DE2105891C3 - Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus faserverstärkten, wärmehärtbaren Kunststoffen - Google Patents

Description

zur Ausformung von innen hohl ausgebildeten Gegenständen unter Verwendung eines Formkerns aus thermoplastischem, aufgeschäumtem Material niedriger Dichte. Ober einen derart ausgebildeten Formkern wird der herzustellende Hohlkörper, beispielsweise ein Leitungsverzweigup.gsstOck oder dergleichen, ausgeformt, um nachfolgend nach der durch Wärmebeaufschlagung erfolgenden Schrumpfung des Formkerns diesen leicht aus dem Hohlkörper herausziehen zu können.

Die verwendeten Formkerne besitzen eine verhältnismäßig geringe Dichte, die etwa bei 16 bis 160 kg/m³ und vorzugsweise nicht höher als 80 kg/m³ liegt Im Rahmen dieses Verfahrens ist es auch möglich, andere thermoplastische Harze mit geeigneten Eigenschaften, wie etwa Polyvinylchlorid oder andere Vinylaufschäumungen oder auch Polyurethan-Schaum und dergleichen mehr, zu verwenden. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, daß die für den Formkern verwendeten Stoffe bei bereits verhältnismäßig geringem Wärmeaufwand Schrumpfungseigenschaften zeigen, wibei ihre bevorzugten Biege-Erweichungstemperaturen in Bereichen von ungefähr 76 bis 88° C und etwa 121 bis 149° C liegen. Die Verwendung von Polystyrol-Harzschaum ist besonders vorteilhaft, da sie mit einem geringen Kostenaufwand verbunden ist und die weite Verbreitung dieses Stoffes für eine allgemeine Zugänglichkeit gewährleistet ist Das Polystyrol ist bekanntlich in Form von Kügelchen oder dergleichen handelsüblich verfügbar, die sich bei geeigneter Behandlung ausdehnen, wobei der Wärmeerweichungsbereich bei etwa 77 oder 90⁰C für die meisten Anwendungsmöglichkeiten liegt Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die weit verbreitete Kügelchenform des Polystyrols zur Herstellung der Formkerne als Matrize oder Formling für entsprechend innen hohl ausgebildete Gegenstände zu verwenden. Die Polystyrolkügelchen können mittels der bekannten Techniken ausgeformt werden, wobei derartige Verfahren darin bestehen, daß die Kügelchen zunächst einem Vorschäumprozeß unterworfen werden, indem sie in einer entsprechenden Matrize, Gesenkform oder dergleichen vorgeformt werden und ihnen hierbei bereits die gewünschte Konfiguration erteilt wird, um nachfolgend die ausgedehnten Kügelchen einer thermischen Fusion zu unterwerfen, bis ein aus einer Einheit bestehender Körper gebildet ist

Eine derartige Technik ist bereits in der US-PS 30 82 483 beschrieben worden. Die aufgeschäumte Kerneinheit kann abhängig von ihrer Formgestaltung, ihrer Masse unH anderen Faktoren aus einer monolithischen oder einzelnen Kerneinheit bestehen, sie kann jedoch auch aus zwei oder mehreren Teilen zu einer Gesamtheit zusammengesetzt werden, wobei im letzteren Fall die einzelnen Teile den eigentlichen Formkern ergebend miteinander zu verbinden sind. Darüber hinaus kann der Formkern durch entsprechende Temperaturbeaufschlagung und geeignete Steuerung der Masse zu der Form innen hohl ausgebildet werden, d.h. der Formkern kann innere Hohlräume besitzen oder durchgehend und kontinuierlich massebeaufschlagt sein. Die Ausgestaltung des Kernkörpers wird hierbei entsprechend der gewünschten Gestalt desselben sowie einer Verwendung entsprechend vorgenommen. So müssen beispielsweise die hier verwendeten Formkernkörper ein..- ausreichende Masse und Festigkeit besitzen, um die auf sie während des Ausbildens des Formstückes wirkenden Kräfte und Druckbelastungen aufzunehmen. Die aus aufgeschäumten thermoplastischem Material bestehenden Kernkorper, diß auch, wie oben erwähnt, aus einzelnen Teilen zusammengesetzt sein können, können schließlich auch dadurch hergestellt werden, daß sie aus einem großen Stück mittels einer Säge, eines Messers, eines heißen Drahtes od. dgl. ausgeschnitten oder ausgeschnitzt werden.

Zusätzlich müssen die verwendeten Harzzusammensetzungen des aufgeschäumten Formkerns sowie ihre physikalischen Eigenschaften wie die Dichte, die

ίο Aufschäumstruktur, etwa die Porengröße und dergleichen, derart sein, daß die thermische Schrumpfbarkeit bei einer Temperatur erfolgt, die niedriger als diejenige ist, bei welcher die Zusammensetzung des wärmehärtbaren Harzes oder anderer Materialien, die auf und über

i^r> diesem Formkern zu formen sind, liegt. Die Schrumpfungstemperatur für ein Material niedriger Dichte, und zwar zwischen 16 bis 160 kg/m³ wie Polystyrolschaum oder Polyvinylchlorid oder geschäumtes Polyvinylchlorid, ist beispielsweise geeignet, um ir Verbindung mit typischen Epoxy- oder Phenolharzzusemmensetzüngen Anwendung zu "finden, d. h. also, daß der herzustellende, innen hohl ausgebildete Gegenstand, wie ein Rohrverzweigungsstück oder dergleichen, aus dem letztgenannten Material besteht, während der zur Ausformung dieses Gegenstandes erforderliche Formkern aus Polystyrol oder Polyvinylchlorid hergestellt ist Darüber hinaus kann es vorteilhaft und wünschenswert sein, die Schrumpfungstemperatur für den geschäumten Kern so zu wählen, daß sie sich mit Aushärtungs- oder

JO Vorhärtungs- oder auch Nachhärtungstemperaturen eines einzelnen wärmehärtbaren Harzmaterials vereinbaren läßt Hierbei soll der Vorhärtungs-, Nachhärtungs- oder wenigstens ein Teilhärtungsprozeß auf den über dem Formkern ausgebildeten Gegenstand einwirken, und zwar entweder vor oder während der aufgeschäumte Formkern innerhalb des ausformenden Verfahrensschrittes für die nachfolgende Entfernung desselben schrumpft

Das Verfahren läßt sich allgemein auf die Ausformung von Gegenständen anwenden, die im wesentlichen lediglich aus wärmehärtbaren Materialien bestehen. Es ist jedoch darüber hinaus auch noch besonders vorteilhaft, die nach dem Verfahren herzustellenden Gegenstände durch Fasermaterialien zu verstärken, die in das Harz eingebracht sind und die anorganische Fasermaterialien in Form von Abschnitten oder kontinuierlichen Fasern, Fasei'matten, geflochtenen Faserkörpern aus Glasfasern und ähnlichen Fasermaterialzusammensetzungen bestehen. Die Glasfasern oder dergleichen sind hierfür zuvor mit wärmeaushärtbaren Harzen angereichert worden, so daß ein Aufbau des herzustellenden Formstückes durch Schichtungen und Anhäufungen einzelner Faserschichten in Überein· anderlage ausgebildet werden kann. Das derart faserverstärkte Material wird also über den Formkern gewickelt.

Durch das Verfahren sind eine Vielzahl von Produkten herstel'bar, wobei jedoch die Herstellung von Hohlkörpern für gewöhnliche Flüssigkeitsleitun-

k·¹ gen, d. h. von Verbindungsstücken für mehrere solcher Leitungen als Kupplungselement besonders vorteilhaft ist. Die herzustellenden Hohlkörper besitzen entsprechend der Mehrzahl der zusammenzuführenden Leitungen eine mehr oder weniger verzweigte innere Gestalt,

^ wie beispielsweise einen abknickenden Hohlraum, ein Kreuzstück, eine haarnadelartig ausgebildete Gestalt, ein T-Stück und einen T-Anschlußbogen sowie einseitige oder Y-förmige Reduktionsformstücke. Derartige

Produkte können durch einen Wickelvorgang eines entsprechenden Strangmaterials und Aufbringung von mit wärmehiirtbaren Harzen, wie Epoxyharze, gesättigten Glasfasern hergestellt werden.

In dem in den Fig. 1 bis 3b aufgezeigten Ausfüh- -, rungsbeispiel handelt es sich um die Herstellung eines T-förmigen Rohrverzweigungsstückes aus mit Epoxyharz-gesättigtem Glasfasermaterial. Der dargestellte, aus geschäumtem Polystyrol bestehende Formkern 10 besteht aus zwei Hälften If und 12, die mittels eines κι Klebers oder Streifens zu einer Einheit verbunden worden sind und die aus Polystyrolkügelchen hergestellt worden sind, welche in einem Dampfkasten einem Vorschäumprozeß unterworfen wurden. Die durchschnittliche Dichte des Materials liegt bei 48 kg/m^J. |-, Nachdem das Polystyrol in der beschriebenen Weise vorbehandelt worden war, wurde es für die gewünschte Formgebung des Kernes thermisch zu einer Einheit

VCräCniTiöiZcri

Hierfür wurde das vorgeschäumte, aus Kügelchen bestehende Material in einer Matrize, Gesenkform od.dgl. auf eine Temperatur von etwa 100 bis I2I°C gebracht, bei welcher die Fusion der einzelnen Kügelchen erfolgt. Das aus zwei Halbformkernen bestehende Polystyrolprodukt besitzt eine Dichte von 48 kg/m¹. Die beiden einen Formkern ergebenden Hälften wurden, um sie entsprechend miteinander zu einer Einheit verbinden zu können, in zerlassenes mikrokristallines Wachs od. dgl. getaucht, so daß sich eine fest haftende Oberfläche um das Polystyrol herumlcgte, die dasselbe gleichzeitig von Lösungsmitteln schützt, die in den nachfolgenden Verfahrensschritten beim Aufbringen des harzhaltigen Materials auf den Formkern gelangen können.

Eine Vielzahl von vorzugsweise parallel zueinander verlaufenden kontinuierlichen Glasfasern, die mit einem Epoxyharz 13 angereichert sind, wurden in einem Gewichtsverhältnis von ca. 65 Gewichtsanteilen Glas zu 35 Anteilen Harz dicht über den geschäumten Formkern gewickelt, so daß sich ein gleichbleibend abwechselndes Muster ergab, d. h. ein im wesentlichen eleichmäßieer Aufbau eines Hohlkörppr«; auf dem Formkern entstand, der entsprechend dem Formkern die Form eines T-förmigen Verbindungsstückes 14 besitzt. Der Aufwickelvorgang des genannten Fasermaterials auf den Kern wird so lange fortgesetzt, bis sich eine durchschnittliche Dicke von ca. 1.8 cm in gleichmäßiger Verteilung über den Formkern ergab.

Falls das herzustellende Formstück durch mechanisches Aufwickeln durch Drehung des Kernkörpers hergestellt wird, ist es vorteilhaft, sich eines axialen Supports und/oder einer Antriebsvorrichtung aus Metall oder einem anderen strukturell widerstandsfähigen Material zu bedienen, und zwar in Verbindung mit dem aufgeschäumten Formkernkörper niedriger Dichte. Die Metallverstärkung ergänzt hierbei vorteilhaft die geringe Widerstandsfähigkeit des aufgeschäumten Materials des Formkerns, und sie kann etwa aus einer Metallhülse bestehen, die rund um die äußeren Endabschnitte des aufgeschäumten Formkerns, wie bei 15 angezeigt, angeordnet ist und die sich über den Bereich der Aufbringung des das fertige T-Stück bildenden Materials hinaus erstreckt, wobei sie gleichzeitig die während des Drehens des Kerns auf diesen ausgeübten Torsionskräfte gleichmäßig aufnimmt und überträgt. Zusätzlich können darüber hinaus elastische oder deformierbare Hülsen auf den äußersten Abschnitten des aufgeschäumten Formkerns angebracht werden, in welche die hergestellten Rohrformstücke oder Verbindungsteile einpaßbar sind bzw. die es durch geeignetes Einfalzen oder Einschrumpfen in die Rohre ermöglichen, Verbindungsteile herzustellen, die zusam men mit den Rohren zu einer Einheit zusammengefügt werden können, indem hierfür innere Führungsnuten für die Aufnahme von Dichtungsringen, Ausnehmungen, Gewindegängen oder dergleichen mehr vorgesehen sind.

Zur Vervollständigung des Aufwickelvorganges der Fasern zusammen mit dem wärmehärtbaren Harz, d. h. der Herstellung eines T-förmigen Formstückes, wird das Epoxyharzmaterial auf dem Formkern bei Zimmertemperatur ausgehärtet oder einem wärmebeaufschlagten Härtevorgang unterzogen, wobei die hierfür verwendeten Temperaturen verhältnismäßig niedrig sind und nur eine teilweise Aushärtung und Verfestigung des Gegenstandes bewirken, ohne daß der aufgeschäumte Formkern bei den verwendeten Temperaturen irgendwelche nachteiligen Beeinflussungen erfährt. Hieraufhin wird die Temperatur auf ca. 93 bis 104⁰C erhöht, um in einem etwa eine halbe Stunde dauernden Nachhärte-Temperaturen schrumpft der aufgeschäumte Polystyrolformkern auf annähernd ein Drittel seines ursprünglichen Volumens, so daß er zufolge seiner Erweichung leicht aus dem Inneren des hergestellten Rohrverbin dungsstückes entfernt werden kann, wie dieses in Fig. 3a dargestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus faserverstärkten, wärmehärtbaren Kunststoffen, bei dem auf einen thermoplastischen, schrumpfbaren Kern faserverstärktes Kunstharzmaterial aufgebracht und das Kunstharz durch Wärme gehärtet wird, wobei unter der Wärmewirkung der Kern schrumpft und danach aus dem Hohlkörper entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung hohler Paßstücke, wie Mehrfachrohrverzweigungen für Rohrleitungen mit wenigstens drei Öffnungen und wenigstens zwei quer zueinander liegenden Abschnitten ein geschäumter Formkern niedriger Dichte verwendet wird, dessen Dichte sich bei der Aushärtetemperatur des Kunstharzes vergrößert und dessen Volumen sich dabei so weit verringert, daß der Formkern in einem Stück durch eine Öffnung des Hohlkörpers entfernt werden kxmi

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern aus Polystyrol besteht, das eine Dichte von 16 bis 160 kg/m³ hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper für die Volumenverringerung des Formkernes auf eine Temperatur von 93" C bis 113°C erwärmt wird.

Die Erfindung bezieht sich a::^f ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus faserverstärkten, wärmehärtbaren Kunststoffen, h-j dem auf einen thermoplastischen, schrumpfbaren Kern faserverstärktes Kunstharzmaterial aufgebracht und das Kunstharz durch Wärme gehärtet wird, wobei unter der Wärmewirkung der Kern schrumpft und danach aus dem Hohlkörper entfernt wird.

Ein Verfahren der vorgenannten Art ist aus der GB-PS 7 65 294 bekannt. In dieser Druckschrift ist die Herstellung von faserverstärkten Rohren aus Kuns: harzmaterial beschrieben, wobei das faserverstärkte Kunstharzmaterial um einen Formkern aufgewickelt wird, der aus einem sogenannten Schrumpfrohr besteht. Dieses Schrunipfrohr besteht aus Polyvinylchlorid. Dieses Polyvinylchloridrohr wird durch Erwärmung so ausgedehnt, daß es die Abmessung erhält, die dem gewünschten Innendurchmesser des herzustellenden Rohres aus Kunstharzmaterial entspricht. Nach dem Ausformen des herzustellenden Rohres auf dem als Kern dienenden Schrumpfrohr wird diese Einheit zur Aushärtung des Harzes erwärmt, wobei das Schrumpfrohr zu seiner ursprünglichen Form schrumpft, so daß der Kern aus dem fertigen Rohr herausgezogen werden kann. Nach diesem Verfahren können nur glatte Rohre hergestellt werden, da das als Kern verwendete Schrumpfrohr sich in seinen Abmessungen nur relativ geringfügig verändert.

In der DE-AS 11 97 606 ist ein Verfahren zum Herstellen von Hohlkörpern aus gießfähigen, härtbaren Kunstharzen beschrieben, bei dem ein GieDkern aus einem Schaumstoffmaterial verwendet wird, das durch das Gießharz aufgelöst wird, wobei das in den Schaumstoffzellen eingeschlossene Gas entweicht. Dieses vorbekannte Verfahren setzt die Verwendung spezieller Kunstharze voraus, die bei der Verarbeitung Lösungsmittel zur Auflösung des Kerns freigeben.

Dabei ist nicht gewährleistet, daß der Formkern vollständig aufgelöst wird. Bei kompliziert geformten Hohlkörpern können zurückbleibende Kernreste Durchgänge verstopfen, so daß der Hohlkörper unbrauchbar ist

Schließlich ist in der nicht vorveröffentlichten DE-PS 19 25 843 ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffkörpers aus Hartschaum mit einem Hihlraum beschrieben, bei dem als Formkern ein Schaumstoffkern mit geschlossener Zellstruktur verwendet wird, der durch die Reaktionswämre des herzustellenden Hartschaumkörpers zum Schmelzen gebracht wird, wobei sich das Material des geschmolzenen Schaumstoffkems auf der Innenwandung des fertigen Hohlkörpers niederschlägt Hier ist von Nachteil, daß im Inneren des Hohlkörpers Reste des geschmolzenen Schaumstoffkems zurückbleiben, die ebenfalls die Durchgänge verstopfen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Hohlkörper wie Mehrfachabzweigungen für Rohrleitungen in Form von z. B. T- und Y-Stücken, Kreuzverbindungen, Winkelstücken etc. so herzustellen, daß die fertigen Hohlkörper ohne aufwendiges Entfernen des Formkernes vollständig frei von irgendwelchen Fremdteilen oder Formrückständen sind.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß zur Herstellung hohler Paßstücke, wie Mehrfachrohrverzweigungen für Rohrleitungen mit wenigstens drei öffnungen und wenigstens zwei quer zueinander liegenden Abschnitten ein geschäumter Formkern niedriger Dichte verwendet wird, dessen Dichte sich bei der Aushärtetemperatur des Kunstharzes vergrößert und dessen Volumen sich dabei so weit verringert, daß der Formkern in einem Stück durch eine öffnung des Hohlkörpers entfernt werden kann.

Durch die Erfindung können in vorteilhafter Weise Mehrfachabzweigungen für Rohrleitungen auf einfache Weise sehr kostengünstig hergestellt werden, bei denen die Maßhaltigkeit des Hohlraumes gesichert ist und dieser Hohlraum nach Abschluß des Verfahrens völlig frei von irgendwelchen Rückständen ist. Die Beseitigung des Formkerns erfordert keine gesonderte Wärmebehandlung, da seine starke Volumenverringerung bereits beim Aushärten des Hohlkörpers erfolgt. Dadurch, daß der Formkern nicht durch Lösungen des Kunstharzmaterials, aus dem der Hohlkörper hergestellt wird, angegriffen wird, ist ebenfalls eine hohe Maßhaltigkeit des gesamten Hohlkörpers gesichert. Es ist lediglich darauf zu achten, daß beim Herstellen des Hohlkörpers auf dem Formkern dieser nicht durch Aufbringen zu hoher Druckkräfte eingedrückt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im nachfolgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, von denen eines in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung sind

F i g. 1 eine perspektivische Wiedergabe eines Formkerns zur Herstellung eines Hohlkörpers in Form eines T-förmigen Rohrverbindungsstückes,

F i g, 2 eine Wiedergabe entsprechend F i g. 1, wobei der herzustellende Hohlkörper um den Formkern herum angeordnet ist,

Fig. 3a eine perspektivische Ansicht des Hohlkörpers nach F i g. 2 nach Entfernung des Formkerns und

F i g. 3b eine Wiedergabe des Formkerns nach F i g. I nach erfolgter thermischer Schrumpfung und Entfernung aus dem Hohlkörper der F i g. 3a.

Das Verfahren besteht in einer verbesserten Methode