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Verfahren zur Herstellung von Konstruktions-und Formteilen aller Art aus mit Bindemitteln versehenen Faserstoffgebilden.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Konstruktions-und Formteilen aller Art und hoher Sehlagbiegefestigkeit, insbesondere für den Aufbau von Flugzeugen, Kraftwagen und Wasserfahrzeugen aus Faserstoffbrei durch schichtweises Ablagern und Verfilzen der Fasern in einer durchlässigen Form od. dgl. unter Austreiben der Aufschlämmflüssigkeit, wobei einer oder mehreren Schichten Bindemittel beigefügt werden.
Es ist einerseits bekannt, aus Faserstoffbrei hergestellte Formteile mit wasserabstossenden Mitteln zu versehen oder ihre Oberfläche durch Aufbringen einer Schutzschicht gegen Feuchtigkeit und Abnutzung widerstandsfähig zu machen. Diese Arten der Behandlung haben jedoch keinen nennenswerten Einfluss auf die auf den ganzen Querschnitt bezogenen Festigkeitseigenschaften.
Anderseits ist es auch bekannt, Aufbauteile für Kraftfahrzeuge oder sonstige Konstruktionsteile durch Aufeinanderschichten von mit Kunstharz getränkten Papierbahnen unter Anwendung von Druck und Hitze herzustellen. Dieses Arbeitsverfahren konnte aber aus verschiedenen Gründen nicht befriedigen.
Soweit die gut formbaren regellosen Kunstharzpressmassen, wie z. B. solche mit Holzmehl, Faserstoffschnitzeln und Gewebeschnitzeln als Füllstoff Anwendung fanden, gelang es nicht, eine ausreichende Bruchfestigkeit zu. erzielen. Formteile mit besserer Festigkeit können zwar erhalten werden, wenn man bei ihrer Herstellung von mit Kunstharzen imprägnierten Faserstoff-oder Gewebebahnen ausgeht, deren Formbarkeit bei richtiger Durchbildung des Pressverfahrens noch ausreichend sein kann. Die aus diesen schichtbaren Stoffen herstellbaren homogenen Formteile, welche über ihren gesamten Querschnitt gleiche Zusammensetzung und gleiche Struktur besitzen, da sie gleichmässig von dem Bindemittel durchdrungen sind, haben jedoch neben sonst guten Werkstoffeigenschaften den Nachteil zu geringer Zähigkeit.
Eine Überbeanspruchung derartiger Formteile, die bei ihrer Benutzung zum Aufbau von Fahrzeugen oft eintritt, führt infolge der bekannten hohen Kerbempfindlichkeit dieser Stoffarten zu Brüchen mit grosser Splitterwirkung. Dieser Nachteil beeinträchtigt die Verwendbarkeit naturgemäss sehr stark.
Alle aufgezählten Nachteile der bekannten Verfahren werden durch das Verfahren zur Herstellung von Konstruktions-und Formteilen gemäss der Erfindung vermieden.
Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittel, wie vorzugsweise härtbare Kunstharze oder thermoplastische Kunststoffe derart in den Querschnittsschichten des Formkörpers verteilt werden, dass Zonen mit hohem Bindemittelgehalt allmählich oder stufenweise in Zonen mit geringerem Bindemittelgehalt oder in bindemittelfreie Zonen innerhalb des Formkörperquerschnittes übergehen, worauf dann die Formteile unter Anwendung von Druck verdichtet bzw. unter gleichzeitiger Anwendung von Druck und Hitze verdichtet und gehärtet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren unterscheidet sich in verschiedenen Dingen vorteilhaft von dem bisherigen Stande der Technik auf diesem Gebiet. Der eine Vorteil besteht darin, dass aus den in Flüssigkeiten verteilten Faserstoffen die verschiedensten Formen von Aufbauteilen durch Austreiben der Flüssigkeit auf verhältnismässig einfache Weise und mit ganz beliebiger Wandstärke erzielt werden können, wobei es vor allen Dingen leicht ist, kontinuierlich verlaufende Übergänge von geringeren zu grösseren Wandstärken sowie örtliche Verstärkungen des Querschnittes zu erzielen. Der zweite Vorteil liegt darin, dass Festigkeit und Zähigkeit des mit zonenmässig ansteigendem bzw. abnehmendem
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gehend gleichmässiger Bindemittelverteilung, dass z. B. die Werte für die Schlagbiegefestigkeit teilweise mehr als doppelt so hoch liegen.
Ein weiterer Vorteil liegt in der die Festigkeit erhaltenden, schonenden Behandlung der Faserstoffe, da mit Rücksicht auf die vorhergehende Formung des Konstruktionoder Formteiles die der Art des angewandten Bindemittels angepasste Nachbehandlung vorzugsweise nur mehr in einer Verdichtung und Erhärtung besteht.
Als Bindemittel können vorteilhaft Kunststoffe verwendet werden, z. B. härtbare und thermoplastische Kunststoffe, wie z. B. härtbare und nicht härtbare Kunstharze, Polymerisate, Mischpolymerisate, Zelluloseester und Zelluloseäther, ferner aber auch Bitumen, Asphalte und sonstige Bindemittel, auch solche anorganischer Art. Diese Bindemittel werden während oder nach der Herstellung des Formteiles in dieses eingebracht, wobei man das Bindemittel, z. B. in Form von Lösungen verschiedener Konzentration, sich einsaugen lässt, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Druck und
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Vakuum. Das Bindemittel kann aber auch von vornherein dem Faserstoffbrei, z. B. in aufgesehlemmtem Zustande, zur Erzielung der verschiedenen Bindemittelgehalte absatzweise und in verschiedenen Dosen beigegeben werden.
Es können auch Bindemittel verschiedener Art in beliebiger Anzahl und Menge, auch untereinander gemischt, gleichzeitig Anwendung bei der Herstellung der Formteile finden. Ferner können Stoffe, die keinen Bindemittelcharakter besitzen, mitverwendet werden, z. B. wasserabstossende und die Verbrennung hemmende Chemikalien, vorzugsweise zum Schutz der bindemittelärmeren und bindemittelfreien Zonen.
Gemäss der Erfindung wird zweckmässig so verfahren, dass die eine Zone, wie z. B. die Oberseite des Formkörpers, den höchsten Bindemittelgehalt besitzt und dass dieser Gehalt nach der gegenüberliegenden Seite, wie z. B. nach der Unterseite des Formkörpers, stetig oder gegebenenfalls auch stufenweise auf einen beliebig kleinen Wert bzw. auf Null abnimmt. Die Verteilung der Schichten kann aber auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen, indem die Unterseite des Formteiles den höchsten Bindemittelgehalt besitzt, der nach der Oberseite hin abnimmt. Nach diesem Verfahren werden Formteile mit ganz besonders hoher Bruchsicherheit und Zähigkeit erzielt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann aber auch so verfahren werden, dass die beiden äussersten Zonen des Formteiles bzw. Ober-und Unterseite den höchsten Gehalt an Bindemittel besitzen und dass dieser Gehalt nach der Mitte des Querschnittes bzw. dem Kern zu stetig oder auch stufenweise auf einen beliebig kleinen Wert bzw. bis auf Null abnimmt. Auch für diesen Fall ist die Möglichkeit der Umkehrung gegeben, indem erfindungsgemäss die Kernzone des Querschnittes den höchsten Bindemittelgehalt aufweist und dieser Gehalt nach der Ober-und Unterseite des Formteiles hin stetig oder auch stufenweise auf einen beliebig kleinen Wert bzw. bis auf Null abnimmt. Man erzielt so je nach der einen oder andern Arbeitsweise Formteile mit weichem Kern und harter Oberfläche oder solche mit hartem Kern und weicher Oberfläche.
In einem einzigen Formteil können jedoch auch Zonen mit hohem und geringerem Bindemittelgehalt und gegebenenfalls Zonen ohne Bindemittelgehalt beliebig oft, in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Ausdehnung enthalten sein und in beliebiger Richtung verlaufen. Derartige Formteile besitzen neben hoher mechanischer Festigkeit hervorragende Dämpfungseigenschaften.
Die Zonen mit hohem Bindemittelgehalt und die Zonen mit geringerem Bindemittelgehalt und die bindemittelfreien Zonen können aber auch noch anders als schichtförmig, z. B. auch streifenoder gitterförmig ausgebildet sein, so dass z. B. in einem Formkörper ein gitterförmiges Gerüst mit hohem Bindemittelgehalt in bindemittelärmerer oder bindemittelfreier Faserstoffmasse eingebettet ist. Hiebei erhält man ein Formteil, bestehend aus einem harten und steifen Gerippe mit einer weichen, aber dafür zähen Masse in den Zwischenräumen desselben.
Diese streifen-oder gitterförmigen Zonen können aber auch noch zusätzlich bei den andern beschriebenen Kombinationen angewendet werden, so dass z. B. ein Formteil hergestellt wird, welches an der Ober-und Unterseite Zonen mit hohem Bindemittelgehalt aufweist und in dem bindemittel- ärmeren oder bindemittelfreien Kern nochmals ein gitterförmig ausgebildetes Gerüst mit hohem Bindemittelgehalt eingebettet enthält. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, mehrere derartige Faserstoffgebilde mit zonenmässig verschieden verteiltem Bindemittelgehalt, auch solche verschiedener Gestalt, in beliebiger Reihenfolge zu kombinieren und dann zu einem einheitlichen Formkörper zu vereinigen, da man auf diese Weise Formkörper beliebiger Stärke und Gestalt erhalten kann.
Je nach dem benutzten Bindemittel erfolgt die Fertigstellung des betreffenden Formkörpers.
Sofern z. B. härtbare Kunstharze Verwendung finden, werden die damit versehenen Formkörper unter Druck und Hitze verdichtet und erhärtet.
Ferner können gemäss der Erfindung zur Verbesserung der Oberfläche oder zur Versteifung oder zum Zweck der Schaffung von Verbindungsmöglichkeiten Teile von beliebiger Form und Stoffart, wie z. B. Teile aus Holz, Metallen oder Kunststoffen, ferner Seile, Geflechte oder Gewebe aus Faserstoffen oder Metallen, ferner Folien aus Holz, Metallen, Vulkanfiber oder Kunststoffen in die Formteile eingebettet oder auch auf die Formteile aufgebracht werden, u. zw. sowohl nur an gewissen Stellen als auch durchgehend.
Schliesslich können bei der Herstellung der Konstruktions-und Formteile vorteilhaft andere Teile, wie z. B. die für den späteren Zusammenbau erforderlichen Verbindungselemente, wie Scharniere, Ansätze, Nocken, Profile, Buchsen, Lagerstellen, Rohre und Leisten beliebiger Form und Stoffart miteingesetzt werden.
Beispiel 1 : (Stufenweise abnehmbarer Harzgehalt). Es werden 5 Chargen von in Wasser aufgeschlämmten Zellulosefaserstoffen mit fein gepulvertem Phenol-Formaldehyd-Harz vorbereitet, wobei der Anteil von Faserstoffen zum Kunstharz, in Gewichtsteilen ausgedrückt, folgender ist :
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4. Charge 20 : 80,5. Charge : 10 : 90.
Diese Chargen werden der Reihe nach in eine Siebform gebracht, wobei nach dem Entfernen der Flüssigkeit der Faserstoff-Formling aus den verschiedenen Chargen mit den entsprechend zusammengesetzten Querschnitten entsteht. Dieser Formling wird dann der Form entnommen und in einer
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hydraulischen Presse bei einem Druck von etwa 200 bis 400 7cg/cm2 und einer Temperatur von 145 bis 1650 C bis zur Aushärtung gepresst und erforderlichenfalls anschliessend gekühlt.
Beispiel 2 : Es werden 5 Chargen aus-mit Natron-Zellulose-Faserstoff und fein gepulvertem Phenol-Formaldehyd-Harz vorbereitet, wobei der Anteil von Faserstoff zum Kunstharz, in Gewichtsteilen ausgedrückt, folgender ist :
1. Charge : 30 Gew.-T. KH : 70 Gew.-T. Faserstoff, 2. Charge : 20 : 80,3. Charge 10 : 90, 4. Charge : 20 : 80,5. Charge 30 : 70. Diese Chargen werden wiederum der Reihe nach in die Siebform eingebracht, wobei dann ein Faserstoff-Formling mit von der Querschnittsmitte nach aussen zunehmendem Harzgehalt entsteht. Die Weiterverarbeitung dieses Formlings erfolgt gemäss Beispiel 1.
Beispiel 3 : Wenn die Chargen in folgender Weise vorbereitet werden :
1. Charge : 10 Gew.-T. KH : 90 Gew.-T. Faserstoff, 2. Charge : 20 : 80,3. Charge : 30 : 70, 4. Charge : 20 : 80,5. Charge 10 : 90, dann entsteht ein Faserformling mit von der Querschnittsmitte nach aussen abnehmendem Harzgehalt. Die Weiterverarbeitung dieses Formlings erfolgt wiederum gemäss Beispiel 1.
Beispiel 4 : Je zwei Faserformlinge, die ohne schichtweise Verteilung des Bindemittels hergestellt wurden und ein Faserformling gemäss Beispiel 1 werden in einer gemeinsamen Form unter Druck und Hitze bis zur Aushärtung verarbeitet. Man erhält so einen Formkörper, der an den Aussenwänden den grössten Harzgehalt und der ausserdem einen von harzarmen Schichten begrenzten harten, harzreichen Kern besitzt. In diese Formkörper können vor dem Einbringen in die Pressform Rahmenteile, Buchsen und Scharniere eingebettet werden, die dann während des Pressens mit den Formkörpern fest vereinigt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Konstruktions-und Formteilen aller Art hoher Schlag-
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od. dgl. unter Austreiben der Aufschlämmflüssigkeit, wobei einer oder mehreren Schichten Bindemittel beigefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittel, wie vorzugsweise härtbare Kunstharze oder thermoplastische Kunststoffe, derart in den Querschnittsschichten des Formkörpers verteilt werden, dass Zonen mit hohem Bindemittelgehalt allmählich oder stufenweise in Zonen mit geringerem Bindemittelgehalt oder in bindemittelfreie Zonen innerhalb des Formkörperquerschnittes übergehen, worauf dann die Formteile unter Anwendung von Druck verdichtet bzw. unter gleichzeitiger Anwendung von Druck und Hitze verdichtet und gehärtet werden.