DE2421619A1

DE2421619A1 - Verfahren zur herstellung eines glasfaserverstaerkten kunststoff-formteiles und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2421619A1
Application number: DE2421619A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1974-05-04
Filing date: 1974-05-04
Publication date: 1975-11-13
Also published as: DE2421619C3; DE2421619B2

Description

Verfahren zur Herstellung eines glasfaserverstärkten Kunststoff-Formteiles und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines glasfaserverstärkten Kunststoff-Formteiles, bei dem ein oder mehrere Glasfadenstränge mit einem aushärtbaren Kunststoff, beispielsweise ungesättigtem Polyesterharz oder dergleichen, getränkt und kontinuierlich ein- oder mehrlagig auf einen Trägerkörper aufgebracht werden. Gleichzeitig betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Bei Verfahren der genannten Art wird bisher das Aushärten des die Glasfadenstränge tränkenden Kunststoffs gewöhnlich dadurch durchgeführt, daß der mit den Glasfasern beschichtete bzw. bewickelte Formkörper in einem gesonderten Arbeitsgang unter der Einwirkung von Infrarotstrahlen in einem Trocknungsofen gehärtet wird. Dieser Aushärtvorgang dauert bei einem glasfaserverstärkten Kunststoffbehälter beispielsweise drei Stunden. Er erfolgt bei einer Temperatur von 85 - 90°C.
Dieser Aushärtevorgang verteuert das gesamte Herstellungsverfahren durch seine lange Dauer und die notwendigen zusätzlichen Arbeitsgänge. Es kommt hierzu bei glasfaserverstärkten Kunststoffbehältern noch ein weiterer Nachteil, der in einer unkontrollierbaren Verminderung der Festigkeit der Glasfaserverstärkung liegt und der aus dem Ablauf des Aushärtevorganges selbst resultiert.
Wird nämlich der mehrlagig beschichtete Kunststoffbehälter in den Trocknungsofen eingesetzt, erfolgt zunächst eine Aushärtung der äußeren Lagen, die sich dann nach innen hin fortsetzt.
Aufgrund des hohen Schrumpfungsgrades der Polyesterharze können in der Beschichtung Risse auftreten und es kann bereichsweise zu einem Lösen der Lagen voneinander kommen.
Es wurde vorgeschlagen, einen mit Harz getränkt#n Glasfaser gewebe umwickelten rohrförmigen Gegenstard nach Abschluß des Umwickelvorganges an einer Ultraviolett-Bestrahlungseinrichtung vorbeizuführen. Das Harz geht dabei in den festen ZustazId über. Die Aushärtdauer wird durch die Anwendung einer Uitraviolett-Bestrahlung gegeniiber der Infrarot-Bestrahlung wesentlich verkürzt. Dieses Verfahren setzt jedoch die Verwendung vorgefertigter Glasfasergewebeschichten voraus, die sich nicht für die Verstärkung von gewölbten Formen eignen. Darüber hinaus ist hierbei nachteilig, daß durch die nachträgliche Aushärtung des das Gewebe tränkenden Harzes, insbesondere bei mehrlagiger Anordnung des Gewebes, die bereits genannte Rißbildung und Loslösung der einzelnen Lagen entstehen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren anzugeben, bei dem der Aushärtvorgang so durchgeführt wird, daß die kurzdauernde Aushärtung unter Uv-Bestrahlung in das Aufbringen der Glasfaserverstärkung integriert wird. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung anzugeben, die ein solches Verfahren mit einfachen Mitteln durchzuführen erlaubt.
Erfindungsgemäß wird der Aushärtevorgang des Kunststoffs jedes Fadenstrangabschnittes durch eine Bestrahlung dieses Fadenstrangabschnittes mittels einer UV-Strahlungsquelle eingeleitet, sobald dieser Fadenabschnitt auf den Trägerkörper aufgebracht wird, und der Aushärtevorgang wird erst nach dem Abschluß des Aufbringens des Fadenstranges bzw. der Fadenstränge beendet.
Dieses gleichzeitige Aufbringen und Bestrahlen der Glasfaserverstärkung bringt den Vorteil, daß das Kunststoff-Formteil nach der Beendigung der Glasfaserbeschichtung praktisch ausgehärtet ist. Durch die Verwendung der Uv-Strahlung ist eine derartige Verkürzung des Aushärtevorganges möglich.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich insbesondere dann, wenn der Trägerkörper mehrlagig bewickelt wird. In diesem Falle wird nämlich zunächst die unterste Lage bestrahlt, so daß etwa in der Gelierphase des Aushärtevorganges auftretende Risse einer unteren Lage durch die Kunstharztränkung der nächsten Lage ausgefüllt werden bevor diese ihrerseits in den Aushärtevorgang übergeht.
Weitere Vorteile bestehen darin, daß das Kunststoff-Formteil für die Härtung keiner zusätzlichen Einrichtung zugeführt werden muß.
Vorzugsweise wird bei der Durchführung des Verfahrens die Uv-Strahlungsquelle entlang den Stellen des Trägerkörpers geführt, an denen der Fadenstrang abschnittsweise zur Ablage kommt.
Der Ablauf des Aushärtevorganges läßt sich durch einen dem Kunststoff beigemischten, den Aushärtevorgang aktivierenden Zusatz beeinflussen. Für ungesättigte Polyesterharze eignen sich beispielsweise Acyloine bzw. Acyloinderivate. Vorzugsweise wird dem ungesättigten Polyesterharz ein derartiger Zusatz in einem solchen prozentualen Anteil beigemischt, daß das Polyesterharz erst von der Gelierphase in die Härtephase des Aushärtevorganges übergeht, wenn das Aufbringen des Fadenstranges bzw. der Fadenstränge beendet ist. Es läßt sich durch Aktivierungsmittel also die Bewicklungsdauer und die Zeit bis zur Beendigung des Aushärtungsvorganges so aufeinander abstimmen, daß letzterer gerade noch nicht beendet ist, bevor nicht auch die Bewicklung vollständig aufgetragen ist. Andererseits erfolgt aber bereits in der Gelierphase eine Vorhärtung, bei der bereits Schrumpfspannungen im Harz auftreten, die jedoch nicht zu Rissen am fertigen Kunststoff-Formteil führen, da mögliche Risse bei mehrlagiger Bewicklung durch Eindringen des Kunstharzes einer späteren Lage vollständig geschlossen werden.
Vorzugsweise wird zum Bewickeln des Trägerkörpers dieser um seine Längsachse gedreht, eine den Glasfadenstrang abgebende Abwickeleinrichtung wird parallel zur Längsachse des Trägerkörpers bewegt, und die Strahlungsquelle wird parallel und gleichlaufend mit der Abwickeleinrichtung verschoben.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird der Trägerkörper mit mehreren, insbesondere zwei, Glasfadensträngen bewickelt und deren Abwickeleinrichtungen werden derart unterschiedlich bewegt, daß sich die Glasfadenstränge kreuzen und jeder Glasfadenstrang wird beim Bewickeln des Trägerkörpers von einer eigenen Strahlungsquelle bestrahlt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehvorrichtung für den Trägerkörper vorgesehen ist, der für jeden Fadenstrang eine längs der Drehachse verschiebliche Abwickeleinrichtung zugeordnet ist, und daß jede Abwickeleinrichtung mit einer Strahlungsquelle gekoppelt ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegen die Strahlungsquellen und die Abwickeleinrichtung bezogen auf den Trägerkörper einander gegenüber.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich ein Druckbehälter herstellen, in dem als Trägerkörper für die Glasfadenstränge ein vorgefertigter Kunststoffbehälter vorgesehen ist, der mehrlagig bewickelt ist, und wobei die einzelnen Wickellagen gleichmäßig von innen nach außen gehärtet und untereinander vernetzt sind. Ein derartiger Druckbehälter ist in seiner Herstellung preisgünstig und es besteht nicht die Gefahr, daß sich bei wechselnden Druckbeanspruchungen oder starken Temperatursprüngen die einzelnen Lagen der Glasfaserbeschichtung voneinander lösen.
Anhand der folgenden Beschreibung wird die Erfindung an einem speziellen Ausführungsbeispiel beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein Diagramm des Aushärtvorganges, Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Seitenansicht schematisch und Fig. 3 die Vorrichtung nach Fig. 2 von oben.
In Fig. 1 ist der Temperaturverlauf eines kurzzeitig, beispielsweise zehn Sekunden lang, mittels einer Ultraviolett-Strahlung angeregten Polyesterharzes dargestellt, dem Aktivierungszusätze beigemischt wurden. Aus der Kurve I ist ersichtlich, daß etwa 1 Minute nach der Bestrahlung, nachdem das Polyesterharz zunächst eine vergrößerte Viskosität aufwies, die mit A bezeichnete Gelierphase einsetzt. In der Gelierphase liegt die Temperatur beispielsweise zwischen 30 und 70°C. Die Gelierphase ist nach etwa 6 Minuten beendet. Es schließt sich ein schneller Temperaturanstieg in der Härtephase B bis auf etwa 2000C an. Nach einer Zeit van 8 Minuten ist der Aushärtevorgang praktisch beendet. Die Kurven II und III gelten für I'olyesterharze mit anderen bzw. anders dotierten Aktivierungszusätzeii.
Ersichtlich läßt sich also die Dauer der (ìelierpExase in weiten Grenzen einstellen, wobei die Zeit l)is zur i3eendigung des Aushärtens wesentlich kürzei ist als leispielsweise die bei Infrarot-Bestrahlung notwendige Zei ü von etwa 3 Std.
Bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung ist ein Trägerkörper 1, der in eine Drehvorrichtung 2, 3 {ingespannt ist,um eine Drehachse in Richtung des Pfeiles C tierbar. Im Teil 2 ist ein motorischer AntrIeb zur Drehung des Trägerkörpers 1 vorgesehen. Der Tragerkörper ist von einem hohlen vorgefertigten, beispielsweise geblasene oder gegossenen, Kunststoffbehälter gebildet. Dieser Behälter soll zur Erhöhung seiner Druckfestigkeit mit einer mehrlagigen und gekreuzten Glasfaserbewicklung versehen werden.
Die Vorrichtung weist zwei Abwickeleinrichtungen 4 und 5 auf, die an übereinander liegenden parallel zur Drehachse des Trägerkörpers 1 angeordneten Führungsschienen 6 und 7 in den Richtungen des Doppelpfeiles D längsverschieblich sind. Die motorischen Antriebseinrichtungen für die Längsverschiebung der Abwickeleinrichtungen 4 und 5 sind nicht näher dargestellt.
Jede der Abwickeleinrichtungen 4 bzw. 5 weist eine Wickelrolle 8 bzw. 9, auf denen je ein Glasfadenstrang zur Abspulung bereitgehalten wird, einen Tränktrog 10 bzw 11, in dem sich das Tränkmittel für die Glasfadenstränge,beispielsweise ein Polyesterharz oder ein Epoxidharz befindet, und Führungsmittel fiir die Glasfadenstränge auf. Die Fühzungsmittel bestehen aus Umlenkrollen 12 bzw. 13, die die Glasfadenstränge durch den Tränktrog 10 bzw. 11 leiten und aus gebremsten Rollenpaaren 14 bzw. 151 die eine Spannung der Glasfadenstränge hervorrufen. Die Glasfadenstränge verlassen die Abwickeleinrichtungen 4 und 5 durch Führungsaugen 16 und 17.
Weiterhin weist die Vorrichtung Bestrahlungseinrichtungen 18. und 19 auf. Diese sind an parallel zur Drehachse des Tragerkörpers 1 verlaufenden weiteren Führungsschienen 20 und 21 etenfalls-in Richtung des Doppelpfeiles D längsverschieblich. Jede der Bestrahlungseinrichtungen 18 und 19 weist eine Ultraviolett-Strahlungsquelle 22 bzw. 23 auf. Die Bestrahlungseinrichtung 18 ist der Abwickeleinrichtung 5 zugeordnet. Die Bestrahlungseinrichtung 19 ist der Abwicklungseinrichtung 4 zugeordnet. Diese Zuordnungen sind dabei so getroffen, daß die Bestrahlungseinrichtung 18 der Bewegung der M#wickelvorriciftung 5 folgt, und die Bestrahlungseinrichtung 19 der Bewegung der Abwicklungseinrichtung 4. Die Bestrahlungseinrichtung 19 ist zusätzlich in Richtung des Doppelpfeiles E höhenverstellbar. Die Kopplungsmaßnahmen zwischen den Abwicklungseinrichtungen 4 bzw. 5 und den Bestrahlungs einrichtungen 18 bzw. 19 sind nicht im einzelnen gezeichnet. Sie sind so ausgelegt, daß die Bestrahlungseinrichtungen jeweils den von der zugeordneten Abwickeleinrichtung auf dem Trägerkörper a abgelegten Glasfadenstrang bestrahlen und damit den Aushärtevorgang des die Glasfadenstränge tränkenden Kunststoffharzes einleiten. Die weitestmögliche Beabstandung der Strahlungsquellen 22 und 23 von den Tränktrögen 10 und ii ist vorteilhaft, da hierdurch eine unerwünschte Bestrahlung des Kunststoffharzes in den Trögen vermieden ist.
Beim Bewickeln des Trägerkörpers 1, der einen Durchmesser von ca. 40 cm und eine Länge von ca. 90 cm aufweist, das bei einer Wickelgeschwindigkeit von ca. 0,3 m/sec etwa 7 Min. dauert, bewegt sich die Abwickeleinrichtung 5 einmal in Richtung des Pfeiles D von rechts nach links und von links nach rechts. Die Abwickeleinrichtung 4 läuft wesentlich schneller hin und her, so daß der von der Wickelrolle 9 abgewickelte Glasfadenstrang zwei Lagen bildet, die den Trägerkörper 1 in der Fig. 3 mit F bezeichneten Weise umschließen und der Glasfadenstrang von der Wickeleinrichtung 4 mit G bezeichnete Schleifen bildet. Die Wickellagen F und G werden hierbei miteinander verzopft.
Die Strahlungsquelle 22 bestrahlt im wesentlichen den jeweils bei der Drehung des Trägerkörpers 1 neuerlich auf diesem von der Abwickeleinrichtung 4 abgelegten Glasfadenabschnitt und leitet damit dessen Aushärtung ein. Hiervon unabhängig bestrahlt die Strahlungsquelle 23 den von der Abwickeleinrichtung 5 an einer anderen Stelle des Trägerkörpers 1 abgelegten Glasfadenabschnitt. Sie leitet hierdurch dessen Aushärtvorgang ein.
Wenn der Bewicklungsvorgang beendet ist, erreicht auch das die Glasfasern tränkende Polyester insgesamt sehr bald seine endgültige Härte. Etwa bei dem Aushärtungsvorgang in Teilbereichen auftretende Schrumpfungen und damit Riß- bzw. Lückenbildungen werden durch überwickeln dieser Stellen mit frischgetränkten Glasfadensträngen im Zuge des Bewicklungsvorganges ausgeglichen.
Es entsteht ein kontinuierlich von den ersten bis zu den letzten Schichten durchgehärteter glasfaserverstärkter Kunststoffbehälter, der sich sofort nach dem Abschluß des Bewicklungsvorganges aus der Drehvorrichtung entnehmen und weiterbearbeiten läßt. Im Bedarfsfalle kann eine kurzzeitige Nachhärtung vorgenommen werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

10 Verfahren zur Herstellung eines glasfaserverstärkten Ifunststoff-Formteiles, bei dem ein oder mehrere Glasfadenstränge mit einem aushärtbaren Kunststoff, beispielsweise ungesättigtem Polyesterharz oder dergleichen1 getränkt und kontinuierlich ein- oder mehrlagig auf einen Trägerkörper aufgebracht werden, dadurch g e k e n n z e i c h n e t T daß der Aushärtevorgang des Kunststoffes jedes Fadenstrangabschnittes durch eine Bestrahlung dieses Fadenstrangabschnittes mittels einer Uv-S%rahlungsquelle eingeleitet wird, sobald dieser Fadenabschnitt auf den Trägerkörper aufgebracht wird und daß der Aushärtevorgang erst nach dem Abschluß des Aufbringens des Fadenstranges bzw der Fadenstränge beendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die UV-Strahlungsquelle entlang den Stellen des Trägerkörpers geführt wird, an denen der Fadenstrang abschnittsweise zur ablage kommt,
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e S c h n e t , daß dem Kunststoff ein aktivierender Zusatz beigemischt wird, der den Ablauf des Aushärtevorganges beeInflußt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n. e t , daß dem ungesättigten Polyesterharz ein solcher prozentualer Anteil des Zusatzes beigemischt wird, daß das Polyesterharz von der Gelierphase in die Härtephase des Aushärtvorganges übergeht, wenn das Aufbringen des Fadenstranges bzw. der Fadenstränge beendet ist
5 Verfahren nach einem der vorhergehenden AnspriIche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Bewickeln des Trägerkörpers dieser um seine Längsachse gedreht wird, eine den Glasfadenstrang abgebende Abwickeleinrichtung parallel zur Längsachse bewegt und die Strahlungsquelle parallel und / oder gleichlaufend zur wickeleinrichtung verschoben wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ttägerkörper mit mehreren, insbesondere zwei, GIasfadensträtlgen bewickelt wird und daß deren Abwickeleinrichtungen derart unterschiedlich bewegt werden, daß sich die Glasfadenstränge kreuzen und daß jeder Glasfadenstrang i>eim Bewickeln des Trägerkörpers von einer eigenen Strahllungsquelle bestrahlt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t r daß eine Drehvorrichtung (2, 3) für den Trägerkörper Ci) vorgesehen ist, der für jeden Fadenstrang eine längs der Drehachse} des Trägerkörpers verschiebliche Abwickeleinrichtung (4, 5) zugeordnet ist und daß jede Abwickeleinrichtung (4, 5) mit einer Strahlungsquelle (22,23) gekoppelt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e 1 c h n e t , daß die Strahlungsquellen (22, 23) und die Abwickeleinrichtungen (4, 5) bezogen auf den Trägerkörper (1) einander gegenüberliegen.
9. Druckbehälter hergestellt nach einem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Trägerkörper (i) für die Glasfadenstränge ein vorgefertigter Kunststoffbehälter ist, der mehrlagig bewickelt ist, und daß die Wickellagen gleichmäßig von innen nach außen gehärtet und untereinander vernetzt sind.