CH617126A5

CH617126A5 - Process for producing hollow bodies, in particular pipes

Info

Publication number: CH617126A5
Application number: CH442077A
Authority: CH
Inventors: Carlo Cascianelli; Giuseppe Dr Lottanti
Original assignee: Micafil Ag
Priority date: 1977-04-07
Filing date: 1977-04-07
Publication date: 1980-05-14
Also published as: DE2719773A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern, insbesondere von Rohren, welche aus einem mit einem Harz unter Vakuum imprägnierten Natur- und/oder Kunst-Fasermaterial bestehen. &>

Formkörper aus faserverstärktem Kunststoff können nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden, wobei vorzugsweise das Wickelverfahren zur Anwendung kommt.

Es ist bekannt, gewickelte Rohre aus Strängen, Vliesen oder Geweben, beispielsweise aus Rovings, schraubenförmig 65 überlappten Bahnen, aus Papierbahnen, sich überkreuzenden Lagen oder aus in voller Breite übereinandergewickelten Lagen, wie Filamentglasgewebebahnen, herzustellen.

Als Material für das Verstärkungsmaterial können auch endlose Kunststoffäden, Filamentglasfäden und/oder Fila-mentglasgewebe und dgl. oder Kombinationen dieser Materialien in Frage kommen, wobei das verstärkende Material um einen Wickelkern, beispielsweise Wickeldorn, gewickelt wird. Anschliessend bzw. während des Wickelvorganges wird das verstärkende Material mit einem härtenden Harz imprägniert. Die Härtung des Harzes erfolgt in der Regel bei erhöhter Temperatur. Werden hohe mechanische und vor allem elektrisch isolierende Anforderungen an den Hohlkörper, beispielsweise als Hochspannungsisolation, gestellt, so ist es notwendig, die Imprägnierung des gewickelten Rohres nach vorheriger Entfernung der im gewickelten Fasermaterial vorhandenen Luft durchzuführen.

Hierfür sind verschiedene Verfahren bekannt, wobei die Imprägnierung des Wickels z.B. in einer zylindrischen Metallform vorgenommen wird.

Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, dass sich die Lagen des gewickelten Faserverstärkungsmaterials verschieben und die Innenfläche der Form beschädigt wird.

Es ist auch bekannt, anstelle einer zylindrischen Metallform eine mehrteilige Form, vorzugsweise eine Metallform, zu verwenden, die mechanisch geöffnet und geschlossen wird.

Bei diesem Verfahren ist für jede Hohlkörper-Dimension eine besondere Metallform erforderlich, welche einen erheblichen finanziellen Aufwand bilden.

Von Nachteil ist weiterhin die hohe Wärmekapazität der Metallformen und die hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls, wodurch die erforderliche Steuerung des Gelierungsablaufs, nämlich von innen nach aussen, schwer zu beherrschen ist, beispielsweise durch ständig kontrolliertes Abkühlen der Metallform von aussen.

Ferner ist vorgeschlagen worden, den Wickel in einem Imprägnierbad zu imprägnieren und anschliessend in eine mit dem Imprägnierharz unverträgliche Flüssigkeit zu tauchen und darin aushärten zu lassen.

Dieses Verfahren weist jedoch verschiedene Mängel auf, verursacht durch die ungenügende Lagerstabilität des Imprägnierbades sowie die unerwünschte allmähliche Verschmutzung des Flüssigkeitsbades, in das der Wickel getaucht wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht auch unter Druck eine Vakuumimprägnierung und Härtung des isolierenden Hohlkörpers, insbesondere eines GFK-Rohres, aus faserverstärktem Kunststoff auch für eine geringe Stückzahl ohne Anwendung einer Metallform oder eines Imprägnierbades wirtschaftlich bei gleicher Qualität herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch nachfolgende Verfahrensschritte gelöst, nämlich dass man a) auf eine Kernform das Fasermaterial zu einem Wickelkörper wickelt,

b) auf den Wickelkörper einen Aussenmantel aus einem den Wärmedurchgang behindernden Material aufbringt,

c) die Stirnflächen des die Kernform enthaltenden Wickelkörpers abdichtet,

d) durch eine der beiden Stirnflächen die im Wickelkörper befindliche Luft absaugt,

e) gleichzeitig von der anderen Stirnfläche her ein Imprägnierharz in die Wickelkörperwände hineinpresst f) den Hohlkörper härtet und g) den Formkern aus dem Wickelkörper herausnimmt und den Aussenmantel des zu einem fertigen Hohlkörper gebildeten Wickelkörpers entfernt.

Der Vorteil besteht insbesondere darin, dass mit geringem Aufwand auch eine wirtschaftliche Fertigung einzelner oder in Kleinserie gefertigter mechanisch und elektrisch hochbeanspruchter Hohlkörper ermöglicht wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das zur Herstellung des

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Aussenmantels verwendete Material mindestens einseitig mit einem thermoplastischen oder thermohärtenden Harz beschichtet wird.

Es ist zweckmässig, dass der Aussenmantel bis zur imprägnierten Aussenoberfläche des Wickelkörpers abgetragen 5 wird.

Ferner ist es zweckmässig, dass zwischen dem Hohlkörpermaterial und dem Material des Aussenmantels ein Trennmittel, vorzugsweise eine Trennfolie, vorgesehen wird.

Es empfiehlt sich, dass der Aussenmantel aus einem Cellu- io losepapier, einem Kunststoffpapier oder einer Kunststoffolie besteht.

Diese Materialien weisen geringe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch gute Voraussetzungen für eine Steuerung der Härtung des Imprägnierharzes im Hohlkörper von innen nach 15 aussen geschaffen werden, wobei aus Preisgründen das Cellu-losepapier überwiegend vorzuziehen ist. Mit Vorteil kann der Wickelkörper insbesondere aus in voller Breite gewickelten Bahnen hergestellt werden.

Es empfiehlt sich weiter, dass das Material des Aussenman- 20 tels durch Temperatureinwirkung oder durch eine chemische Reaktion vakuumdicht und druckfest verklebt wird.

Ferner empfiehlt es sich, dass zur Härtung des Imprägnierharzes im Hohlkörper die Kernform erwärmt wird und der Härtungsvorgang von innen nach aussen erfolgt. 25

Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird ein ausreichend steifer, vakuumdichter und druckfester Aussenmantel hergestellt, wodurch sich eine zusätzliche Form erübrigt, und eine wichtige Voraussetzung für eine einwandfreie Imprägnierung und Härtung geschaffen wird. 30

Für die Herstellung eines vakuumdicht- und druckfest-iso-lierenden Aussenmantels werden eine oder mehrere Lagen, beispielsweise eines Vliesstoffes, verwendet, die ein härtendes thermoplastisches Harz enthalten. Das Aussenmantelmaterial wird auf den faserverstärkten Hohlkörper in der Regel in vol- 35 1er Breite aufgewickelt und die einzelnen Lagen werden miteinander verklebt. Als Aussenmantelmaterial können Bahnen aus verschiedenen Materialien verwendet werden. Besonders gut bewährt haben sich Cellulosepapierbahnen, die einseitig mit einem thermoplastischen Harz beschichtet sind. Die Dicke « einer solchen Bahn liegt am zweckmässigsten zwischen 0,05 und 1,0 mm. Um eine gute Haftung zwischen dem faserverstärkenden Material des Hohlkörpers und der Aussenmantel-bahn zu erreichen, wird das auf der Bahn bereits vorbeschichtete thermoplastische Harz durch Erwärmung erweicht bzw. 45 geschmolzen. Als Harz kann sowohl ein Produkt verwendet werden, das nach Erweichung durch Wärmeeinwirkung thermoplastisch bleibt als auch ein solches das vernetzt wird. Neben Cellulosepapier können für den Aussenmantel auch Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyester, Polycarbonat, sowie andere 50 Natur- und Kunststoffe, vorzugsweise in Bahnen oder als Folien, verwendet werden. Zur Beschichtung der Aussenmantel-bahnen eignen sich unter anderem Epoxidharze, die während der Beschichtung in den B-Zustand überführt werden und somit einen fortgeschrittenen Kondensationsgrad erreichen. Von 35 Vorteil ist es, wenn diese Harze bei Raumtemperatur klebfrei sind, jedoch ist eine solche Klebfreiheit nicht unbedingt erforderlich. Die härtenden Harzmischungen brauchen nach dem Wickelverfahren nicht völlig auszuhärten. Es genügt, wenn ein solcher Vernetzungsgrad erreicht wird, dass beim Imprägnie- 60 ren des Wickels das Beschichtungsharz nicht schmilzt oder erweicht. Bei Verwendung von nichthärtendem thermoplastischem Material darf der Schmelzpunkt nicht unter der Imprägniertemperatur liegen.

Der auf diese Weise mit einem Aussenmantel versehene 65 Wickelkörper wird nun an den Stirnflächen mit Flanschen abgedichtet und anschliessend imprägniert. Die Imprägnierung geschieht in der Regel nach Entfernung der im Wickel vorhandenen Luft. Die Härtungsbedingungen richten sich nach dem gewählten Harz, wobei allgemein höhere Temperaturen notwendig sind. Die Härtung kann drucklos oder unter Druck erfolgen. Nach der Härtung wird der Hohlkörper auf die erforderlichen Masse mechanisch, beispielsweise durch Abdrehen, nachbearbeitet. Falls zwischen dem Faserverstärkungs-material des Wickelkörpers und dem Material des Aussenmantels mindestens eine Lage einer Trennfolie gewickelt wird, wobei Anfang und Ende der Folie jeweils mit der vorhergehenden und der nachfolgenden Bahn verklebt wird, ist eine mechanische Nachbearbeitung nicht erforderlich.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend in Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Wickelkörper: Filamentglasgewebe harzimprägniert;

Aussenmantel: Cellulosepapierbahnen.

Auf einen Wickeldorn von etwa 30 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 1700 mm werden unter einer Vorspannung 45 Lagen eines 0,2 mm dicken Filamentglasgewebes zu einem Wickelkörper aufgewickelt. Anschliessend werden 8 Lagen eines 0,15 mm dicken mit einem thermoplastischen Epoxidharz einseitig beschichteten Cellulosepapier zu einem Aussenmantel auf den Hohlkörper aufgebracht. Die Wickelbreite sowohl des Filamentgewebes als auch des Cellulosepa-piers beträgt 1500 mm. Das zur Beschichtung des Cellulosepa-piers verwendete Epoxidharz erweicht in einem Temperaturbereich von 130 bis 150°C. Mit Hilfe einer auf 170°C vorgewärmten Heizwalze wird durch das Harz zuerst das Cellulosepapier mit der letzten Filamentglasgewebe-Lage und die folgenden Cellulosepapier-Lagen miteinander heiss verklebt. Nach Abdichtung der beiden Stirnflächen wird aus dem so hergestellten und mit einem Aussenmantel versehenen Wik-kelkörper die darin befindliche Luft abgesaugt und der Wik-kelkörper anschliessend durchimprägniert.

Beispiel 2

Wickelkörper- und Aussenmantel-Aufbau wie in Beispiel 1, jedoch mit grossen Abmessungen.

Auf einen Dorn beispielsweise von etwa 600 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 3200 mm werden unter einer Vorspannung 65 Lagen eines 0,5 mm dicken Filamentglasgewebes zu einem Wickelkörper gewickelt. Anschliessend werden 6 Lagen des Cellulosepapiers gemäss Beispiel 1 wieder zu einem Aussenmantel auf den Hohlkörper aufgewickelt. Danach werden wiederum wie in Beispiel 1 die zwei Stirnflächen des Hohlkörpers gegenüber dem Wickeldorn und dem Aussenmantel mit Flanschen abgedichtet, wobei der den Hohlkörper umgebende Aussenmantel eine zylindrische Form bildet. Der Wickeldorn wird in etwa 60 Min. auf 130°C erwärmt und an dem einen Flansch an eine Vakuumpumpe angeschlossen. Nach ca. 15 Min. wird durch den anderen Flansch unter einem Druck von etwa 3 bis 4 atü eine Imprägniermischung zugeführt, welche folgende Zusammensetzung aufweist:

100 Gewichtsteile Epoxidharz aus Bisphenol A und Epi-

chlorhydrin mit einer Epoxidzahl von 5,2 80 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid 0,5 Gewichtsteile Benzyldimethylamin

Der nach 15 Min. durchimprägnierte Hohlkörper geliert nach weiteren 45 Min. und wird während etwa 12 Stunden bei 130°C gehärtet.

Beispiel 3

Wickelkörper: Filamentglasgewebe durchimprägniert;

Aussenmantel: PVC-Folie.

Die Herstellung des Wickels erfolgt wie in den vorgehenden Beispielen, jedoch mit dem Unterschied, dass der Aussenmantel des Hohlkörpers anstatt aus Cellulosepapier aus 5 La

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gen einer 0,2 mm dicken PVC-Folie gebildet wird. Die Imprägnierung und Härtung des Wickelkörpers erfolgt analog zu Beispiel 2. Durch Abdrehen wird der aus PVC-Lagen bestehende Aussenmantel entfernt.

Beispiel 4

Wickelkörper: Rovinggewebe durchimprägniert;

Aussenmantel: Cellulosepapier.

Auf einen Wickeldorn von etwa 450 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 2500 mm werden 70 Lagen eines 1,2 mm dicken Glasro vinggewebes zu einem Wickelkörper gewickelt. Anschliessend werden 8 Lagen eines beschichteten Cellulosepapiers wie in Beispiel 1 zu einem Aussenmantel s weitergewickelt und miteinander heiss verklebt. Der nach 15 Min. imprägnierte Wickelkörper geliert nach weiteren 45 Min. und wird während etwa 12 Stunden bei 130°C gehärtet. Der aus imprägniertem Cellulosepapier bestehende Aussenmantel wird durch Abdrehen entfernt.

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern, insbesondere von Rohren, welche aus einem mit einem Harz unter Vakuum imprägnierten Natur- und/oder Kunst-Fasermaterial bestehen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte : s a) auf eine Kernform wird das Fasermaterial zu einem Wik-kelkörper gewickelt,

b) auf den Wickelkörper wird ein Aussenmantel aus einem den Wärmedurchgang behindernden Material aufgebracht,

c) die Stirnflächen des die Kernform enthaltenden Wickel- io körpers werden abgedichtet,

d) durch eine der beiden Stirnflächen wird die im Wickelkörper befindliche Luft abgesaugt,

e) gleichzeitig wird von der anderen Stirnfläche her ein Imprägnierharz in die Wickelkörperwände hineingepresst, 15

f) der Wickelkörper wird gehärtet und g) der Formkern wird aus dem Wickelkörper herausgenommen und der Aussenmantel des zu einem fertigen Hohlkörper gebildeten Wickelkörpers entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 20 dass das Aussenmantelmaterial mindestens einseitig mit einem thermoplastischen Harz beschichtet wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das Aussenmantelmaterial mindestens einseitig mit einem thermohärtenden Harz beschichtet wird. 25

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenmantel bis zur imprägnierten Aus-senoberfläche des Wickelkörpers mechanisch abgetragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fasermaterial des Wickelkörpers 30 und dem Material des Aussenmantels ein Trennmittel vorgesehen wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Aussenmantelmaterial ein Cellulose-papier verwendet wird. 35

7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Aussenmantelmaterial ein Kunststoffpapier verwendet wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Aussenmantelmaterial eine Kunststoff- 40 folie verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Aussenmantels durch Temperatureinwirkung vakuumdicht und druckfest verklebt wird. 45

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Aussenmantels durch eine chemische Reaktion vakuumdicht und druckfest verklebt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 50 dass zur Härtung des Imprägnierharzes im Wickelkörper die Kernform erwärmt wird und der HärtungsVorgang von innen nach aussen erfolgt.