Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus mit flüssigem härtbarem Kunstharz getränktem Fasermaterial
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus mit flüssigem, härtbarem Kunstharz getränktem Fasermaterial.
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung verstärkter Kunststoff-Formteile, auch Hohlprofile, bekannt. Hierbei wird beispielsweise so vorgegangen, dass als Verstärkungsmaterial dienende endlose Fäden, z. B. Glasseidenfäden, durch ein Bad eines flüssigen Harzvorkondensats geleitet und hiernach durch eine dem gewünschten Profil entsprechend ausgebildete beheizte Düse aus Metall geführt werden, in der in an sich bekannter Weise unter dem Einfluss dem flüssigen Harz zugesetzter Katalysatoren dieAushärtung stattfindet, so dass die gewünschte Profilierung erhalten wird. Nach dem Austritt aus der Düse kann das fertige, erhärtete Profil in den gewünschten Längen abgeschnitten werden. Auf diese Weise ist auch die Herstellung von Hohlprofilen möglich, wenn in der Mitte der Düse ein Kern angeordnet wird.
Der wesentliche Nachteil dieses von endlosen, harzgetränkten Fäden ausgehenden Verfahrens besteht darin, dass im wesentlichen nur in Längs- bzw.
Fadenrichtung eine Verstärkungswirkung, z. B. hohe Zugfestigkeit, auftritt. Die Knick-, Druck- und Torsionsfestigkeit, insbesondere aber auch die Scherfestigkeit senkrecht zu den Fäden ist jedoch verhältnismässig gering.
Man hat deshalb bereits für die Herstellung verstärkter Kunststoff-Formteile Matten oder Gewebe verwendet, die in die Wandung des Formteils eingelagert wurden. Nach den bekannten Verfahren lassen sich jedoch bei Verwendung derartiger flächiger Verstärkungseinlagen keine Hohlprofile, z. B. Rohre, herstellen, auch nicht bei Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens, gemäss dem das harzgetränkte Verstärkungsmaterial durch eine Düse hindurchgezogen wird. Der Grund hierfür besteht darin, dass in diesem Falle die Matten oder Gewebe sich völlig verschieben und aufreissen würden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern aus mit flüssigem, härtbarem Kunstharz getränktem Fasermaterial zu schaffen. Die Erfindung besteht darin, dass man auf eine erste Folienbahn eine erste Faserschicht auflegt, dass man diese Faserschicht mit flüssigem, härtbarem Kunstharz tränkt, dass man auf die getränkte Faserschicht mindestens einen in Längsrichtung zu einem flachen Band zusammengefalteten Kunststoffschlauch auflegt, dass man eine zweite Faserschicht aufbringt, dass man diese zweite Faserschicht mit flüssigem, härtbarem Kunstharz tränkt, dass man diese zweite getränkte Faserschicht mit einer zweiten Folienbahn abdeckt, dass man durch einen Quetschvorgang in dem gebildeten Laminat etwa enthaltene Luft und überschüssiges Kunstharz abquetscht,
dass man den Kunststoffschlauch durch inneren Formüberdruck aufweitet und dass man den so gebildeten Hohlkörper durchWärme- zufuhr mindestens bis zur Formbeständigkeit härtet.
Auf die zweite getränkte Faserschicht kann auch mindestens ein weiterer zu einem flachenBand zusammengefalteter Kunststoffschlauch aufgelegt, eine dritte Faserschicht aufgebracht, diese dritte Faserschicht mit flüssigem, härtbarem Kunstharz getränkt und durch eine Folienbahn abgedeckt werden, woran sich das Abquetschen, Aufweiten und Härten anschliessen.
Dieses Verfahren kann in der Weise weiter ausgestaltet werden, dass das Laminat aus mehr als drei kunstharzgetränkten Faserschichten jeweils mit min destens einem dazwischengelegten gefalteten Schlauch gebildet wird.
Um einen Hohlkörper mit inneren Stegen herzustellen, kann auf eine getränkte Faserschicht eine Mehrzahl von gefalteten Schläuchen mit Abstand voneinander aufgelegt werden, die nach dem Aufweiten die Stege bilden.
Das Laminat kann in eine Hohlform eingeführt werden, gegen deren Innenwandung es durch Aufweiten des Kunststoffschlauches oder der Kunststoffschläuche gepresst wird.
Der innere Formüberdruck kann durch ein gasförmiges Medium, beispielsweise Druckluft, oder ein fliessfähiges Medium, beispielsweise Wasser, erzeugt werden. Dabei muss verständlicherweise der Schlauch unmittelbar vor dem Eintritt in den Formraum luftdicht abgeschlossen werden, was leicht durch ein Walzenpaar erreichbar ist.
Man kann auch das Laminat in eine unter einem Winkel zur Waagerechten stehende Form einbringen und den Schlauch oder die Schläuche durch den statischen Druck eines eingefüllten fliessfähigen Mediums aufweiten. In diesem Falle kann durch Wahl der Länge und der Neigung der Form und des spezifischen Gewichtes des fliessfähigen Mediums ein beliebiger Druck erzeugt werden.
Das Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden in der Weise, dass das Laminat kontinuierlich gebildet und kontinuierlich durch die Form hindurchgeführt wird, in welcher der Schlauch kontinuierlich aufgeweitet wird.
Das Verfahren kann auch intermittierend durchgeführt werden in der Weise, dass in der Form jeweils ein Hohlkörper hergestellt wird, nach dessen Entfernung aus der Form der nächste Hohlkörper hergestellt wird.
Für den Kunststoffschlauch kann man ein Material verwenden, das sich beim Härtevorgang mit dem Tränkungsharz verbindet.
Es können Folien von grösserer Breite als der Breite der Faserschicht verwendet werden, deren überstehende Ränder nach dem Abquetschen miteinander verbunden werden. DieVerbindung kann durch Kleben oder Schweissen erfolgen, dieses beispielsweise durch beheizte Walzen. Die Folienkanten können verschnitten werden. Die beiderseitige Folienabdeckung kann auch in der Weise durchgeführt werden, dass die getränkte Bahn in eine Folienbahn eingeschlagen wird.
Der Innenraum der Form kann eine von einem Zylinder abweichende Gestalt aufweisen, beispielsweise konisch sein.
Der Querschnitt der Form kann über ihre ganze Länge kreisförmig sein oder von der Kreisform abweichen.
Als Werkstoffe für den Kunststoffschlauch und die Trennfolien seien beispielsweise Zellglas, Poly äthylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohol erwähnt.
Die Dehnungsfähigkeit dieser Kunststoffe ist vor allem für die nachstehend noch im einzelnen beschriebene Herstellung konisch ausgebildeter Hohlprofile von Bedeutung.
Als Verstärkungseinlagen für die Hohlprofile können die üblichen Materialien, beispielsweise Glasseidengewebe oder Glasseidenmatten, verwendet werden. Die Tränkung dieser flächigen Gebilde erfolgt ebenfalls mit an sich bekannten flüssigen Harzvorkondensaten, z. B. auf der Basis der Pheno- und Aminoplaste, Epoxydharze oder Polyester, die sich in der Wärme, gegebenenfalls unter Zusatz von Katalysatoren, aushärten lassen. Durch Abstimmung von Katalysator, Aktivator, Temperatur, Länge des Formenraums und Abzugsgeschwindigkeit kann das Verfahren in kontinuierlicher Weise so geführt werden, dass beim Verlassen der Form das Harz völlig ausgehärtet und demnach auch ein in sich festes Hohlprofil erhalten wird, das auf die gewünschten Längen abgeschnitten werden kann.
Das Verfahren ist nicht auf die Herstellung regelmässig ausgebildeter Hohlprofilteile, z. B. Rohre, beschränkt. Es können auch ohne weiteres Hohlprofilteile mit seitlichen Ansätzen, die als offenes Profil ausgebildet sind, hergestellt werden. Zu diesem Zweck braucht nur die durch den zusammengefalteten Schlauch innerhalb des der Form zuzuführenden Laminats gebildete Bahn schmaler als die Bahnen aus dem harzgetränkten Verstärkungsmaterial und der Trennfolie bzw. den -folien gehalten zu werden und der Formenraum in dem über den zusammengefalteten Schlauch seitlich herausragenden Bereich des Laminats einen dem gewünschten offenen Profil entsprechenden Querschnitt aufzuweisen, der selbstverständlich mit dem das Hohlprofil bildenden Querschnitt in Verbindung stehen muss.
Es ist möglich, bestimmte Stellen, beispielsweise die Enden des Profils, im Vergleich zu den übrigen Profilabschnitten stärker auszubilden oder mit einer dickeren Verstärkungseinlage zu versehen. Es lassen sich auch komplizierte, beispielsweise vieleckige Hohlprofile mit grossem Querschnitt herstellen, da sich der Kunststoffschlauch bzw. die Stapelschichten durch Anwendung des Überdrnckes im Schlauchinneren jeder noch so komplizierten Form anpassen.
Anhand der Zeichnung sollen nachfolgend einige Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens beschrieben werden. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Schnittdarstellung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens unter Verwendung eines Druckgases zur Erzeugung eines Überdruckes innerhalb des Kunststoffschlauches,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Form zur Durchführung einer anderen Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines fliessfähigen Gutes zur Aufweitung des Kunststoffschlauches, wobei der Stapel bereits in der Form aufgeweitet ist,
Fig. 4-7 Schnitte durch einzelne Formen mit verschieden gestaltetem Formenraum zur Herstellung von Hohlprofilen mit besonderer Querschnittsform, wobei auch der bereits aufgeweitete Stapel im Schnitt erkennbar ist,
Fig.
8 den Längsschnitt durch eine Form, mit der nach dem erfindungsgemässen Verfahren konisch ausgebildete Kunststoff-Hohlprofile hergestellt werden können,
Fig. 9 einen Querschnitt durch eine Form innerhalb der unter Verwendung des in
Fig. 10 im Schnitt dargestellten Stapels Kunststoff-Hohlprofile mit neben- und übereinanderliegenden durch Zwischenwände voneinander getrennten Kanälen hergestellt werden, wobei auch der bereits in der Form aufgeweitete Stapel im Schnitt dargestellt ist, und
Fig. 11-15 der Fig. 9 bzw. 10 entsprechende Darstellungen, wobei im Falle der Fig. 13-15 das Hohlprofil mit einem als offenes Profil ausgebildeten seitlichen Ansatz versehen ist.
Die zur Bildung des der Form zuzuführenden Stapels benötigten Werkstoffbahnen werden von den Rollen 1, 1', 2, 2' und 3 abgezogen. Um die einzelnen Bahnen in die gewünschte Lage zueinander zu bringen, wird der Unterlage 4, auf der der Stapel gebildet wird, zunächst von der Rolle 1 die Trennfolie 5 zugeführt. Auf diese Trennfolie wird von der Rolle 2 das harzgetränkte Verstärktmgsmaterial 6 geleitet, auf das dann der zusammengefaltete bzw. flache Schlauch 7 von der Rolle 3 her zugeführt wird. Durch den Druck der Walze 8 werden die Lagen 5, 6 und 7 gegeneinandergedrückt, wodurch gleichzeitig in dem
Schlauch 7 enthaltene Luft ausgetrieben wird.
Der hinter der Walze 8 eine flache Bahn bildende
Schlauch 7 wird dann durch eine weitere von der
Rolle 2' abgezogene Bahn aus harzgetränktem Ver stärkungsmaterial 6' und diese wiederum durch eine weitere Trennfolie 5' abgedeckt, die von der Rolle 1' abgewickelt wird. In die Zuführung der Bahnen 6',
5' sind Führungsrollen 9, 10 eingeschaltet.
Vermittels der Walzenpaare 11, 11' und 12, 12' wird überflüssiges Harz ab gequetscht und die in dem
Harz noch eingeschlossene Luft ausgetrieben. Ver mittels der Walzenpaare 11, 11' bzw. 12, 12' kann auch eine Verschweissung der Folienränder durchge führt werden. Hinter dem Walzenpaar 12, 12' gelangt der Stapel in die Form 13, innerhalb der dieser in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch
Einleiten von Druckgas in das Innere des Schlauches
7 aufgeweitet wird. Das Druckgas wird über die Lei tung 14, die durch den Verschlusskopf 15 für das be reits ausgehärtete, endseitig offene Profil hindurchge führt ist, eingeleitet.
Vermittels des Walzenpaares 16, 16' wird das aus der Form 13 heraustretende und be reits erhärtete Profilteil kontinuierlich abgezogen. Der
Arbeitsprozess braucht nur dann unterbrochen zu werden, wenn ein Stück des erhärteten Profils hinter der Form 13 abgeschnitten und dementsprechend die
Zuführung 14 bzw. der Abschlusskopf 15 vorüber gehend abgenommen werden muss.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Form 13 schräg angeordnet ist, wird der von unten in die Form eingeführte Stapel vermittels eines in das Innere des Schlauches 7 eingeführten fliessfähigen Gutes 17 aufgeweitet.
Die in Fig. 8 dargestellte Form zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dient zur Herstellung eines Hohlprofils mit sowohl konischen als auch zylindrischen Abschnitten. Dementsprechend weist auch der Formenraum in Längsrichtung über gewisse Strecken einen sich verändernden und dann wieder einen konstanten Querschnitt auf. Wie aus den Fig.
10 und 12 ersichtlich, werden bei der Herstellung der in den Fig. 9 bzw. 11 ausser der Form gezeigten Profile zwischen den übereinanderliegenden Schläuchen 7 Bahnen 6" aus harzgetränktem Verstärkungsmaterial eingezogen.
Um die in den Fig. 13 und 15 gezeigten Profile zu erhalten, muss, wie aus Fig. 14 erkennbar, die durch den Schlauch 7 gebildete Bahn schmäler gehalten werden als die aus dem harzgetränkten Verstärkungsmaterial und den Trennfollen bestehenden Bahnen.
Die Verschweissung der Ränder der Trennfolien 5, 5' ist in den Fig. 2, 10, 12 und 14 mit 18 bezeichnet.
Process for the production of hollow bodies from fiber material impregnated with liquid, curable synthetic resin
The invention relates to a method for producing hollow bodies from fiber material impregnated with liquid, curable synthetic resin.
Various methods for producing reinforced molded plastic parts, including hollow profiles, are already known. The procedure here is, for example, that endless threads serving as reinforcement material, e.g. B. fiberglass threads, passed through a bath of a liquid resin precondensate and then passed through a heated metal nozzle designed according to the desired profile, in which hardening takes place in a known manner under the influence of catalysts added to the liquid resin, so that the desired profile is obtained. After exiting the nozzle, the finished, hardened profile can be cut to the desired lengths. In this way, it is also possible to produce hollow profiles if a core is arranged in the middle of the nozzle.
The main disadvantage of this process, which starts with endless, resin-soaked threads, is that essentially only in longitudinal or
Thread direction a reinforcing effect, z. B. high tensile strength occurs. The buckling, compressive and torsional strength, but in particular also the shear strength perpendicular to the threads, is, however, relatively low.
For this reason, mats or fabrics have already been used for the production of reinforced molded plastic parts, which were embedded in the wall of the molded part. According to the known method, however, no hollow profiles such. B. pipes, produce, even when using the method described above, according to which the resin-impregnated reinforcing material is pulled through a nozzle. The reason for this is that in this case the mats or fabrics would shift completely and tear open.
The invention is based on the object of creating an improved method for the production of hollow bodies from fiber material impregnated with liquid, curable synthetic resin. The invention consists in placing a first fiber layer on a first sheet of film, soaking this fiber layer with liquid, curable synthetic resin, placing at least one plastic tube folded lengthways to form a flat band on the soaked fiber layer, and placing a second fiber layer on the soaked fiber layer that this second fiber layer is impregnated with liquid, curable synthetic resin, that this second impregnated fiber layer is covered with a second sheet of film, that any air and excess synthetic resin contained in the laminate formed are squeezed off by a squeezing process,
that the plastic tube is widened by excess internal mold pressure and that the hollow body formed in this way is hardened by supplying heat at least until it is dimensionally stable.
At least one further plastic tube folded into a flat band can also be placed on the second soaked fiber layer, a third fiber layer applied, this third fiber layer soaked with liquid, curable synthetic resin and covered by a sheet of film, followed by squeezing, expanding and hardening.
This method can be further developed in such a way that the laminate is formed from more than three synthetic resin-impregnated fiber layers each with at least one folded tube placed in between.
In order to produce a hollow body with inner webs, a plurality of folded tubes can be placed on an impregnated fiber layer at a distance from one another, which form the webs after the expansion.
The laminate can be introduced into a hollow mold, against the inner wall of which it is pressed by expanding the plastic tube or tubes.
The internal mold overpressure can be generated by a gaseous medium, for example compressed air, or a flowable medium, for example water. Understandably, the hose must be hermetically sealed immediately before entering the mold space, which can easily be achieved by a pair of rollers.
The laminate can also be placed in a form that is at an angle to the horizontal and the hose or hoses can be expanded by the static pressure of a poured fluid medium. In this case, any desired pressure can be generated by choosing the length and the inclination of the shape and the specific weight of the flowable medium.
The process can be carried out continuously in such a way that the laminate is continuously formed and continuously passed through the mold in which the tube is continuously expanded.
The method can also be carried out intermittently in such a way that in each case a hollow body is produced in the mold, after which it is removed from the mold, the next hollow body is produced.
A material can be used for the plastic hose that combines with the impregnation resin during the hardening process.
It is possible to use foils of greater width than the width of the fiber layer, the protruding edges of which are connected to one another after being squeezed off. The connection can be made by gluing or welding, for example by means of heated rollers. The foil edges can be cut. The film covering on both sides can also be carried out in such a way that the impregnated web is wrapped in a film web.
The interior of the mold can have a shape that deviates from a cylinder, for example it can be conical.
The cross-section of the shape can be circular over its entire length or deviate from the circular shape.
As materials for the plastic tube and the separating films, for example, cellulose glass, poly ethylene, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol are mentioned.
The elasticity of these plastics is of particular importance for the production of conical hollow profiles, which will be described in detail below.
The usual materials, for example glass silk fabric or glass silk mats, can be used as reinforcement inserts for the hollow profiles. The impregnation of these flat structures is also carried out with known liquid resin precondensates such. B. based on pheno- and aminoplasts, epoxy resins or polyester, which can be cured in the heat, optionally with the addition of catalysts. By matching the catalyst, activator, temperature, length of the mold space and take-off speed, the process can be carried out continuously so that the resin completely cures when it leaves the mold and thus a solid hollow profile is obtained, which is cut to the desired lengths can be.
The process is not limited to the production of regularly formed hollow profile parts, e.g. B. pipes, limited. It is also possible to produce hollow profile parts with lateral approaches that are designed as an open profile without any further measures. For this purpose, only the web formed by the folded tube within the laminate to be fed into the mold needs to be kept narrower than the webs made of the resin-impregnated reinforcing material and the separating film or films and the mold space in the area of the protruding laterally over the folded tube Laminate to have a cross-section corresponding to the desired open profile, which of course must be connected to the cross-section forming the hollow profile.
It is possible to make certain points, for example the ends of the profile, stronger than the other profile sections or to provide them with a thicker reinforcement insert. Complicated, for example, polygonal hollow profiles with a large cross-section can also be produced, since the plastic hose or the stacked layers can be adapted to any shape, no matter how complicated, by applying the overpressure inside the hose.
Some embodiments of the method according to the invention are to be described below with the aid of the drawing. Show it:
1 shows a schematic sectional illustration of a device for carrying out the method according to the invention using a pressurized gas to generate an overpressure within the plastic tube,
Fig. 2 is a section along the line II-II of Fig. 1,
3 shows a longitudinal section through a form for carrying out another embodiment of the invention using a flowable material to expand the plastic tube, the stack already being expanded in the form,
Fig. 4-7 Sections through individual molds with differently designed mold space for the production of hollow profiles with a special cross-sectional shape, whereby the already expanded stack can also be seen in section,
Fig.
8 shows the longitudinal section through a mold with which conical hollow plastic profiles can be produced according to the method according to the invention,
FIG. 9 is a cross-section through a shape within the device using the in
10, a stack of hollow plastic profiles, shown in section, with adjacent and superimposed channels separated from one another by partitions, the stack already expanded in shape being shown in section, and FIG
11-15 representations corresponding to FIGS. 9 and 10, wherein in the case of FIGS. 13-15 the hollow profile is provided with a lateral extension designed as an open profile.
The material webs required to form the stack to be fed into the mold are pulled off the rolls 1, 1 ', 2, 2' and 3. In order to bring the individual webs into the desired position relative to one another, the base 4 on which the stack is formed is first fed with the release film 5 from the roll 1. The resin-impregnated reinforcing material 6 is passed onto this separating film from the roll 2, onto which the folded or flat tube 7 is then fed from the roll 3. By the pressure of the roller 8, the layers 5, 6 and 7 are pressed against each other, whereby at the same time in the
Hose 7 contained air is expelled.
The one behind the roller 8 forming a flat path
Hose 7 is then passed through another of the
Roll 2 'peeled web of resin-soaked Ver reinforcing material 6' and this in turn covered by another release film 5 ', which is unwound from the roll 1'. In the feed of the lanes 6 ',
5 'are guide rollers 9, 10 switched on.
By means of the roller pairs 11, 11 'and 12, 12' excess resin is squeezed off and in the
Resin expelled from any trapped air. By means of the roller pairs 11, 11 'and 12, 12', the film edges can also be welded through. Behind the pair of rollers 12, 12 ', the stack arrives in the mold 13, within which it passes in the exemplary embodiment shown in FIG
Introducing pressurized gas into the interior of the hose
7 is expanded. The compressed gas is introduced via the device 14, which is passed through the closure head 15 for the already cured, open-ended profile.
By means of the pair of rollers 16, 16 ', the profile part emerging from the mold 13 and already hardened is continuously withdrawn. Of the
The work process only needs to be interrupted if a piece of the hardened profile is cut off behind the mold 13 and, accordingly, the
Feed 14 or the end head 15 must be temporarily removed.
In the embodiment shown in FIG. 3, in which the mold 13 is arranged at an angle, the stack introduced into the mold from below is expanded by means of a flowable material 17 introduced into the interior of the tube 7.
The mold shown in FIG. 8 for carrying out the method according to the invention is used to produce a hollow profile with both conical and cylindrical sections. Accordingly, the mold space also has a cross-section that changes over certain stretches in the longitudinal direction and then again has a constant cross-section. As shown in Figs.
10 and 12, during the production of the profiles shown outside of the form in FIGS. 9 and 11, webs 6 ″ of resin-impregnated reinforcing material are drawn in between the superposed tubes 7.
In order to obtain the profiles shown in FIGS. 13 and 15, as can be seen from FIG. 14, the web formed by the hose 7 must be kept narrower than the webs consisting of the resin-impregnated reinforcing material and the separating rolls.
The welding of the edges of the separating foils 5, 5 'is denoted by 18 in FIGS. 2, 10, 12 and 14.