DE2243087A1 - Verfahren und vorrichtung zum formen von faserverstaerkten harzformen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum formen von faserverstaerkten harzformen

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Description

PATENTANWÄLTE '
dr. W. Schalk · dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing. G, Dannenberg DR. V. SCHMIED-KOWARZIKL · DR. P. WEINHOLD · DR. D. GUDEL
6 FRANKFURT AM MAIN CR. ESCHENHEIMER STRASSE 39
1. Sept. 1972
Gu/Ar
Koppers Company, Inc. Pittsburgh, Pa. 15219 USA
Verfahren und Vorrichtung zum Formen von faserverstärkten Harzformen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen von faserverstärkten Harzformen unter Ziehen eines faserverstärkten !Materials, das mit einem flüssigen, unter Wärme aushärtenden Harz getränkt ist, durch eine beheizte Formöffnung.
Die Erfindung befasst sich, also mit der sogenannten Pultrusionstechnik. Darunter versteht man eine Technik, bei der Formen oder Artikel aus einer mit flüssigem Harz imprägnierten Faserverstärkt;1;, wobei das Harz unter Einwirkung von Wärme-bzw. I^itze aushärtbar ist, und wobei die Materialien durch, eine beheizte metallische Form- und Aushärteinrichtung bzw. Matrize durch eine Zugeinrichtung gezogen werden, die die verfestigte Form hinter dieser Formmatrize erfasst. Bei dieser Technik ist bisher die Prjxhiktionsrate verhältnismässig niedrig, obgleich die Metallmatrize eine gewünschte Oberflächentextur dem herzustellenden Artikel mitteilt. Dies trifft insbesondere für die Herstellung von Formen oder Gegenständen iflit grösserem Querschnitt zu, weil' das Harzmaterial und auch die faserige Verstärkung eine verhält-
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nismässig niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzen, so dass die Oberflächenheizung der Form in der Härtmatrize eine beträchtliche Zeit zum Sindringen der Hitze in das Innere der herausteilenden Form erfordert.
Um die Herstellungsrate bei Verwendung dieser Pultrusionstechnik zu erhöhen, ist es vorgeschlagen worden, eine Hochfrequenzbeheizung der herzustellenden Form beim Durchgang durch die Matrize zu verwenden, und zwar insbesondere im Radiofrequenzbereich. Obgleich hierdurch die Aushärtrate erhöht wird, erfordert diese Technik eine Matrize, die aus einem Material hergestellt ist, das für das Hochfrequenzfeld durchlässig ist, um die gewünschte Temperaturerhöhung der gerade hergestellten Form zu erreichen, und um damit das Harzmaterial innerhalb der Matrize zu verfestigen. Gelegentlich wurden auch Matrizen aus Polytetrafluoräthylen hierzu verwendet. Matrizen aus für Radiofrequenzen durchlässigem Material werfen jedoch eine Anzahl von Problemen auf, einschliesslieh der Unstabilität bezüglich der Form und einer übermässigen Abnutzung. Darüber hinaus ist die Oberflächentextur von für Hochfrequenz durchlässigen Materialien nicht gut geeignet, um glatte oder polierte Oberflächen guter Qualität bei der Form herzustellen.
Die Erfindung überwindet diese Probleme und schlägt eine Pultrusionstechnik vor, mit der die Nachteile der bisher verwendeten Aushärtverfahren vermieden v/erden, wobei gleichzeitig deren Vorteile ausgenutzt werden. Im wesentlichen geschieht dies gemass der Erfindung dadurch, dass eine Hochfrequenzheizung im Tandemverfahren mit einer Oberflächenheizung in einer Metallmatrize mit glatter Oberfläche kombiniert werden.
■Im einzelnen werden gemäss der Erfindung faserige Verstärkungsmittel, beispielsweise Glasvorgespinst, Matten und dergleichen, durch ein Reservoir oder Bad eines flüssigen Harzes, das unter Hitze aushärtet, beispielsweise einen Polyesterharzes, geleitet, und die imprägnierte Verstärkung wird anschliessend in und durch
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ein Hochfrequenzfeld geleitet, das beispielsweise zwischen einem Paar von unter Abstand voneinander angeordneten Elektroden ausgebildet wird. Das vorgewärmte, imprägnierte Verstärkungsinateriäl wird anschliessend dem Eingang der Formöffnung einer Formeinrichtung aus Metall zugeführt, die durch eine Ölzirkulation oder durch eine elektrische Heizung erwärmt werden kann,, um das zusätzliche Aushärten und Verfestigen des Harzes beim Durchgang durch die Formöffnung zu bewirken. Die Zuführung des Harzmaterials zum'Eingang der Formöffnung erfolgt bei noch flüssigem Harz*
Es ergibt sich also, dass eine Hochfrequenz- bzw. Radiofrequenzheizung verwendet wird, um die Temperatur des getränkten Verstärkungsmaterials schnell und gleichmässig im ganzen Querschnitt des Stückes oder der gerade hergestellten Form zu erhöhen, und dies wird erreicht, ohne dass die imprägnierte Faserverstärkung in Berührung mit einer Form oder Matrize gerat, sondern die imprägnierte Faserverstärkung passiert lediglich durch das Hochfrequenzfeld. Das flüssige und normalerweise klebrige Harzmaterial braucht also nicht.in Kontakt mit der Hochfrequenzeinrichtung zu kommen. Das folgende Passieren des vorgeheizten, imprägnierten Verstärkungsmaterials durch die Pormöffnung ergibt die gewünschte Gelegenheit, um die Oberflächen der herzustellenden Form in Berührung mit glatten Metalloberflächen in der Matrize zu bringen, wodurch das Stück akkurat ausgeformt wird. Ausserdem wird dabei das Stück weiterhin erwärmt, um die Verfestigung des Stückes in der Formöffnung der Matrize zu bewirken. Weil das Harzmaterial vorher bis zu einem Punkt beheizt worden ist, der nahe ander Verfestigungstemperatur liegt, kann die zusätzliche notv/endige Erwärmung, um diese Verfestigung in der Formpassage zu erreichen, in einer relativ kurzen Zeit erfolgen.
Eine Konsequenz dieser Tandemanordnung der Hochfrequenz- und Metallmatrizenheizung ist die ganz wesentliche Erhöhung der Produktionsrate. Beispielsweise bei einer typischen Stange mit
Durchmesser von etwa dreiviertel Zoll kann die Stange 3 bis 6 oder 8 mal schneller als bei den bisher bekannten
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Verfahren hergestellt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:
Pig. 1 schematisch eine Seitenansicht eines Pultrusionssystems nach der Erfindung;
Fig. 2 und 3 sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht von Teilen zur Montage der Matrize, die bei dem System nach Pir. 1 verwendet wird;
Fig. 4 ißt eine ebenfalls schematische Ansicht einiger Steuerungseinrichtungen, die mit dem System nach Fig. 2 und 3 verwendet werden können;
Fig. 5 eine 'Ansicht eines anderen Pultrusionssystems nach der Erfindung, bei dem einige Merkmale abgeändert wurden.
In Fig. 1 soll die dargestellte Einrichtung eine Stange mit einem Durchmesser von beispielsweise 3/4 " aus Polyesterharz herstellen, das mit einem Vorgespinst aus Glasfasern verstärkt ist. Das Vorgespinst 6 kann von Vorratsrollen 7 abgespult werden. Es sind nur zwei Vorratsrollen gezeigt; es können jedoch auch mehr Vorratsrollen und Vorgespinstbahnen verwendet werden. Die Vorgespinstbahnen werden in und durch ein Harzreservoir in einen Trog 8 geführt, der ein Bad aus flüssigem Harzmaterial enthält. Dadurch werden die Vorgespinstbahnen mit dem flüssigen Harz imprägniert. Die Vorgespinste werden anschliessend aus dein Bad durch eine öffnung 9 abgegeben. Diese öffnung ist zur Herstel-.lung einer Stange vorzugi5wei.se kreisförmig. Sie dient dazu, die Vorgespinste zu einem Bündel zusammenzufassen. Ausserdem beinisst sie die Menge an flüssigem Harz, das das Bad mit dem Vorgespinst vprlässt.
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Das getränkte Verstärkungsmaterial wird dann durch eine Vorheizstation geliefert. Diese Vorheizstation umfasst eine Hochfrequenz-Heizeinrichtung, mit der ein Hochfrequenzfeld aufgebaut wird, durch das das getränkte Vorgespinst* passiert. Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform wird dieses Feld zwischen einem Paar von unter Abstand zueinander angeordneten Elektroden 10-10 aufgebaut.
Das vorgeheizte imprägnierte Vorgespinst tritt anschließend in die Formöffnung in einer Matrize 11 ein. Für zahlreiche Formen kann diese Matrize mit Vorteil geteilt werden, und die Formöffnung, die zwischen den Matrizenteilen ausgebildet ist, hat einen Querschnitt, der im wesentlicheil dem Querschnitt der herzustellenden Stange-.· entspricht. Bei runden Stangen kann die Matrize ein nahtloses Rohr umfassen. Die Matrize ist vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Stahl, hergestellt, und die Formöffnung' durch die Matrize ist vorzugsweise mit einer glatten Oberfläche ausgebildet, vorzugsweise chromplattiert, so dass dadurch eine gute Oberflächentextur der herzustellenden Stange mitgegeben wird. Die Matrizenteile sind auch mit Heizelementen ausgebildet, beispielsweise einer öffnung 12 zum Zirkulieren einer Heizflüssigkeit, beispielsweise von Öl, damit das Aushärten und Verfestigen der herzustellenden Stange erfolgen kann. Am Eingangsende der Matrizenteile sind vorzugsweise Höhlungen 13 vorgesehen, durch die ein Kühlmedium strömen kann, beispielsweise Wasser bei Zimmertemperatur, Diese Kühlöffnungen dienen dazu, um eine verringerte Temperatur am Eingangsende der Matrizenteile aufrechtzuerhalten, so dass das sich an der Oberfläche.des Eingangs ansammelnde Harzmaterial dort nicht anhaftet und sich verfestigt, sondern unter Einwirkung der Schwerkraft beispielsweise in einen Behälter 14 fliesst.
Die ausgeformte und verfestigte Stange R verlässt die Matrize 11 und geht durch eine Kühlkammer 15, in der Sprühdüsen 16 für Wasser vorgesenen .sind, um die geformte Stange vor ihrem Eintritt in eine Zugstation zu kühlen. Diese Zugstation ist hier als ein
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Paar von Gleisketten- oder Raupen-Einzugsrollen 17» 17 dargestellt.
Im folgenden werden wichtige Betriebscharakteriatiken und Betriebsbereiche für das beschriebene Verfahren erläutert.
Der Hochfrequenz-Vorheizer kann bei normalen Radiofrequenzen arbeiten (beispielsweise 1 bis 30 MHz), oder erarbeitet im Mikrowellenbereich (beispielsweise von 300 MHz bis 30 GHz). Der Ausdruck Radiofrequenz bzw. Hochfrequenz sollen jede Welle oder jedes dielektrische Heizsystem dieses allgemeinen Typs·bedeuten, und zwar unabhängig von der Frequenz. Unter Abstand angeordnete Elektroden, beispielsweise die Elektroden 10, 10, werden normaler^ „.weise verwendet, um das Hochfrequenzfeld im Radiofrequenzbereich aufzubauen. Pur Mikrowellen wird jedoch eine Wellenführungskammer verwendet. In beiden Fällen ist die Einrichtung so ausgebildet, dass die imprägnierte Faserverstärkung durch das erzeugte Hochfrequenzfeld durchläuft.
Es wird angenommen, dass die Teile der Hochfrequenzeinrichtung, die das Feld aufbauen, einen Abstand haben oder so angeordnet sind, dass die imprägnierte Faserverstärkung das Feld durchlaufen kann, ohne in Berührung mit irgendeinem Teil dieser Einrichtung zu kommen. Dadurch v/ird das normalerweise klebrige Harzmaterial ausser Berührung mit der Hochfrequenzeinrichtung gehalten.
Für die Hochfrequenzerwärmung von Materialien wie Glasfasern und imprägniertes Polyesterharzmaterial ist es charakteristisch, dass die Erwärmung im wesentlichen gleichförmig im gesamten Querschnitt der durch das Feld geförderten Masse erfolgt. Bei der vorliegenden Erfindung soll der Hochfrequenzheizer justiert oder so gn-, steuert werden, dass die Temperatur innerhalb der gesamten geförderten Masse auf einen Punkt erwärmt wird, der unter dem Punkt, an dem eine wesentliche Verfestigung erfolgt, liegt, und zwar bei der betreffenden Durchflussgeschwindigkeit. Daher erreichen
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die harzgetränkten Paserverstarkungen das Eingangsende der Matrize 11 mit noch flüssigem Harzmaterial.
Die Öffnung 9 soll fernerhin in Bezug auf die durchströmenden Materialien so dimensioniert werden, dass die Faserverstärkungen eine Menge an flüssigem Harz mitführen, die etwas grosser ist als die Menge, die den gesamten Querschnitt der Formöffnung in der Matrize 11 ausfüllt.(hezogen auf das Volumen der Faserverstärkung selbst). Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Matrize vollständig gefüllt wird und dass die Stange ohne Oberflächendefekte derart ausgeformt wird, die sich ergeben, wenn die Formöffnung nicht vollständig ausgefüllt wäre. Das überschüssige Harzmaterial wird am Eingang des Materials in die Formöffnung abgestreift "bzw. entfernt, weil die Hochfrequenzheizung die Verfestigung des Harzes nicht beeinflusst. Dieses überschüssige Material tropft oder fliesst vom Eingang der Matrize in einen geeigneten Behälter 14. Das Kühlen des Eingangsendes der Matrize erleichtert dies.
Die Heizung der Matrize 11 wird nur durch die Oberfläche des geformten Materials bewirkt. Weil das Material aber vorgeheizt worden ist, und zwar im gesamten Querschnitt über den Hochfrequenzheizer, benötigt die Heizung in der Matrize keine sehr grossen übergehenden Wärmemengen» Die Oberflächenheizung in der Matrize ist normalerweise in der Tat der gesamte Wärmebedarf,· weil bei richtiger Hochfrequenz-Vorheizung die Aushärtung stattfindet und genügend Wärme erzeugt, um die Temperatur der Masse des Stapels bis zur Matrizentemperatur oder aber auch darüber hinaus anzuheben. In jedem Fall kann die Verfestigung in der Matrize bei einer höheren Förderrate erfolgen. Mit dem Tandem-Arrangement der Hochfrequenz-Vorheizung und der Oberflächenheizung in der Matrize 11 wird äLso eine ganz wesentliche· Erhöhung der Produktionsrate erreicht.
Die ViM-;;i.Tii.: , oiango v/j;·· /on u.!r Zugeinrichtung 17,17 ergriffen, die alles Material durch das gesamte System zieht und die ausgeformte Stange einor Schneidstation oder einer anderen
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Verwendung zuführt. Weil die Förderrate mindestens mehrfach höher ist als bei der Ausbildung der Artikel unter Verwendung einer Matrize allein, wird die ausgeformte Stange vorzugsweise gekühlt, beispielsweise durch die Wassersprühdüsen 16, und zwar bevor die. Stange von der Zugeinrichtung 17,17 ergriffen wird. Dadurch wird die Temperatur der .Stange heruntergedrückt, bevor sie in die Zugeinrichtung kommt, so dass hierdurch unerwünschte Markierungen in der ausgeformten Stange vermieden werden.
Mit dem in Pig. 1 gezeigten System können Artikel mit beliebigem . Querschnitt einschliesslich hohler Artikel, beispielsweise Jiöhren, hergestellt werden. Für die verschiedenen Produkte können verschiedene Verstärkungen verwendet werden. Aber die Verstärkungen sind vorzugsweise faserig und besitzen eine Glasfaserverstärkung, einschliesslich Vorgespinste, Matten oder gewebtes Glas, das in einer Vielzahl von Konstruktionen und Gewichten handelsüblich erhältlich ist.
Das verwendete Harzmaterial kann aus einer Anzahl von unter Wärme härtenden Harzmaterialien ausgewählt werden, vor allem aus Zusammensetzungen mit Polyesterharzen. Ein weites Gebiet nicht gesättigter Polyester kann hierzu verwendet werden,einschließlich orthopthalischen und isophthalischen Systemen mit verschiedenen Graden der NichtSättigung, feuerhemmende Harze, beispielsweise Harze, die auf tßtrachlorphthalsaurem Anhydrid basieren, und Harze, die auf verschiedenen Glykolen, wie Athylenglykol,Propylenglykol, Dipropylenglykol und Neopentylglykol basieren.
Ein typisches Harz, das gute Ergebnisse liefert, wird von 1,0 Molen isophthalischer Säure, 1,40 Molen maleischsaurem Anhydrxd, 0,84 Molen Dipropylenglykol und 1,73 Molen Propylenglykol abgeleitet. Nach dem Sieden wird das Harz in 30 96-tigem monomierem Styrol aufgelöst, um eine Viskosität von 23-27 Poise bei 77° F (-250C) zu erholten. Die SPI-Härtedaten für dieses Harz sind:
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— y —
Gelierzeit (Min) .3-4
Zeit bis zur Spitze (Min.) 4 1/2 bis 5 1/2
Spitzentemperatur in 0F 390 - 410. (=200-210°C) ^
Dieses Harz wird in der folgenden Zusammensetzung verwendet (G-ewichtsteile):
Gew.-Teile
Harz - 100
Katalysatorpaste (50 $£ Benzoyl Peroxyd) .1,5
Trennmittel (Alkylsaures Phosphat-Ester "Zelec UiflFirrna Du Pont Co.) 0,5
Entschäumungsmittel (Silikon DP-103 hergestellt von der Silikon Div. der Firma General Electric Co.) 0,5
Bei einem typischen Beispiel unter Verwendung des obigen Rezeptes wurden Hochfrequenzelektroden in den Abmessungen 10 χ 6" unter einem Abstand von 1 3/4" verwendet (=25,4x15»2 cmj Abstand 4,A5 cm).
Eine Stange von 3/4" wurde aus Glasvorgespinst (100 PPG IO64 NS? 30), mit ungefähr 75 ί> Glasgehalt und etwa 25 $> Harzanteil, hergestellt, Die Hochfrequenz-Heizeinheit (Paratron Einheit, hergestellt von der Paratron Division der Pa. Willcox and Gibbs Co.) wurde so eingestellt, dass das Harz immer noch im wesentlichen flüssig war, wenn es den Eingang der Matrize erreichte. Die folgende Tabelle gibt die Betriebsbedingungen für eine Anzahl von Durchgängen, woraus ersichtlich ist, dass eine Betriebsrate von 64" (Ι63αφ pro Minute erreicht wurde. Bei allen Durchgängen lag an den Hqchfrequenzplatten eine Spannung von"8-KY.
Das Harzsystem kann auch Pigmente und/oder Füllmaterial enthalten.
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Versuch Zugrate in Zugrate in Temperatur der Temperatur Strom an den Stärke des di-
u_ τ_Λν, /TM_ '--Λ/«·, Metallmatrize der Metall- Hochfrequenz- elektrischen
Kr. Inch/ui±n. cm/Mm. ±n Op matrize in platten in A Feldes in
„ ^C KV/in.* KV/cm»
4A , 24 61,0 280 138 . 0.34 86 31,3
co m 36 91,4 300 149 0.38 94+ 34,9
'Al 48 121,9 320 ' I6O 0.43" 87+ 32,3
48 121,9 320 160 0.43 81 30,0
64 162,6 320 160 0.46 85 31,5
♦ Diese Werte beziehen sieh auf die Versuche an ausgeformten Stangen und zeigen an, dass
praktisch keine Risse oder Poren vorhanden sind.
Bei richtiger Temperatursteuerung in der Matrize und auch in der Hochfrequenz-Heizeinrichtung ist eine lange, ununterbrochene Produktion von Artikeln oder Formungen möglich. Die Steuerung . der Hochfrequenz-Heizeinrichtung ist besonders wichtig, weil eine ubermässige Beheizung ein unerwünschtes Hartwerden des Harzes vor dem Eintritt in die Matrize 11 ergibt und zu einem Festfressen und einer Beendigung des Betriebes führen kann. Andererseits kann eine unzureichende Beheizung durch den Hochfrequenzheizer in der Abgabe eines nicht vollständig ausgehärteten Formlings aus der Matrize 11 resultieren. Um die gewünschte Steuerung der Hochfrequenz-Heizung zu erhalten, sollen,Kontrolljustierungen in Übereinstimmung mit der Temperatur der imprägnierten Faserverstärkung an einem Punkt stromab der Hochfrequenz-Heizeinrichtung, jedoch vor.dem Eingang in die Matrize 11 gemacht werden. Diese Temperaturablesungen sind besonders vorteilhaft, wenn sie über ein Infrarot-Pyrometer gemacht werden, weil dadurch die gewünschte Temperaturablesung erfolgen kann, ohne dass ein.Temperaturfühler in Berührung mit der imprägnierten Verstärkung .gebracht werden muss. Dies ist insofern v/ichtig, weil daß Harz in diesem Zustand im wesentlichen flüssig ist und normalerweise aus sehr klebrig ist, so dass das Harz den Temperaturfühler nachteilig beeinflussen würde.
Es sind auch andere Formen der Steuerung bzw. Regelung wünschenswert einschliesslich derer, die weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 2, 3 und 4 noch näher erläutert werden.
In den Fig. 2 und 3 ist eine Matrize 11a auf einem Paar Stangen 18 mittels vier Lagerblöcken 19· Die Iiagerblöcke sind miteinander über Paare von Querstangen oder Bügeln 20 verbunden,, mit denen die Matrize fest verbunden ist. Diese Anordnung gestattet eine Bewegungsfreiheit für die Matrize in Richtung parallel zur Achse der Furmöffnuntf-. Zwischen der fönten Montageeinheit 21 und einem dor Wh-yi 20 int oin Schalter «angeordnet, der die Kraft misrt bzw. ;;Louert. Diurscir Schal ic.r ijmfaa«t einen IT-förmigen Bügel 22, der no montiert iatt' dass boi einer Bewegung der Matrize nach
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links in den Fig. 2 und 3 die Schenkel des Bügels 22 zusammengedrückt werden. Diese Bewegung ergibt sich als Resultat der Zugeinrichtung 17 in Pig. 1, wenn diese eine grössere Kraft aufwenden muss, um den Formling durch die Formöffnung bzw. Formpassage in der Formmatrize zieht. Es wurde gefunden, dass die erforderliche Zugkraft von den Temperaturänderungen der imprägnierten Faserverstärkung abhängt, die unter dem Einfluss des Hochfrequenz-Vorheizers sich entwickeln. Wenn die Temperatur der imprägnierten Faserverstärkung zu nahe zum Härtepunkt des Harzes ansteigt, so wächst auch die notwendige Zugkraft.
Bei der dargestellten Ausführungsform (vgl. insbesondere die Fig. 2 und 4) dient die Bewegung der Formmatrize 11a unter dem Einfluss eines anomalen Ansteigens der Zugkraft dazu, um die Schenkel des U-fö'rmigen Bügels aufeinander zu zu biegen. Diese Biegung wird dazu verwendet, um gewisse Schalter zu betätigen, beispielsweise Mikroschalter 23 und 24. Wie in Pig. 4 schematisch angedeutet, ist der Schalter 23 so angeordnet, dass er den Leistungseingang für den Hochfrequenz-Vorheizer begrenzt. Biese Schalter-Kontrollsteuerung ist also nicht direkt ein Teil der Hochfrequenz-Schaltung. Bei einem Anwachsen der Zugkraft über einen vorbestimmten Punkt hinaus öffnet der Mikroschalter 23 und unterbricht den Leiätungseingang für den Hochfrequenz-Vorheizer. Die Temperatur, bei der dies geschieht, kann leicht durch bekannte Justiereinrichtungen eingeregelt werden, die mit handelsüblichen Mikroschaltern ausgerüstet sind.
Der andere Mikroschalter 24 ist vorzugsweise-so angeordnet, dass er die Betriebsschaltung für eine Signallampe 25 bei einem Anwachsen der Zugkraft.über eine bestimmte Grenze hinaus schliesst. Die optische Warnung ist vorzugsweise so programmiert, dass sie aufleuchtet, bevor der Mikroschalter 23 den Hochfrequenz-Vorheizer abschaltet. Der Mikroschalter ist fernerhin vorzugsweioe justierbar, um verschiedene Punkte einstellen zu können, bei denen das Signal erzeugt wird.
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Verschiedene Harzzusammensetzungen erfordern natürlich verschiedene Vorheizung und daher auch eine unterschiedliche Justierung , der Steuereinrichtungen.
Wie erwähnt, kann die Tandemheizung'mit Hochfrequenz und der Matrizenheizung für die Pultrusion beliebig geformter Produkte verwendet werden. Bei verschiedenen Ausformungeh ist es natürlich erwünscht, Verstärkungen in einer Anzahl verschiedener Formen zu verwenden. Manchmal werden Verstärkungen in Mattenform mit Bindern verwendet, um die Verknüpfung der Fasern oder Gewebe aufrechtzuerhalten, aus denen die Matte hergestellt ist. In manchen Fällen können die verwendeten Binder zum Erweichen an der Vorheiztemperatur im Hochfrequenz-Vorheizer nach der Erfindung verwendet werden. In diesem Fall können einige der Verstärkungselemente durch das Hochfrequenz-Vorheizfeld gehen u'nd andere Verstärkungselemente können der Herstellungslinie des Pultrusionsverfahrens zwischen dem Hochfrequenz-Vorheizer und dem Eingang der Formmatrize zugeführt werden.
Als Beispiel für diese abgewandelte Ausführungsform wird auf Fig. 5 verwiesen, wo schematisch gewisse Teile eines abgeänderten Systems mit einem Harzreservoir oder.Trog 8a, einer dielektrischen Heizeinrichtung mit Elektroden 10-10 und einer gespalteten Matrize 11b dargestellt sind. '
In Fig. 5 wird angenommen, dass ein Streifen hergestellt werden soll, beispielsweise ein Stück mit 1/4" Dicke und beliebiger Breite, beispielsweise 4" oder 6". Hierzu wird eine Gruppe von Glasfibermatten 26 in geeigneter tfeise in und durch den Trog 8a geführt. In einem Teil des Förderweges innerhalb des Harztroges sind die Matten vorzugsweise getrennt, so dass das flüssige Harz in den Raum zwischen den Matten eindringen kann, so dass diese, dm-ch und durch getränkt werden. Die öffnung am Abgabeende des Troges 8a kann über ein Paar von unter Abstand voneinander angeordneten Stangen gebildet werden, wie sie bei Position 27 angedeutet sind. Diese besitzen voneinander einen geeigneten Abstand,
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so dass nicht nur die Matten zusammengebracht werden, sondern sie bemessen auch den mitgeführten Harzanteil, wie oben erläutert wurde. Ein Paar von zusätzlichen, unter Abstand voneinander angeordneten Führungsatangen 28 ist stromab der Hoclifrequenz-Heizeinrichtung angeordnet und stellt eine geeignete Positionierung der imprägnierten Faserverstärkung bei deren Durchgang durch das Feld zwischen den Elektroden 10-10 dar. Hier können alternativ auch Mikrowellen verwendet werden, wobei dann die Elektroden 10-10 durch eine Wellenführungskammer ersetzt werden.
Wie bei anderen Ausführungsformen soll die Hochfrequenz-Heizung ausreichen, um die imprägnierte FaserverStärkung im .gesamten Querschnitt des Stückes auf eine Temperatur zu erwärmen, die kurz unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei der das Harz fühlbar ausgehärtet wird.
Fig. 5 zeigt weiterhin die Verwendung zusätzlicher Verstärkungen, beispielsweise faseriger Matten, die besonders für die Formung der Oberflächenschicht des gerade hergestellten Artikels geeignet sind. Die3e zusätzlichen Matten werden von Vorratsrollen 29-29 zugeführt,- und jede Hatte wird durch ein Harzbad 30-30 geleitet. Geeignete Führungen sind vorgesehen, so dass nach dem Imprägnieren der Matte diese geführt und zum Eingangsende der Formöffnung in der Matrize 11b oben auf und unten unter den hergestellten Streifen gegeben wird. Diese Oberflächenmatten werden also an einem Punkt zugeführt, wo sie nicht der Y/ärme des Hochfrequenz-Vorheizers ausgesetzt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der·der Matrize von allen Faserverstärkungen zusammen zügeführte Betrag an Harz mit dem Volumen der Faserverstärkung noch vorzugsweise über dem Volumen liegen, das notwendig ist, um den Querschnitt der Forniöffnung auszufüllen. Dieser überschüssige Betrag wird am Eingang der Formöffnung abgeführt. Er fliesot in den unteren Trog .50. Die Matrize 11b kann auch wie in Ti^* t geheizt werden ,und et; kann auch ihr Eingangsende wie in Fig. 1 gekühlt werden.
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_ 15.
Das in Pig. 5 gezeigte System ist vor allem dann "vorteilhaft, wenn Oberflächenniatten mit einer feinen Textur und guten Bindungseigenschaften zu den Matten oder Vorgespinsten verwendet werden, die im Inneren der Form sind. Solehe Matten, beispielsweise die Matten "GFRM", hergestellt von der -Firma Modiglass Fibers, Inc., werden aus vielen einzelnen fortlaufenden Fäden hergestellt, die nicht zu Garnen oder Gespinsten versponnen werden, sondern die so verteilt werden, dass sie überlappenden Wellenlinien folgen. Obgleich die Fasern dieser Matten mittels eines Binders gebunden sind, besitzt die Grundkonstruktion der Matten keine hohe Zugspannung,und ein Erweichen des Binders durch ein ausgjebiges Vorheizen, wie es bei dem Hochfrequenz-Vorheizer nach der Erfindung erfolgen würde, ergäbe eine beträchtliche Schwächung der Matte, so dass sie beim Behandeln und Ziehen durch die Formmatrize Schaden nehmen könnte« Derartige Oberflächenmatten brauchen jedoch keine schwerke Konstruktion zu haben, und sie können daher leicht in der Formmatrize zusammen mit der vorgewärmten Faserverstärkung ausgehärtet werden, die den Innenteil des Querschnittes ausfüllen. Derartige Matten besitzen wünschenswerte Oberflächeneigenschaften und können in der beschriebenen Art und Weise ohne Schaden zu nehmen eingeführt werden, und zwar trotz ihrer vernaltnismässig niedrigen Zugspannung.
- Ansprüche 3098U/0757

Claims (14)

  1. Verfahren zum Formen von faserverstärkten Harzforrnen unter ■-Ziehen eines faserverstärkten Materials, das mit einem flüssigen, unter Wurme aushärtendem Harz getränkt ist, durch eine beheizte Formöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Harzmaterial vor «einem Eintritt in die Formöffnung dadurdh vorgewärmt wird, dass die mit Harz getränkte Faserverstärkung durch ein Hochfrequenz-Feld geht, und dass die getränkte Faserverstärkung von diesem Hochfrequenz-Feld vor dem Aushärten des Harzes der beheizten .'°ormöffnung zugeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, dass die Hochfrequenz-Vorheizung bei eines wesentlichen Anwachsen der Kraft, die erforderlich ist, um die Materialien durch die Formöffnung zu ziehen, "begrenzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das imprägnierte Verstärkungsmaterial beim Passieren der r'ormöffnung ausreichend erwärmt wird, um die gerade hergestellte Form zu verfestigen.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass das durch das Hochfrequenz-Feld mit dem Vcretärjcungsniaterial geführte flüssige Harz den Potrag übersteigt, der zusammen mit dem Volumen der, VerstärKungsmatori^ls den gesamten Querschnitt der Forinüffnuii^ ausfüllen würde, wobei das überschüssige Harz vom Verstärkungsmuterinl am 'fC-ingang der Forruü.ffnung abgegeben wird.
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    - or- ■
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Ms 4» dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsende der Formöffnung gekühlt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass faseriges Material zur Oberflächenverstärkung mit flüssigem, unter Einwirkung von Wärme aushärtendem Harz getränkt wird, und dass dieses Material unter Umgehung des Hochfrequenz-Vorheizfeldes in die Formöffnung an einer Oberfläche der Form geführt wird.
  7. 7. Vorrichtung zum Formen kontinuierlicher Längen von faserverstärkten Harzformen nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Formeinrichtung mit einer sich durch sie erstreckenden Formöffnung mit einer Querschnittsform, die im wesentlichen der Querschnittsform des herzustellenden Artikels entspricht, ferner mit einer Tränkeinrichtung für die Faserverstärkung mit flüssigem, unter Einwirkung von Wärme aushärtendem Harz, mit einer Einrichtung für die Zufuhr der imprägnierten Verstärkung in und durch die Formöffnung, mit einer Heizeinrichtung für die imprägnierte Faservorstärkung beim Passieren der Formöffnung, um eine Verfestigung des Harzes beim Passieren der Formöffnung zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hochfrequenz-Heizeinrichtung (10, 10) vorgesehen ist, die Elemente besitzt, die an verschiedenen Seiten der imprägnierten Faserverstärkung in dessen Förderweg von der Tränkeinrichtung zur Formöffnung angeordnet sind, und dass die Tränkeinrichtung einen Abstand von der imprägnierten Faserverstärkung einhält, ,jedoch nahe genug an der imprägnierten Faserverstärkung liegt, um ein Hochfrequenz-Feld zu erzeugen, das eine wesentliche Vorheizung der imprägnierten Faserverstärkung erzielt,
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass eine Kiihl.einrj chtung für df us "iCinga ruhende dor Formeinrichtunt>· (1.1, 1 ! ay vorgesehen is L.
    3098H/0757 BAo
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führung vorgesehen ist, die die imprägnierte Faserverstärkung; zwischen der Imprägni ere inr ich tung (8, 8a) und der Hochfrequenz-Heizeinrichtung (10,10) führt.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung eine öffnung besitzt, die den Betrag an Harzmaterial· abmisst, der von dem Verstärkungsmaterial mitKoführt wird.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führung vorgesehen ist, die die imprägnierte FaserverStärkung sowohl stromab wie auch stromauf dor Hochfrequenz-Heizeinrichtung ergreift, und die einen gleichförmigen Abstand der imprägnierten Faserverstärkung in Bezug auf die Elektroden der Heizeinrichtung aufrecht erhält.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung vorgesehen ist, mit der das mit Harz imprägnierte faserige Verstärkungsmaterial für die Oberfläche in einem Förderweg gefördert wird, der die erste getränkte Faserverstärkung an einem Punkt zwischen der Hochfrequenz-Heizeinrichtung (10,10) und der Formöffnung berührt (Fig. 5).
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzelehnet, dass eine Kühleinrichtung für die geformten Formlinge zwischen der Formeinriclitung und einer Zugeinrichtung (17,17) vorgesehen ist.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung vorgesehen ist, die · auf ein Anwachsen der notwendigen Zugkraft anspricht, um die Hochfrequsnz-Vorheizung zu begrenzen.
    Der Patentanwalt: 309JBU/0757
    BAD ORIGINAL
    Leerseite
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