DE2628670A1

DE2628670A1 - Verfahren zur herstellung von faserverstaerkten schichtwerkstoffen und bauteilen und nach dem verfahren hergestellte bauteile

Info

Publication number: DE2628670A1
Application number: DE19762628670
Authority: DE
Inventors: Ian Kelday Fraser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-06-26
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1977-01-13
Also published as: GB1559802A; FR2317096A1; FR2317096B1

Description

lan Kelday Fräser, Truro, Cornwall, Großbritannien

Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Schichtwerkstoffen und Bauteilen und nach dem Verfahren hergestellte Bauteile

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von leichten, faserverstärkten Schichtwerkstoffen und Bauteilen sowie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bauteile und Werkstoffe.

Übliche leichte Konstruktionswerkstoffe sind geschäumte Kunststoffe, wie Polyurethan oder Polystyrol, üblicherweise mit einer äußeren Haut oder Beschichtung, die sich über einen Teil oder die gesamte äußere Oberfläche erstreckt. Schaumstoffe dieser Art werden häufig verwendet in der Konstruktion von Bootshüllen, Möbeln, Baustoffen und einer Vielzahl von Artikeln des täglichen Gebrauchs. Obgleich dieser Werkstoff viele wünschenswerte Eigenschaften hat, ist er nicht für alle Zwecke brauchbar, da er im allgemeinen verhältnismäßig starr und spröde, wenig widerstandsfähig gegen Stoßbelastung, wenig biegefähig und im übrigen verhältnismäßig teuer und schwer ist. Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten leichtgewichtigen Werkstoff, der verschiedene wünschenswerte Eigenschaften hat, sowie verbesserte Verfahren zur Herstellung derartiger Werkstoffe und Artikel daraus zu schaffen.

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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtwerkstoffes oder Bauteils vorgeschlagen, bestehend aus zwei äußeren Schichten und einer inneren gewellten oder nicht ebenen Kernschicht, wobei die Kernschicht aus faserverstärktem Kunststoff geformt und im feuchten Zustand mittels einem oder mehreren Formelementen in die gewünschte Form gebracht wird, dann ausgehärtet und schließlich mit den äußeren Schichten verbunden wird.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die feuchte imprägnierte Kernschicht über eine Anzahl von im Abstand voneinander befindlichen, im wesentlichen zueinander parallelen Formelementen geformt, um einen wellenförmigen Querschnitt zu erzielen. Die Kernschicht kann verformt werden durch Einführung weiterer Formelemente von entgegengesetzten Richtungen in die Zwischenräume zwischen den ersten Formelementen.

Die Dicke der Kernschicht kann über ihre Länge oder in bestimmten Bereichen unterschiedlich sein. Beispielsweise kann sie im Querschnitt keilförmig verlaufen.

Die äußeren Schichten werden mit der Kernschicht vorzugsweise durch einen Kleber oder einen Kunstharzbinder verbunden und die Mehrfach-Sandwich-Konstruktion wird während der Verklebung beispielsweise durch Vakuum aneinander gehalten.

Die Erfindung umfaßt auch ein Material oder ein Bauteil aus einem Material, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Die Erfindung kann auf verschiedenen Wegen ausgeführt werden, und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit einer Anzahl von möglichen Variationen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Formmaschine zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Herstellung einer wellenförmigen faserverstärkten Kernschicht,

Fig. 2 eine ähnliche Seitenansicht, die eine alternative Art von wellenartiger Verformung illustriert,

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Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer Kernschicht in einer waffelartigen Ausbildung,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer Formmaschine, in der der erste Verfahrensschritt zum Zusammensetzen der drei Schichten vor sich geht,

Fig. 5 eine weitere schematische Darstellung der Formmaschine bei dem Verfahrensschritt des Zusammensetzens, bei welchem Vakuum angewandt wird,

Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnittes eines Leichtwerkstoffs, der entsprechend der Erfindung hergestellt wurde,

Fig. 7 eine perspektivische Teilansicht einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Segellatte, und

Fig. 8, 9 und 10 schematische Seitenansichten, teilweise geschnitten, aus denen drei Verfahrensstufen bei der Herstellung einer gewellten Kernschicht durch ein anderes Verfahren ersichtlich sind.

In dem ersten zu beschreibenden Beispiel besteht der zusammengesetzte Schichtwerkstoff aus zwei äußeren Schichten 8,9 aus glasfaserverstärktem Polyesterharz (siehe Fig.6) und einer inneren gewellten Kernschicht 12 aus dem gleichen Material. In der ersten Verfahrensstufe, die in Fig. 1 dargestellt ist, wird eine Glasfasermatte 12, entweder aus Stapelfaser oder aus kontinuierlichen Fasern, in der üblichen Weise mit flüssigem Polyesterharz imprägniert, und dann die biegsame Matte über ein Formbett gelegt, das eine große Anzahl von parallelen Stahlschienen 10 aufweist, die in Schlitzen in zwei Seitenteilen eines unteren Rahmens 11 angeordnet sind. Eine weitere Serie von parallelen Stahlschienen 13 ist in den Seitenteilen eines oberen Rahmens 14 angeordnet, und dieser obere Rahmen wird sanft abgesenkt, um die oberen Schienen 13 in eine geringfügig überlappende Relation zu den unteren Schienen 10 zu bringen. Alter-

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nativ könnten die Schienen 13 auch einzeln nacheinander in ihre Stellung bewegt werden. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann der Grad der vertikalen Überlappung zwischen den Schienen 10 und 13 sich progressiv von einem Ende zum anderen vergrößern, wodurch die Tiefe der Wellen in der Kernschicht 12 sich progressiv vergrößert.

Nachdem die Kernschicht 12 in der nötigen Weise deformiert wurde, läßt man es aushärten, beispielsweise unter Anwendung von Hitze. Die aus den Rahmen 11 und 14 mit den Schienen 10 und 13 bestehende Form wird geöffnet und die nun starre gewellte Kernschicht 12 entnommen. Darauf werden die beiden ebenen äußeren Schichten 8, 9 in üblicher Weise hergestellt. In diesem Beispiel sind beide Schichten 8, 9 ebenfalls aus einer Glasfasermatte hergestellt, die mit Polyesterharz imprägniert wurde und eine dekorative Außenfläche aufweist. Wie in Fig. 4 und 5 dargestellt ist, werden die beiden äußeren Schichten 8, 9 flach auf zwei Platinen 16, 17 aufgelegt (die die gleichen sein können, auf welchen die Schichten 8, 9 vorher hergestellt wurden). Die einander benachbarten oder inneren Flächen der Schichten 8, 9 können, falls erforderlich, mit einem flüssigen Polyesterharz oder einem anderen Klebemittel beschichtet werden, jedoch ist dies nicht notwendig, wenn die feuchte Kernschicht 12 selbst in der Lage ist, den Klebevorgang durchzuführen. Die gewellte Kernschicht 12 wird, solange sie noch feucht und biegsam ist, auf die eine Außenschicht 9 aufgelegt, und dann werden die beiden Platinen 16,17 aufeinander gefaltet oder geklappt, um die Dreifach-Sandwich-Konstruktion gemäß Fig. 6 zu bilden. Nun wird ein Teilvakuum in der zentralen Zone erzeugt, um zu erreichen, daß die feuchten äußeren "Häute" 8 und 9 sich fest an den Kuppen der Wellen der Kernschicht 12 anlegen. Dies kann entsprechend Fig. 5 mittels eines nachgiebigen Sackes 19 erfolgen, der die ganze Struktur umgibt und mit einer Saugleitung 20 verbunden ist. Alternativ kann ein Klebeband um die Kanten beider Schichten 8,9 oder beider Platinen 16,17 geklebt werden, um einen abgedichteten Innenraum zu schaffen, der nun mit einer Saugleitung verbunden wird. Nachdem der Klebstoff zwischen den Schichten 8,9 und 12 verfestigt ist,

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wird die Vakuumform geöffnet und das Dreifach-Sandwich-Material entnommen. Es kann nun auf die gewünschte Form oder Größe zerschnitten, an seinen Kanten mit Umleimern versehen werden usw. Wenn notwendig, können die inneren Hohlräume um die gewellte Kernschicht herum mit Kunstharzschaum oder anderem leichtem Material gefüllt werden.

Fig. 2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Wellen mit anderem Profil in der Kernschicht 12. Die Stahlschienen 10, 13 in den unteren und oberen Rahmen 11,14 können entfernt und in andere Stellungen gebracht oder durch andere Schienen ersetzt werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann durch Gruppieren der Schienen 10,13 zu Paaren und durch Weglassen einiger Schienen ein offeneres Wellenprofil erzeugt werden.

Ein weiteres mögliches Verfahren zur Herstellung einer gewellten, vorgeformten Kernschicht ist in Fig. 8, 9 und 10 dargestellt. Dieses Verfahren ist besonders anwendbar, wenn verhältnismäßig große Mengen einer bestimmten Wellenform benötigt werden. Bei diesem Verfahren werden zwei Satz Formschienen 10, 13 in den Rahmen 11, 14 wie in dem vorherigen Beispiel einander überlappend angeordnet, wobei ein imprägniertes Faserblatt oder eine verstärkte Fasermatte 25 zwischen den beiden Sätzen festgehalten ist. An dieser Matte ist eine Melanex (Warenzeichen)-Oberflächenschicht 26 als Trennschicht angebracht. Wenn die kunstharzimprägnierte Matte 25 ausgehärtet ist, ergibt sich auf der Seite der Oberflächenbeschichtung 26 eine starre Form 30, die falls notwendig mit Holz- oder Metallrahmenelementen 31 verstärkt werden kann, wie in Fig. 9 dargestellt. Zwei derartige Formen 30 werden aus identischen Abschnitten hergestellt, und in dem in Fig. 10 dargestellten Produktionsprozeß werden die beiden Formenträger 27, 28 zusammengebracht, wobei die imprägnierte feuchte Matte 29 zwischen ihnen liegt, und in die gewünschte Lage zusammengespannt, wobei sie durch nicht dargestellte Abstandshalter daran gehindert werden, voll zu schließen. Die Matte 29 berührt nur die Kuppen der Wellen der beiden Formen 30, während

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die Tiefe der Wellen, die in der Matte 29 angebracht werden sollen, nach Wunsch geregelt werden kann. Wenn die imprägnierte Matte 29 ausgehärtet ist, wird sie zwischen den äußeren Schichten und 9 in derselben Weise befestigt, wie dies vorher unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 beschrieben wurde. Die Erfindung ermöglicht eine sehr genaue Kontrolle der Verjüngung, die durch Veränderung der Tiefe der Wellen erzeugt wurde und sie ist von besonderem Vorteil in der Herstellung von Biegeelementen, wie Segellatten.

Anstelle von Glasfasermaterial können auch andere Verstärkungsfasern verwendet werden, wie Kohlefasern, Metallfasern aus rostfreiem Stahl, Asbestfasern oder dergl. Anstelle von Stapelfaser kann auch eine gewebte oder verfilzte Matte verwendet werden, und anstelle von Polyesterharz kann ein Epoxyharz oder ein anderes Kunststoffmaterial verwendet werden. Schließlich kann für die äußeren Schichten anstelle von faserverstärktem Kunststoff· dünnes Metallblech, beispielsweise aus Aluminium, dünnes Sperrholz, Glas oder anderes Material verwendet werden.

- Patentansprüche - 7

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Claims

Patentansprüche

/ 1.j Verfahren zur Herstellung von leichten Schichtwerkstoffen V_-/ oder Bauteilen, bestehend aus zwei äußeren Schichten und einer inneren wellenförmigen oder nichtebenen Kernschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (12) aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial geformt wird, dann die noch feuchte biegsame Kernschicht (12) mittels einem oder mehreren Formelementen (10,13) in die gewünschte gewellte Form gebracht, dann ausgehärtet und schließlich mit den äußeren Schichten verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die feuchte imprägnierte Kernschicht über eine Anzahl von in einem Abstand voneinander befindlichen, im wesentlichen zueinander parallelen Formelementen (10) geformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernschicht (12) durch Einführen weiterer Formelemente (13) aus entgegengesetzter Richtung in die Zwischenräume zwischen den ersten Formelementen (10) verformt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der gewellten Kernschicht über ihre Länge variiert wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Schichten (8,9) mit der Kernschicht (12) mittels eines Klebestoffs oder eines Kunstharzbinders verbunden werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfach-Sandwich-Konstruktion während der Verbindung der einzelnen Schichten durch Vakuum zusammengehalten wird.

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7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der äußeren Schichten (8,9) ebenfalls aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial bestehen.
8. Material oder Bauelement hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
9. Element in Schichtbauweise, gekennzeichnet durch zwei äußere Schichten (8,9), die nicht parallel oder nicht eben sind und an einer dazwischenliegenden Kernschicht (12) befestigt sind, wobei die Kernschicht aus faserverstärktem Kunstharz besteht und wellenförmigen oder anderen nicht ebenen Querschnitt aufweist und wobei die beiden äußeren Schichten an den Kuppen der Vorsprünge der Kernschicht (12) befestigt sind.

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