DE2421619C3 - Verfahren zum Herstellen eines glasfaserverstärkten Kunststoff-Formteils und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines glasfaserverstärkten Kunststoff-Formteils und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines glasfaserverstärkten Kunststoff-Formteiles, bei
dem ein oder mehrere Glasfadenstränge mit einem härtbaren Kunstharz, z. B. ungesättigtem Polyesterharz,
getränkt und kontinuierlich ein- oder mehrlagig auf einen Trägerkörper aufgebracht werden, wobei die
Härtung des Kunstharzes der einzelnen Fadenlagen auf dem Trägerkörper vor dem Aufbringen jeder weiteren
Fadenlage mittels UV-Strahlung eingeleitet wird und die Aushärtung des Formteiles nach dem vollständigen
Aufbringen der Fadenlagen beendet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 22 59 161 beschrieben. Bei diesem Verfahren
sind über dem rotierenden Formteil ortsfest nebeneinander mehrere Strahlungsquellen angeordnet. Mit
diesen soll im Zuge des Wickelprozesses das Kunstharz unterer Fadenlagen angeliert, jedoch nicht ausgehärtet
werden. Nachteilig ist dabei, daß die einzelnen Fadenstrangabschnitte unterschiedlich lang bestrahlt
werden, da die Strahlungsquellen ständig auf die gesamte Länge des Formteils einwirken. Die Bestrahlung
ist somit nicht dem Ablauf des Wickelvorganges angepaßt. Ein solches Verfahren ist auch in der GB-PS
11 60 021 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die
Fadenstrangabschnitte im Zuge des Wickelvorgangs mit gleicher Intensität bestrahlt werden. Außerdem ist
es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, die ein solches Verfahren mit einfachen Mitteln
durchzuführen erlaubt.
Zur Lösung obiger Aufgabe erfolgt lüi einem
Verfahren der eingangs genannten Art die Einleitung des Härtevorgangs des Kunstharzes nur in dem
begrenzten Bereich des Fadenstranges, in dem dieser auf den Trägerkörper bzw. die bereits vorhandenen
Fadenlagen aufgebracht wird. Das Angelieren bzw. die Einleitung der Aushärtung und deren Fortsetzung
erfolgen also in allen Bereichen fortschreitend mit dem Wickelvorgang mit gleicher Intensität Es ;;.t jeder
Fadenabschnitt praktisch gleich lang der Strahlungsquelle ausgesetzt
Das gleichzeitige Aufbringen und UV-Bestrahlen der Glasfadenstränge bringt es mit sich, daß das Kunststoff-
!5 Formteil nach der Beendigung der Glasfadenbeschichtung praktisch ausgehärtet ist Bei mehrlagiger Bewicklung
werden etwa zwischen unteren Glasfadensträngen auftretende Risse durch die Kunstharztränkung der
nächsten Lage ausgefüllt
Der Ablauf des Aushärtevorgangs läßt sich durch einen dem Kunstharz beigemischten, aktivierenden
Zusatz beeinflussen. Für ungesättigte Polyesterharze eignen sich beispielsweise Acyloine bzw. Acyioinderivate.
Vorzugsweise wird dem ungesättigten Polyesterharz ein derartiger Zusatz in einem solchen prozentualen
Anteil beigemischt, daß das Polyesterharz erst dann von der Gelierphase in die Härtephase des Aushärtevorgangs
übergeht, werji 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 Einbringen des Kunstharzes einer späteren Lage
vollständig geschlossen werden. Eine solche zeitliche Abstimmung ist möglich, da die Fadenstrangabschnitte
entsprechend des fortschreitenden Bewickelvorganges bestrahlt werden und nicht die Strahlung ständig über
die gesamte Länge des Formteils auf die getränkten Glasfadenstränge einwirkt.
Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens ist eine Drehvorrichtung für den
Trägerkörper vorgesehen, der für jeden Fadenstrang eine längs der Drehachse des Trägerkörpers verschiebliehe
Abwickeleinrichtung für die Fadenstränge zugeordnet ist. Vorzugsweise ist dabei jede Abwickeleinrichtung
mit einer Strahlungsquelle gekoppelt, die parallel und gleichlaufend zur Abwickeleinrichtung
verschiebbar ist. Vorzugsweise liegen die Strahlungsquellen und die Abwickeleinrichtungen — 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 Glasfaserbeschichiung
voneinander lösen.
Anhand der folgenden Beschreibung wird die
Anhand der folgenden Beschreibung wird die
Erfindung an einem speziellen Ausführungsbeispiel beschrieben. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 ein Diagramm des Aushärtvorganges,
Fig.2 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in Seitenansicht schematisch und
F i g. 3 die Vorrichtung nach F i g. 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
700C Die Gelierphase ist nach etwa 6 Minuten beendet
Es schließt sich ein schneller Temperaturanstieg in der Härtephase 5bis auf etwa 200° C an. Nach einer Zeit
von 8 Minuten ist der Aushärtevorgang praktisch beendet Die Kurven II und III gelten für Polyesterharze
mit anderen bzw. anders dotierten Aktivierungszusätzen.
Ersichtlich läßt sich also die Dauer der Ge'.erphase in
weiten Grenzen einstellen, wobei die Zeit bis zur Beendigung des Aushärtens wesentlich kürzer ist als
beispielsweise die bei Infrarot-Bestrahlung notwendige Zeit von etwa 3 Std.
Bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Vorrichtung ist
ein Trägerkörper I1 der in eine Drehvorrichtung 2, 3
eingespannt ist, um eine Drehachse in Richtung des Pfeiles Crotierbar. Im Teil 2 ist ein motorischer Antrieb
zur Drehung des Trägerkörpers 1 vorgesehen. Der Trägerkörper ist von einem hohlen vorgefertigten,
beispielsweise geblasenen 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 Führungsschier^n 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 dn Glasfadenstrang
zur Abspulung bereitgehalten wird, einen Tränktrog 10 bzw. 11, in dem sich das Tränkmittel für die
Glasfadenstränge, beispielsweise ein Polyesterharz oder ein Epoxidharz befind*.'·, und Führungsmittel für die
Glasfadenstränge auf. Die Führungsmittel bestehen aus Umlenkro'len 12 bzw. 13, die die Glasfadenstränge
durch den Tränktrog 10 bzw. 11 leiten, und aus gebremsten Rollenpaaren 14 bzw. 15, die eine Spannung
der Glasfadenstränge hervorrufen. Die Glasfadenstränge verlassen die Abwickeleinrichtungen 4 und 5 durch
Führungsaugen 16 und 17.
Weiterhin weist die Vorrichtung Beslrahlungseinrichtungen 18 und 19 auf. Diese sind an parallel zur
Drehachse des Trägerkörpers 1 verlaufenden weiteren Führungsschienen 2Ö und 21 ebenfalls in Richtung des
Doppelpfeiles D längsverschieblich. Jede der Bestrahlungseinrichtungen
18 und 19 weist eine Ultraviolett-Strahlungsquelle 22 bzw. 23 auf. Die Bestrahlungfeinrichtung
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 Abwickelvorrichtung 5 folgt und die Bestrahlungseinrichtung 19 der Bewegung der Abwicklungseinrichtung
4. Die Bestrahlungeinrichtung 19 ist zusätzlich in Richtung des Doppelpfeiles E höhenverstellbar.
Die Kopplungsmaßnahmen zwischen den Abwicklungseinrichtungen 4 bzw. 5 und den Bestrahlungseinrichtungen
18 bzw. 19 sind nicht im einzelnen gezeichnet Sie sind so ausgelegt, daß die Bestrahlungseinrichtungen jeweils den von der zugeordneten
Abwickeleinrichtung auf dem Trägerkörper 1 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 11 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 uiid damit Riß- bzw. Lückenbildungen
werden durch Überwickeln dieser Stellen mit frischgetränkten
Glasfadensträngen im Zuge des Bewicklungs-.organges
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 (3)
1. Verfahren zum Herstellen eines glasfaserverstärkten Kunststoff-Formteiles, bei dem ein oder
mehrere Glasfadenstränge mit einem härtbaren Kunstharz, z.B. ungesättigtem Polyesterharz, getränkt
und kontinuierlich ein- oder mehrlagig auf einen Trägerkörper aufgebracht werden, wobei die
Härtung des Kunstharzes der einzelnen Fadenlagen auf dem Trägerkörper vor dem Aufbringen jeder
weiteren Fadenlage mittels UV-Strahlung eingeleitet wird und die Aushärtung des Formteils nach dem
vollständigen Aufbringen der Fadenlagen beendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einleitung des Härtevorganges des Kunstharzes nur in dem begrenzten Bereich des Fadenstranges
erfolgt, in dem dieser auf den Trägerkörper bzw. die
bereits vorhandenen Fadenlagen aufgebracht wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der eine Drehvorrichtung für
den Trägerkörper vorgesehen ist, der für jeden Fadenstrang eine längs der Drehachse des Trägerkörpers
verschiebliche Abwickeleinrichtung für die Fadenstränge zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Abwickeleinrichtung (4, 5) mit einer Strahlungsquelle (22, 23) gekoppelt ist, die parallel
und gleichlaufend zur Abwickeleinrichtung (4, 5) verschiebbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsauellen (22, 23) und die
Abwickeleinrichtungen (4, 5) — bezogen auf den Trägerkörper (I) — einander gegenüberliegen.
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