DE3145511A1

DE3145511A1 - Verfahren zum formen grossflaechiger gewoelbter gegenstaende aus faserverstaerktem kunstharz fuer die verwendung als optische reflektoren

Info

Publication number: DE3145511A1
Application number: DE19813145511
Authority: DE
Inventors: Roy Alfred Crawley Sussex Gasson
Original assignee: Thales Training and Simulation Ltd
Current assignee: Thales Training and Simulation Ltd
Priority date: 1980-11-18
Filing date: 1981-11-17
Publication date: 1983-01-27
Also published as: GB2087784A; FR2494171A1; JPS5787908A

Description

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Verfahren zum Formen großflächiger gewölbter Gegenstände aus faserverstärktem Kunstharz für die Verwendung als optische Reflektoren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen großflächiger gewölbter Gegenstände aus faserverstärktem Kunstharz mit hoher Oberflächengüte und -genauigkeit für die Verwendung als optische Reflektoren nach entsprechender Beschichtung, wobei auf die Oberfläche einer Form zunächst eine Trennfolie aus thermisch erweichbaren Material mit hoher Oberflächengüte unter Erwärmung flächenbündig aufgebracht wird, hierauf der Gegenstand auf der mit der Trennfolie versehenen Form geformt wird, der Gegenstand alsdann nach dem Aushärten zusammen mit der Trennfolie von dem Gegenstand abgezogen wird.

Es ist bekannt, großflächige gewölbte Gegenstände bestimmter Gestalt .unter Verwendung einer Patrizenform als Basis abzugießen, indem die Patrizenform mit dem Material, aus welchem der Gegenstand hergestellt werden soll, wie beispielsweise teilweise gehärtetes Harz mit Glasfasern überzogen wird, das Harz im Ausführungsbeispiel ausgehärtet wird, um demmatrizenförmigen Gegenstand die Gestalt der Patrizenform zu geben, und schließlich der Gegenstand von der Patrizenform abgenommen wird.

Es ist weiterhin bekannt, in der vorbeschriebenen Weise eine hohle Matrize zu schaffen und den zu fertigenden Gegenstand in der reproduzierten Gestalt der Patrizenform unter Verwendung der Matrize als Form herzustellen.

In beiden Fällen ist es allgemein üblich, die Formfläche mit einem Trennmittel zu überziehen, um das Abnehmen des geformten Gegenstandes von der Form zu erleichtern.

Kleine auf diese Weise geformte Gegenstände lassen sich einigermaßen leicht von der Patrizenform abziehen, wenn die Form vorher

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mit einem Trennmittel versehen worden war. Große Gegenstände hingegen,wie beispielsweise Gegenstände, die sich über Abmessungen von mehr als zwei mal drei Metern erstrecken, bereiten bei der Entfernung von der Form ohne Beschädigung große Schwierigkeiten. Wie festgestellt wurde, beträgt in einem solchen Fall die Gesamtkraft, die den Gegenstand in Anlage an der Formfläche hält, im Beispielsfall etwa 74 Tonnen. Allgemein gilt, daß, je glatter die Oberfläche der Patrizenform und folglich des geformten Gegenstandes und je größer die absolute Oberflächengüte der Patrizenform und des Gegenstandes sind, umso größer die Haltekraft je Flächeneinheit ist. Diese Kraft kann nur auf Kosten der Oberflächengüte vermindert werden.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ist bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 27 08 902), auf die Oberfläche der Form zunächst eine Trennfolie aus thermisch erweichbaren Material mit hoher Oberflächengüte auf der dem herzustellenden Gegenstand zugewandten Seite unter Erwärmung flächenbündig aufzubringen, hier auf den Gegenstand auf der mit der Trennfolie versehenen Form zu formen, den Gegenstand alsdann nach dem Aushärten zusammen mit der Trennfolie von der Form zu lösen und schließlich die Trennfolie von dem Gegenstand abzuziehen. Diese Maßnahme gestattet, die Oberfläche der Form selbst verhältnismäßig rauh zu machen, so daß sich der geformte Gegenstand nach dem Aushärten zusammen mit der Trennfolie verhältnismäßig leicht von der Form lösen läßt, während das anschließende Ablösen der Trennfolie von dem Gegenstand dadurch keine Schwierigkeiten bereitet, daß die Trennfolie aufgrund ihrer Biegsamkeit fortschreitend von dem Gegenstand abgezogen werden kann. Die Trennung der Trennfolie von dem gefertigten Gegenstand erfolgt somit nicht auf einmal über die gesamte Flächenerstreckung, sondern längs einer Ablösungslinie, die von dem Ende, an dem die Ablösung beginnt, bis zum gegenüberliegenden Ende über die gesamte Oberfläche wandert.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei dem bekannten Verfahren die Oberflächenrauhigkeit der Form bei dem Aufbringen der zuvor auf Erweichungstemperatur erwärmten Trennfolie auf die Form

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auf die Außenseite der Trennfolie in einem gewissen Ausmaß durchschlägt, so daß dementsprechend auch die Oberfläche des zu formenden Gegenstandes von der Rauhigkeit der Formoberfläche beeinträchtigt wird. Die Verwendung auch noch so glatter Trennfolien vermochte diesen Nachteil nicht zu beseitigen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren derart weiter zu entwickeln, daß unter Aufrechterhaltung der leichten Lösbarkeit des geformten Gegenstandes mit der daran anhaftenden Trennfolie von der Form deren Oberflächengestalt dennoch keinen Einfluß auf die Oberflächengüte des geformten Gegenstandes ausübt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Erwärmungstemperatür der Trennfolie beim Aufbringen auf die Form unter der Erweichungstemperatur des Folienmaterials gehalten wird.

Durch die Erfindung wird somit nur sichergestellt, daß die Folie beim Aufbringen auf die Form nicht springt oder Risse bekommt, im übrigen aber sich doch nicht derart an die Oberflächenstruktur der Form anzupassen vermag, daß sich diese Struktur bis zur Außenseite der Trennfolie "durchdrückt". Dadurch behält nicht nur die Außenseite der Trennfolie ihre hohe Oberflächengüte bei und vermag diese unverändert auf den zu formenden Gegenstand zu übertragen, sondern das Ablösen des Gegenstandes mit der Trennfolie von der Form wird noch weiter erleichtert.

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Bei einer FolieVMethyl-Metacrylat wird die Erwarmungstemperatur in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung unter 110 C gehalten. Eine besonders günstige Erwarmungstemperatur liegt zwischen 90°C und 105°C.

Nach einem anderen Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Form mit einer :im Verhältnis zur Oberflächengüte des zu formenden Gegenstandes rauhen Oberfläche versehen,

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wie dies an und für sich.bereits bei dem bekannten Verfahren vorgeschlagen worden ist.

Noch ein weiteres Ausgestaltungsmerkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Trennfolie vor dem Aufbringen auf die Form mit stärkerer Wölbung als im aufgebrachten Zustand vorgeformt wird. Dadurch wird die Folie beim Aufbringen gleichsam geringförmig entformt, was unter ringsum durchgehender An lage ihrer äußeren Bereiche an die Formoberfläche

es
erfolgt. In diesem Fall wärevaber auch ganz allgemein zweckmäßig, das flächenbündige Aufbringen der Trennfolie auf die Form unter Anwendung von Vakuum vornzunehmen.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, in welcher in längengetreuer Darstellung eine Form, eine Trennfolie und ein geformter Gegenstand übereinander während des Abziehens der Trennfolie von dem geformten Gegenstand dargestellt sind.

Das gezeigte Beispiel stellt die Anwendung der Erfindung bei der Herstellung einer Vielzahl von Teil-Gegenständen dar, die, wenn sie mit ihren Kanten in Anlage gegeneinander verbunden werden, einen großen Körper von .teilkugeliger oder teil- '; eliptischer Gestalt mit sehr genauer und glatter Oberfläche bilden, die, wenn sie versilbert oder in anderer Weise überzogen ist, eine für optische Zwecke oder die Reflexion von Radiowellen im Grenzbereich zum Infrarot-Wellenlängenbereich geeignete Reflektorfläche bilden. Die folgende Beschreibung bezieht sich nur auf einen Teil oder eine Sektion eines solchen zusammengesetzten Körpers, und es versteht sich, daß die anderen Sektionen in entsprechender Weise hergestellt werden können.

Gemäß der Zeichnung wird zunächst eine Form 1 hergestellt, die z.B. eine Metallschweißkons.truktion sein kann und die gewünschte Gestalt hat, im Beispielsfall als so einen Teil einer Kugeloberfläche bildet, wobei die Oberfläche bis zu einer Rauhtiefe von etwa 3 Mikrometer (Mittelliniendurchschnitt) bearbeitet wird.

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■ Das für die Form ausgewählte Material sollte in sich steif und auch bei Oberflächentemperaturen, welche zwischen der Umgebungstemperatur und 15O°C schwanken, nicht verformbar sein. Es können OberIfächentemperatürfühler wie beispielsweise der mit 3 bezeichnete Fühler in der Zeichnung vorgesehen sein, um die augenblicklichen Oberflächentemperaturen während eines Herstellungsvorgangs zu überwachen. Das Ablesen der Temperaturen erfolgt, wie dargestellt, vorzugsweise mittels Fernanzeiger.

Weiterhin kommt eine Trennfolie 4 zur Anwendung, die in der Zeichnung bereits von der Form 1 entfernt und teilweise von der Unterseite eines geformten Gegenstandes 5 abgelöst dargestellt ist.

Die Trennfolie 4 ist vorher aus einer vorgegossenen Methyl-Metacrylat-Platte vakuumgeformt worden, wobei absichtlich der Krümmungsradius etwas kleiner gehalten wurde als der der Formoberfläche 2. Beim Aufbringen der Trennfolie auf die Form 1 wird zunächst die Trennfolie ringsum auf die Form 1 aufgezogen. Dann wird die Oberflächentemperatür der Folien-Form-Kombination derart erhöht, daß die Trennfolie 4 ausreichend elastisch wird, um in enger Anlage gegen ι die Formoberfläche im gesamten Bereich anzuliegen. Die Temperatur/Zeit-Bedingungen, die für eine solche Verformung der Trennfolie 4 erforderlich sind, daß diese mit der gesamten Fläche auf der Form 1 aufliegt, läßt sich entweder berechnen oder empirisch bestimmen, mit einer Temperatur, die, wie oben erwähnt und weiter unten nochmals beschrieben wird, in einem Bereich zwischen 90 C un 105 C liegt.

Um die Trennfolie 4 so auf der Form 1 zu halten, daß die äußere Oberfläche 6 der Trennfolie 4 sowohl steif als auch seitlich unbeweglich bleibt, kann am Rand der Trennfolie 4 in bekannter Weise ein Vakuum zwischen der Form 1 und der Trennfolie 4 zur Anwendung gebracht werden. Es ist jedoch festgestellt worden, daß, wenn die Trennfolie 4 eng an der Formoberfläche 1 anliegt,

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der vorgeschriebene Verformungsvorgang auch weggelassen werden kann und das Vakuum genügt, einen exakten und statisch festen Sitz der Trennfolie 4 auf der Form' 1 zu gewährleisten.

In jedem Falle wird das Vakuum für den gesamten nachfolgenden Vorgang der Formung des Gegenstandes 5 aufrecht erhalten.

Danach wird in bekannter Weise auf der mit der Trennfolie überzogenen Form ein honigwabenförmiges Substrat aus Epoxiharz und Glasfaser aufgelegt. Das Epoxiharz kommt in nicht ausgehärtetem oder nur teilweise gehärtetem Zustand zur Anwendung und wird dann auf der Form endgültig ausgehärtet/ um einen steifen Formgegenstand zu bilden.

Die Rauhigkeit der Oberfläche 2 der Form 1 gestattet, daß der Gegenstand 5 zusammen mit der Trennfolie 4 nach dem Aushärten leicht von der Form abgenommen werden kann, da nur geringe Adhäsionskräfte pro Flächeneinheit zwischen Form und Trennfolie wirksam sind.

Nachdem die Trennfolie 4 und der Gegenstand 5 von der Form 1 abgenommen worden sind, läßt sich die Trennfolie 4 leicht vom Gegenstand 5 abstreifen, und zwar aus zwei Gründen: Erstens ist die Trennfolie 4 flexibel,und zweitend gibt es keine Bindung zwischen dem Akrylmaterial der Trennfolie und dem -Epoxiharz des Gegenstands. Beim Abziehen der flexiblen Trennfolie 4 von der sehr glatten Oberfläche 6" des hergestellten Gegenstandes 5 besteht demgemäß keine Gefahr einer Beschädigung. Das Abziehen der Trennfolie 4 vom Gegenstand 5 beginnt normalerweise an einer Ecke und schreitet kontinuierlich fort. Die Trennung erfolgt also jeweils längs einer Linie und nicht gleichzeitig auf einer größeren Fläche. Da außerdem die Kraft der Haftung pro Flächeneinheit klein ist, bleibt auch die gesamte zum Abstreifen erforderliche Kraft gering.

Während des Abstreifens der Trennfolie besteht übrigens auch keine Gefahr, daß deren Oberfläche 6 beschädigt wird, so daß die Trennfolie wiederholt verwendet werden kann.

Wie oben erläutert, besteht der Grundgedanke der Erfindung in der Anwendung verhältnismäßig niedriger Temperaturen beim Verformen der Trennfolie 4, so daß verhindert wird, daß diese plastisch wird. Wie erwähnt, ist festgestellt worden, •daß, wenn die Trennfolie plastisch wird, .sie für optische Zwecke nutzlos wird, weil der' zu formende Gegenstand dann die Oberflächenfehler und Rauhigkeiten der Form übernimmt und weil eine Steuerung der Abkühlung des Materials von der herkömmlich benutzten relativ hohen Temperatur praktisch unmöglich ist mit dem Ergebnis, daß das das Enderzeugnis physikalische Verwerfungen aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet diese Schwierigkeiten durch Verformen der Trennfolie bei Temperaturen unterhalb etwa 110 C und vorzugsweise im Bereich zwischen 90°C und 105°C. Es sei bemerkt, daß die plastische Verformungstemperatur, d.h. die Temperaturphase oberhalb der kritischen Temperatur, in der Technik bekannt ist als "Warmbruchbereich", gekennzeichnet durch Rißbildung im Material mit spiegelglatten Kanten, während die Phase unterhalb der kritischen Temperatur, d.h. die in Übereinstimmung mit der Erfindung verwendete Phase, bekannt ist als "Kaltbruchbereich", der durch Risse mit unregelmäßigen und schartigen Kanten gekennzeichnet ist. Somit liefert diese Tatsache ein empirisches Verfahren zur leichten Bestimmung der genauen kritischen Temperatur für jede Art von Kunststoffmaterial.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Formen großflächiger gewölbter Gegenstände aus faserverstärktem Kunstharz mit hoher Oberflächengüte und -genauigkeit für die Verwendung als optische Reflektoren nach entsprechender Beschichtung, wobei auf die Oberfläche einer Form zunächst eine Trennfolie aus thermisch erweichbaren Material mit hoher Oberflächengüte unter Erwärmung flächenbündig aufgebracht wird, hierauf der Gegenstand auf der mit der Trennfolie versehenen Form geformt wird, der Gegenstand alsdann nach dem Aushärten zusammen mit der Trennfolie von der Form gelöst und schließlich die Trennfolie von dem Gegenstand abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungstemperatur der Trennfolie beim Aufbringen auf die Form unter der Erweichungstemperatur des Folienmaterials gehalten wird.

ο Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung einer Folie aus Methyl-Metacrylat, dadurch gekennzeichnet , daß die Erwärmungstemperatur unter 110 ⁰C gehalten wird.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungstemperatur zwischen 90°C und 105°C gehalten wird.

ο Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form mit einer im Verhältnis zur Oberflächengüte des zu formenden Gegenstandes rauhen Oberfläche versehen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfolie vor dem Aufbringen auf die Form mit stärkerer Wölbung als im aufgebrachten Zustand vorgeformt wird.

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6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flächenbündige Aufbringen der Trennfolie auf die Form unter Anwendung von Vakuum vorgenommen wird.

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