DE2719773A1

DE2719773A1 - Verfahren zur herstellung von hohlkoerpern

Info

Publication number: DE2719773A1
Application number: DE19772719773
Authority: DE
Inventors: Carlo Cascianelli; Giuseppe Dr Lottanti
Original assignee: Micafil AG
Current assignee: Micafil AG
Priority date: 1977-04-07
Filing date: 1977-05-03
Publication date: 1978-10-19
Also published as: CH617126A5

Description

Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern, insbesondere von Rohren, welche aus einem mit einem Harz unter Vakuum imprägnierten Natur- und/oder Kunst-Fasermaterial bestehen.
Formkörper aus faserverstärktem Kunststoff können nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden, wobei vorzugsweise das Wickelverfahren zur Anwendung kommt.
Es ist bekannt, gewickelt Rohre aus Strängen, Vliesen oder Geweben, beispielsweise aus Rovings, schraubenförmig überlappten Bahnen, aus Papierbahnen, sich überkreuzenden Lagen oder aus in voller Breite übereinander gewickelten Lagen, wie Filamentglasgewebebahnen, herzustellen.
Als Material für das Verstärkungsmaterial können auch endlose Kunststoffäden, Filamentglasfäden und/oder Filamenglasgewebe u.dgl. oder Kombinationen dieser Materialien in Frage kommen, wobei das verstärkende Material um einen Wickelkern, beispielsweise Wickeldorn, gewickelt wird. Anschließend bzw. während des Wickelvorganges wird das verstärkende Material mit einem härtenden Harz imprägniert. Die Härtung des Harzes erfolgt in der Regel bei erhöhter Temperatur. Werden hohe mechanische und vor allem elektrisch isolierende Anforderungen an den Hohlkörper, beispielsweise als Rochspannungsisolation, gestellt, so ist es notwendig, die Imprägnierung des gewickelten Rohres nach vorheriger Entfernung der im gewickelten Fasermaterial vorhandenen Luft durchzuführen.
Hierfür sind verschiedene Verfahren bekannt, wobei die Imprägnierung des Wickels z. B. in einer zylindrischen Metallform vorgenommen wird.
Bei diesem Verfahren ist es von Nachteil, daß sich die Lagen des gewickelten Faserverstärkungsmaterials verschieben und die Innenfläche der Form beschädigt wird.
Es ist auch bekannt, anstelle einer zylindrischen Metallform eine mehrteilige Form, vorzugsweise eine Metallform, zu verwenden, die mechanisch geöffnet und geschlossen wird.
Bei diesem Verfahren ist für Jede Hohlkörper-Dimension eine besondere Metallform erforderlich, welche einen erheblichen finanziellen Aufwand bilden.
Von Nachteil ist weiterhin die hohe Wärmekapazität der Metallformen und die hohe Wärmeleitfähiekeit des Metalls, wodurch die erforderliche Steuerung des Gelierungsablaufs, nämlich von innen nach außen, schwer zu beherrschen ist, beispielsweise durch ständig kontrolliertes Abkühlen der Metallform von außen.
Ferner ist vorgeschlagen worden, den Wickel in einem Imprägnierbad zu imprägnieren und anschließend in eine mit dem Imprägnierharz unverträgliche Flüssigkeit zu tauchen und darin aushärten zu lassen.
Dieses Verfahren weit jedoch verschiedene Mängel auf, verursacht durch die ungenügende Lagerstabilität des Imprägnierbades sowie die unerwünschte allmähliche Verschmutzung des Flüssigkeitsbades, in das der Wickel getaucht wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht auch unter Druck eine Vakuumimprägnierung und Härtung des isolierenden Hohlkörpers, insbesondere eines GFK-Rohres, aus faserverstärktem Kunststoff auch für eine geringe Stückzahl ohne Anwendung einer Metallform oder eines Imprägnierbades wirtschaftlich bei gleicher Qualität herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch nachfolgende Verfahrensschritte gelöst, nämlich daß man a) auf eine Kernform das Fasermaterial zu einem Hohlkörper wickelt, b) auf den Hohlkörper einen Außenmantel aus einem eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material aufbringt, c) die Stirnflächen des die Kernform enthaltenden Hohlkörpers abdichtet, d) durch eine der beiden Stirnflächen die im Hohlkörper befindliche Luft absaugt, e) gleichzeitig von der anderen Stirnfläche her ein Imprägnier- harz in die Hohlkörperwände hin einpreßt, f) den Hohlkörper härtet und g) den Formkern aus dem Hohlkörper entfernt und den Außenmantel bis zur imprägnierten Außenoberfläche des Hohlkörpers mechanisch abträgt.
Der Vorteil besteht insbesondere darin, daß mit geringem Aufwand auch eine wirtschaftliche Fertigung einzelner oder in Kleinserie gefertigter mechanisch und elektrisch hochbeanspruchter Hohlkörper ermöglicht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das zur Herstellung des Außenmantels verwendete Material mindestens einseitig mit einem thermoplastischen oder thermohärtenden Harz beschichtet ist.
Ferner ist es zweckmäßig, daß zwischen dem Hohlkörpermaterial und dem Material des Außenmantels ein Trennmittel, vorzugsweise Trennfolie, vorgesehen wird.
Es empfiehlt sich, daß der Außenmantel aus einem Cellulosepapier, einem Kunststoffpapier oder einer Kunststoffolie besteht.
Diese Materialien weisen geringe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch gute Voraussetzungen für eine Steuerung der Härtung des Imprägnierharzes im Hohlkörper von innen nach außen geschaffen werden, wobei aus Preisgründen das Cellulosepapier überwiegend vorzuziehen ist. Mit Vorteil kann der Wickelkörper insbesondere aus in voller Breite gewickelten Bahnen hergestellt werden.
Es empfiehlt sich weit, daß das Material des Außenmantels durch Temperatureinwirkung oder durch eine chemische Reaktion vakuumdicht und druckfest verklebt wird.
Ferner empfiehlt es sich, daß zur Härtung des Imprägnierharzes im Hohlkörper die Kernform erwärmt wird und der Härtungsvorgang von innen nach außen abläuft.
Durch dieses erfindungsgemße Verfahren wird ein ausreichend steifer, vakuumdichter und druckfester Außenmantel hergestellt,wodurch sich eine zusätzliche Form erübrigt, und eine wichtige Voraussetzung für eine einwandfreie Imprägnierung und Härtung geschaffen wird.
Für die Herstellung eines vakuumdicht- und druckfest-isolierenden Außenmantels werden eine oder mehrere Lagen, beispielsweise eines Vliesstoffes, verwendet, die einhärtendes thermoplastisches Harz enthalten. Das Außenmantelmaterial wird auf den faserverstärkten Hohlkörper in der Regel in voller Breite aufgewickelt und die einzelnen Lagen werden miteinander verklebt. Als Außenmantelmaterial können Bahnen aus verschiedenen Materialien verwendet werden.
Besonders gut bewährt haben sich Cellulosepapierbahnen, die einseitig mit einem thermoplastischen Harz beschichtet sind. Die Dicke einer solchen Bahn liegt am zweckmäßigsten zwischen 0,05 und 1,0 mm. Um eine gute Haftung zwischen dem faserverstärkc Material des Hohlkörpers und der hußenmantelbahn zu erreichen, wird das auf der Bahn bereits voreschictete thermoplastische Harz durch Erwärmung erweicht bzw. geschmolzen. Als Harz kann sowohl ein Produkt verwendet werden, das nach Erweichung durch Wärmeeinwirkung thermoplastisch bleibt als auch ein solches das vernetzt wird. Neben Cellulosepapier können für den Außenmantel auch Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyester, Polycarbonat, sowie andere Natur- und Kunststoffe, vorzugsweise in Bahnen oder als Folien, verwendet werden. Zur Beschichtung der Außenmantelbahn eignen sich unter anderem Epoxidharze, die während der Beschichtung in den B-Zustand überführt worden und somit einen fortgeschrittenen Kondensationsgrad erreichen. Von Vorteil ist es,wenn diese Harze bei Raumtemperatur klebfrei sind, jedoch ist eine Klebfreiheit nicht unbedingt erforderlich. Die härtenden Harzmischungen brauchen nach dem Wickelverfahren nicht völlig auszuhärten. Es genügt, wenn ein solcher Vernetzungsgrad erreicht wird, daß beim Imprägnieren des Wickels das Beschichtungsharz nicht schmilzt oder erweicht. Bei Verwendung von nichthärtendem thermoplastischen Material darf der Schmelzpunkt nicht unter der Imprägniertemperatur liegen.
Der auf diese Weise mit einem Außenmantel versehene Wickelkörper wird nun an den Stirnflächen mit Flanschen abgedichtet und anschließend imprägniert. Die Imprägnierung geschieht in der Regel nach Entfernung der im Wickel vzrhandenen Luft. Die Härtungsbedingungen richten sich nach dem gewählten Harz, wobei allgemein höhere Temperaturen notwendig sind. Die Härtung kann drucklos oder unter Druck erfolgen. Nach der Härtung wird der Hohlkörper auf die erforderlichen Maße mechanisch, beispielsweise durch Abdrehen, nachbearbeitet. Falls zwischen dem Faserverstärkungsmaterial des Wickelkörpers und dem Material des Außenmantels mindestens eine Lage einer Trennfolie gewickelt wird, wobei Anfang und Ende der Folie jeweils mit der vorhergehenden und der nachfolgenden Bahn verklebt wird, ist eine mechanische Nachbearbeitung nicht erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend in Beispielen näher erläutert: Beispiel 1 Wickelkörper: Filamentglasgewebe harzimprägniert; Außenmantel: Cellulosepapierbahnen.
Auf einen Wickeldorn von etwa 30 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 1700 mm werden unter einer Vorspannung 45 Lagen eines 0,2 mm dicken Filamentglasgewebes zu einem Wickelkörper aufgewickelt. Anschließend werden 8 Lagen eines 0,15 mm dicken mit einem thermoplastischen Epoxidharz einseitig beschichteten Cellulosepapier zu einem Außenmantel auf den Hohlkörper aufgebracht.
Die Wickelbreite sowohl des Filamentglasgewebes als auch des Cellulosepapiers beträgt 1500 mm. Das zur Beschichtung des Cellulosepapiers verwendete Epoxidharz erweicht in einem Temperaturbereich von 130 bis 150 OC. Mit Hilfe einer auf 170 OC vorgewärmten Heizwalze wird durch das Harz zuerst das Cellulosepapier mit der letzten Filamentglasgewebe-Lage und die folgenden Cellulosepapier-Lagen miteinander heiß verklebt. Nach Abdichtung der beiden Stirnflächen wird aus dem so hergestellten und mit einem Außenmantel versehenen Wickelkörper die darin befindliche Luft abgesaugt und der Wickelkörper anschließend durchimprägniert.
Beispiel 2 Wickelkörper- und Außenmantel-Aufbau wie in Beispiel 1, jedoch mit großen Abmessungen.
Auf einen Dorn , beispielsweise von etwa 600 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 3200 mm, werden unter einer Vorspannung 65 Lagen eines 0,5 mm dicken Filamentglasgewebes zu einem Wickelkörper gewickelt. Anschließend werden 6 Lagen des Cellulosepapiers gemäß Beispiel 1 wieder zu einem Außenmantel auf den Hohlkörper aufgewickelt. Danach werden wiederum wie in Beispiel 1 die zwei Stirnflächen des Hohlkörpers gegenüber dem Wickeldorn und dem Außenmantel mit Flanschen abgedichtet, wobei der den Hohlkörper umgebende Außenmantel eine zylindrische Form bildet. Der Wickeldorn wird in etwa 60 Min. auf 130 OC erwärmt und an dem einen Flansch eine Vakuumpumpe angeschloßen. Nach ca. 15 Min. wird durch den anderen Flansch unter einem Druck von etwa 3 bis 4 atU eine Imprägniermischung zugeführt, welche folgende Zusammensetzung aufweist: 100 Gewichtsteile Epoxidharz aus Bisphenol A und Epichlorhydrin mit einer Epoxidzahl von 5,2 80 Gewichtsteile Hexahydrophtalsäureanhydrid und 0,5 Gewichtsteile Benzyldimethylamin.
Der nach 15 Min. durchimprägnierte Hohlkörper geliert nach weiteren 45 Min. und wird während etwa 12 Stunden bei 130 OC gehärtet.
Beispiel 3 Wickelkörper: Filamentglasgowebe durchimprägniert; Außenmantel: P V C - Folie.
Die Herstellung des Wickel erfolgt wie in den vorhergehenden Beispielen, jedoch mit dem Unterschied, daß der Außenmantel des Hohlkörpers anstatt aus Cellulosepapier aus 5 Lagen einer 0,2 mm dicken PVC-Folie gebildet wird. Die Imprägnierung und Härtung des Wickelkörpers erfolgt analog zu Beispiel 2. Durch Abdrehen wird der aus PVC-Lagen bestehende Außenmantel entfernt.
Beispiel 4 Wickelkörper: Rovinggewebe durchimprägniert; Außenmantel: Cellulosepapier.
Auf einen Wickeldorn von etwa 450 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 2500 mm werden 70 Lagen eines 1,2 mm dicken Glasrovinggewebes zu einem Wickelkörper gewickelt. Anschließend werden 8 Lagen eines beschichteten Cellulosepapiers wie in Beispiel 1 zu einem Außenmantel weitergewickelt und miteinander heiß verklebt.
Der nach 15 Min. imprägnierte Wickelkörper geliert nach weiteren 45 Min. und wird während etwa 12 Stunden bei 130 OC gehärtet.
Der aus imprägniertem Cellulosepapier bestehende Außenmantel wird durch Abdrehen entfernt.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Hohlkörpern, insbesondere von Rohren, welche aus einem mit einem Harz unter Vakuum imprägnierten Natur- und/oder Kunst-Fasermaterial bestehen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) auf eine Kernform wird das Fasermaterial zu einem Hohlkörper gewickelt, b) auf den Hohlkörper wird ein Außenmantel aus einem eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Material aufgebracht, c) die Stirnflächen des die Kernform enthaltenden Hohlkörpers werden abgedichtet, d) durch eine der beiden Stirnflächen wird die im Hohlkörper befindliche Luft abgesaugt, e) gleichzeitig wird von der anderen Stirnfläche her ein Imprägnierharz in die Hohlkörperwände hiningepreßt, f) der Hohlkörper wird gehärtet und g) der Formkern wird aus dem Hohlkörper entfernt und der Außenmantel bis zur imprägnierten Außenoberfläche des Hohlkörpers mechanisch abgetragen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenmantelmaterial mindestens einseitig mit einem thermoplastischen oder thermohärtenden Harz beschichtet ist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hohlkörpermaterial und dem Material des Außenmantels ein Trennmittel vorgesehen wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantol aus einem Cellulosepapier, einem Kunststoffpapier oder einer Kunststoffolie besteht.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Außenmantels durch Temperatureinwirkung oder eine chemische Reaktion vakuumdicht und druckfest verklebt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Härtung des Imprägnierharzes im Hohlkörper die Kernform erwärmt wird und der Härtungsvorgang von innen nach außen abläuft.