DE2054290A1

DE2054290A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere von Fittings. A.nm·. Integra.! Ltui\istciÄbe.d&tf GeifcUschaft mbH, Wien

Info

Publication number: DE2054290A1
Application number: DE19702054290
Authority: DE
Inventors: Fritz Ing. Mödling; Schwarz Walter Wien; Feher (Österreich). M
Original assignee: INTEGRAL INDUSTRIEBEDARF GmbH
Current assignee: INTEGRAL INDUSTRIEBEDARF GmbH
Priority date: 1969-04-11
Filing date: 1970-11-04
Publication date: 1972-05-10
Also published as: AT301168B; CH509870A; NL7015391A; BE759366A; FR2112808A5

Description

Integral Industriebedarf Gesellschaft m.b.H. in 1041 Wien, Große Neugasse 8

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere von Fittings

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung von Gegenständen aller Art aus einem Kunststoff, der mit Einlagen versehen ist, welche seine Eigenschaften in irgendeiner gewünschten Richtung anheben. Der Kunststoff, welcher selbst nicht Gegenstand der Erfindung ist, kann dabei

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Zusätze aller Art enthalten, zu denen vor allem Füllstoffe und Weichmacher zu rechnen sind. Als Einlage kann jeder feste Körper dienen, der dem Zweck genügt, im Hinblick auf die Verwendungsart des Gegenstandes eine Eigenschaft des Kunststoffes zu ver-r bessern, z.B. seine Elastizität, seine Druckfestigkeit od. dgl.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung von Rohrverbindungsstücken aus Kunstharz, das mit Glasfasern verstärkt ist. Fittings haben eine komplizierte Raumform und mußten deshalb, z.B. durch Vorpressen des mit den Einlagen versehenen Kunstharzes hergestellt werden. Dabei war die Verteilung der Verstärkungseinlagen in der Wand des Preßkörpers sehr ungleichmäßig, woraus sich ergab, daß die Fittings eine ungenügende Festigkeit besaßen. Dieser Nachteil mußte durch eine bedeutende Erhöhung ihrer Wandstärke ausgeglichen werden. Abgesehen davon, daß sich daraus für den Zusammenbau der Fittings mit den Leitungsrohren Schwierigkeiten ergaben, mußten diese Formstücke unter Zuhilfenahme teurer Formen aus Stahl und aufwendiger Preßvorrichtungen hergestellt werden.

Aus der USA-Patentschrift 3 309 450 ist ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffkörpern bekannt geworden, bei welchem in eine Form wenigstens eine Schicht aus Verstarkungsmaterial zusammen mit einer als Abstandshalter dienenden Schicht, die für den Kunststoff durchlässiger ist als das Verstärkungsmaterial, eingelegt ist, wobei die größere Durchlässigkeit vorzugsweise dadurch erreicht wird, daß die als Abstandshalter dienende Schicht an ihrer Oberfläche mit Rillen versehen ist. Die zweiteilige Form besteht aus einer starren und aus einer flexiblen Formhälfte und es wird beim Füllen zunächst die genau gemessene erforderliche Menge Kunststoff von unten in die Form gedrückt, wobei die biegsame Formhälfte nachgibt. Hierauf wird der obere Teil der Form unter Unterdruck gesetzt und dabei der Kunststoff zunächst in den Rillen der als Abstandshalter dienenden Schicht hochgesaugt,

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von wo aus er die Schicht aus Verstärkungsmaterial imprägniert. Nach der Verfestigung des Harzes wird der Kunststoffkörper ausgeformt, indem die beiden durch Klammern zusammengehaltenen Formhälften von den Klammern befreit und auseinander genommen werden.

Mit diesem Verfahren kann kein homogener Kunststoffkörper erzielt werden, weil in seiner Wand zusammen mit der Verstärkungseinlage immer auch ein Abstandshalter miteingegossen ist. Mit diesem Verfahren kann aber auch kein Hohlkörper erzielt werden, weil der Abstandshalter, der an seiner Oberfläche mit Rillen versehen ist, ein vorgefertigter Teil ist, der auf den mit einer Faserschicht bewickelten Kern nicht ohne Beschädigung der Faserschicht aufgebracht werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere von Fittings, bei welchem das Fasermaterial in einen zwischen einer Formhälfte aus starrem und einer Formhälfte aus elastischem Material gebildeten Formraum eingebracht und mit härtbarem Kunststoff getränkt wird, wonach der so gebildete Formkörper zumindest teilweise in der Form ausgehärtet wird, vermeidet diese Nachteile und besteht im wesentlichen darin, daß nach der Ausbringung mindestens einer Lage Fasermaterial auf die eine, vorzugsweise als Kern, der gegebenenfalls mit einer Trennmittelschicht versehen wird, ausgebildete Formhälfte, die elastische, beispielsweise aus Silikonkautschuk bestehende, vorzugsweise als Außenform ausgebildete andere Formhälfte aufgebracht wird, und letztere die Faserschicht unter Spannung umschließt.

Einer der wesentlichen Vorteile dieses Verfahrens liegt darin, daß mit seiner Hilfe beliebig kompliziert geformte Gegenstände mit sehr gleichmäßiger Gefügestruktur hergestellt werden können. Dies war bislang überhaupt nicht möglich.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner

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das Kunstharz mit erheblich größeren Mengen an Versöärkangsmaterial und daher beträchtlicher Steigerung der Druckfestigkeit des erhaltenen Formkörpers gefüllt werden, als dies bisher der Fall war. Beispielsweise können deshalb hochdruckfeste Fittings nach diesem Verfahren mit sehr geringen Wandstärken hergestellt werden.

Zur Durchführung des Verfahrens sind keine kostspieligen Preßformen aus Stahl und keine Preßvorrichtungen erforderlich.

Wenn der herzustellende Formkörper mit Einlagen versehen sein soll, so ist es bekanntlich schwierig, die zu seiner Herstellung bisher verwendete Preßform beim Schließen derselben einwandfrei abzudichten, weil Teile des in die Form eingelegten Einlagenmaterials häufig zwischen ,die Dichtflächen der Formteile geraten. Dieser Nachteil wird beim erfindungsgemäßen Verfahren vollständig vermieden, so daß ein rasches Arbeiten ohne jeden Ausschuß an fehlerhaften Formstücken gewährleistet ist.

Wegen des Wegfalles der Preßformen aus Stahl und der Preßeinrichtungen bedarf das erfindungsgemäße Verfahren zu seiner Durchführung eines vergleichsweise geringen Arbeitsraumes und zeichnet sich trotz der erzielten hervorragenden Gefügestruktur, bei welcher die Verstärkungseinlagen über den ganzen Querschnitt der Wand des Formkörpers gleichmäßig verteilt sind und trotz hoher Maßgenauigkeit der Formkörper durch einen viel geringeren Energiebedarf als die vorbekannten Verfahren aus.

Wie bereits erwähnt, bedient sich das erfindungsgemäße Verfahren einer im wesentlichen zweiteiligen Form, die in der Regel aus einem Kern und einer Außenform besteht, wobei sowohl der Kern als auch die Außenform aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sein kann. Wenn im folgenden zumeist nur von einer Form die Rede ist, die lediglich aus einem Kern und einer

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Außenform besteht, so geschieht dies aus Gründen der einfacheren Darstellung und darf nicht als Einschränkung des weiten Umfange s der Erfindung ausgelegt werden-.-

Im Sinne der Erfindung werden unter einem starren Material Stoffe wie Eisen, Holz, Gips und Kunststoff verstanden, letzterer dann, wenn der aus ihm bestehende Formteil das Aufbringen einer Schicht aus einer oder mehreren Einlagen im Sinne der Erfindung gestattet, ohne sich dabei selbst zu verformen.

Als elastisches Material wird im vorliegenden Zusammenhang jedes Material bezeichnet, aus dem sich eine elastisch und im wesentlichen reversibel dehnbare Schicht herstellen läßt. Vorzugsweise handelt es sich um Materialien, aus denen sich eine Schicht herstellen läßt, deren Raumform in einer beliebigen Richtung bis zu 50 $ reversibel dehnbar ist.

Aus einem solchen elastischen Material bestehende .Formteile können, wie nachfolgend noch näher ausgeführt werden wird, beim erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise wiederholt verwendet werden, weil sie sich wegen ihrer Elastizität von einem fertigen Formstück abziehen und auf einen passenden Kern, der mit einer Schicht aus Einlagen versehen ist, wiederum mit oder ohne Verschluß aufziehen lassen.

Der Kunststoff, aus welchem ein erfindungsgemäß hergestellter Formkörper besteht, kann ganz allgemein jeder Stoff sein, der sich in mehr oder weniger zähflüssiger Form unter Ausfüllung der vorhandenen Hohlräume in die Einlagenschicht einfüllen läßt und darin bis zu einer Festigkeit gehärtet werden kann, die das Ausformen des Formkörpers ermöglicht. Solche Stoffe sind vor allem die in der Wärme härtbaren Harze, vorzugsweise Epoxydharze, ungesättigte Polyesterharze, Phenolharze od. dgl. Dieselben können, wie eingangs bereits erwähnt, mit den verschiedensten Zusätzen versehen sein, die im Hinblick auf den jeweiligen Verwendungszweck des herzustellenden Formkörpers in bekannter Weise ausgewählt sind. Das in

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die Form einzufüllende Harz wird daher in der Regel aus einem Gemisch aus Harz, Härtemittel, Katalysatoren, Füllstoffen od. dgl. bestehen und es werden selbstverständlich die Arbeitsbedingungen, unter denen das Aushärten des Harzes erfolgt, von den Eigenschaften der Komponenten dieses Gemisches und ihrer gegenseitigen chemischen Wechselwirkung abhängen.

Das Aufbringen der Einlagen auf den Kern kann in jeder hiefür geeigneten Weise erfolgen. So ist es möglich, eine oder mehrere Einlagen auf den Kern aufzuwickeln, wobei diese vorzugsweise aus einem Gewebe oder einer Wirrfaserbahn, z.B. einem Vlies aus Glasfasern bestehen. Als Einlage können aber auch glatte oder gedrehte Stränge, vorzugsweise aus Glasfasern dienen, die mit Kunstharz imprägniert sein können.

Sobald die Einlagenschicht auf den einen Formteil aufgetragen ist, wird dieselbe mit dem anderen Formteil unter Spannung überzogen. Je nach dem Material, aus welchem dieser zweite Formteil besteht, und Je nachdem, ob man mit einer verlorenen Form arbeiten oder den Formteil wieder verwenden will, wird dabei entsprechend vorgegangen werden. Soll der Formteil nicht wiederverwendet werden, so kann beispielsweise vor dem Auftragen des Materials, aus welchem der Formteil besteht, auf die Einlagenschicht ein Aufreißstreifen aufgelegt werden, der es gestattet, den Formteil, z.B. die Außenform, nach dem Aushärten des Formkörpers in der Form dadurch auszuformen, daß mit seiner Hilfe die Außenform aufgerissen und sodann vom fertigen Formkörper abgezogen wird.

Es wurde gefunden, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Fittings mit in engen Toleranzen von etwa 0,5 mm reproduzierbarer Wandstärke hergestellt werden können, wenn lediglich die Maßnahme getroffen wird, daß der Kern zur Herstellung jedes einzelnen Formstückes mit immer der gleichen Gewichtsmenge des gleichen Einla-

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genmaterials bedeckt wird.

Nach einer besonders wichtigen Ausführungsform können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung von ein und derselben Außenform aus elastischem Material Fittings in kongruenter Form mit unterschiedlichen Wandstärken und somit mit unterschiedlichen Druckfestigkeiten in einfachster Weise dadurch hergestellt werden, daß für jede einzelne Type eine für diese charakteristische Menge immer des gleichen Einlagenmaterials auf den Kern aufgebracht und mit der elastischen Außenform, die sich allseits unter Spannung an die Einlagenschicht anlegt, überzogen wird. Durch Verwendung unterschiedlicher Gewichtsmengen immer des gleichen Einlagenmaterials, die selbstverständlich in jedem Falle gleichmäßig auf der Oberfläche des Kernes verteilt werden, wird der Abstand zwischen der elastischen Außenform und dem Kern in einer gewünschten Weise geregelt, so daß auf diese Weise je nach der gewählten Menge des Einlagenmaterials in reproduzierbarer^eise Formkörper unterschiedlicher Wandstärke mit ein und derselben Form hergestellt werden können. Im Gegensatz dazu war es mit den vorbekannten Verfahren nur möglich, mit ein und derselben teuren Metallform Formkörper einer einzigen bestimmten, durch die Abmessungen der Form gegebenen Wandstärke herzustellen. Zur Herstellung eines Formkörpers mit kongruenten Abmessungen und größerer oder geringerer Wandstärke war eine weitere kostspielige Metallform notwendig.

Zum Einfüllen des Harzes in die geschlossene Form und sum teilweisen oder vollständigen Aushärten des Harzes kann man sich jeder zweckdienlichen Arbeitsweise bedienen. So ist es üöglich, zu diesem Zweck das Harz durch die Einlagenschicht in an sich bekannter Weise hindurehzusaugen. Bei einer bevorzugten Arbeitsweise wird die zum Einfüllen des Harzes vorbereitete Form in einen evakuierbaren Behälter eingesetzt und

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vor dem Einfüllen des Harzes möglichst hoch evakuiert.

Für eine luftblasenfreie Füllung der Form mit dem Harz hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die gefüllte Form während einer Zeitperiode von wenigstens 1 bekunde unter erhöhten Druck gesetzt wird, der im Bereich von 1,001 atü bis 10 atü, vorzugsweise zwischen 2,0 atü und 3,0 atü, liegen kann. Zu diesem Zweck wird vorteilhaft in einem Druckbehälter gearbeitet, in welchem die zur Füllung vorbereitete Form zunächst, wie oben erwähnt, hoch evakuiert, sodann mit dem Harz befüllt und hierauf inte¹ Überdruck gesetzt wird.

Zweckmäßig erfolgt anschließend in dem gleichen Behälter die Aushärtung des Harzes bei Temperaturen im Bereich von der Raumiäflperatür bis 200⁰C, vorzugsweise zwischen 60 und 18O⁰C, unter einem erhöhten Druck im Bereich von 1,001 bis 10 atü.

Es versteht sich aber, daß sich die Aushärtbedingungen in jedem einzelnen Fall nach dem verwendeten Harz und den Zusätzen richten, die diesem vor dem Einfüllen in die Form beigegeben wurden.

Das Ausformen des gehärteten Formkörpers kann in jeder geeigneten Weise, z.B. durch Aufschneiden, Aufreißen, Dehnen und Abziehen der Formteile erfolgen. Bei einer aus elastischem Material bestehenden Außenform wird zunächst diese, gegebenenfalls nach öffnen eines in diese Außenform eingebauten Verschlusses, vom gehärteten Formkörper abgezogen und sodann der ein- oder mehrteilige Kern aus dem Formkörper herausgezogen oder ausgestoßen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einer Form ausgeführt, welche einen Kern und eine elastische Außenform aufweist, die an ihren freien Enden durch Klemmung mit dem Kern verbunden ist und die eich dadurch auszeichnet, daß die elastisch gespannte Außenform auf dem vorzugsweise mehrteilig ausgebildeten Kern mittels eines Spannbancteis od.

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gegebenenfalls unter Zwischenlage von Distanzstücken, die mit Füllöffnungen für das Harz versehen sind, flüssigkeitsdicht festklemmbar zusammengespannt ist.

Die Außenform kann zur Erleichterung des Ausformens wenigstens einen Verschluß, z.B. einen flüssigkeitsdichten Reißverschluß oder einen Aufreißstreifen, aufweisen.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1, 2 und 3 je eine aus Kern und Außenform bestehende Form im Längsschnitt, wobei in jede Form die Einlage bereits eingelegt ist, Fig. 4 eine weitere Form mit einem bestimmten Verschluß der Außenform in Ansicht, teilweise abgebrochen, und Fig. 5 ein Formstück mit komplizierter Raumform, an welchem die Lage der Reißverschlüsse in der bei der Herstellung verwendeten Außenform eingezeichnet ist.

In Fig. 1 ist der aus Metall bestehende Kern 1 einstückig ausgebildet und mit einer Schicht 2 aus Einlagematerial bewickelt. Diese Schicht ist von Distanzringen 3 und 4 begrenzt, wobei der Ring 3 Einfüllöffnungen 5 für das Harz aufweist.

Über die Einlagenschicht 2 und die Distanzringe 3 und ist die aus elastischem Material bestehende Außenform 6 gezogen, die sich an die Einlagenschicht 2 unter Spannung anlegt.

Die Außönform 6 steht mit ihrem Randteil 7 über den Distanzring 3 vor, so daß dieser Randteil 7 einen Einfülltrichter für das Harz bildet. Soferne dieser Randteil 7 aus elastischem Material besteht, wird er vorteilhaft mit einer Stützhülse versteift.

Die AuQsnform 6 ist mit Spannbändern 8 und 9 über die Distanzringe 3 und 4 mit dem Kern 1 flüssigkeitsdicht verspannt.

Fig. 2 erläutert die Form für einen Fitting, bei welchem an den Krümmer zylindrische Schenkel angeschlossen sind. In diesem Fall ist der Kern dreiteilig ausgebildet, wobei auf

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ein im Bereich der Krümmung sitzendes Mittelstück 10 aus vulkanisiertem Silikonkautschuk zylindrische Endstücke 11 und 12 aus Metall mittels Zapfen 13 und 14, die mit einer Rast versehen sind, aufgesteckt und fixiert sind.

Zur Erleichterung des Ausformens ist in diesem Fall die aus vulkanisiertem Silikonkautschuk bestehende Außenform 6 mit einem Reißverschluß 15 ausgebildet.

Bei der Form gemäß Pig. 3, die zur Herstellung eines T-förmigen Fittings dient, weist der dreiteilige Kern gleichfalls ein Mittelstück 10 aus vulkanisiertem Silikonkautschuk und zwei Endstücke 11 und 12 aus Eisen auf. Dabei ist das Mittelstück 10 so ausgebildet, daß seine sichtbare Oberfläche im Bereich der Verschneidung der beiden Leitungsäste des T-Stückes zu liegen kommt. Das Mittelstück 10 weist eine Öffnung 16 auf, durch welche hindurch die drei Teile 10, 11 und 12 des mehrteiligen Kernes mittels eines Gewindebolzens 17 zusammengehalten sind. Die Teile 10, 11 und 12 des Kernes können aber auch auf irgendeine andere Weise, z.B. mit Hilfe eines durch alle drei Teile hindurchreichenden Keiles, miteinander verbunden sein.

Zum Zwecke des Ausformens wird der Gewindebolzen 17 entfernt, das Endstück 12 und das Mittelstück 10 herausgezogen und zuletzt das Endstück 11 herausgestoßen.

Zur Ausbildung von Oliven 24 am Fitting ist die elastische Außenform 6 mittels zusätzlicher Spannbänder 25 zu einer Falte 26 gegen die Spannbänder 8 bzw. 9 aufgestaucht.

Fig. 4 erläutert an Hand der Form für ein zylindrisches Rohr einen Verschluß für die aus elastischem Material bestehende Außenform, der aus zwei Leisten 18 und 19 mit kongruenter Stoßfläche 20 besteht, die durch wenigstens eine Klemme 21 dicht zusammengepreßt sind. Die leisten 18 und 19 der Außenform 6 können, z.B. durch winkelförmige Metalleisten, versteift sein.

Während die Formen gemäß den Fig. 1, 2 und 3 im Vakuum mit

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dem Kunststoff gefüllt werden, ist es auch möglich, derartige Formen außerhalb des Vakuums zu füllen, wenn in einer nicht dargestellten Weise auch der Distanzring 4 Öffnungen aufweist. Der Formraum kann in diesem Falle unter Entlüftung der Form durch die genannten Öffnungen im freien Durchlauf oder unter Druck mit dem Kunststoff gefüllt werden. Sowohl die Einfüllöffnungen 5 als auch die genannten Öffnungen im Distanzring 4 können, falls gewünscht, nach dem Füllen der Form verschlossen werden.

Zur Herstellung von Formstücken mit komplizierter Raumform gemäß Fig. 5 kann es erforderlich sein, z.B. an den durch die Striche 22 und 23 angedeuteten Stellen in der elastischen Außenform Verschlüsse vorzusehen, um das Überziehen und das Abnehmen der Außenform zu erleichtern und die Wiederverwendung der Außenform zu ermöglichen.

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Claims

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Patentansprüche

(ι)

1 J Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere von Fittings, bei welchem das Fasermaterial in einen zwischen einer Formhälfte aus starrem und einer Formhälfte aus elastischem Material gebildeten Formraum eingebracht und mit härtbarem Kunststoff getränkt wird, wonach der so gebildete Formkörper zumindest teilweise in der Form ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Aufbringung mindestens einer Lage Fasermaterial auf die eine, vorzugsweise als Kern, der gegebenenfalls mit einer Trennmittelschicht versehen wird, ausgebildete Formhälfte die elastische, beispielsweise aus Silikonkautschuk bestehende, vorzugsweise als Außenform auegebildete andere Formhälfte aufgebracht wird und letztere die Faserschicht unter Spannung umschließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung von kongruenten Formkörpern mit unterschiedlicher Wandstärke kongruent unterschiedliche Mengen des gleichen Einlagenmaterials auf den Kern aufgebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Außenform durch Auftragen eines Kunststoffes bzw. Kautschuks oder Tauchen in denselben und anschließendes Härten bzw. Vulkanisieren gebildet wird.
4. Form zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche einen Kern und eine elastische Außenform aufweist, die an ihren freien Enden durch Klemmung mit dem Kern verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch gespannte Außenform (2) auf dem vorzugsweise mehrteilig ausgebildeten Kern (1 bzw. 10, 11, 12) mittels eines Spannbandes (8, 9) od. dgl., gegebenenfalls unter Zwischenlage von Distanz-

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stücken (3, 4), die mit Füllöffnungen für das Harz versehen sind, flüssigkeitsdicht festklemsabar zusammengespannt ist.
5. Form nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der elastischen Außenform (2) zur Erleichterung des Ausformens wenigstens ein Verschluß (15), z.B. ein flüssigkeitsdichter Reißverschluß oder ein Aufreißstreifen vorgesehen ist.
6. form nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Außenform (2) durch zusätzliche Spannbänder (25) zu Stauchfalten (26) oder zu Einschnürungen verformbar ist.
7. Form nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem dreiteiligen Kern eines Rohrkrümmers oder eines T-Stückes der mittlere, gekrümmte, formgebende Flächen aufweisende Teil (10) aus Kunststoff, vorzugsweise aus Silikonkautschuk besteht, während die im wesentlichen zylindrischen Endstücke (11, 12) aus Metall bestehen, wobei letztere mittels eines gegebenenfalls durch eine Bohrung (16) des Mittelstückes (10) hindurchführbaren Gewindebolzens (17) zusammengehalten sind.

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