CZ20032358A3

CZ20032358A3 - Způsob a zařízení pro výrobu kompozitního plošného produktu s víceosou vlákennou výztuží, kompozitní plošný produkt, jeho použití, a textilní pás

Info

Publication number: CZ20032358A3
Application number: CZ20032358A
Authority: CZ
Inventors: Dominique Loubinoux
Original assignee: Saint-Gobain Vetrotex France S. A.
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2004-04-14
Also published as: DE60230597D1; SK10842003A3; US20040082244A1; EP1373621A1; FR2821631B1; JP2004530053A; MXPA03007803A; KR20040025666A; PL363882A1; FR2821631A1; CN1507510A; BR0207763A; ATE419418T1; AU2002241047B2; CA2450672A1; WO2002070806A1; US7226518B2; EP1373621B1

Description

Oblast techniky

Vynález se týká výroby kompozitních plošných produktů s víceosou vlákennou výztuží a konkrétně kompozitních plošných produktů, tvořených spojením jednosměrných plošných seskupení z výztužných vláken, jako jsou skleněná vlákna, ukládaných v různých směrech, a organické hmoty.

Oblast použití vynálezu je výroba kompozitních plošných produktů s víceosou vlákennou výztuží, určených pro výrobu lisovaných dílců z kompozitních hmot, zejména dílců vyžadujících značné deformace při tváření.

Dosavadní stav techniky

Kompozitní plošné produkty obvykle sestávají z nejméně dvou materiálů, mající rozdílné teploty tavení, z nichž jeden je obecně organická termoplastická hmota sloužící jako matrice a jeden je výztužná hmota, vnořená do uvedené matrice. Při výrobě může organická termoplastická hmota nabýt povahu kapaliny nebo pevné látky, jako jsou prášek, film, folie nebo nitě. Výztužná hmota samotná může být ve formě kontinuálních nebo nastříhaných nití, rohože z kontinuálních nebo nastříhaných nití, tkaniny, mřížky, atd. Volba formy a povahy každého z materiálů, «které, se maji spojovat; závisí na tvaru’ a konečných vlastnostech vyráběného dílce.

Existuje již řada způsobů dovolujících kombinovat výztužnou hmotu a organickou termoplastickou hmotu.

• ·

-2Podle francouzského patentového spisu FR-A-2 500 360 se vyrábějí kompozitní plošné produkty (desky) lisováním na sobě uložených vrstev tkanin z výztužných nití a termoplastických nití za tepla, přičemž termoplastické nitě mohou být uspořádány ve směru osnovy, útku nebo obojího současně. Použití získaných kompozitních desek však zůstává omezené na výrobu plochých deskových dílců nebo zakřivených dílců jednoduchého tvaru s malou deformací.

Podle francouzské patentové přihlášky č.9910842 se získávají kompozitní plošné produkty (desky) spojováním svazkového souboru rovnoběžných nití a vrstvového souboru nití orientovaných napříč ke směru svazku, načež se takto vytvořená sestava souborů podrobí ohřevu následovanému chlazení. Nitě sestavy souborů jsou většinou směsové nitě tvořené vzájemně dobře promísenými skleněnými nekonečnými vlákny a nekonečnými vlákny z termoplastické hmoty. Získané kompozitní plošné produkty jsou tvořeny překříženými vrstvovými soubory vzájemně na sebe kolmých nití (90°).

Ve francouzském spisu FR-A-2 743 822 je navrženo vyrábět kompozitní plošný produkt (desku) tam, že se kontinuálně ukládá na dopravník tkanina ze směsových nití ze skleněných a termoplastických nekonečných vláken, eventuelně kombinovaná s kontinuálními nebo nastříhanými nitěmi. Soubor se potom předehřívá v horkovzdušné^Mpeci''a*po^T’'té^wrše^wrzavádí do^w‘ pásového lisu, uvnitř kterého se zahřívá a chladí při udržování ve stlačeném stavu. I když je zvlášť přizpůsobený výrobě dílců složitého tvaru lisováním nebo ražením, neposkytuje kompozitní plošný produkt (deska) zcela uspokojivé vý-3• ··· · · sledky, když se jedná o získávání dílců majících kromě toho velkou amplitudu deformace.

Také byla popsán v patentovém spisu US-A-4 277 531 kompozitní plošný produkt (deska), způsobilý výroby dílců složitého tvaru lisováním. Podle tohoto patentového spisu se přivádějí dva vpichované rohožové pásy z kontinuálních skleněných nití po rovnoběžných dráhách až k zařízení pro lisování za tepla, kde se spojují. Povrchy pásů, obrácené k sobě, jsou při spojování povlečeny kapalnou termoplastickou hmotou a vnější povrchy jsou povlečeny filmem z organické termoplastické hmoty. Tento soubor se současně zahřívá a stlačuje pro zajištění roztavení filmů a chladí se. Výroba takového kompozitního plošného produktu je relativně složitá a nedovoluje kromě toho ukládat výztužné nitě ve více směrech.

Podstata vynálezu

Vynález si klade za úkol vytvořit způsob výroby kompozitních desek, vytvořených sdružením organické termoplastické hmoty * a jednosměrných plošných niťových seskupení z výztužných nití, zejména ze skla, ukládaných v různých směrech, za účelem umožňování vytváření kompozitních dílů složitého tvaru (například mohoucí snášet tvorbu žeber připojených nebo nepřipojených k částem majícím malý poloměr zakřivení, atd.) a se vysokým reliefem, který vyžaduje značné deformace (t.j. velkou amplitudu) vlákenné struktury. .................^..................“*’**

Vynález si také klade za úkol vytvořit kompozitní homogenní plošný produkt s víceosou vlákennou výztuží, mající pravidelnou orientaci vláken, které mohou mít vysokou ploš• ·

-4nou hmotnost (okolo 500 g/m² a az 1000-1500 g/m² nebo i 3000 g/m²) a jejichž šířka může dosáhnout 3 metrů. Zvlášt se vynález zaměřuje na kompozitní plošný produkt s víceosou vlákennou výztuží, mající souměrnou povahu s hlavním jednosměrným vrstvovým seskupením nití (0°), uloženým po jedné a/nebo druhé straně jednosměrných příčných vrstvových seskupení nití svírajících opačné úhly (-α/4-α) vzhledem k hlavnímu směru.

Dalším cílem vynálezu je navrhnout způsob a zařízení pro provádění tohoto způsobu, které by umožnily kontinuálně a v jednom pochodu vyrábět kompozitní plošný produkt s víceosou vlákennou výztuží s proměnlivou a relativně vysokou plošnou hmotností z¹' jednosměrných vrstvových seskupení nití relativně velké šířky, a bez potřeby použití spojovacích nití.

Dalším cílem vynálezu je navrhnout jednosměrný niťový pás (nappe) obsahující směsové nitě tvořené výztužnými vlákny a termoplastickými vlákny, který by vykazoval kohezi dostatečnou kohezi pro to, aby s ním bylo manipulováno, ale který by přitom měl poddajnost kompatibilní s pochodem ukládání.

Uvedeného cíle je dosaženo způsobem, při kterém se

- vytváří jednosměrné plošné niťové seskupení (nappe de fils) z nití výztuže, jejichž_?_nejméně_ťai50»_Jhmotn»_l%e*jsOU«směsové nitě, tvořené výztužnými vlákny a vlákny z organické hmoty, vzájemně spolu dobře promísenými, ; 1

- plošnému niťovému seskupení (nappe de fils) se udělí koheze do niťového pásu umožňující jeho rozprostírací ukládání,

Ί

·· ·· > · · « • · «

-5- tento nibový pás (nappe) se klade rozprostíracím ukládáním na pohybující se nosič ve směru napříč ke směru pohybu,

- soubor nití z výztužné a organické hmoty, postupující ve směru pohybu, se zahřívá a fixuje se působením tepla, eventuelně při působení tlaku, a po té se ochlazuje na kompozitní pás, a

- pás se odebírá ve formě jednoho nebo více kompozitních plošných produktů.

Jednotlivé kroky způsobu, jako unášení jednosměrného nitového pásu, ukládání nitového pásu, atd., se s výhodou provádějí kontinuálně. 1

Pod pojmem kompozitní plošný produkt (plaque, deska) se ve smyslu vynálezu rozumí prvek malé tlouštky vzhledem k jeho povrchu, zpravidla rovinný (ale který může být eventuelně zakřivený) a tuhý, při zachovávání schopnosti být popřípadě odebírán a uchováván ve svinuté formě, s výhodou na nosiči majícím vnější průměr větší než 150 mm. Obecně se * jedná o plný nebo v podstatě plný díl, t.j. produkt mající j poměr otevřené plochy k celkové ploše nepřesahující 50%.

Pod pojmem kompozitní se ve smyslu vynálezu rozumí sdružení nejméně dvou materiálů s odlišnými teplotami tavení, zpravidla nejméně jedné organické termoplastické hmoty a- nejméně jedné výztužné hmoty, při'čěmž’^w^b^h^hmo£^*májící •Λ nižší teplotu tavení (organické hmoty) je nejméně rovný 10 hmotn.% uvedeného soúbořu‘ás výhodou nejméně rovný 20%.

Pod pojmem plošné nitové seskupení (nappe de fils) ;

i se rozumí soubor vedle sébe rovnoběžně uložených jednotil- j £

• · í

vých nití.

Pod pojmem niťový pás (nappe) se rozumí soubor nití, pocházející z plošného niťového seskupení v důsledku toho, že se souboru jednotlivých nití udělí koheze, takže nitě souboru drží pohromadě a takto získaný niťový pás se dá klást rozprostíracím ukládáním (nappage).

Pokud jde o termín rozprostírací ukládání (nappage) a klást rozprostíracím ukládáním (napper) v souvislosti s niťovým pásem (nappe), rozumí se jím ukládání niťového pásu na plochu střídavým pohybem s danou amplitudou, při němž se niťový pás obrací při každé změně směru. Kladení niťového pásu se obecně dosahuje pomocí rozprostíračího ukládače (étaleur-nappeur), jak je popsán například v evropském patentovém spisu EP-A-0 517 563.

Pod dostatečnou kohezí jednosměrného niťového pásu se rozumí, že podle vynálezu jsou prvky tvořící tento niťový pás mezi sebou pojené tak, že umožňují, aby soubor nití tvořící pás podstoupil pochod rozprostíracího ukládání bez znatelného poškození jeho struktury. Soudržnost je dostatečná, když se nitě od sebe neoddělují nebo se málo od sebe oddělují nebo nevznikají kázy) zejména trhliny, v okamžiku rozprostíracího ukládání. V kontextu vynálezu je koheze dosta.-tečná. když má niťový pás -pevnost v^taKňTV^ríČnem směru vyšší než 5 N/5cm, měřenou v podmínkách normy NF EN 29073-3.

Pod pojmem pohybující se nosič se rozumí dopravník, který přesouvá od jednoho bodu výrobní linky ke druhému bodu výrobní linky soubor nití z výztužné a organické hmoty. Ro-

zumí se pod ním rovněž jednosměrné plošné seskupení výztužných nití a nití z organické hmoty, oddělených od sebe.

Způsob podle vynálezu dovoluje získat kompozitní plošné produkty s víceosou vlákennou výztuží v jedné operaci, a to z jednoduchých výchozích struktur. Způsob podle vynálezu totiž používá v podstatě jednosměrných struktur. Zejména je výztužný materiál, použitý při způsobu podle vynálezu přiváděn pouze ve formě nití, které jsou učiněny kohezivními mechanickým zpracováním vedoucím k lehkému provázání vláken mezi sebou, mírným tepelným zpracováním nebo také vhodným chemickým zpracováním, a nejsou začleněné do komplexních struktur jako jsou tkaniny nebo soubory z nití držených vázacími nitěmi, atd. Použití těchto jednoduchých výztužných struktur při výrobě plošných produktů podle vynálezu přináší výhody zejména pokud jde o náklady a snadnost provádění. Při vycházení z jednoduchých struktur, jakými jsou nitě, dovoluje způsob podle vynálezu tvořit přímo jednosměrný nitový pás mající dostatečnou kohezi, ale také poddajnost pro to, aby mohl být kladem rozprostíracím ukládáním, t.j. pro vytváření příčně kladených textilních pásů, uspořádaných souměrně ke směru unášení. V kontextu vynálezu se poddajná povaha hodnotí následovně. Při držení nitového pásu vodorovně za jeden konec, zatímco se pás nechá spočívat na povrchové přímce válce o průměru 10 cm, se měří úhel, jaký svírá s vodorovnou rovinou volný konec pásu na délce 25 cm. Poddajnost je dostáťěčháT j^tlTž^je^Kodnoťa^ufílu rovná* 70° nebo větší.

Způsob se ukazuje jako výhodný zejména v tom, že je možné obměňovat úhel rozprostíracího ukládání ve velmi znač• · výhodou od 40 do 70°, a také že hodnota úhlu né míře, například od 30 do 85°, s a zvlášť výhodně je-li 45° nebo 60° může být snadno měněna jednoduchým přizpůsobováním rychlosti dopravníku a eventuelně měněním šířky příčně kladeného pásu, je-li požadováno, aby plošná hmotnost souboru nití z výztužných a organických vláken zůstávala konstantní. Způsob podle vynálezu je konečně zvlášť rychlý a ekonomický v důsledku zejména toho, že dovoluje kontinuálně získávat požadované plošné produkty (pásy, desky) přímo z nití, takže se vypustí přesuny z jednoho zařízení na druhé, jakož i skladování meziproduktů (textilních pásů, tkanin, mřížek).

Podle vynálezu jsou nitě vstupující do vytváření jednosměrného niťového pásu tvořeny nejméně z 50% ze směsových’ nití, tvořených výztužnými vlákny a vlákny z organické hmoty, vzájemně dobře promísených (například jak jsou popsány v patentových spisech EP-A-0 59 695 a EP-A-9 616 055). S výhodou obsahuje niťový pás nejméně 80 hmotn.% a nejvýhodněji 100 hmotn.% směsových nití.

Výztužná hmota se zpravidla volí z materiálů obvykle používaných pro vyztužování organických hmot, jako skla, uhlíku, aramidu, keramických hmot a rostlinných vláken, například lnu, sisalu nebo konopí, nebo obecně z materiálu s teplotou tavení nebo odbourávání vyšší než je teplota výše uvedené organické hmoty. S výhodou se volí sklo.

Organická hmota je například polyethylen, polypropylen, polyethylentereftalát, polybutylentereftalát, polyfenylenpolysulfid, polymer zvolený z polyamidů a termoplastických polyesterů, nebo jakákoli jiná organická hmota termo·· ····

-9» · »

• · · · · · plastické povahy.

S výhodou se nitě jednosměrného niťového pásu volí tak, že obsah organické hmoty v kompozitním plošném produktu je od 10 hmotn.% a obsah výztužné hmoty je od 20 do 90 hmotn.%, s výhodou od 30 do 85 hmotn.% a výhodně od 40 do 80 hmotn.%.

Jednosměrný niťový pás může obsahovat zčásti nitě tvořené jednou z hmot a zčásti nitě tvořené druhou z hmot, přičemž nitě jsou tedy v niťovém pásu uspořádány střídavě.

Při způsobu podle vynálezu pocházejí nitě jednosměrného pásu nejčastěji z jednoho nebo více nosičů (například z cívek nesených jednou nebo více cívečnicemi) nebo návinů (například válů), na nichž jsou navinuty.

Pochod, který spočívá v udělování jednosměrnému niťovému pásu koheze dostatečná k tomu, aby se niťový pás stal způsobilý rozprostíracího kladení, musí přispívat k zachovávání celistvosti výztužných vláken tak, aby plnila funkci výztuže, kterou mají zajišťovat. Tento pochod může být uskutečňován více způsoby.

Podle první varianty může být koheze niťového pásu udělována lehkým provázáním vláken tvořících nitě lehkým vpichováním nebo vystavením paprsku tlakové vody. V případě vpichování je možné použít jakéhokoli vhodného zařízení, například nosiče opatřeného jehlami poháněného svislým střídavým pohybem, který proniká přes celou tloušťku niťového pásu a vyvolává příčné provázání vláken. Provázání výstave• · ····

-10···· ♦ · nim paprsku tlakové vody může být použito pro vrhání vody na 1 pas uložený na perforovaném nosiči nebo procházející nad ko- í , Λ vovym pasem, kde se vodní paprsky odrážejí od pásu a vyvolá- | vají lehké provazování nití.

Podle druhé varianty se vlákna činí kohezivními lehkým tepelným zpracováním při teplotě blízké teplotě tavení organické hmoty. Je důležité, aby k tavení nití docházelo na povrchu, t.j. na malé tloušťce, aby niťový pás zachovával svoji poddajnost kompatibilní s následujícím rozprostíracím ukládáním. Zpravidla se pracuje při teplotě vyšší o několik °C a až o 15°C než je teplota tavení uvedené organické hmoty. Tato varianta je zvlášť přizpůsobená, když jsou nitě' ' vzájemně blízké, například vzdálené od sebe méně než 0,2 mm, i a tavení tedy umožňuje pojit nitě dotykem.

Tepelné zpracování může být prováděno jakýmkoli vhodným ohřevovým prostředkem, například vyhřívanými válci, ozařovacím zařízením jako je zařízení pro infračervené záření j (pec, lampa nebo lampy, panel nebo panely) a/nebo jedno nebo více zařízení pro foukání horkého vzduchu (teplovzdušná pec s nucenou konvekcí).

Podle třetí varianty může být koheze niťového pásu dosažena přidáním chemické hmoty mající lepivé vlastnosti vzhledem k nitím. Tato hmota může být kapalná nebo pevná, například prášek, film nebo* folie nebo vláknový pás na bázi této hmoty. Je dávána přednost hmotám, které vyvíjejí svoje lepivé vlastnosti za tepla (neboli jsou termolepivé). S výhodou je termolepivá hmota kompatibilní s organickou hmotou nití a zpravidla jsou obě hmoty shodné. Je dávána přednost • ·

-11polyolefinům a konkrétněji polypropylenu.

S výhodou se termolepivá hmota ukládá ve formě vláknového pásu nebo folie, přičemž folie obsahuje s výhodou nejméně jednu přídavnou vrstvu organické hmoty stejné povahy jako je materiál nití, s výhodou rovněž ve formě vláken nebo filamentů.

Je možné nanášet lepivou hmotu stříkáním nebo rozprašováním, když je v kapalné nebo práškové formě, a přikládáním folie nebo vláknové vrstvy, po čemž následuje ohřev, s výhodou se současným stlačením, například mezi válci kalandru.

Tato varianta dovoluje pojit nitě, které jsou relativně od sebe oddálené, se vzdáleností až okolo 1 cm.

Soubor jednosměrných niťových pásů uvnitř kompozitního plošného produktu s víceosou vlákennou výztuží se může vytvářet více způsoby.

Podle prvního provedení vynálezu se jednosměrný niťový pás klade rozprostíracím ukládáním napříč dopravníku. Vytvoří se pás s dvouosou vláknovou výztuží tvořený jednosměrnými příčně kladenými niťovými úseky, jejichž směry svírají úhly -a a +a se směrem pohybu (0°).

Podle druhého provedení se jednosměrný niťový pás příčně klade rozprostíracím ukládáním na hlavní jednosměrný niťový pás, který je sám ukládán na dopravníku a sestává z výztužných nití a nití z organické hmoty. Vytvoří se tak • ·

-12-·3 'ί pás s tříosou výztuží, s’jednosměrnými příčné kladenými ni- Í ťovými úseky svírající úhly -a a +a se směrem jednosměrného í hlavního niťového pásu (0°). j

Soubor nití z výztužné a organické hmoty (pohybující se rychlostí od například 0,5 do 10 m/min) prochází pod nejméně jedním pásmem, kde se zahřívá na teplotu mezi teplotami tavení nebo degradace látek tvořících soubor, přičemž tato teplota je rovněž nižší než je teplota degradace hmoty mající nižší teplotu tavení. Teplota degradace zde označuje minimální teplotu, při níž se pozoruje rozklad molekul tvořících hmotu (jak je tradičně definováno a jak je zřejmé pro odborníka v oboru) nebo nežádoucí změny ve hmotě (například j vzplanutí, ztráta integrity projevující se tokem hmoty mimo- í pás) nebo nežádoucí zbarvení (například žloutnutí). , )

V rámci vynálezu je soubor nití z výztužné a organické hmoty zahříván dostatečně pro to, aby se umožňovalo spojování alespoň části nití mezi sebou prostřednictvím orga- | í

nické hmoty po zahřívání a/nebo stlačení, a ve většině pří- j pádů pro umožňování získání v podstatě plné struktury. j

Jako příklad může být teplota ohřevu přibližně 190 až 230°C, když je niťový pás vytvořený ze skla a polypropylenu, okolo 280 až 310°C když je niťový pás vytvořený ze skla a polyethylentereftalátu a přibližně 270 až 280-290°C, když je niťový pás vytvořený ze skla a polybutylentereftalátu.

Ohřev souboru nití z výztužné a organické hmoty může být prováděn různými způsoby, například pomocí dvoupásového laminovacího stroje nebo pomocí vyhřívaných válců nebo oza-13-

řovacího zařízení, jako je zařízení s infračerveným zářením j (například pomocí pece, lampy nebo nebo lamp a panelu nebo i

panelů) a/nebo nejméně jednoho horkovzdušného ofukovacího ;

zařízení (například horkovzdušné pece s nucenou konvekcí). |

Ohřev může být dostatečný k tomu, aby dovoloval fixaci souboru nití z výztužné a organické hmoty pomocí roztavené organické hmoty (termofixaci). V řadě případů však soubor kromě toho podstupuje stlačování, které může být uskutečněno pomocí jednoho nebo více dvouválcových kalandrů, přičemž síla vyvíjená na soubor je zpravidla několik daN/cm, eventuelně i několik desítek daN/cm. Tlak vyvíjený stlačovacím zařízením zhutňuje nifový pás a dovoluje dosáhnout rovnoměrného rozdělení roztavené termoplastické hmoty, přičemž získaná· struktura je fixována ochlazením a ochlazení se může provádět, alespoň zčásti, současně se stlačením nebo se může rovněž provádět po stlačení za tepla.

Stlačovací zařízení může obsahovat pásový lis nebo j z takového lisu sestávat, například lisu opatřeného ocelový1 mi pásy, z textilie ze skla nebo aramidu s povlakem PTFE, který obsahuje horké pásmo následované studeným pásmem.

Ochlazování se může provádět stlačovacím zařízením, například ve studeném kalandrů, nebo se může provádět vně stlačovacího zařízení, například přirozenou nebo nucenou konvekcí.

Na výstupu ze stlačovacího zařízení je možné urychlit ochlazování kompozitního pásu tím, že se nechá postupovat po chladicím stole, v němž cirkuluje například studená voda. Ke

stolu je možné připojit přídavné prostředky (tlačné válce, jÁ desky, chlazené nebo nechlazené trysky), dovolující ještě i

zlepšit chlazení. Na výstupu ze stolu je rovněž možné umis- I tit tažné válce, které dovolují tažení kompozitního pásu. 1

Kompozitní pás, po jeho stlačování a ochlazení, se může navíjet na trn o průměru přizpůsobeném vlastnostem produktového pásu nebo může stříhán na dílčí plošné produkty (listy nebo desky) například pomocí nůžek nebo okružní pily.

Způsob podle vynálezu, i když je popsán z hlediska rozprostíracího ukládání jednoho jednosměrného niťového pásu, může být aplikován na rozprostírací ukládání více niťových pásů stejným způsobem, jaký byl výše popsán. Je rovněž. * možné vřadit mezi niťové pásy nejméně jeden jednosměrný niťový páš, obsahující výztužné nitě sdružené nebo nesdružené s organickou hmotou, ve směru osnovy, aby se vytvořily plošné produkty větší tloušťky. Mez z hlediska tloušťky závisí .

v podstatě na kapacitě ohřevového zařízení souboru nití · ( z výztužné a organické hmoty pro zhutňování pásu pro získání. i plošného produktu podle vynálezu.

Vynález se rovněž týká zařízení pro provádění způsobu. Toto zařízení obsahuje dopravník, nejméně jedno zařízení pro přivádění nití, prostředky umožňující udělit kohezi plošnému niťovému seskupení (nappe de fils) obsahujících smésové nitě na niťový pás (nappe), nejméně jedno zařízení dovolující příčně klást rozprostíracím ukládáním niťový pás na uvedený dopravník, nejméně jedno ohřívací ústrojí pro ohřev souboru nití z výztužné a organické hmoty a nejméně jedno chladicí ústrojí pro chlazeni tohoto souboru.

yrMjy..-5F*3<r· · -—•.rv’^-.

m -

Zařízení podle vynálezu může dále obsahovat nejméně jedno ústrojí pro stlačování uvedeného souboru a/nebo nejméně jedno ústrojí pro stříháni a/nebo nejméně jedno ústrojí pro odebírání kompozitních plošných produktů. Stlačovací ústrojí může být odlišné od chladicího ústrojí nebo může být tvořeno jedním ústrojím zajištujícím současně funkci stlačování a chlazení.

Kompozitní plošné produkty, získané kombinací pochodu podle vynálezu, jsou vzhledem k jejich víceosé struktuře dokonale uzpůsobené pro výrobu dílců z kompozitních materiálů pomocí postupů lisování a tvarování za tepla. Zejména jsou plošné produkty podle vynálezu pozoruhodné v tom, že jednotlivé nitové pásy nejsou spolu spojené a že nitě se tedy mohou vzájemně volně posouvat. Je tak možné získat dílce, které vykazují značné deformace a/nebo reliefy v příčném směru vzhledem ke směru pohybu (0°), když jsou vyztužené plošné produkty tříosého typu (souvrství 0°/-α/+α nebo 0°/-α/+α/0°), a také v jiných směrech, když jsou plošné produkty dvouosého typu (-α/+α). Získané kompozitní plošné produkty mají tlouštku zpravidla od několika desetin mm do přibližně 2 mm, jsou tuhé, dají se snadno řezat a mají dobré mechanické vlastnosti. Kromě toho mají dobrý stav povrchu, vyplývající zejména z nepřítomnosti vzájemného křížení nití, které se projevuje malým smrštěním. Je možné zlepšit vzhled plošného produktu tím, že se na nejméně jeden z vnějších povrchů souboru nití z výztužné a organické hmoty uloží před konečným ohřevem vedoucí k tvorbě listovitéhó nebo deskovitého produktu jedna nebo více folií z materiálu plnícího požadovanou funkci.

·?

· ·· ·«·· • · · ···* ··

-16•i

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr.l schematický pohled na zařízení umožňující první povedení vynálezu, obr.2 pohled shora na zařízení umožňující druhé provedení vynálezu a obr.3 schematický pohled na zařízení umožňující třetí provedení vynálezu.

Ve výkresech jsou použity ve všech obrázcích stejné vztahové značky.

Příklady provedení vynálezu

Obr.l znázorňuje způsob výroby kompozitního plošného produktu s dvojosou (-α/+α) vlákennou výztuží v jejím nejjednodušším provedení. Nitě 1, pocházející z válu 2, procházejí mezi zuby vřetene 3, které je udržují rovnoběžné až do jejich vstupu do vpichovacího ústrojí 4, kde jsou vzájemně pojené pro vytváření jednosměrného niťového pásu 5. Pás se klade rozprostíracím ukládáním na pohybující še dopravník 6, a to pomocí rozprostíracího ukládače 7 pohybujícího napříč ke směru pohybu dopravníku střídavě tak, že tvoří dvojosý niťový pás s dvojosou vlákennou výztuží 8, jehož směry svírají se se směrem pohybu navzájem opačné úhly.

Dvojosý niťový pás 8 potom prochází mezi nekonečnými pásy 3 (skleněné tkaniny impregnované polytetrafluůrethylenem PTFE) plochého laminovacího lisu 10. Tento lis obsahuje ohřívací pásmo 11, lisovací válce 12, které stlačují roztavenou termoplastickou hmotu (tlakem přibližně 10-20 N/cm²) a chladicí pásmo 13, chlazené cirkulací vody.

i ·· ···· « ·

-17Kompozitní pás s dvojosou vlákennou výztuží, získaný na výstupu z lisu 10, se po té kontinuálně řeže pomocí nožů 14 a neznázorněných automatických nůžek na větší počet plošných produktů (listů nebo desek) 15.

Způsob z obr.2 popisuje způsob výroby plošného produktu s trojosou vlákennou výztuží, používající dvojosý (-α/+α) niťový pás výztuže a jednosměrný niťový pás, uložený ve směru osnovy (0°) .

Jako v provedení podle obr.l se vytváří niťový pás 5 z nití z válu 2, které jsou vedeny hřebenem 2 ke vpichovacímu zařízení 4. Niťový pás 5 je kladen rozprostíracím kladením pomocí rozprostíračího ukládače Ί_ na jednosměrné plošné niťové seskupení 16 podporované dopravníkem 6, přičemž plošné niťové seskupení 16 jezde tvořeno nitěmi odvíjenými z válu 17, udržovanými rovnoběžné pomocí hřebene 18.

Soubor 19 vrstev postupuje do lisu 10 jako v postupu z obr.l, přičemž v lisu 10 je zahříván v pásmu 11, stlačován mezi válci 12 a chlazen v pásmu 13.· Získaný kompozitní pás se po té navíjí na otáčející se nosič 20.

Obr.3 popisuje schematicky způsob výroby kompozitní plošného produktu s trojosou vlákennou výztuží, v níž jsou ukládané nitě (-α/+α) niťového pásu udržovány mezi dvěma jednosměrnými plošnými niťovými seskupeními, jejichž nitě jsou uloženy ve směru osnovy (0°).

V tomto způsobu se používají dvě jednosměrná plošná niťová seskupení 16 a 21, získaná z válů 17 a 22, jejichž

• «

-18nitě procházejí hřebeny 18 a 23, které je udržují rovnoběžné, a po té přes vodicí válce 24 a 25, které dovolují snižovat napětí nití před jejich vstupem do laminovacího lisu 10.

Jako v předchozích postupech je niťový pás, určený k ukládání, vytvořen z nití 1 pocházejících z válu 2, které procházejí hřebenem 2 pro jejich udržování rovnoběžných. Nitě jsou potom zaváděny do vyhřívaného zařízení 26, které je fixuje do niťového pásu 27 kladeného rozprostíračím ukládáním pomocí rozprostíracího ukládače 7 mezi plošná niťová seskupení 16 a 21.

Soubor těchto vrstev se potom směruje k lisu 10, kde je stejně jako v předchozích případech zahříván mezi válci 12, chlazen v pásmu 13 a nakonec navíjen na nosič 20.

Získaný kompozitní pás má homogenní vzhled, který může být zlepšen ukládáním polymerní folie kompatibilní s organickou hmotou nití na jeden líc nebo současně oba líce. V provedení podle obr.3 se ukládají dvě polypropylenové folie 28 a 29 na jedné a druhé straně souboru vrstev mezi pásy 9 lisu 10.

Následující příklady umožňují objasnit vynález, aniž by ho omezovaly.

PŘÍKLAD 1

Vytváří se kompozitní plošný produkt v podmínkách způsobu podle obr.l, obměněného v tom, že se na dvojosý skleněný niťový pás ukládá přídavné jednosměrné plošné niťové seskupení (jako je plošné niťové seskupení 21. vyznačené na obr.3).

·<>·«

• * — 19 — ···· ··

Ze 48 pramencových nití (rovingů), uložených na cívečnici, se vytváří jednosměrné plošné niťové seskupení v šířce 20 cm (2,2 nití/cm). Nitě jsou pramence (rovingy) s lineární hmotností rovnou 1870 tex, získané směšováním skleněných nekonečných vláken (60 hmotn.%, průměr: 18,5 μπι) a polypropylenových nekonečných vláken (40 hmotn.%, průměr: 20 μπι) .

Plošné niťové seskupení se unáší rychlostí 0,48 m/min do vpichovacího zařízení 4 o šířce 1 m, opatřeného 4000 jehlami (ref.: 15x18x32 3.5EB30A 06/15) a seřízeného na vnikání 20 mm a 200 zdvihů/min nebo 140 zdvihů/cm². Na výstupu vpichovacího zařízení má získaný niťový pás šířku 30‘ cm a plošnou hmotnost 275 g/m².

Niťový pás, získaný vpichováním, se po té klade rozprostíracím ukládáním na dopravní pás, unášený hnacími válci, prostřednictvím rozprostíračího ukládače 7, a to střídavě v navzájem opačných směrech (+76° a -76°) vzhledem ke' směru kladení (0°), přičemž každá část pásu ukládaná v jednom směru nekryje sousední části ukládané ve stejném směru. Na takto vytvořený dvojosý niťový pás se na výstupní straně od ukládače ukládá jednosměrné plošné niťové seskupení 21 o šířce 60 cm s nitěmi uspořádanými ve směru osnovy, vytvořenými jako směsné nitě stejné povahy jako jsou nitě vpichovaného niťového pásu. Vytvořený soubor potom vstupuje do lisu 10. v němž se zahřívá (220°C) a po té chladí (60°C) při současném stlačování (0,2 MPa). Kompozitní plošný produkt má plošnou hmotnost rovnou 825 g/m² a má ve směru 0° pevnost v přetržení za ohybu 180 MPa, modul v ohybu rovný 12 GPa

-20a spotřebovanou rázovou energii (Charpy) rovnou 85 kJ/m².

PŘÍKLAD 2 '

Vytvoří se kompozitní plošný produkt při použití způsobu podle obr.3, obměněného v tom, že vyhřívací zařízení 26 je nahrazeno vpichovacím zařízením 4.

Na první cívečnici, uložené v prodloužení dopravníku, na jeho přívodní straně, se uloží 330 cívek pramenců stejné povahy jako ty, které jsou popsány v příkladě 1. Pramence se rovnoměrně rozdělí na dva hřebeny (0,75 zubu/cm) pro vytváření dvou shodných jednosměrných plošných niťových seskupení o šířce 2,15 m a plošné hmotnosti 140 g/m². První plošné niťové seskupení 16 se ukládá přímo na dopravník (rychlost: 3

1,5 m/min) a druhé plošné niťové seskupení 21 se ukládá na výstupní straně od rozprostíracího ukládače.

Na druhou cívečnici se uloží 370 pramenců (rovingů) stejné povahy jaké jsou popsány v příkladě 1. Pramence se $ uloží mezi zuby hřebene (2,2 zuby/cm) pro vytváření jednos-·· / měrného plošného niťového seskupení (šířka: 1,68 m, plošná hmotnost: 410 g/m²), které se směruje ke vpichovacímu zařízení 4 (šířka: 3 m, rychlost: 2,5 m/min, 1000 zdvihů/min).

Vpichovaný niťový pás 5 (šířka 2,5 m) se vede k rozprostíracímu ukládači 7, který ho klade rozprostíracím ukládáním střídavě pod úhly +60° a -60° na šířku 2,15 m na první jednosměrné plošné niťové seskupení nesené dopravníkem. Na výstupní straně od rozprostíracího ukládače se ukládá druhé jednosměrné plošné niťové seskupení 21, pocházející z první cívečnice. Soubor dvouosého niťového pásu a dvou jednosměrných plošných niťových seskupení se potom vede k lisu 10 do

-21prvního vyhřívaného pásma (220°C, délka 2,2 m), kalandru o průměru 300 mm (tlak 0,2 MPa) a druhého chladicího pásma (10°C, délka 2,3 m).

Získá se kompozitní plošný produkt s tříosou skleněnou výztuží (souvrství 0°/-60^θ/+60^θ/0^θ) tloušťky přibližně 0,6 mm, s plošnou hmotností rovnou 830 g/m³, která se navíjí nebo stříhá na obdélníkové plošné produkty pomocí automaticky řízených nůžek.

PŘÍKLAD 3

Postupuje se v podmínkách příkladu 2 obměněného tím, že první cívečnice obsahuje 660 cívek pramenců rozdělovaných do shodných plošných niťových seskupení (hřeben: 1,5 zubů/cm,· plošná hmotnost: 280 g/m²).

Získaný kompozitní plošný produkt má tloušťku přibližně 0,75 mm a plošnou hmotnost rovnou 1110 g/m².

PŘÍKLAD 4

Vytvoří se kompozitní plošný produkt v podmínkách příkladu 2. Na jednu cívečnici se uloží 370 pramenců (rovingů) stejné povahy jako ty, které jsou popsány v příkladě 1. Pramence se zavedou mezi zuby hřebenu (2,2 zubů/cm) pro vytváření jednosměrného plošného niťového seskupení (šířka: 1,68 m, plošná hmotnost: 410 g/m²), které se vede ke vpichovacímu zařízení 4 (šířka: 3 m, rychlost: 2,5 m/min, 1000 zdvihů/min). Vpichovaný niťový pás 5 (šířka: 2,5 m) se vede k rozprostíracímu ukládači 7, který ho klade rozprostíracím ukládáním střídavě pod úhly +45° a -45° na šířku 1,25 m na dopravník (rychlost: 2,5 m/min).

• tt

tt · • ·

-22Soubor niťového pásu a plošných niťových seskupení se j vede k lisu 10 do prvního vyhřívaného pásma (220°C, délka: ·

2,2 m), na kalandr o průměru 300 mm (tlak: 0,2 MPa) a druhého chladicího pásma (10°C, délka: 2,3 m).

Vytvořený kompozitní plošný produkt má plošnou hmotnost rovnou 650 g/m². ’

PŘÍKLAD 5

Vytvoří se kompozitní plošný produkt při použití způsobu podle obr.3. Na první civečnici, uložené v prodloužení dopravníku, na jeho přívodní straně, se uloží 330 cívek pramenců délkové hmotnosti 1870 tex, získané směšováním skleněných nekonečných vláken (57 hmotn. %, průměr: 18,5 μιη) i a z polypropylenových nekonečných vláken (43 hmotn.%, průměr: 20 μιη) .

Pramence se rozdělí na dva hřebeny (0,75 zubu/cm) pro í vytváření dvou shodných jednosměrných plošných niťových se- j skupení 16 a 21 o šířce 2,15 m a plošné hmotnosti 140 g/m². J

První plošné niťové seskupení 16 se ukládá přímo na dopravník (rychlost: 1,5 m/min) a druhé plošné niťové seskupení 21 se ukládá na výstupní straně od rozprostíracího ukládače.

Na druhou civečnici se uloží 370 pramenců stejné povahy jako na první civečnici a pramence se rozdělí mezi zuby hřebene (1,5 zuby/cm) pro vytváření jednosměrného plošného niťového seskupení (šířka: 2,5 m, plošná hmotnost: 280 g/m^z). Toto plošné niťové seskupení se sdruží s vlákenným pásem obsahujícím vrstvu polypropylenu ve formě vláken (plošná hmotnost: 30 g/m²) a tepelně lepivou vrstvu na bázi

φφ φ

Φ φ φφφ polyolefinu ve formě vláken (plošná hmotnost g/m²) a tento vlákenný pás se vede k plošnému niťovému seskupení. Soubor plošného niťového seskupení a vlákenného pásu se vede do mezery mezi dvěma lisovacími válci zahřátými na 140°C a potom jako niťový pás k rozprostíracímu ukládači 7, který ho klade rozprostíracím ukládáním pod úhly +60° a -60° na šířku 2,15 m na první jednosměrné plošné niťové seskupení nesené dopravníkem. Na výstupní straně od ukládače se ukládá druhé jednosměrné plošné niťové seskupení 21, pocházející z první cívečnice a soubor se vede k lisu 10 tvořeného postupně za sebou vyhřívaným pásmem (220°C, délka 2,2 m), kalandru o průměru 300 mm (tlak 0,2 MPa) a chladicím pásmem (10°C, délka 2,3 m).

Získá se kompozitní plošný produkt tloušťky přibližně 0,6 mm s plošnou hmotností rovnou 900 g/m³.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby kompozitního plošného produktu s víceosou vlákennou výztuží, při kterém se

- vytváří jednosměrné plošné niťové seskupení z nití výztuže, jejichž nejméně 50 hmotn.% jsou směsové nitě, tvořené výztužnými vlákny a vlákny z organické hmoty, vzájemně spolu dobře promísenými,

- plošnému niťovému seskupení se udělí koheze do niťového pásu umožňující jeho rozprostírací ukládání,

- tento niťový pás se klade rozprostíracím ukládáním na pohybující se nosič ve směru napříč ke směru pohybu,

- soubor nití z výztužné a organické hmoty, postupující ve směru pohybu, se zahřívá a fixuje se působením tepla, eventuelně při působení tlaku, a po té se ochlazuje na kompozit^ ní pás, a

- pás se odebírá ve formě jednoho nebo více kompozitních plošných produktů.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že substrát je dopravník.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že substrát je jednosměrné plošné niťové seskupení z nití na bázi skla, z nichž alespoň část jsou směsové nitě tvořené skleněnými nekonečnými vlákny a nekonečnými vlákny z organické termoplast ické hmoty.
4. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačený tím, že výztužná vlákna jsou skleněná nekonečná vlákna.

.?

i

-25···· ··
5. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznače- 1 ný tím, že jednosměrné plošné niťové seskupení je tvořeno výlučně ze směsových nití, vytvořených hlavně ze skleněných nekonečných vláken a nekonečných vláken z organické termo- I plastické hmoty.
6. Způsob podle nároku 5, vyznačený tím, že nitě obsahují nejméně 20% skla. |
7. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 6, vyznače- 1 ný tím, že se plošnému niťovému seskupení uděluje koheze a vpichováním nebo vystavením paprsku tlakové vody. |
8. Způsob výroby podle kteréhokoli z nároků 1 až 6; | vyznačené tím, že se plošnému niťovému seskupení uděluje ko- í heze mírným tepelným zpracováním. |
9. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 6, vyznače- » i ný tím, že se plošnému niťovému seskupení uděluje koheze 3 přívodem lepivé hmoty. < |
10. Způsob podle nároku 9, vyznačený tím, že hmota je ve formě prášku, vláknového pásu nebo folie.
11. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 10, vyznačený tím, že se niťový pás klade rozprostíracím ukládáním na nosič pomoci rozprostíracího ukládače.
12. Způsob podle kteréhokoli z nároků 1 až 11, vyznáčený tím, že se na niťový pás, příčně kladený rozprostíracím 1 ukládáním, ukládá nejméně jedno jednosměrné plošné niťové <

·· ···«

-26seskupení ze směsových nití, tvořených výztužnými vlákny a vlákny z organické hmoty, vzájemně spolu dobře promísenými, přičemž plošné niťové seskupení se ukládá před prováděním ohřevu souboru nití z výztužné hmoty a organické hmoty.
13. Způsob podle nároku 12, vyznačený tím, že výztužná hmota je sklo a organická hmota je termoplast.
14. Zařízení pro provádění způsobu podle kteréhokoli z nároků 1 až 13, obsahující dopravník, nejméně jedno zařízení pro přivádění nití, prostředky umožňující udělit kohezí plošnému niťovému seskupení z nití obsahujících směsové nitě na niťový pás, nejméně jedno zařízení dovolující příčně' klást rozprostíracím ukládáním niťový pás na uvedený dopravník, nejméně jedno ohřívací ústrojí pro ohřev souboru nití z výztužné a organické hmoty a nejméně jedno chladicí ústrojí pro chlazení tohoto souboru.
15. Zařízení podle nároku 14, vyznačené tím, že dále obsahuje nejméně jedno ústrojí pro stlačování uvedeného souboru a/nebo nejméně jedno ústrojí pro stříháni a/nebo nejméně jedno ústrojí pro odebírání kompozitních plošných produktů.
16. Zařízení podle nároku 14 nebo 15, vyznačené tím, že prostředky udělující plošnému niťovému seskupení kohezí na niťový pás sestávají z vpichovacího zařízení, zařízení pro vrhání vodních paprsků pod tlakem, ohřevového zařízení, nebo zařízení umožňujícího přívod lepivé hmoty.
17. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 14 až 16, ·· ···· ► 'ý;.· ♦ • · ·

-27vyznačené tím, že zařízení pro kladení nitového pásu rozprostíracím ukládáním je rozprostírací ukládač.
18. Kompozitní plošný produkt na bázi organické ter- j moplastické hmoty a víceosé vlákenné výztuže, získaný způsobem podle kteréhokoli z nároků 1 až 13, vyznačené tím, že výztuž je uložena ve směrech svírajících se směrem pohybu f opačné úhly od 30 do 85°, s výhodou 40 až 70°, zejména 45 nebo 60°.
19. Použití kompozitního plošného produktu podle ná- 7 roku 18 pro vytváření lisovaných dílců, vykazujících velké | deformace. |
20. Jednosměrný niťový pás na bázi směsových nití 1 vytvořených ze seskupení skleněných nekonečných vláken a ne- 1 konečných vláken z termoplastické hmoty, dobře vzájemně pro- í míšených, kterému je dodána koheze zpracováním podle které- 1 hokoli z nároků 7 až 9, vyznačený tím, že obsahuje nejméně 1 50% směsových nití a má pevnost v tahu v příčném směru vyšší’ | než 5 N/5 cm. 7
21. Jednosměrný niťový pás podle nároku 20, vyznačený tím, že obsahuje nejméně 20 hmotn.% skla a 80 až 100 % směsových nití.