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 VerfahrensInfo
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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.
Claims (5)
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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