BE1024565B1

BE1024565B1 - Hybride composiet

Info

Publication number: BE1024565B1
Application number: BE2016/5696A
Authority: BE
Inventors: Michaël G Callens; Greef Niels De
Original assignee: Rein4Ced Besloten Vennootschap Met Beperkte Aansprakelijkheid
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2018-04-17
Also published as: TW201827208A; EP3512697B1; EP3512697A1; EP3512697C0; WO2018050875A1; CN109952194B; US11326029B2; BE1024565A1; US20190248969A1; CA3036601A1; TWI767938B; CN109952194A

Abstract

Een hybride composiet een thermoplastische of thermoset matrix, waarin brosse en ductiele vezels (1) aanwezig zijn, met het kenmerk dat de vezels zodanig zijn geconfigureerd zodat de ductiele vezels (1) van de hybride composiet bij een impact of overbelasting energie dissiperen door plastische vervorming van de ductiele vezels (1) en residuele eigenschappen na een impact of overbelasting vertonen.

Description

Hybride composiet

Toepassingsgebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding betreft hybride composieten waarbij hybridisatie met ductiele vezels, e.g. roestvaste staalvezels, is bekomen. Meer bepaald heeft de onderhavige uitvinding betrekking op hybride composieten met ductiele vezels, e.g. roestvaste staalvezels, die hun integriteit behouden na een impact of overbelasting.

Achtergrond van de uitvinding

Koolstofvezels zijn wat zuivere eigenschappen betreft zowel qua sterkte als stijfheid per gewicht superieur aan staal en aluminium. Bij gelijk gewicht en dezelfde buitendiameter zal een buis uit een koolstofcomposiet theoretisch vier keer zo stijf en sterk zijn als een stalen buis. Koolstofkomposieten hebben echter een aantal nadelen waardoor deze hoge waarden niet gehaald worden.

De individuele koolstofvezels zijn alleen op trek te belasten. Daardoor moeten de vezels in een hars (zoals epoxy) ingebed worden en bovendien in meerdere richtingen gelegd worden om toch een in alle richtingen voldoende sterke constructie te krijgen. Het epoxy heeft ook massa maar draagt niet bij aan de sterkte en stijfheid. Koolstofvezels kunnen niet plastisch vervormen maar breken abrupt en explosief wanneer ze te zwaar belast worden. Omdat deze brosse breuk veel gevaarlijker is dan plastische vervorming, worden bij producten van koolstofcomposiet grotere veiligheidsmarges ingebouwd.

Er is daarom een nood voor een oplossing voor bovengenoemde en andere nadelen.

Samenvatting van de uitvinding

Het is een doelstelling van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om hybride composieten te voorzien voor de productie van componenten, bijvoorbeeld voor gebruik in fietsen, bij voorkeur hybride laminaten, die een combinatie van ductiele en brosse vezels omvatten, waarbij beide vezels een hoge stijfheid hebben.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om hybride composieten te voorzien waarbij hybridisatie met ductiele vezels, e.g. roestvaste staalvezels, is bekomen. Meer bepaald heeft de onderhavige uitvinding betrekking op hybride composieten met ductiele vezels, e.g. roestvaste staalvezels, die hun integriteit behouden na een impact of overbelasting.

De bovengenoemde doelstelling wordt verwezenlijkt door een hybride composiet volgens uitvoeringsvormen van onderhavige uitvinding.

In een eerste aspect voorziet de huidige uitvinding een hybride composiet, de hybride composiet omvattende: een thermoplastische of thermoset matrix, waarin brosse en ductiele vezels aanwezig zijn, met het kenmerk dat de vezels zodanig zijn geconfigureerd zodat de ductiele vezels van de hybride composiet bij een impact of overbelasting energie dissiperen door plastische vervorming van de ductiele vezels en residuele eigenschappen na een impact of overbelasting vertonen.

De hybride composiet kan na een impact of overbelasting van ten minste 4 J per milimeter dikte zijn integriteit behouden. Overeenkomstig sommige uitvoeringsvormen kan na een impact of overbelasting van ten minste 4J per milimeter dikte /mm dikte in een 3-puntsbuigtest waarbij beide zijden ingeklemd worden met een span van 40 mm, de hybride composiet zijn integriteit behouden.

Een koolstoflaminaat in een klassieke impacttest (vierkant testmonster volledig circulair ingeklemd) kan 5 - 10 J per mm dikte van het laminaat dissiperen tijdens een impact tot penetratie (e.g. verlies van integriteit). In testen van hybride composieten volgens de huidige vinding is er met smallere (30 mm breed) samples gewerkt om het verlies van integriteit sneller in de hand te werken. De impact-setup is daardoor een 3-puntsbuigtest waarbij beide zijden ingeklemd worden met een span van 40 mm. Bij dit type test groeien de scheuren sneller door tot aan de zijkant, wat voor volledige breuk zorgt (e.g. bij lagere energieën zal koolstofvezelcomposiet al sneller zijn integriteit verliezen). De 16 J of 4 J per mm dikte is dus test set-up afhankelijk, en indien vergeleken met de klassieke penetratie test, eerder aan de lage kant.

De hybride composiet kan zijn structurele residuele mechanische eigenschappen behouden na een impact of overbelasting en dus een tweede impact of overbelasting kan verdragen.

De nieuwe hybride laminaten volgens uitvoeringsvormen van de vinding bestaan uit een combinatie van ductiele en brosse vezels, waarbij beide vezels een hoge stijfheid omvatten. De vezelvolumefractie van de ductiele vezels kan kleiner zijn dan 50% van de totale hoeveelheid vezels, bij voorkeur kleiner is dan 20%, bijvoorbeeld tussen de 3% en 10%.

De stijfheid van de brosse en ductiele vezels is bij voorkeur groter dan 70 Gpa, bij voorkeur groter dan 100 GPa, bijvoorkeur groter dan 150 GPa en meer speciek groter dan 200 GPa.

Het grote voordeel van het gebruik van (roestvaste) staalvezels als ductiele vezel volgens uitvoeringsvormen van de vinding is dat deze intrinsiek een hoge stijfheid bezitten (± 200 GPa). Hierdoor is het mogelijk om koolstofvezels door staalvezels te vervangen zonder dat er een verlies is in absolute stijfheid. Dit zal echter wel een gewichtstoename teweegbrengen die een functie is van de hoeveelheid staalvezels die toegevoegd wordt.

De breukrek van de ductiele vezel kan groter zijn dan 5%, bij voorkeur groter dan 20%. Een hogere vloeigrens van de ductiele vezel zal een beter resultaat geven in het hybride laminaat, bij voorkeur is de vloeigrens groter dan 100 MPa, zoals bijvoorbeeld groter dan 350 MPa.

De vezels kunnen bij voorkeur een diameter hebben kleiner dan 100μσι en bij voorkeur kleiner dan 40μσι.

De brosse en/of ductiele vezels kunnen een ruw en/of onregelmatig oppervlak hebben zodat ze beter in de matrix hechten.

In uitvoeringsvormen is de brosse vezel een stijve brosse vezel bijvoorbeeld een stijve koolstofvezel, glasvezel of een natuurlijke vezel zoals bijvoorbeeld een vlasvezel. Bij voorkeur wordt koolstofvezel gebruikt als brosse vezel.

De vezels kunnen dicht bij elkaar worden gepakt.

De ductiele vezels kunnen polygonale doorsnedes hebben en goed in elkaar passen wanneer de ductiele vezels unidirectionaal geplaats worden en een lokaal hoge vezelvolumefractie realiseren.

De ductiele vezels kunnen unidirectionaal geplaats worden in een homogene laag.

De brosse vezels kunnen unidirectionaal geplaatst worden in een homogene laag.

De ductiele vezels kunnen in een weefsel zijn voorzien.

Een garen met ongetwiste ductiele vezels kan gebruikt worden als inslaggaren en waarbij de ketting richting bestaat uit een ongetwiste polymeer garen met een hoge krimp.

De brosse vezels kunnen in een weefsel zijn voorzien.

De ductiele vezels kunnen loodrecht volgens hun lengteas, op een verwachte scheurgroei van de composiet, zijn voorzien.

De brosse vezels en ductiele vezels kunnen in een interlaag configuratie zijn voorzien resulterend in een hybride laminaat, met ten minste één ductiele vezellaag.

De ten minste één ductiele vezellaag kan aan ten minste één oppervlakte van de composiet wordt geplaatst; daar waar de grootste vervormingen kunnen optreden en waar de scheurgroei de grootste opening kan vertonen.

De ten minste één ductiele vezellaag kan aan ten minste één grootste oppervlakte van hybride composiet wordt geplaatst;

De brosse vezels kunnen koolstofvezels zijn.

De ductiele vezels kunnen roestvaste staalvezels zijn.

De composiet kan een laminaat of sandwichplaat zijn.

De composiet kan een buis of profiel zijn.

De kromming van de buis of profiel kan bijdragen tot de integriteit van de hybride composiet. De onderhavige uitvinding betreft ook een werkwijze voor het maken van een hybride composiet volgens een der voorgaande conclusies, de werkwijze omvattende: het plaatsen van de brosse en ductiele vezels op een mal met een bepaalde vorm; het infuseren van de vezels met een thermoplastische of thermoset hars om tot een hybride composiet te komen.

De onderhavige uitvinding betreft ook een werkwijze voor het maken van een hybride composiet volgens een der voorgaande conclusies, de werkwijze omvattende: - het voorzien van een voorwerp dat brosse vezels bevat; - het voorzien van ten minste één ductiele vezellaag aan ten minste één oppervlakte van het voorwerp.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige vinding dat bestaande voorwerpen, die infereure structurele mechanische eigenschappen beziten, zoals bijvoorbeeld koolfstofcomposieten, verstevigd kunnen worden door een ductiele vezellaag te voorzien aan ten minste één (grote) oppervlakte van het voorwerp. Dit kan bijvoorbeeld door een tape, die de ten minste een ductiele vezellaag omvat, te voorzien op het voorwerp. In geval van een buis kan men aan de buiten oppervlakte de tape voorzien en/of aan de binnenoppervlakte van de buis.

De werkwijze kan verder omvatten: het infuseren van de vezels met een thermoplastische of thermoset hars om tot een hybride composiet te komen.

De onderhavige uitvinding betreft ook het gebruik van de hybride buis zoals hierboven beschreven als onderdeel van een fietskader en bij voorkeur als fietsvork.

De onderhavige uitvinding betreft ook het gebruik van een tape die ten minste een ductiele vezellaag omvat om de integriteit van een voorwerp die brosse vezels omvat te verbeteren.

In uitvoeringsvormen van de vinding worden hieronder de mogelijkheden rond staalvezels beschreven. Staalvezels bieden een goed resultaat omwille van de hoge stijfheid. Echter, elke stijve (>70GPa) en ductiele (breukrek > 5%) vezel kan hiervoor in aanmerking komen, zoals bijvoorbeeld titanium, koper en specifieke (zeer ductiele en stijve) varianten van UHMWPE (zoals Dyneema) en aramide (zoals kevlar), etc.

In uitvoeringsvormen van de vinding hebben de vezels, e.g. brosse en/of ductiele vezels, bij voorkeur een diameter kleiner 100μσι, zoals bijvoorbeeld kleiner dan 40μσι (maar dit mag niet ten koste gaan van de ductiliteit van de vezels).

In uitvoeringsvormen van de vinding hebben de vezels, e.g. brosse en/of ductiele vezels, bij voorkeur een ruw en onregelmatig oppervlak (omwille van de betere hechting).

In uitvoeringsvormen van de vinding worden de vezels, e.g. brosse en/of ductiele vezels, bij voorkeur dicht bij elkaar gepakt. In uitvoeringsvormen waar de ductiele vezels een bundel of garen van getrokken staal zijn, zijn de polygonale doorsnedes van de ductiele vezels een soort van puzzelstukken die bij productie in de hybride composiet volgens de huidige vinding goed in elkaar passen en een lokaal hoge vezelvolumefractie realiseren.

In uitvoeringsvormen van de vinding worden de ductiele vezels bij voorkeur loodrecht geplaatst op de verwachte scheurgroei (zodat een scheur kan overbrugd worden). Bv. in het geval van een uniaxiale trekbelasting is dit in de lengterichting van de trekbelasting.

In uitvoeringsvormen van de vinding worden de ductiele vezels bij voorkeur in het hybride laminaat aan de buitenzijde of het buitenste oppervlak gepositioneerd, daar waar de grootste vervormingen kunnen optreden en waar de scheurgroei de grootste opening kan vertonen.

In uitvoeringsvormen van de vinding worden de ductiele vezels voorzien als een laag, een ductiele vezellaag, met zo weinig mogelijk krimp, bij voorkeur minder dan 5%, zoals bijvoorbeeld minder dan 0,5% (waarbij krimp wordt uitgedrukt als het percentage dat de lengte van het garen langer is dan de lengte van de eenheidscel), en met zo weinig mogelijk twist (torderen/spinnen van het garen om het weven te vergemakkelijken) met zo dicht mogelijk bij elkaar gepakte vezels. In uitvoeringsvormen van de vinding worden de ductiele vezels quasi-unidirectionaal in een bij voorkeur homogene laag voorzien met zo weinig mogelijk krimp en zo weinig mogelijk twist, resulterend in een ductiele vezellaag, hoewel uitvoeringsvormen hierdoor niet beperkt zijn.

In voorkeursdragende uitvoeringsvormen bevat de ductiele vezellaag enkel ductiele vezels en geen brosse vezels. De ductiele vezellaag kan één of meerdere types ductiele vezels omvatten. Er kunnen in de ductiele vezellaag ook andere vezels zitten (zoals bv. ongetwiste polymeer garen of brosse vezels die minder stijf zijn < 70GPa). De dikte van de vezellaag kan varieren van de dikte van één vezel tot enkele centimeter.

In uitvoeringsvormen van de vinding kunnen de ductiele vezels als een structuur of weefsel worden voorzien, bijvoorbeeld een non-krimp weefsel met ductiele vezels.

In uitvoeringsvormen van de vinding, waar de hybride composiet als een laminaat is voorzien kunnen een of meerdere ductiele vezellagen aanwezig zijn. Bij voorkeur is er ten minste een ductiele vezellaag aan een buitenste oppervlak voorzien waar een vervorming kan optreden. In andere uitvoeringsvormen worden er alternerend een brosse vezellaag en ductiele vezellaag voorzien in een interlaag configuratie. In nog andere uitvoeringsvormen worden verschillende, bij voorkeur dunne, ductiele vezellagen, verspreid tussen meerdere de brosse vezellagen.

In uitvoeringsvormen van de vinding worden de ductiele vezels als een weefsel voorzien of een andere structuur waarbij de ductiele vezel, e.g. staalvezels, in meerdere richtingen liggen zoals bijvoorbeeld in een weefsel voorzien van vlechtwerk.

De vezelvolumefractie van de ductiele staalvezels is tussen 1 en 50% van de totale hoeveelheid vezels, bij voorkeur (omwille van het gewicht) tussen de 1 en de 20% vezels, optimaal waarschijnlijk tussen de 3 en 10%.

De toepassing kan in composieten met zowel thermoplastische (zoals bijvoorbeeld PP, PE, PA, PET, PEEK, PEKK, PEI, PPS, etc.) matrices als thermoset (zoals bijvoorbeeld epoxy, polyurethaan, polyester, vinylester, cyanate esters, fenol, etc.) matrices.

Het is een voordeel van hybride composieten volgens huidige vinding dat ze een laag soortelijk gewicht en hoge stijfheid bezitten. Meer bepaald hebben ze een hoge specifieke stijfheid. Bij voorkeur hebben de ductiele vezels een bijna even hoge stijfheid als de brosse vezels, meer bepaald wanneer (roestvaste) staalvezels gebruikt worden dan hebben deze bijna een even hoge stijfheid als koolstofvezels (200 GPa in vergelijking let 235 GPa). Dit is in scherp contrast met andere ductiele vezels zoals Dyneema, Kevlar, Curv, ... Een herdesign, volgens uitvoeringsvormen van de huidige vinding, laat dus toe om minder brosse vezels, e.g. koolstofvezel, te gebruiken bij een combinatie van ductiele en brosse vezels zoals bijvoorbeeld door een combinatie van staalvezels en koolstofvezels.

Het is een voordeel van hybride composieten volgens uitvoeringsvormen van de huidige vinding dat deze een gradueel ductiele breukgedrag vertonen. Meer bepaald vervormen ze deels plastisch tijdens de breuk. Wanneer de brosse vezels, e.g. koolstofvezels, in het hybride composiet breken zullen de ductiele vezels, e.g. (roestvaste) staalvezels, plastisch vervormen, energie dissiperen en het geheel voordelig bijeenhouden. In contrast, als een 100% koolstofvezelcomposiet breekt, dan breekt dit in één keer dramatisch en zonder waarschuwing. Als een gevolg bieden uitvoeringsvormen van de huidige vinding veiligere materialen om te gebruiken die geen versplinteringseffect vertonen en waarvan de randen van de breuk minder scherp zijn. Het gebruik van "veilige" ductiele vezels, e.g. (roestvaste) staalvezels, zou het bros breken vermijden en bijgevolg de veiligheidsfactoren kunnen doen afnemen.

Het is een voordeel van hybride composieten volgens uitvoeringsvormen van de huidige vinding dat integriteit van de composiet behouden blijft na een impact of overbelasting. De componenten gemaakt met dit hybride materiaal blijven met elkaar verbonden na een impact of een overbelasting. Een impact of overbelasting op een traditioneel composiet heeft in de meeste gevallen een volledige breuk en afzonderlijke scherpe stukken als resultaat (vaak ongewenst effect).

Het is een voordeel van hybride composieten volgens uitvoeringsvormen van de huidige vinding dat structurele residuele mechanische eigenschappen van de composiet na een impact of overbelasting behouden blijft. Na een impact of overbelasting zijn de residuele eigenschappen slechts beperkt lager dan de eigenschappen voor de impact of overbelasting. Het materiaal kan na een beschadiging dus nog structureel belast worden. Hybride componenten waar bv. Innegra- of Curv-vezels toegevoegd worden kunnen ook een behoud van integriteit realiseren, maar omwille van de lagere mechanische eigenschappen van de ductiele vezels is de residuele sterkte van de component zeer laag. Het materiaal hangt nog samen, maar een tweede impact of belasting kan het niet meer verdragen.

Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige vinding dat eventueel beschadiging aan een hybride composiet volgens uitvoeringsvormen van de vinding gevisualiseerd en opgespoord kan worden. Na een impact zal door het plastisch vervormen van de ductiele vezels, e.g. staalvezels, de component een blijvende vervorming vertonen die de beschadiging zichtbaar maakt (e.g. een deuk), wat makkelijk oppervlakkig te inspecteren is. Afhankelijk van de configuratie en de hoeveelheid staalvezels kan onderzocht worden wat de grootte van de deuk moet/mag zijn om in te schatten hoeveel inwendige schade in het onderliggende koolstofvezelcomposiet aanwezig is. Om effectief de schade op te meten, moet dan enkel lokaal dure meetapparatuur ingezet worden.

Bij een traditioneel composiet is de schade na een impact vaak inwendig en niet met het oog zichtbaar. Deze inwendige schade kan alleen getraceerd worden via complexe en dure inspectietechnieken op het volledige composiet onderdeel (bv. CT-scan, ultrasoon onderzoek).

Het is een voordeel van de huidige vinding, dat in tegenstelling tot de klassieke aanpak van hybridisatie waar weinig vezelvolumefractie (<10%) koolstofvezel wordt genomen en veel ductiele vezels, men hier een kleine vezelvolumefractie van de ductiele vezel (cf. de roestvaste staalvezels) neemt. De spanningstoestanden en de manier van breuk zijn in dat geval anders, wat toelaat om bv. enkel aan de buitenzijde of buiten oppervlak (waar de rekken het grootste zijn) ductiele vezels toe te voegen. Als de grote hoeveelheid koolstofvezels dan breken, dan zal bijvoorbeeld een buis gemaakt uit het hybride laminaat sterk beschadigd zijn, maar wel nog integriteit behouden. Met andere woorden, je kan met een impact een lokaal grote vervorming of deuk veroorzaken in de buis, maar de buis kan dan nog steeds in buiging belast worden (al zal de sterkte wel lager zijn). Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding datin buizen of sandwichpanelen omwille van respectievelijk de kromming en de schaalstructuur, minder staalvezels nodig zijn. Bij het impacteren van een buis is de spanningstoestand namelijk zeer lokaal, complexer en minder uniform dan een trek- of buigtest op een vlakke plaat. Bij een vlakke plaat wordt het materiaal eenzijdig volledig in trek, of bij buiging, eenvoudig onderaan in trek en bovenaan in compressie belast. Eénmaal een scheur over de volledige lengte optreedt, is het voor een beperkte hoeveelheid ductiele vezels zoals in de traditionele vorm van hybridisatie, niet mogelijk om de integriteit over de volledige lengte te bewaren.

Het hybride materiaal volgens uitvoeringsvormen van deze uitvinding combineert het beste van beide materiaalklassen. Het hybride materiaal bezit een hoge stijfheid en een laag gewicht zoals traditionele composieten en zal bij een impact of overbelasting een ductiel gedrag vertonen, de component zal niet in verschillende stukken versplinteren maar één geheel blijven en bovendien nog een relatief hoge sterkte behouden ten opzichte van de sterkte voor de impact of overbelasting in vergelijking met klassieke composietmaterialen. Bovendien zal een impact of overbelasting een blijvende plastische vervorming (=deuk) nalaten waardoor de zichtbaarheid van de beschadiging sterk verhoogd is ten opzichte van klassieke composietmaterialen.

Hybride composieten van de huidige vinding kunnen bij voorkeur worden gebruikt om fietsen te maken, en meer specifiek de voorvorken hiervan. In de voorvorken is het gevolg van een breuk het meest dramatisch, waardoor het veiligheidsaspect hier het grootste is. Het toevoegen van staalvezels in voorvorken zorgt ervoor dat deze bij een zwaar ongeval of zware impact niet volledig breken. Dit laat de fietser toe om nog thuis te geraken (e.g. een soort run-on-flat voor voorvorken). De voorvork zal in dit geval nog steeds vervangen moeten worden, maar een dramatische val is vermeden en de fietser kan nog (even) verder fietsen.

Voorts zouden de hybride composieten die staalvezels omvatten volgens de huidige vinding een weg kunnen vinden in de automobielsector, waar op dit moment sterk ingezet wordt op koolstofvezelcomposieten in consumentenwagens zoals bv. de BMW i3 en de nieuwe BMW 7-serie. Staalvezels kunnen dan op specifieke plaatsten toegevoegd worden, waar het breukgedrag van koolstofvezelcomposieten momenteel problematisch is. Op dit moment worden bv. buisstructuren gevlochten door Eurocarbon met koolstofvezels, het toevoegen van staalvezels zou nagenoeg geen wijzigingen in het productieproces vereisen. Andere potentiële markten waar staalvezels op langere termijn een toepassing in kunnen vinden zijn luchtvaart, ruimtevaart en de maritieme sector. In deze sectoren worden koolstofvezelcomposieten al uitgebreid toegepast, maar vaak worden erg grote veiligheidsfactoren gebruikt om breuk van de composiet te vermijden. Ook in deze sectoren kunnen staalvezels toegevoegd worden in specifieke componenten waar het breukgedrag problematisch is.

Anderzijds zijn er producten in de luchtvaart waarbij de kritische belasting een "tooldrop" is: het laten vallen van een werktuig van geringe hoogte op een (typisch zeer dun) koolstofvezellaminaat. In dit geval zou het zeer eenvoudig opsporen van schade (of zichtbaar maken van schade) eventueel toelaten om structuren nog lichter te maken doordat er minder overdimensionering noodzakelijk is. Dit kan, doordat de vloeigrens van bepaalde metallische vezels ongeveer bij eenzelfde rek kan optreden als het optreden van scheuren in koolfstofcomposieten.

Ook sport voorwerpen kunnen gegenereerd worden door gebruik te maken van hybride composieten volgens huidige vinding. Bijvoorbeeld golfsticks, tennisraketen, kano's, boten, roeispanen, helmen, etc.

Een andere potentiële markt is (machine)onderdelen waarbij het breken van een koolstofcomposiet onderdeel dramatisch zou zijn voor de volledige machine, bijvoorbeeld waar de koolstofcomposieten brokstukken beschadigen andere delen van de machine.

Specifieke en voorkeurdragende aspecten van de uitvinding zijn opgenomen in de aangehechte onafhankelijke en afhankelijke conclusies. Kenmerken van de afhankelijke conclusies kunnen worden gecombineerd met kenmerken van de onafhankelijke conclusies en met kenmerken van andere afhankelijke conclusies zoals aangewezen en niet enkel zoals uitdrukkelijk in de conclusies naar voor gebracht.

Voor het samenvatten van de uitvinding en de bereikte voordelen ten opzichte van de stand van de techniek werden bepaalde doelstellingen en voordelen van de uitvinding hierboven beschreven. Het is uiteraard te begrijpen dat niet noodzakelijk al deze doelstellingen of voordelen kunnen bereikt worden door elke specifieke uitvoeringsvorm van de uitvinding. Dus, bijvoorbeeld, vakmensen zullen onderkennen dat de uitvinding kan worden belichaamd of uitgevoerd op een wijze die één voordeel of een groep van voordelen zoals hierin aangereikt bereikt of optimaliseert, zonder daarbij noodzakelijk andere doelstellingen of voordelen te bereiken die hierin kunnen aangereikt of gesuggereerd zijn.

Bovenstaande en andere aspecten van de uitvinding zullen duidelijk zijn en verhelderd worden met verwijzing naar de hiernavolgende beschreven uitvoeringsvorm(en).

Korte beschrijving van de figuren

De uitvinding zal nu verder worden beschreven, bij wijze van voorbeeld, met verwijzing naar de bijhorende figuren. FIGS. 1a-1d tonen de weefselarchitectuur die gebruikt werd voor de uitvoeringsvorm waar roestvaste staalvezels gebruikt worden als ductiele vezel. FIG. 2 toont het oppervlaktegewicht (links) en geometrische trekstijfheid (rechts) van het referentie koolstoflaminaat, de geproduceerde hybride laminaten volgens de huidige vinding (A2, A3, S2 en S3) en traditionele enkelvoudige metalen waarbij de plaatdikte aangepast werd om dezelfde geometrische trekstijfheid te bekomen. FIG. 3 toont het oppervlaktegewicht (links) en geometrische buigstijfheid (rechts) van het referentie koolstoflaminaat, de geproduceerde hybride laminaten volgens de huidige vinding (A2, A3, S2 en S3) en traditionele enkelvoudige metalen waarbij de plaatdikte aangepast werd om dezelfde geometrische buigstijfheid te bekomen. FIG. 4 toont het gewicht per lengte (links) en axiale stijfheid (rechts) van het referentie koolstoflaminaat, de geproduceerde hybride laminaten (O1,2; O1,25HM; O1,4 en O1,6) volgens de huidige vinding en traditionele enkelvoudige metalen waarbij de wanddikte aangepast werd om dezelfde axiale stijfheid te bekomen. FIG. 5 toont de kracht-verplaatsingsdiagramma van de buigtest op het referentiemateriaal (afgekort als B30E00) en de hybride laminaten (A2, S2, A3 en S3) volgens de huidige vinding. FIG. 6 toont een vergelijking van de buigsterkte (zwart) en de gedissipeerde energie (wit) tijdens de buigtest van het referentie koolstofvezellaminaat en de hybride laminaten volgens de huidige vinding (S2, S3, A2 en A3). FIG. 7 toont het effect na een impact van 0J, 4J, 8J en 16J (boven naar onder) op een referentie koolstofvezellaminaat. FIG. 8 toont hybride laminaten volgens uitvoeringsvorming van de vinding na een impact van 16J (van links naar rechts: A2, S2, A3, S3). FIG. 9 toont hybride laminaten volgens uitvoeringsvorming van de vinding na een impact van 32J (van links naar rechts: A2, S2, A3, S3). FIG. 10 toont het resultaat van een impact van 50J op buizen, meer bepaald op een referentie koolstofvezelbuis (links) en hybride buizen volgens de huidige vinding, namelijk O1,25HM (midden) en O1,6 (rechts). FIG. 11 toont de residuele maximale kracht in de trektest in functie van de impact energie op een referentie koolstofvezellaminaat (REF) en hybride laminaten volgens de huidige vinding (A2, S2, A3 en S3). FIG. 12 toont de residuele gedissipeerde energie tijdens een trektest in functie van de impact energie op een referentie koolstofvezellaminaat (REF) en hybride laminaten volgens de huidige vinding (A2, S2, A3 en S3) voorafgaand aan de trektest. FIG. 13 toont de residuele maximale kracht in de buigtest in functie van de impact energie op een referentie koolstofvezellaminaat (REF) en hybride laminaten volgens de huidige vinding (A2, S2, A3 en S3). FIG. 14 toont de residuele gedissipeerde energie tijdens de buigtest in functie van de impact energie op een referentie koolstofvezellaminaat (REF) en hybride laminaten volgens de huidige vinding (A2, S2, A3 en S3) voorafgaand aan de buigtest. FIG. 15 toont de residuele buigsterkte van buizen die geimpacteerd werden met 30J, meer bepaald op een referentie koolstofvezelbuis (REF) en hybride buizen volgens de huidige vinding (O1,2; O1,25HM; O1,4 en O1,6). FIG. 16 toont de residuele gedissipeerde energie in een buigtest van buizen die geïmpacteerd werden met 30J, meer bepaald op een referentie koolstofvezelbuis (REF) en hybride buizen volgens de huidige vinding (O1,2; O1,25HM; O1,4 en O1,6). FIG. 17 toont de kracht-verplaatsingsgrafiek voor de verschillende compressietesten op buizen die geïmpacteerd werden met 30J, meer bepaald op een referentie koolstofvezelbuis (REF) en hybride buizen volgens de huidige vinding (O1,2; O1,25HM; O1,4; 11,4 en O1,6). FIG. 18 toont een schematische voorstelling van een impact op een referentie koolstofbuis (links), de elastische terugvering en schade na de impact (midden), gevolgd door het plotse falen in een compressietest (rechts). FIG. 19 toont een schematische voorstelling van een impact op een hybride buis volgens de huidige vinding met staalvezels (links), de blijvende plastische vervorming en reductie in lokale doorsnede (midden), gevolgd door het gradueel uitknikken in een compressietest (rechts). FIG. 20 toont een foto van een geïmpacteerd laminaat en de blijvende vervorming die aanwezig is ten gevolge van de impact. Met andere woorden visualiseert FIG. 20 de beschadiging. FIG. 21a-21b tonen foto's van voorvorken voor een fiets gemaakt uit een hybride composiet volgens uitvoeringsvormen de vinding in het wit en van een volledig koolstofvezelvariant.

De figuren zijn enkel schematisch en niet limiterend. In de figuren kunnen de afmetingen van sommige onderdelen overdreven en niet op schaal worden voorgesteld voor illustratieve doeleinden. Afmetingen en relatieve afmetingen komen niet noodzakelijk overeen met effectieve uitvoeringsvormen van de uitvinding.

Referentienummers in de conclusies mogen niet worden geïnterpreteerd om de beschermingsomvang te beperken. In de verschillende figuren verwijzen dezelfde referentienummers naar dezelfde of analoge elementen.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvoeringsvormen

De huidige uitvinding zal beschreven worden met betrekking tot bijzondere uitvoeringsvormen en met verwijzing naar bepaalde tekeningen, echter de uitvinding wordt daartoe niet beperkt maar is enkel beperkt door de conclusies.

Verwijzing doorheen deze specificatie naar "één uitvoeringsvorm" of "een uitvoeringsvorm" betekent dat een specifiek kenmerk, structuur of karakteristiek beschreven in verband met de uitvoeringsvorm is opgenomen in tenminste één uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. Dus, voorkomen van de uitdrukkingen "in één uitvoeringsvorm" of "in een uitvoeringsvorm" op diverse plaatsen doorheen deze specificatie hoeven niet noodzakelijk allemaal naar dezelfde uitvoeringsvorm te refereren, maar kunnen dit wel doen. Voorts, de specifieke kenmerken, structuren of karakteristieken kunnen gecombineerd worden op eender welke geschikte manier, zoals duidelijk zou zijn voor een gemiddelde vakman op basis van deze bekendmaking, in één of meerdere uitvoeringsvormen.

Vergelijkbaar dient het geapprecieerd te worden dat in de beschrijving van voorbeeldmatige uitvoeringsvormen van de uitvinding verscheidene kenmerken van de uitvinding soms samen gegroepeerd worden in één enkele uitvoeringsvorm, figuur of beschrijving daarvan met als doel het stroomlijnen van de openbaarmaking en het helpen in het begrijpen van één of meerdere van de verscheidene inventieve aspecten. Deze methode van openbaarmaking dient hoe dan ook niet geïnterpreteerd te worden als een weerspiegeling van een intentie dat de uitvinding meer kenmerken vereist dan expliciet vernoemd in iedere conclusie. Eerder, zoals de volgende conclusies weerspiegelen, inventieve aspecten liggen in minder dan alle kenmerken van één enkele voorafgaande openbaar gemaakte uitvoeringsvorm. Dus, de conclusies volgend op de gedetailleerde beschrijving zijn hierbij expliciet opgenomen in deze gedetailleerde beschrijving, met iedere op zichzelf staande conclusie als een afzonderlijke uitvoeringsvorm van deze uitvinding.

Voorts, terwijl sommige hierin beschreven uitvoeringsvormen sommige, maar niet andere, in andere uitvoeringsvormen inbegrepen kenmerken bevatten, zijn combinaties van kenmerken van verschillende uitvoeringsvormen bedoeld als gelegen binnen de reikwijdte van de uitvinding, en vormen deze verschillende uitvoeringsvormen, zoals zou begrepen worden door de vakman. Bijvoorbeeld, in de volgende conclusies kunnen eender welke van de beschreven uitvoeringsvormen gebruikt worden in eender welke combinatie.

Verder worden de termen eerste, tweede, derde en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt voor het onderscheiden van gelijkaardige elementen en niet noodzakelijk voor het beschrijven van een volgorde, noch in de tijd, noch spatiaal, noch in rangorde of op enige andere wijze. Het dient te worden begrepen dat de termen op die manier gebruikt onder geschikte omstandigheden verwisselbaar zijn en dat de uitvoeringsvormen van de uitvinding hierin beschreven geschikt zijn om in andere volgorde te werken dan hierin beschreven of weergegeven.

Bovendien, de termen bovenste, onderste, boven, voor en dergelijke in de beschrijving en de conclusies worden aangewend voor beschrijvingsdoeleinden en niet noodzakelijk om relatieve posities te beschrijven. Het dient te worden begrepen dat de termen die zo aangewend worden onder gegeven omstandigheden onderling kunnen gewisseld worden en dat de uitvoeringsvormen van de uitvinding hierin beschreven ook geschikt zijn om te werken volgens andere oriëntaties dan hierin beschreven of weergegeven.

Het dient opgemerkt te worden dat de term "omvat", zoals gebruikt in de conclusies, niet als beperkt tot de erna beschreven middelen dient geïnterpreteerd te worden; deze term sluit geen andere elementen of stappen uit. Hij is zodoende te interpreteren als het specificeren van de aanwezigheid van de vermelde kenmerken, waarden, stappen of componenten waarnaar verwezen wordt, maar sluit de aanwezigheid of toevoeging van één of meerdere andere kenmerken, waarden, stappen of componenten, of groepen daarvan niet uit. Dus, de omvang van de uitdrukking "een inrichting omvattende middelen A en B" dient niet beperkt te worden tot inrichtingen die slechts uit componenten A en B bestaan. Het betekent dat met betrekking tot de huidige uitvinding, A en B de enige relevante componenten van de inrichting zijn.

In de hier voorziene beschrijving worden talrijke specifieke details naar voren gebracht. Het is hoe dan ook te begrijpen dat uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen uitgevoerd worden zonder deze specifieke details. In andere gevallen zijn welgekende werkwijzen, structuren en technieken niet in detail getoond om deze beschrijving helder te houden.

Waarin in uitvoeringsvormen wordt gerefereerd naar "laminaat" dan kan dit slaan op een composiet plaatmateriaal dat uit verschillende lagen van een bepaald materiaal is opgebouwd, waarbij eigenschappen verkregen worden die met enkelvoudige materialen niet verkregen kunnen worden.

Waarin in uitvoeringsvormen wordt gerefereerd naar "krimp" dan kan dit slaan op het op en neer gaan van de ductiele vezels in een laag, structuur of weefsel.

Waarin in uitvoeringsvormen wordt gerefereerd naar "integriteit" dan kan dit slaan op een (hybride) composiet dat zijn integriteit behoudt na een impact of overbelasting, bv. het composiet kan binnenin gebroken zijn, maar toch nog een geheel vormen. Dit kan ook slaan op structurele integriteit waar de structurele residuele mechanische eigenschappen van de hybride composieten van de huidige vinding behouden blijven na een impact of overbelasting. Deze stukken van de hybride composieten blijven aaneenhangen na een impact of overbelasting en bovendien bezitten deze ook nog een bepaalde (residuele) mechanische performantie. Dit in tegenstelling tot bv. een gebroken eierschaal die bijeengehouden kan worden door het dunne vliesje aan de binnenzijde, maar eigenlijk op geen enkele manier meer belast kan worden. De structuren bezitten na een impact nog residuele mechanische eigenschappen (sterkte, stijfheid) en kunnen zelfs nog een tweede impact verdragen.Alhoewel de beschrijving enkel voorbeelden voorziet van platen en buizen (met een cirkelvormige doorsnede), omvatten uitvoeringsvormen van de onderhavige vinding voorwerpen met verschillende vormen, die de hybride composiet van de huidige vinding omvatten. Dit voorwerp kan bestaan uit het hybride composiet volgens de huidige vinding of kan het hybride composiet omvatten (zoals bijvoorbeeld als een deklaag). Profielen kunnen een open (bv. een C-profiel) of gesloten doorsnede hebben, en kunnen hol of gevuld zijn. In voorkeursdragende uitvoeringsvormen hebben de voorwerpen een kromming waarbij de structurele eigenschappen van het voorwerp verbeterd worden.

In een eerste aspect voorziet de onderhavige uitvinding hybride composieten waarbij hybridisatie met ductiele vezel en bij voorkeur ductiele roestvaste staalvezels is bekomen. Meer bepaald heeft de onderhavige uitvinding betrekking op hybride composieten met ductiele roestvaste staalvezels die hun integriteit behouden na een impact of overbelasting.

De roestvaste staalvezels worden bij voorkeur dichtgepakt en met weinig krimp of zonder krimp, bijvoorbeeld in een laag of als een weefsel voorzien. De roestvaste staalvezelweefsel 100 is opgesteld door de staalvezels 1 als inslag te gebruiken en de polyester garen 20 als de schering. De staalvezels 1 worden een voor een haaks op de schering, op horizontale wijze tussen de schering door, in het weefsel ingelegd. Deze inslagvezels (staalvezels) 1 worden ongetwist strak tegen elkaar aangedrukt en vormen een staalgaren 10, en vormen zodoende een weefsel.

Het roestvaste staalvezelweefsel is dus bij voorkeur een quasi-unidirectionale weefsel of structuur waarbij 1 garen met 275 ongetwiste roestvaste staalvezels (316L) met een polygone doorsnede (van bv. 30μσι diameter) gebruikt wordt als inslag garen. De ketting richting bestaat uit een ongetwist polyester (PET of PES) garen met een hoge krimp. Dit om te zorgen dat de staalvezels zo recht mogelijk en zo goed mogelijk georiënteerd zijn. Dit heeft een grote invloed zowel op de stijfheid als op het ductiele gedrag van het uiteindelijke composiet. De staalvezels worden telkens georiënteerd loodrecht op de richting waarin scheurvorming of breuk verwacht wordt (e.g. in een trekbelasting parallel met de belasting).

Het roestvaste staalvezelweefsel 100 volgens uitvoeringsvormen van de vinding wordt schematisch voorgesteld in FIG. 1a, waarbij de roestvaste staalgaren 10, die meerdere ongetwiste staalvezels 1 omvatten, worden recht gehouden door de ongetwiste polyester garen 20. FIG. 1b illustreert microsopiebeelden van doorsnedes van enkele lagen roestvaste staalvezelweefsel 100. Hierin is het ook duidelijk dat meerdere roestvaste staalvezels in een staalvezelgaren zijn voorzien. FIG. 1c illustreert een bovenaanzicht van het roestvaste staalvezelweefsel 100 volgens uitvoeringsvormen van de vinding, waar een stuk ervan ingezoomd voorgesteld wordt in FIG. ld. Tabellen 1 en 2 hieronder voorzien meer informatie omtrent de staalvezel en staalvezelstructuur/weefsel.

Tabel 1 hieronder illustreert de karakteristieken van het staalvezelweefsel gebruikt in volgens uitvoeringsvormen van de vinding:

Tabel 2 hieronder voorziet de mechanische eigenschappen van de roestvaste staalvezels beschreven (die bij voorkeur een diameter van 30pm hebben):

Het gebruikte koolstofvezelweefsel in uitvoeringsvormen van de vinding is een weefsel van Hexcel: een 2/2 twill weefsel bestaande uit 3K garens met AS2G koolstofvezels met een oppervlaktegewicht van 160 g/m2. Het matrixmateriaal is een epoxyhars, meer bepaald een Araldite LY-1564-SP en de verharder is Aradur 3486-BD.

De hybride composiet volgens uitvoeringsvormen van de vinding is een hybride composiet plaatmateriaal dat uit verschillende lagen van alternerend een koolstofvezellaag (die een koofstofvezelweefsel omvat) en een roestvaste staalvezellaag (die een staalweefsel omvat). Bij de opbouw van het hybride laminaat wordt de staalvezellaag bij voorkeur telkens aan de buitenzijde gepositioneerd. Dit omdat in buiging en bij impact de grootste vervormingen aan de buitenzijde optreden en deze grote vervormingen dan door het staal opgevangen kunnen worden.

In voorbeelden van uitvoeringsvormen van de vinding worden laminaten voorzien met slechts een of twee lagen ductiele vezels omwille van het zware oppervlaktegewicht. Maar dit is enkel een specifieke uitvoeringsvorm en andere configuraties kunnen ook worden voorzien (bijvoorbeeld door verschillende dunne ductiele vezellagen verspreid tussen de brosse vezellagen te leggen).

Onderstaande Tabel 3 geeft de verschillende plaatlaminaten en configuraties die getest werden. In het geval van een asymmetrisch (A2, A3) hybride laminaat volgens uitvoeringsvormen van de vinding werden één laag staalvezels aan de onderzijde geplaatst. In het geval van de symmetrische laminaten (S2, S3) werd zowel een staalvezellaag aan de bovenzijde voorzien als een staalvezellaag aan de onderzijde. De referentieplaat omvat geen staalvezellaag ter hybridisatie en betreft dus een enkelvoudige koolstofcomposiet.

Tabel 3: Eigenschappen van de geproduceerde hybride laminaten volgens de huidige vinding en het referentie koolstoflaminaat.

De platen opgesomd in Tabel 3 kunnen bijvoorbeeld worden geproduceerd met behulp van vacuüm infusie. Hierbij worden de droge (koolstof en roestvast staal) vezels op een vlakke plaat gepositioneerd en geïnfuseerd met een matrixmateriaal, bijvoorbeeld epoxyhars, onder vacuüm om tot een hybride composiet te komen.

Naast platen of sandwichstructuren die de hybride composiet volgens de vinding omvatten, voorzien uitvoeringsvormen van de vinding ook andere vormen of profielen, zoals bijvoorbeeld I, C- of H-profielen of buizen, die een kromming omvatten. Ook verschillende vormen van buizen zijn mogelijk, zoals bijvoorbeeld buizen die verschillende doorsneden omvatten (bv. cirkelvorming, vierkantig, polygoon, etc.). Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de huidige vinding dat de kromming helpt de structurele mechanische eigenschappen (impact en residuele sterkte) van de hybride composiet te verbeteren.

Tabel 4 hieronder somt de eigenschappen van de geproduceerde hybride buizen volgens de huidige vinding en de referentiebuis op.

Tabel 4 illustreert de eigenschappen van hybride buizen met een cirkelvormig doorsnede volgens uitvoeringsvormen van de vinding en een referentie koolstofbuis (die geen roestvast staalvezel omvat). De buizen kunnen ook worden ook geproduceerd met behulp van bovengenoemde vacuüm infusie. Hierbij wordt één enkele laag staalvezels gebruikt, bij voorkeur aan de buitenoppervlakte van de buis, en wordt de dikte aangepast met betrekking tot het aantal lagen koolstofvezels zodat de buitendiameter gelijk blijft (32 mm) en de wanddikte (en gewicht) varieert tussen de verschillende buizen. In Tabel 4 is de afkorting "O" voor een buis waar de staalvezels aan de buitenzijde van de buis, bijvoorbeeld een bestaand koolstofcomposieten buis, gelamineerd werden, terwijl bij de afkorting "I" de staalvezels aan de binnenzijde van de buis gelamineerd werden. Bij "O1,25HM" werden high modulus koolstofvezels (Torayca M40J) gebruikt om een verhoogde stijfheid te verkrijgen en dus met een lagere wanddikte een gelijkaardige stijfheid te verkrijgen als het referentiemateriaal.

Uitvoeringsvormen van de huidige vinding voorzien materialen met een laag soortelijk gewicht en hoge stijfheid. Met behulp van de klassieke laminaat theorie en gemeten eigenschappen van staalvezelcomposieten kunnen op nauwkeurige wijze de stijfheid en het gewicht van de hybride composieten volgens uitvoeringsvormen van de vinding berekend worden.

Stijfheid en gewicht bij plaatstructuren volgens uitvoeringsvormen van de vinding

Om op een correcte manier de stijfheden en het soortelijk gewicht van verschillende materialen te vergelijken wordt niet enkel met de absolute materiaaleigenschappen rekening gehouden, maar ook met geometrische effecten. De dikte en de laagopbouw van de hybride laminaten is namelijk zo gekozen dat de geometrische stijfheid in trek gelijkaardig of hoger is als het referentie koolstofvezellaminaat. M.a.w. omwille van het toevoegen van de staalvezels met een hoge stijfheid kan de dikte van het laminaat kleiner zijn (met een gunstig invloed op het gewicht) zonder dat dit een invloed heeft op de vervorming bij een bepaalde belasting. De dikte van het laminaat is in het geval van A3 en S3 gelijkaardig of iets hoger, voor een nog hogere stijfheid, maar met een hogere gewichtstoename.

Ter vergelijking werd dezelfde oefening toegepast op enkelvoudig aluminium, titanium en roestvast staal: de plaatdikte werd gekozen zodat een bepaalde kracht (in N) een gelijkaardige vervorming zou opleveren (identieke geometrische stijfheid). Op die manier kan rechtstreeks het effect op het gewicht vergeleken worden.

Figuur 2 illustreert de toename in gewicht voor platen met een gelijkaardige geometrische trekstijfheid. Een component ontworpen met de hybride structuren (A2, A3 en S2) zal een beperkte verhoging in gewicht (1-17%) vertonen ten opzichte van het referentiemateriaal, maar zal nog steeds een lager gewicht bezitten dan de traditionele metalen. Enkel hybride laminaat S3 heeft een hogere gewichtstoename (32%) in vergelijking met de metalen (26-31%), maar werd overgedimensioneerd (de geometrische stijfheid is 25% hoger dan de referentie en de metalen) (zie Tabel 5).

Tabel 5 hieronder voorziet een overzicht van de gewichtstoename, materiaal- en geometrische stijfheden van het referentie koolstoflaminaat, de geproduceerde hybride laminaten en traditionele metalen.

Een gelijkaardige vergelijking kan gemaakt worden voor de geometrische buigstijfheid (zie Figuur 3). In dit geval zijn zowel laminaat A3 als S3 overgedimensioneerd. Omwille van de hogere dikte bezitten ze een geometrische buigstijfheid die resp. 42% en 72% hoger is, maar zelfs deze laminaten bezitten een lager gewicht dan alle metalen.

Omwille van de hoge stijfheid van de staalvezels aan de buitenzijde bezit laminaat A2 bijna dezelfde geometrische buigstijfheid (-9%), zonder toename in gewicht (+1%) ten opzichte van het referentie koolstofvezelmateriaal.

Tabel 6 hieronder voorziet een overzicht van de gewichtstoename, materiaal- en geometrische stijfheden van het referentie koolstoflaminaat, de geproduceerde hybride laminaten volgens uitvoeringsvormen van de vinding en traditionele enkelvoudige metalen.

Stijfheid en gewicht bij buisstructuren (met een cirkelvormige doorsnede) volgens uitvoeringsvormen van de vinding

Dezelfde theoretische berekening als gebruikt voor de plaatstructuur kan worden toegepast op buisstructuren. Hierbij wordt enkel de binnendiameter (en dus de wanddikte) van de buis aangepast om dezelfde axiale stijfheid te bekomen. Figuur 4 illustreert dat alle geproduceerde hybride buizen een lager gewicht per lopende meter bezitten dan de metalen structuren voor dezelfde axiale stijfheid. De gewichtstoename in de huidige laminaatopbouw is beperkt van 12% tot 34%. De gewichtstoename bij metalen buizen ontworpen voor dezelfde axiale stijfheid is 60% tot 72%.

Tabel 7 voorziet een overzicht van het gewicht per meter, de wanddikte en de axiale stijfheid van het referentie koolstoflaminaat, de geproduceerde hybride buisstructuur laminaten en traditionele metalen.

Gradueel ductiele breukgedrag van hybride platen volgens uitvoeringsvormen van de vinding De geproduceerde hybride platen werden in buiging getest. De test werd uitgevoerd op een Instron 5985, met een 30kN krachtcel. De breedte van de testmonsters is 30 mm, de spanlengte 150 mm. De verplaatsingssnelheid is 5 mm/min. De dikte van de testsamples wordt vermeld in Tabel 5 hierboven. Figuur 5 illustreert het brosse breukgedrag bij het referentie koolstofvezellaminaat. Na ongeveer 4 mm doorbuiging breekt het laminaat volledig in 2 stukken. Dit in tegenstelling tot alle hybride laminaten die, na het optreden van de eerste breuken in de koolstofvezels, zelfs tot bij een verplaatsing van meer dan 10 mm nog steeds een kracht van ongeveer 1 kN kunnen dragen. Bovendien vertoont het kracht-verplaatsingsdiagramma bij de hybrides een niet-lineair verloop vanaf ongeveer 2 mm doorbuiging waardoor er een soort waarschuwing in de vorm van een blijvende vervorming is, dat de maximale sterkte bijna bereikt is. Na het bereiken van de maximale sterkte daalt de kracht, maar een stuk gradueler dan in het geval van het referentie koolstofvezellaminaat.

Uit Figuur 6 blijkt dat de absolute sterkte bij de hybride laminaten beperkt lager is dan het referentie koolstofvezellaminaat, maar de energie die gedissipeerd wordt tijdens het vervormen/breken van het laminaat is 35 - 125% hoger. Deze energiedissipatie wordt berekend als de oppervlakte onder de kracht-verplaatsingscurve. Het is hierbij belangrijk te vermelden dat de waarden niet genormaliseerd werden naar de dikte van het materiaal. Dit omdat de plaatdikte aangepast wordt om dezelfde geometrische stijfheid te realiseren en dus met een hogere materiaalstijfheid van het laminaat kan een lagere plaatdikte gebruikt worden (om het absolute gewicht te reduceren). Dit zorgt ervoor dat er inherent minder materiaal (bij laminaten A2 en S2) is met als logisch gevolg dat de maximale kracht lager is. Deze daling in sterkte wordt echter gecompenseerd door het beter breukgedrag en de hogere energiedissipatie tijdens breuk. In traditionele composieten wordt een design vaak te sterk gedimensioneerd omwille van het dramatische breukgedrag. De daling in sterkte bij de hybride laminaten zal een in toepassing dus niet noodzakelijk opgevangen moeten worden door een ander design omwille van de sterke verbeteringen in breukgedrag en energiedissipatie.

De voorgaande beschrijving geeft details van bepaalde uitvoeringsvormen van de uitvinding. Het zal echter duidelijk zijn dat, hoe gedetailleerd het voorgaande ook blijkt in tekst, de uitvinding op vele manieren kan toegepast worden. Het moet opgemerkt worden dat het gebruik van bepaalde terminologie bij het beschrijven van bepaalde kenmerken of aspecten van de uitvinding niet moet worden opgevat te impliceren dat de terminologie hierin opnieuw wordt gedefinieerd om te worden beperkt tot specifieke kenmerken van de kenmerken of aspecten van de uitvinding waarmee deze terminologie gekoppeld is.

Behoud van integriteit van hybride plaatstructuren volgens uitvoeringsvormen van de vinding na een impact of overbelasting

In het geval van een volledig koolstofvezellaminaat (en dus niet hybride) zal een impact vanaf een bepaald energieniveau het koolstofvezellaminaat in twee afzonderlijke stukken breken. Het is een voordeel van uitvoeringsvormen van de vinding dat omwille van het ductiele gedrag van de staalvezels zal een hybride laminaat zelfs bij een impact met een hoge energie zijn integriteit behouden, m.a.w. het laminaat is binnenin gebroken, maar blijft nog 1 geheel.

Om dit effect aan te tonen werden laminaten met een breedte van 20 mm ingeklemd in een Huntsman impactor. De impact werd gerealiseerd met een vinger-indentor met een diameter van 20 mm en de inklemming is een ring met een binnendiameter van 40 mm. De impact-setup is daardoor een buigtest waarbij beide zijden ingeklemd worden met een span van 40 mm. Figuur 7 illustreert dat bij een impact van meer dan 16J een volledig koolstofvezelplaat, die bros is, breekt in 2 stukken.

Figuur 8 illustreert een voorbeeld van hybride laminaten met staalvezels volgens uitvoeringsvormen van de vinding (van links naar rechts: A2, S2, A3, S3) na een impact met dezelfde energie waarbij het referentie koolstofvezellaminaat in 2 stukken breekt (16J) zoals beschreven hierboven en geïllustreerd in Figuur 7. In alle gevallen blijven de laminaten uit 1 geheel. Intern in de lagen met koolstofvezelversterking treden er breuken en delaminaties op, maar deze worden door de staalvezellagen bijeengehouden.

Figuur 9 illustreert een voorbeeld van de hybride laminaten met staalvezels volgens uitvoeringsvormen van de vinding (van links naar rechts: A2, S2, A3, S3) na een impact met dubbel zoveel energie waarbij het referentie koolstofvezellaminaat in twee stukken breekt (32J). Zelfs bij een dubbel zo hoge impact energie blijven alle staalvezellaminaten 1 geheel.

Behoud van integriteit van hybride buisstructuren volgens uitvoeringsvormen van de vinding na een impact of overbelasting

Om het behoud van integriteit bij het impacteren van hybride buizen volgens uitvoeringsvormen van de vinding aan te tonen werden buizen geïmpacteerd met een energie van 50J. Hiervoor werden buizen met een buitendiameter van 32 mm opgelegd op twee ondersteuningspunten die 300 mm uiteen staan. De impact werd gerealiseerd met een vinger-indentor met een diameter van 20 mm. De impact-setup is daardoor een 3-punts buigtest waarbij beide zijden vrij opgelegd zijn met een span van 300 mm.

Bij een impact van 50 J breekt een volledig referentie koolstofvezelbuis (dus geen hybride) volledig in twee stukken. Op basis van de opgemeten kracht-verplaatsing van de impactor kan de energie die geabsorbeerd wordt tijdens deze impact opgemeten worden: 37,9 ± 4,6 J. In tegenstelling tot de referentie koolstofvezelbuis behouden alle hybride buizen volgens uitvoeringsvormen van de vinding hun integriteit, m.a.w. ze blijven 1 geheel. De indentor laat een blijvende vervorming na en alle geïmpacteerde energie wordt gedissipeerd in de buis. Bovendien zijn er in vergelijking met de koolstofvezel buis geen scherpe randen of stukken aanwezig in de hybride laminaten waar de staalvezels aan de buitenzijde zijn gelamineerd. Dit wordt ook geïllustreerd in FIG. 10, die het resultaat van een impact van 50J op de testbuizen laat zien: referentie koolstofvezelbuis (links), O1,25HM (midden) en O1,6 (rechts).

Een belangrijk verschil aangetoond hierboven is dus dat het referentiekoolstofvezel laminaat na een hoge impact versplintert in verschillende stukken, terwijl de hybride laminaten volgens uitvoeringsvormen van de vinding in 1 stuk aaneen blijven hangen. En dus dat de structurele residuele mechanische eigenschappen van de hybride composieten van de huidige vinding behouden blijven na een impact of overbelasting. Deze stukken van de hybride composieten blijven aaneenhangen na een impact of overbelasting en bovendien bezitten deze ook nog een bepaalde mechanische performantie. Dit in tegenstelling tot bv. een gebroken eierschaal die bijeengehouden kan worden door het dunne vliesje aan de binnenzijde, maar eigenlijk op geen enkele manier meer belast kan worden. De structuren bezitten na een impact nog residuele mechanische eigenschappen (sterkte, stijfheid) en kunnen zelfs nog een tweede impact verdragen.

Behoud van structurele mechanische eigenschappen na een impact op plaatstructuren Om dit effect aan te tonen werden hybride laminaten volgens uitvoeringsvormen van de huidige vinding met een breedte van 20 mm ingeklemd in een Huntsman impactor. De impact werd gerealiseerd met een vinger-indentor met een diameter van 20 mm en de inklemming is een ring met een binnendiameter van 40 mm. De impact-setup is daardoor een buigtest waarbij beide zijden ingeklemd worden met een span van 40 mm. De laminaten werden geïmpacteerd met een energie van 4J, 8J, 16J en 32J en daarna werden de residuele mechanische eigenschappen getest m.b.v. een trektest en een buigtest.

De trektest werd uitgevoerd op een Instron 4505 met een afstand tussen de klemmen van 150mm en een verplaatsingsnelheid van 2 mm/min. Sample breedte is 30 mm. De buigtest werd uitgevoerd op een Instron 5985, met een 30kN krachtcel. De breedte van de testmonsters is 30 mm, de spanlengte 150 mm. De verplaatsingssnelheid is 5 mm/min. De dikte van de testsamples wordt vermeld in Tabel 5.

Figuur 11 illustreert het behoud van de residuele trekkracht in functie van de impactenergie op het sample voor de trektest. Opnieuw is het effect van de gereduceerde dikte sterk aanwezig. De laminaten S2 en A2 vertonen een lagere maximale kracht bij een niet geïmpacteerd testmonster (0J). Ook bij de geïmpacteerde testen op laminaten S2 en A2 is de residuele sterkte bij lage impactenergieën lager dan het referentiemateriaal. Dit wordt enerzijds veroorzaakt doordat er een dunner laminaat geïmpacteerd wordt, maar anderzijds ook doordat in de trektest de doorsnede van het materiaal dunner is omwille van de gereduceerde dikte. Desondanks is de daling in treksterkte ten gevolge van de impact gradueler in vergelijking met het referentiemateriaal. Bovendien bezitten alle hybride laminaten volgens uitvoeringsvormen van de vinding na een impact van 32J nog steeds ongeveer een kwart van de maximale trekkracht bij een niet-geïmpacteerd sample. Dit in tegenstelling tot het koolstofvezellaminaat dat maximaal slechts ± 25 J kan absorberen en na een impact met dergelijk energieniveau in 2 of meerdere stukken breekt. Indien de dikte van het hybride materiaal gelijk of hoger is, dan is de residuele trekkracht van het hybride materiaal in alle gevallen hoger dan het referentiemateriaal.

Figuur 12 illustreert, in functie van de impactenergie op het sample voor de trektest, hoeveel energie nog gedissipeerd kan worden in een trektest op een geïmpacteerd sample. Net als bij de maximale trekkracht is het effect van de gereduceerde dikte belangrijk. Opnieuw is de daling gradueler voor de hybride laminaten. Vanaf een impact van 16J scoren alle hybride laminaten beter en kunnen deze laminaten nog steeds 1/3 energie dissiperen ten opzichte van het referentielaminaat. Een gelijkaardige test werd uitgevoerd met een 3-puntsbuigtest als 2e test. Hierbij is het belangrijk dat de belasting op dezelfde manier wordt aangebracht: impact in 3-puntsbuiging en meten van residuele eigenschappen in 3-puntsbuiging. Omdat dit een gelijkaardige belasting is groeien de scheuren die bij een impact ontstaan zijn gemakkelijker verder. Daardoor daalt de kracht die nog gedragen kan worden door het referentielaminaat (zoals geïllustreerd in Figuur 13) sneller in vergelijking met voorgaande test. Bij een impact van 16J bezit het laminaat in de trekrichting nog een residuele sterkte, in buiging is de maximale kracht verwaarloosbaar klein.

Het effect van de toevoeging van de ductiele vezels (e.g. staalvezels) is daardoor nog prominenter aanwezig. De staalvezels breken namelijk niet tijdens de impact, maar dissiperen energie door plastische vervorming. Bij het opnieuw belasten in dezelfde richting kunnen de staalvezels daardoor nog steeds een hoge belasting dragen.

Bij een impact van 4J op het referentielaminaat daalt de residuele buigsterkte reeds tot 37% van de initiële buigsterkte. Bij de hybride laminaten is een impact van 32J nodig om een gelijkaardige reductie in buigsterkte te realiseren.

Net als hoger vermeld is de energie die een hybride laminaat kan dissiperen tijdens een buigtest een stuk hoger dan het referentielaminaat. Dit blijft ook het geval na een impact (zoals geïllustreerd in Figuur 14). Bij lage energieën is zelfs zodanig dat er kleine scheuren en delaminaties optreden in de koolstofvezellagen dan gradueler doorgroeien in de buigtest, waardoor in sommige gevallen nog meer energie gedissipeerd worden tijdens de buigtest in vergelijking met een niet geïmpacteerd sample.

Na een impact is de energie die nog gedissipeerd kan worden in een buigtest 126% -465% hoger bij de staalvezelhybrides.

Behoud van structurele mechanische eigenschappen na een impact op buizen Hetzelfde type test wordt uitgevoerd op hybride buizen volgens uitvoeringsvormen van de vinding. Hierbij werden buizen met een buitendiameter van 32 mm opgelegd op 2 ondersteuningspunten die 300 mm uiteen staan. De impact werd gerealiseerd met een vinger-indentor met een diameter van 20 mm en een impactenergie van 30J. Nadien wordt een buigtest met een span van 300 mm uitgevoerd op een Instron 5985, met een 30kN krachtcel. De verplaatsingssnelheid is 5 mm/min.

Figuur 15 illustreert de residuele buigsterkte van de buizen na een impact van 30J. In het geval van de hybride buizen "1,2" en "1,25HM" is de wanddikte van de buizen dusdanig lager dan de referentiebuis dat de residuele sterkte lager is dan de referentie. Dit is opnieuw doordat er minder materiaal is om de impactenergie te absorberen. Indien de wanddikte slechts beperkt lager is ("1,4") of hetzelfde is ("1,6") dan is de residuele sterkte een stuk hoger. Bij de buis O1,6 is de residuele buigsterkte na een impact van 30J tot 113% hoger.

Indien niet de residuele sterkte vergeleken wordt, maar de mate waarin nog energie gedissipeerd kan worden (zoals geïllustreerd in Figuur 16), dan is het effect nog groter. De buizen met een gelijkaardige wanddikte kunnen tot 140% meer energie dissiperen in de 3-puntsbuigtest na de impact van 30J.

In Figuur 17 wordt de kracht-verplaatsingsgrafiek weergegeven van buizen die na een impact van 30J (met dezelfde set-up) aan een compressietest worden onderworpen.

De maximale kracht is enkel voor buis O1,6 gelijkaardig aan het referentiemateriaal. Dit wordt echter veroorzaakt door een geometrisch effect. Na de impact op het referentiemateriaal keert de buis terug naar zijn oorspronkelijke vorm, met interne beschadiging. Wanneer de buis vervolgens in compressie wordt belast, worden de beschadigde delen terug op elkaar gedrukt en pas wanneer de kracht hoog genoeg is groeien de scheuren snel door en knikt de buis (zoals geïllustreerd in Figuur 18).

In het geval van de hybride buizen blijft er een residuele vervorming. Op de plaats waar er een impact is geweest, is de geometrie in de compressietest dus anders dan in het referentiemateriaal (zoals geïllustreerd in Figuur 19). De blijvende deuk in de buis zorgt ervoor dat in een compressietest de buis bij kleinere verplaatsingen reeds zal knikken, waardoor er geen hoge kracht kan opgebouwd worden. Dit effect is duidelijk afhankelijk van (en aanpasbaar door) de wanddikte van de buis. De dunne buizen hebben een grotere blijvende vervorming waardoor de kracht slechts zeer beperkt zal opbouwen. Echter in combinatie met de ductiele vezels zal het uitknikken van de buis gradueel gebeuren. Het falingspatroon is dus voordeliger ten opzichte van het referentiemateriaal. De kracht die gedragen kan worden tijdens het uitknikken zal namelijk niet plotseling wegvallen (zoals de referentie koolstofbuis), maar gradueel minderen.

Bij een impact op een koolstofvezellaminaat of buis zal het materiaal elastisch terugveren. De interne schade die aanwezig is, is moeilijk of niet zichtbaar.

Een voordeel van het gebruik van de hybride laminaten volgens uitvoeringsvormen van de vinding is dat mogelijke schade (vooraleer volledige breuk optreedt) in het composietonderdeel veel eenvoudiger te traceren is. Tegenwoordig kan inwendige schade alleen getraceerd worden via complexe inspectietechnieken (bv. CT-scan, ultrasoon onderzoek). Een impactbelasting op een hybride composiet met staalvezels zal niet alleen interne schade veroorzaken, maar ook een deuk achterlaten in het composietonderdeel (zoals geïllustreerd in Figuur 20), wat makkelijk oppervlakkig te inspecteren is. Afhankelijk van de lay-up en de hoeveelheid staalvezels kan onderzocht worden wat de grootte van de deuk moet/mag zijn om in te schatten hoeveel inwendige schade in het onderliggende koolstofvezelcomposiet aanwezig is. Om effectief de schade op te meten, moet dan enkel lokaal dure meetapparatuur ingezet worden.

Staalvezels met eenzelfde breukrek (of hoger) maar met een hogere vloeigrens zouden een hybride composiet opleveren met een grotere energiedissipatie bij breuk. Indien de breukrek bij een hogere vloeigrens ook lager is, zal een optimum tussen de twee bestaan waarbij de grootste energiedissipatie optreedt. Hogere breukrekken zijn typisch mogelijk bij hogere diameters van staalvezels, terwijl de vloeigrens van de thermomechanische behandeling afhankelijk is.

Om een maximaal resultaat in de hybride composiet te verkrijgen dienen ten minste de ductiele vezels, e.g. staalvezels, bij voorkeur zo goed mogelijk verankerd te zijn in het matrixmateriaal. Dit kan omwille van het ruwe oppervlak van de gebundeltrokken staalvezels, maar dit zou ook machinaal of chemisch aangebracht kunnen worden. Anderzijds kan een coating gebruikt worden (bv. met silanen) om een betere verankering te verkrijgen.

Een voorkeurdragende parameter is de lokale vezelvolumefractie. Bij een hoge pakking kunnen de staalvezels een hogere breukrek bezitten. Het is dus voorkeurdragend om na de productie van de vezels, de vezels zoveel mogelijk in dezelfde pakking in de composiet te steken.

Wanneer structureren of weefsels gebruikt worden (bv. koolstofvezelweefsel of staalweefsels) om de hybride composieten te genereren, is een zo laag mogelijke twist en krimp voorkeurdragend.

Hybride composieten volgens uitvoeringsvormen van de huidige vinding kunnen, bijvoorbeeld in buisvorm, gebruikt worden als voorvork van een fiets. Dit is geïllustreed in Figuren 21a en 21b. Wit is de hybride variant volgens de huidige vinding, zwart is de volledig koolstofvezelvariant. De foto toont het verbeterde effect van de hybride composieten bij de geteste voorvorken. De voorvorken werden éénzijdig ondersteund aan de stuurbuis en werden drie maal geïmpacteerd met 110 J. Opnieuw is het hierbij belangrijk dat de test setup een belangrijke invloed speelt in de energie die gedissipeerd kan worden. Doordat de volledige voorvork elastisch kan veren wordt een groot deel van de energie in elastische vervorming omgezet. Daardoor is de energie die men nodig hadden om dergelijke schade te veroorzaken zo groot.

Claims

Conclusies

1.- Een hybride composiet, de hybride composiet omvattende: een thermoplastische of thermoset matrix, waarin brosse en ductiele vezels (1) aanwezig zijn, met het kenmerk dat de ductiele vezels ongetwist zijn, de stijfheid van de brosse en ductiele vezels groter is dan 150Gpa, de ductiele vezels een breukrek hebben groter dan 5% waarbij de vezels zodanig zijn geconfigureerd zodat de ductiele vezels (1) van de hybride composiet bij een impact of overbelasting energie dissiperen door plastische vervorming van de ductiele vezels (1) en het hybride composiet zijn integriteit behoudt na een impact of overbelasting.
2. - De hybride composiet van claim 1, waarin de hybride composiet na een impact of overbelasting van ten minste 4 J per milimeter dikte in een 3-puntsbuigtest waarbij beide zijden ingeklemd worden met een span van 40 mm zijn integriteit behoudt.
3. - De hybride composiet van een der vorige conclusies, waarin de hybride composiet zijn structurele residuele mechanische eigenschappen behoudt na een impact of overbelasting en dus een tweede impact of overbelasting kan verdragen.
4. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarbij de vezelvolumefractie van de ductiele vezels (1) kleiner is dan 50% van de totale hoeveelheid vezels, bij voorkeur kleiner is dan 20%, bijvoorbeeld tussen de 3% en 10%.
5. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarbij de stijfheid van de brosse en ductiele vezels bij voorkeur groter is dan 200 Gpa.
6. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarbij de breukrek van de ductiele vezel groter is dan 20%.
7. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarbij de vezels bij voorkeur een diameter hebben kleiner dan 100.m en bij voorkeur kleiner dan 40.m.
8. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarbij de brosse en/of ductiele vezels een ruw en/of onregelmatig oppervlak heeft zodat ze beter in de matrix hechten.
9. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarbij de vezels dicht bij elkaar worden g epakt.
10. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarbij de ductiele vezels polygonale doorsnedes omvatten en g oed in elkaar passen wanneer de ductiele vezels unidirectionaal g eplaats worden en een lokaal hog e vezelvolumefractie realiseren.
11. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarbij de ductiele vezels unidirectionaal geplaatst worden in een homogene laag.
12. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarbij de brosse vezels unidirectionaal geplaatst worden in een homogene laag.
13. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarbij de ductiele vezels in een weefsel (100) zijn voorzien.
14. - De hybride composiet volgens conclusie 13, waarbij een garen (10) met ongetwiste ductiele vezels (1) gebruikt worden als inslaggaren en waarbij de ketting richting bestaat uit een ongetwiste polymeer garen (20) met een hoge krimp.
15. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarbij de brosse vezels in een weefsel zijn voorzien.
16. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarbij de ductiele vezels loodrecht volgens hun lengteas, op een verwachte scheurgroei van de composiet, zijn voorzien.
17. - De hybride composiet volgens een der vorige conclusies, waarin de brosse vezels en ductiele vezels in een interlaag configuratie zijn voorzien resulterend in een hybride laminaat, met ten minste één ductiele vezellaag.
18. - De hybride composiet volgens conclusie 17, waarbij de ten minste één ductiele vezellaag aan ten minste één oppervlakte van de composiet wordt geplaatst; daar waar de grootste vervormingen kunnen optreden en waar de scheurgroei de grootste opening kan vertonen.
19. - De hybride composiet van conclusie 18, waarbij de ten minste één ductiele vezellaag aan ten minste één grootste oppervlakte van hybride composiet wordt geplaatst;
20. - De hybride composiet volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de brosse vezels koolstofvezels zijn.
21. - De hybride composiet volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de ductiele vezels roestvaste staalvezels zijn.
22. - De hybride composiet volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de composiet een laminaat of sandwichplaat is.
23. - De hybride composiet volgens een der conclusies 1 tot 22, waarbij de composiet een buis of profiel is.
24. - De hybride composiet van conclusie 23, waarin de kromming van de buis of profiel bijdraagt tot de integriteit van de hybride composiet.
25. - Een werkwijze voor het maken van een hybride composiet volgens een der voorgaande conclusies, de werkwijze omvattende: - het plaatsen van de brosse en ductiele vezels op een mal met een bepaalde vorm; - infuseren van de vezels met een thermoplastische of thermoset hars om tot een hybride composiet te komen.
26. - Een werkwijze voor het maken van een hybride composiet volgens een der conclusies 1 tot 24, de werkwijze omvattende: - het voorzien van een voorwerp dat brosse vezels bevat; - voorzien van een ten minste één ductiele vezellaag aan ten minste één oppervlakte van het voorwerp;
27. - De werkwijze volgens conclusie 26, de werkwijze verder omvattende: - infuseren van de vezels met een thermoplastische of thermoset hars om tot een hybride composiet te komen.
28. - Gebruik van de hybride buis volgens conclusie 23 als onderdeel van een fietskader en bij voorkeur als fietsvork.