DE2650859C3 - Verfahren zur Herstellung von Großbauteilen aus faserverstärktem Kunststoff und Einrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Großbauteilen aus faserverstärktem Kunststoff und Einrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens

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Description

J5
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Großbauteilen aus faserverstärktem Kunststoff, wobei vorimprägnierter Faserwerkstoff schichtweise auf eine Form aufgelegt und unter Druck und Wärmezufuhr ausgehärtet wird und eine Einrich- ίο tung zur Durchführung dieses Verfahrens, vorzugsweise für Luft- und Wasserfahrzeuge.
Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Bauteilen der vorgenannten Art werden Fasermatten und/oder -gewebe und/oder -Rovings in oder auf einer 4S Form mit flüssigen Kunststoffen, wie Epoxid-(EP)- oder ungesättigte Polyester~(UP)-Harzmassen, imprägniert Hierbei sind sowohl Positiv- als auch Negativformen üblich. Die Aushärtung des Kunststoffs erfolgt bei Zimmertemperatur oder durch Wärmezufuhr. Aus H. 5& Hagen »Glasfaserverstärkte Kunststoffe«, 1961, Seite ist ein derartiges Verfahren bekannt
Die Zeit, die zum Auflegen der einzelnen Lagen zur Verfügung steht, ist gegeben durch die Topfzeit der flüssigen Kunstharzmassen. Können nicht alle Lagen während einer Topfzeit aufgelegt werden, so wird das. Auflegen nach dem Mischen einer neuen Kunstharzmenge fortgesetzt Die wichtigsten Nachteile dieses Verfahrens sind folgende:
1. Das Verfahren ist sehr lohnintensiv.
2. Da das Mischen der Kunstharzmasse von Hand erfolgt sind Mischungsfehler möglich.
3. Durch das Auflegen und Imprägnieren von Hand kann das Verhältnis Fasern zu Kunststoff nicht konstant gehalten werden.
4. Die interlaminare Schubfestigkeit ist gering.
5. Ungenauigkeiten beim Mischen und Auflegen führen zu Festigkeitsverlusten, die zwar durch höhere Dimensionierung ausgeglichen werden können, was aber zu höheren Baugewichten führt 6, Beim Hantieren mit den flüssigen Kunstharzmassen werden flüchtige Bestandteile frei, die gesundheitsschädlich und umweltfeindlich sind.
Vorteil:
Bei Kaltaushärtung können sehr große Bauteile hergestellt werden.
Nach H. H a g e η, »Glasfaserverstärkte Kunststoffe«, 1961, Seiten 394 und 395, ist es bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffgegenständen weiterhin bekannt Faserwerkstoffe mehrschichtig auf Formen (Positiv- oder Negativformen) aufzulegen, mit Kunstharz zu übergießen, dann mittels einer Kunststoffolie abzudecken, den Raum zwischen der Kunststoffolie und den harzgetränkten Glasfasermaterialien zu evakuieren und dann in üblicher Weise, d.h. kalt oder durch Wärmezufuhr auszuhärten. Es ist nun naheliegend, bei dieser »Vakuumsackmethode« vorimprägnierte Faserwerkstoffe zu verwenden. Die in diesen Werkstoffen enthaltene Kunstharzmasse ist bereits gemischt Die Aushärtung erfolgt durch Wärmezufuhr. Die wichtigsten Vorteile dieses Verfahrens sind folgende:
1. Der Arbeitsaufwand ist geringer als bei dem erstgenannten Verfahren, da das Imprägnieren entfällt Hierdurch ergibt sich eine schnellere Arbeitsweise. Die Verarbeitung selbst ist dadurch weder gesundheitsschädlich noch umweltfeindlich.
2. Das Mischen des Kunststoffs beim Werkstoffhersteller schaltet Mischungsfehler aus.
3. Das Verhältnis Fasern zu Kunststoff ist innerhalb enger Grenzen konstant
4. Die interlaminare Schubfestigkeit ist hoch.
5. Die hohe Konstanz der Mischungsverhältnisse ergibt gleichmäßige Festigkeitswerte, die niedrige Sicherheitsfaktoren und damit kleinste Baugewichte erlauben.
Diesen Vorteilen steht jedoch folgender Nachteil gegenüber:
Die Aushärtung muß durch Wärmezufuhr erfolgen. Daher ist die Größe der Bauteile durch die Abmessungen des Autoklaven oder des Ofens begrenzt
Die für beide vorbeschriebenen Verfahren verwendeten Formen werden dadurch hergestellt daß man Spantformen aufstellt und die strakenden Flächen aus warmfestem Material herstellt Hierbei ist es erforderlich, daß die entsprechenden Teile vor dem Einpassen die richtige Rundung bzw. sphärische Form erhalten. Hieraus ergeben sich sehr hohe Erstellungskosten der Form.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dessen Hilfe Großbauteile aus faserverstärkten Kunststoffen unter Verwendung vorimprägnierter Faserwerkstoffe und durch Warmaushärtung ohne Autoklav oder Heizofen hergestellt werden können, wobei das Aufeinanderpressen der einzelnen Lagen durch Atmosphärendruck erfolgt und die Form mit Aufwendung geringer Mittel erstellt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine schrittweise Herstellung der Großbauteile, wobei der bereits in der erforderlichen Dicke auf die Form aufgelegte vorimprägnierte Faserwerkstoff mittels der bekannten Vakuumsackmethode unter lokal begrenzter Wärmezufuhr aushärtet, während gleichzeitig im angrenzenden Bereich der Form weiterhin vorimprilgnierter Faserwerkstoff aufgelegt wird.
Die Erfindung ist an Hand der folgenden Abbildungsbeschreibung näher erläutert Es zeigt
Fig, 1 einen Längsschnitt durch eine Form mit teilweise aufgelegten Fasermatten,
F i g. 2 eine schematische Darstellung der aufgelegten Lagen nach Fig. 1,
F i g. 3 einen Querschnitt durch eine Beispielsausführung einer Form wie sie for die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.
Fig.1 zeigt eine Beispielsausfflhrung einer Form 1 für einen großen Bootskörper. Die bei niedrigen Temperaturen gelagerten vorimprägnierten Fasermatten 2 werden in mehreren Lagen überlappend auf die Form aufgelegt Innerhalb der in den Matten enthalte- is nen Kunststoffmasse setzt bereits bei Zimmertemperatur — wenn auch begrenzt — eine Abbindereaktion ein. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht daher vor, daß das bis zur erforderlichen Dicke auflaminierte Fasermaterial 2 schon ausgehärtet wird, während in den angrenzenden Bereichen weiter auflaminiert wird (Schrittbauweise). In F i g. 1 und 2 ist ein Teil des auf die gewünschte Dicke gebrachten Bereiches durch ein Vlies 3, eine Vakuumfolie 5, die am Rand durch eine Dichtschnur 14 gegen die Atmosphäre abgedichtet ist, und eine beheizbare Matte 4 abgedeckt Das Vlies 3 bewirkt daß das Vakuum unter der Vakuumfolie an allen Stellen aufgebracht werden kann. Zum Aushärten des von der Matte überdeckten Bereiches wird zunächst der gesamte Raum zwischen der Vakuumfolie 5 und der jo Form 1 durch eine Vakuumpumpe über den Schlauchanschluß 6 evakuiert Hierdurch wird die Folie 5 vom Atmosphärendruck fest gegen das vorimprägnierte Fasermaterial 2 gepreßt Anschließend wird die Heizmatte aufgeheizt wobei Heizdauer und Tempera- J5 tür durch das zu verarbeitende Material bestimmt werden. Hierbei wird die Kunststoffmasse zunächst plastisch, so daß sich die Lagen 2 gut an die Form 1 anlegen. Nachdem die Aushärtereaktion beendet ist werden die Vakuumfolie 5, die Heizmatte 4 sowie das Vlies 3 entfernt und auf den inzwischen fertig auflaminierten angrenzenden Bereich in der vorbeschriebenen Weise aufgelegt und auch dieser Bereich durch Aufheizen der Matte ausgehärtet Hierbei kann auch gleichzeitig mit mehreren Matten gearbeitet werden. Dabei ist darauf zu achten, daß an der Grenze zwischen den zu verschiedenen Zeiten ausgehärteten Bereichen keine ungehärtete Stelle bleibt
F i g. 2 zeigt schematisch den laminierten Schichtaufbau mit einem bereits ausgehärteten Bereich 10 (schraffiert), einem Bereich 11, der gerade ausgehärtet wird und einem Bereich 12, der während des Aushärtens von 11 gerade laminiert wird. Der Deutlichkeit halber ist die Dicke des vorimprägnierten Fasermaterials unmaßstäblich vergrößert dargestellt Auf die vorbeschriebene Weise wird die gesamte Wandung des Bootskörpers fortlaufend laminiert und schrittweise ausgehärtet Bei Anwendung dieses Verfahrens können alle bekannten Bauweisen verwirklicht werden. So kann man z. B. Spante und Stringer durch Einlegen entsprechender Formteile aus Hartschaum einformen oder Sandwichwände mit Schaum oder Wabenkern herstellen.
F i g. 3 zeigt im Querschnitt eine Beispielsausführung einer Form für einen Bootskörper mit den Spantformen 20, den Längslatten 21 und den Verschalungen 22. Hieraus ist zu ersehen, wie die strakend^ Fläche durch die geformten Kunststoffplatten 22 gebildet wird. Die Spantformen 20 und die Längslatten 21 sind aus Holz gefertigt Das so gebildete Holzgerüst ist durch aufgenagelte Platten wie z. B. aus Polycarbonat (PC) oder ähnlichem verschalt Diese Platten lassen sich einerseits beim Aufnageln in die gewünschte Form biegen, wobei auch eine geringfügige sphärische Formgebung möglich ist andererseits weisen sie jedoch die notwendige Formsteifigkeit auch bei der Aushärtetemperatur des flüssigen Kunststoffs auf. Die Formgebung der Kunststoffplatten geschieht beim Aufnageln weitgehend im elastischen Bereich. An besonders stark zu verformenden Stellen ist nach Aufheizung z. B. durch Infrarotstrahler eine plastische Formgebung der Platten möglich. Formen der vorgenannten Art bieten den Vorteil, daß sie mit wesentlich geringerem Aufwand erstellt werden können als Formen aus Stahl oder Leichtmetall.
Eine denkbare Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, daß die Heizmatten von aufgeheizten Medien (z. B. Dampf und/oder öl) durchströmt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;
1. Verfahren zur Herstellung von Großbauteilen aus faserverstärktem Kunststoff, wobei vorimprägnierter Faserwerkstoff schichtweise auf eine Form aufgelegt und unter Druck und Wärmezufuhr ausgehärtet wird, gekennzeichnet durch eine schrittweise Herstellung der Großbauteile, wobei der bereits in der erforderlichen Dicke auf die ι ο Form aufgelegte vorimprägnierte Faserwerkstoff mittels der bekannten Vakuumsackmethode unter lokal begrenzter Wärmezufuhr aushärtet, während gleichzeitig im angrenzenden Bereich der Form weiterhin vorimprägnierter Faserwerkstoff aufgelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr durch Matten geschieht, die von einem aufgeheizten Medium, wie Wasserdampf oder öl durchströmt werden.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 2, wobei die strakenden Flächen der Form durch verformte Platten gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten vorwiegend elastisch geformt sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten aus Kunststoffen wie Polycarbonat bestehen.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten aus elastisch geformten » Blechen bestehen.
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