DE3853428T2 - Schlagfeste Verbundstoffe. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein schlagfestes Syntaktikschaum-Vorimprägnat-Verbundmaterial mit einem syntaktischen Schaum aus Mikroblasen in einem Matrixharz, das an ein kompatibles, Kohlenstoffaser-Vorimprägnat enthaltenes Harz gebunden ist, wobei der syntaktische Schaum in einer oder mehreren dünnen gleichmäßigen Schichten genügend nahe an einer stoßgefährdeten Oberfläche des Verbundwerkstoffs angeordnet ist, um so die Fähigkeit des Verbundwerkstoffs zu verbessern, einem Stoß durch diese Oberfläche standzuhalten. Hintergrund der Erfindung SynCore , das von Hysol Grafil Company, Pittsburg, CA 94565 USA vertrieben wird, ist ein syntaktischer Formfilm, der in Strukturen, bei denen es auf die Steifigkeit ankommt, den Platz der teureren Vorimprägnat-Schichten einnimmt. Dieser syntaktische Schaum ist ein Verbundmaterial, das aus Mikroblasen in einem Matrixharz besteht. Es kann eine große Vielfalt von Mikroblasen und Matrizes zu SynCore -Materialien kombiniert werden. Glas ist das üblichste Mikroblasen-Konstruktionsmaterial, aber auch mit Quarz, Phenolharzl Kohlenstoff, Thermoplast und Metall beschichtete Mikroblasen wurden verwendet. Epoxydharze, die bei 177ºC und 121ºC härten, sind die üblichsten Matrixmaterialien, jedoch wurden zur Erzeugung von SynCore -Produkten auch Matrizes aus Bismaleimid (BMI), Phe-30 nolharz, Polyester, PMR-15 Polyimid und Harzen mit endständigem Acetylen eingesetzt. Die große Vielfalt der Materialien führt zu erfolgreichen SynCore -Produkten, die auf verschiedene Anwendungen zugeschnitten werden. Eine Ausführung des SynCore ist verfügbar, die mit allen bekannten verfügbaren hitzehärtbaren Verbund-Laminierharzen zusammen aushärten.
• SynCore liefert in isotropen Schaumstrukturen eine überlegene Dünnfilm-Form. SynCore erlaubt den Einsatz von Sandwichkern-Konzepten von dünnerer Dimension als bisher möglich. Die Grenze der Dicke bei Wabenkernen ist etwa 3,18 mm. SynCore ist in Dicken von 0,18 bis 3,18 mm erhältlich, kann aber in dünneren oder dickeren Folienformen hergestellt werden. Andere Kernmaterialien, wie Holz und Plattenschaum können dünn hergestellt werden, sind aber nicht drapierbar und erfordern im allgemeinen einen teuren/schweren Klebefilm zur Bindung an die Begleitkomponenten des Verbundstoffs. Ferner besitzt SynCore eine ausgezeichnete Dickengleichmäßigkeit, was die Möglichkeit ergibt, die Qualität des Verbundstoffs zu gewährleisten, in dem es als Bestandteil verwendet wird. SynCore dient typischerweise dazu, Vorimprägnat-Schichten dort zu ersetzen, wo man die Steifigkeit durch zunehmende Dicke steigern will.
• Das Konstruieren mit SynCore ist unkompliziert, weil alle Analysemethoden, die auf andere Rurnpfmaterialien, wie Wabenmaterial, anwendbar sind, sich auch hier anwenden lassen. Die Biegesteifigkeit flacher Platten und Träger steigt mit der dritten Potenz der Dicke, wodurch eine leichtere, steifere Schichtstoffherstellung ermöglicht wird als aus Vorimprägnatschichten alleine. Da Syn-Core auf Volumenbasis typischerweise weniger als die Hälfte eines vergleichbaren Kohlenstoff-Vorimprägnats kostet, führt es auch zu einer billigeren Schichtstoffherstellung. Dies wird nachfolgend illustriert:
• 1) Die Zugabe einer Schicht von 0,51 mm SynCore und die Entfernung einer Schicht Vorimprägnat verändern das Gewicht oder die Kosten nicht wesentlich, verdoppeln aber fast die Biegesteifigkeit.
• 2) Die Zugabe einer Schicht von 0,51 mm SynCore und die Wegnahme von drei Schichten Vorimprägnat verringern die Kosten und das Gewicht sehr beträchtlich bei einer geringen Abnahme der Steifigkeit.
• 3) Die Zugabe einer Schicht von 1,02 mm SynCore und die Wegnahme von drei Schichten Vorimprägnat ergeben ein geringeres Gewicht und geringere Kosten und erhöhen die Steifigkeit stark.
• 4) Die Einführung in einer Richtung verlaufende Bänder ermöglicht eine weitere Zunahme der Leistungsfähigkeit bei geringeren Kosten und geringerem Gewicht und bei fast gleicher Dicke.
• Eine Band/Gewebe/Syncore -Hybridkonstruktion ergibt eine sehr attraktive Kombination von Gewichts- und Kosteneinsparungen in Verbindung mit einer 3,4- fachen Zunahme der Biegesteifigkeit.
• SynCore wurde für dünne Verbundstrukturen bei allen Anwendungen empfohlen, wo Biegesteifigkeit, Knickbeanspruchung oder Konstruktion in minimaler Dimension gefragt ist. Es wurde gezeigt, daß in Kohlenstoffaser- Verbundstoffen Gewicht und Materialkosten eingespart werden können. Es wurde dargelegt, daß bei Glasfaser- Verbundwerkstoffen Gewicht bei etwa den gleichen Kosten eingespart werden kann.
• Die Herstellungsmethoden unter Verwendung von SynCore sind sehr ähnlich denen, die man unter Verwendung von Vorimprägnaten benutzt. Da es nicht gehärtet ist, ist es beim Erwärmen auf Raumtemperatur klebrig und sehr drapierbar und leichter als eine vergleichbare Vorimprägnat-Schicht zu verlegen. Es kann in durch leichten Baumwollstoff verstärkten Formen geliefert werden, um im gefrorenem Zustand Schäden durch Handhabung zu verhindern. Es erfordert ebenso wie Vorimprägnat Kaltlagerung, gewöhnlich bei -17,7ºC oder darunter. Die verschieden Syn-Core -Typen haben bei Raumtemperatur eine Verarbeitungszeit, die viel länger ist als die ihrer Begleit- Vorimprägnate. Da die Mikroblasen ein hohes Maß an Fließkontrolle liefern, zeigt SynCore keine ungewöhnliche Wanderung während der Härtung, wenn normale Schichtauflage- und Schichtwölbungsverfahren Anwendung finden. SynCore ist gegenüber Veränderungen des Härtungszyklus weniger empfindlich als Vorimprägnat, für das die Auswahl des Verbundstoff-Härtungszyklus der kontrollierende Faktor ist. Es härtet unter vollem Vakuum oder niedrigem Autoklavendruck (z.B. etwa 0,69 bar) frei von Hohlräumen. Es wurde bei bis zu etwa 13,78 bar gehärtet, ohne daß sich ein Zusarnmenbrechen der Bläschen zeigte.
• Bei einer typischen Anwendung wird ein Sandwich aus SynCore und Vorimprägnat, wie etwa eine dickere Schicht SynCore zwischen zwei dünneren Schichten Vorimprägnat, unter Wärme und Druck zusammengehalten, um die Struktur zu einer starken Platte zu härten. Typische Sandwichkonstruktionen dieser Art sind in den US-Patenten 4,013,810, 4,433,068 und 3,996,654 angegeben. Diese Verbundstrukturen werden typischerweise in flachen Platten und in trennbaren Formen hergestellt, um Körper in verschiedenen gewünschten Formen zu erhalten.
• Bisher war nicht beabsichtigt, SynCore zu benutzen, um die Schlagfestigkeit von Verbundstoffen mit Vorimprägnat (Prepreg) zu modifizieren. Die Anordnung von SynCore in den herkömmlichen Verbundstoffen hatte den Zweck, sich die oben diskutierten Kosten- und Steifigkeitsvorzüge zu Nutze zu machen.
• Die Formgebung eines Aggregats, das durch Sandwichbildung einer mit einem wärmehärtenden Harz imprägnierten, zellulären Schaumschicht zwischen zwei vorimprägnierten Gewebeschichten gebildet ist, unter Plattenpreßdruck ist in EP-A-0213763 beschrieben. Das entstandene Produkt wird als eine zähe, dauerhafte Struktur mit Seiten aus Gewebeschicht/Harz und einem dichten, starren, schlagfesten Schaumkern beschrieben.
Die Erfindung
• Nach einem Aspekt ist nach der Erfindung vorgesehen die Verwendung einer Dünnfilm-Schicht gleichmäßiger Dicke eines starre Mikroblasen in einem Matrixharz enthaltenden syntaktischen Schaums für die Schlagfestmachung eines Verbundwerkstoffs aus syntaktischem Schaum und Vorimprägnat mit wenigstens einer Dünnfilm-Schicht gleichmäßiger Dicke eines starren Mikroblasen in einem Matrixharz enthaltenden, syntaktischen Schaums, der auf einen Vorimprägnat-Aufbau von Endlosfäden aus hochmoduliger Faser in einer wärmehärtenden Harzmatrix laminiert ist, wobei das Harz des syntaktischen Schaums mit der wärmehärtenden Harzmatrix des Vorimprägnats verträglich und zusammen mit ihr härtbar ist, durch Anordnung einer oder mehrerer dünner gleichmäßiger Schichten des syntaktischen Schaums in dem Verbundwerkstoff genügend nahe an einer schlagempfänglichen Oberfläche des Verbundwerkstoffs, um die Eigenschaft des Verbundwerkstoffs zu verbessern, einen Schlag auf diese Oberfläche auszuhalten.
• Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines geschichteten, aus hochmoduligem, endlosem Filament und Vorimprägnat bestehendem Verbundwerkstoff, der an einer schlagempfänglichen Oberfläche schlagfest ist und bei dem ein syntaktischer Schaum in den Verbundwerkstoff als eine oder mehrere in ihm genügend nahe an der schlagempfänglichen Oberfläche angeordnete Dünnschichten eingebaut wird, um so die Fähigkeit des Verbundwerkstoffs, einem Schlag auf diese Oberfläche standzuhalten, zu verbessern, wobei das Vorimprägnat Endlosfilamente von hohem Modul in eine wärmehärtenden Harzmatrix aufweist und der Schaum starre Mikroblasen in eine Harzmatrix eingebunden enthält, die mit dem Harz des Vorimprägnat-Verbundwerkstoffs verträglich und zusammen mit diesem härtbar ist.
• Die Erfindung betrifft ein schlagfestes Verbundmaterial aus syntaktischem Schaum und Vorimprägnat, das einen syntaktischen Schaum aus Mikroblasen in einem Matrixharz gebunden an ein Kohlenstoffaser-Vorimprägnat enthaltendes, kompatibles Harz aufweist, bei dem der syntaktische Schaum als eine oder mehrere dünne gleichmäßige Schichten in dem Verbundmaterial genügend dicht an der dem Stoß ausgesetzten Oberfläche des Verbundstoffs vorliegt, um die Fähigkeit des Verbundstoffs zu verbessern, einem Stoß auf diese Oberfläche standzuhalten.
• Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Verbundmaterial mehrere Schichten eines Vorimprägnat-Aufbaus aus Endlosfilamenten aus hochmoduliger Faser in einem Matrixharz und wenigstens eine Schicht eines dünnen Films gleichmäßiger Dicke aus syntaktischem Schaum, der starre Mikroblasen gleichmäßig verteilt in einem mit dem Matrixharz des Vorimprägnats zusammen härtbaren Matrixharz enthält, wobei wenigstens eine Schicht des syntaktischen Schaums in dem Verbundstoffmaterial genügend nahe an einer stoßausgesetzten Oberfläche des Verbundstoffs angeordnet ist, um die Eigenschaft des Verbundstoffs zu verbessern, einem Stoß durch diese Oberfläche standzuhalten.
• Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt der erfindungsgemäße Verbundstoff wenigstens eine Dünnfilmschicht gleichmäßiger Dicke eines starre Mikroblasen in einer Harzmatrix enthaltenden, syntaktischen Schaums, die auf ein Vorimprägnat von Endlosfilamenten einer hochmoduligen Faser in einer Harzmatrix auflaminiert ist und von der äußeren Oberfläche durch etwa eine (1) bis etwa zehn (10) Schichten dieses Vorimprägnats getrennt ist, und wobei wenigstens eine Schicht des syntaktischen Schaums in dem Verbundmaterial genügend nahe an einer stoßausgesetzten Oberfläche des Verbundstoffs angeordnet ist, um dessen Eigenschaft zu erhöhen, einem Stoß durch diese Oberfläche standzuhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
• Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines geschichteten laminierten Aufbaus aus flachen Platten, der von der Erfindung umfaßt wird.
Einzelheiten der Erfindung
• Die schlagfesten Strukturen der Erfindung liefern eine Kombination unerwarteter Vorteile gegenüber den herkömmlichen Vorimprägnat-Verbundstoffen unter Benutzung von SynCore , wie etwa
• - erhöhtes Knickbeanspruchungsvermögen
• - erhöhte Schlagfestigkeit.
• Die Verbundstoffe der Erfindung umfassen wenigstens eine (1) Schicht eines Vorimprägnats von in einer Richtung ausgerichteten, hochmoduligen, endlosen, mit einem wärmehärtenden Harz imprägnierten Filamenten, die das Äußere des Verbundstoffs bilden, und wenigstens eine isotrope Schicht eines dünnen Films gleichmäßiger Dicke aus syntaktischem, starre Mikroblasen in einer Harzmatrix enthaltendem Schaum, die chemisch an dieses Vorimprägnat gebunden ist, wie etwa durch anderes in dem Verbundstoff chemisch gebundenes Vorimprägnat. Der Ausdruck "chemisch gebunden" bedeutet die Haftung einer Schicht an einer anderen in dem Verbundstoff durch assoziative, kovalente, ionische Bindung oder Wasserstoffbindung und dergleichen.
• Der syntaktische Schaum aus starren Mikroblasen in einer Harzmatrix sollte in dem Verbundstoffaufbau genügend dicht an der äußeren Oberfläche angeordnet sein, damit er einen Beitrag zu der Eigenschaft leisten kann. In diesem Zusammenhang hat der erfindungsgemäße Verbundstoff wenigstens eine Schicht eines dünnen Films gleichmäßiger Dicke eines starre Mikroblasen in einer Harzmatrix enthaltenden, syntaktischen Schaums, die auf eine Vorimprägnat-Konstruktion endloser Filamente einer hochmoduligen Faser in einer Harzmatrix auflaminiert ist und von der äußeren Verbundstoffoberfläche durch etwa eine (1) bis etwa zehn (10) Schichten dieses Vorimprägnats, vorzugsweise durch etwa eine (1) bis etwa fünf (5) Schichten dieses Vorimprägnats, insbesondere durch etwa eine (1) bis etwa drei (3) Schichten dieses Vorimprägnats getrennt ist. Es wird angenommen, daß die syntaktische(n) Schaumschicht(en) wenigstens etwa 20 Volumenprozent der Wanddicke der Konstruktion bilden sollten und in einer Dicke von etwa zehn (10) Laminatschichten von der Stoßoberfläche der Konstruktion beginnen sollten, um die Vorteile die Schlagfestigkeit zu erreichen.
• Dies ist in Fig. 1 dargestellt. Die Verbundplatte 1 umfaßt eine äußere Schicht 3, die aus einem Kohlenstoff- oder Graphitfilament-Vorimprägnat besteht. Durch diese Oberfläche kommt der Schlag zur Wirkung. Infolgedessen ist unter der äußeren Vorimprägnat-Schicht 3 eine syntaktische Schaumschicht 5 angeordnet, um die Energie von Stößen auf die Schicht 3 zu absorbieren. Die Schicht 5 kann aus einem SynCore -Film bestehen, der die Eigenschaften der Schichten 3 und 7 aufwertet. Die Schicht 5 könnte durch eine Mehrzahl syntaktischer Schaumschichten dargestellt werden, um zu erwartende größere Schläge auf die Schicht 3 aufzunehmen. Die Schichten 7, die Vorimprägnat-Schichten sind, bilden den Körper der Platte 1. Drei Schichten 9 aus syntaktischem Schaum sind in dem Kern der Platte 1 angeordnet, um der Platte 1 die typischen Versteifungseigenschaften zu verleihen.
• Das Vorimprägnat enthält endlose Filamente aus Hochleistungsmaterialien, etwa jenen mit einem Schmelzpunkt (Tm) oder einer Glasübergangstemperatur (Tg) von wenigstens etwa 130ºC. Geeignete Filamente sind z.B. Glasfilamente, Kohlenstoff- und Graphitfilamente, aromatische Polyamide (Polyphenylenterephthalamid), wie etwa Kevlar , Metallfasern, wie Aluminium, Stahl, Wolfram, Borfasern und dergleichen.
• Die Filamente sind typischerweise zu Tauen gebündelt und die Taue sind verbunden und in einer relativ dünnen Schicht ausgebreitet, die mit dem Matrixharz entweder beschichtet oder imprägniert ist. Das Matrixharz ist ein typisches wärmehärtendes oder wärmehärtbares Hochleistungsharz. Die Kombination aus dem Filament und dem Harz ergibt ein Vorimprägnat, das sich zur Bildung einer fortschrittlichen Verbundstoffstruktur eignet. Das Harz kann irgendein wärmehärtendes oder wärmehärtbares Harz sein, das bei der Herstellung fortschrittlicher Zusammensetzungen verwendet wird. Die gebräuchlichste Harz klasse sind die Epoxydharze. Sie basieren häufig unter anderem auf einem oder mehreren Diglycidyläthern des Bisphenol A (2,2-bis(4-Hydroxyphenyl) Propan) oder des Sym-Tris (4-Hydroxyphenyl) Propans, ihren Polyepoxyd- Kondensations-produkten, den zykloaliphatischen Epoxyden, den epoxy-modifizierten Novolaken (Phenylformaldehyd- Harze) und den Epoxyden, die sich aus der Reaktion von Epichlorhydrin mit Anilin, o-, m- oder p-Aminophenol oder Methylendianilin ergeben. Beispielhafte Harze sind Epoxyde, die bei 177ºC und bei 121ºC härten. Andere wärmehärtende oder wärmehärtbare Harze einschließlich Bismaleimid (BMI), Phenolharz, Polyester (insbesondere die ungesättigten Polyesterharze, die typischerweise bei der SMC- Herstellung verwendet werden), PMR-15-Polyimid und Harze mit endständigem Acetylen, haben sich in der Praxis der Erfindung als geeignet erwiesen.
• Die Erfindung ist nicht von der Methode der Herstellung des Vorimprägnats abhängig. Viele verschiedene Arten von Vorimprägnaten können verwendet werden, ohne von der Erfindung abzuweichen.
• Der bei der Praxis der Erfindung benutzte syntaktische Schaum hat dünne Filme gleichmäßiger Dicke, die starre Mikroblasen enthalten, die in einer Harzmatrix gleichmäßig dispergiert sind. Der syntaktische Schaum kann irgendeiner der syntaktischen SynCore -Schäume sein. Der für die praktische Verwendung bei der Erfindung geeignete syntaktische Schaum besitzt wunschgemäß die Eigenschaft, mit dem Vorimprägnat zusammen auszuhärten. Es ist zu bemerken, daß bei der Herstellung der Verbundprodukte nach der Erfindung das Vorimprägnat und der syntaktische Schaum, der starre Mikroblasen in einer Harzmatrix aufweist, vor der Bildung der Struktur nicht vollständig ausgehärtet sind und daß die Kombination erst nach Erreichen des gewünschten Aufbaus gehärtet wird.
• Der starre Mikroblasen in einer Harzmatrix aufweisende, syntaktische Schaum hat Mikroblasen (kleine Kügelchen), die in das ungehärtete oder zum Teil gehärtete Matrixharz eingebettet sind. Das Matrixharz kann irgendeins der Harze sein, die oben mit Bezug auf die Vorimprägnate beschrieben wurden. Am häufigsten werden die Mikroblasen aus Glas hergestellt, jedoch sind auch Quarz, Phenolharz, Kohlenstoff, Thermoplast und metallbeschichtete Mikroblasen brauchbar.
• Die Mikroblasen sind synthetische hohle Mikrokugeln, die einzelne runde Kugeln oder Blasen mit Durchmessern darstellen, die von etwa 1 bis etwa 500 Mikron (0,001 bis 0,5 mm), vorzugsweise etwa 1 bis etwa 200 Mikron (0,001 bis 0,2 mm) mit Wandstärken von etwa 0,1 bis etwa 20 Mikron (0,0001 bis etwa 0,02 mm) reichen. Sie besitzen typischerweise Dichten in dem Bereich von 0,1 bis etwa 0,5 g/cm³. Der die starren Mikroblasen in einer Harzmatrix enthaltende syntaktische Schaum hat demzufolge eine relativ niedrige Dichte, etwa eine Dichte in dem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 0,7 g/cm³. In der erfindungsgemäßen Praxis ist Glas das häufigste Material für Mikroblasen, jedoch sind auch Quarz, Phenolharz, Kohlenstoff, Thermoplast und metallbeschichtete Mikroblasen verwendbar. Der syntaktische Schaum mit den starren Mikroblasen in einer Harzmatrix ist zur Hilfe bei der Handhabung und zur Unterstützung der syntaktischen Schaumschicht oft mit einer Grobgewebe-Unterstützungsschicht versehen. Bei der vorliegenden Erfindung werden diese Grobgewebe als integrale Bestandteile des syntaktischen Schaums behandelt. Demzufolge beinhaltet der Ausdruck "syntaktischer Schaum" diese das Handling unterstützenden Schichten, wie etwa Grobgewebe.
• Die syntaktischen Schaumfilme haben eine Dicke in dem Bereich von etwa 0,007 bis etwa 0,125 Zoll (etwa 0,18 bis etwa 3,18 mm), und jeder Film hat eine gleichmäßige Dicke. Syntaktische Schaumfilme unterschiedlicher Dicke können zur Schaffung dickerer Plattenformen kombiniert werden.
• In dem typischen Fall umfassen die Verbundstoffstrukturen der Erfindung nur den syntaktischen Schaum und die Vorimprägnat-Komponente. Es gibt jedoch Konstruktionen, bei denen andere Materialien zugesetzt werden können, ohne daß dadurch von der Erfindung abgewichen wird. Die Erfindung umfaßt auch den Einbau einer oder mehrerer Schichten aus einem Faservlies, das mit einem Harzbinder versehen ist, der zusammen mit dem Harz des Vorimprägnats und des syntaktischen Schaums härtbar ist. Diese zugesetzten Schichten dienen dazu, die Schlag- und Knickfestigkeit der Verbundstruktur zu erhöhen. Die Vliesschicht ist in der Verbundstruktur in Berührung mit dem Vorimprägnat und/oder den syntaktischen Schaumschichten. Vorzugsweise sind bei dieser Ausführungsform diese zusätzlichen Schichten zwischen syntaktischen Schaumschichten und/oder zwischen Vorimprägnat-Schichten angeordnet.
• Die Vliesstrukturen können aus ungesponnenen oder gesponnenen Stapelfasern einer Länge von etwa 1/4" bis etwa 3" (etwa 6,35 mm bis etwa 76,2 mm) gebildet werden, indem man sie nach den Verfahren von US-3,538,564 unter Benutzung der Vorrichtung nach US-3,345,231 und 3,345,232 auf einem Drehsieb oder auf einer endlosen Spannrahmenanordnung garnettiert und kreuzweise ablegt oder durch Luft ablegt. Die Vliesstrukturen können mit Harz imprägniert werden, indem man das wärmehärtende Harz als Lösung in einem Lösungsmittel in die Watte- oder Grobgewebestrukturen einsprüht. Vorzugsweise wird das Vlies zuerst mit einem billigen Thermoplast aus einer Latex- oder Wasserdispersion oder mit Stärke aus einer wäßrigen Lösung gebunden, zur Fixierung der Fasern in der Vliesstruktur getrocknet und dann die Vliesstruktur mit dem wärmehärtenden Harz imprägniert. Das Vlies kann durch eine Grobgewebeschicht im wesentlichen in der gleichen Weise verstärkt werden wie der syntaktische Schaum durch eine oder mehrere Grobgewebeschichten verstärkt wird.
• In sehr großen geformten Verbundstoffen in dem Bereich von etwa ein (1) Zoll (etwa 25,4 mm) und mehr, bei denen der syntaktische Schaum aus starren Mikroblasen in einer Harzmatrix weniger als 25% des Verbundstoffvolumens ausmacht, leistet die Anwesenheit des syntaktischen Schaums tendenziell gemäß Standardmessungen keinen Beitrag zur Schlagfestigkeit des Verbundstoffs, wenn er nicht nahe an der Stoßoberfläche der Verbundstoffkonstruktion vorgesehen wird.
• Der Verbundstoff aus dem Vorimprägnat und dem syntaktischen Schaum aus starren Mikroblasen in einer Harzmatrix kann in mannigfacher Weise gebildet werden, wie nachfolgend angegeben wird.
• Eine Schlagschicht aus einer oder mehreren syntaktischen Schaumfilmen mit starren Mikroblasen in einer Harzmatrix wird zuerst unter Bildung einer syntaktischen Schaumschicht auf eine Form aufgelegt, und auf der bzw. den syntaktische(n) Schaumschicht(en) werden unter Bildung einer Vorimprägnatschicht eine oder mehrere Schichten des Vorimprägnats angeordnet. Der ungehärtete Verbundstoff wird dann in einen Ofen gelegt und auf die Härtungstemperatur der Harze in beiden Schichttypen gebracht.
• Eine Schicht des Vorimprägnats wird von einer Rolle abgewickelt, und eine Schicht des starre Mikroblasen und eine Harzmatrix aufweisenden syntaktischen Schaumfilms wird von einer Rolle abgewickelt, und die beiden Schichten werden mit dem Vorimprägnat zuoberst und dem syntaktischen Schaum zuunterst übereinander gelegt. Die übereinander gelegten schichten werden dann unter Bildung einer spiralförmigen Hülle auf eine Dornform gewickelt, wobei die Vorimprägnatschicht die äußere Schicht darstellt.
• Der ungehärtete Verbundstoff wird dann in einen Ofen gelegt und auf die Härtungstemperatur der Harze in beiden Schichten gebracht.
• Ein Kern des Vorimprägnats wird zuerst auf eine dornförmige Form gelegt und dann wird eine zylindrische Schicht des starre Mikroblasen in einer Harzmatrix aufweisenden syntaktischen Schaumfilms um die erste Vorimprägnatschicht auf der Dornform gewickelt. Dann werden eine oder mehrere Schichten Vorimprägnat um die zylindrische syntaktische Schaumschicht gewickelt. Der ungehärtete Verbundstoff wird dann in einen Ofen gelegt und auf die Härtungstemperatur der Harze in beiden Schichten gebracht.
• Vorimprägnatmaterialien sind in gehärtetem Zustand relativ fest und schwer und haben einen Zugmodul in dem Bereich von 0,42 x 10&sup6; kg/cm² für E-Glas/Epoxyd bis über 2,11 x 10&sup6; kg/cm² für Graphit/Epoxyd bei einer Dichte in dem Bereich von 1,46 bis 1,8. Der starre Mikroblasen in einer Harzmatrix aufweisende syntaktische Schaum ist im gehärteten Zustand viel weniger steif und dicht, wobei der Modul etwa 28123 kg/cm² beträgt und die Dichte in dem oben angegebenen Bereich liegt.

Claims (10)

1. Verwendung einer Dünnfilmschicht gleichmäßiger Dikke eines starre Mikroblasen in einem Matrixharz enthaltenden syntaktischen Schaums für die Schlagfestmachung eines Verbundwerkstoffs aus syntaktischem Schaum und Vorimprägnat mit wenigstens einer Dünnfilmschicht gleichmäßiger Dicke eines starre Mikroblasen in einem Matrixharz enthaltenden, syntaktischen Schaums, die auf einen Vorimprägnat-Aufbau von Endlosfäden aus hochmoduliger Faser in einer wärmehärtenden Harzmatrix laminiert ist, wobei das Harz des syntaktischen Schaums mit der wärmehärtenden Harzmatrix des Vorimprägnats verträglich und zusammen mit ihr härtbar ist, durch Anordnung einer oder mehrerer dünner gleichmäßiger Schichten des syntaktischen Schaums in dem Verbundwerkstoff genügend nahe an einer schlagempfänglichen Oberfläche des Verbundwerkstoffs, um die Eigenschaft des Verbundwerkstoffs zu verbessern, einen Schlag auf diese Oberfläche auszuhalten.

2. Verwendung nach Anspruch 1, bei der die wenigstens eine Dünnfilmschicht des syntaktischen Schaums durch 1 bis 10 Schichten Vorimprägnat von der schlagempfänglichen Oberfläche getrennt ist.

3. Verwendung nach Anspruch 2, bei der die wenigstens eine Dünnfilmschicht des syntaktischen Schaums durch 1 bis 5 Schichten Vorimprägnat von der schlagempfänglichen Oberfläche getrennt ist.

4. Verwendung nach Anspruch 3, bei der die wenigstens eine Dünnfilmschicht des syntaktischen Schaums durch 1 bis 3 Schichten Vorimprägnat von der schlagempfänglichen Oberfläche getrennt ist.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Vorimprägnat ein Kohlenstoffaser-Vorimprägnat ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines geschichteten, aus hochmoduligem, endlosem Filament und Vorimprägnat bestehenden Verbundwerkstoffs, der an einer schlagempfänglichen Oberfläche schlagfest ist und bei dem ein syntaktischer Schaum in den Verbundwerkstoff als eine oder mehrere in ihm genügend nahe an der schlagempfänglichen Oberfläche angeordnete Dünnschichten eingebaut wird, um so sie Fähigkeit des Verbundwerkstoffs, einem Schlag auf diese Oberfläche standzuhalten, zu verbessern, wobei das Vorimprägnat Endlosfilamente von hohem Modul in einer wärmehärtenden Harzmatrix aufweist und der Schaum starre Mikroblasen in einer Harzmatrix eingebunden enthält, die mit dem Harz des Vorimprägnat-Verbundwerkstoffs verträglich und zusammen mit diesem härtbar ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die wenigstens eine Schicht des dünnen Films des syntaktischen Schaums durch 1 bis 10 Vorimprägnatschichten von der schlagempfänglichen Oberfläche getrennt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die wenigstens eine Schicht des Dünnfilms des syntaktischen Schaums durch 1 bis 5 Vorimprägnatschichten von der schlagempfänglichen Oberfläche getrennt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die wenigstens eine Schicht des Dünnfilms des syntaktischen Schaums durch 1 bis 3 Vorimprägnatschichten von der schlagempfänglichen Oberfläche getrennt ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem das Vorimprägnat ein Kohlenstoffaser-Vorimprägnat ist.