CH617126A5 - Process for producing hollow bodies, in particular pipes - Google Patents
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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. &> The invention relates to a method for producing hollow bodies, in particular pipes, which consist of a natural and / or synthetic fiber material impregnated with a resin under vacuum. &>
Formkörper aus faserverstärktem Kunststoff können nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden, wobei vorzugsweise das Wickelverfahren zur Anwendung kommt. Shaped bodies made of fiber-reinforced plastic can be produced by various methods, the winding method preferably being used.
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. It is known to produce wound tubes from strands, nonwovens or fabrics, for example from rovings, helically overlapping webs, from paper webs, crossing layers or from full-width layers, such as filament glass fabric webs.
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. Endless plastic threads, filament glass threads and / or filament glass fabrics and the like or combinations of these materials can also be used as the material for the reinforcing material, the reinforcing material being wound around a winding core, for example a winding mandrel. Subsequently or during the winding process, the reinforcing material is impregnated with a hardening resin. The resin is usually cured at elevated temperature. If high mechanical and, above all, electrically insulating requirements are placed on the hollow body, for example as high-voltage insulation, it is necessary to impregnate the wound tube after removing the air present in the wound fiber material.
Hierfür sind verschiedene Verfahren bekannt, wobei die Imprägnierung des Wickels z.B. in einer zylindrischen Metallform vorgenommen wird. Various methods are known for this, the impregnation of the winding e.g. is made in a cylindrical metal mold.
Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, dass sich die Lagen des gewickelten Faserverstärkungsmaterials verschieben und die Innenfläche der Form beschädigt wird. A disadvantage of this method is that the layers of the wound fiber reinforcement material shift and the inner surface of the mold is damaged.
Es ist auch bekannt, anstelle einer zylindrischen Metallform eine mehrteilige Form, vorzugsweise eine Metallform, zu verwenden, die mechanisch geöffnet und geschlossen wird. It is also known to use a multi-part mold, preferably a metal mold, instead of a cylindrical metal mold, which is mechanically opened and closed.
Bei diesem Verfahren ist für jede Hohlkörper-Dimension eine besondere Metallform erforderlich, welche einen erheblichen finanziellen Aufwand bilden. With this method, a special metal shape is required for each hollow body dimension, which forms a considerable financial outlay.
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. A further disadvantage is the high thermal capacity of the metal molds and the high thermal conductivity of the metal, as a result of which the required control of the gelling process, namely from the inside out, is difficult to control, for example by constantly controlled cooling of the metal mold from the outside.
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. It has also been proposed to impregnate the winding in an impregnation bath and then to immerse it in a liquid which is incompatible with the impregnation resin and to allow it to harden therein.
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. However, this method has several shortcomings, caused by the insufficient storage stability of the impregnation bath and the undesirable gradual contamination of the liquid bath in which the winding is dipped.
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. It is an object of the invention to develop a method which enables vacuum impregnation and hardening of the insulating hollow body, in particular a GRP tube, made of fiber-reinforced plastic even under pressure, even for a small number of pieces, without the use of a metal mold or an impregnation bath, economically with the same quality to manufacture.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch nachfolgende Verfahrensschritte gelöst, nämlich dass man a) auf eine Kernform das Fasermaterial zu einem Wickelkörper wickelt, This object is achieved according to the invention by the following process steps, namely that a) the fiber material is wound onto a core form to form a winding body,
b) auf den Wickelkörper einen Aussenmantel aus einem den Wärmedurchgang behindernden Material aufbringt, b) an outer jacket made of a material that hinders the heat transfer is applied to the winding body,
c) die Stirnflächen des die Kernform enthaltenden Wickelkörpers abdichtet, c) seals the end faces of the winding body containing the core shape,
d) durch eine der beiden Stirnflächen die im Wickelkörper befindliche Luft absaugt, d) sucks the air in the winding former through one of the two end faces,
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. e) at the same time an impregnating resin is pressed into the winding body walls from the other end face f) the hollow body hardens and g) takes the mandrel out of the winding body and removes the outer jacket of the winding body formed into a finished hollow body.
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. The advantage is in particular that, with little effort, the economical production of individual or small series of mechanically and electrically highly stressed hollow bodies is made possible.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das zur Herstellung des It when the manufacture of the
3 3rd
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Aussenmantels verwendete Material mindestens einseitig mit einem thermoplastischen oder thermohärtenden Harz beschichtet wird. Material used outer jacket is coated at least on one side with a thermoplastic or thermosetting resin.
Es ist zweckmässig, dass der Aussenmantel bis zur imprägnierten Aussenoberfläche des Wickelkörpers abgetragen 5 wird. It is expedient that the outer jacket is removed 5 up to the impregnated outer surface of the winding body.
Ferner ist es zweckmässig, dass zwischen dem Hohlkörpermaterial und dem Material des Aussenmantels ein Trennmittel, vorzugsweise eine Trennfolie, vorgesehen wird. Furthermore, it is expedient that a release agent, preferably a release film, is provided between the hollow body material and the material of the outer jacket.
Es empfiehlt sich, dass der Aussenmantel aus einem Cellu- io losepapier, einem Kunststoffpapier oder einer Kunststoffolie besteht. It is recommended that the outer jacket consists of a cellulose loose paper, a plastic paper or a plastic film.
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. These materials have low thermal conductivity, which creates good conditions for controlling the hardening of the impregnation resin in the hollow body from the inside to the outside, the cellulose paper being predominantly preferred for reasons of price. The winding body can advantageously be produced in particular from webs wound over their full width.
Es empfiehlt sich weiter, dass das Material des Aussenman- 20 tels durch Temperatureinwirkung oder durch eine chemische Reaktion vakuumdicht und druckfest verklebt wird. It is also recommended that the material of the outer jacket is bonded in a vacuum-tight and pressure-tight manner by the effect of temperature or a chemical reaction.
Ferner empfiehlt es sich, dass zur Härtung des Imprägnierharzes im Hohlkörper die Kernform erwärmt wird und der Härtungsvorgang von innen nach aussen erfolgt. 25 It is also recommended that the core form is heated in order to harden the impregnating resin in the hollow body and that the hardening process takes place from the inside out. 25th
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 The method according to the invention produces a sufficiently rigid, vacuum-tight and pressure-resistant outer jacket, which makes an additional shape unnecessary and creates an important prerequisite for perfect impregnation and hardening. 30th
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. For the production of a vacuum-tight and pressure-resistant insulating outer jacket, one or more layers, for example of a nonwoven, are used, which contain a hardening thermoplastic resin. The outer sheath material is generally wound onto the fiber-reinforced hollow body in full width and the individual layers are glued together. Sheets of various materials can be used as the outer jacket material. Cellulose paper webs that are coated on one side with a thermoplastic resin have proven particularly successful. The thickness of such a web is best between 0.05 and 1.0 mm. In order to achieve good adhesion between the fiber-reinforcing material of the hollow body and the outer jacket web, the thermoplastic resin that has already been coated on the web is softened or melted by heating. Both a product that remains thermoplastic after softening by the action of heat and one that is crosslinked can be used as resin. In addition to cellulose paper, polyvinyl chloride, polyamide, polyester, polycarbonate and other 50 natural and synthetic materials, preferably in sheets or as films, can also be used for the outer jacket. Epoxy resins, which are converted into the B state during coating, are suitable for the coating of the outer cladding and thus achieve an advanced degree of condensation. It is advantageous if these resins are non-tacky at room temperature, but such non-tackiness is not absolutely necessary. The hardening resin mixtures do not need to harden completely after the winding process. It is sufficient if a degree of crosslinking is achieved that the coating resin does not melt or soften when the winding is impregnated. When using non-hardening thermoplastic material, the melting point must not be below the impregnation temperature.
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. The winding body provided with an outer jacket in this way is now sealed with flanges at the end faces and then impregnated. The impregnation usually takes place after removal of the air present in the winding. The curing conditions depend on the resin chosen, although generally higher temperatures are required. The hardening can take place without pressure or under pressure. After hardening, the hollow body is reworked to the required mass mechanically, for example by twisting it off. If at least one layer of a separating film is wound between the fiber reinforcement material of the winding former and the material of the outer casing, the beginning and end of the film being glued to the preceding and the following web, mechanical finishing is not necessary.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend in Beispielen näher erläutert. The process according to the invention is explained in more detail below in examples.
Beispiel 1 example 1
Wickelkörper: Filamentglasgewebe harzimprägniert; Winding body: filament glass fabric resin-impregnated;
Aussenmantel: Cellulosepapierbahnen. Outer jacket: cellulose paper webs.
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. 45 layers of a 0.2 mm thick filament glass fabric are wound onto a winding mandrel with a diameter of about 30 mm and a length of about 1700 mm under pretension to form a winding body. Then 8 layers of 0.15 mm thick cellulose paper coated on one side with a thermoplastic epoxy resin are applied to the outer shell to form an outer jacket. The winding width of both the filament fabric and the cellulose paper is 1500 mm. The epoxy resin used to coat the cellulose paper softens in a temperature range from 130 to 150 ° C. With the help of a heating roller preheated to 170 ° C, the resin first glues the cellulose paper with the last filament glass fabric layer and the following cellulose paper layers together. After the two end faces have been sealed, the air contained therein is extracted from the wedge body thus produced and provided with an outer jacket, and the wedge body is subsequently impregnated.
Beispiel 2 Example 2
Wickelkörper- und Aussenmantel-Aufbau wie in Beispiel 1, jedoch mit grossen Abmessungen. Winding body and outer sheath construction as in Example 1, but with large dimensions.
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: On a mandrel, for example, about 600 mm in diameter and a length of about 3200 mm, 65 layers of a 0.5 mm thick filament glass fabric are wound under pre-tension to form a winding body. Then 6 layers of the cellulose paper according to Example 1 are wound up again to form an outer jacket on the hollow body. Then, as in Example 1, the two end faces of the hollow body are sealed off from the winding mandrel and the outer jacket with flanges, the outer jacket surrounding the hollow body forming a cylindrical shape. The winding mandrel is heated to 130 ° C in about 60 minutes and connected to a vacuum pump on one flange. After approx. 15 minutes, an impregnation mixture is added through the other flange under a pressure of about 3 to 4 atm, which has the following composition:
100 Gewichtsteile Epoxidharz aus Bisphenol A und Epi- 100 parts by weight of epoxy resin made of bisphenol A and epi-
chlorhydrin mit einer Epoxidzahl von 5,2 80 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid 0,5 Gewichtsteile Benzyldimethylamin chlorohydrin with an epoxide number of 5.2 80 parts by weight of hexahydrophthalic anhydride 0.5 parts by weight of benzyldimethylamine
Der nach 15 Min. durchimprägnierte Hohlkörper geliert nach weiteren 45 Min. und wird während etwa 12 Stunden bei 130°C gehärtet. The hollow body impregnated after 15 minutes gels after a further 45 minutes and is cured at 130 ° C. for about 12 hours.
Beispiel 3 Example 3
Wickelkörper: Filamentglasgewebe durchimprägniert; Winding body: impregnated filament glass fabric;
Aussenmantel: PVC-Folie. Outer sheath: PVC film.
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 The winding is produced as in the preceding examples, but with the difference that the outer jacket of the hollow body is made of 5 La. Instead of cellulose paper
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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. is formed against a 0.2 mm thick PVC film. The winding body is impregnated and hardened in the same way as in Example 2. The outer sheath, which consists of PVC layers, is removed by twisting.
Beispiel 4 Example 4
Wickelkörper: Rovinggewebe durchimprägniert; Winding body: roving fabric impregnated;
Aussenmantel: Cellulosepapier. Outer sheath: cellulose paper.
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. On a winding mandrel of about 450 mm in diameter and a length of about 2500 mm, 70 layers of a 1.2 mm thick glass roving fabric are wound into a winding body. Then 8 layers of a coated cellulose paper are wound further to an outer jacket s as in Example 1 and hot glued to one another. The winding body impregnated after 15 minutes gels after a further 45 minutes and is cured at 130 ° C. for about 12 hours. The outer jacket made of impregnated cellulose paper is removed by twisting off.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |