CZ284719B6

CZ284719B6 - Výztužný deskový prvek z rovnoběžných vláken pro dřevěné dílce a způsob jeho výroby

Info

Publication number: CZ284719B6
Application number: CZ952475A
Authority: CZ
Inventors: Daniel A. Tingley
Original assignee: Daniel A. Tingley
Priority date: 1993-03-24
Filing date: 1994-03-17
Publication date: 1999-02-17
Also published as: CA2156417A1; FI954464A7; CA2156417C; JPH08508320A; NZ263107A; WO1994021851A1; PL173513B1; NO305389B1; CN1041762C; EP0690936A4; HU9502756D0; BR9406018A; AU6368694A; PL310813A1; HU219004B; NO953762D0; HUT74785A; AU687798B2; PL176307B1; KR100306693B1

Abstract

Výstužný deskový prvek (22) je vytvořen ze soustavy syntetických vláken (25), obsahujících vlákna (30) rovnoběžná navzájem a uspořádána souběžně s podélným směrem deskového prvku (22) a tím také dřevěného konstrukčního dílce. Deskový prvek (22) v podstatě neobsahuje žádná příčná vlákna. Výstužná vlákna (25) jsou udržována ve svých polohách pryskyřičným pláštěm (26), který obklopuje všechna vlákna (25) s vyjímkou některých vláken, která jsou umístěna nejblíže k povrchové ploše. Povrch výstužného deskového prvku (22) je zpracován takovým postupem, kterým se z vláken uložených nejblíže k povrchu vytvoří "chlupatý" povrch, takže deskový prvek (22) lze lepit jinými než epoxidovými lepidly, která jsou běžně používána při výrobě lepených vrstvených nosníků, zejména rezorcínovými lepidly. Deskový prvek (22) je vyráběn protahovacím výrobním postupem, který nepoužívá protlačovacích průvlaků a tkaných rohoží a který je upraven pro vyvozování brzdných sil na vlákna (25) výstužného deskového prvku ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká vyztužování dřevěných konstrukčních dílců, zejména lepených nosníků, sloupců a příhradových nosníků. Zejména se vynález týká využití vláken uspořádaných v jednom směru jako výztužných prvků v dřevěných konstrukčních dílcích, kterými má být zvýšena pevnost dřevěných konstrukčních dílců v tahu za ohybu nebo v tlaku.

Dosavadní stav techniky

Pro zachování potřebné konkurenční schopnosti dřevěných výrobků museli odborníci v tomto 15 oboru přijmout nové konstrukční návrhy v kombinaci s alternativními materiály pro zvýšení mezí konstrukční uskutečnitelnosti s cenovou efektivitou pro vytvoření nových výrobků pro pozemní stavitelství. Příklady takových nově řešených prvků a dílců jsou lepené vrstvené dřevěné nosníky, vrstvené dřevěné sloupy, dřevěné lepené nosníky profilu I a příhradové dřevěné nosníky. Dosavadní stav techniky obsahuje značné množství příkladů provedení takových dřevěných 20 výrobků.

US-PS 5 026 593 (O’Brien) popisuje použití tenkého rovinného hliníkového pásu pro vyztužení vrstvených lepených nosníků. Tento spis uvádí, že hliníkový pás musí být souvislý po celé šířce a délce nosníku a že výztužný pás může být adhezně upevněn k nejnižší vrstvě nosníku pro 25 zvýšení jeho pevnosti v tahu za ohybu nebo k jeho nejvyšší vrstvě pro zvýšení pevnosti nosníku v tlaku za ohybu. I když tento spis obsahuje základní výhodný konstrukční princip spočívající v doporučení umístění výztužného pásu do nejvhodnějších míst, zvyšujících nejúčinněji pevnost nosníku v tahu za ohybu nebo v tlaku za ohybu, což výrazně zvyšuje celkovou únosnost nosníku, uvažuje tento spis jen o použití hliníkového výztužného pásu. I když tento spis konstatuje, že 30 výztužný pás může být vytvořen z libovolného materiálu s vysokou pevností v tahu, neobsahuje žádné bližší návrhy pro optimální vytvoření výztužného pásu ani řešení problémů spojených s použitím jiných materiálů než hliníkových pásů.

Na mezinárodní konferenci o konstrukčních dílcích z řeziva v roce 1988 byla prezentována 35 panem Danem A. Tingleyem práce o názvu „Vyztužené lepené vrstvené dřevěné nosníky“, která obsahuje použití vyztuženého plastu v lepených vrstvených dřevěných nosnících. Tato práce obsahuje také výsledky zkoušek lepených vrstvených dřevěných nosníků, opatřených výztužnými deskovými prvky vyztuženými vlákny z KEVLARu, umístěným v oblasti s nejvyšší tahovým napětím. Výsledky naznačují devatenáctiprocentní zvýšení mezní pevnosti nosníků s výztuží 40 z vláken z KEVLARu v porovnání s nevyztuženými nosníky. I když v tomto materiálu nebylo vysvětleno, proč bylo nutno použít jen podélných vláken nebo jak bylo dosaženo uváděných účinků, je třeba uznat, že tento materiál uvádí možnost dosáhnout stoprocentního uspořádání vláken do podélného směru. Tato práce rovněž uvádí, že výztužný deskový prvek byl zpracováván opískováním na svých dvou protilehlých stranách a že toto zpracování deskového prvku 45 s výztužnými vlákny z KEVLARu bylo považováno za důležité. Materiál však neuvádí, proč bylo toto pískování důležité ani žádný návrh, aby pískovacím procesem byla obnažena nebo narušena výztužná vlákna z KEVLARu. Přednáškový materiál také uvádí, že je ekonomicky výhodné zkrácení délky výztužných deskových prvků vzhledem k délce vrstvených lepených nosníků bez výrazného snížení výztužného účinku, zvyšujícího pevnost nosníku. Uvedený 50 materiál také neobsahuje popis žádného způsobu výroby výztužných deskových prvků z vyztuženého plastu ani způsob výroby výztužných deskových prvků, při kterém by probíhalo vytvrzování pryskyřice při předepnutí a vnesení tahového napětí do vláken, aby se snížilo počáteční napětí v tahu. Uvedený materiál také neobsahuje popis výhodných účinků souvisejících s obnažením krajních vláken, při kterém by se vytvořil „chlupatý“ vzhled výztužných

- 1 CZ 284719 B6 deskových prvků, který usnadňuje použití běžných a levnějších druhů lepidel, například rezorcinových lepidel, pro slepení s vrstvami dřevěného dílce. Tento materiál však na druhé straně uvádí na rozdíl od používání rezorcinových lepidel použití epoxidové pryskyřice pro slepení výztužného deskového prvku s okolními dřevěnými vrstvami, i když již bylo známo použití levnějších a na trhu běžně dostupných rezorcinových lepidel pro spojení výztužných prvků s jinými vrstvami a dílčími částmi dřevěného vrstveného dílce.

Jiným známým oborem techniky je výroba vrstvených prefabrikovaných dílců protahovacím výrobním postupem. Protahovací postup je definován jako kontinuální výrobní proces, kterým se vyrábějí jednotlivé přířezy nebo úseky plastových prvků s vláknitou výztuží. Při tomto protahovacím postupu se protahují ohebná výztužná vlákna lázní s tekutou pryskyřicí a následně vyhřívaným formovacím průvlakem, ve kterém se výztužné prvky tvarují a pryskyřice nanesená na povrch jednotlivých vláken se vytvrzuje. Protahovací postup je znám zejména díky jeho možnosti výroby souvislých výztužných prvků a možnosti uspořádání výztužných vláken do souvislé soustavy s paralelními vlákny, orientovanými v požadovaném směru. Protahovací výrobní postupy jsou známé a využívané pro jejich možnost vyrábět kontinuální výztužné deskové prvky a zajistit požadovanou polohu a orientaci výztužných vláken, která zajišťuje požadované mechanické vlastnosti protahovaných dílů, určených pro speciální použití. Protahované díly obsahují podélně uspořádaná vlákna pro zajištění axiální pevnosti a také šikmo nebo příčně orientovaná vlákna pro zajištění příčné pevnosti.

Podstata vynálezu

Nedostatky těchto známých řešení jsou odstraněny deskovým prvkem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že nejméně polovina výztužných vláken je průběžná podél délky deskového prvku a je uspořádána v podstatě vzájemně rovnoběžně a souběžně s podélným směrem konstrukčního dílce. Výztužná vlákna jsou tvořena polymemími vlákny, zejména aramidovými nebo polyethylenovými vlákny, popřípadě uhlíkovými vlákny. Pryskyřičný plášť je z termosetické pryskyřice, popřípadě termoplastické pryskyřice.

Deskový prvek podle výhodného provedení vynálezu je členem skupiny deskových prvků slepených s podlouhlým dřevěným konstrukčním dílcem obsahujícím podlouhlé dřevěné segmenty uspořádané do vrstev a slepené svými délkami rovnoběžně s podélnou osou dřevěného konstrukčního dílce, je tvořen skupinou výztužných deskových prvků, přilepených k podlouhlému dřevěnému konstrukčnímu dílci.

Soustava průběžných vláken je ve výhodném provedení tvořena uhlíkovými vlákny a soustava neprůběžných vláken je z polymemího materiálu. Soustava průběžných vláken je z polyetylénu a soustava neprůběžných vláken obsahuje rohož nebo obsahuje vlákna uspořádaná šikmo k podélnému směru.

Podle výhodného provedení vynálezu má pryskyřičný plášť hlavní větší plochy a vedlejší menší plochy, přičemž nejméně jedna hlavní plocha je opatřena povrchovou úpravou se zvýšenou soudržností s podlouhlým dřevěným konstrukčním dílcem. Výztužná vlákna uložená nejblíže k hlavní ploše pryskyřičného pláště deskového prvku, mají konce vláknitého materiálu, vyčnívající z hlavní plochy pryskyřičného pláště. Konce vláknitého materiálu, vyčnívající z hlavní plochy pryskyřičného pláště, jsou tvořeny přetrženými neprůběžnými vlákny a přetrženými konci výztužných vláken. Lepidlem je neepoxidové lepidlo jako je rezorcin.

Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se nejprve v podstatě všechna vlákna soustavy výztužných vláken uspořádají do vzájemně rovnoběžných poloh, soustava vyrovnaných výztužných vláken se umístí do prostoru deskového prvku, výztužná vlákna se smáčí vytvrditelnou pryskyřicí a vytvoří se pryskyřičný plášť soustavy výztužných vláken, mající

-2CZ 284719 B6 hlavní pryskyřičnou plochu, výztužná vlákna se předepnou, načež se pryskyřice vytvrdí uvnitř formovacího úseku při současném udržování vláken v napnutém stavu a hlavní plocha pryskyřičného pláště se zpracuje a zvýší se její soudržnost ve slepeném spoji s konstrukčním dílcem, vytvořeném pomocí lepidla.

Ve výhodném provedení způsobu podle vynálezu se při povrchové úpravě hlavní plochy pryskyřičného pláště obnaží části vláknitého materiálu, vytvořené ze vzájemně rovnoběžných výztužných vláken, nacházejících se nejblíže k hlavní povrchové ploše pryskyřičného pláště, pro jejich vyčnívání z povrchu pryskyřičného pláště. Povrchová úprava hlavního povrchu pryskyřičného pláště se provádí obrušováním deskového prvku po vytvrzovací operaci, popřípadě odstraňováním části pryskyřice chemickými prostředky, rozrušujícími a odstraňujícími pryskyřici.

K výztužným vláknům se podle jiného výhodného provedení vynálezu přimíchají částice trhaných pramenů vláken a soustava vláken se před smáčením vytvrditelnou pryskyřicí oplášťuje rohožemi nebo vlákny ukládanými šikmo k podélné ose a při smáčení povrchu vláken se pryskyřicí prosytí také rohože nebo vrstvy plášťových vláken, přičemž v alternativním provedení se pryskyřice nanáší na soustavu uhlíkových podélných vláken a na rohož z polymemích vláken.

Vynálezem je vyřešen také způsob výroby takových výztužných deskových prvků, u kterého jsou v podstatě všechna vlákna uspořádána a vyrovnána vzájemně rovnoběžně a jsou udržována v předepnutém stavu po celou dobu vytvrzování pryskyřice ve vyhřívaném formovacím průvlaku.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení, zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 axonometrický pohled na výrobní proces prováděný podle stavu techniky, obr. 2 axonometrický pohled na zařízení k provádění způsobu podle vynálezu, při kterém se vyrábí podlouhlý výztužný prvek, mající v podstatě všechna vlákna uspořádána vzájemně rovnoběžně a rovnoběžně s podélnou osou, obr. 3a až 3c axonometrické pohledy na výřezy částí deskového prvku podle vynálezu, kde je z takto zobrazených pohledů patrno uspořádání a orientace vláken obsažených v deskovém prvku, obr. 4 boční pohled na vrstvený dřevěný nosník, obsahující výztužné deskové prvky podle vynálezu umístěné mezi jednotlivými vrstvami nosníku, obr. 5 boční pohled na vrstvený dřevěný nosník, opatřeným výztužnými deskovými prvky, umístěnými na vnějších plochách dřevěného nosníku, obr. 6 boční pohled na dřevěný nosník profilu I, zobrazující výhodné umístění výztužných prvků pro zvýšení únosnosti tohoto nosníku profilu I a obr. 7 je boční pohled na dřevěný příhradový nosník, zobrazující vhodné umístění výztužných prvků podle vynálezu, kterým má být dosaženo zvýšení únosnosti tohoto příhradového nosníku.

Příklady provedení vynálezu

Podstatu řešení podle vynálezu je možno nejsnáze pochopit z popisu použití výztužného deskového prvku. Na obr. 4 a 5 jsou zobrazeny vrstvené lepené dřevěné nosníky 10, vytvořené z několika nad sebou umístěných vrstev 12. Každá vrstva 12 je tvořena zejména podlouhlým dřevěným prknem.

Základním konstrukčním účelem vrstvených dřevěných nosníků 10 je překlenutí volného prostoru, představovaného prostorem mezi dvěma podpěrnými bloky 14, a přenášení zatížení, představovaného šipkou 16. Při tomto uspořádání je nejspodnější vrstva 18 je vystavena v podstatě čistě tahovému napětí, zatímco naopak v nejvyšší vrstvě 20 se objevuje v podstatě čistě tlakové napětí. Odborníci zjistili, že nosnost vrstvených nosníků může být podstatně zvýšena přidáním výztužných deskových prvků 22, 23 do oblastí s největším namáháním, to znamená konkrétně v těchto příkladech co nejblíže k nejspodnější vrstvě 18 a k nejvyšší vrstvě 20. První výztužný deskový prvek 22 se svým tělesným vytvořením odlišuje od druhého výztužného deskového prvku 23, protože první výztužný deskový prvek 22 je umístěn v oblasti s nejvyšším namáháním v tahu a jeho vytvoření je proto přizpůsobeno působícím namáháním, zatímco druhý výztužný deskový prvek 23 je umístěn v oblasti s nejvyšším namáháním v tlaku a jeho vytvoření proto tomu odpovídá. Na obr. 4 je první výztužný deskový prvek 22 umístěn mezi nejspodnější vrstvou 18 a sousední vrstvou ze dřeva a druhý výztužný deskový prvek 23 je umístěn mezi nejvyšší vrstvou 20 a sousední dřevěnou vrstvou.

V příkladech na obr. 4 a 5 je délka výztužných deskových prvků 22, 23 rovna přibližně třem pětinám celkové délky vrstveného lepeného dřevěného nosníku 10. Zkouškami prováděnými na dosud známých nosnících tohoto druhu bylo prokázáno, že výztužný deskový prvek, který pokrývá dvě pětiny až tři pětiny střední části, má v podstatě stejné příznivé účinky na únosnost nosníku jako výztužný deskový prvek probíhající v celé délce nosníku, avšak řešením podle vynálezu se dosahuje nižších nákladů najeden nosník. Na obr. 4 je výztužný deskový prvek 22 uložen mezi dřevěnými vrstvami a probíhá v délce přibližně odpovídající třem pětinám délky nosníku, takže je nutno použít distančníků 24, které by měly být umístěny vedle konců prvního výztužného deskového prvku 22. Distančníky 24 mohou být tvořeny například dřevěnými destičkami. Jestliže je výztužný deskový prvek 22, 23 umístěn na vnější straně vrstvených dřevěných nosníků 10, jako je tomu v příkladu na obr. 5, pak není nutno používat žádných distančních prvků.

Ve výhodném provedení vynálezu a za podmínek uvedených v předchozí části, to znamená, že se jedná o prostý nosník zatížený bodovým zatížením nebo rovnoměrným zatížením, je spodní výztužný deskový prvek 22 vytvořen z materiálu majícího vysokou pevnost v tahu, zatímco horní výztužný deskový prvek 23 je vytvořen z materiálu s vysokou pevností v tlaku. Je pochopitelné, že uspořádání jednotlivých částí vrstvených lepených dřevěných nosníků 10 je vhodné pouze pro zatěžovací podmínky zobrazené na těchto obrázcích. Jestliže na vrstvené nosníky působí jiná zatížení, může být optimální uspořádání výztužných prvků odlišné. Jestliže by byl vrstvený dřevěný nosník 10 vytvořen jako konzolový nosný prvek, bylo by nutno rozmístění výztužných deskových prvků změnit v tom smyslu, že první výztužný deskový prvek s vysokou pevností v tahu by byl umístěn v horní oblasti nosníku, zatímco výztužný deskový prvek s největší únosností v tlaku by měl být umístěn ve spodní části nosníku. U tohoto konzolového uspořádání nosníku by také výztužné deskové prvky neměly být umístěny ve střední části nosníku, ale v oblastech, kde se vyskytují největší namáhání v tlaku a tahu.

Na obr. 6 a 7 jsou zobrazena alternativní příkladná provedení dřevěných konstrukčních dílců a také optimální umístění výztužných deskových prvků, které by přineslo maximální zvýšení únosnosti konstrukčních prvků. Na obr. 6 je zobrazen dřevěný lepený nosník profilu I, u kterého jsou výztužné deskové prvky 22, 23 umístěny na horní straně, na spodní straně a na stojinách na vzájemně protilehlých koncích nosníku. Obr. 7 znázorňuje dřevěný příhradový nosník, opatřený

-4CZ 284719 B6 výztužnými deskovými prvky 22 v oblastech s nej vyšším tahovým namáháním. Obr. 4 až 7 mají ukázat některé možnost aplikace výztužných deskových prvků podle vynálezu, avšak v žádném případě nepředstavují všechny možnosti jejich aplikace pro dřevěné nosné konstrukce, u kterých je možno předpokládat značný přínos pro zvýšení únosnosti a pevnosti těchto konstrukcí. Rozumí se, že výztužné deskové prvky podle vynálezu jsou vhodné také pro celistvé dřevěné nosníky a sloupy a jiné dřevěné konstrukce pro pozemní stavitelství, například pro překližky vyráběné z lepených dýh.

Výhodné příkladné provedení výztužného deskového prvku 22 podle vynálezu je zobrazeno na obr. 3a. První výztužný deskový prvek 22 obsahuje soustavu syntetických vláken 25, které jsou uspořádány vzájemně rovnoběžně a také souběžně s podélným směrem prvního výztužného deskového prvku 22. Vlákna 25 jsou udržována v těchto vzájemně rovnoběžných polohách a ve vzájemném prostorovém uspořádání pryskyřičným pláštěm 26, který obklopuje jednotlivá vlákna 25 a vyplňuje mezery mezi nimi. První výztužný deskový prvek 22 je vyroben, jak bude popsáno v další části popisu tak, že jeho povrchové plochy 29, které budou slepeny s dřevěnou konstrukcí, obsahují obnažená vlákna 28, která mají zlepšit adhezi spojovacích vrstev.

Paralelní uspořádání vláken 25 v podélném směru zajišťuje maximální pevnost prvního výztužného deskového prvku 22 v tahu, kterou zajišťují vlákna 25 a nikoliv pryskyřice, přičemž uvedené uspořádání vláken 25 umožňuje dosažení jejich maximální hustoty na jednotku průřezu. Obecně mají tyto vyztužené plastové prvky objemový poměr vláken k pryskyřici 40/60. Avšak prostorové uspořádání vláken v útvaru podle vynálezu umožňuje dosáhnout objemového poměru vláken k pryskyřici až 60/40, jestliže se pro jeho výrobu použije způsobu podle vynálezu. Uspořádání vláken podle vynálezu je také výhodné z hlediska usnadnění obalování jednotlivých vláken pryskyřicí. Při výrobě vyztužených plastových prvků je velmi důležité, aby výztužná vlákna byla dokonale impregnována pryskyřicí a aby celý jejich povrch byl tímto pojivém smáčen. Stoprocentního smáčení vláken je možno dosáhnout jen velmi obtížně, jestliže jsou vlákna uspořádána do složitých vzájemných vazeb. Použitím soustavy vzájemně rovnoběžných vláken je podle vynálezu možno dosáhnout stoprocentního smáčení povrchů vláken i při vysokém poměru objemu vláken k pryskyřici.

U dosud známých řešení bylo možno vyztužené plastové desky přilepit na dřevěné nosníky a konstrukce jen epoxidovou pryskyřicí, která je zpravidla dražší než lepidla používaná běžně pro výrobu lepených dřevěných prvků a konstrukcí. Běžně prodávaným lepidlem, které je často používáno pro výrobu vrstvených dřevěných výrobků, je rezorcin, který je levnější než epoxidová lepidla. Úpravou povrchů výztužných deskových prvků 22 se má dosáhnout zchlupatění plochy, při kterém se vlákna 25 nacházející se v blízkosti povrchových ploch 29 přeruší a přetržené a obnažené konce 28 vláken 25 se nechají vyčnívat z pryskyřičného pláště 26, takže tím je vytvořena dosud neznámá adhezní úprava pro zlepšení adheze vyztuženého plastového útvaru s dřevěnou konstrukcí pomocí i jiných lepidel než epoxidových.

Výhodnou metodou pro vytvoření chlupatého povrchu výztužného deskového prvku 22 je pískování jeho povrchových ploch 29 ostrohranným abrazivem, přiváděným ve směru kolmém na podélný směr výztužného deskového prvku 22. Pískováním se odstraňují malé částečky pryskyřičného pláště 26 a obnažují se vlákna 25, která leží nejblíže k povrchové ploše 29. Při dalším pískování se jednotlivá vlákna 25 přetrhnou, přičemž jeden konec každého takového vlákna zůstává zakotven v pryskyřici a druhý konec se stává obnaženým koncem 28, vystupujícím z pryskyřičného pláště 26 a vytvářejícím součást chlupatého povrchu.

Alternativní způsoby vytváření chlupatého povrchu výztužného deskového prvku 22 jsou odborníkům v oblasti výroby výztužných plastových výrobků dostatečně známé a zahrnují například chemické zpracování povrchu deskového prvku před vytvrzováním pryskyřičného pláště, kterým by se v povrchu deskového prvku vytvořily při jeho vyjímání z lisovací a vytvrzovací formy prohlubně vzniklé po odstranění části pryskyřice a tím se obnažila krajní

-5CZ 284719 B6 výztužná vlákna. Ještě jiný způsob výroby deskových prvků s chlupatým povrchem může být založen na použití přerušovaných vlákenných pramenů pro výztuž útvaru. Jak bude ještě podrobněji uvedeno v další části popisu, všechna vlákna uváděná v předchozích odstavcích, jsou syntetickými vlákny a při jejich výrobě se nejprve vytvářejí nekonečná vlákna, která se sdružují do pramenů, které se potom zpracovávají zakrucováním na přízi nebo se nechávají nezakroucená a tvoří vlákenný přást. Přásty nebo příze se potom zpracovávají tkaním na tkaninu, která slouží pro další výrobní postupy. Jeden druh takových přástů, který je běžně vyráběn, je označován za přerušovaný přást získávaný působením tahových sil, kterými se jednotlivá vlákna přástu roztřepí. Použitím přerušovaného přástu jako zdroje vláken, která se uspořádají do rovnoběžné soustavy a obalí pryskyřicí, vznikne deskový prvek 22, jehož povrch má chlupatý vzhled a strukturu.

Plošný výztužný útvar, zobrazený ve výhodném příkladném provedení na obr. 3a ve formě deskového prvku 22, může být využíván pro vyztužení oblastí vrstvených dřevěných nosníků 10, vystavených velkému namáhání v tahu za ohybu. Vlákna 25 mohou být tvořena zejména aramidovými vlákny, běžně prodávanými pod označením „KEVLAR“, přičemž pro účel podle vynálezu je nej vhodnější druh vláken s označením „KEVLAR 49“. V alternativním provedení je možno použít vysokomodulových polyetylenových vláken, prodávaných pod označením „SPECTRA“.

Alternativní příkladné provedení výztužného plošného útvaru je zobrazeno na obr. 3b a obsahuje dva druhy vláken. První vlákna 30 jsou uspořádána navzájem paralelně a jsou souběžná s podélným směrem výztužného deskového prvku 22, jak to bylo uvedeno v předchozí části popisu, a druhá vlákna 31 jsou uspořádána mezi prvním druhem vláken 30 a povrchem 32, který bude přilepen k dřevěné konstrukci. Toto příkladné provedení je nejvhodnější pro takové okolnosti, které vyžadují, aby prvními vlákny 30 byla uhlíková vlákna nebo vlákna „SPECTRA“. Uhlíková jsou sama o sobě konstrukčně vhodná pro výztužné plošné prvky, používání v lepených dřevěných nosnících. Při zkouškách se však ukázalo, že výztužný prvek z uhlíkových vláken nemůže být dostatečně pevně slepen s dřevěnou konstrukcí rezorcinovým lepidlem a že pokusy o vytvoření chlupatého povrchu výztužných prvků z uhlíkových vláken byly neúspěšné. V případech, kdy by bylo vhodné použití uhlíkových vláken nebo vláken „SPECTRA“ jako prvních vláken 30, se zjistilo, že je výhodné pokrýt hlavní povrchy výztužného prvku aramidovými vlákny, která tak tvoří druhá vlákna 31, jež jsou rovněž zalita v pryskyřičném plášti

26. Použití aramidových vláken umožňuje vytvoření chlupatého povrchu, jak to bylo popsáno v předchozí části, který potom může být přilepen k dřevěnému nosníku pomocí jiných lepidel než jsou epoxidové pryskyřice, například rezorcinem.

Další výhodné provedení výztužného deskového prvku podle vynálezu je zobrazeno na obr. 3c, na kterém je zobrazen deskový výztužný prvek vytvořený z prvních vláken 34 a z vláknité plsti 35, zalitých v pryskyřičném plášti 26. Toto příkladné provedení je nejvhodnější pro plošné výztužné útvary, které jsou vytvořeny zpojiv jiného druhu než jsou epoxidové pryskyřice. Zkouškami prováděnými s jinými než epoxidovými lepidly se zjistilo, že při namáhání ve smyku mezi jednotlivými vrstvami nosníku dochází k poruchám výztužných deskových prvků 22. Z tohoto zjištění se odvozuje, že i když je za optimální uspořádání vláken ve výztužném deskovém prvku, mající zajistit maximální únosnost, považováno vzájemně rovnoběžné uložení vláken, probíhajících v podélné ose výztužného prvku, dosahuje se použitím vláknité plsti 35 zvýšení pevnosti prvního výztužného deskového prvku 22 a zvýšení únosnosti ve smyku působícím mezi jednotlivými vrstvami dřevěného dílce, přičemž k tomuto výsledku nejvíce přispívají vlákna, která jsou uspořádána šikmo k podélnému směru výztužného plošného prvku a která jsou tak schopna odolávat smykovým silám mezi jednotlivými vrstvami.

Pryskyřičným materiálem, používaným ve výrobním procesu pro vytvoření pryskyřičného pláště

26, je epoxidová pryskyřice. V alternativních výhodných provedeních je však možno použít i jiných pryskyřičných pojiv, například polyesterové pryskyřice, vinylesteru, polyamidů nebo

-6CZ 284719 B6 polystyrylpyridinu (PSP). V alternativních výhodných provedeních vynálezu je možno použít i jiných termoplastických pryskyřic, například polyetylenterefitalátu (PET) a nylonu 66.

Výztužný plošný prvek podle vynálezu je tvořen deskovitým útvarem, majícím mimořádně vysoký modul pružnosti v tahu nebo v tlaku. Výztužný plošný prvek podle vynálezu však má značně malou pevnost v příčném směru, protože v podstatě všechna výztužná vlákna jsou uspořádána vzájemně rovnoběžně a v podélném směru. Výztužný plošný prvek je v příčném směru tak měkký a ohebný, že člověk disponující průměrnou silou je schopen ohnout tento výztužný prvek podél jeho podélné osy až do polohy, ve které dojde ke zlomení výztužného prvku v příčném směru. Výztužný plošný prvek podle vynálezu je tedy využitelný jen pro vyztužování takových konstrukcí, u kterých působí vnější zatížení jen v jednom směru a směr působení tohoto zatížení je možno určit a sledovat.

V další části popisu bude popsán způsob výroby výztužných plošných prvků podle vynálezu. Jak již bylo uvedeno v přehledu stavu techniky, protahování je výrobním procesem, při kterém se syntetická vlákna smáčejí na svém vnějším povrchu pryskyřicí a jsou protahována vyhřívanou formou, ve které má docházet k vytvrzování pryskyřice, obklopující ze všech stran syntetická vlákna. Všechny dosud známé protahovací výrobní postupy používají podstatnou část vláken, uspořádaných šikmo k podélné ose směru protahování, aby se zabezpečila také boční pevnost výrobku vytvořeného tímto postupem. Kromě toho jsou dosud známé výrobní procesy pro výrobu výztužných plošných prvků pečlivě řízeny a kontrolovány, aby se zajistila přítomnost dostatečného množství pryskyřice a žádné ze strukturních vláken nezůstalo obnaženo. Dosud známé výrobní postupy rovněž neobsahují takové úpravy a zpracování vyrobených předmětů, při kterých by docházelo k obnažování vláken, protože je dobře známo v oboru výroby vyztužených plastových předmětů, že obnažená vlákna zeslabují výrobek a nemohou se vyskytovat na plochách výrobku, které jsou vystaveny okolnímu prostředí nebo kde přicházejí do styku s uživateli.

Na obr. 1 je zobrazeno uspořádání výrobního zařízení k provádění známého postupu výroby vyztužených plastových útvarů. Výrobní postup na zařízení zobrazeném na obr. 1 je upraven pro výrobu dutých podlouhlých dílců s pravoúhelníkovým průřezem, takže zařízení musí být opatřeno protlačovacím trnem 40 pro udržování dutého jádra v průběhu výrobního postupu. Pro výrobu plnostěnných prvků by bylo nutno provést modifikaci spočívající v tom, že se u zařízení vynechá protlačovací tm 40. Při výrobě vyztužených plastových prvků známým výrobním postupem se využívá horní rohože 44 a spodní rohože 45, které jsou tvořeny zejména tkaným přástem nebo tkaninou. Do výrobního zařízení je přiváděna také soustava přástů 46, které mohou být přiváděny ve směru rovnoběžném s podélným směrem hotoveného konstrukčního prvku a které mohou být vlepeny mezi obě vnější rohože 44, 45. Protahovací ústrojí 48 zajišťuje sílu potřebnou pro protahování vláken výrobním zařízením. Výrobní postup je zahajován spodní rohoží 44, která je protahována pryskyřičnou lázní 50 a tvarována kolem tmu 40 pomocí prvního tvarovacího průvlaku 52. Také soustava přiváděných přástů 46 je opatřována na površích jednotlivých přástů 46 pryskyřicí v druhé pryskyřičné lázni 54 a je tvarována kolem tmu 40 a uvnitř spodní rohože 44 pomocí druhého tvarovacího průvlaku 56. Potom se prosytí pryskyřicí horní rohož 45 v třetí pryskyřičné lázni 58 a vytvaruje se kolem kombinované soustavy, obsahující formovací tm 40, spodní rohož 44 a přásty 46, pomocí třetího tvarovacího průvlaku 60. Potom se celá takto sestavená kombinace protahuje vyhřívaným průvlakem 42, ve kterém se pryskyřice vytvrdí, takže z vyhřívaného průvlaku 42 vystupuje konstrukční prvek 38 ve formě tuhého konstrukčního dílce.

Zařízení podle vynálezu zlepšuje výrobní proces podle známého stavu techniky a je zejména zaměřeno na výrobu výztužných deskových prvků 22, 23 podle vynálezu. Toto zařízení podle vynálezu má vstupní část tvořenu soustavou cívek 70, na kterých jsou navinuty přásty 72 připravené ze syntetických vláken a odtahované z těchto cívek 70 děrovanou stěnou 74, aby se zamezilo zamotání a spletení přástů 72. Děrovaná stěna 74 je opatřena soustavou otvorů 76,

-7CZ 284719 B6 kterými procházejí jednotlivé přásty 72. Otvory 76 jsou s výhodou opatřeny vložkami z materiálu s nízkým koeficientem tření, například z keramického materiálu nebo plastu, aby se zamezilo poškození přástů 72 oděrem a zvýšila se jejich odolnost proti poškození hranami otvorů 76. Jakmile přásty 72 projdou otvory 76 v děrované stěně 74, jsou v oblasti prvního česacího hřebene 78, které probíhají vzájemně souběžně. Za prvním česacím hřebenem 78 procházejí přásty 72 kolem napínacího tmu 80 a pod druhým vodicím trnem 82, který navíc udržuje vzájemně rovnoběžné uspořádání přástů 72. Potom se v pryskyřičné lázni 84 provádí smáčení povrchu přástů 72 pryskyřicí a tvarování celé této soustavy ve tvarovacím průvlaku 86 před jejím vstupem do vyhřívaného lisovacího ústrojí 88, opatřeného výstupním otvorem 90, kteiý formuje tvar průřezu výztužných deskových prvků 22, 23. Teplem dodávaným do vyhřívaného lisovacího ústrojí se vytvrzuje pryskyřice, takže výztužný deskový prvek 22, 23 je při svém výstupu prakticky tuhým konstrukčním prvkem.

Výrobní postupy podle dosavadního stavu techniky byly pokládány za výhodné pro výrobu kontinuálních pásů z vyztužených plastů. Výroba výztužných deskových prvků podle vynálezu však přináší neočekávanou výhodu spočívající vtom, že výztužná vlákna tohoto deskového útvaru mohou být uspořádána v podstatě vzájemně rovnoběžně a mohou probíhat souběžně s podélným směrem výztužného prvku. Další přídavnou a nepředpokládanou výhodu řešení podle vynálezu je možno spatřovat v tom, že výztužná vlákna mohou být v průběhu tvrdnutí pryskyřice napínána, což se projevuje dvojím příznivým účinkem. V prvé řadě se napnutím výztužných vláken zajistí jejich vzájemně rovnoběžné polohy a jejich uspořádání v polohách souběžných s podélným směrem výztužných desek. Druhá výhoda, vyplývající z vytvrzování pryskyřice při udržování tahových napětí ve výztužných vláknech, spočívá ve zjištění, že výsledný výztužný deskový prvek je tužší a v důsledku toho se také při působení základních zatěžovacích sil na dřevěný nosník vyztužený těmito předpjatými výztužnými deskami projevovaly menší deformace a průhyby. Vytvrzováním pryskyřice ve stavu, ve kterém byla výztužná vlákna udržována pod tahovým napětím, bylo počáteční napětí výztužných vláken zajištěno v průběhu výroby, takže po slepení výztužných desek s dalšími částmi vrstvených dřevěných nosníků a po zatížení nosníku se objevoval menší průhyb nosníku než tomu bylo u takových nosníků, které byly vyztuženy výztužnými plošnými útvary s vlákny, které nebyly v průběhu vytvrzování pryskyřice předepnuty·

Zkouškami bylo prokázáno, že optimální předpětí vláken v průběhu vytvrzování pryskyřice je asi 1,5 až 4,5 kg. Předpínací síla ve vláknech je vytvářena zpětnými silami, působícími na přásty 72 a vyvozovanými kombinovaným účinkem napínacího tmu 80, prvního česacího hřebenu 78 a vodícího tmu 82 nebo použitím brzděných cívek 70, u kterých jsou regulací rotačního tření cívek 70 vnášeny do přástů 72 požadované předpínací síly.

Termíny, pojmy a znaky, použité v předchozím popisu, mají objasnit podstatu vynálezu a v žádném případě nemají být omezujícími znaky, které by vylučovaly možnost použití technicky ekvivalentních částí zařízení a operací výrobního postupu, protože rozsah vynálezu je určen výhradně patentovými nároky.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Výztužný deskový prvek z rovnoběžných vláken pro dřevěné dílce přilepený lepidlem jako výztužný plošný prvek na podlouhlý dřevěný konstrukční dílec (10), obsahující výztužná vlákna (25, 30, 31, 34) obklopená pryskyřičným pláštěm (26) vyplňujícím mezery mezi vlákny, vyznačující se tím, že nejméně polovina výztužných vláken (25, 30, 31, 34) je průběžná podél délky deskového prvku (22, 23) a je uspořádána vzájemně rovnoběžně a souběžně s podélným směrem konstrukčního dílce (10).
2. Výztužný deskový prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlákna (25, 30, 31, 34) jsou polymemí.
3. Výztužný deskový prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že polymemími vlákny (25, 30, 31, 34) jsou aramidová vlákna.
4. Výztužný deskový prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlákna (25, 30, 31, 34) jsou vyrobena z polyethylenu.
5. Výztužný deskový prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že vlákny (25, 30, 31, 34) jsou uhlíková vlákna.
6. Výztužný deskový prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že pryskyřičný plášť (26) je z termosetické pryskyřice.
7. Výztužný deskový prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že pryskyřičný plášť (26) je z termoplastické pryskyřice.
8. Výztužný deskový prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že je členem skupiny deskových prvků (23, 24) slepených s podlouhlým dřevěným konstrukčním dílcem (10) obsahujícím podlouhlé dřevěné segmenty uspořádané do vrstev (18, 20) a slepené svými podélnými plochami rovnoběžně s podélnou osou dřevěného konstrukčního dílce (10).
9. Výztužný deskový prvek podle nároku 8, vyznačující se tím, že soustava průběžných vláken (25, 30, 31, 34) je tvořena uhlíkovými vlákny a je kombinována strhanými vlákny z polymemího materiálu.
10. Výztužný deskový prvek podle nároku 8, vyznačující se tím, že soustava průběžných vláken je z polyetylénu a soustava trhaných vláken je z polymemího materiálu.
11. Výztužný deskový prvek podle nároku 8, vyznačující se tím, že soustava trhaných vláken obsahuje rohož nebo obsahuje vlákna uspořádaná šikmo k podélnému směru.
12. Výztužný deskový prvek podle nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že pryskyřičný plášť (26) má hlavní větší plochy a vedlejší menší plochy, přičemž nejméně jedna hlavní plocha je opatřena povrchovou úpravou se zvýšenou soudržností s podlouhlým dřevěným konstrukčním dílcem (10).
13. Výztužný deskový prvek podle nároku 12, vyznačující se tím, že v pryskyřičném plášti (26) deskového prvku (22, 23) jsou uložena výztužná vlákna (25, 31), jejichž konce

-9CZ 284719 B6 uložené nejblíže k hlavní ploše pryskyřičného pláště (26) mají konce (28) vyčnívající z hlavní plochy pryskyřičného pláště (26).
14. Výztužný deskový prvek podle nároku 13, vyznačující se tím, že konce (28) vláknitého materiálu, vyčnívající z hlavní plochy pryskyřičného pláště (26), jsou tvořeny přetrženými neprůběžnými vlákny a přetrženými konci průběžných výztužných vláken (25, 30, 31,34).
15. Výztužný deskový prvek podle nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že lepidlem je neepoxidové lepidlo jako je rezorcin.
16. Způsob výroby deskového prvku podle nároků 1 až 14, upraveného pro přilepení na podlouhlý dřevěný konstrukční dílec pro zvýšení únosnosti konstrukčního dílce, vyznačující se tím, že se nejprve v podstatě všechna vlákna soustavy výztužných vláken uspořádají do vzájemně rovnoběžných poloh, soustava vyrovnaných výztužných vláken se umístí do prostoru deskového prvku, výztužná vlákna se smáčí vytvrditelnou pryskyřicí a vytvoří se pryskyřičný plášť soustavy výztužných vláken, mající hlavní pryskyřičnou plochu, výztužná vlákna se napnou, načež se pryskyřice vytvrdí uvnitř formovacího úseku při současném udržování vláken v napnutém stavu a hlavní plocha pryskyřičného pláště se naruší a zvýší se její soudržnost ve slepeném spoji s konstrukčním dílcem, vytvořeném pomocí lepidla.
17. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že při narušování hlavní plochy pryskyřičného pláště se obnaží části vláknitého materiálu, vytvořené ze vzájemně rovnoběžných výztužných vláken, nacházejících se nejblíže k hlavní povrchové ploše pryskyřičného pláště, pro jejich vyčnívání z povrchu pryskyřičného pláště.
18. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že narušování hlavního povrchu pryskyřičného pláště se provádí obrušováním deskového prvku po vytvrzovací operaci.
19. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že narušování hlavního povrchu pryskyřičného pláště se provádí odstraňováním části pryskyřice chemickými prostředky, rozrušujícími a odstraňujícími pryskyřici.
20. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že k výztužným vláknům se před smáčením pryskyřicí přimíchají částice trhaných pramenů vláken.
21. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že soustava vláken se před smáčením vytvrditelnou pryskyřicí oplášťuje rohožemi nebo vlákny ukládanými šikmo k podélné ose a při smáčení povrchu vláken se pryskyřicí prosytí také rohože nebo vrstvy plášťových vláken.
22. Způsob podle nároku 20, vyznačující se tím, že pryskyřice se nanáší na soustavu uhlíkových podélných vláken a na rohož z polymemích vláken.
23. Způsob podle nároků 16 až 22, vyznačující se tím, že výztužný deskový prvek (22, 23) se slepí lepidlem s nejméně jedním segmentem první vybrané vrstvy (18, 20) podlouhlého dřevěného konstrukčního dílce (10).
24. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že první hlavní plocha deskového prvku (22, 23) se slepí lepidlem s nejméně jedním prvním vybraným dřevěným segmentem.

-10CZ 284719 B6
25. Způsob podle nároku 24, vyznačující se tím, že druhá hlavní povrchová plocha deskového prvku (22, 23) se slepí lepidlem s nejméně jedním druhým vybraným dřevěným segmentem.
26. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že druhý syntetický výztužný deskový prvek (22, 23), obsahující skupiny výztužných vláken (25, 30, 31, 34) obklopených pryskyřičným pláštěm (26) vyplňujícím mezery mezi vlákny, se slepí lepidlem s podlouhlým dřevěným konstrukčním dílcem (10).
27. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že skupina vláken (25, 30, 31, 34) se vytvoří z pramenů aramidových vláken.
28. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že deskový prvek (22, 23) se slepí s podlouhlým dřevěným konstrukčním dílcem (10) do laminovaného dřevěného nosníku.
29. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že deskový prvek (22, 23) se slepí s podlouhlým dřevěným konstrukčním dílcem (10), majícím v profilu tvar I a sestaveným z laminovaných dýh nebo rovnoběžných pásů řeziva.
30. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že vlákna (24, 30, 31, 34) obklopená pryskyřičným pláštěm (26) se udržují v napnutém stavu.
31. Způsob podle nároků 16 až 30, vyznačující se tím, že lepení se provádí neepoxidovým lepidlem, zejména rezorcinem.