CZ284227B6 - Způsob a zařízení pro výrobu nitě nebo stužky tvořené z výztužných vláken a organické termoplastické hmoty - Google Patents

Abstract

Řešení se týká přímé výroby kompozitní nitě (25) nebo stužky tvořené z nepřetržitých výztužných vláken (16) a organické termoplastické hmoty. Dle tohoto řešení se v první fázi vytahují výztužná vlákna (16) z hmoty v roztaveném stavu, např. skla, a současně se unáší nebo vytlačuje organická termoplastická hmota, přičemž dráhy sledované výztužnými vlákny (16) a organickou hmotou se k sobě sbíhají. Ve druhé fázi se tato organická hmota a uvedená vlákna spojují do alespoň jedné kompozitní nitě (25) nebo stužky unášené mechanicky. Zařízení k provádění tohoto způsobu sestává z prvního dílčího zařízení obsahujícího průtlačnou matrici (15) pro protlačování skla, ústrojí (17) pro nanášení povrchového povlaku ústrojí (19), pro sdružování, ústrojí pro vedení a ústrojí (27) pro mechanické tažení a dále z druhého dílčího zařízení, obsahující průtlačnou matrici (10) pro protlačování organické termoplastické hmoty, dále stejná ústrojí jako první dílčí zařízení a navíc ústrojí (21) proŕ

Description

Způsob výroby kompozitní nitě nebo stužky a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro výrobu kompozitní nitě nebo stužky, tvořené nejméně jednou organickou termoplastickou hmotou a výztužnými vlákny, při kterém se vytahují nekonečná skleněná vlákna z roztaveného skla a uvádějí se do styku s termoplastickou organickou hmotou, přičemž tento souboru se unáší mechanickým prostředkem.

Dosavadní stav techniky

Sdružování výztužných vláken a organické hmoty za účelem vytváření konečného kompozitního výrobku, se může jak známo provádět různými způsoby. Tento kompozitní produkt musí vykazovat zejména vlastnosti požadované předpokládaným použitím. Tyto vlastnosti, zejména jeho mechanické vlastnosti, závisí na kvalitě spojení mezi organickou hmotou a vlákny, které ji vyztužují. Jedním z četných prostředků přispívajících k dosažení tohoto výsledku je předchozí opatření vláken povlakem organické hmoty, která je totožná nebo alespoň kompatibilní s látkou, která bude tvořit hmotu konečného výrobku. Jsou známy různé způsoby vytváření povlaků na výztužných vláknech, které jsou používány nezávisle na způsobu výroby těchto vláken. Tyto způsoby vytváření povlaků, které vyžadují případnou pracovní operaci, mají mimo jiné nevýhodu v tom, že zvyšují výrobní náklady nitě.

Pro odstranění těchto nedostatků nepřímých postupů navrhují jiné postupy opatřovat vlákna povlakem v samotném okamžiku jejich výroby. Tyto přímé postupy se inspirují tradičními prostředky používanými pro povlékání povrchu vláken apretační látkou. Zařízení pro nanášení této preparační látky se vřazuje na dráhu, kterou procházejí vlákna mezi oblastí jejich vzniku a samotnou oblastí, kde jsou odebírána v jakékoli formě.

Americký patentový- spis č. A 4 537 610. týkající se skleněných nekonečných vláken, popisuje zařízení, které je příkladem tohoto druhu. Zvlákňovací tryska, vytápěná elektrickým odporovým ohřevem, je napájena roztavenou sklovinou, která vytéká množstvím otvorů, umístěných na spodní straně zvlákňovací trysky, ve formě praménků. Z těchto praménků se mechanicky vytahuje množina nekonečných vláken, která se shromažďují do jediné nitě. Ústrojí pro vytváření povrchového povlaku je vřazeno mezi spodní stranu zvlákňovací trysky a bod, v němž dochází ke shromažďování vláken. Tato ústrojí obsahují nádržku, napájenou organickou termoplastickou směsí v roztaveném stavu, a váleček, který je zčásti ponořen do organické hmoty a zčásti je ve styku s posouvajícími se vlákny. Váleček, otáčející se okolo své osy, unáší na svém povrchu film organické hmoty odebíraný při přechodu vláken okolo válečku.

Tento způsob výroby nití, i když je výhodný, se vyznačuje stále ještě určitým počtem nedostatků. Tak například může být požadováno získat přímo kompozitní nit, v níž je velké množství organické hmoty vzhledem k celkové hmotnosti nitě. Při použití známých přímých způsobů je však hmotnostní procentuelní podíl organické hmoty, zadržované nití, tím vyšší, čím je menší rychlost odtahování nitě a naopak.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob výroby kompozitní nitě nebo stužky, tvořené nejméně jednou organickou termoplastickou hmotou a skleněnými výztužnými vlákny, při kterém se vytahují skleněná nekonečná vlákna z roztaveného skla a uvádějí se do styku s termoplastickou organickou hmotou, přičemž tento soubor se unáší mechanickým prostředkem, jehož podstatou

- 1 CZ 284227 B6 je, že se skleněná nekonečná vlákna vytahují mechanicky ve formě vlákenného seskupení, sbíhajícího se k bodu sdružování, nebo nití z nekonečných vláken, a organická hmota se mechanicky unáší ve formě nití z nekonečných vláken nebo ve formě vytlačovaného pláště nebo jednotlivých nekonečných vláken, přičemž tyto dvě složky v uvedených formách se spojují a mechanicky se unášejí.

Organická termoplastická hmota tedy může být sdružována s výztužnými skleněnými nekonečnými vlákny ve formě pláště nebo více nekonečných vláken nebo nití z nekonečných vláken, uspořádaných v jednom nebo více seskupeních. Organická hmota může být používána v obzvláštní formě, vyrobené před tím pro účely způsobu podle vynálezu. Stejně tak se může vyskytovat ve formě návinů nití z nekonečných vláken. Organická hmota může být rovněž tvarována v samotném okamžiku jejího používání podle vynálezu. Může tak být vytlačována v roztaveném stavu a mechanicky tažena ve formě například pláště nebo množství nekonečných vláken. V tomto případě se výztužná vlákna uvedou do kontaktu s vytlačovanou organickou hmotou, když je povrch této hmoty ještě v lepivém stavu. To dovoluje okamžitě spojit výztužná vlákna a organickou hmotu. Povrch této organické hmoty je v tomto případě na teplotě obvykle vyšší než 60 °C.

Pod pojmem organická termoplastická hmota je třeba rozumět výrobek tvořený jak jedinou organickou termoplastickou sloučeninou, jakož i kombinací termoplastických sloučenin. Může se tak jednat o přesně definovanou sloučeninu náležející například do skupin polyolefinů, polyamidů nebo polyesterů.

Když se používá návinů nití z nekonečných vláken, mohou být tyto nitě tvořeny na bázi kompozitních vláken. Tato vlákna mohou být tvořena například nylonem a polyetylénem, jejichž rozložení uvnitř uvedených vláken může být rozdílné.

Organická hmota, bez ohledu na její formu v níž je přítomna, a výztužná skleněná nekonečná vlákna, přicházejí do vzájemného dotyku před jejich sdružováním nebo se sbíhají přímo ke společné oblasti sdružování, od níž jsou pak spojeny do jediné nitě nebo stužky unášené mechanicky vhodným ústrojím. Když jsou výztužná skleněná nekonečná vlákna a organická hmota uváděny do vzájemného dotyku, povrch této organické hmoty může byt zcela ztuhlý nebo ještě lepivý.

Podle jednoho provedení vynálezu se výztužná skleněná nekonečná vlákna, shromážděná před tím ve formě nejméně jedné nitě nebo přítomná ve seskupení nekonečných vláken nebo nití, uvádějí do kontaktu s organickou hmotou před jejich spojením pro vytvoření jediné nitě nebo jediné stužky.

Podle jiného provedení vynálezu se výztužná skleněná nekonečná vlákna, shromážděná před tím ve formě nejméně jedné nitě nebo přítomna ve formě seskupení nekonečných vláken nebo nití, a organická hmota, sbíhají k jedné společné oblasti sdružování, od níž jsou spojeny do jediné nitě nebo stužky, mechanicky unášené vhodným ústrojím.

Když se použije organické hmoty ve formě více nekonečných vláken nebo nití, jsou taženy nebo unášeny ve formě jednoho nebo více seskupení vláken nebo nití. Když je seskupení jediné, může být s výhodou taženo nebo unášeno nejméně na jeho konečné dráze ve formě kuželovitého seskupení, jehož vrchol se shoduje s bodem spojování s výztužnými skleněnými nekonečnými vlákny.

Podle jedné varianty provedení může být seskupení taženo nebo unášeno z množství bodů rozmístěných na ploše ve tvaru prstence. Seskupení se tedy posouvá v objemu vymezovaném dvěma kuželi, jejichž základny jsou soustředné a jejichž vrchol je společný. Tyto body mohou být jak body, v nichž se vlákna vytvářejí vytlačováním neboli kde dochází ke zvlákňování

-2CZ 284227 B6 organické hmoty, tak i body změny dráhy výchozích nití, když tyto nitě pocházejí z návinů uložených vně uvažované oblasti. I zde se může vrchol kuželů shodovat s bodem spojování s výztužnými skleněnými nekonečnými vlákny.

Vlákna nebo nitě z organické hmoty mohou být vytahovány nebo unášeny ve formě více seskupení vláken nebo nití. Tato seskupení vycházejí z množství bodů rozmístěných například na kruhových obloucích nebo na částech prstence. Jako v předchozím případě odpovídají tyto body buď změně dráhy nití nebo výstupním otvorům jimiž se vytvářejí nekonečná vlákna (neboli v nichž dochází ke zvlákňování organické hmoty). Tato jednotlivá seskupení organických vláken nebo nití se sbíhají k bodu shromažďování s výztužnými skleněnými nekonečnými vlákny.

Skleněná nekonečná vlákna a/nebo organická hmota mohou být podle dalšího znaku vynálezu opatřovány povlakem obsahujícím nejméně jeden fotoiniciátor, přičemž kompozitní nit nebo stužka, vznikající zjejich spojení, se vystavují působení nejméně jednoho záření schopného aktinity.

Podle dalšího znaku vynálezu se kompozitní nit nebo stužka vystavuje tepelnému zpracování pro dostatečné změkčování organické hmoty pro její spojení se skleněnými nekonečnými vlákny.

Podle prvního provedení obsahuje zařízení pro výrobu nit nebo stužky, vytvořené ze skleněných vláken a z nejméně jedné organické termoplastické hmoty, výše uvedeným způsobem, jednak první dílčí zařízení s nejméně jednou zvlákňovací try skou napájenou sklem a vyhřívanou elektrickým odporovým ohřevem a jednak druhé dílčí zařízení pro vydávání organické hmoty, přičemž jeho podstata spočívá vtom, že první dílčí zařízení obsahuje povlékací ústrojí, sdružovací ústrojí, vodicí ústrojí a ústrojí pro mechanické odtahování skleněných vláken, a druhé dílčí zařízení obsahuje nejméně jednu výstupní hlavu napájenou roztavenou termoplastickou hmotou pod tlakem, jejíž dolní plocha je opatřena nejméně jedním výstupním otvorem, a eventuelně prostředky pro povlékání a pro vedení organické hmoty, přičemž tato dvě dílčí zařízení dále společně obsahují sdružovací ústrojí skleněných vláken a organické hmoty ve formě kompozitní nitě nebo stužky, nejméně jedno ústrojí pro mechanické unášení nitě nebo stužky a eventuelně vodicí ústrojí, povlékací ústrojí a ústrojí pro upravovači působení na nit nebo stužku.

Výstupní hlava druhého dílčího zařízení s výhodou obsahuje otvor v jeho středu a zvlákňovací tryska prvního dílčího zařízení a/nebo vodicí a odtahovací ústrojí skleněných vláken jsou umístěny s výstupem orientovaným proti tomuto otvoru.

Výstupní hlava druhého dílčího zařízení může být prstencová vytlačovací hlava, jejíž dolní povrch je opatřen try skou nebo řadou trysek, uspořádanou nebo uspořádaných po kruhu. Stejně tak může byt výstupní hlava druhého ústrojí prstencová zvlákňovací tryska opatřená množinou otvorů, rovnoměrně rozmístěných po celé ploše kruhové oblasti.

Podle dalšího znaku vynálezu je výstupní hlava druhého dílčího zařízení prstencová zvlákňovací tryska opatřená množinou otvorů, rovnoměrně rozmístěných v nejméně dvou odlišných oblastech.

V dalším provedení obsahuje zařízení pro výrobu nitě nebo stužky, vytvořené ze skleněných vláken a z nejméně jedné organické termoplastické hmoty, výše uvedeným způsobem, jednak první dílčí zařízení s nejméně jednu zvlákňovací tryskou napájenou sklem a vyhřívanou elektrickým odporovým ohřevem a jednak druhé dílčí zařízení pro vydávání organické hmoty, přičemž jeho podstata spočívá v tom, že druhé dílčí zařízení obsahuje nejméně jednu skupinu návinů nití z organické termoplastické hmoty, osazených na nosičích, nejméně jedno vodicí ústrojí pro každou nit odebíranou z každého návinu, nejméně jedno vodicí ústrojí pro alespoň část souboru uvedených nití a eventuelně nejméně jedno povlékací ústrojí uvedených nití,

-3 CZ 284227 B6 zatímco první dílčí zařízení eventuelně obsahuje povlékací ústrojí, sdružovací ústrojí, vodicí ústrojí a ústrojí pro mechanické odtahování skleněných vláken, přičemž tato dvě dílčí zařízení dále společně obsahují nejméně jedno sdružovací ústrojí uvedených nití a skleněných nekonečných vláken ve formě kompozitní nitě nebo stužky, nejméně jedno mechanické unášecí ústrojí nitě nebo stužky a eventuelně vodicí ústrojí, povlékací ústrojí nitě nebo stužky a ústrojí pro upravovači působení na nit nebo stužku.

Vodicí ústrojí organických nití může být tvořeno uzavřeným rámečkem.

Podle dalšího znaku zařízení podle vynálezu, je mezi sdružovacím ústrojím vláken a organické hmoty a unášecím ústrojím kompozitní nitě nebo stužky vřazeno nejméně jedno ústrojí, vystavující uvedenou nit nebo stužku působení nejméně jednoho záření schopného aktivity.

Zařízení může dále obsahovat nejméně jedno ústrojí, které vystavuje kompozitní nit nebo stužku na alespoň části její dráhy tepelnému zpracování.

V obzvláštním případě provedení zařízení podle vynálezu mohou být vláknotvomé praménky skla vytahovány stejnými prostředky, které unášejí nebo vytahují organickou hmotu nebo navzájem odlišnými ústrojími. Ustrojí pro tažení je pak jediné, když výztužná nekonečná skleněná vlákna zůstávají ve formě seskupení oddělených vláken až do oblasti sdružování s organickou hmotou, přičemž z této oblasti dále vystupuje kompozitní nit nebo stužka.

Ustrojí pro tažení mohou byt rozdílná, když se výztužná nekonečná skleněná vlákna sdružují ve formě nejméně jedné nitě před tím, než přicházejí do styku s organickou hmotou. Výchozí vláknotvomé praménky skla tak mohou být odtahovány ve formě nejméně jednoho vlákenného seskupení nezávislými mechanickým tažným ústrojím. Mezi zvlákňovací tryskou a tímto ústrojím jsou výztužná nekonečná skleněná vlákna spojována do nejméně jedné nitě pomocí nejméně jednoho sdružovacího ústrojí, které slouží často rovněž jako prostředek pro vedení nitě. Toto tažné ústrojí, které mechanicky unáší nit, může sloužit pro orientaci dráhy této nitě na výstupu z uvedeného ústrojí. Dráha udělovaná niti ji může uvést do styku s organickou hmotou před společnou oblastí sdružování. Dráha nitě se může také sbíhat přímo k této oblasti. Za oblast sdružování je vřazeno nejméně jedno ústrojí pro mechanické unášení nebo tažení organické hmoty, které také může sloužit pro kompozitní nit nebo stužku.

Jelikož jsou tažná ústrojí skleněných vláken a organické hmoty rozdílná, je možné odděleně regulovat rychlost tažení. Když jsou tyto rychlosti totožné, je možné získat výslednou kompozitní nit například sdružováním organických nití nebo vláken a skleněných vláken. Když jsou tyto rychlosti rozdílné, je možné získat kompozitní stužku. Také když je rychlost tažení skleněných vláken vyšší, než je rychlost unášení nebo tažení organické hmoty, mohou být tato vlákna, ve formě nitě, když přicházejí do styku s organickou hmotou, rozmístěna po určité šířce. Rychlosti tažení a unášení leží nejčastěji mezi přibližně deseti a třiceti metry za sekundu.

Podle výhodného způsobu sdružování obklopuje organická hmota, bez ohledu na to, v jaké formě se vyskytuje, výztužná skleněná nekonečná vlákna v okamžiku tvorby kompozitní nitě nebo stužky. Tato forma dovoluje vyloučit nebo alespoň zmírnit křehnutí skleněných vláken, které vzniká z jejich tření o pevný povrch.

Ústrojí pro vytváření povrchových povlaků jsou uzpůsobena pro nanášení preparačních prostředků na výztužná skleněná nekonečná vlákna a/nebo na organickou hmotu, jejichž cílem je chránit povrch skleněných vláken a/nebo podporovat jejich spojení s produktem, který má být vyztužován, a dále apretační látky schopné pojit jednotlivé složky kompozitní nitě nebo stužky, nebo organickou termoplastickou hmotu v roztaveném stavu.

-4CZ 284227 B6

Z uvedeného vyplývá, že vynález může být prováděn pomocí zařízení vyznačujících se různými variantami.

V prvním provedení se výztužná nekonečná skleněná vlákna sdružená do nejméně jedné nitě a vlákna nebo nitě z organické hmoty navíjejí bezprostředně po jejich spojení na otáčející se nosič. Takto získaný návin kompozitní nitě je vytvořen čisté fyzikálním sdružením jednotlivých nití a vláken.

Zařízení dovolující provádět vynález mohou obsahovat další ústrojí, která jsou specificky řešena podle požadovaného způsobu spojení mezi výztužnými vlákny a organickou hmotou a/nebo podle požadované formy polotovaru.

Ve druhém provedení jsou tak výztužná skleněná vlákna, opatřována povlakem preparační látky, schopné reagovat při působením záření se schopností aktivity, a to před jejich uváděním do styku s nitěmi nebo vlákny z organické hmoty. Pod pojmem záření se schopností aktivity je třeba rozumět všechna záření schopná vyvíjet chemické reakce, jako je například ultrafialové záření, záření vysílaná laserovým svazkem nebo svazkem elektronů. V zařízení je za ústrojím zajišťujícím sdružování uvedených nití nebo vláken do alespoň jedné kompozitní nitě umístěno ústrojí vystavující kompozitní nit na Části její dráhy například působení ultrafialového záření. Toto záření má ten účinek, že vyvolává polymeraci alespoň části preparační látky rozmístěné okolo výztužných vláken a organických vláken a tím vyvolává spojení chemickou cestou. Takto získaná kompozitní nit je mechanicky unášena otáčivým nosičem, na němž se vytváří nepřetržitý· návin.

Ve třetím provedení zařízení, které je variantou předchozího, je kompozitní nit mechanicky unášena řezným ústrojím, z něhož vystupuje nepřetržitě rozřezávaná kompozitní nit.

Ve čtvrtém provedení zařízení, které je například variantou druhého provedení, je nepřetržitá kompozitní nit mechanicky unášena ústrojím, které ji rozděluje pravidelně na dopravním pásu.

V pátém provedení je kompozitní nit vystavována na části své dráhy tepelnému zpracování. Zvýšení teploty je dostatečné pro to, aby vyvolalo změkčení organických vláken. Pouhé ochlazení dovoluje prvky tvořící kompozitní nit pevně navzájem spojit. Jako v předchozích případech může být toto zařízení vybaveno ústrojími, která dovolují zejména navíjet kompozitní nit, rozřezávat ji nebo rozdělovat na dopravním pásu.

Vynález tedy přináší způsob a zařízení pro výrobu kompozitní nitě nebo stužky, zajišťující v nepřetržitém sledu pracovních operací výrobu skleněných nekonečných vláken a jejich sdružování s organickou termoplastickou hmotou při odstranění výše uvedených nedostatků známého stavu techniky. Množství organické hmoty, sdružované s výztužnými skleněnými vlákny, je přitom určováno nezávisle na podmínkách výroby těchto vláken. Vynález umožňuje získat přímo kompozitní nit nebo stužku připravené pro přeměnu na hotový produkt, v němž odpovídající procentuelní podíly organické termoplastické hmoty výztužných vláken odpovídají v podstatě podílům v hotovém výrobku.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 schematický pohled na první provedení zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu, obr. 2 schematický pohled na druhé provedení zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu, obr. 3 schematický pohled na část zařízení, řešeného jako varianta předchozího, obr. 4 schematický pohled na část zařízení uvažovaného jako varianta

-5CZ 284227 B6 zařízení z obr. 3 a obr. 5 schematické znázornění třetího příkladu provedení zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je patrné spojení dvou dílčích zařízení, z nichž jedno vyrábí organická vlákna a druhé skleněná vlákna, u nichž obou je znázorněno pouze jejich zvlákňovací ústrojí. První dílčí zařízení obsahuje sestavu dílčích ústrojí zajišťujících zpracování organické hmoty tavnou cestou, jak je to známé ve výrobě syntetických vláken.

Termoplastický polymer, například polyamid, ve formě granulí, je uložen v násypce, která napájí kupříkladu svislý vytlačovací stroj. Polymer, se taví v tomto vytlačovacím stroji, potom je dopravován v tomto stavu až k výstupní hlavě 10 ve formě výtlačné matrice ve funkci zvlákňovací trysky, která je znázorněna na obr. 1.

Pod vyvíjeným tlakem protéká polymer řadou otvorů výstupní hlavy (zvlákňovací trysky) ve formě kapalných proudů 11. které se mechanicky odtahují a poté se chladí na řadu nekonečných vláken .12. Tato nekonečná vlákna 12 jsou vedena válcem 13, což má za následek, že jsou dále předkládána ve formě v podstatě rovinného vlákenného seskupení 14.

Druhé dílčí zařízení obsahuje sestavu ústrojí umožňujících mechanické tažení skleněných nekonečných vláken. Schematicky znázorněná zvlákňovací tryska 15 je normálně připojena ke zdroji přívodu skla. Tento zdroj může být tvořen výstupním tělesem pece, která vede roztavené sklo přímo k vrcholu zvlákňovací trysky 15. Může být rovněž tvořen násypkou obsahující studené sklo, získané a ukladňované například ve formě kuliček, která zásobí uvedenou zvlákňovací trysku pouhou gravitací.

V jednom i ve druhém případě je zvlákňovací tryska 15 obvykle ze slitiny platiny a rhodia a je vytápěná elektrickým odporovým ohřevem. Tato zvlákňovací tryska dovoluje přetavovat sklo nebo ho udržovat při zvý šené teplotě, aby získalo viskozitu hodící se pro jeho vytahování.

Roztavené sklo vytéká ve formě praménků z řady otvorů umístěných ve spodní části zvlákňovací trysky. Tyto skleněné praménky jsou okamžitě odtahovány ve formě množiny nekonečných vláken 16. Tato nekonečná vlákna se opatřují povlakem preparačního prostředku v povlékacím ústrojí 17 schematicky představovaném válečkem. Toto ústrojí může obsahovat nádržku, trvale napájenou preparační lázní, v níž se namáčí dolní část otáčejícího se válečku povlékacího ústrojí 17. Tento váleček povlékacího ústrojí 17 se pokrývá filmem preparačního prostředku, odebíraného při průchodu nekonečných vláken 16, dotýkajících se jeho povrchu.

Tato nekonečná vlákna mohou být rozdělena do několika vlákenných seskupení 18 pomocí nejméně jednoho sdružovacího ústrojí 19. Toto ústrojí je opatřeno výřezy, na jejichž dně jsou nekonečná vlákna každého vlákenného seskupení sdružována tak, že z nich vzniká nit. Ve znázorněném příkladě je sdružovací ústrojí 19 opatřeno čtyřmi výřezy, oddělujícími nekonečná vlákna 16 na stejný počet vlákenných seskupení 18 a umožňujícími vznik čtyř nití 20.

Tyto nitě 20 jsou vedeny vodicím ústrojím 21. představovaným válečkem, který současně slouží jako vodítko vlákenného seskupení 14 organických nekonečných vláken. Váleček tohoto vodícího ústrojí 21 zajišťuje kontakt mezi organickými vlákny a nitěmi 20 a vytváření jediného seskupení 22. Toto jediné seskupení 22 se sbíhá ke sdružovacímu ústrojí 23, které vyvolává fyzické spojení nekonečných vláken 12 a nití 20 a tvoří kompozitní nit 23. Toto spojení může být získáno průchodem seskupení 22 výřezem 24, jímž je opatřeno sdružovací ústrojí 23.

-6CZ 284227 B6

Nekonečná vlákna 16 jsou povlékána preparačním prostředkem obsahujícím alespoň jeden fotoiniciátor, schopný podnítit chemickou přeměnu tohoto preparačního prostředku působením záření schopného aktivity. Receptury preparačních prostředků schopných použití v rámci vynálezu popisuje francouzská patentová přihláška 2 597 856, například látky uvedené v příkladech 8 a 12 uvedeného spisu. Preparační látka ukládaná na nekonečná vlákna, která jsou zpočátku oddělená, dodává určitou soudržnost niti 20 a poté kompozitní niti 25. Krátce po svém vzniku nit 25 vstupuje do ústrojí 26, v němž je vystavena působení ultrafialového záření. Toto záření vyvolává přeměnu preparační látky, která je ve styku, alespoň místně, s nitěmi a vlákny tvořícími kompozitní nit 25. Tato přeměna slouží ke zvýšení soudržnosti získané kompozitní nitě.

Nit 25 a tedy i organická nekonečná vlákna 12 a skleněná nekonečná vlákna 16 jsou tažena a mechanicky unášena jediným ústrojím 27. Toto ústrojí je tvořeno dvojicí otáčivých válců, otáčejících se v navzájem opačném smyslu a spolupůsobících pro třecí unášení nitě 25. Při výstupu z unášecího ústrojí 27 nit 25 přechází přes protibřit 28 řezacího ústrojí, jehož hrana spolupůsobí s břity 29 nanesenými otočným válcem 30, uzavřeným v ochranném krytu 31. Nit 25 je tak řezána na špalíčky 32 pravidelné délky. Délka špalíčků a délka vláken v nich obsažených jsou v podstatě stejné. Jelikož vynález dovoluje regulovat přesně procentuelní obsah organické hmoty a skleněných vláken, je možné získat špalíčky, jejichž složení je přesně stejné, jako je složení konečného kompozitního výrobku, který se má vyrábět. Takové špalíčky mohou proto být používány přímo jako granule ve výrobním procesu, jako je výtlačné lisování.

Obr. 2 ukazuje jiný příklad sdružení dvou dílčích zařízení umožňujících provádění vynálezu. První dílčí zařízení dovoluje vyrábět skleněná nekonečná vlákna. Jako v předchozím případě obsahuje výstupní hlavu 10 popsanou výše a pracující stejným způsobem. Množina skleněných vláken 34 získaných mechanickým vytahováním, je seskupována do jediného vlákenného seskupení 35, které se posouvá po povlékacím ústrojí 36 představovaném válečkem. Preparační látka nanášená tímto ústrojím má za cíl podpořit přilnavost skleněných vláken k organické hmotě, s níž se skleněná vlákna kombinují. Jsou známy četné formulace preparačních látek tohoto typu, jako jsou popsány například ve francouzském patentovém spisu č. 2 167 771.

Po povlečení preparační látkou jsou skleněná nekonečná vlákna 34 spojována do jediné nitě 50 sdružovacím ústrojím 37. Tímto ústrojím může být drážkovaný váleček. Skleněná nit 50 a tedy i nekonečná vlákna 34 je unášena a tažena mechanicky ústrojím 38. poháněným otáčivým pohybem pomocí neznázoměného motoru. Toto ústrojí, dobře známé, je popsáno podrobně v americkém patentovém spise US-A-3 265 482. Je tvořeno tažným kolem 39 a vodicím ústrojím 40 nitě. Vodicí ústrojí 40 je začleněno do sestavy tak, že přitlačuje nit 50 k obvodu kola 39 po délce dostatečně dlouhé k tomu, aby se vyvolalo unášení nitě pouhým třením. Obvod kola 39 obsahuje řadu příčných štěrbin 41, rozmístěných s pravidelnými odstupy.

Uvnitř uvedeného kola 39 je umístěno druhé kolo 42, mající menší průměr a opatřené na svém obvodě radiálními lopatkami 43. Kolo 42 je umístěno excentricky vůči kolu 39 tak, že konce lopatek 43 procházejí štěrbinami 44. Kolo 42 je poháněno rotačním pohybem synchronizovaným s pohybem kola 39, a to pomocí neznázoměného převodového ústrojí nebo neznázoměného mechanického spoje. Spojeným působením kol 39 a 42 je nit 50 mechanicky unášena a poté odsouvána od kola 39 působením radiálních lopatek 43. Počínaje od oblasti odsouvání sleduje nit v podstatě tangenciální dráhu vůči kolu 39. Dráha nitě může být tak přesně určena odpovídající volbou polohy kola 42.

Druhé dílčí zařízení je podobné, jako druhé dílčí zařízení v předchozím příkladě. Obsahuje rovněž prostředky pro uskladňování termoplastického polymeru ve formě granulí, prostředky pro tavení tohoto polymeru a pro jeho dopravu pod tlakem až k výstupní hlavě 44. Přívod polymeru je schematicky vyznačen potrubím 45.

-7CZ 284227 B6

Výstupní hlava 44 je prstencovitá a je opatřena centrálním průchodem 54, do něhož je vháněna skleněná nit 50. Prstencovitá základna této výstupní hlavy je perforovaná řadou otvorů rovnoměrně rozmístěných po celém jejím povrchu ve funkci zvlákňovací trysky. Vytlačováním a poté mechanickým odtahováním se tvoří vlákenné seskupení 46 organických nekonečných vláken, mající navenek tvar kužele, jehož vrchol je orientován směrem dolů. Nit 50 je vháněna do osy tohoto kužele, jehož vrchol odpovídá oblasti sdružování souboru organických nekonečných vláken tvořících vlákenné seskupení 46 a skleněné nitě 50. Sdružovací ústrojí 47, opatřené jednoduchým výřezem 48, zde vytváří fyzické spojení nitě 50 a vlákenného seskupení 46 a umožňuje vznik jediné kompozitní nitě 49.

Po vedení vodicích ústrojím 51 je kompozitní nit 49 navíjena přímo na neznázoměný otáčivý nosič. Kompozitní nit 49 je rozdělována na tomto nosiči vodítkem, schematicky znázorněným jako vrubovaná destička 52, poháněná vratným pohybem schematicky vyznačeným dvojitou šipkou. Získaný produkt je přímoboký návin 53.

Toto dílčí zařízení dovoluje provádět druhou povrchovou úpravu vláken. Je tak možno vřadit do zařízení trysku 55, jejíž konec je orientován k průchodu vytvořenému ve středu výstupní hlavy 44. Touto tryskou je možno rozprašovat reaktivní směs, jaká byla již uvedena výše. Vrhané kapičky jsou unášeny směrem k nitru vlákenného seskupení 46 v důsledku vzduchových proudů vyvolávaných posunem skleněné nitě 50 a organických vláken a ukládají se na jejich povrchu.

Jako ve výše uvedené aplikaci, může být návin takto získané nitě použit přímo pro výrobu různých produktů. Vlákenné seskupení několika kompozitních nití z nekonečných vláken tak může být navíjeno na nosič podle popsaného postupu, kterým se vytváří návin. Když je ukončeno navíjení nití, jsou tyto nitě vystaveny tepelnému zpracování, které vyvolává roztavení organické hmoty. Ztuhnutí sestavy a tedy soudržnost konečného výrobku se získá jeho přirozeným ochlazením nebo řízeným ochlazením.

Kompozitní nit může být rovněž používána pro výrobu tkanin. Tyto tkaniny mohou být přeměňovány na tuhé desky po tepelném zpracování a následném ztuhnutí.

Kompozitní nit může také sloužit pro výrobu výsledných výrobků protahováním kalibračními průvlaky („pultruzí“). Seskupení kompozitních nití je vedeno do oblasti, kde jsou nitě sdružovány, pevně spojovány a poté tvarovány tavením organické hmoty.

Obr. 3 znázorňuje variantu předchozího zařízení. Ústrojí pro sdružování, vedení a tažení skleněných nekonečných vláken jsou vypuštěna. Vlákenné seskupení 58A ze skleněných nekonečných vláken 58 přichází přímo, poté co bylo eventuelně opatřeno preparačním prostředkem, do průchodu vytvořeného ve středu prstencovité výstupní hlavy 59. Tato výstupní hlava 59 je shodná, včetně jejího přívodního potrubí 60, s výstupní hlavou 44 z obr. 2.

Tato výstupní hlava vytváří vlákenné seskupení 61 organických vláken, která jsou stahována k sobě vodicím prostředkem 62 ve formě prstence. Umístění tohoto prstence a/nebo jeho průměr jsou definovány tak, že se vytváří ze skleněných vláken a z organických vláken jediný kužel 63. V důsledku toho se část skleněných nekonečných vláken bude nacházet v kontaktu s organickými vlákny. Jako v předchozím příkladě jsou jednotlivá vlákna sdružována do jediné kompozitní nitě 64 pomocí sdružovacího ústrojí 65 opatřeného výřezem 66. Kompozitní nit 64 je mechanicky unášena neznázoměným ústrojím, které vyvolává společné tažení skleněných a organických vláken.

Otvory umístěné na základě výstupních hlav 44 a 59 mohou být rozmístěny v kruhu a umožňují vznik vlákenného seskupení omezenému na jediný kužel, nebo naopak na souvislé prstencovité oblasti, čímž se vytváří vlákenné seskupení vymezované mezi dvěma kuželi se stejným vrcholem a soustřednými základnami. Otvory mohou být také rozmístěny například mezi dvěma odlišnými

-8CZ 284227 B6 oblastmi, které umožňují vytváření dvou oddělených vlákenných seskupení, sbíhajících se do oblasti sdružování.

Ve druhé variantě zařízení z obr. 2 vychází z prstencovité výstupní hlavy místo nekonečných vláken souvislý plášť a výstupní hlava má tedy místo zvlákňovací trysky funkci výtlačné matrice pro vytváření tohoto pláště. Tato varianta je znázorněna na obr. 4. Podle tohoto obrázku jsou skleněná nekonečná vlákna odtahována a poté sdružována a unášena ve formě skleněné nitě 67, jak bylo popsáno výše. Tato skleněná nit prochází průchodem uloženým ve středu prstencovité výstupní hlavy 68. do níž je přiváděn roztavený polymer pomocí potrubí 69. Základna této 10 výstupní hlavy 68 je opatřena kruhovou tryskou, kterou je polymer vytlačován a poté mechanicky tažen ve formě souvislého pláště 70. Tento plášť 70 a skleněná nit 67 přicházejí do vzájemného styku v úrovni tažného a sdružovacího ústrojí 71. Toto ústrojí obsahuje dva otáčivé válce 72, otáčivé v navzájem opačném smyslu. Tyto válce navzájem spolupůsobí pro tažení a válcování pláště 70 a skleněné nitě 67 pro tvorbu kompozitní stužky 73. Tato stužka je unášena 15 řezným ústrojím, obsahujícím opěrný válec 74 a válec 75. opatřený na svém obvodě břity 76 a je rozřezávána na špalíky 77. Rychlost tažení skleněné nitě 67 může být větší, než je rychlost pláště 70. V tomto případě je nit hnána proti vnitřní stěně pláště před sdružováním.

Obr. 5 znázorňuje jiný způsob spojení dvou dílčích zařízení pro provádění vynálezu. První dílčí 20 zařízení, umožňující výrobu skleněných nekonečných vláken, je podobné zařízení popsanému v předchozích příkladech. Obsahuje rovněž zvlákňovací trysku 78 pracující stejným způsobem jako zvlákňovací trysky 15 a 33 znázorněné na obr. 1 a 2. Soubor skleněných nekonečných vláken 79, získaných mechanickým tažením, je zde přeskupován do jediného vlákenného seskupení 80. Sdružovací ústrojí, vodicí ústrojí a ústrojí pro tažení skleněných nekonečných 25 vláken 79 jsou vypuštěna. Vlákenné seskupení 80 prochází přímo kruhovým rámečkem, tvořícím vodicí ústrojí 81.

Druhé dílčí zařízení sestává z ústrojí zajišťujících uskladnění, vedení a rozdělování organické hmoty, řešených a uspořádaných zvláštním způsobem. Organická hmota je ve znázorněném 30 příkladě přítomna ve formě více návinů 82, které jsou rovnoměrně rozděleny na více odpovídajících neznázoměných nosičů. Tyto nosiče obsahují vodicí ústrojí 83, a to vždy jedno na každý návin. Konec těchto ústrojí může být tvořen jedinou kovovou tyčí ohnutou do tvaru smyčky, schematicky zde vyznačené ve tvaru kruhu. Z každého návinu 82 se vytahuje jedna organická nit 84 z jeho vnějšího obvodu. Tyto nitě 84 jsou vedeny jednotlivě vodícími ústrojími 35 83 a poté společně kruhovým rámečkem, tvořícím další vodicí ústrojí 81.

Jako v příkladech provedení znázorněných na obr. 3 a 4, jsou skleněná nekonečná vlákna 79 a organické nitě 84 tažena a unášena mechanicky jediným neznázoměným ústrojím. Působením tohoto ústrojí tvoří organické nitě 84, vedené rámečkem vodícího ústrojí 81, kuželovité 40 seskupení 85. Vlákenné seskupení 80 skleněných vláken 79 a kuželovité seskupení 85 organických nití 84 se spojují a jsou sdružována v úrovni společenského sdružovacího ústrojí 86. Použité sdružovací ústrojí v tomto případě je jednoduchý váleček opatřený drážkou. Kompozitní nit 87 takto získaná je poté, co byla vedena vodicím ústrojím 88, unášena mechanicky neznázoměným ústrojím sloužícím rovněž k tažení skleněných nekonečných vláken 79 a nití 84.

V bezprostřední blízkosti sdružovacího ústrojí 86 může být umístěna tryska povlékacího ústrojí 89. Pomocí této trysky povlékacího ústrojí 89 je možné rozprašovat reaktivní preparační látku, jaká byla uvedena výše, uvnitř seskupení 80 a 85. Rovněž díky tomuto prostředku je možné vstřikovat do nitra uvedených seskupení tenký pramének termoplastické organické hmoty 50 v roztaveném stavu.

Rámeček vodícího ústrojí 81 může rovněž mít jiné tvary, například tvar čtverce. V tomto případě budou nitě 84 rozmístěny ve čtyřech rovinných vlákenných seskupeních, která se budou sbíhat.

-9CZ 284227 B6

Vodicí ústrojí organických nití nemusí nutně obklopovat výztužná vlákna. V případě znázorněném na obr. 1 tak může být výstupní hlava 10 nahrazena větším počtem návinů nití, jejichž vodicí ústrojí vytvářejí jedno nebo více rovinných niťových seskupení, jako v případě sbíhání vlákenného seskupení 14 k seskupení nití 20.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (19)

1. Způsob výroby kompozitní nitě nebo stužky, tvořené nejméně jednou organickou termoplastickou hmotou a skleněnými výztužnými vlákny, při kterém se vytahují skleněná nekonečná vlákna (16, 34, 79) z roztaveného skla a uvádějí se do styku s termoplastickou

15 organickou hmotou, přičemž tento svazek se unáší mechanickým prostředkem, vyznačený tím, že se skleněná nekonečná vlákna (16, 34, 79) vytahují mechanicky ve formě vlákenného seskupení (58A, 80). sbíhajícího se kbodu sdružování, nebo ve formě nití (20, 50, 67) z nekonečných vláken, a přičemž organická hmota se mechanicky unáší ve formě nití (84) z nekonečných vláken nebo ve formě vytlačovaného pláště (70) nebo jednotlivých nekonečných 20 vláken (12, 46, 61). přičemž tyto dvě složky v uvedených formách se spojují a mechanicky se unášejí.

2. Způsob podle nároku 1. vyznačený tím. že skleněná nekonečná vlákna (16, 34, 79) se uvádějí do sty ku s vytlačovanou a odtahovanou organickou hmotou, když je tato hmota ještě

25 lepivá.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že skleněná nekonečná vlákna (16, 34, 79) se uvádějí do styku s unášenou nebo odtahovanou organickou hmotou před jejich spojováním ve formě kompozitní nitě nebo stužky (25, 49, 64, 73, 87).

4. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že skleněná nekonečná vlákna (16, 34, 79) a unášená nebo odtahovaná organická hmota se sbíhají přímo ke společné oblasti sdružování, od níž jsou spojeny ve formě kompozitní nitě nebo stužky (25, 49, 64, 73, 87).

35

5. Způsob podle nároku 3 nebo 4, vyznačený tím, že skleněná nekonečná vlákna (16, 34, 79) jsou sdružována a mechanicky unášena ve formě nejméně jedné nitě (20, 50, 67), načež se uvádějí do sty ku s organickou hmotou před vzájemným spojením, jímž vzniká kompozitní nit nebo stužka (25, 49, 64, 73, 87).

40

6. Způsob podle nároku 3 nebo 4, vyznačený tím, že skleněná nekonečná vlákna (16, 34, 79) jsou sdružována a mechanicky unášena ve formě nejméně jedné nitě (20, 50, 67), přičemž nit se uvádí do sty ku s organickou hmotou při jejich spojení, kterým vzniká kompozitní nit nebo stužka (25, 49. 64. 73, 87).

45

7. Způsob podle nároku 3 nebo 4, vyznačený t í m , že skleněná nekonečná vlákna (16,

34, 79) jsou vytahována ve formě nejméně jednoho vlákenného seskupení (58A), které se uvádí do styku s organickou hmotou před jejich spojením, kterým vzniká kompozitní nit nebo stužka (64).

50

8. Způsob podle nároku 3 nebo 4, vyznačený tím, že skleněná nekonečná vlákna (16, 34, 79) jsou vytahována ve formě nejméně jednoho vlákenného seskupení (80), které se uvádí do styku s organickou hmotou při jejich spojení, kterým vzniká kompozitní nit nebo stužka (87).

- 10CZ 284227 B6

9. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že skleněná nekonečná vlákna (16, 34, 79) a/nebo organická hmota jsou opatřovány povlakem obsahujícím nejméně jeden fotoiniciátor, přičemž kompozitní nit nebo stužka (25, 49, 64, 87), vznikající zjejich spojení, se vystaví působení nejméně jednoho záření schopného aktivity.

10. Způsob podle nároku l, vyznačený tím, že kompozitní nit nebo stužka (25, 49, 64, 87) se vystavuje tepelnému zpracování pro dostatečné změkčování organické hmoty pro její spojení se skleněnými nekonečnými vlákny (16, 34, 79).

11. Zařízení pro výrobu nitě nebo stužky, vytvořené ze skleněných vláken a z nejméně jedné organické termoplastické hmoty, způsobem podle nejméně jednoho z nároků 1 až 10, obsahující jednak první dílčí zařízení s nejméně jednou zvlákňovací tryskou (15, 33, 78) napájenou sklem a vyhřívanou elektrickým odporovým ohřevem a jednak druhé dílčí zařízení pro vydávání organické hmoty, vyznačené tím, že první dílčí zařízení obsahuje povlékací ústrojí (17, 36), sdružovací ústrojí (19, 37), vodicí ústrojí (21, 40) a ústrojí pro mechanické odtahování skleněných vláken, a druhé dílčí zařízení obsahuje nejméně jednu výstupní hlavu (10, 44, 59, 68) napájenou roztavenou termoplastickou hmotou pod tlakem, jejíž dolní plocha je opatřena nejméně jedním výstupním otvorem, a eventuelně prostředek (13) pro povlékání a prostředek (62) pro vedení organické hmoty, přičemž tato dvě dílčí zařízení dále společně obsahují sdružovací ústrojí (23, 47, 65. 71, 86) skleněných vláken a organické hmoty ve formě kompozitní nitě nebo stužky (25. 49, 64. 73, 87), nejméně jedno ústrojí pro mechanické unášení nitě nebo stužky a eventuelně vodicí ústrojí (51, 88), povlékací ústrojí (89) a ústrojí (26) pro upravovači působení na nit nebo stužku (25, 49, 64, 87).

12. Zařízení podle nároku 11, vyznačené tím, že výstupní hlava (44, 59, 68) druhého dílčího zařízení obsahuje otvor (54) v jeho středu a zvlákňovací tryska prvního dílčího zařízení a/nebo vodící a odtahovací ústrojí (38) skleněných vláken jsou umístěny s výstupem orientovaným proti tomuto otvoru (54).

13. Zařízení podle nároku 12. vyznačené tím, že výstupní hlava (68) druhého dílčího zařízení je prstencová vytlačovací hlava, jejíž dolní povrch je opatřen tryskou nebo řadou trysek, uspořádanou nebo uspořádaných po kruhu.

14. Zařízení podle nároku 12. vyznačené tím, že výstupní hlava (44, 59) druhého dílčího zařízení je prstencová zvlákňovací tryska opatřená množinou otvorů, rovnoměrně rozmístěných po celé ploše kruhové oblasti.

15. Zařízení podle nároku 12, vyznačené tím, že výstupní hlava (44, 59) druhého ústrojí je prstencová zvlákňovací tryska opatřená množinou otvorů, rovnoměrně rozmístěných v nejméně dvou odlišných oblastech.

16. Zařízení pro výrobu nitě nebo stužky, vytvořené ze skleněných vláken a z nejméně jedné organické termoplastické hmoty, způsobem podle nejméně jednoho z nároků 1 až 10, obsahující jednak první dílčí zařízení s nejméně jednou zvlákňovací tryskou (78) napájenou sklem a vyhřívanou elektrickým odporovým ohřevem a jednak druhé dílčí zařízení pro vydávání organické hmoty, vyznačené tím, že druhé dílčí zařízení obsahuje nejméně jednu skupinu návinů (82) nití z organické termoplastické hmoty, osazených na nosičích, nejméně jedno vodicí ústrojí (83) pro každou nit odebíranou z každého návinu, nejméně jedno vodicí ústrojí (81) pro alespoň část souboru uvedených nití a eventuelně nejméně jedno povlékací ústrojí uvedených nití, zatímco první dílčí zařízení eventuelně obsahuje povlékací ústrojí, sdružovací ústrojí, vodicí ústrojí a ústrojí pro mechanické odtahování skleněných vláken, přičemž tato dvě dílčí zařízení dále společně obsahují nejméně jedno sdružovací ústrojí (86) uvedených nití (84) a skleněných nekonečných vláken (79) ve formě kompozitní nitě nebo stužky

- 11 CZ 284227 B6 (87) , nejméně jedno mechanické unášecí ústrojí nitě nebo stužky (87) a eventuelně vodicí ústrojí (88) , povlékací ústrojí (89) nitě nebo stužky a ústrojí pro upravovači působení na nit nebo stužku (87).

17. Zařízení podle nároku 16, vyznačené tím, že vodicí ústrojí (81) organických nití (84) je uzavřený rámeček.

18. Zařízení podle nároku 11 nebo 16, vyznačené tím, že mezi sdružovacím ústrojím (23) vláken a organické hmoty a unášecím ústrojím (27) kompozitní nitě nebo stužky (25) je obsaženo nejméně jedno ústrojí (26), vystavující uvedenou nit nebo stužku (25) působení nejméně jednoho záření schopného aktivity.

19. Zařízení podle nejméně jednoho z nároků llažló, vyznačené tím, že obsahuje nejméně jedno ústrojí, které vystavuje kompozitní nit nebo stužku na alespoň části její dráhy tepelnému zpracování.

3 výkresy