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Récipients en fibres de verre imprégnées,
La présente invention concerne des objets moulés renforcés par des fibres, et l'invention concerne plus particulièrement les récipients ou réservoirs creux fabriqués en posant des' nattes de fibres non tissées approximativement sous la forme du récipient ou réservoir qui doit être produit, et en,les imprégnant d'un liquide qui est soumis à la cuisson ou solidi- fication par application d'un agent de solidification tel que la chaleur, et obtenir de cette manière une structure creuse
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substantiellement hogomène, sans couture.
Pendant ces dernières années récentes, la fabrication d'articles moulés renforcés par des fibres a été considéra- blement stimulée parce que d'un côté l'équilibre entre le coût de la matière et le coût de la fabrication, et d'un autre coté l'utilité, la résistance et la'durabilité se comparaient favorablement avec des équilibres similaires obtenus en connexion avec des méthodes et produits plus anciens et plus conventionnels.
L'une des applications dans lesquelles les objets moulés renforcés par des fibres se sont montrés pleines d'avenir est la fabrication des récipients d'adoucisseurs d'eau pour usages domestiques, et d'autres objets creux de grandes dimensions étanches à l'eau e@@résistant aux matières chimiques, Cependant, le progrès dans ce domaine particulier a été restreint à cause des trais élevés et autres inconvénients inhérents à la fabri- cation de plusieurs sous-assemblages avant l'assemblage final et fabrication du produit fini.
Des essais pour former une grande unité solidaire, d'une pièce, par une seule opération ou formation de moulage sous pression n'ont pas réussi à cause de la nature fugitive d'un nattage de fibres lorsqu'elles sont contenues et comprimées entre des parois espacées étroitement entre lesquelles des résines liquides conventionnelles solidifiables sont forcées sous pression.
Par exemple, lorsque le nattage de fibres se fait sous la forme approximative de l'objet désiré et est entouré par un moule externe rigide entre les parois du moule et un sac ou enveloppe rempli de fluide et capable de se dilater pour appliquer la pression désirée afin de donner la forme requise au nattage et qu'ensuite un liquide . d'imprégnation est forcé à travers le nattage pour le pénétrer, le liquide agit comme lubrifiant et les fibres tendent à s'écouler avac le liquide en détruisant la conformation du nattage formé.
La pénétration du nattage de fibres par le liquide d'imprégnation
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a été également accompagnée par l'emprisonnement de poches d'air.à l'intérieur du nattage de fibres entrelacé, ce qui a pour résultat la formation de vides dans le produit final, De tels vides affaiblissent très sérieusement les parois du produit final et le rendent inutile,
Selon la présente invention, des récipients creux d'une pièce, renforcés par des fibres, peuvent être moulés sous pression avec succès et de manière économique. Les objets fabriqués selon la présente invention sont renforcés dans toute leur masse avec des fibres nattées distribuées substantiellement uniformément, d'une manière qui sera décrite ci-après. L'emprisonnement de l'air et la formation de vides est supprimée.
L'épaisseur de la paroi du produit final est substantiellement uniforme. Toutes les parties du produit final sont coulées en une seule pièce, y compris les parois d'extrémité et une structure de base supportant le produit employé.
La méthode décrite ici envisage la pénétration partielle des parois d'une forme creuse d'un nattage de fibres par une résine se rigidifiant par la chaleur ou analo- gue, pendant que le nattage n'est que sous une pression légèrement faible, et en comprimant ensuite progressivement les parois de telle manière que la résine soit distribuée dans tout le nattage en réalisant les effets désirés de moulage sous pression et en évitant en même temps la migra- tion des fibres et la destruction des nattes de fibres posées, La méthode réduit le coût de la fabrication de récipients creux de grandes dimensions renforcées par des fibres, et
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d'autres objets similaires.
'Selon la présente invention des récipients de grandes dimensions renforcées par des fibres sont obtenus qui sont plus utiles et plus durables que ceux connus jusqu'à présent.
La présente invention concerne un produit en forme de réservoir.
Les objets de la présente invention sont d'éviter les manques de continuités dans le renforcement des fibres de la structure du réservoir de manière à prévoir une distri- bution substantiellement uniforme de fibres mélées ou réunies', entre elles ; éviter les bulles ou poches d'air et autres discontinuités similaires dans la résine dans laquelle les fibres de renforcement sont introduites de manière à former une masse de résine renforcée ayant une résistance maximum et une porosité minimum ; prévoir une densité élevée de renforcement de fibres entremêlées pour toute la masse du réservoir ;
prévoir des parties épaissies des parois du réservoir autour d'ouvertures formées dans la paroi du réservoir, destinées à réduire au minimum la tendance naturel- le des dites parties épaissies afin de concentrer les efforts autour de leur périphérie dans la paroi du réservoir et à affaiblir ainsi celui-ci dans cette région ;augmenter la résistance des réservoirs renforcés de fibres aux attaques par les matières chimiques et les effets de détérioration de l'eau chaude et de la vapeur, et prévoir une structure de base capable d'être formée solidairement avec le réservoir pour suporter celui-ci en emploi dans affaiblir la structure du réservoir ou provoquer des complications dans sa fabrication par les méthodes précédemment proposées.
En général, les structures préférentielles de récipients
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selon la présente invention sont des cylindres allongés présentant-des parois d'extrémités convexes vers l'extérieur;., au moins l'une des paroi d'extrémité présentant une ouverture centrale communiquant avec l'intérieur du récipient.
Dans de nombreux modes de réalisations de l'invention au moins une ouverture supplémentaire est prévue en tout endroit désiré de la paroi latérale cylindrique du récipient, la paroi latérale étant épaissie autour de la périphérie de l'ouverture additionnelle pour former un renforcement dans cette région et fournir une longueur adéquate d'ouverture pour vidange destinée à recevoir un conduit fileté de connexion, et l'épaisseur de la partie épaissie diminuant graduellement en direction radiale vers l'extérieur depuis' l'ouverture qui y est formée, pour se fondre graduellement avec la paroi latérale environnante.
Dans certains mode de réalisation de l'invention, le renforcement de fibres à la surface interne du réservoir est composé d'une matière choisie de manière à prévoir une résistance maximum du récipient aut attaqs chimiques et/ou à l'action nuisible de l'eau et de la vapeur, tandis que le renforcement de fibres pour le restant du corps du récipient est fait en une matière différente choisie de manière à donner la résistance maximum pour une quantité donnée ou coût donné de matière fibreuse.
Ces objets et avantages de la présente invention, et d'autres objets et avantages encore, deviendront évidents de la description qui suit de l'invention donnée à titre d'exemple.
Dans les dessins ci-joints accompagnant la description la figure 1 montre, quelque peu schématiquement, une phase initiale ou préparatoire dans la fabrication de récipients
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creux renforces par des fibres selon l'exemple de 1'invention qul est décrit ici.
La figure 2 montre l'insertion d'un rouleau de nattage de fibres dans un segment de moule cylindrique d'une manière consistante avec la pratique de l'exemple de l'invention qui est décrit ici.
La figure 3 est une vue en co@@e de la partie supérieure de droite d'un appareil de moulage suivant la pratique de la présente invention, les sections du moule étant séparées et des formes de fibres étant insérées en place pour être ensuite imprégnées et moulées selon l'invention.
La figure 4 est une vue similaire à la figure 3 montrant' la partie inférieure de droite d'appareil servant à la production de re rvois selon l'invention.
La figure 5 est une vue en coupe montrant un appareil de moulage pour produire les réservoirs selon la présente' invention avec toutes les sections du moule fermées et avec une enveloppe centrale pouvant se dilater, à l'état presque complètement dilaté, mais sans que de la résine soit déjà introduite dans le moule.
La figure 6 est une vue similaire à la figure 5, mais plus schématique montrant un appareil pour la production de réservoirs selon la présente invention juste après l'intro- duction de la résine dans le moule.
La figure 7 est une vue similaire à la figure 6 montrant un appareil pour la production de réservoirs selon la présente invention après la phase de compression des parois de fibres qui ont été posées dans la chambre de moulage et qui ont été imprégnées avec de la résine.
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La figure 8 est un dessin en perspective d'un nattage cylindrique de fibres pouvant être employé dans la présente invention.
La figure 9 est un dessin d'un couvercle d'extrémité de fibres, pouvant être employé selon l'invention.
Les figures 10 et 11 sont des modèles de forme additionnelles de fibres pouvant être employés selon la présente invention.
Les figures 12 et 13 sont des vues fragmentaires en coupe de deux formes d'appareil de moulage et de structure résultante de réservoir ayant pour résultat des réservoirs non satisfaisants soumis à des accidents dans la région de la structure de base ou dans la région de jonction de la structure de base avec le corps du réservoir, ces vues étant données ici pour faciliter l'explication de problèmes de construction et de fabrication de réservoirs qui sont inhérents dans l'appareil dans le produit illustrés, et qui sont évités par la présente invention.
La figure 14 est une vue fragmentaire en coupe d'un mode préférentiel de réalisation d'un appareil de moulage et de la structure résultante de réservoir produisant des réservoirs satisfaisants et qui plus particulièrement évitent les problèmes de construction et fabrication illustrés dans les figures 12 et 13.
La figure 15 est une vue en perspective de l'extrémité inférieure d'un réservoir ayant une structure de base modifiée, optionnelle, comprenant un pied unitaire tronconique,
La figure 16 est une vue similaire en perspective de l'extrémité inférieure d'un réservoir ayant une autre struc- ture optionnelle, modifiée, de pieds, comprenant trois pieds séparés.
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La figure 17 est une vue en élévation du réservoir fini. , . La figure 18 est une vue en coupe du réservoir, le long de la ligne 18-18 de la figure 17.
L'invention utilise des fibres de renforcement telles que des fibres'de verre ou autres matières équivalentes, Une natte lâche en ces fibres, telle que la natte de fibre 10, est enroulée en spires sur un moule ou noyau 11 et est insérée dans une enveloppe de moule cylindrique 12 telle qu'indiquée dans les figures 1 et 2. Le moule du noyau 11 est ensuite retiré pour laisser l'enveloppe de moule 12 revêtue d'un nattage 10 en fibres enroulées en spires. L'enveloppe de moule 12 présente des flasques d'extrémité 13 adaptées à se fermer contre des flasques coopérantes sur d'autres sections de moules qui seront décrites ci-après.
On prévoit également des pièces de nattage de fibres sous forme de couvercles 16 et 17 pouvant être identiques, excepté que le couvercle supérieur 16 présente un trou central, Le couvercle 16 est montré en position renversée dans la figure 9. Les couvercles 16 et 17 peuvent être conformés par des moyens conventionnels qui sont connus par ceux familiers avec la fabrication des objets moulés renforcés par des fibres, par exemple, les fibres peuvent être soufflées au-dessus de tamis en forme de coupe pour former une natte en forme de coupe et on pourra pulvériser un adhésif résineux sur les fibres à mesure qu'elles s'accumulent sur le tamis pour tenir la natte de fibres ensemble pendant la manipulation subséquente.
Le diamètre externe des couvercles 16 et 17 peut être égal au diamètre interne de la natte en spires 10 lorsqu'elle est placée dans l'enveloppe 12.
Des couvercles d'enveloppes supérieur et inférieur 20 et 21 sont pr4vus. Des flasques appropriés sur ces cou- vercles sont adaptés à se fermer contre les flasques d'extrémité 13 de l'enveloppe cylindrique de moule 12.
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Les surfaces internes des couvercles d'enveloppe présentent la forme d'ellipsoïdes aplatis de révolution ou bien elles peuvent être mi-sphériques.Ellespeuvent également présen- ter d'autres formes, lesquelles cependant seront moins adaptées à la production d'une forte structure de récipient, Cela est important pour autant que les applications aux- quelles l'invention se rapporte doivent généralement pou- voir résister à des pressions allant jusque 500 psi, La surface interne du couvercle supérieur d'enveloppe 20 est relâchée centralement comme en 25 et présente une nervure annulaire centrale 22 et des buselures et passages de ventilation 23. Laflasque du couvercle supérieur d'enveloppe présente une bague appropriée de scellement 24.
Le couvercle inférieur d'enveloppe 21 présente une canalisation centrale d'alimentation de la résine 26. Une rainure annulaire profonde 27 est formée autour du couvercle inférieur d'en- veloppes. Une pluralité d'égouttoirs ou trous de coulée 28 s'ouvrent vers le bas depuis le fond de la rainure annulaire
27. Le flasque associé- avec le couvercle inférieur d'enve- loppe présente une bague de scellement appropriée 29.
Une enveloppe flexible est prévue,pouvant se dilater contre le revêtement de fibres. Une structure à orifice associée avec cette enveloppe est adaptée à être insérée vers le haut à travers 1'ouverture centrale dans le couvercle supérieur de fibres 16 et à travers une ouverture centrale formée dans le couvercle d'enveloppe 20 radialement vers l'intérieur de la nervure annulaire 22, L'enveloppe flexible peut comprendre un sac en caoutchouc 30 placé dans un fourreau de protection en film d'acétate de pollyvinyle ou de film de cellophane, ou autres matières similaires qui
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protègera les matériaux de moulage contre toute action chimique ou agent de vulcanisation ou résidus de ces agents associés avec le sac 30.
Le sac 30 et le fourreau de protection 31 sont supportés sur un goulot à flasque fileté 32 et y sont scellés par des rondelles et garnitures appropriées 33 serrées par le serrage d'écrous 35 s'engageant par des filetages sur l'extrémité externe du goulot 32. Lorsque le sac est rempli mais qu'il n'est pas dilaté, il présente de préférence un volume qui est approximativement égal à la différence entre le volume de la chambre défini par les enveloppes 12, 20 et 21 et le volume occupé par les nattes 10,16 et 17.
On prévoit- également tout autour,des bagues en nattage de fibres 40 ayant des dimensions progressivement variables pouvant être cousues ensemble pour plus de facilité de la manipulation, comme illustré dans la figure 11. On prévoit également des carrés de nattage de fibres 41 de dimensions variant de manière progressive, également cousues ensemble, comme illustré dans là figure 10.
Avec l'opération de moulage, le nattage de fibre 10 en spires est inséré dans l'enveloppe cylindrique 12 comme décrit ci-dessus et des paires de groupes de nattage carré 41 sont épinglées sur l'un des côtés du nattage enroulé en spires 10 aux parties supérieure et inférieure.Le groupe supérieur de carrés épinglés est indiqué dans les figures
3 et 5. Le but de ces tampons est de prévoir une épaisseur supplémentaire dans la paroi latérale du récipient en des points où on doit faire les connexions de conduite. Les dimensions et la forme de ces nattes additionnelles peuvent être telles que le récipient soit renforcé 2(il est soumis
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à une pression externe. Dans ce cas, le tampon peut présenter la forme d'une bague complète autour de la circonférence interne du récipient.
Les couvercles de fibres 16 et 17 sont télescopés à l'intérieur des extrémités du nattage en spires comme indiqué dans les figures 3 et 4. Un groupe de bagues 40 est épinglé autour de l'ouverture centrale du couvercle supérieur de fibres 16, comme indiqué dans la figure 3. La rainure annulaire 27 formée dans le couvercle inférieur 21 est remplie de fibres comme indiqué dans la . figure 4.
Les organes de l'enveloppe sont fermés ensemble et l'enveloppe flexible comprenant le sac en caoutchouc 30 est remplie de fluide, par exemple de liquide, de sorte que le poids du liquide incompressible retiendra la surface externe de l'enveloppe flexible en contact avec substantiel- lement toute la surface du nattage de fibres qui se trouve à l'intérieur de la chambre ,de moulage. De l'air ou autre gas sous pression pourra être employé au lieu de liquide dans ,le sac 30. Le sac n'exerce initialement qu'une légère 'pression pour comprimer modérément le nattage ou revête- ment de fibre.
La pression due au poids du corps de liquide' dans le sac en caoutchouc produit une compression un peu plus grande du revêtement de fibres adjacent au fond de la chambre de moulage qui pendant toute opération de moulage est maintenue plus près de la verticale que de l'horizontale et Je préférence en position substantiellement verticale. Une quantité mesurée de résine 45 est alors intro- duite par la canalisation d'alimentation 26. La quantité de résine introquite est telle que la charge pénétrera
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dans tout le revêtement de fibres pendant l'opération subséquente de compression. De préférence on alimente la résine en léger excès. La résine consiste en toute résine appropriée qui se fige par la chaleur, et adaptée à se figer à des températures supérieures à la température ambiante.
Il est préférable d'employer une résine qui se figera à environ 200-220 F. Des résines adaptables dans le but décrit ici sont bien connues dans la technique et en général des résines se figeant par la chaleur et résistant aux températures élevées du type généralement connu comme résines polyester, par exemple des résines époxy ou des produits des condensations de styrène et d'anhydride phtalique, pourront être employées ensemble avec des agents appropriés de rigidification adaptées à contrôler la température de rigidification comme cela est bien connu dans la technique.
A mesure que la résine est introduite dans le fond de la chambre de moulage et qu'elle s'élève autour du sac 30, elle force l'air dans le nattage de fibres à sortir par les ouvertures de ventilation 23. La colonne ascendante de résine déplace l'air mais à aucun moment, le revêtement de fibres n'est mouillé avec de la résine en amont du trajet d'air qui s'échappe. Lorsqu'on emploie du liquide incompressible pour remplir le sac 30, l'incompressibilité du liquide empêche des ondulations du sac à se produire à ses coins inférieurs ou ailleurs et empêche ainsi les fibres de se déplacer vers le haut, ensemble avec la résine qui se soulève, en maintenant en contact ferme de l'enveloppe avec le nattage sur toute la surface interne du revêtement de fibres.
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Une pression additionnelle est maintenant appliquée en alimentant lentement du fluide additionnel.46 dans l'enveloppe flexible comprenant le sac 30 pour produire une compression substantielle du revêtement de fibres à l'intérieur de la chambre de moulage. Par exemple, une paroi de fibres d'un demi-pouce pourra être comprimée jusqu'à une épaisseur finale d'environ 3/16e de pouce. Le liquide 46 dans le sac 30 pourra être un liquide non compressible approprié, tel que de l'eau.
A cause du poids de liquide incompressible dans le sac 30 à chaque hauteur donnée, une pression de compression donnée est obtenue à un moment ultérieur de celui où la même pression est obtenue au niveau inférieur, quoique le différentiel de pression entre les niveaux différents soit relativement faible. A cause de la diminution résultante de volume du revêtement de fibres, la résine 45 est exprimée vers le haut sur tout le revêtement de fibre. Un léger excès de résine est de préférence exprimé vers l'extérieur à travers les trous de ventilation supérieurs
23, en signalant ainsi que l'imprégnation de tout le revêtement de fibres est complète. La pénétration du revêtement de fibres aux parties supérieures peut se produire en grande partie pen- dant que les fibres sont encore chargées de manière relative- ment lâche.
Dans certaines applications, les phases décrites ci-dessus de formation peuvent être suffisantes ; cependant, dans la plupart des applications, il est préférable d'achever la compres- sion finale en enlevant les tampons ou couvercles des égout- toirs ou trous de coulée 28 qui avaient été fermés auparavant et en injectant alors lentement du fluide additionnel dans le sac pour appliquer'une pression additionnelle et finale de compression au liquide dans le sac 30 afin de faire sortir
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de la résine en excès additionnel aussi bien des orifices de ventilation 23 qu'à travers les trous de coulée ou égouttoirs 28. La pression finale est choisie de manière à produire l'épaisseur de paroi finale désirée et la compression finale désirée des fibres.
APrès que le corps de fibres de l'objet a été ainsi imprégné et conformé dans le moule, l'enveloppe du moule est soumise à la chaleur pour rigidifier la résine. Des éléments de'chauffage ou serpentins de chauffage non illustrés de type conventionnels sont prévus autour des organes de l'enveloppe de moulage, de préférence de telle manière qu'un chauffage uniforme sur toute la surface du moule soit obtenu dans une mesure aussi grande que possible et d'une manière qui est familière aux spécialistes dans cette technique. De préférence, pendant le chauffage du moule et rigidification de la résine, les divers orifices de ventilation 23 et égouttoirs ou trous de coulée 28 sont bouchés ou recouverts d'un couvercle.
Après rigidification de la résine, le moule est renversé et le sac 30 est drainé, affaissé et retiré à travers l'embouchure de l'objet formé, le couvercle de l'enveloppe 20 étant retiré de l'enveloppe
12 pendant cette opération. Les sections assembées ou renforcées formées par les groupes carrés 41 sont alors centralement perforées pour former des lumières d'entrée et de sortie pour le produit final, ces ouvertures pouvant être filetées afin de recevoir des tuyaux de connexion.
Le couvercle de l'enveloppe 21 est également enlevé de l'enveloppe 12 et l'écrou 35 est dévissé et le sac 30 est libéré du couvercle 20 avant l'introduction de nouvelles nattes de fibres, incidemment à une opération suivante de moulage.
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Il est à noter que les coutures initiales 50 entre les couvercles de fibres et le corps cylindrique de fibres qui en est recouvert, se prolongent sous la forme de coutures inclinées à travers les coins ou Jonctions entre les parties d'extrémités du couvercle du produit final et les parties , latérales cylindriques du produit final, et que ces coutures sont pénétrées par un corps homogène de résine rigidifiée pour former un monolithe. Les éléments de fibres nattés initialement mis ensemble sur les côtés opposés de ces coutures possèdent de nombreuses extrémités faisant saillie vers l'extérieur et la compression du corps de fibres pendant l'imprégnation avec la résine proauit une migration considérable des fibres individuelles dans toute la masse de fibres.
Cola entraîne comme résultat que le corps finale- ment solidifié est substantiellement homogène et d'une manière générale on ne détecte aucune tracecbs joints à recouvrements dans les coupes formées dans ces régions dans le produit finale
Il est préférable que pendant l'opération finale de compression, l'eau ou autre liquide forcé dans le sac 30, soit alimentée à une vitesse lente, qui diminue constamment, par exemple en maintenant une pression constante d'air sur une alimentation de réserve de liquide dans un réservoir avec lequel le goulot d'admission 32 communique. Un régulateur régable approprié de la pression d'air d'un type conventionnel pourra être prévu pour contrôler de près la pression et prévoir ainsi un contrôle précis de la vitesse d'alimentation de liquide dans le sac 30.
La pression d'air est de préférence maintenue constante pendant la phase de compression, de sorte que le taux d'écoulement de liquide de compression dans le sac 30 devient de plus en plus lent à mesure que l'on se
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rapproche de la pression maximum de compression.
Dans les cas où la compression finale est complétée en ouvrant les égouttoirs ou trous de coulée 28 et en injectant du liquide additionnel dans le sac 30 pour appliquer une pression de compression additionnelle et finale comme mentionné ci-dessus, la pression de l'air dans le réservoir pourra être réglée vers le haut pour cette phase finale de compress'on en modifiant le réglage du régulateur de la pression d'air à une valeur constante plus élevée, de telle sorte que la vitesse d'écou- lement de liquide additionnel dans le sac 30 devienne éga- lement de plus en plus lente à mesure qu'on se rapproche de la pression de compression finale.
Dans une application typique, la pression de compression finale dans le sac 30 ' pourra être de l'ordre de 25 ou 30 psi mais des presslorsplus élevées ou plus basses pourront être désirables pour diverses applications. On pourra prévoir une jauge de pression dans la canalisation qui relie le goulot d'admission 32 avec le réser- voir.
Lorsqu'on produit des réservoirs selon les méthodes décrites icien utilisant une pression finale dans le sac 30 de 25 à 30 psi, tandis que les tampon3 28 sont enlevés et les passages 23 sont également ouverts aussi bien pendant qu'après la solidification du liquide de solidification, il se produit une compression substantielle du nattage ori- ginal de fibre et l'évacuation de la résine en excès.
En raison de la lubrification des fibres lâches par la résine liquide d'imprégnation pendant que cette pression existe, l'agglomération des fibres et l'évacuation de la résine en excès sont fortement facilitées et il en résulte une teneur
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en fibres dépassant 40% en poids du poids final du réservoir, Par la méthode décrite, une teneur en fibres dépassant 60% en poids pourra facilement être obtenue.
Par contraste, lorsque des nattes de fibres sont imprégnées avec la résine et sont centrifugées selon une méthode conventionnelle pour la production d'objets tubulaires longs, il est pratiquement imposable d'obtenir une teneur en fibres allant jusque 40% en poids et les fibres '.sont compactées de manière inhérente à une valeur moindre près de la surface interne de l'objet tubulaire que près de sa surface externe. Ainsi, par une coulée centrifuge d'objets tubulaires la concentration optimum de fibres pour une résistance maximum ne peut pas être obtenue sur toute l'épaisseur de parois des objets.
Par conséquent, la teneur élevée substantiellement uniforme en fibres des réservoirs produits pour toute la structure du réservoir selon la présente invention constitue un trait nou- veau important de l'invention qui n'a pas pu être obtenu dans la pratique lorsqu'on a employé les techniques de fabrication connues.
Les figures 6 et 7 sont destinées à illustrer de manière quelque peu schématique certaines phases dans la fabrication d'objets selon l'invention.
La figure 6 montre un appareil employé selon l'invention avant la phase finale de compression ou de conformation. Le revêtement de fibrefest modérément comprimé et le niveau de la résine 45 pourra se trouver légèrement au-dessus du niveau, à mi-chemin de la chambre de moulage à la fin de l'alimentation, comme illustré.
La figure 7 montre le même appareil et le même revêtement complètement imprégnés après la phase finale de compression ou de conformation et juste avant la phase de rigidification.
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Les divers nattages de fibres et couvercles comprendront le plus avantageusement des fibres de verre, à cause des pro- priétés de haute résistance de ces fibres. La longueur de vie des objets formés selon les objets généraux selon la présente invention pourra être améliorée davantage en formant chacun de ces nattages ou couvercles avec une couche interne ou . revêtement, en fibres acryliques par exemple, ou en un copolymère de chlorure de vinyl et d'acrylonitrile formé sous la forme de fibres relativement fines, Dans la pratique;, le corps cylindrique du nattage fibreux 10 illustré dans les figures; 1 et 2 peut être formé en enroulant d'abord une ou plusieurs couches de fibres d'un type donné sur le noyau 11, suivi d'un enroulement d'une ou plusieurs couches de fibres d'un autre type.
Pour les mêmes raisons qu'une structure substantiellement homogène s'est formée aux joints entre les éléments fibreux initialement séparés et adjacents aux extrémités du réservoir, les fibres des surfaces contigües de chaque spire se fondent ou passent l'une dans l'autre dans plusieurs interfaces d' enroulement. Ainsi, toutes ces interfaces disparaissent prati- quement dans les phases finales du procédé et la transition des fibres d'un type aux fibres de l'autre type est graduelle et il n'y a aucun changement brusque de fibres d'un type aux fibres d'un autre type qui puissent être discernées, les fibres des deux types étant entremêlées dans une zone de transition.
D'une manière similaire dans les couvercles 16 et 17 et dans les nattes de fibres ou tampons 40 et 41, la transition dans le produit final d'un type de fibre à l'autre est une transition graduelle. Comme résultat, excepté pour une telle transition graduelle dans la composition chimique et dans les propriétés
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physiques des fibres entre les surfaces interne et externe du produit fini, le corps des réservoirs est non seulement sans couture dans toute sa masse mais est substantiellement homogène dans toute sa masse. Dans les revendications qui suivent, les expressions "sans couture" et "homogène" sont employées dans ce sens.
Les figures 12, 13 et 14 montrent comment la structure de base intégralement formée des réservoirs établis comme décrits ci-des- sus, a résolu les problèmes qui se sont posés avec d'autres cons- tructions.
La figure 14 montre une relation importante entre le diamètre D1 de la natte cylindrique de fibres 10 de la paroi latérale du réservoir et le diamètre D2 de la zone circulaire au couvercle fibreux de fond 17 auquel la structure de base est attachée.
Des essais faits auparavant pour former une structure de base formée de manière solidaire a impliqué la prolongation de la longueur de la natte cylindrique 10 au-delà du couvercle de fond 17 comme illustré en 10a dans la figure 12 pour produire une structure cylindrique fibreuse, laquelle lorsqu'elle est imprégnée donnerait une base cylindrique appropriée de même diamètre que la paroi latérale cylindrique du réservoir.
Cela s'est montré non-satisfaisant pour la structure de base parce que pendant la phase d'augmentation de la pression dans l'enve- loppe 30 pour évacuer la résine d'imprégnation vers le haut à la partie supérieure du réservoir, les fibres dans le nattage cylindrique 10 et dans la prolongation 10a avaient tendance à se déplacer vers le haut plutôt que vers le bas contre le fond de la cavité de base dans le moule, comme on pouvait le croire, Comme résultat, la partie la plus basse de la base, en 10b, a été laissée sans aucun nattage de fibres dans le produit fini
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et les craquelures et ruptures de cette partie non-renforcée de la base ont été rencontrées avec une régularité déplaisante.
Quoique le réservoir résultant fut satisfaisant en tant que récipient, l'usinage de la partie de base défectueuse 10b était nécessaire. Evidemment, cette opération supplémentaire et des déchets de la matière seraient indésirables dans la production commerciale.
Un deuxième essai pour former une structure satisfaisante de base en tenant compte du problème ci-dessus, impliquait la prévision d'une 'masse cylindrique de fibres 17a sur le couvercle fibreux préformé 17 comme illustré dans la figure 13. Le nattage .cylindrique 10 de la paroi latérale a été mis en place de telle manière que son extrémité inférieure venait buter contre un épaulement 17b formé par l'extrémité supérieure de la masse cylindrique de fibres 17a. Cela a résolu le problème précédent par cela qu'une structure de base saine a été obtenue, mais un problème plus sérieux encore a été créé.
La même tendance de la part du nattage de fibres 10 de grimper vers le haut pendant la phase d'augmentation de la pression dans l'enveloppe 30 pour distribuer la résine a laissé une zone 55 de résine non renforcée à l'endroit critique de jonction entre le nattage cylindrique de fibres 10 et le couvercle de fond 17.
Comme résultat,, les réservoirs finis étaient trop faibles dans cette zone pour pouvoir résister aux: pressions internes requises sans éclater, et la résine non renforcée dans cette zone présentait une sérieuse tendance aux craquelures et produisant des fuites fréquentes des réservoirs à des pressions de loin inférieures à cellesgénéralemment requises pour faire éclater les réservoirs,
La solution finale de ces deux problèmes a été obtenue par la réduction du diamètre D2 de la zone circulaire du couvercle
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de fond 17 auquel la structure de base était réunie au réservoir.
En choisissant ce diamètre de manière qu'il soit substantiellement inférieur au diamètre D1 de la paroi latérale cylindrique du réservoir, le nattage de fibres 10 de la paroi latérale pouvait être reoourbé vers l'intérieur pendant la fermeture du moule pour donner un joint 50 à recouvrement incliné à la périphérie du couvercle 17 dans le réservoir fini, avec le joint à recouvre ; ment se prolongeant bien autour et radialement vers l'intérieur depuis la périphérie inférieure de la paroi latérale cylindrique du réservoir, comme illustré dans la figure 14.
Cela servait à ancrer l'extrémité inférieure du nattage de fibres de manière à réduire fortement sa tendance de grimper vers le haut et à éliminer pratiquement les défauts dans le réservoir adjacent à la paroi de fonc. et des défauts dans la structure de base elle-même,
Ainsi, des traits caractéristiques du mode de réalisation préférentiel d'un réservoir selon la présente invention consis- le nattage 10 de tent en ce que les join@s inclinés 50 entre/la paroi latérale cylindrique et les nattages 16 et 17 de la paroi d' extrémité se prolongent tout autour et radialement vers l'intérieur le Ions des parois d'extrémités pour empêcher le nattage de grimper d'une manière excessive dans la paroi latérale,
et la struct re de base rejoint la paroi intérieure du réservoir à une zone circulaire qui est concentrique avec la paroi latérale, présente un diamètre substantiellement inférieur à celui de la paroi latérale et est espacé radialement vers l'intérieur depuis la paroi latérale d'une distance appréciable S, comme illustré dans la figure 14.
Les exemples donnés ci-dessus de l'invention peuvent varier sans sortir de la portée de l'invention. Par exemple, l'enveloppe du moule central et la partie centrale du réservoir ne doivent pas nécessairement être cylindriques, quoique généralement une partie centrale de forme tubulaire soit préférable. D'une manière
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similaire, la structure de base peut présenter une configunation annulaire autre que cylindrique, comme illustré dans la flaire 15, ou bien pourrait comprendre trois ou plusieurs pieds espace l'un de l'autre le long d'un anneau, comme illustré dans la figure 16.
D'autres modifications possibles des détails des exemples d@erits de l'invention seront évidentes. L'invention n'est pas limitée à.. tous les détails des exemples illustrés. Sa portée est définie par les revendications suivantes
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Impregnated glass fiber containers,
The present invention relates to fiber reinforced molded articles, and the invention relates more particularly to hollow containers or tanks made by laying nonwoven fiber mats approximately in the form of the container or tank to be produced, and by, impregnating them with a liquid which is subjected to baking or solidification by application of a solidifying agent such as heat, and thereby obtaining a hollow structure
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substantially homogeneous, seamless.
During the last recent years, the manufacture of fiber-reinforced molded articles has been considerably stimulated because on the one hand the balance between the cost of material and the cost of manufacture, and on the other hand utility, strength and durability compared favorably with similar balances obtained in connection with older and more conventional methods and products.
One of the applications in which fiber-reinforced molded articles have shown great promise is in the manufacture of water softener containers for domestic use, and other large hollow articles waterproof. However, progress in this particular field has been restricted due to the high costs and other drawbacks inherent in manufacturing several subassemblies before final assembly and manufacture of the finished product.
Attempts to form a large, integral, one-piece unit by a single operation or die-casting formation have not been successful due to the fleeting nature of braided fibers when they are contained and compressed between fibers. closely spaced walls between which conventional solidifiable liquid resins are forced under pressure.
For example, when fiber matting is done in the approximate shape of the desired object and is surrounded by a rigid outer mold between the walls of the mold and a bag or envelope filled with fluid and capable of expanding to apply the desired pressure in order to give the required shape to the braiding and then a liquid. impregnation is forced through the mat to penetrate it, the liquid acts as a lubricant and the fibers tend to flow avac the liquid destroying the conformation of the mat formed.
Penetration of fiber matting by the impregnation liquid
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was also accompanied by the entrapment of air pockets inside the interlaced fiber matting, which results in the formation of voids in the final product, Such voids very seriously weaken the walls of the final product and make it useless,
According to the present invention, one-piece, fiber-reinforced hollow containers can be die-cast successfully and economically. Articles made in accordance with the present invention are reinforced throughout with mat fibers distributed substantially evenly, in a manner which will be described below. The entrapment of air and the formation of voids is suppressed.
The wall thickness of the final product is substantially uniform. All parts of the final product are cast in one piece, including the end walls and a base structure supporting the product used.
The method described here contemplates the partial penetration of the walls of a hollow form of a fiber mat by a heat-stiffening resin or the like, while the mat is only under slightly low pressure, and in then gradually compressing the walls in such a way that the resin is distributed throughout the basket weaving achieving the desired die-casting effects and at the same time preventing the migration of fibers and the destruction of the laid fiber mats, The method reduces the cost of manufacturing hollow containers of large dimensions reinforced with fibers, and
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other similar items.
According to the present invention large fiber reinforced containers are obtained which are more useful and more durable than those known heretofore.
The present invention relates to a product in the form of a reservoir.
The objects of the present invention are to avoid the lack of continuities in the reinforcement of the fibers of the structure of the reservoir so as to provide for a substantially uniform distribution of the fibers mixed or joined together; avoiding air bubbles or pockets and other similar discontinuities in the resin into which the reinforcing fibers are introduced so as to form a reinforced resin mass having maximum strength and minimum porosity; provide a high density of reinforcement of intermingled fibers for the entire mass of the tank;
provide thickened parts of the walls of the tank around openings formed in the wall of the tank, intended to minimize the natural tendency of said thickened parts in order to concentrate the forces around their periphery in the wall of the tank and to weaken thus the latter in this region; increase the resistance of the fiber-reinforced tanks to attack by chemicals and the deteriorating effects of hot water and steam, and provide a base structure capable of being integrally formed with the reservoir to support the latter in use in weakening the structure of the reservoir or causing complications in its manufacture by the methods previously proposed.
In general, the preferred structures of containers
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according to the present invention are elongated cylinders having convex end walls outwardly;., at least one of the end walls having a central opening communicating with the interior of the container.
In many embodiments of the invention at least one additional opening is provided at any desired location on the cylindrical side wall of the container, the side wall being thickened around the periphery of the additional opening to form a reinforcement in that region. and providing an adequate length of drain opening for receiving a connecting threaded conduit, and the thickness of the thickened portion gradually decreasing in a radial direction outward from the opening formed therein, to gradually merge with the surrounding side wall.
In some embodiments of the invention, the fiber reinforcement at the inner surface of the tank is composed of a material selected so as to provide maximum resistance of the container to chemical attack and / or harmful action of the tank. water and steam, while the fiber reinforcement for the remainder of the container body is made of a different material chosen to give the maximum strength for a given amount or given cost of fibrous material.
These objects and advantages of the present invention, and still other objects and advantages, will become evident from the following description of the invention given by way of example.
In the accompanying drawings accompanying the description, Figure 1 shows, somewhat schematically, an initial or preparatory phase in the manufacture of containers
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hollow reinforced by fibers according to the example of the invention which is described here.
Figure 2 shows the insertion of a roll of fiber matting into a cylindrical mold segment in a manner consistent with the practice of the example of the invention which is described herein.
Figure 3 is a side view of the upper right of a molding apparatus in accordance with the practice of the present invention, the mold sections being separated and fiber forms being inserted in place for subsequent impregnation. and molded according to the invention.
FIG. 4 is a view similar to FIG. 3 showing the lower right-hand part of the apparatus for producing reports according to the invention.
Fig. 5 is a sectional view showing a molding apparatus for producing the reservoirs according to the present invention with all mold sections closed and with an expandable central shell, in an almost fully expanded state, but without any further expansion. the resin is already introduced into the mold.
Figure 6 is a view similar to Figure 5, but more schematic showing an apparatus for the production of reservoirs according to the present invention just after the resin is introduced into the mold.
Figure 7 is a view similar to Figure 6 showing an apparatus for the production of tanks according to the present invention after the phase of compressing the walls of fibers which have been laid in the molding chamber and which have been impregnated with resin .
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Figure 8 is a perspective drawing of a cylindrical fiber mat which may be employed in the present invention.
Figure 9 is a drawing of a fiber end cover, which may be employed according to the invention.
Figures 10 and 11 are additional shape models of fibers which may be employed in accordance with the present invention.
Figures 12 and 13 are fragmentary sectional views of two forms of molding apparatus and resulting tank structure resulting in unsatisfactory tanks subjected to accidents in the region of the base structure or in the junction region. of the basic structure with the body of the tank, these views being given here to facilitate the explanation of problems of construction and manufacture of tanks which are inherent in the apparatus in the product illustrated, and which are avoided by the present invention .
Fig. 14 is a fragmentary sectional view of a preferred embodiment of a molding apparatus and the resulting reservoir structure producing satisfactory reservoirs and which more particularly avoids the construction and manufacturing problems illustrated in Figs. 12 and 13.
Figure 15 is a perspective view of the lower end of a tank having an optional modified base structure comprising a frustoconical unitary foot,
Figure 16 is a similar perspective view of the lower end of a tank having another optional, modified, leg structure comprising three separate legs.
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Figure 17 is an elevational view of the finished tank. ,. Figure 18 is a sectional view of the reservoir, taken along line 18-18 of Figure 17.
The invention uses reinforcing fibers such as glass fibers or other equivalent materials. A loose mat of such fibers, such as fiber mat 10, is wound in turns on a mold or core 11 and is inserted into a mold. Cylindrical mold shell 12 as shown in Figures 1 and 2. The core mold 11 is then removed to leave the mold shell 12 coated with a basket weave 10 of coiled fibers. The mold casing 12 has end flanges 13 adapted to close against cooperating flanges on other mold sections which will be described below.
Fiber mat pieces are also provided in the form of covers 16 and 17 which may be identical, except that the upper cover 16 has a central hole. The cover 16 is shown in the inverted position in FIG. 9. The covers 16 and 17 can be shaped by conventional means which are known to those familiar with the manufacture of fiber reinforced molded articles, for example, the fibers can be blown over cup-shaped screens to form a cup-shaped mat and may spray a resinous adhesive onto the fibers as they build up on the screen to hold the fiber mat together during subsequent handling.
The outer diameter of the covers 16 and 17 may be equal to the inner diameter of the coil mat 10 when placed in the casing 12.
Upper and lower casing covers 20 and 21 are provided. Suitable flanges on these covers are adapted to close against the end flanges 13 of the cylindrical mold shell 12.
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The inner surfaces of the casing lids are in the form of flattened ellipsoids of revolution or they may be semi-spherical. They may also have other shapes, which, however, will be less suitable for producing a strong structure. This is important in so far as the applications to which the invention relates must generally be able to withstand pressures of up to 500 psi. The inner surface of the upper casing cover 20 is centrally released as at 25 and has a central annular rib 22 and nozzles and ventilation passages 23. The flange of the upper casing cover has a suitable sealing ring 24.
The lower envelope cover 21 has a central resin supply line 26. A deep annular groove 27 is formed around the lower envelope cover. A plurality of drainers or tap holes 28 open downward from the bottom of the annular groove
27. The flange associated with the lower casing cover has a suitable sealing ring 29.
A flexible envelope is provided which can expand against the fiber covering. An orifice structure associated with this casing is adapted to be inserted upwardly through the central opening in the upper fiber cover 16 and through a central opening formed in the casing cover 20 radially inwardly of the casing. annular rib 22, The flexible casing may comprise a rubber bag 30 placed in a protective sheath of pollyvinyl acetate film or cellophane film, or other similar material which
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will protect the molding materials against any chemical action or vulcanizing agent or residues of these agents associated with the bag 30.
The bag 30 and the protective sheath 31 are supported on a neck with a threaded flange 32 and are sealed there by suitable washers and gaskets 33 tightened by the tightening of nuts 35 engaging by threads on the outer end of the neck 32. When the bag is full but not expanded, it preferably has a volume which is approximately equal to the difference between the volume of the chamber defined by envelopes 12, 20 and 21 and the volume occupied by mats 10, 16 and 17.
There are also provided all around, fiber-basket rings 40 having progressively variable dimensions which can be sewn together for ease of handling, as illustrated in FIG. 11. Fiber-basket squares 41 of dimensions are also provided. gradually varying, also sewn together, as shown in figure 10.
With the molding operation, the fiber basket weave 10 in turns is inserted into the cylindrical shell 12 as described above and pairs of square basket weaves 41 are pinned to one side of the coil wound basket 10. at the top and bottom, the top group of pinned squares is shown in the figures
3 and 5. The purpose of these pads is to provide extra thickness in the side wall of the container at points where the pipe connections are to be made. The dimensions and shape of these additional mats can be such that the container is reinforced 2 (it is subject to
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to external pressure. In this case, the tampon may have the shape of a complete ring around the internal circumference of the container.
The fiber covers 16 and 17 are telescoped inside the ends of the twisted braid as shown in Figures 3 and 4. A group of rings 40 is pinned around the central opening of the fiber top cover 16 as shown. in Figure 3. The annular groove 27 formed in the lower cover 21 is filled with fibers as shown in. figure 4.
The casing members are closed together and the flexible casing including the rubber bag 30 is filled with fluid, for example liquid, so that the weight of the incompressible liquid will hold the outer surface of the flexible casing in contact with it. substantially the entire surface of the fiber mat which lies within the molding chamber. Air or other pressurized gas may be employed instead of liquid in bag 30. The bag initially exerts only slight pressure to moderately compress the fiber mat or cover.
The pressure due to the weight of the body of liquid in the rubber bag produces a somewhat greater compression of the coating of fibers adjacent to the bottom of the molding chamber which during any molding operation is kept closer to the vertical than to the bottom. horizontal and preferably in a substantially vertical position. A measured quantity of resin 45 is then introduced through the supply line 26. The quantity of resin introduced is such that the charge will penetrate.
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throughout the fiber coating during the subsequent compression operation. Preferably, the resin is fed in a slight excess. The resin consists of any suitable resin which sets by heat, and adapted to set at temperatures above room temperature.
It is preferable to employ a resin which will set at about 200-220 F. Resins suitable for the purpose described herein are well known in the art and in general heat-set and high temperature resistant resins of the type generally. Known as polyester resins, for example epoxy resins or condensates of styrene and phthalic anhydride, could be used together with suitable stiffening agents adapted to control the stiffening temperature as is well known in the art.
As the resin is introduced into the bottom of the molding chamber and rises around the bag 30, it forces the air in the fiber mat to exit through the ventilation openings 23. The riser of resin displaces air but at no time is the fiber coating wetted with resin upstream of the escaping air path. When using incompressible liquid to fill the bag 30, the incompressibility of the liquid prevents ripples of the bag from occurring at its bottom corners or elsewhere and thus prevents the fibers from moving upward, together with the resin which sets. lifts, keeping the envelope in firm contact with the braiding over the entire internal surface of the fiber covering.
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Additional pressure is now applied by slowly feeding additional fluid into the flexible envelope including bag 30 to produce substantial compression of the fiber coating within the mold chamber. For example, a half-inch fiber wall could be compressed to a final thickness of about 3 / 16th of an inch. The liquid 46 in the bag 30 may be a suitable non-compressible liquid, such as water.
Because of the weight of incompressible liquid in the bag 30 at each given height, a given compression pressure is obtained at a later time than the same pressure is obtained at the lower level, although the pressure differential between the different levels is relatively low. Due to the resulting decrease in volume of the fiber coating, resin 45 is squeezed upwardly over the entire fiber coating. A slight excess of resin is preferably expressed outward through the upper ventilation holes
23, thus signaling that the impregnation of the entire fiber coating is complete. Most of the penetration of the fiber coating to the tops can occur while the fibers are still relatively loosely loaded.
In some applications, the training phases described above may be sufficient; however, in most applications it is preferable to complete the final compression by removing any plugs or covers from drains or tapholes 28 which had been closed previously and then slowly injecting additional fluid into the bag. to apply an additional and final compressive pressure to the liquid in the bag 30 in order to release
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additional excess resin both from the vents 23 and through the tap holes or drains 28. The final pressure is chosen to produce the desired final wall thickness and the desired final compression of the fibers.
After the fiber body of the article has been so impregnated and shaped in the mold, the mold shell is subjected to heat to stiffen the resin. Heating elements or heating coils of conventional type not shown are provided around the members of the mold casing, preferably in such a way that uniform heating over the entire surface of the mold is obtained to as great an extent as. possible and in a manner which is familiar to those skilled in the art. Preferably, during heating of the mold and stiffening of the resin, the various ventilation openings 23 and drainers or tap holes 28 are blocked or covered with a cover.
After stiffening of the resin, the mold is inverted and the bag 30 is drained, collapsed and withdrawn through the mouth of the formed object, the cover of the casing 20 being removed from the casing.
12 during this operation. The assembled or reinforced sections formed by the square groups 41 are then centrally perforated to form inlet and outlet ports for the final product, which openings may be threaded to receive connection pipes.
The cover of the casing 21 is also removed from the casing 12 and the nut 35 is unscrewed and the bag 30 is released from the cover 20 before the introduction of new fiber mats, incidentally at a subsequent molding operation.
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It should be noted that the initial seams 50 between the fiber covers and the cylindrical fiber body covered with them, extend as sloped seams through the corners or Junctions between the end portions of the final product cover. and the cylindrical lateral parts of the final product, and that these seams are penetrated by a homogeneous body of stiffened resin to form a monolith. The basketweave fiber elements initially put together on opposite sides of these seams have numerous ends protruding outwardly and compression of the fiber body during impregnation with the resin results in considerable migration of the individual fibers throughout the mass. of fiber.
Cola results in the final solidified body being substantially homogeneous and generally no overlap marks are detected in the cuts formed in these regions in the final product.
It is preferable that during the final compression operation, the water or other liquid forced into the bag 30, is fed at a slow speed, which constantly decreases, for example by maintaining a constant pressure of air on a reserve supply. of liquid in a reservoir with which the inlet neck 32 communicates. A suitable adjustable regulator of the air pressure of a conventional type could be provided to closely control the pressure and thus provide precise control of the rate of supply of liquid into the bag 30.
The air pressure is preferably kept constant during the compression phase, so that the rate of flow of compression liquid into the bag 30 becomes slower and slower as one moves up.
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approaches the maximum compression pressure.
In cases where the final compression is completed by opening the drainers or tapholes 28 and injecting additional liquid into the bag 30 to apply additional and final compressive pressure as mentioned above, the air pressure in the tank can be adjusted upwards for this final phase of compression by modifying the setting of the air pressure regulator to a constant higher value, so that the speed of flow of additional liquid in bag 30 also becomes slower and slower as one approaches the final compression pressure.
In a typical application, the final compressive pressure in bag 30 'could be on the order of 25 or 30 psi but higher or lower pressures may be desirable for various applications. A pressure gauge can be provided in the pipe which connects the inlet neck 32 with the reservoir.
When producing reservoirs according to the methods described here using a final pressure in the bag 30 of 25 to 30 psi, while the plugs 28 are removed and the passages 23 are also opened both during and after solidification of the liquid of the tank. solidification, substantial compression of the original fiber mat and the discharge of excess resin occurs.
Due to the lubrication of the loose fibers by the liquid impregnating resin while this pressure exists, the agglomeration of the fibers and the discharge of the excess resin is greatly facilitated and a high content result.
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with fibers exceeding 40% by weight of the final weight of the tank. By the method described, a fiber content exceeding 60% by weight can easily be obtained.
In contrast, when fiber mats are impregnated with the resin and are centrifuged by a conventional method for the production of long tubular articles, it is practically taxable to obtain a fiber content of up to 40% by weight and the fibers' .are inherently compacted to a lesser extent near the inner surface of the tubular object than near its outer surface. Thus, by centrifugal casting of tubular objects the optimum concentration of fibers for maximum strength cannot be obtained over the entire wall thickness of the objects.
Therefore, the substantially uniform high fiber content of the reservoirs produced for the entire structure of the reservoir according to the present invention constitutes an important new feature of the invention which could not be achieved in practice when employed. known manufacturing techniques.
Figures 6 and 7 are intended to illustrate somewhat schematically certain phases in the manufacture of objects according to the invention.
FIG. 6 shows an apparatus employed according to the invention before the final phase of compression or shaping. The fiberfill coating is moderately compressed and the resin level 45 may be slightly above the level, midway to the mold chamber at the end of the feed, as illustrated.
FIG. 7 shows the same device and the same coating completely impregnated after the final phase of compression or shaping and just before the stiffening phase.
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The various fiber baskets and covers will most preferably comprise glass fibers, because of the high strength properties of these fibers. The life of the objects formed according to the general objects according to the present invention can be further improved by forming each of these baskets or covers with an internal layer or. coating, for example of acrylic fibers, or of a copolymer of vinyl chloride and acrylonitrile formed as relatively fine fibers. In practice, the cylindrical body of the fiber mat 10 illustrated in the figures; 1 and 2 can be formed by first winding one or more layers of fibers of a given type on the core 11, followed by winding one or more layers of fibers of another type.
For the same reasons that a substantially homogeneous structure has formed at the joints between the fibrous elements initially separated and adjacent to the ends of the reservoir, the fibers of the contiguous surfaces of each turn merge or pass one into the other in several. winding interfaces. Thus, all these interfaces practically disappear in the final stages of the process and the transition from fibers from one type to fibers of the other type is gradual and there is no abrupt change from fibers from one type to fibers. of another type that can be discerned, the fibers of both types being intermingled in a transition zone.
Similarly in covers 16 and 17 and in fiber mats or pads 40 and 41, the transition in the end product from one type of fiber to another is a gradual transition. As a result, except for such a gradual transition in chemical composition and properties
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The physical fibers between the internal and external surfaces of the finished product, the body of the reservoirs is not only seamless throughout its mass but is substantially homogeneous throughout its mass. In the following claims, the terms "seamless" and "homogeneous" are used in this sense.
Figures 12, 13 and 14 show how the integrally formed basic structure of the tanks established as described above, has solved the problems which have arisen with other constructions.
Fig. 14 shows an important relation between the diameter D1 of the cylindrical fiber mat 10 of the side wall of the tank and the diameter D2 of the circular area at the bottom fibrous cover 17 to which the base structure is attached.
Previous attempts to form an integrally formed base structure have involved extending the length of cylindrical mat 10 beyond bottom cover 17 as illustrated at 10a in Figure 12 to produce a fibrous cylindrical structure, which when impregnated would give a suitable cylindrical base of the same diameter as the cylindrical side wall of the reservoir.
This has been found to be unsatisfactory for the basic structure because during the phase of increasing the pressure in the casing 30 to discharge the impregnating resin upwards at the top of the tank, the fibers in the cylindrical braiding 10 and in the extension 10a tended to move upwards rather than downwards against the bottom of the base cavity in the mold, as one might think. As a result, the lower part of the base, in 10b, has been left without any braiding of fibers in the finished product
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and the cracks and breaks in this unreinforced portion of the base were encountered with unpleasant regularity.
Although the resulting tank was satisfactory as a container, machining of the defective base part 10b was necessary. Obviously, this additional operation and waste material would be undesirable in commercial production.
A second attempt to form a satisfactory basic structure taking into account the above problem, involved providing a cylindrical mass of fibers 17a on the preformed fibrous cover 17 as illustrated in Figure 13. The cylindrical braiding 10 of the side wall was put in place in such a way that its lower end abuts against a shoulder 17b formed by the upper end of the cylindrical mass of fibers 17a. This solved the previous problem whereby a sound basic structure was obtained, but an even more serious problem was created.
The same tendency of the fiber mat 10 to climb upward during the phase of increasing the pressure in the casing 30 to distribute the resin left an area 55 of unreinforced resin at the critical junction point. between the cylindrical fiber mat 10 and the bottom cover 17.
As a result, the finished tanks were too weak in this area to be able to withstand the required internal pressures without bursting, and the unreinforced resin in this area exhibited a serious tendency to crack and produce frequent leaks from the tanks at pressures far away. less than those generally required to burst tanks,
The final solution to these two problems was obtained by reducing the diameter D2 of the circular area of the cover.
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bottom 17 to which the base structure was joined to the tank.
By choosing this diameter so that it was substantially less than the diameter D1 of the cylindrical side wall of the tank, the fiber mat 10 of the side wall could be re-curved inward during closing of the mold to give a seal 50 to. covering inclined at the periphery of the cover 17 in the finished tank, with the seal to be covered; ment extending well around and radially inward from the lower periphery of the cylindrical side wall of the tank, as shown in Figure 14.
This served to anchor the lower end of the fiber mat so as to greatly reduce its tendency to climb upward and virtually eliminate defects in the reservoir adjacent to the ground wall. and defects in the basic structure itself,
Thus, characteristic features of the preferred embodiment of a tank according to the present invention consists of the tent plait 10 in that the inclined joints 50 between the cylindrical side wall and the baskets 16 and 17 of the tent wall. 'end extend all around and radially inwardly the ions of the end walls to prevent the braiding from climbing excessively up the side wall,
and the base structure joins the interior wall of the tank at a circular area which is concentric with the side wall, has a diameter substantially less than that of the side wall, and is spaced radially inward from the side wall of a appreciable distance S, as shown in figure 14.
The examples given above of the invention may vary without departing from the scope of the invention. For example, the shell of the central mold and the central part of the reservoir need not necessarily be cylindrical, although generally a central part of tubular shape is preferable. In a way
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Similarly, the base structure may have an annular configuration other than cylindrical, as shown in flaire 15, or it could include three or more feet spaced apart along a ring, as shown in figure 16.
Other possible modifications of the details of the written examples of the invention will be evident. The invention is not limited to all the details of the examples illustrated. Its scope is defined by the following claims
CLAIMS.
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