden van een weefsel zijn.

14. Werkwijze volgens conclusie 12 of 13, met 35 het kenmerk, dat na of tijdens het vervaardigen van de lagen filamentbundels de hoek tussen de bundels en de lengterichting van het materiaal, respectievelijk de kettingdraden van het weefsel zodanig wordt gewijzigd dat 1002828 % deze 30° tot 60®, bij voorkeur in hoofdzaak 45° ten opzichte van de kettingrichting bedraagt.

15. Werkwijze volgens één der conclusies 12-14, met het kenmerk, dat het kleefmiddel een lijm is en het 5 doen hechten van de bundels aan elkaar tot stand gebracht wordt door het op elkaar drukken van de lagen.

16. Werkwijze volgens één der conclusies 12-14, met het kenmerk, dat het kleef middel een kunststof poeder is en het doen hechten van de bundels aan elkaar tot 10 stand gebracht wordt door het verwarmen van de lagen terwijl zij op elkaar gedrukt worden.

17. Werkwijze volgens één der conclusies 12-16, met het kenmerk, dat de filamentbundels tijdens het hechten gestrekt worden. • : ; 2 8