DE2036513C3 - Verfahren zur Herstellung rotationssymmetrischer Hohlkörper aus glasfaserverstärkten Kunststoffen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung rotationssymmetrischer Hohlkörper aus glasfaserverstärkten Kunststoffen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung lOtationssymmetrischer Hohlkörper, insbesondere laminierter Flüssigkeitsbehälter, auü glasfaserverstärkten Kunststoffen, durch Aufbringen einer Kunstharzschicht, von in Kunstharz getränkten, zu Bändern zusammengefaßten Glasfaserrovings und wenigstens einer Vliesschicht aus organischem Fasermaterial auf einen rotierenden Wickeldorn.
Es ist bekannt. Behälter und Apparate aus glasfaserverstärktem, ungesättigtem Polyesterharz oder Epoxyharz nach dem Wickelverfahren herzustellen. Hierbei erfolgt das Wickeln des Behälters oder Apparates auf einem um seine Längsachse drehbar angeordneten Wickeldorn in der Weise, daß Rovings aus Glasseidenfasern (gemäß Definition im DIN-Entwurf 60 001 Bl. 2, »Textile Faserstoffe, Faserformen« vom Januar 1970) oder Bänder von mehreren Rovings aus Glasseidenfasern, die durch ein Tränkbad mit Kunstharz hindurchgeführt wurden, wendelförmig auf den rotierenden Wickeldorn aufgewickelt werden, wobei die einzelnen Windungen innerhalb derselben Wickellage in mehr oder weniger großem axialen Abstand voneinander liegen. Danach wird in entgegengesetzter Richtung eine zweite Wickellage mit demselben Steigungswinkel so aufgebracht, daß sich die Windungen der übereinanderliegenden Wickellagen überkreuzen. Der Vorgang wird so oft wiederholt, bis ein geschlossener Wickelkörper mit der erforderlichen Wandstärke hergestellt ist.
Die in der Kunststoffindustrie zur Verwendung kommenden Glasfasermatten und Rovings aus Glasseidenfasern dienen im wesentlichen der Armierung der Bauteile, da sie bekanntlich — bei ausreichender Haftung zum ausgehärteten Kunststoff — die mechanischen Eigenschaften und die Festigkeitskennwerte des Glas-• faserlaminats stark verbessern bzw. erhöhen. Andererseits werden aber auch die Kcrrosionseigenschaften des Verbundwerkstoffes vom Glasfasermaterial und -anteil beeinflußt Die Glasseidenfasern oder Glassiapelfasern (für Glasfasermatten) sind zwar gegen viele bekannte Flüssigkeiten und Chemikalien beständig und chemisch indifferent, doch wurde festgestellt, daß das MonoFilgarn mit einem Durchmesser von 5 bis 13 μ von Wasser oder Wasserdampf infolge hydrolytischer Zersetzung allmählich vollständig aufgelöst wird. Dies führt überall, dort zu Korrosionen und zur langsamen Zerstörung, wo Glasseidenfasern oder Glasstapelfasern ungeschützt sind und zufällig mit Wasser, Wasserdampf (z. B. aus der Luft) oder einem entsprechenden korrosiven Medium in Berührung kommen, sei es infolge fertigungsbedingter poröser Fehlstellen (z. B. Luftbläschen, die im Harz an der Behälterinnenoberfläche eingeschlossen werden) oder sei es durch unsachgemäße Behandlung im Betrieb (z. B. durch Anritzen der Oberfläche mit mechanischen Reinigungsgeräten oder durch Herstellung nachträglicher Bohrungen usw.) oder durch Abrieb (z. B. in Rohrleitungen). Der langsamen Zersetzung der Glasseidenfasern oder Glasstapelfasern im Verbundwerkstoff gehl immer ein speziell für Druckbehälter gefährlicher Vorgang voraus, nämlich das Ablö-. sen der zur Haftverbesserung zwischen Kunststoff und Glasseidenfaser auf die Rovings aufgebrachten Haftschlichte durch die eingedrungene Feuchtigkeit, wodurch die Festigkeit des Glasfaserlaminats erheblich verringert wird.
Auf Grund der negativen Einflüsse der ungeschützten Glasseidenfasern aiuf das Korrosionsverhalten des Verbundwerkstoffes isi. man in jüngerer Zeii mit Erfolg dazu übergegangen, bei der Herstellung laminierter glasfaserverstärkter Lagerbehälter für verschiedene grundwassergefährdende Flüssigkeiten, wie z. B. Heizöle und andere Mineralölprodukte, sowie verschiedene Medien, gegen die z. B. ungesättigte Polyesterharze oder Epoxyharze chemisch beständig sind und die Spuren von Wasser enthalten können, nach dem Wickelverfahren einen abgewandelten Laminataufbau herzustellen. Auf den mit flüssigem Harz beschichteten Wikkeldorn wird zuerst eine separat hergestellte, meist chemisch oder thermisch gebundene Vliesbahn aus Polyesterendlosfasern oder Polyesterspinnfasern manuell aufgebracht. Auf dieses gegenüber Feuchtigkeit unempfindliche, mit Kunstharz getränkte Vlies aus organischem Material werden danach die zuvor in flüssigem Harz getränkten und mit Haftschlichten präparierten Bänder von mehreren Rovings aus Glasseidenfasern aufgewickelt. Das Vlies aus organischem Material bildet dann eine chemisch beständige Pufferschicht zwisehen dem Kunstharz auf der Oberfläche und den im Laminataufbau nach innen folgenden Glasseidenfasern. Einzelheiten hierzu sind dem Aufsatz »Synthesefaser-Vliese für die Oberflächenvergütung von glasfaserverstärkten Polyester-Laminaten« in »KUNSTSTOFFE« 1962, Heft 12, S. 742 bis 747 zu entnehmen. Man bedient sich bei dieser Technologie separat gefertigter Vliesbahnen mit einer Breite von etwa 100 bis 400 mm und einem Flächengewicht von etwa 20 bis 40 g/m2, die — auf die erforderliche Länge geschnitten — mit einer
Überlappungsbreite von etwa 10 bis 20 mm (je nach Hehältergröße und Vliesbreite) auf die frische Harzoberfläche aufgebracht werden. Das Aufbringen der vorkonfektionierten Vliesbahnen erfolgt dabei von
Hand und muß an der inneren bzw. an der äußeren Behälteroberfläche mit ganz besonderer Sorgfalt durchgeführt werden, damit der beabsichtigte Schutz für die Glasseidenfasern auch erreicht, d. h. Fehlstellen vermieden werden. Während des Auflegens der vorkonfektionierten Vliesbahnen muß die Umfangsgeschwindigkeit des Wickeldornes, weleiie normalerweise 60 m/min oder mehr beträgt, deshalb sehr stark reduziert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das be- ίο schriebene Verfahren zur Herstellung von glasfaserverstärkten Apparaten und Flüssigkeitslagerbehältern mit dem beschriebenen Laminataufbau zu verbessern und es durch kürzere Fertigungszeiten, d. h. durch Erhöhung der Wickelmaschinenausnutzung sowie durch Vermeidung von Abfall, der bei der Konfektionierung der Vliesbahnen anfällt, produktiver zu gestalten.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bildung der Vliesschicht durch Verblasen mindestens eines ungezwirnten endlosen Multifilgarnes auf der entweder auf den Wickeldorn aufgebrachten oder sich auf den gleichzeitig gewickelten, kunstharzgetränkten Glasfaserrovings bildenden frischen Kunstharzschicht erfolgt
Erfindungswesentlich ist also, daß der Erzeugung des Vlieses auf der Wickelmaschine und gleichzeitig mit dem Umwickeln des Wickeldornes mit kunstharzgetränkten Glasfaserrovings erfolgen kann.
Das Vlies kann durch Abziehen eines ungezwirnten Multifilgarnes von einer Spule mittels drucklufi.be\riebener Blasdüsen erzeugt werden, wobei der Luftstrom das Garn in seine einzelnen Filamente auflöst und die Filamente derart auf die frische Kunstharzschicht transportiert, daß sie sich dort ungeordnet und lose, unter Bildung einer dichten Vliesbahn, ablagern.
Vorzugsweise werden die Multifilgarne zu einer Vliesschicht verblasen, die jeweils etwas breiter wird als das gleichzeitig gewickelte Band aus kunstharzgetränkten Glasfaserrovings und mit diesem einen Vor- bzw. Nacheilwinkel bildet. Dieser Vor- bzw. Nacheilwinkel ist verfahrensmäßig dadurch bedingt, daß sich das Vlies spannungsfrei bildet, während die Rovingbänder unter der Spannung des rotierenden Wickeldornes aufgewickelt werden.
Als Kunstharze werden in der Regel mit einem Härter und Beschleuniger vermischte ungesättigte Polyesterharze oder Epoxyharze verwendet, die bei Raumtemperatur, dem Fertigungsprozeß angepaßt, aushärten oder vernetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt mit ungezwirnten, verstreckten Polyestermultifilgarnen durchgeführt, da diese infolge der chemischen Ähnlichkeit gute Hafteigenschaften zum Harz und ebenfalls gute Abriebs- und Korrosionseigenschaften besitzen. Auf Grund dieser Maßnahmen sind zur Bildung der Vliesbahnen, die auf der noch klebrigen, nicht vernetzten Schicht aus Kunstharz abgelegt werden, keine zusätzlichen chemischen Bindemittel erforderlich. Die Haftung des Endlosgarnes an der frischen Harzoberfläehe ist ausreichend gut, und rüe Durchtränkung der Vliesbahnen wird dadurch begünstigt, daß sie sofort von den mit frischem Harz getränkten Rovings in das auf den Wickeldorn gestrichene oder in das auf den gleichzeitig gewickelten kunstharzgetränkten Glas- <>5 faserrovings befindliche Harz unter Spannung eingepreßt werden.
Das Vlies aus ungezwirnten endlosen Miiltifilgarnen wird entweder auf dem mit Kunstharz bestrichenen Wickeldorn gebildet, wo es eine mit Harz getränkte, chemisch resistente Innenoberfläche erzeugt, oder aber es wird auf der mit Bändern von mehreren kunstharzgetränkten Glasfaserrovings gebildeten Hohlkörperwandung gebildet, wo es eine mit Harz getränkte, chemisch resistente Außenoberfläche erzeugt, was für unterirdisch gelagerte glasfaserverstärkte Kunststoffbehälter, die grundwassergefährdende Flüssigkeiten enthalten, gefordert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nich; nur für die Herstellung von Vliesbahnen für Innen- oder Außenoberflächen von Behältern, für die bevorzugt verstreckte und ungezwirnte Polyesterendlosgarne verwendet werden, und für das gleichzeitige Aufwickeln vor- Rovings aus Glasseidenfasern bei Herstellung von glasfaserverstärkten Hohlkörpern anwenden, sondern es ist auch dazu geeignet, Vliese aus mit geeigneten Haftschlichten vorbehandelten Glasseidenfasern als Schichten zwischen den Rovinglagen nach den Erfordernissen des Laminataufbaus zu erzeugen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen im wesentlichen darin, daß durch die Erzeugung und Aufbringung der Vliesschicht auf den mit Harz beschichteten Wickeldorn und das gleichzeitige Aufwikkeln der harzgetränkten Glasfaserrovings die Arbeitsgeschwindigkeit gleichbleibend hoch gehalten werden kann, also keine vorübergehende Reduzierung der Arbeitsgeschwindigkeit für das manuelle Auflegen vorkonfektionierter Vliesbahnen erforderlich ist. Hierdurch können Wickelmaschinen besser ausgenutzt werden. Es entfallen weiterhin die herkömmliche Vorfertigung und Konfektionierung der Vliesbahnen auf separaten Einrichtungen, die Chemikalien zur Bildung der Vliesbahnen, Verpackung, Transport und Lagerung zum bzw. beim Verarbeiter. Darüber hinaus wird die Materialdisposition erleichtert und die Lagerhaltung dadurch erheblich verbilligt, daß nur noch Spulen mit dem erforderlichen Endlosgarn in einer raumsparenden Aufmachung bereitgestellt werden müssen, während die Vliesbreite und das erforderliche Flächengewicht durch einfache Regelung der Druckluftmenge an der/den Blasdüse(n) in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Wickeldornes eingestellt werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die dabei benutzte Wickelmaschine ist in der Zeichnung dargestellt.
Die Wickelmaschine besteht aus einem Maschinenständer t mit einer Achse 2 zur Lagerung des Wickeldornes 3 und einem über eine Leitspindel od. dgl. antreibbaren Verlegeschlitten 4, der gegenüber dem ortsfest gelagerten Wickeldorn, parallel zu dessen Längsachse, hin- und herbewegbar ist. Der Wickeldorn 3 wird über einen Antriebsmotor (nicht dargestellt), ein stufenlos regelbares Getriebe und weitere, nicht dargestellte Mittel zur Übertragung von Kräften und Drehmomenten mit der gewünschten Drehzahl in Pfeiirichtung 5 angetrieben. Der Vorschub des Verlegeschlittens 4 kann durch entsprechende, nicht dargestellte Antriebsund Steuerungsmittel auf die Drehzahl des Wickeldornes 3 abgestimmt werden. Auf dem Verlegeschlitten 4 ist ein Tisch 6 angeordnet, auf dem eine mit Kunstharz gefüllte Tränkwanne 7 befestigt, ist, durch welche die von mehreren Rovings aus Glasseidenfasern gebildeten Bänder 8 geführt werden. Die gefachten Rovingstränge werden dabei von nicht dargestellten Spulen, die in einem Spulengatter angeordnet sind, abgezogen und
einem ersten Walzenpaar 9 zugeführt. Von hier werden sie um die drehbar gelagerte Tränkwalze 10 herum und durch das Harzbad hindurch zum Walzenpaar 11 geführt, wo das überschüssige Kunstharz abgestreift wird. Unter der Spannung des angetriebenen Wickelkernes werden die Rtvingstränge — geführt von Rovingführungselementen 12 — wendelförmig aufgewickelt. Zur Änderung der Auflaufrichtung der Rovingstränge auf den Wickeldorn 3 ist der Tisch 6 auf dem Verlegeschlitten 4 schwenkbar angeordnet. Auf dem Tisch 6 des Verlegeschlittens sind außerdem Spulenhalter 13 zur Aufnahme von Garnspulen 14 befestigt, wobei mindestens ein Spulenhalter für eine Spule mit Syntheseendlosgarn und gegebenenfalls ein weiterer Spulenhalter für eine Garnspule mit Glasseidenfasern vorgesehen sind, Auf dem dem Wickeldorn zugekehrten Teil des Tisches 6 sind an Halterungen 15 Blasdüsen 16 zum Verblasen der Endlosgarne 17 angeordnet. Die Blasdüsen sind an den Halterungen 15 in der Weise befestigt, daß ihre Neigungen zur Ablagefläche der verblasenen Endlosgarne auf dem Wickelkern und die Abstände zwischen Düsenaustritt und Wickelkernoberfläche einstellbar sind. Die Anzahl der Blasdüsen 16 auf dem Tisch 6 des Verlegeschlittens 4 korrespondiert zweckmäßigerweise mit der Anzahl der verwendeten Garnspulen 14. Die zum Verblasen der Endlosgarne 17 erforderliche Druckluft wird den Blasdüsen 16 durch flexible Leitungen oder Schläuche 18 von dem nicht dargestellten Drucklufterzeuger zugeleitet. Das Endlosgarn 17 wird von der Garnspule 14 über Kopf abgezogen und über einen Fadenführer 19 der Blasdüse 16 zugeführt. Von dem mit hoher Geschwindigkeit aus der Blasdüse austretenden Luftstrom wird es zur Wickeldornoberfläche transportiert, wo es sich auf dem klebrigen Kunstharz in Form einer Vliesbahn 20 ablegt und von dem unter Spannung und mit einem Nacheilwinkel 21 aufgewickelten Rovingband überwickelt wird.
Für den Fall, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Behälter oder Apparate mit angewickelten Boden auf Wickelmaschinen mit den bekannten Zusatzeinrichtungen hergestellt werden und an diesen ebenfalls Blasdüsen zur Herstellung von Vliesbahnen angeordnet sind, werden die Armaturen in den Druckluftzuführungsleitungen zu den auf den verschiedenen Verlegeeinrichtungen der Wickelmaschine befestigten Blasdüsen in Abhängigkeit von der Stellung des Verlegeschlittens über Endschalter steuerbar ausgebildet. Durch die Koppelung der für die übliche Folgesteuerung der Wickelmaschine und der Verlegeeinrichtungen erforderlichen Endschalter mit den Absperrarmaturen in den Luftleitungen zu den jeweiligen Blasdüsen wird erreicht, daß die Blasdüsen nacheinander so mit Druckluft beaufschlagt werden, wie es dem Bewe-" gungsablauf der Verlegeeinrichtungen entspricht.
Beispiel
Ein Flüssigkeitslagerbehälter mit einem Innendurchmesser von 1600 mm soll nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Der mit Harz beschichtete Wickeldorn dreht sich mit einer Drehzahl von 12 U/min um seine Längsachse, so daß seine Umfangsgeschwindigkeit bei etwa 60 m/min liegt, die für die Aufbringung der Rovingbänder angemessen ist. Bei Verwendung eines Bandes aus mehreren Glasfaserrovings mit einer Breite von 100 mm wird pro Minute eine Fläche von 6 m2 bewickelt. Während des Aufbringens der Rovingbänder wird eine Vliesbahn mit mindestens der gleichen Fläche sowohl auf der Behälterinnenoberfläche und gegebenenfalls auch auf der Behälteraußenoberfläche erzeugt, indem ein Multifilgarn mittels Luft durch eine Düse gegen die frische Harzoberfläche verblasen wird. Bei einem gewünschten Flächengewicht der Vliesbahn von 80 g/m2 muß eine Vliesmenge von mindestens 480 g/min erzeugt werden. Unter Verwendung eines Polyesterendlosgarnes mit einem Titer von dtex 1100, von dem 10 000 m nach Definition 1100 g wiegen, ergibt sich daraus eine Geschwindigkeit des Endlosgarnes von etwa 4360 m/min. Mit dem Querschnitt der Blasdüse läßt sich die erforderliche Luftmenge einstellen. Ist das verfügbare Druckluftpotential nicht ausreichend, so kann man durch gleichzeitiges Verblasen mehrerer Endlosgarne aus einer oder mehreren Düsen die erforderliche Luftmenge herabsetzen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung rotationssymmetrischer Hohlkörper, insbesondere laminierter Flüssigkeitsbehälter, aus glasfaserverstärkten Kunststoffen, durch Aufbringen einer Kunstharzschichi, von in Kunstharz getränkten, zu Bändern zusammengefaßten Glasfaserrovings und wenigstens einer Vliesschicht aus organischem Fasermaterial auf einen rotierenden Wickeldorn, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Vliesschicht durch Verblasen mindestens eines ungezwirnten endlosen Multifilgarnes auf der entweder auf den Wickeldorn aufgebrachten oder sich auf den gleichzeitig gewikkelten, kunstharzgetränkten Glasfaserrovings bildenden frischen Kunstharzschicht erfolgt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multifilamentgarne zu einer Vliesschicht verblasen werden, die jeweils etwas breiter wird als das gleichzeitig gewickelte Band aus kunstharzgetränkten Glasfaserrovings und mit diesem einen Vor- bzw. Nacheilwinkel bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vliesschicht durch Verblasen von ungezwirnten, verstreckten Polyestermultifilgarnen erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Vliesschicht in an sich bekannter Weise nur im Bereich der Innenoberfläche und/oder der Außenoberfläche des entstehenden Hohlkörpers erfolgt.
DE2036513A 1970-07-23 1970-07-23 Verfahren zur Herstellung rotationssymmetrischer Hohlkörper aus glasfaserverstärkten Kunststoffen Expired DE2036513C3 (de)

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