DE2063169A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen aus mit Fasern verstärktem Kunstharz - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen aus mit Fasern verstärktem Kunstharz

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DE2063169A1 DE19702063169 DE2063169A DE2063169A1 DE 2063169 A1 DE2063169 A1 DE 2063169A1 DE 19702063169 DE19702063169 DE 19702063169 DE 2063169 A DE2063169 A DE 2063169A DE 2063169 A1 DE2063169 A1 DE 2063169A1
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Description

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD DR.-ING. TH. MEYER DRFUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KlOPSCH
KÖLN 1, DEICHMANNHAUS
Sch/est
Grillo-Werke Aktiengesellschaft, 4l Duisburg-Hamborn, Weseler Straße 1
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen aus mit Fasern verstärktem Kunstharz
Die Erfindung -bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Voll- oder Hohlprofilen aus mit Fasern, vorzugsweise Glasfern, verstärktem Kunstharz, wie Polyesterharz u.dgl.
Die kontinuierliche Herstellung von Profilen der genannten Art erfolgt im allgemeinen in der Weise, daß man ein geeignetes Fasermaterial, z.B. in Form von Strängen, Gewebebahnen, Vliesen u.dgl. durch ein mit härtbarem Harz versehenes Harzbad, gegebenenfalls unter Umlenkung ο„dgl. zieht, wodurch das Fasermaterial bei gleichzeitiger Entfernung eingeschlossener Luft imprägniert wird, worauf das imprägnierte Faserbündel in eine an ihrem Eintrittsende gekühlte, leicht konische Form unter Abgabe des Harzüberschusses eingezogen wird.
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Anschließend wird das getränkte Fasermaterial unter Wärmezufuhr in der Form gehärtet, worauf eine hinter dem Formausgang befindliche Abzugsvorrichtung den gehärteten Strang kontinuierlich abzieht, der sodann in abgeteilte Längen unterteilt wird. Diese Verfahrensweise kann sowohl horizontal als auch vertikal ausgeübt werden, wobei dem vertikalen Arbeiten bei Hohlprofilen der Vorzug gegeben wird, da dabei der erforderliche Dorn besser zentriert werden kann.
Diese Verfahrenstechnik ist mit einigen wesentlichen Nachteilen verbunden. So ist z.B. bei horizontaler Arbeitsweise die Herstellung von Profilen, insbesondere Hoh'lprofilen mit kompliziertem Profilquerschnitt, kaum möglich, weil eine einwandfreie Einführung der aus dem Tränkbad zulaufenden Faserstränge und Gewebe- oder.Mattenstreifen um einen zentrisch angeordneten Dorn nicht gelingt. Selbst bei komplizierteren offenen Profilen bereitet es erhebliche Schwierigkeiten, die· imprägnierten Faserstränge und Faserbänder so zuzuführen, daß der Formquerschnitt einen gleichmäßigen Anteil an Verstärkungsmaterial aufweist. Es istw3iterhin bekannt,das Harz unter Druck dem Fasermaterial zuzuführen. Dies geschieht jedoch,bevor das Fasermaterial die eigentliche Formgebungsstrecke erreicht hat. Das·Fasermaterial hat hierbei noch eine Ausdehnung, die größer als der Querschnitt des herzustellenden Profils ist. Infolge der Imprägnierung des Fasermaterials am Eingang der Form besteht keine Gewähr, daß das Fasermaterial in der gewünschten Verteilung über dem Profilquerschnitt die Form durchläuft.
Diese Schwierigkeiten werden zwar bei der vertikalen Arbeitsweise weitgehend dadurch ausgeschaltet, daß das Tränkbad unmittelbar über dem konischen Formeinlauf liegt
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und sich die konzentrisch um ds Tränkbad angeordneten Verstärkungsmaterialien gut führen lassen, jedoch tritt auch hier beim Eintritt des Fasermaterials in die Form durch den Rückstau des im Fasermaterial enthaltenen überschüssigen Harzes eine Fließbewegung mit zum Teil nicht kontrollierbarer Veränderung der Faseranordnung auf. Ferner ist es notwendig, den Bereich des Formeinlaufes zu kühlen, damit eine Wärmeübertragung in das vorgeschaltete Tränkbad und damit dessen vorzeitige Gelierung verhindert wird.
Innerhalb der Form tritt zwischen der Formwandung und dem härterwerdenden Strang eine beträchtliche Gleitreibung auf, weshalb die Länge der Form und damit die Arbeitsgeschwindigkeit des erzeugten Profils begrenzt sind, da das Verstärkungsmaterial anderenfalls'der erforderlichen Höhe der Abzugskräfte nicht mehr gewachsen ist. Durch die Kühlung des Formeinlaufes wird die für die Härtung des Laminates zur Verfügung stehende Strecke zusätzlich reduziert. Ein Ausgleich dieser Erscheinungen durch Verwendung hochreaktiver Harze und/oder hoher Reaktionsmittelzusätze verbietet sich, da eine derartige Spontanhärtung zu sehr spröden Produkten führt und infolge der in der Form auftretenden Schrumpfspannungen in erheblichem Umfange die Gefahr der Rißbildung auftritt. .
Aufgabe der Erfindung ist es, Profile aus mit Fasern verstärktem Kunstharz so herstellen zu können, daß das Fasermaterial bei Bildung des zu härtenden Profilstranges in vorbestimmter Verteilung und Aufteilung über den Profilquerschnitt mit Sicherheit bleibt und die Herstellung unabhängig von der Lage der gesamten Vorrichtung, d.h. horizontal oder vertikal, ist. Das Verfahren, bei dem die Fasern mit dem Harz getränkt und die ge-
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tränkten Paserstränge durch einen Formkanal gezogen werden, in dem die Härtung des Harzes in der Wärme erfolgt, zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, däß die Benetzung des Faserverstärkungsmaterials mit dem flüssigen Harz unter Druck erst vorgenommen wird, nachdem das Fasermaterial die Formgebungstrecke des das Profil bildenden Formteils eine vorbestimmte Wegstrecke durchlaufen hat.
Auf diese Weise wird verhindert, daß beim Zusammenbringen von flüssigem Kunstharz und Fasermaterial das letztere ausweichen und dabei eine unkontrollierbare Lage in dem Profilquerschnitt einnehmen kann. Das Fasermaterial wird noch im trocknen Zustand in den Profilquerschnitt übergeführt, und zwar so, wie die Verteilung des Fasermaterials durch entsprechende Zuführung der Faserstränge, der Gewebebahn, der Vliese o.dgl. vorgesehen ist. In der Form liegt das trockene Fasermaterial in der gewünschten Weise über dem Profilquerschnitt verteilt unverrückbar zueinander, erst dann erfolgt das Tränken des in dem Profilquerschnitt festgelegten trockenen Fasermaterials mit dem flüssigen Kunstharz. Dadurch ist die Gewähr gegeben, daß das Fasermaterial in dem gehärteten Profil so verteilt ist, wie die Verteilung vorbestimmt war.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise ermöglicht ein gleich gutes Arbeiten sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Anordnung, da auch bei letzterer die Zuführung des nunmehr trockenen Verstärkungsmaterials selbst um einen zentrisch liegenden Dorn herum keine Schwierigkeiten mehr bereitet. Es kann unter Umständen vorteilhaft sein, die Anordnung der Anlage in einem Schrägwinkel gegenüber
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der Horizontalen vorzusehen, um die erforderlichen Verstärkungsmaterialien leichter konzentrisch um den Formeinlauf anordnen zu können. Die horizontale oder die nur wenig geneigt liegende Anlage bietet den Vorteil eines selbsttätigen Weitertransportes des gehärteten Profils am Ende der Abzu^strelce. Die abgeschnittenen Profilteile können über einen Tisch, eine Rollbahn o.dgl. abgeführt werden.
Der Einspritzdruck für das Harz kann entsprechend der Abzugsgeschwindigkeit und dem Volumenanteil an Verstärkungs· material variiert werden, wobei die im Fasermaterial enthaltene Luft in Richtung des Formeinlaufes ausgetrieben wird. Der Einspritzdruck ist dabei so zu wählen, daß gerade kein Harz mehr am Formeinlauf austritt. Da in dem in Arbeitsrichtung liegenden, längeren, beheizten Formkanal die Aushärtung des Harzes erfolgt, ist sichergestellt, daß das eingespritzte Harz stets in Richtung zum Formeinlauf fließt.
Zweckmäßig wird das zuzuführende Harz auf eine Temperatur vorgewärmt, die nur wenig unter oder in der gleichen Höhe wie die Härtetemperatur liegt. Dadurch wird die Viskosität des Harzes stark erniedrigt und die Tränkung und Benetzung der"Fasermaterialien erheüich verbessert. Außerdem kann der Härtekanal kürzer gehalten bzw. bei gleicher Länge wie bisher zur Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit ausgenutzt werden.
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile können noch dadurch unterstützt werden, daß zum Tränken des Fasermaterials niedrig schrumpfende Harze verwendet werden, bei denen während der Härtung keine bzw. eine nur sehr
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geringe, praktisch also vernachlässigbare, Schwindung des gehärteten Profils von den Porraenwandungen stattfindet» Dies trägt auch dazu bei, daß das unter verhältnismäßig hohem Druck eingespritzte Harz nicht in Arbeitsrichtung, d.h. in Bewegungsrichtung des Gutes, sondern ausschließlich entgegen der Arbeitsrichtung auf den Formeneinlauf zufließt. Die lineare Schwiridung derartiger Harze soll den Wert von 1,5$ nicht Überschreitens vorteilhaft sind Werte unter 1% bis herunter zu 0,1$. In Betracht kommen hier vor allem die Harze auf der Basis ungesättigter, styrolhaltiger Polyesterharze, die gewisse Anteile thermoplastischer Harze enthalten. Auch sind niedrig-schrumpfende Epoxid-Harze geeignet«. Bei diesen Harzen bzw. Harzzusammensetzungen ergibt sich als weiterer Vorteil eine wesentlich glattere, von Schwindungsmarkierungen weitgehend freie und dadurch optisch gefälligere Oberfläche des erzeugten Profils, die falls es erforderlich - ohne Vorbehandlung lackiert werden kann.
Weiterhin kann dem der Form zuzuführenden Harz ein bis nahe der Härtetemperatur desselben stabiles Peroxid zugegeben werden. Hierzu werden vorzugsweise Tertiärbytylhydroperoxid bzw. Derivate desselben verwendet. Diese Peroxide lösen nur eine geringe Polymerisation bis zu Temperaturen-aus, die nur wenig unter den Härtetemperaturen liegen, so daß die Gefahr einer vorzeitigen Gelierung des zugesetzten Harzes vermieden wird. Die Peroxide haben noch den Vorteil, daß infolge der höheren Temperatur des Harzes eine niedrigere Viskosität erhalten wird, was eine wesentlich schnellere und vollständigere Benetzung der Faser zur Folge hat. Es kann also ohne Gefahr, daß das Fasermaterial örtlich ungenetzt bleibt, und ohne Gefahr von Lufteinschlüssen schneller gearbeitet werden, ohne daß die Strecke des Formkanals
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verlängert werden muß. Ein weiterer Vorzug liegt darin, daß, wegen der niedrigen Harzviskosität ein höherer FUIlstoffanteil eingesetzt werden kann - was bisweilen erwünscht ist.
Die Vorrichtung zur Tränkung des Verstärkungsmaterials in der Form selbst ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung so ausgebildet, daß der den Profilquerschnitt enthaltende Formkanal zwischen seinen Enden mit einer Zuführungsvorrichtung für das Tränkungsharz versehen ist, wobei das Verstärkungsmaterial unmittelbar im trockenen W Zustand in die Formgebungsstrecke eingezogen wird. Zum Einspritzen des Harzes weist die Vorrichtung am Umfang des Formkanals verteilte Düsen auf, so daß die Gewähr besteht, daß das eingespritzte Harz auch jeden Teil des Faserstranges od.dgl. ausreichend benetzt und tränkt. Der Spritzdruck wird durch eine Druckpumpe erzeugt, die zwischen einem Harzvorratsbehälter und dem DUseneinspritzteil angeordnet wird. Vorteilhaft befindet sich zwischen der Einspritzvorrichtung und der Druckpumpe noch ein Erhitzer, zweckmäßig ein Durchlauferhitzer, der das Harz auf etwa die Härtetemperatur vorwärmt. Der vor der Harzzuführungsvorrichtung liegende Teil der Formgebungsstrecke g| kann unbeheizt bleiben. In vielen Fällen erweist es sich jedoch als vorteilhaft, auch bei dem ersten Teil der Formgebungsstrecke eine Heizung vorzusehen, wodurch der trockene Glasfaserstrang, der etwas Bindeharz enthält, eine gewisse Glättung erfährt und außerdem der Temperaturverlust im Bereich der Injektionszone verringert wird. Da derartige Profile überwiegend mit einem Glasanteil von über 50# produziert werden, würde ein kalter Glasfaserstrang das bei höherer Temperatur injizierte Harz erheblich abkühlen können. Eine Vorwärmung wirkt sich vorteilhaft auf die Arbeitsgeschwindigkeit aus.
Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen aus mit faserverstärktem Kunstharz gemäß der Erfindung im Schema.
Fig. 2 stellt einen Schnitt durch die Einspritzvorrichtung bei dem Formkanal dar.
Fig. 5 ist ein Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 2,
Fig. 4 veranschaulicht eine weitere-Einspritzvorrichtung für ein H-förmiges Profil.
Die Anlage 1 zur kontinuierlichen Herstellung faserverstärkter Profile ist in horizontaler Arbeitsrichtung vorgesehen. Unmittelbar zu dem die Formgebungsstrecke aufweisenden Formkanal 2 führt das Verstärkungsmaterial J, das in Form von Strängen, Gewebebahnen, Vliesen o.dgl. aus Glasfaser o.dgl. vorgesehen sein kann, im trokkenen Zustand, wdoei die Faserstränge o.dgl. von einem Spulengestell 4 entsprechend der Arbeitsgeschwindigkeit abgezogen werden. Zwischen den Enden der Formgebungsstrecke des Formkanals 2, vorzugsweise etwa am Ende des ersten Drittels des Formkanals, ist eine Vorrichtung 5 zum Einspritzen des Harzes vorgesehen. Diese Vorrichtung weist ein auswechselbares Zwischenstück 6 auf, das zwischen Flanschen 2c und 2d des Formkanals 2 eingespannt gehalten wird. Zur gleichmäßigen Zuführung des Harzes dient ein Ringkanal 7, von dem ein Ringspalt 8 oder Düsen zu dem Querschnitt des zu bildenden Profils führen. Die Druckleitung 9 steht mit dem Ringkanal 1J in Verbindung. Die Größe des Ringkanals 7 und des Ringspaltes 8 bzw. entsprechender Düsenbohrungen kann durch ein entsprechend ge-
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formtes Einsatzstück 10, das auswechselbar ist, variiert werden. Der in Arbeitsrichtung vor der InjektJonszone 5 für das Harz liegende Formkanalteil 2a kann unbeheizt bleiben, während der Formkanal 2b nach der Injektionszone 5 mittels der Heizvorrichtung 11 für das Härten des Harzes geheizt wird.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Einspritzvorrichtung 5a für ein H-förmiges Profil. Die Druckleitung 9 verzweigt sich in einem Verteilerstück 22 in mehrere Abzweigleitungen 2j5a,2^b,"22c zu dem aus mehreren Teilen zusammengesetzten Zwischenstück 6a, wobei eine Vielzahl von Bohrungen 24,25 für eine ausreichende Zuführung des Harzes zu dem Η-Profil sorgen.
In der Zuführungsleitung 9 für das Harz ist eine Druckpumpe 12 vorgesehen, die von einem Harzvorratsbehälter 13 über die Leitung 14 gespeist wird. In der Leitung 9 ist zwischen Druckpumpe 12 und der Einspritzvorrichtung 5 zweckmäßig ein Durchlauferhitzer 15 angeordnet, der das zuzuführende Harz auf eine nahe der Härtetemperatur liegende Temperatur vorwärmen kann.
Das gehärtete Profil 16 wird mittels zweier Abzugsvorrichtungen 17 aus dem Formkanal 2 abgezogen, wobei die Abzugsvorrichtungen im Gegentakt arbeiten, so daß ein kontinuierlicher Materialcbzug gewährleistet ist.
Nach genügender Länge des Profils 16 erfolgt ein Aufteilen des Profils, was mittels einer Sägevorrichtung 8 erfolgen kann, die als fest angeordnete oder als fliegende Säge vorgesehen werden kann. Mit 19 sind Klemmbacken zur Durchführung des Sägeschnittes bezeichnet.
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- ίο -
Auf einem Tisch 20, der als Rolltisch ausgebildet sein kann, werden die abgeschnittenen Profillängen gesammelt und können mittels eines Abstreifers 21 abtransportiert .werden. Da der Sägeschnitt nur einige Sekunden erfordert, genügt in der Regel eine fest angeordnete Sägevorrichtung, wobei der Materialtransport während der Schnittdauer unterbrochen werden Imn. Der Druck, mit dem das Harz in den Formkanal eingespritzt wird, kann je nach der Harzzusammensetzung in einem weitern Bereich schwanken. Man kann das Harz durch Schwerkraft zu der Spritzvorrichtung zulaufen lassen. Der Druck für das Einspritzen des Harzes kann aber auch 80 atü erreichen. Im allgemeinen wird mit einem Spritzdruck zwischen etwa 10 und etwa 50 atü gearbeitet werden. Statt in horizontaler Lage kann die Anlage auch in vertikaler Richtung arbeitend angeordnet sein. Man kann die Anlage auch in jedem Winkel zwischen 0 und 90 zur Horizontalen liqgnd vorsehen. Durch die Art der Benetzung des Fasermaterials ist man von der Winkellage der Anlage bei stets gleich guten Ergebnissen unabhängig.
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Claims (1)

  1. - li -
    Λ η s η r U c h e
    Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen aus mit Fasern verstärktem Kunstharz wie Polyesterharz od.dgl., bei dem die Fasern, insbesondere in Form von Strängen und/oder Gewebebahnen u.dgl., mit dem Harz getränkt und die getränkten Faserstränge durch einen Formkanal gezogen werden, in dem die Härtung des Harzes in der Wärme erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Benetzung des Faserverstärkungsmaterials mit dem flüssigen Harz unter Druck erst vorgenommen wird, nachdem das Fasermaterial die Formgebungsstrecke des das Profil bildenden Formteils eine vorbestimmte Wegstrecke durchlaufen hat.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das trockene Fasermaterial vorgewärmt wird, und daß die Vorwärmung bis auf etwa die Harztemperatur erfolgt.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zuzuführende Harz auf eine Temperatur vorgewärmt wird, die nur tfenig unter oder in der gleichen Höhe wie die Härtetemperatur liegt.
    1\. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J5, dadurch gekennzeichnet, daß niedrig-schrumpfende Harze verwendet werden und daß als solche Harze ungesättigte, styrolhaltige Polyesterharze, die Anteile thermoplastischer Harze enthalten, dienen.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als niedrig-schrumpfende Harze Epoxidharze verwendet werden.
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    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem der Form zuzuführenden Harz ein bis nahe der Härtetemperatur desselben stabiles Peroxid zugegeben wird und daß als Peroxid Tertiar.bytylhydroperoxid bzw. Derivate desselben verwendet werden.
    7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Verstärkungsmaterial, insbesondere in Form von Strängen, Gewebebahnen, Vliesen od.dgl. mit Harz getränkt und Harz und Verstärkungsmaterial in einem Formkanal einer Härtung unterworfen werden, worauf das erhärtete Profil mittels einer Abzugsvorrichtung von dem Formkanal abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkanal (2) zwischen seinen Enden mit einer Vorrichtung (5,5a) zur Zuführung des Tränkungsharzes versehen ist, und daß das Verstärkungsmaterial im trockenen Zustand unmittelbar in den Formgebungsteil des Formkanals (2) einführbar ist.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Harzzuführungsvorrichtung (5*5a) am Umfang des Formgebungskanals einen Ringspalt (8) bzw. Bohrungen (24,25) aufweist, und daß zwischen einem Harzvorratsbehälter (13) und dem Einspritzteil (5) eine Druckpumpe (12) angeordnet ist.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Einspritzvorrichtung (5) und Druckpumpe (12) ein Erhitzer (15) für das Harz vorgesehen ist.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß der vor der Harzzuführungsvorrichtung (5) liegende Teil (2a) des Formgebungskanals (2) beheizbar ist.
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    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Profil-Herstellurigsanlage (1) mit ihrer Arbeitsrichtung; in einem Schrägwinkel zur Horizontalen abfallend angeordnet ist.
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